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ステアリン酸（SA）は、エネルギー貯蔵装置の相変化材料（PCM）として使用されます。本研究では、ゾルゲル法を用いてSiO2シェル界面活性剤をマイクロカプセル化しました。さまざまな量のSA（5、10、15、20、30、および50g）を10mLのテトラエチルオルトシリケート（TEOS）にカプセル化しました。合成されたマイクロカプセル化相変化材料（MEPCM）は、フーリエ変換赤外分光法（FT-IR）、X線回折（XRD）、X線光電子分光法（XPS）、および走査型電子顕微鏡（SEM）によって特性評価されました。特性評価の結果、SAがSiO2によって正常にカプセル化されていることが示されました。熱重量分析（TGA）により、MEPCMはCAよりも優れた熱安定性を持つことが示されました。示差走査熱量測定（DSC）を使用して、MEPCMのエンタルピー値は30回の加熱-冷却サイクル後でも変化しないことがわかりました。すべてのマイクロカプセル化サンプルの中で、MEPCMを含むSA 50gの融解潜熱と凝固潜熱が最も高く、それぞれ182.53 J/gと160.12 J/gでした。熱データを用いてパッケージ効率を計算したところ、同じサンプルで86.68%という最高の効率が得られました。
建設業界で使用されるエネルギーの約58%は、建物の冷暖房に使用されています1。したがって、最も必要なことは、環境汚染を考慮した効率的なエネルギーシステムを構築することです2。相変化材料（PCM）を使用した潜熱技術は、低い温度変動で高いエネルギーを貯蔵することができ3,4,5,6 、熱伝達、太陽エネルギー貯蔵、航空宇宙、空調などの分野で広く使用できます7,8,9 。 PCMは、日中に建物の外部から熱エネルギーを吸収し、夜間にエネルギーを放出します10。 そのため、相変化材料は熱エネルギー貯蔵材料として推奨されています。 さらに、固体-固体、固体-液体、液体-気体、固体-気体11など、さまざまな種類のPCMがあります。 その中でも、最も人気があり、頻繁に使用される相変化材料は、固体-固体相変化材料と固体-液体相変化材料です。 ただし、液体-気体および固体-気体相転移材料の体積変化が非常に大きいため、それらの適用は非常に困難です。
PCMはその特性から様々な用途に使用されています。例えば、15℃以下で融解するPCMは、冷房システムで低温維持に、90℃以上で融解するPCMは暖房システムで火災防止に使用できます12。用途や融点範囲に応じて、様々な有機化合物および無機化合物から様々な相変化材料が合成されてきました13,14,15。パラフィンは、高い潜熱、非腐食性、安全性、そして広い融点範囲を有することから、最も一般的に使用されている相変化材料です16,17,18,19,20,21。
しかし、相変化材料は熱伝導率が低いため、相変化プロセス中の基材の漏洩を防ぐために、シェル（外層）で包み込む必要がある22。さらに、操作ミスや外圧によって外層（クラッド）が損傷したり、溶融した相変化材料が建材と反応して埋め込まれた鉄筋の腐食を引き起こし、建物の耐用年数を低下させる可能性がある23。したがって、十分なシェル材料を用いてカプセル化された相変化材料を合成することが重要であり、これにより上記の問題を解決できる24。
相変化材料のマイクロカプセル化は、熱伝達を効果的に高め、環境反応性を低減し、体積変化を制御することができます。PCMカプセル化には、界面重合25,26,27,28、in situ重合29,30,31,32、コアセルベーション33,34,35、ゾルゲル法36,37,38,39など、さまざまな方法が開発されています。ホルムアルデヒド樹脂はマイクロカプセル化に使用できます40,41,42,43。メラミンホルムアルデヒド樹脂と尿素ホルムアルデヒド樹脂はシェル材料として使用されますが、動作中に有毒なホルムアルデヒドを放出することがよくあります。したがって、これらの材料はパッケージングプロセスでの使用が禁止されています。ただし、脂肪酸とリグニンをベースにしたハイブリッドナノカプセルを使用して、スケーラブルな熱エネルギー貯蔵用の環境に優しい相変化材料を合成できます44。
