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北工商万贤副教授课题组:水煮后的微胶囊,皮薄馅大依然完整快乐调温

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高分子科学前沿 2021-05-05 02:42

包子当然皮越薄馅越大越好吃,在冬天的早上来一笼灌汤小笼包,驱寒饱腹,人间值得!

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小笼包里的灌汤是用皮冻做的,上笼蒸熟后,Q弹的皮冻就变成了水当当的灌汤,咬一口鲜汁四溢。


但是馅料越多,就越可能面临皮破汁流的情况。

相变材料在蓄热放热的过程中,会发生固-液相转变,液态时就跟灌汤包里的汤汁一样容易流动。

所以用一层外壳把相变材料包覆成微胶囊能有效提高相变材料的稳定性并扩展其应用领域。同时,相变材料在微胶囊中的含量越高,蓄热能力就越优越。但是相变材料越多,如果壳材不给力,就越容易“露馅”。

如何在保证相变蓄能的同时,还能保持壳材完整呢?

北京工商大学万贤副教授课题组以石蜡为相变材料,通过原位聚合的方法,使用掺杂交联的PMMA作为壳材,制备了相变材料微胶囊。巧妙的设计了实验条件,不仅获得了具有高于理论焓值的蓄热能力的相变材料微胶囊,还获得了坚固耐用抗水煮的聚合物外壳。

石蜡的相变点为47℃,和人体的舒适温度接近,而且,分子的固有性质注定了石蜡只要存在,就能永远有效调温,如今有了强悍的外壳保护,更能够稳定的用在外墙涂料上解决涂料固化时受温度影响的问题;稳定的用在纤维中,做成可调温衣物;稳定的用在墙体内部保持冬暖夏凉,减少空调使用量;为碳中和贡献一份力。

图1. 石蜡(上)与相变材料微胶囊(下)在升温过程中的形态变化图

如图1所示,随着温度升高,微胶囊的“馅料”石蜡逐渐从固态变成液态,失去形态稳定性。而相变材料微胶囊则一直保持着稳定的外形。但其实,微胶囊的内部的石蜡仍在孜孜不倦的进行固液相转变,如图2所示。

图2. 不同温度下的相变材料微胶囊的偏光图像

在图2中可以清晰的看到随着环境温度的升高,石蜡的晶体消失,而随着环境温度的降低,石蜡的晶体又再次出现。

那微胶囊用在外墙涂料里,万一在日常生活中被不小心泼到了开水烫到了怎么办?会不会"露馅"?不用担心,微胶囊在90℃下处理24小时(图3(c))和48小时(图3(d))后都完整依旧。

图3.相变材料微胶囊在90℃下处理24小时(左)48小时(右)的电镜图片

除此之外,该研究中获得的相变材料微胶囊还具有优异的化学相容性和稳定性,未来在蓄热调温领域中具有较高的应用价值,是具有碳中和潜力的功能材料。

详细结果参见近期发表在《Journal of Energy Storage》的文章:Synthesis and characterization of phase change materials microcapsules with paraffin core/cross-linked hybrid polymer shell for thermal energy storage. Journal of Energy Storage,2020,32:101897.

该工作得到了国家自然基金((NSFC No. 51503006)的资助。

来源:高分子科学前沿

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