洪開煜 福建新奧能源發(fā)展有限公司 362000

1 氧化石墨烯改性的相變微膠囊的制備及性能研究

本文選擇正十八烷（含量≥99.0%）為芯材，其熔點在28~31℃之間，采用三聚氰胺（分析純≥78.0%）和甲醛（分析純37.0-40.0%）制備密胺樹脂（melamine-formaldehyde resin，MF樹脂）作為壁材。選擇苯乙烯-馬來酸酐（SMA）作為乳化劑。相變微膠囊的制備采用原位聚合法。

將2g SMA粉末、1.2g氫氧化鈉（分析純≥96%）和36.8g去離子水加入燒杯中，水浴50℃、1200r/min磁力攪拌6h，制得5wt.%苯乙烯-馬來酸酐共聚物鈉鹽乳化劑。將2g正十八烷和8mL去離子水混合加入到燒杯中，水浴加熱到70℃。取10g乳化劑溶液加入到熔融十八烷和去離子水混合溶液中，水浴70℃、2500r/min磁力攪拌2h，得到穩(wěn)定的O/W乳液，將2mL氧化石墨烯分散液（2mg/mL）加入到乳液中，繼續(xù)攪拌10min，隨后用10wt.%檸檬酸調(diào)pH至4.5-5。

隨后將1.96g甲醛水溶液和0.9g三聚氰胺加入到燒杯中，加入7.5mL去離子水，用10wt.%三乙醇胺溶液調(diào)節(jié)pH至8.5-9，水浴70℃、600r/min磁力攪拌，攪拌至透明后繼續(xù)攪拌20min。

將預(yù)聚體溶液緩慢滴加（1.5mL/min）到正十八烷/氧化石墨烯乳液中，乳液保持70℃、600r/min磁力攪拌，所有預(yù)聚體溶液都被加入后，在相同條件下繼續(xù)攪拌2h后，用10wt.%三乙醇胺溶液調(diào)節(jié)pH至8.5-9結(jié)束反應(yīng)。將所得產(chǎn)物抽濾，用無水乙醇、石油醚、去離子水各洗滌3次，然后在真空干燥箱中100℃真空干燥24h，得到圖1干燥的相變微膠囊粉末。可以看出，添加完氧化石墨烯之后的相變微膠囊的呈現(xiàn)暗黃色（不添加氧化石墨烯的相變微膠囊粉末為白色），且過濾洗滌之后不變色，說明氧化石墨烯已經(jīng)成功加入到相變微膠囊之中。

圖1 干燥的相變微膠囊粉末

該樣品DSC測試結(jié)果：樣品的融化峰值溫度是29.87℃，熔化潛熱是125.98J/g，冷卻峰值溫度是25.27℃，凝固潛熱是124.93J/g。

2 具有光熱轉(zhuǎn)換特性的潛熱型功能熱流體的性能研究

潛熱型功能熱流體，英文名Latent Functional Thermal Fluid（LFTF），是一種由相變材料與單相熱流體制備而成的流體。

2.1 研究意義與目的

將相變微膠囊應(yīng)用到潛熱型功能熱流體中，主要是為了研究將相變微膠囊加入到天然氣鋼管涂漆中。通過這樣的方式，促使涂漆面在白天吸收光照熱量儲能，夜間可以釋放熱量，而且由于相變微膠囊的引入，管道升溫和降溫的過程都得到了延長，以此達(dá)到管道長時間保溫的目的。

2.2 相變微膠囊懸浮液的制備

將相變微膠囊分散在PVA溶液中。首先制備了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt.%的PVA溶液。取5mL加入到試管中，再取0.5g相變微膠囊粉末加入到試管中，震蕩后再超聲20min，使相變微膠囊顆粒均勻分散在基液中。同時，取了5mL去離子水加入到試管中，取0.1g SDS加入到去離子水中震蕩至其完全溶解，取0.5g相變微膠囊粉末加入到試管中，震蕩后再超聲20min，使相變微膠囊顆粒均勻分散在水中中。靜置開始觀察。

2.3 光熱轉(zhuǎn)換實驗

將懸浮液中間層的分散液用移液槍抽出15mL至試管中，樣品記為LFTF-H，再從這根試管中抽出5mL至另一根試管，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt.%的PVA溶液5mL，樣品記為LFTF-L，這樣即可配制出兩份相變微膠囊含量不同的潛熱型功能熱流體，另外取了純質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt.%的PVA溶液10mL到試管中，樣品記為LFTF。

隨后按照實驗裝置系統(tǒng)圖搭建試驗臺，開始進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換實驗，三個樣品溶液的光熱轉(zhuǎn)換均在同一條件下進(jìn)行。

升溫到相同的溫度，LFTF-H的速度大于LFTF-L的速度大于LFTF的速度。在28~31℃之間，LFTF-H和LFTF-L有一個趨勢穩(wěn)定吸熱的過程，樣品溶液所能達(dá)到的終溫也有所不同。樣品LFTF-H和LFTF-L的降溫過程很平穩(wěn)，而樣品LFTF的降溫速率明顯大于LFTF-H和LFTF-L的速率，且溫度波動較明顯。

測量相關(guān)數(shù)據(jù)，計算光熱轉(zhuǎn)換效率。在約900W/m2光強下，純基液的光熱轉(zhuǎn)換效率只有22.21%，而加入了相變微膠囊的LFTF-L和LFTF-H為34.20%和47.72%，比純基液分別提高了53.9%和114.8%。

3 總結(jié)

選擇合適的相變材料（熔點溫度范圍在合適的天然氣輸運管道溫度范圍內(nèi)）制備相變微膠囊，加入到鋼管涂漆中，充分利用太陽能，理論上可以還可以解決管道晝夜溫差大導(dǎo)致的輸氣耗損問題。