常洋琿，孫志高

（蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009）

由于熱交換設(shè)備的傳熱強度和負荷逐漸增加，傳統(tǒng)的傳熱工質(zhì)已經(jīng)很難滿足繼續(xù)提高熱交換效率和能源利用率的需求[1-3]。潛熱型功能流體(LHFF)的出現(xiàn)引起眾多研究者的關(guān)注，它是指在基液中添加相變材料以提高流體儲熱能力的流體。與傳統(tǒng)單相流體相比，LHFF 具有更大的儲熱和熱交換能力。潛熱型功能流體包括相變?nèi)橐?、相變微乳液和相變微膠囊懸浮液等類型[4-6]。直接將相變材料制成相變?nèi)橐夯蛳嘧兾⑷橐河蟹€(wěn)定性差和黏度大等缺點。將相變微膠囊分散在基液中，可以提高基液的蓄冷能力，其黏度遠低于相變微乳液。另外，相變微膠囊懸浮液還可以避免相變材料的泄漏和腐蝕，可以通過改性微膠囊的壁材獲得更高的導(dǎo)熱率[7-9]。

近年來，已有部分學(xué)者對相變微膠囊懸浮液展開了研究。Fang 等[10]采用超聲輔助細乳液原位聚合法制備了一種新型聚苯乙烯/正十四烷復(fù)合納米微膠囊及其相變潛熱功能流體。凍融循環(huán)試驗表明十四烷微膠囊潛熱型功能流體具有良好的機械穩(wěn)定性，黏度適中，在基液中僅有少量微膠囊破損。Fu等[11]使用十四烷-聚苯乙烯微膠囊和SiO2改性的微膠囊，分別制備了潛熱型功能流體，改性后的潛熱型功能流體比熱容增加了8.4%，導(dǎo)熱率增加了4%。Karaipekli 等[12]采用微乳液聚合法制備了聚苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物壁材包裹的癸酸納米微膠囊，并將其制備成功能流體，使用表面官能化的納米微膠囊對提高流體的穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和比熱容具有顯著的潛力。目前，潛熱功能流體通常采用乳化劑將微膠囊分散于基液中。由于微膠囊的密度與水相差較大，常常需要添加大量的分散劑。尋找與微膠囊密度相近的基液是分散微膠囊、制備潛熱功能流體的有效方法。

為了得到具有高儲熱性能的相變微膠囊懸浮液，微膠囊的制備至關(guān)重要。相變材料的微膠囊化方法包括原位聚合法、界面聚合法和乳液聚合法等，其中原位聚合法因其原理簡單和合成效率高成為主流的制備方法[13-15]。原位聚合法制備微膠囊主要包括預(yù)聚、乳化和聚合三個步驟，其中升溫速率、聚合pH 值和聚合轉(zhuǎn)速等因素均會影響微膠囊的制備[16-18]。張瑾等[19]以十八烷為芯材，采用原位聚合法制備了脲醛樹脂微膠囊，其平均粒徑為3.4 μm，相變焓達到91.5 J/g。王信剛等[20]制備了癸酸-脲醛樹脂相變微膠囊，采用正交實驗分析了乳化劑用量，均質(zhì)速率和固化劑含量對微膠囊的影響，得到了最佳制備條件，包裹率達到69.7%。倪卓等[21]采用原位聚合法制備了以碳納米管-硬脂酸丁酯為芯材，脲醛樹脂為壁材的相變微膠囊，碳納米管在芯材中分布均勻，提高了微膠囊的相變潛熱和導(dǎo)熱率，包裹率達到61.1%。在相變材料的選取方面，需要其具有無毒、無腐蝕性、相變潛熱大和具有合適的相變溫度等特點。無機相變蓄冷材料在相變過程中通常伴隨著過冷度大、相分離和腐蝕性等問題的產(chǎn)生。有機相變材料主要包括脂肪酸、脂肪醇和烷烴等，其中烷烴具有較大的相變潛熱和較低的過冷度。微膠囊的芯材選擇需要根據(jù)其用途決定，十五烷的相變溫度與空調(diào)冷凍水的溫度范圍(5～12 ℃)一致，且具有較高的相變潛熱，本工作選用十五烷作為微膠囊的芯材。

