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纳米复合相变材料的制备方法

来源:印染在线 发布时间:2009年10月28日

展义臻 朱平 赵雪 王炳 青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室作者简介:展义臻(1981-),男,山东青岛人,硕士研究生,研究方向为新纤维的制备及其功能性改进。

相变材料PCMs(Phase Change Material)是指材料在相变温度范围内,虽然发生相态的变化(一般为固液转变),但在相变过程中,体积变化很小,以潜热形式从周围环境吸收或释放大量热量(热的吸收量或释放量比显热形式要大得多),而自身的温度保持不变或恒定的一种功能性材料[1]。应用于纺织领域的PCMs主要为结晶水合盐类、石蜡类、脂肪酸类,多元醇类等[2]。 纳米技术的发展及其在复合材料领域的应用,为制备高性能复合相变材料提供了很好的机遇。纳米材料不仅存在纳米尺寸效应,而且比表面效应大,界面相互作用强,利用纳米材料的特点制备新型高性能纳米复合相变材料是制备高性能复合相变材料的新途径[3]。 现阶段纳米复合相变材料主要是将有机相变材料与无机物进行纳米尺度上的复合,包括在有机基质上分散无机纳米微粒和在纳米材料中添加有机物。充分结合有机相变材料和无机纳米材料的物理、化学的优点,利用无机物具有的高导热系数来提高有机相变材料的导热性能,利用纳米材料具有巨大比表面积和界面效应,使有机相变材料在发生相变时不会从无机物的三维纳米网络中析出,从而解决了有机相变材料高温升华挥发和直接应用时存在泄漏的问题[4],使得纳米相变材料具有较高的导热性和稳定性。此外,纳米材料还是显热相变材料,所以纳米复合相变材料还构成了显热/潜热复合相变材料,从而进一步提高了材料的相变密度。本文主要介绍纳米复合相变材料的制备方法。

1 纳米胶囊法 纳米胶囊是一种具有囊心的微小"容器",纳米胶囊的直径通常在lµm以下[5]。由于纳米胶囊的缓释性和靶向性等性能均优于微胶囊,已用于医药领域[6]。纳米胶囊的粒径小、比表面积大

,可以和高聚物材料较好的复合,近年来纳米胶囊的应用领域在不断的拓宽。相变材料纳米胶囊除了具有一般纳米胶囊的优点外,还具有智能调节温度的功能,可用于调温纤维领域。不过,随着粒径的减小,胶囊的过冷现象明显,胶囊的耐热性可能随着粒径的减小而降低,这些都将制约相变材料纳米胶囊的应用。 纳米胶囊采用细乳液聚合方式制备,以亚微米(50-500nm)液滴构成的稳定的液/液分散体系称为细乳液,相应的液滴成核聚合称为细乳液聚合。在复合乳化剂(如十六醇和十二烷基硫酸钠)共同作用下,液滴成核成为乳液聚合主要方式。 在细乳液中,亚微米液滴得以稳定的关键在于分散相中溶入少量高疏水性的化合物,又称为共稳定剂或助稳定剂。从本质上讲,它们的作用在于产生渗透压,并非表面活性。细乳液的主要组分有:连续(水)、分散相(油或单体)、乳化剂和共稳定剂;当其用于聚合时,还包括引发剂、相对分子质量调节剂等其他组分。细乳液是热力学亚稳定体系,不能自发形成,必须依靠机械功克服油相内聚能和形成液滴的表面能,使之分散在水中。由于机械分散效率低,分散制备亚微米细乳液时必须使用高强度均化器。

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