本文關鍵詞：基于控溫包裝的相變膠囊及其復合材料的制備與性能研究　出處：《江南大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近年來,隨著市場對溫度敏感產品在冷鏈物流運輸特別是“最后一公里”中的配送質量要求的提高,無源冷鏈控溫包裝技術在實際工程應用中的意義日趨顯著,其中,高性能的相變材料和保溫材料在無源冷鏈物流中發(fā)揮重要作用。相變微膠囊因其可以解決或改善相變材料在實際應用中出現的泄露和分散性差等問題,已經成為研究工作者關注的熱點。鑒于控溫包裝領域的特殊性,傳統(tǒng)的相變微膠囊由于其易沾染性,不可回收性和相變儲能效率低等問題,不適合應用于控溫包裝領域中。因此,設計和制備適用于控溫包裝領域的相變膠囊具有重要的實際意義和應用價值。本文以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和脲醛樹脂(UF)兩種典型的相變微膠囊壁材材料為基礎,通過化學改性和物理共混摻雜,制備出適用于控溫包裝領域新型的功能性相變微膠囊和相變儲能復合材料。研究內容主要包括:(1)以正十四烷為芯材,PMMA和UF兩種材料為壁材,制備兩種相變微膠囊樣品。通過對兩種相變微膠囊的形貌、化學結構、相變性能、熱穩(wěn)定性等各項性能的表征,對比分析兩種相變微膠囊的性能差異以及導致原因,為下階段的試驗提供理論依據。選擇不同類型乳化劑或復配型乳化劑組合進行相變微膠囊的制備試驗,根據制備出的相變微膠囊各項性能的表征,選擇最優(yōu)的乳化劑,并應用于下階段試驗。(2)以海藻酸鈣凝膠體為基材材料,PMMA和UF壁材相變微膠囊為芯材,制備了毫米級海藻酸鈣相變大膠囊,并對其進行形貌、相變性能、熱穩(wěn)定性和力學性能進行表征分析。形貌分析結果表明,海藻酸鈣凝膠體大部分存在于相變大膠囊表面,大膠囊內部海藻酸鈣凝膠體沒有明顯改變大膠囊樣品中微膠囊的形貌。相變性能分析結果表明,大膠囊相變潛熱隨微膠囊相變潛熱的提高而升高,相變大膠囊樣品最大包覆率為77.7%。熱穩(wěn)定性分析結果表明,海藻酸鈣凝膠作為基材材料,大膠囊樣品的芯材失重起始溫度相比微膠囊樣品得到了大幅提高。力學測試結果表明,大膠囊可以承受的平均壓力為7N,在此壓力下芯材不會發(fā)生泄漏。(3)以雙官能團小分子N-羥甲基丙烯酰胺(NMA)為交聯劑,MMA和UF預聚體為原材料,制備了PMMA/NMA/UF混合壁材相變微膠囊,并對其進行了形貌,相變性能,熱穩(wěn)定性和相變儲熱性能的表征和分析。紅外光譜分析結果表明,在NMA的交聯作用下,MMA與UF預聚體之間發(fā)生共聚合反應,生成PMMA/NMA/UF交聯大分子。形貌分析結果表明,混合壁材相變微膠囊同時具備UF壁材相變微膠囊的成形性和PMMA壁材相變微膠囊表面平滑的優(yōu)點,其微觀團聚現象和宏觀結塊現象與PMMA/UF比例和N-羥甲基丙烯酰胺的添加量有關。相變性能和熱穩(wěn)定性分析結果表明,混合壁材相變微膠囊樣品相變潛熱為175.5 J/g,高于兩種單層壁材微膠囊樣品;PMMA/NMA/UF交聯大分子的存在有效提高了混合壁材樣品在潮濕環(huán)境中的密封性,熱穩(wěn)定性和可循環(huán)應用性。(4)分別將兩種形式的相變膠囊與聚氨酯(PU)發(fā)泡材料結合,制備了具有相變儲能功能的相變膠囊/PU復合材料,并對其進行了形貌和結構,相變儲能,熱穩(wěn)定性和力學性能的表征和分析。形貌和結構分析結果表明,相變膠囊的摻雜會引起PU發(fā)泡材料泡體的坍縮,補充黑料和催化劑會有所改善。在PU發(fā)泡材料保持正常的泡體結構和各項性能的前提下,相變微膠囊的摻雜量不能超過20wt%,而相變大膠囊的摻雜量可以達到50wt%以上。相變儲能分析結果表明,相變膠囊的摻雜可以給PU發(fā)泡材料帶來相變儲能功能;相變大膠囊/PU復合材料的相變儲熱性能優(yōu)于為相變微膠囊/PU復合材料,適用于控溫包裝領域。熱穩(wěn)定性測試表明,復合材料中的相變微膠囊與PU發(fā)泡材料基體結合非常緊密,其相變材料的失重溫度遠大于純相變材料樣品。力學性能測試結果表明,相變微膠囊的摻雜大幅降低發(fā)泡材料的力學強度;相變大膠囊的摻雜則明顯提高了PU發(fā)泡材料的力學強度。相變大膠囊/PU復合材料彌補了傳統(tǒng)相變微膠囊摻雜PU發(fā)泡材料相變儲能效率低,力學性能差的缺陷,可以在控溫包裝領域推廣應用。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB34;TB332

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本文編號：1324793