| 摘要: | 本次研究是利用膠化劑與固態高分子聚乙二醇(poly(ethylene glycol), PEG)混摻加熱熔融後降溫的方式來製備有機相轉移材料(phase change material, PCM)。利用二苯亞甲基山梨醇(1,3:2,4-dibenzylidene sorbitol, DBS)及其衍生物1,3:2,4-二(3,4二甲基苯亞甲基)山梨醇(1,3:2,4-bis(3,4-dimethylobenzylideno) sorbitol, DMDBS)為膠化劑，在熔融降溫過程中發現有機膠會先產生，之後PEG結晶形成，因此形成在不同的溫度下，具有液態、膠態(有機膠)與固態之材料。本研究分別探討流變性質、結構與形態學及結晶動力學等。
由流變分析可發現只有在DBS添加量為7wt%時在降溫過程中會出現成膠溫度，其他濃度之DBS及添加DMDBS則是直接偵測到PEG之結晶溫度；而凝膠熔解溫度(gel dissolution temperature,Td)隨膠化劑添加量增加而提升，而DMDBS有較高之Td是由於DMDBS與DMDBS彼此間作用力強導致。藉由POM可發現在二次升溫過程中添加3-, 5-, 7wt%之DBS可觀察到似球晶結構，且該似球晶結構與PEG球晶結構相符，因此推斷DBS似球晶結構是沿著PEG結晶為模板生長，而添加量為7wt%時則在降溫過程中觀察到似球晶結構的產生，原因是由於較多的DBS添加所致，而在二次升溫後似球晶型態並沒有改變，因此證明PEG結晶並不會破壞似球晶結構；添加DMDBS在本系統中則無法觀測到似球晶結構，原因是由於DMDBS彼此間作用力強，在降溫過程中會迅速形成較粗的纖維結構，來不及排列為似球晶狀態。而SAXS結果表明DBS及DMDBS之結構可能為層狀排列，且在TEM下皆可觀察到奈米纖維，其中，DBS之纖維直徑約為10-20奈米，DMDBS之纖維直徑則為30-40奈米。透過結晶動力學的觀察可知，添加DBS於PEG中，在低溫下進行PEG等溫結晶時，可藉由DBS幫助PEG成核，但隨DBS添加量增加而減慢，在高溫下進行等溫結晶，會促使DBS自組裝行為較明顯，使得成核影響減弱，而是由於鏈端表面自由能影響使得添加DBS後球晶成長變快，推測原因是由於DBS的加入使PEG鏈較不規整，因此鏈端表面自由能較小。最後，吾人針對PCM之應用進行探討，由DSC量測出的熱焓可發現PEG分子量為8,000時擁有最好的儲熱性質，且添加DBS可有效改善PEG在跟溫時的封裝性。
A Poly(ethylene glycol)/ 1,3:2,4-dibenzylidene sorbitol (DBS) and PEG/1,3:2,4-di-(3,4-dimethyl) benzylidene sorbitol (DMDBS) composite was prepared as a shape-stabilized phase change material (PCM), and the properties of the composites such as the solid-to-gel transition temperature, the latent heat, the microstructure and the thermal storage performance were characterized. The composite was prepared by impregnating DBS and DMDBS into PEG and the maximum feasible weight percentage of DBS was determined to be 7wt%, the maximum feasible weight percentage of DMDBS was determined to be 1wt%. Differential scanning calorimeter (DSC) was used to determine the melting and freezing enthalpies of the composite PCMs were lower than the calculated latent heats, and the discrepancy between the experimental enthalpy and the theoretical value became larger as the DBS and DMDBS additive increased.Transmission electron microscopy (TEM) results showed that PEG dispersed in the three-dimensional network formed by DBS and DMDBS. The relationship between the amount of DBS and DMDBS additive and the leakage was also discussed. |