Zhang et al 45 らはテトラエチルオルトシリケートからラウリン酸を合成し、メチルトリエトキシシランとテトラエチルオルトシリケートの体積比が増加すると、潜熱が減少し、表面疎水性が増加すると結論付けています。ラウリン酸は、カポック繊維の潜在的かつ効果的な芯材となる可能性があります46 。さらに、Latibari et al 47 は、シェル材料としてTiO2を使用してステアリン酸ベースのPCMを合成しました。Zhu et al は、潜在的なPCMとしてn-オクタデカンとシリコーンナノカプセルを調製しました48 。文献のレビューから、効果的で安定したマイクロカプセル化された相変化材料の形成に推奨される投与量を理解することは困難です。
したがって、著者らの知る限り、マイクロカプセル化に使用される相変化材料の量は、効率的で安定したマイクロカプセル化相変化材料の製造において重要なパラメータである。異なる量の相変化材料を使用することで、マイクロカプセル化相変化材料の異なる特性と安定性を解明することができる。ステアリン酸（脂肪酸）は、高いエンタルピー値（約200 J/g）を持ち、最大72℃の温度に耐えることができるため、熱エネルギーを貯蔵するために使用できる、環境に優しく、医療上重要で経済的な物質である。さらに、SiO2は不燃性であり、コア材料に高い機械的強度、熱伝導性、優れた耐薬品性を提供し、建設においてはポゾラン材料として作用する。セメントを水と混合すると、カプセル化が不十分なPCMは、機械的摩耗と、巨大なコンクリート構造物で発生する高温（水和熱）によってひび割れを起こす可能性がある。したがって、SiO2シェルを備えたマイクロカプセル化CAを使用することで、この問題を解決できる。したがって、本研究の目的は、ゾルゲル法で合成したPCMの建築用途における性能と効率を調査することであった。本研究では、5、10、15、20、30、50gのSA（ベース材料）をSiO2シェルに封入した際の挙動を系統的に検討した。SiO2シェル形成のための前駆体溶液として、10mlのテトラエチルオルトシリケート（TEOS）を一定量使用した。
コア材料として反応性グレードのステアリン酸（SA、C18H36O2、融点：72°C）は、大正化学金属株式会社（韓国、京畿道）から購入しました。前駆体溶液としてのテトラエチルオルトシリケート（TEOS、C8H20O4Si）は、Acros Organics（ベルギー、ヘール）から購入しました。また、無水エタノール（EA、C2H5OH）とラウリル硫酸ナトリウム（SLS、C12H25NaO4S）は、大正化学金属株式会社（韓国、京畿道）から購入し、それぞれ溶媒と界面活性剤として使用しました。蒸留水も溶媒として使用しています。
異なる量のSAを、異なる割合のラウリル硫酸ナトリウム（SLS）と蒸留水100mLでマグネティックスターラーを使用して800 rpm、75°Cで1時間混合した（表1）。SAエマルジョンは2つのグループに分けられた：（1）5、10、15gのSAを100mlの蒸留水で0.10gのSLSと混合した（SATEOS1、SATEOS2、SATEOS3）、（2）20、30、50gのSAを100mlの蒸留水で0.15、0.20、0.25gのSLSと混合した（SATEOS4、SATEOS5、SATEOS6）。0.10gのSLSを5、10、15gのSAと一緒に使用して、それぞれのエマルジョンを形成した。その後、SATEOS4、SATEOS5、SATEOS6ではSLSの数を増やすことが提案されました。表1は、安定したエマルジョン溶液を得るために使用したCAとSLSの比率を示しています。
100 mlビーカーに、TEOS 10 ml、エタノール（EA）10 ml、蒸留水20 mlを入れます。SAとSiO2シェルの異なる比率のカプセル化効率を調べるために、すべてのサンプルの合成係数を記録しました。混合物をマグネティックスターラーで400 rpm、60°Cで1時間撹拌しました。次に、前駆体溶液を調製したSAエマルジョンに滴下し、800 rpm、75°Cで2時間激しく撹拌し、ろ過して白色粉末を得ました。白色粉末を蒸留水で洗浄して残留SAを除去し、真空オーブンで45°Cで24時間乾燥させました。その結果、SiO2シェルを持つマイクロカプセル化SCが得られました。マイクロカプセル化SAの合成と調製の全プロセスを図1に示します。
