Page 113 - 《精细化工》2021年第3期
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第 3 期                      李雪峰，等:  光固定型的十八烷相变材料制备及热性质                                    ·533·


            制了其进一步应用，合成高导热的定型相变材料是                             型 扫描电 子 显微镜 （ SEM ），日 本日 立公 司 ；
            其未来发展方向。早期，研究者通过微胶囊复合技                             TA-SDTQ600 型热重分析仪（TGA）、Q100 型差示
            术和聚合物定型法制备相变复合材料。微胶囊相变                             扫描量热仪(DSC)，美国 TA 公司。
            材料制备成本高，工艺较复杂               [17-19] 。聚合物定型法        1.2   复合材料的制备
            是通过将熔融的相变材料与用作支撑材料的熔融的                             1.2.1   固化 NPGDMA 的制备
            高聚物混合来制备复合材料。常用的聚合物有高密度                                在烧杯中加入 30 g NPGDMA 单体，单体为线
            聚乙烯   [20-21] 、聚丙烯 [22] 、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚             性结构，置于 60  ℃的恒温水浴中，同时加入 1.5 g
            物 [23] 、聚苯乙烯   [24] 和聚烯烃  [25] 等。此方法操作简单           光引发剂 819（占 NPGDMA 质量的 5%），搅拌
            并能较好地防止相变材料泄漏。但是常规聚合物对                             30 min。将制备的混合物倒入模具后，在紫外灯（波
            加热温度要求较高，例如：聚乙烯需要加热到 180  ℃                        长 365 nm，功率 9 W，下同）下固化 3 h，得到交
            左右，操作不便。                                           联固化后的 NPGDMA，为 3D 网络结构。NPGDMA
                 本文选用光固化的新戊二醇二甲基丙烯酸酯                           单体光固化前后的示意图见图 1。
            （NPGDMA）用作相变材料的支撑材料，NPGDMA
            单体在光固化后提供高度交联的 3D 网络和结构强
            度。即使相变过程中 ODE 熔化，也可防止液体 ODE
            泄漏。另外，在混合过程中，NPGDMA 为液态物质，
            与 ODE 有良好的相容性，不需要较高的加热温度，

            即可在适当高于相变材料的温度完成混合，操作方
                                                                       图 1  NPGDMA 光固化前后示意图
            便、安全。导热系数是影响相变材料储存和释放热
                                                               Fig. 1    Schematic diagram of NPGDMA before and after
            量的主要因素之一。为了解决有机材料的低导热性，                                   light curing process
            已经开发了许多导热填料。例如：金属泡沫                     [26] 、膨
            胀石墨    [27-28] 、氧化石墨烯  [29-30] 、碳纳米管  [31] 等。高     1.2.2  ODE/NPGDMA 的制备
            导热氮化硼（BN）具有优异的导热性、抗氧化性、                                取 4 个相同型号的烧杯，分别加入 12、15、18
            抗腐蚀性和电绝缘性          [32-34] 。但在早期研究中，用 BN           和 21 g 的 ODE，置于 60  ℃的恒温水浴中；待 ODE
            作为相变材料导热填料的报道并不是很多。QIAN                            完全熔化后，分别加入 18、15、12 和 9 g 的 NPGDMA
            等 [35] 用 BN 增强了石蜡的导热性和形状稳定性。                       单体和 0.90、0.75、0.60 和 0.45 g 光引发剂 819（占
            FANG 等   [36] 研究了填充有 BN 纳米片的石蜡基复合                  NPGDMA 质量的 5%），快速搅拌 65 min，形成均
            相变材料的热能储存性能。HAN 等               [37-38] 将 BN 用作    匀透明的混合液。将上述混合物倒入模具后，在紫
            导热填料可增强商业聚苯乙烯的导热性，并通过多                             外灯下固化 3 h，得到 ODE 含量分别为 40%、50%、
            孔三聚氰胺海绵模板来制造 BN 泡沫（BNF），提高                         60%和 70%（以 ODE 和 NPGDMA 的总质量为基准，
            水和盐的热能储存性能。这些 BN 填料具有较高的                           下同）的 ODE/NPGDMA 相变储能材料。
            热导率，因此选择 BN 作为导热填料。                                1.2.3  ODE/NPGDMA/BN 的制备
                 本文为了解决 ODE 容易泄漏和导热性差的问                            ODE/NPGDMA/BN 复合相变材料的制备过程
            题，通过光固化技术合成了一种 ODE/NPGDMA/BN                       和单体的聚合反应如图 2 所示。分别取 15 g ODE 放
                                                               入 4 个相同型号的烧杯中，置于 60  ℃的恒温水浴
            复合相变材料，同时系统地分析了复合相变材料的
                                                               中，直至 ODE 完全熔化。分别加入 0.3、0.9、1.5
            结构、形貌、形状稳定性、导热性能和储热性能。
                                                               和 3.0 g BN 作为导热填料，快速搅拌 30 min，以使
            1   实验部分                                           BN 完全分散在液体 ODE 中。

            1.1   试剂与仪器
                 十八烷（ODE），分析纯，国药集团化学试剂有
            限公司；新戊二醇二甲基丙烯酸酯（NPGDMA，质
            量分数>90%），东京化成工业株式会社；光引发剂
            819，光易化学有限公司；氮化硼（BN，质量分数
            为 99.9%），丹东日进科技有限公司。
                 Elmer Spectrum One 型傅里叶变换红外光谱仪
            （FTIR），美国 PE 公司；Bruker D8 Advance 型 X
            射线粉末衍射仪（XRD），德国 Bruker 公司；S-4800
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