Microfluidic Production of Monodisperse Biopolymer Microcapsules for Latent Heat Storage

生物高聚物 微流控 分散性 材料科学 潜热 纳米技术 生产(经济) 聚合物 复合材料 高分子化学 物理 经济 宏观经济学 热力学
作者
Takaichi Watanabe,Yuko Sakai,Naomi Sugimori,Toshinori Ikeda,Masayuki Monzen,Tsutomu Ono
出处
期刊:ACS Materials Science Au [American Chemical Society]
卷期号:2 (3): 250-259 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsmaterialsau.1c00068
摘要

Microencapsulation of phase change materials in a polymer shell is a promising technology to prevent them from leakage and to use them as a handleable powder state. However, the microencapsulation process is a time-consuming process because the typical shell-forming step requires polymerization or evaporation of the solvent. In this study, we report a simple and rapid flow process to prepare monodisperse biocompatible cellulose acetate (CA) microcapsules encapsulating n-hexadecane (HD) for latent heat storage applications. The microcapsules were prepared by combining microfluidic droplet formation and subsequent rapid solvent removal from the droplets by solvent diffusion. The diameter and shell thickness of the microcapsules could be controlled by adjusting the flow rate and the HD-to-CA weight ratio in the dispersed phase. We found that 1-hexadecanol added to the microcapsules played the role of a nucleation agent and mitigated the supercooling phenomenon during crystallization. Furthermore, cross-linking of the CA shell with poly(propylene glycol), tolylene 2,4-diisocyanate terminated, resulted in the formation of a thin and dense shell. The microcapsules exhibited a 66 wt % encapsulation efficiency and a 176 J g-1 latent heat storage capacity, with negligible supercooling. We believe that this microflow process can contribute to the preparation of environmentally friendly microcapsules for heat storage applications.
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