ゾルゲル法によって SiO2 シェルを持つ SA マイクロカプセルが調製され、そのカプセル化メカニズムを図 2 に示します。最初のステップでは、界面活性剤として SLS を含む水溶液で SA エマルジョンを調製します。この場合、SA 分子の疎水端は SLS に結合し、親水端は水分子に結合して安定したエマルジョンを形成します。したがって、SLS の疎水部分は保護され、SA 液滴の表面を覆います。一方、TEOS 溶液は水分子によってゆっくりと加水分解され、エタノールの存在下で加水分解された TEOS が形成されます (図 2a)49,50,51。加水分解された TEOS は縮合反応を起こし、その間に n-加水分解された TEOS はシリカクラスターを形成します (図 2b)。シリカクラスターは SLS の存在下で SA52 によってカプセル化され (図 2c)、これはマイクロカプセル化プロセスと呼ばれています。
SiO2 シェルによる CA のマイクロカプセル化の概略図 (a) TEOS の加水分解 (b) 加水分解物の凝縮、および (c) SiO2 シェルによる CA のカプセル化。
バルク SA およびマイクロカプセル化された SA の化学分析は、フーリエ変換赤外分光計 (FT-IR、Perkin Elmer UATR Two、米国) を使用して実施され、スペクトルは 500 ～ 4000 cm-1 の範囲で記録されました。
X線回折計（XRD、D/MAX-2500、リガク社、日本）を用いて、バルクSA相およびマイクロカプセル材料を分析した。X線構造スキャンは、Cu-Kα線（λ = 1.541Å）を用いて、2θ = 5°～95°の範囲で、スキャン速度4°/分で実施した。動作条件は25 kV、100 mA、連続スキャンモードであった。全てのサンプルにおいて50°を超えるピークは観察されなかったため、X線画像は2θ = 5～50°の範囲で構築された。
バルクSAの化学状態および封止材に含まれる元素を理解するため、X線源としてAl Kα（1486.6 eV）を用いたX線光電子分光法（XPS、Scienta Omicron R3000、米国）を実施した。収集したXPSスペクトルは、エキゾチックカーボン（結合エネルギー284.6 eV）を用いてC 1sピークに較正した。シャーリー法を用いたバックグラウンド補正後、各元素の高分解能ピークをデコンボリューションし、CASA XPSソフトウェアを用いてガウス/ローレンツ関数にフィッティングした。
バルクSCおよびマイクロカプセル化SCの形態は、15 kVのエネルギー分散型X線分光法（EDS）を備えた走査型電子顕微鏡（SEM、MIRA3、TESCAN、チェコ共和国ブルノ）を用いて観察した。SEM観察の前に、試料は帯電の影響を避けるため白金（Pt）でコーティングした。
熱特性（融点／凝固点および潜熱）および信頼性（熱サイクル）は、示差走査熱量測定（DSC、TA Instrument社、Discovery DSC社、米国ニューキャッスル）を用いて、40℃および90℃で10℃/分の加熱／冷却速度で連続窒素パージしながら測定した。重量減少分析は、TGA分析装置（TA Instrument社、Discovery TGA社、米国ニューキャッスル）を用いて、40～600℃で開始し、加熱速度10℃/分の窒素連続流中で実施した。
図 3 は、バルク SC とマイクロカプセル化された SC (SATEOS1、SATEOS2、SATEOS3、SATEOS4、SATEOS5、および SATEOS6) の FTIR スペクトルを示しています。すべてのサンプル (SA およびマイクロカプセル化された SA) の 2910 cm-1 と 2850 cm-1 の吸収ピークは、それぞれ –CH3 および –CH2 基の対称伸縮振動に起因します10,50。1705 cm-1 のピークは、C=O 結合の振動伸縮に対応します。1470 cm-1 と 1295 cm-1 のピークは、–OH 官能基の面内曲げ振動に起因し、940 cm-1 と 719 cm-1 のピークは、それぞれ –OH 基の面内振動と降伏面変形振動に対応します。 2910、2850、1705、1470、1295、940、および 719 cm-1 の SA の吸収ピークも、すべてのマイクロカプセル化 SA で観察されました。さらに、SA マイクロカプセルでは、Si-O-Si バンドの反対称伸縮振動に対応する 1103 cm-1 の新規発見のピークが観察されました。 