本工作采用原位聚合法制備了一系列十五烷-脲醛樹脂微膠囊。研究了升溫速率、聚合pH 值和聚合轉(zhuǎn)速對微膠囊制備的影響，分析得到了微膠囊的最佳制備條件。將十五烷微膠囊分散于不同質(zhì)量分數(shù)的乙醇溶液中，得到穩(wěn)定的潛熱型功能流體，并研究了溫度和微膠囊添加量對潛熱型功能流體性能的影響。

1 實 驗

1.1 原材料與實驗儀器

在制備十五烷微膠囊的過程中，采用甲醛和尿素合成脲醛樹脂壁材，縮聚過程滴加冰乙酸溶液調(diào)節(jié)體系pH值，并添加間苯二酚和氯化銨用以增加壁材的交聯(lián)度。合成過程中所需的材料信息見表1。

表1 實驗材料信息Table 1 lmformations of Experimental materials

微膠囊合成和性能檢測過程中所需的儀器包括數(shù)控超聲波清洗器、掃描電子顯微鏡、干燥箱、酸度計等，具體見表2。

表2 實驗儀器信息Table 2 lmformations of Experimental instrument

1.2 微膠囊的制備

十五烷微膠囊的合成過程如圖1所示，其具體制備過程為：首先將2.50 g尿素，6.75 g甲醛溶液(37%)和10 mL 去離子水添加至燒杯內(nèi)混合，添加2 滴三乙醇胺使得溶液pH 值為8～9。將溶液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在65 ℃水浴加熱的條件下，采用電動攪拌器以500 r/min 攪拌60 min 后得到脲醛樹脂預(yù)聚體。稱取0.12 g SDS溶解于100 mL去離子水中，將10 g十五烷添加至上述溶液中，隨后采用高速均質(zhì)乳化機以5500 r/min 的速度攪拌溶液10 min得到十五烷乳液。然后將十五烷乳液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，采用電動攪拌器以一定的轉(zhuǎn)速不斷攪拌溶液，隨后將制備得到的脲醛樹脂預(yù)聚體緩慢滴加至乳液中。再稱取0.25 g間苯二酚和0.25 g氯化銨溶解于10 g去離子水中后緩慢滴加至溶液中，隨后將5%的冰乙酸緩慢滴加至溶液中，調(diào)節(jié)溶液的pH 值。最后利用恒溫水槽以一定的升溫速率將溶液從室溫升高至60 ℃，并在該溫度下反應(yīng)2 h。反應(yīng)完成后，采用石油醚、乙醇和去離子水沖洗抽濾三次，隨后經(jīng)烘干機干燥5 h后回收，得到干燥的十五烷-脲醛樹脂微膠囊。實驗研究了升溫速率、聚合pH值和聚合轉(zhuǎn)速對微膠囊的影響，實驗體系見表3。

圖1 十五烷微膠囊的合成原理圖Fig.1 Synthesis principle diagram of pentadecane microcapsule

表3 原位聚合法制備十五烷微膠囊的合成參數(shù)表Table 3 Synthetic parameters of pentadecane microcapsules prepared by in situ polymerization

1.3 潛熱型功能流體的制備

十五烷微膠囊潛熱型功能流體的制備是通過改變基液中水和無水乙醇的質(zhì)量比來確定最佳的基液配比。首先制備了無水乙醇質(zhì)量分數(shù)為0%、20%、40%、60%、80%和100%的水溶液，然后添加質(zhì)量分數(shù)為10%十五烷微膠囊。將上述制備得到的潛熱型功能流體放于試管中靜置24 h，其靜置穩(wěn)定性測試結(jié)果見圖2。靜置實驗24 h，流體均出現(xiàn)分層，其中乙醇質(zhì)量分數(shù)為40%和60%的樣品表現(xiàn)出微膠囊的懸浮現(xiàn)象，而質(zhì)量分數(shù)為80%的樣品呈現(xiàn)出沉淀現(xiàn)象。因此，可以判斷十五烷微膠囊潛熱型功能流體的最佳基液配比在無水乙醇質(zhì)量分數(shù)為60%～80%。

