Page 53 - 《精细化工》2019年第11期

第 11 期 王 汀，等: 多孔凝胶基碳纳米定形相变材料的制备与表征 ·2201·

表 2 SPH 的正交实验因素水平表 料经历升-降循环后的热性能变化。
Table 2 Factor level table of orthogonal test for SPH
因素Ⅰ 因素Ⅱ 因素Ⅲ 2 结果与讨论
水平
V(AM)∶V(AA) APS 用量/% NMBA 用量/%
2.1 单因素实验结果
1 1∶4 1 0.3
2.1.1 单体 AM 与 AA 溶液体积比对 SPH 基材吸液
2 3∶2 2 0.4
性能的影响
3 2∶3 3 0.5
保持引发剂和交联剂用量分别为 2.0%和 0.70%
1.3 多孔凝胶基碳纳米定形相变材料的制备 （以单体总质量为基准，下同），通过改变单体 AM
用超声波细胞粉碎机分别配制 50 g GO 和 CNTs 与 AA 溶液体积比为 5∶0、4∶1、3∶2、2∶3、1∶
质量分数为 0.005%、0.01%、0.05%、0.1%和 0.2% 4、0∶5，可得到单体 AM 与 AA 溶液体积比对 SPH
的 GO-H 2 O 和 CNTs-H 2 O 复合相变材料溶液。将 1.2 基材吸液性能的影响，如图 1 所示。
节中优化工艺参数制备的 350 mg 干燥 SPH 加入
GO-H 2 O 和 CNTs-H 2 O 复合相变材料中，待 SPH 充
分溶胀后，即可得到 GO-H 2 O/SPH 和 CNTs-H 2 O/SPH
多孔凝胶基碳纳米定形相变材料。
1.4 性能表征
1.4.1 SPH 的吸液性能测试
称取一定量干燥 SPH 基材，放入去离子水或生
理盐水（质量分数 0.9%）中浸泡，待凝胶质量不再
增加，即达到溶胀平衡后，取出凝胶，用滤纸擦去
凝胶表面的水分并称重。SPH 基材的吸水率（吸盐
水率）可由式（1）得到：
Q  ( M )M  / M （1） 图 1 AM 与 AA 溶液体积比对 SPH 吸液性能的影响
0 0 Fig. 1 Effect of volume ratio of AM to AA on the liquid
式中：Q 为吸水率（或吸盐水率），g/g；M 为吸水 absorption performance of SPH

（或盐水）后 SPH 质量，g；M 0 为干燥 SPH 质量，g。
由图 1 可知，随着 AM 与 AA 溶液体积比的减
1.4.2 SPH 的形貌表征
小，SPH 基材的吸水率（或吸盐水率）呈先增大后
利用扫描电镜（SEM）对 SPH 进行形貌表征，
减小的趋势。当引发剂和交联剂用量不变，AM 与
观察 SPH 的内部孔洞结构。
AA 溶液体积比为 3∶2 时，SPH 的吸液性能最好，
1.4.3 定形相变材料的热性能表征
吸水率达 296.62 g/g，吸盐水率为 111.10 g/g。这是
利用差示扫描量热仪（DSC）测试定形相变材
由于，当 AM 溶液用量太大时，SPH 网络中—CONH 2
料的相变性能，在氮气氛围下，以 10 ℃/min 速率
含量较高，且其亲水性小于—COOH，从而降低了
在–20~25 ℃进行测试。定形相变材料中相变材料
SPH 的吸水率或吸盐水率；而 AA 溶液呈酸性，AM
（即水）的质量分数，即 SPH 负载 PCM 的质量分
溶液呈碱性。当 AM 溶液用量较小时，整个体系酸
数可近似由式（2）得到。
W  H / H （2） 性较大，加入起泡剂后反应过于强烈，起泡过程先
s H 2 O 于聚合过程，凝胶内部难以形成孔洞，导致吸水率
式中：W 为 SPH 负载 PCM 的质量分数，%； H s 为 或吸盐水率较低。
定形 PCM 的熔融焓，J/g； H HO 为水的熔融焓，J/g。 2.1.2 引发剂用量对 SPH 基材吸液性能的影响
2
采用热特性分析仪对定形 PCM 的导热系数进 保持 AM 与 AA 溶液体积比为 3∶2，交联剂用
行表征。 量为 0.70%，通过改变引发剂用量为 0.5%、1.0%、
采用温度记录仪对 PCM 的步冷曲线和升温曲 2.0%、4.0%、6.0%、8.0%，可得到引发剂用量对 SPH
线进行表征，温度范围为–20~30 ℃，每 30 s 记录 基材吸液性能的影响，如图 2 所示。由图 2 可看出，
一次。 SPH 基材的吸水率（吸盐水率）随着引发剂用量的
运用高低温交变箱（JY-K-80T 型）对定形 PCM 增加呈先增大后减小的趋势。当 AM 与 AA 溶 液
进行 50 次热循环测试，循环流程为：–20~30 ℃升 体积比和交联剂用量不变，引发剂用量为 2.0%时，
温 10 min，30 ℃保温 2 h，30~–20 ℃降温 10 min， SPH 的吸 水率（吸盐 水率）最高 ，吸水率达
–20 ℃保温 3 h，重复以上操作 50 次，测定相变材 270.85 g/g，吸盐水率为 85.52 g/g。出现这种现象的