FT-IR の結果は、Yuan ら 50 の結果と一致しています。彼らは、アンモニア/エタノール比でマイクロカプセル化された SA を正常に作成し、SA と SiO2 の間で化学反応が発生しないことを発見しました。現在の FT-IR 研究の結果は、SiO2 シェルが凝縮プロセスと加水分解された TEOS の重合により SA (コア) を正常にカプセル化したことを示しています。SA 含有量が少ないほど、Si-O-Si バンドのピーク強度は高くなります (図 3b-d)。 SA の量が 15 g を超えると、ピークの強度と Si-O-Si バンドの広がりが徐々に減少し、SA の表面に SiO2 の薄い層が形成されることがわかります。
(a) SA、(b) SATEOS1、(c) SATEOS2、(d) SATEOS3、(e) SATEOS4、(f) SATEOS5、(g) SATEOS6のFTIRスペクトル。
バルクSAおよびマイクロカプセル化されたSAのXRDパターンを図4に示す。XRDピークは、2θ = 6.50° (300)、10.94° (500)、15.46° (700)、20.26° \((\overline {5}according to JCPDS No. 0381923, 02)\)、全サンプルで21.42° (311)、24.04° (602)、および39.98° (913)に位置し、これらはSAに帰属する。界面活性剤(SLS)、その他の残留物質、SiO250のマイクロカプセル化などの不確定要因により、バルクCAとの歪みおよび混成が生じている。カプセル化が起こった後、バルクCAと比較してメインピーク(300)、(500)、(311)、および(602)の強度が徐々に減少し、サンプルの結晶性が低下したことがわかる。
(a) SA、(b) SATEOS1、(c) SATEOS2、(d) SATEOS3、(e) SATEOS4、(f) SATEOS5、(g) SATEOS6のXRDパターン。
SATEOS1 の強度は、他のサンプルと比較して急激に減少しています。すべてのマイクロカプセル化サンプルで他のピークは観察されなかったため (図 4b～g)、SA 表面で化学反応ではなく SiO252 の物理吸着が起こっていることが確認されました。さらに、SA のマイクロカプセル化によって新しい構造が出現することはなかったことも結論付けられました。SiO2 は化学反応を起こすことなく SA 表面にそのまま残り、SA の量が減少するにつれて、既存のピークがより顕著になります (SATEOS1)。この結果は、SiO2 が主に SA 表面をカプセル化していることを示しています。SATEOS 1 では、(700) のピークは完全に消え、\((\overline{5}02)\) のピークがこぶ状になります (図 4b)。これは、結晶性の低下とアモルファス性の増加に関連しています。 SiO2は本質的に非晶質であるため、2θ = 19°から25°に観測されるピークにはこぶと広がりがあり53（図4b〜g）、非晶質SiO2の存在を確認しています52。マイクロカプセル化されたSAの回折ピーク強度が低いのは、シリカ内壁の核形成効果と結晶化挙動の制限によるものです49。SA含有量が少ないほど、SAの外表面に大部分が吸着されている大量のTEOSが存在するため、より厚いシリカシェルが形成されると考えられています。しかし、SAの量が増加すると、エマルジョン溶液中のSA液滴の表面積が増加し、適切なカプセル化にはより多くのTEOSが必要になります。したがって、SA含有量が多いと、FT-IRのSiO2ピークが抑制され（図3）、XRFの2θ = 19〜25°付近の回折ピークの強度（図4）が減少し、膨張も減少します。目に見えません。しかし、図4に示すように、SAの量を5 g（SATEOS1）から50 g（SATEOS6）に増やすと、ピークはバルクSAに非常に近づき、（700）のピークがすべてのピーク強度とともに現れます。この結果は、FT-IRの結果と相関しており、SiO2 SATEOS6のピーク強度は1103 cm-1で減少しています（図3g）。
