چکیده

مواد تغییر فاز دهنده موادی با گرمای ذوب زیاد هستند که با ذوب یا انجماد در دمای معین قابلیت ذخیره سازی و آزاد کردن مقادیر زیادی انرژی را دارند. از این پدیده می توان در کاربردهای حفاظت گرمایی یا ذخیره انرژی گرمایی استفاده کرد. یکی از روش هایی که برای جلوگیری از نشت مواد تغییر فاز دهنده به بیرون استفاده می شود، کپسوله کردن آنهاست. در این پژوهش نانوکپسولهای پلی متیل متاکریلات حاوی هگزادکان به روش پلیمریزاسیون امولسیونی تهیه شد. ساختار شیمیایی نانوکپسول های سنتز شده از طریق آنالیز طیف FT-IR مورد بررسی قرار گرفت و همچنین شکل شناسی نمونه ها به کمک میکروسکوپی الکترونی پویشی ( (SEM ارزیابی شد. تست FT-IR نشان داد که پوسته پلیمری به خوبی هسته پارافینی را محصور کرده است. تصاویر SEM نیز مشخص کرد که نانوکپسول های پلیمری ساختار نسبتا کروی و یکنواخت داشته و دارای سطح صاف هستند.

کلمات کلیدی: -nهگزادکان ، پلی متیل متاکریلات ، مواد تغییر فاز دهنده ، پلیمریزاسیون امولسیونی ، نانوکپسول

.۱ × مقدمه و مبانی نظری

ذخیره سازی انرژی یکی از روش های موثر برای کاهش نیازهای گرمایشی و سرمایشی بوده و در سالهای اخیر کاربردهای فراوانی یافته است. ذخیره سازی انرژی به دو صورت استفاده از گرمای محسوس و گرمای نهان انجام میگیرد. ذخیره سازی انرژی به روش گرمای محسوس با تغییرات دما و در روش گرمای نهان با تغییر فاز انجام می شود.[۱] از میان روش های مذبور، ذخیره انرژی گرمای نهان به دلیل قابلیت ایجاد چگالی زیاد ذخیره انرژی و خاصیت ذخیره انرژی در دمای ثابت (دمای تغییر فاز، ماده تغییر فاز) در واقع با نوسان دمایی کمتر از توجه بیشتری برخوردار بوده است. استفاده از تغییر فاز جامد- مایع مواد، مناسبترین روش ذخیره سازی گرما یا سرماست. تغییر فاز مایع – بخار به طور عمده با تغییر زیاد انتالپی همراه است، اما به دلیل ایجاد فشار بخار زیاد در حجم ثابت و نیاز به فضای بزرگتر، برای تغییر فاز محدودیت دارد. به طور کلی، موادی را که در نتیجه تغییر فاز̨ انرژی گرمایی در آنها ذخیره می شود، مواد ذخیره ساز گرمای نهان یا بطور ساده مواد تغییر فاز می نامند .]۲]

مواد تغییرفاز رایج شامل مواد آلی(پارافین ها، اسید های چرب و پلی اتیلن گلایکول ها)، مواد معدنی (نمک های آبدار) و ترکیبات اوتکتیک هستند. از میان این مواد، پارافین ها به دلیل داشتن قیمت مناسب، غیر خورنده بودن، قابلیت ذخیره سازی گرمای نهان بالا، پایداری شیمیایی، چرخه ذوب- انجماد طولانی و عدم تفکیک فازی گزینه ی خوبی برای کاربردهای عملی مواد تغییر فاز هستند .[۳] به منظور جلوگیری از نشت این مواد حین فرایند انجماد-ذوب، افزایش سرعت انتقال حرارت، کاهش واکنش پذیری مواد تغییرفاز با محیط بیرون کپسوله کردن این مواد بهترین راه حل برای استفاده مناسب از آنهاست. به طور کلی روشهای کپسوله کردن به دو گروه فیزیکی و شیمیایی دسته بندی می شوند که که روش های فیزیکی خود به دو نوع فیزیکی-شیمیایی و فیزیکی- مکانیکی تقسیم بندی می شوند. کپسول های حاصل از روش های شیمیایی مقاوم تر و همچنین طول عمر بیشتری دارند. پلیمریزاسیون امولسیونی، تعلیقی و بین سطحی جزو روش شیمیایی هستند .[۴] در پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرها به صورت ذرات بسیار ریز(فاز ناپیوسته) در یک فاز پیوسته سیال با مقدار زیادی عوامل پایدار کننده سطحی(به صورت معلق)، با واکنش رادیکال آزاد پلیمریزه می شوند فاز پیوسته عموما آب و اندازه ذرات معلق کلوییدی بسیار کمتر از یک میکرون است(اندازه معمول ذرات بین ۱۵ نانومتر تا بیش از یک میکرون است).]۵] تاکنون تولید کپسول های حاوی مواد تغییر فاز به روش پلیمریزاسیون امولسیونی کمتر مورد بررسی قرار گرفته است.[۶] در این تحقیق، هدف تولید کپسول های حاوی مواد تغییر فاز با پوشش پلیمری با استفاده از روش پلیمریزاسیون امولسیونی است.

.۲× مواد به کار رفته برای سنتز کپسول ها

-nهگزادکان، متیل متاکریلات، اتیلن گلایکول دی متاکریلات، تریتون X100، ترت بوتیل هیدروپراکسید(%۷۰ )، سولفات آهن (هفت آبه)، آمونیوم پرسولفات و سدیم تیوسولفات که همه ی مواد بالا از شرکت مرک آلمان خریداری شدند. پارافین استفاده شده دارای دمای ذوب بین ۱۸-۲۵ ° C بود که متناسب با دمای محیط انتخاب شده است. -nهگزادکان به عنوان هسته۱ کپسول یا همان ماده تغییرفاز دهنده۲، متیل متاکریلات به عنوان پوسته۳ کپسول، اتیلن گلایکول دی متاکریلات به عنوان اتصال دهنده عرضی۴ ، تریتون X100 به عنوان سورفکتانت۵ ، ترت بوتیل هیدروپراکسید به عنوان آغازگر اصلی و آمونیوم پرسولفات و سدیم تیوسولفات به عنوان آغازگرهای کمکی استفاده شدند. در این آزمایش از اب دیونیزه شده به عنوان فاز پیوسته استفاده شد .