圖2 0%～100%的樣品靜置24 h后的分層情況Fig.2 Stratification of 0%-100%samples after standing for 24 h

采用質(zhì)量分數(shù)在60%～80%之間制備了11 個樣品(圖3)。靜置24 h 后，可以觀察到無水乙醇質(zhì)量分數(shù)為68%、70%和72%的樣品在靜置24 h 后分層現(xiàn)象不明顯，其中無水乙醇質(zhì)量分數(shù)為70%的樣品穩(wěn)定性優(yōu)異。因此，70%為十五烷微膠囊潛熱型功能流體最佳的基液配比。

圖3 60%～80%的樣品靜置24 h后的分層情況Fig.3 Stratification of 60%-80%samples after standing for 24 h

2 結(jié)果與討論

2.1 微膠囊制備

2.1.1 升溫速率對微膠囊制備的影響

升溫速率是影響微膠囊制備反應(yīng)速率的主要因素之一，圖4為采用Quanta FEG 250型掃描電子顯微鏡觀察到的微膠囊表面形貌。利用Mastersizer 3000 型激光粒度儀測量了微膠囊的粒徑，結(jié)果見圖5。十五烷微膠囊在1 ℃/min 的升溫速率下，形貌優(yōu)異，分散性良好，平均粒徑為50.0 μm。當(dāng)升溫速率降到0.8 ℃/min時，體系反應(yīng)速率降低，生成光滑納米殼層的時間隨之增加。由于SDS 對酸性環(huán)境敏感，隨著反應(yīng)速率的降低，導(dǎo)致乳液的穩(wěn)定性受到影響，乳液粒徑增加，致使微膠囊的平均粒徑增加至72.9 μm，呈現(xiàn)出凹陷、破裂、形貌不規(guī)則和大量UF 顆粒粘附的現(xiàn)象。相對的，隨著升溫速率增加至1.4 ℃/min，脲醛樹脂預(yù)聚體縮聚過程加快，期間迅速生成大量的甲酸和乙酸，導(dǎo)致體系酸度的快速下降，反應(yīng)速度不斷增加。UF 納米粒子迅速聚合生成微米級UF顆粒沉積在微膠囊表面，造成大量UF 顆粒沉積與團聚的現(xiàn)象。甲酸和乙酸會影響微膠囊的制備，但由于微膠囊制備完成后需要經(jīng)過抽濾、洗滌和烘干，因此實際得到的微膠囊不存在甲酸和乙酸的殘留。隨著升溫速率的增加，乳液穩(wěn)定性未受影響，芯材表面的納米殼層迅速生成，使得微膠囊的平均粒徑減小至35.8 μm。因此，制備十五烷微膠囊的最佳升溫速率為1.0 ℃/min。

圖4 不同升溫速率下十五烷微膠囊的SEM圖像Fig.4 SEM images of pentadecane microcapsules at different heating rates

圖5 不同升溫速率下十五烷微膠囊的粒徑分布Fig.5 Particle size distribution of pentadecane microcapsules at different heating rates