SA、SATEOS1、SATEOS6に存在する元素の化学状態を図1と2に示します。図5、6、7、8と表2。バルクSA、SATEOS1、SATEOS6の測定スキャンを図5に示し、C 1s、O 1s、Si 2pの高解像度スキャンをそれぞれ図5、6、7、8と表2に示します。XPSによって得られた結合エネルギー値を表2にまとめます。図5からわかるように、SATEOS1とSATEOS6では、SiO2シェルのマイクロカプセル化が発生したため、明らかなSi 2sとSi 2pのピークが観察されました。以前の研究者は、155.1 eV54で同様のSi 2sピークを報告しています。 SATEOS1 (図 5b) および SATEOS6 (図 5c) における Si ピークの存在は、FT-IR (図 3) および XRD (図 4) データを裏付けています。
図6 aに示すように、バルクSAのC 1sは、結合エネルギー284.5 eV、285.2 eV、289.5 eVにおいて、CC、カリファティック、O=C=Oの3つの異なるピークを示します。C-C、カリファティック、O=C=Oのピークは、SATEOS1（図6b）およびSATEOS6（図6c）でも観測されており、表2にまとめています。これに加えて、C 1sピークは、283.1 eV（SATEOS1）および283.5 eV（SATEOS6）の追加のSi-Cピークにも対応しています。観測されたC-C、カリファティック、O=C=O、およびSi-Cの結合エネルギーは、他の情報源とよく相関しています55,56。
O 1 SA、SATEOS1、およびSATEOS6のXPSスペクトルをそれぞれ図7a～cに示します。バルクSAのO 1sピークはデコンボリューションされ、C=O/C–O（531.9 eV）とC–O–H（533.0 eV）の2つのピークを示します。一方、SATEOS1とSATEOS6のO 1は一致しており、C=O/C–O、C–O–H、およびSi–OHの3つのピークのみがあります55,57,58。SATEOS1およびSATEOS6のO 1s結合エネルギーはバルクSAと比較してわずかに変化しますが、これはシェル材料中のSiO2およびSi-OHの存在による化学フラグメントの変化に関連しています。
SATEOS1およびSATEOS6のSi 2p XPSスペクトルをそれぞれ図8aおよびbに示す。バルクCAでは、SiO2が存在しないため、Si 2pは観測されなかった。Si 2pピークは、SATEOS1では105.4 eV、SATEOS6では105.0 eVにそれぞれ対応し、Si-O-Siに由来する。一方、SATEOS1のピークは103.5 eV、SATEOS6のピークは103.3 eVにそれぞれ対応し、Si-OHに由来する。SATEOS1およびSATEOS6におけるSi-O-SiおよびSi-OHピークのフィッティングから、SAコア表面へのSiO2のマイクロカプセル化が成功していることが明らかになった。
マイクロカプセル化された材料の形態は非常に重要であり、溶解性、安定性、化学反応性、流動性、強度に影響を与える59。そこで、図9に示すように、SEMを用いてバルクSA（100倍）とマイクロカプセル化されたSA（500倍）の形態を解析した。図9aに示すように、SAブロックは楕円形をしており、粒子径は500ミクロンを超えている。しかし、マイクロカプセル化プロセスが進むと、図9b～gに示すように、形態は劇的に変化する。
(a) SA (×100)、(b) SATEOS1、(c) SATEOS2、(d) SATEOS3、(e) SATEOS4、(f) SATEOS5、(g) SATEOS6 の×500でのSEM画像。
SATEOS1サンプルでは、​​粗い表面を持つより小さな準球形のSiO2で包まれたSA粒子が観察されます（図9b）。これは、SA表面でのTEOSの加水分解と縮合重合が原因である可能性があり、エタノール分子の急速な拡散を促進します。その結果、SiO2粒子が堆積し、凝集が観察されます52,60。このSiO2シェルは、マイクロカプセル化されたCA粒子に機械的強度を提供し、高温での溶融CAの漏れを防ぎます10。この結果は、SiO2を含むSAマイクロカプセルが潜在的なエネルギー貯蔵材料として使用できることを示しています61。図9bからわかるように、SATEOS1サンプルはSAをカプセル化する厚いSiO2層を備えた均一な粒子分布を持っています。マイクロカプセル化されたSA（SATEOS1）の粒子サイズは約10〜20μm（図9b）で、SA含有量が少ないため、バルクSAに比べて大幅に小さくなっています。マイクロカプセル層の厚さは、前駆体溶液の加水分解と縮合重合によって生じます。SAの投与量が少ない場合、すなわち15gまでは凝集が起こります（図9b-d）。しかし、投与量を増やすと凝集は見られなくなり、明瞭に定義された球状粒子が観察されます（図9e-g）62。
