聚乙二醇/乙基纤维素相变微胶囊的制备及表征文献综述

 2022-08-05 02:08

文献综述

1.背景

当今世界科学技术的发展促进了经济的飞速发展,人们生活水平的提高。与此同时造成了环境污染和能源的浪费,以及资源的枯竭。开发和利用新型能源已成为当代社会发展的重要推动力。因此开发清洁能源和充分利用可再生资源对环保具有十分重要的意义。

相变材料(Phase Change Materials,PCM)[1]近年来发展迅速,是一种具有热能储存和温度调节[2]控制的物质,在相变过程中能够吸收或释放大量的潜热。在实际应用中普遍使用固-液相变材料和固-固相变材料[3],例如结晶水合盐等无机类和高级脂肪烃醇等有机类。

聚乙二醇(Polyethylene Glycol,PEG)[4]是无毒、无腐、不易燃的高分子相变材料[5],随分子量不同其相变焓及相变温度也各异,能满足储能调温需求,是一类具有潜在应用价值的相变蓄热材料。聚乙二醇作为一种相变材料,其优点突出,应用前景广阔,越来越受到研究者的关注。

微胶囊技术是一种应用成膜材料将固体或液体包覆成具有核壳结构微粒的技术,得到的微粒称为微胶囊。微胶囊相变材料由相变囊芯和包覆壁材组成。与传统相变材料相比,相变微胶囊具有很多优点:如增大了材料的比表面积,提高了导热系数;能有效降低多次循环使用带来的渗漏;可较大程度的消除相分离和过冷现象;降低某些相变材料的挥发毒性,提高了相变材料的耐久性,延长了使用寿命等。

目前常用的囊壁材料为合成树脂,而含有甲醛的微胶囊壁材在使用过程中会缓慢释放出甲醛,不符合环保要求,因此开发环保型壁材是一个重要的研究课题。另外,明胶-阿拉伯树胶、脲醛微胶囊壁材普遍存在胶囊机械强度较弱、密封性能不好的缺点,也是阻碍相变材料微胶囊应用的主要问题,研究新的壁材材质还需要进一步深入。

纤维素是自然界中储量最丰富的亲水性高聚物,具有高机械强度、可循环利用、无毒无害和价格低廉等特点,主要以聚多糖的形式存在于植物的细胞壁中。纤维素及其衍生物功能化材料普遍存在,如纤维素微球,再生纤维素纤维和纤维素膜等,主要应用于医药、建材、化工、纺织、造纸和食品等领域,为诸多行业提供了大量的原材料,纤维素被认为是未来最有可能替代石油的绿色生物资源。近年来,在微/纳米尺寸范围操纵纤维素分子及其超分子聚集体得到新型功能性材料成为纤维素科学的前沿领域。其中,科学研究的热点之一就是纤维素微球,而且其制备技术日渐成熟,应用范围不断拓展。选用纤维素作为包覆聚乙二醇的壁材,其优点是一方面纤维素作为纤维素的衍生物,具有纤维素可降解,能再生的优点,是一种环保型壁材,同时再生出的乙基纤维素比表面积大,利于增大传热面积。

2.相变微胶囊

2.1 相变材料概述

物质的存在状态通常有三相:固相,液相和气(汽)相。物质从一种相态变化到另一种相态叫相变。物质在发生相变时的温度变化很小或基本不变,这个温度即相变温度:相变过程伴有的能量的吸收和释放,此部分能量即相变潜热。相变材料或相变储能材料是在温度基本不变的相变过程中以相变潜热的形式吸收或释放大量能量的功能材料。当外界温度比相变材料温度高时,相变材料吸收外界热量,从而降低环境温度;当外界温度比相变温度低时,相变材料释放储存的热量,从而提高环境温度。相变材料的能量储存密度很高,发生相变过程时温度变化较小。

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