Ecofriendly Microencapsulated Phase-Change Materials with Hybrid Core Materials for Thermal Energy Storage and Flame Retardancy

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作者
Zhong-Ting Hu,Reinack Varghese Hansen,Jinliang An,Zope Indraneel,Aravind Dasari,Jinglei Yang,En‐Hua Yang
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:37 (21): 6380-6387 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.0c03587
摘要

Microencapsulated phase-change material (ME-PCM) employing octadecane as a core material has been practiced for thermal-energy-storage (TES) applications in buildings. However, octadecane as a hydrocarbon-based PCM is flammable. Herein, silica-shelled microcapsules (SiO2-MCs) and poly(urea-formaldehyde)-shelled microcapsules (PUF-MCs) were successfully prepared, loaded with octadecane/tributyl phosphate (TBP) as hybrid core materials, which not only exhibited good TES properties but also high-effective flame retardancy. SiO2-MC (ΔHm = 124.6 J g–1 and ΔHc = 124.1 J g–1) showed weaker TES capacity than PUF-MC (ΔHm = 186.8 J g–1, ΔHc = 188.5 J g–1) but better flame retardancy with a lower peak heat-release rate (HRRpeak) of 460.9 W g–1 (556.9 W g–1 for PUF-MCs). As compared with octadecane (38.7 kJ g–1), the reduction in total heat release (THR) for SiO2-MC was up to 22% (30.1 kJ g–1) with combustion time shortened by 1/6. SiO2-MC had a typical diameter of 150–210 μm, shell thickness of ∼6.5 μm, and a core fraction of 84 wt %. SiO2-MC showed better thermal stability with a higher initial evaporation/pyrolysis temperature than PUF-MC. The thermal decomposition of MCs with its mechanism of flame retardancy was significantly studied using thermogravimetric analysis/infrared spectrometry (TG-IR). The strategy presented in this study should inspire the development of microcapsules with PCMs/flame retardants as hybrid core materials for structural applications.
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