さらに、SLS界面活性剤の量が一定の場合、SA含有量（SATEOS1、SATEOS2、およびSATEOS3）も効率、形状、および粒度分布に影響します。 したがって、SATEOS1は、より小さな粒子サイズ、均一な分布、および緻密な表面を示すことがわかりました（図9b）。これは、一定の界面活性剤63下でのSAの親水性により二次核形成が促進されるためです。 SA含有量を5gから15gに増加させ（SATEOS1、SATEOS2、およびSATEOS3）、一定量の界面活性剤、すなわち0.10g SLS（表1）を使用すると、界面活性剤分子の各粒子の寄与が減少し、それによって粒子サイズと粒子径が減少すると考えられます。 SATEOS2（図9c）とSATEOS3（図9d）の分布は、SATEOS 1（図9b）の分布とは異なります。
SATEOS1（図9b）と比較して、SATEOS2はマイクロカプセル化されたSAの緻密な形態を示し、粒子サイズが増加しました（図9c）。これは凝集49によるもので、凝固速度を低下させます（図2b）。SLSの増加に伴ってSCの量が増加すると、図に示すように、凝集が発生するマイクロカプセルがはっきりと見えるようになります。さらに、図9e～gは、すべての粒子が形状とサイズが明らかに球形であることを示しています。大量のSAが存在すると、適切な量のシリカオリゴマーが得られ、適切な凝縮とカプセル化が起こり、したがって明確に定義されたマイクロカプセルが形成されることが認識されています49。SEMの結果から、SATEOS6は少量のSAと比較して対応するマイクロカプセルを形成したことが明らかです。
バルクSAおよびマイクロカプセルSAのエネルギー分散型X線分光法（EDS）の結果を表3に示します。この表からわかるように、Si含有量はSATEOS1（12.34％）からSATEOS6（2.68％）まで徐々に減少しています。SAの増加。したがって、SAの量が増えると、SA表面へのSiO2の堆積が減少すると言えます。EDS51の半定量分析のため、表3のCおよびO含有量には一貫した値がありません。マイクロカプセル化されたSAのSi含有量は、FT-IR、XRD、およびXPSの結果と相関していました。
バルクSAとSiO2シェルでマイクロカプセル化されたSAの融解および凝固挙動を図1と2に示します。これらはそれぞれ図10と11に示され、熱データは表4に示されています。マイクロカプセル化されたSAの融点と凝固温度は異なることがわかりました。SAの量が増加するにつれて、融点と凝固温度が上昇し、バルクSAの値に近づきます。SAマイクロカプセル化後、シリカ壁は結晶化温度を上昇させ、その壁は不均一性を促進するコアとして機能します。したがって、SAの量が増加すると、融点（図10）と凝固温度（図11）も徐々に上昇します49,51,64。すべてのマイクロカプセル化されたSAサンプルの中で、SATEOS6が最も高い融点と凝固温度を示し、次にSATEOS5、SATEOS4、SATEOS3、SATEOS2、およびSATEOS1が続きました。
SATEOS1 は、最も低い融点（68.97 °C）と凝固温度（60.60 °C）を示していますが、これは粒子サイズが小さいため、マイクロカプセル内の SA 粒子の動きが非常に小さく、SiO2 シェルが厚い層を形成し、コア材料が伸縮と動きを制限するためです49。 この仮説は SEM の結果に関連しており、SATEOS1 はより小さな粒子サイズを示しました（図 9b）。これは、SA 分子がマイクロカプセルの非常に狭い領域内に閉じ込められているという事実によるものです。 主要質量、および SiO2 シェルを持つすべての SA マイクロカプセルの融点と凝固温度の差は、6.10〜8.37 °C の範囲です。 この結果は、SiO2 シェルの優れた熱伝導性により、マイクロカプセル化された SA を潜在的なエネルギー貯蔵材料として使用できることを示しています65。