2.1.2 聚合pH值對微膠囊制備的影響

樣品T2、T4和T5的SEM測試結(jié)果見圖6，微膠囊在不同聚合pH 值下的粒徑分布見圖7。當(dāng)聚合pH=3.0 時，較低的聚合pH 值會導(dǎo)致反應(yīng)速度過快，UF納米粒子快速自聚形成微米級UF顆粒，進而導(dǎo)致團聚及UF 顆粒的雜亂沉積。微膠囊表面呈現(xiàn)出UF 顆粒大量沉積和嚴重團聚的現(xiàn)象，其平均粒徑為56.2 μm。當(dāng)聚合pH=4.0 時，微膠囊的球形形狀不明顯，團聚現(xiàn)象嚴重，大量UF 顆粒附著在表面且產(chǎn)生明顯的破裂，其粒徑增加至74.7 μm。該現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于較高的聚合pH值使得反應(yīng)速度放緩，芯材表面的納米殼層在剪切應(yīng)力下發(fā)生破裂，導(dǎo)致團聚、破裂和UF 顆粒過量不規(guī)則沉積的問題，且平均粒徑也隨之增加。當(dāng)聚合pH=3.5 時，十五烷微膠囊表面光滑，球形明顯，分散性好，經(jīng)抽濾烘干后無滲漏現(xiàn)象，穩(wěn)定性優(yōu)異，平均粒徑為50.0 μm。因此，聚合pH=3.5 為制備十五烷微膠囊的優(yōu)選制備條件。

圖6 不同聚合pH值下十五烷微膠囊的SEM圖像Fig.6 SEM images of pentadecane microcapsules at different polymerization pH values

圖7 不同聚合pH值下十五烷微膠囊的粒徑分布圖Fig.7 Particle size of pentadecane microcapsules at different polymerization pH values

2.1.3 聚合轉(zhuǎn)速對微膠囊制備的影響

在微膠囊縮聚的過程中，電動攪拌器提供的剪切應(yīng)力會影響微膠囊的合成過程。

圖8為十五烷微膠囊在不同聚合轉(zhuǎn)速下的SEM圖像，其粒徑分布見圖9。在聚合轉(zhuǎn)速為300 r/min時，樣品T6球形形貌不明顯，有嚴重的團聚現(xiàn)象，粒徑為66.9 μm。該現(xiàn)象是由于在聚合過程中，較低的剪切應(yīng)力使得UF納米粒子不能均勻分布于溶液中，溶液中部分區(qū)域UF納米粒子濃度較高，產(chǎn)生自聚生成較多微米級UF顆粒，并在后續(xù)反應(yīng)中不斷吸附沉積至微膠囊的表面。此外，較低的剪切應(yīng)力使得溶液中部分區(qū)域芯材濃度較高，在形成壁材的過程中頻繁發(fā)生碰撞，從而導(dǎo)致了團聚現(xiàn)象的產(chǎn)生。隨著聚合轉(zhuǎn)速增加至500 r/min，在體系反應(yīng)過程中，UF納米粒子和芯材液滴分布較均勻，在該轉(zhuǎn)速下UF納米顆粒緩慢沉積至芯材表面，少量UF納米粒子自聚成微米級UF顆粒，使得樣品T2表面光滑，球形明顯，分散性優(yōu)異，無破裂現(xiàn)象，粒徑為50.0 μm。當(dāng)聚合轉(zhuǎn)速增加至700 r/min時，較高的剪切應(yīng)力導(dǎo)致芯材表面納米殼層的破裂，使得UF納米粒子的吸附沉積過程受到干擾，導(dǎo)致微米級UF顆粒大量生成與輕微團聚現(xiàn)象的產(chǎn)生，其粒徑為52.6 μm。因此，制備十五烷微膠囊的最佳聚合轉(zhuǎn)速為500 r/min。

圖8 不同聚合轉(zhuǎn)速下十五烷微膠囊的SEM圖像Fig.8 SEM images of pentadecane microcapsules at different polymerization speeds

圖9 不同聚合轉(zhuǎn)速下十五烷微膠囊的粒徑分布圖像Fig.9 Particle size distribution images of pentadecane microcapsules at different polymerization speeds

