新型无机水合盐复合相变材料的设计、包覆制备与热化学研究

针对无机水合盐相变材料存在的腐蚀、过冷、相分离、循环稳定性差、热力学研究缺乏等科学问题，本项目从多学科交叉的角度创新性地提出对其（如Na2SO4o10H2O等）进行系统改性研究：一方面通过表面活性剂的自组装和微胶囊包覆技术，制备新型的聚苯乙烯壁材包覆的无机水合盐微胶囊复合相变材料；另一方面通过表面活性剂的自组装和多孔石墨的毛细吸附作用将其组装到石墨的孔道结构中，采用PVC成膜技术，将其包覆起来，得到低成本、高导热、性能稳定的聚合物薄膜包覆的无机水合盐/多孔石墨复合相变材料。运用纳米技术、热化学、谱学表征、理论计算方法等研究微胶囊和多孔石墨内无机水合盐的结晶／熔融及相变焓，揭示微胶囊和多孔石墨的限域空间及小尺寸效应对相变材料的相变温度、相变速率及相变焓的影响规律，建立数学模型，阐明其相转变机理。并研究所制新型相变材料在建材中的相变及热传导特性等，为新型相变控温建材的研发提供理论依据。

本项目针对无机水合盐相变材料存在的腐蚀、过冷、相分离、循环稳定性差、热力学研究缺乏等缺陷，开展了一系列创新性研究。并针对相变材料在建材领域应用稳定性差的缺陷，将性能优异的有机微胶囊复合相变材料应用于建筑节能材料，对其智能控温效果进行了探索，取得的部分成果如下：.（1）分别采用膨胀石墨、多孔氧化铝作为无机支撑基体，以无机水合盐CaCl2·6H2O为相变材料，通过表面活性剂的自组装和多孔结构的毛细吸附作用，制得了复合定形相变材料。研究发现，CaCl2·6H2O保持较好的相变储能特性，相变焓可达99-145 J/g，相变温度保持在32 oC左右。复合材料的导热系数可达8.796 W m-1K-1，是纯CaCl2·6H2O的14倍，机复合相变材料可快速对环境变化做出响应，具有较高的应用价值。.（2）创造性地采用CaCl2·6H2O为相变材料芯材，聚苯乙烯为微胶囊壁材，通过油包水乳液分散聚合法，成功设计制备了新型的无机水合盐基微胶囊复合相变材料。制备的微胶囊样品具有规则的球形形貌，颗粒大小均匀，表面致密光滑，粒径在1-3 µm范围内。制备的样品虽具有较高的相变焓，结晶结构中同时含有CaCl2·4H2O和CaCl2·2H2O结晶，相变温区较宽。本研究推动了无机水合盐基微胶囊复合相变材料的发展，也为无机水合盐基微胶囊复合相变材料的制备提供了新方法。.（3）创造性地以微胶囊复合相变材料为智能控温成分，通过玻璃纤维增强和模压成型，设计制备了新型石膏基相变控温墙体材料。大幅度提高了相变材料在石膏基体中的添加量，可高达60 wt%，赋予墙体材料优异的智能控温性能。结果显示，经过60次热循环，复合材料的相变温度和相变潜热基本保持不变。该墙体材料可在22-27 oC温区内持续1735 s。结果表明，将相变材料用于建筑材料可有效提高建筑物舒适性并实现节能控温。.（4）创造性地将微胶囊相变材料、纳米二氧化钛与薄膜基体复合，通过固化成型，设计制备了新型相变控温隔热防晒复合薄膜。复合薄膜的相变潜热可达8.96 J/g，经过100次DSC热循环基本保持不变。薄膜能将屏蔽空间的温度控制在25-28 oC 持续 3298 s。复合薄膜具有较强的抗紫外线性能，在紫外光区的透过率小于10 %。说明该复合隔热防晒薄膜具有较好的隔热防晒效果，在建筑和汽车领域具有广阔的应用前景。