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第 6 期 赵姣姣，等: 纳米胶囊化二元复合相变材料的制备及热性能 ·1033·

图 9 所示，复合芯材在 50 ℃（高于相变材料的熔点） 2.2.2 相变纳米胶囊的 DSC 分析
的烘箱中放置 30 min 后，由于固-液相变材料的熔 图 10 为复合芯材和相变纳米胶囊的 DSC 曲线，
融特性，熔融的复合芯材在滤纸上有明显的印迹残 表 1 为从 DSC 曲线中得到的各样品的相变参数。
留。而纳米胶囊化相变材料在 50 ℃的烘箱中热处理
30 min 后，把样品从滤纸上移除，滤纸表面无印迹
残留，说明纳米胶囊化相变材料在热处理过程中稳
定性较好，无熔融泄漏问题。

图 10 PCMs 和 NPCMs 的 DSC 曲线
Fig. 10 DSC curves of PCMs and NPCMs

复合芯材和纳米胶囊有相似的相变行为，都有

两个结晶峰，主峰代表复合芯材的固-液相变，小峰
图 9 PCMs 和 NPCMs 的抗熔融泄漏照片 代表固-固相变，这是由正十八烷在结晶过程中液相
Fig. 9 Photos of resistance to melting leakage of PCMs [23-24]
and NPCMs 的异相成核所形成的亚稳旋转相引起的 。

表 1 PCMs 和 NPCMs 的相变性能
Table 1 Phase change properties of PCMs and NPCMs
熔融过程 结晶过程
样品 E en/%
T om/℃ T pm/℃ T em/℃ Δ H m/(J/g) T oc/℃ T pc/℃ T ec/℃ Δ H c/(J/g)
PCMs 22.30 26.39 34.79 102.40 25.66 24.63 17.47 98.91 —
NPCMs 21.10 26.07 31.28 56.89 25.48 24.85 17.85 54.02 55.09
注：—表示没有该项数值。T om、T pm、T em 和 ∆H m 分别代表样品的初始熔化温度、峰值熔化温度、终止熔化温度和熔融焓；T oc、
T pc、T ec 和 ∆H c 分别代表样品的初始结晶温度、峰值结晶温度、终止结晶温度和结晶焓；E en 代表包覆率。

从表 1 可以看出，纳米胶囊的熔融焓和结晶焓
明显低于复合芯材，原因是包裹复合芯材的 PMMA
壁材没有相变性能，且 PMMA 的高黏流温度以及单
位质量的纳米胶囊所包裹的芯材质量远小于纯的复
合芯材，从而导致相变焓降低 [24-26] 。此外，包覆率
作为纳米胶囊的另一重要相变参数可以根据公式
（1）计算：
 H   H
E en  m,NPCMs c,NPCMs （1）
 H m,PCMs   H c,PCMs
式中：E en 为包覆率，%；ΔH m,NPCMs 和 ΔH c, NPCMs 分
图 11 PCMs、PMMA 壁材和 NPCMs 的 TGA 曲线
别为相变纳米胶囊的熔融焓和结晶焓；ΔH m,PCMs 和 Fig. 11 TGA curves of PCMs, Shell and NPCMs
ΔH c,PCMs 分别为复合芯材的熔融焓和结晶焓，J/g。
通过计算，在本研究中相变纳米胶囊的包覆率为 两个阶段，第一阶段是 135~265 ℃内复合芯材的挥
55.09%，具有良好的潜热储存与释放性能。 发，失重约 40%，这一数值低于从 DSC 计算出的芯
2.2.3 相变纳米胶囊的 TGA 分析 材包覆率（55.09%），类似的现象在其他研究工作中
图 11 是复合芯材、PMMA 壁材和相变纳米胶 也有报道，这可能归因于 TGA 和 DSC 的不同测试
[27-28]
囊的 TGA 曲线。由图 11 可知，复合芯材和 PMMA 原理和测试条件（测量温度范围、升温速率等） 。
壁材的失重都是一步完成，其失重温度分别为 120~ 第二阶段是 340~440 ℃内 PMMA 聚合物的分解。当
250 ℃、340~425 ℃。而相变纳米胶囊的失重经历了 复合芯材和相变纳米胶囊质量损失 5%时，所对应的