2.1.4 微膠囊相變儲能能力分析

包裹率是表征微膠囊芯材含量的重要指標，可由式(1)確定：

式中，ηencap為微膠囊的包裹率，ΔHMPCM為微膠囊的相變潛熱，ΔHcore為芯材的相變潛熱。

利用差示掃描量熱儀DSC2500 測試十五烷和優(yōu)選的十五烷微膠囊的相變溫度和相變潛熱，如圖10 所示，表4 列出了測試結(jié)果。從圖10 中可以觀察到十五烷本身具有兩個明顯的凝固和熔融峰，溫度較低的凝固溫度和熔化溫度分別為-5.78 ℃和-3.86 ℃，其對應(yīng)的凝固焓和熔融焓分別為37.69 J/g 和37.01 J/g。由于相變溫度-5.78 ℃和-3.86 ℃不在空調(diào)冷凍水溫度范圍(5～12 ℃)，在應(yīng)用中溫度較低的凝固和熔化峰不會發(fā)生。因此，本工作采用相變溫度較高的兩個峰進行研究。十五烷較高的凝固和熔融溫度分別為7.34 ℃和8.42 ℃，微膠囊的凝固溫度和熔融溫度發(fā)生輕微變化，分別降低了0.3 ℃和0.2 ℃，該相變溫度所制備得到的潛熱型功能流體適用于溫度區(qū)間為5～12 ℃的空調(diào)水系統(tǒng)。相變材料在微膠囊化的過程中，相變潛熱會出現(xiàn)下降，且隨著芯壁比的變化而改變。十五烷的凝固焓和熔融焓分別為151.8 J/g 和147.7 J/g，最佳制備條件下得到的十五烷微膠囊的凝固焓和熔融焓分別為112.0 J/g和115.3 J/g，其包裹率達到77.8%。

表4 十五烷和十五烷微膠囊的DSC測試結(jié)果Table 4 DSC testing results of pentadecane and pentadecane microcapsules

圖10 十五烷和十五烷微膠囊的DSC曲線Fig.10 DSC curves of pentadecane and pentadecane microcapsules

2.1.5 FT-IR分析

利用Vertex 70 型傅里葉紅外光譜儀測量了十五烷、脲醛樹脂和十五烷微膠囊的紅外光譜，該設(shè)備的掃描范圍為4000～600 cm-1，分辨率為4 cm-1，測試結(jié)果見圖11。十五烷微膠囊的特征峰和脲醛樹脂與十五烷的特征峰相匹配。在3600～3200 cm-1范圍內(nèi)為O—H 基團呈現(xiàn)出的寬吸收帶。在2926 cm-1和2853 cm-1分別對應(yīng)CH3的不對稱伸縮振動峰和CH2的對稱伸縮峰。十五烷在1458 cm-1處的CH3、CH2變形振動峰與十五烷微膠囊的對應(yīng)特征峰匹配密切。C=O 和C—N 的伸縮振動峰分別在1641 cm-1和1559 cm-1處得到體現(xiàn)，在1010 cm-1處為N—H 的彎曲振動峰。因此，由紅外光譜測試分析可得，十五烷微膠囊被成功包裹，在合成過程中沒有新物質(zhì)生成。

圖11 十五烷、脲醛樹脂和十五烷微膠囊的紅外光譜曲線Fig.11 lnfrared spectra of pentadecane,urea-formaldehyde and pentadecane microcapsules

