Создание и исследование активных терморегулирующих добавок для улучшения энергосберегающих и огнеупорных свойств строительных материалов

Фазово-переходные материалы (ФПМ) позволяют запасать и высвобождать тепловую энергию в виде скрытой теплоты фазовых переходов при плавлении и кристаллизации веществ. В настоящее время ФПМ активно исследуются в связи с возможностью их использования в качестве активных терморегулирующих добавок к строительным материалам для поддержания комфортной температуры внутри помещений в ответ на изменения температуры окружающей среды. Одним из основных классов ФПМ являются парафины, обладающие высокими значениями удельной теплоты фазовых переходов и широким диапазоном температур плавления и кристаллизации. Однако, их недостатком, ограничивающим применение в качестве терморегулирующих добавок в чистом виде, является подверженность утечкам в ходе процесса плавления. Для решения этой проблемы были разработаны различные методы инкапсуляции ФПМ, включая формирование эмульсий, стабилизированных ПАВ и коллоидными частицами (эмульсии Пикеринга), с дальнейшей полимеризацией на границе раздела фаз. Другим перспективным направлением исследований является разработка композитных материалов на основе ФПМ с новыми функциональными свойствами: например, структур, сочетающих в себе терморегулирующие и пламегасящие свойства. При этом, проведенный анализ литературы позволяет сделать вывод, что использование композитных добавок, обладающих мультифункциональными свойствами, является более предпочтительным по сравнению с введением в матрицу основного материала нескольких фракций добавок с различным функционалом. Перспективным вариантом получения мультифункциональных добавок на основе ФПМ является синтез композитных структур типа «ядро-оболочка», в которых контейнер с инкапсулированным ФПМ выступает в качестве платформы («ядра») для дальнейшего формирования композита путем модификации его поверхности. Простым и эффективным способом модификации поверхности является метод последовательной адсорбции из раствора функциональных наночастиц и/или молекул. В частности, последовательная адсорбция азот- или фосфорсодержащих полимерных молекул и силикатных наночастиц в перспективе может улучшить термическую стабильность и пламегасящие свойства контейнеров с инкапсулированными ФПМ. Другими перспективными подходами являются модификация оболочки неорганическими материалами, такими как карбонат кальция, или борсодержащими соединениями. Проведенный анализ литературы показывает, что на сегодняшний момент отсутствуют работы по систематическому изучению методов синтеза подобных композитных структур и влияния модификации оболочки контейнеров на процессы аккумуляции и высвобождения тепла в инкапсулированных ФПМ. Кроме того, представляет интерес изучение эффекта от включения теплоаккумулирующих композитов в состав традиционных строительных материалов на их терморегулирующие и огнеупорные свойства. В данном проекте планируется изучение синтетических аспектов инкапсуляции ФПМ путем формирования эмульсий Пикеринга, стабилизированных наноцеллюлозой, с дальнейшим формированием полимерной или гибридной оболочки, модифицированной карбонатом кальция или сшитой тетраборатом натрия. Полученные контейнеры с инкапсулированными ФПМ будут использованы в качестве субстратов для последующей модификации поверхности методом последовательной адсорбции молекул полиэтиленимина и фитиновой кислоты и/или наночастиц монтмориллонита. Будет проведено комплексное изучение физико-химических свойств полученных композитных структур «ядро-оболочка» и установлена взаимосвязь между составом и строением оболочки и процессами накопления и высвобождения тепловой энергии в композитах, их термической стабильностью и пламегасящими свойствами. В заключении будет проведена оценка возможности использования полученных композитных контейнеров в качестве добавок к лакокрасочным материалам и монтажным пенам.