2.1.6 微膠囊的熱穩(wěn)定性

采用SDT2960 型差熱熱重聯(lián)用儀分別對十五烷、脲醛樹脂和十五烷微膠囊進行TG 測試，在氮氣氛圍下，測試溫度從室溫升至600 ℃，升溫速率為10 ℃/min，測試結(jié)果如圖12 所示。脲醛樹脂在145 ℃左右開始分解，400 ℃左右完全分解。十五烷在78 ℃左右開始逐步失重，于195 ℃左右完全分解。十五烷微膠囊的失重過程分為兩個階段，第一階段為脲醛樹脂制備過程中殘存的水和存儲過程中微膠囊從空氣中吸附的水分蒸發(fā)，從常溫至110 ℃左右的質(zhì)量損失約為3%。隨后，十五烷微膠囊的壁材隨著溫度的升高，以及芯材不斷分解導(dǎo)致內(nèi)部壓力增加產(chǎn)生破裂，十五烷和部分壁材逐步分解。在該階段十五烷的分解起始溫度約為120 ℃，其起始分解溫度推遲了42 ℃，終止溫度為200 ℃，失重率為83.66%。第二階段為脲醛樹脂及其反應(yīng)副產(chǎn)物的分解過程，其起始分解溫度為210 ℃，終止溫度為400 ℃，失重率為13.42%。經(jīng)TG 測試驗證，脲醛樹脂壁材對十五烷有一定保護作用，在溫度低于110 ℃時，微膠囊具有良好的穩(wěn)定性，適用于溫度區(qū)間為5～12 ℃的空調(diào)系統(tǒng)。

圖12 十五烷、脲醛樹脂和十五烷微膠囊的TG測試曲線Fig.12 TG test curves of pentadecane,urea-formaldehyde and pentadecane microcapsules

2.2 十五烷微膠囊潛熱型功能流體

2.2.1 導(dǎo)熱率測試

采用質(zhì)量分數(shù)為70%的乙醇溶液為基液，向其中添加十五烷微膠囊，制備得到質(zhì)量分數(shù)為0、5%、10%、15%和20%的十五烷潛熱型功能流體樣品，在0～20 ℃溫度范圍內(nèi)分別對其進行導(dǎo)熱率測試，測試結(jié)果見圖13。在0～5 ℃范圍內(nèi)，由于芯材十五烷一直處于固態(tài)，十五烷微膠囊添加量為5%的樣品的導(dǎo)熱率隨著溫度的升高而增加，但并未超過基液的導(dǎo)熱率。在5～10 ℃溫度范圍內(nèi)，十五烷芯材發(fā)生相變，由固態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，導(dǎo)致了樣品的導(dǎo)熱率出現(xiàn)下降。隨著溫度的繼續(xù)升高，樣品的導(dǎo)熱率也逐步增加。十五烷微膠囊添加量為10%，15%和20%的樣品也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。此外，十五烷微膠囊潛熱型功能流體的導(dǎo)熱率也隨著微膠囊質(zhì)量分數(shù)的增加而下降。

圖13 十五烷微膠囊潛熱型功能流體的導(dǎo)熱率Fig.13 Thermal conductivity of pentadecane microcapsules latent heat functional fluid

2.2.2 黏度測試

潛熱型功能流體的黏度影響著其在管道內(nèi)的應(yīng)用，隨著黏度的增大，泵所需提供的功率也隨之增加。采用旋轉(zhuǎn)黏度計NDJ-79 對不同添加量的十五烷微膠囊潛熱型功能流體進行表征，結(jié)果如圖14所示。在0～20 ℃的溫度范圍內(nèi)，微膠囊添加量為0%～10%潛熱型功能流體的黏度隨著溫度的升高而逐步降低，隨著微膠囊添加量的增加而升高，其黏度均在10 mPa·s 以內(nèi)。添加量為5%的樣品最接近70%無水乙醇水溶液的黏度，具有良好的流動性。另外，隨著十五烷微膠囊的添加量增加，體系黏度也逐步增加。然而，隨著微膠囊添加量增加至15%和20%，樣品的黏度出現(xiàn)了較大的增長，且隨著溫度的升高出現(xiàn)較大降幅。因此，微膠囊添加量為15%以下的潛熱型功能流體適用于空調(diào)系統(tǒng)。

圖14 十五烷微膠囊潛熱型功能流體的黏度Fig.14 Viscosity of pentadecane microcapsules latent heat functional fluid

3 應(yīng)用分析

目前冰蓄冷是蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中的主要蓄冷方式，但冰蓄冷系統(tǒng)制冰過程中制冷機組的蒸發(fā)溫度需要降至-9～-4 ℃，這導(dǎo)致制冷機組的制冷量下降。與空調(diào)工況相比，制冷機組在蓄冰工況運行時蒸發(fā)溫度低，通常制冷機組的蒸發(fā)溫度每降低1 ℃，主機平均耗電量要增加，這導(dǎo)致制冷機組在蓄冰工況運行時的性能系數(shù)大幅度降低，增加了蓄冷能耗。而十五烷微膠囊的相變溫度在7 ℃左右，采用十五烷微膠囊潛熱型功能流體蓄冷時制冷機組可運行在空調(diào)工況，蒸發(fā)溫度為4 ℃左右，制冷機組的運行性能系數(shù)高，節(jié)省了蓄冷能耗，可提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。另外，十五烷微膠囊潛熱型功能流體由于含有相變材料，其單位質(zhì)量的輸送能量密度比空調(diào)冷凍水高，可節(jié)省載冷劑的流量，降低輸送能耗和減少管道直徑。對同一臺冷凍泵，采用潛熱型功能流體后流體的流量降低導(dǎo)致泵的轉(zhuǎn)速降低，由水泵定律其功耗可表示為[22]：

式中，P為泵的功率，W；G為載冷劑的體積流量，m3/s；m為載冷劑的質(zhì)量流量，kg/s；ρ為載冷劑的密度m3/kg；下標LHFF 和W 分別為潛熱功能流體和水。

與水當(dāng)載冷劑相比，當(dāng)潛熱功能流體中的微膠囊添加量為10%時，載冷劑泵的輸送功率可降低7%；微膠囊添加量為20%時，泵的輸送功率降低約20%。因此，以十五烷微膠囊潛熱型功能流體為載冷劑的空調(diào)系統(tǒng)，提高了載冷劑的儲能密度，減少輸送系統(tǒng)所需的載冷劑流量，降低了泵的功耗。

4 結(jié) 論

本工作制備了十五烷微膠囊及其潛熱型功能流體，研究了微膠囊的最佳制備條件，對潛熱型功能流體的黏度和導(dǎo)熱率進行了分析，得出以下結(jié)論：

（1）在升溫速率1 ℃/min，聚合pH值為3.5和聚合轉(zhuǎn)速500 r/min 的條件下制備的十五烷微膠囊球形明顯，表面光滑，穩(wěn)定性優(yōu)異無滲漏現(xiàn)象。十五烷微膠囊的相變溫度為8.20 ℃，相變潛熱為115.3 J/g，平均粒徑為50.0 μm，包裹率達到77.3%。

（2）經(jīng)紅外光譜測試和TG 測試判斷，十五烷被脲醛樹脂成功包裹，芯材與壁材之間未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在微膠囊制備過程中沒有新物質(zhì)生成。微膠囊具有良好的熱穩(wěn)定性，脲醛樹脂壁材能夠?qū)π静钠鸬揭欢ǖ谋Ｗo作用。

（3）靜置實驗表明，基液中無水乙醇質(zhì)量分數(shù)為70%的十五烷微膠囊潛熱型功能流體穩(wěn)定性優(yōu)異，靜置24 h后無分層現(xiàn)象發(fā)生。

（4）導(dǎo)熱率和黏度測試表明，十五烷微膠囊潛熱型功能流體的導(dǎo)熱率隨著溫度的增加而升高，隨著體系內(nèi)微膠囊質(zhì)量比的增加而降低。十五烷微膠囊潛熱型功能流體的黏度隨著微膠囊添加量的增加而升高，隨著溫度的升高而逐步降低，在微膠囊質(zhì)量分數(shù)為15%和20%的樣品中這種現(xiàn)象更為明顯。

（5）與冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)相比，潛熱功能流體作為載冷劑可提高制冷機組的性能系數(shù)，降低泵的輸送功率，提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性。