表4からわかるように、SATEOS6はSEMで観察された適切なカプセル化により、すべてのマイクロカプセル化SCの中で最も高いエンタルピーを示しています（図9g）。SA充填率は式（1）を用いて計算できます。（1）マイクロカプセル化されたSA49の潜熱データと比較することにより。
R値はマイクロカプセル化されたSCのカプセル化度（％）、ΔHMEPCM,mはマイクロカプセル化されたSCの融解潜熱、ΔHPCM,mはSCの融解潜熱を表す。さらに、重要な技術パラメータとして、充填効率（％）が式（1）に示すように算出される。（2）49。
E 値はマイクロカプセル化された CA のカプセル化効率 (%) を表し、ΔHMEPCM,s はマイクロカプセル化された CA の硬化潜熱を表し、ΔHPCM,s は CA の硬化潜熱を表します。
表4に示すように、SATEOS1の充填度と効率はそれぞれ71.89％と67.68％であり、SATEOS6の充填度と効率はそれぞれ90.86％と86.68％です（表4）。サンプルSATEOS6は、すべてのマイクロカプセル化されたSAの中で最も高いカプセル化係数と効率を示し、その高い熱容量を示しています。したがって、固体から液体への遷移には大量のエネルギーが必要です。さらに、冷却プロセス中のすべてのSAマイクロカプセルとバルクSAの融点と凝固温度の差は、マイクロカプセル合成中にシリカシェルが空間的に閉じ込められていることを示しています。したがって、結果は、SCの量が増加するにつれて、カプセル化率と効率が徐々に増加することを示しています（表4）。
バルクSAおよびSiO2シェルを持つマイクロカプセルSA（SATEOS1、SATEOS3、SATEOS6）のTGA曲線を図12に示します。バルクSA（SATEOS1、SATEOS3、SATEOS6）の熱安定性特性を、マイクロカプセル化されたサンプルと比較しました。TGA曲線から、バルクSAとマイクロカプセル化されたSAの重量損失が40°Cから190°Cまで滑らかで非常にわずかな減少を示すことは明らかです。この温度では、バルクSCは熱分解しませんが、マイクロカプセル化されたSCは、45°Cで24時間乾燥させた後でも吸着水を放出します。これによりわずかな重量損失が発生しましたが、49この温度を超えると材料が劣化し始めました。SA含有量が低い場合（つまり、SATEOS1）、吸着水含有量が高くなるため、190°Cまでの質量損失が大きくなります（図12の挿入図）。温度が190℃を超えるとすぐに、サンプルは分解プロセスにより質量を失い始めます。バルクSAは190℃で分解し始め、260℃ではわずか4％しか残りませんが、SATEOS1、SATEOS3、SATEOS6はこの温度でそれぞれ50％、20％、12％を保持します。300℃以降、バルクSAの質量損失は約97.60％でしたが、SATEOS1、SATEOS3、SATEOS6の質量損失はそれぞれ約54.20％、82.40％、90.30％でした。SA含有量の増加に伴い、SiO2含有量は減少し（表3）、SEMではシェルの薄化が観察されます（図9）。このように、マイクロカプセル化された SA の重量損失はバルク SA と比較して低く、これは SiO2 シェルの好ましい特性によって説明されます。SiO2 シェルは SA の表面に炭素質ケイ酸塩 - 炭素質層の形成を促進し、それによって SA コアを分離し、結果として生じる揮発性生成物の放出を遅くします10。 この炭化層は熱分解中に物理的な保護バリアを形成し、可燃性分子のガス相への移行を制限します66,67。 これに加えて、大幅な重量損失の結果も確認できます。SATEOS1 は、SATEOS3、SATEOS6、および SA と比較して低い値を示しています。これは、SATEOS1 の SA の量が、SiO2 シェルが厚い層を形成する SATEOS3 および SATEOS6 よりも少ないためです。 対照的に、バルク SA の総重量損失は 415 °C で 99.50% に達します。しかしながら、SATEOS1、SATEOS3、およびSATEOS6は、415℃でそれぞれ62.50%、85.50%、93.76%の重量減少を示しました。この結果は、TEOSの添加によりSA表面にSiO2層が形成され、SAの分解が促進されることを示しています。これらの層は物理的な保護バリアを形成し、マイクロカプセル化されたCAの熱安定性の向上が観察されます。
バルクSAと最良のマイクロカプセル化サンプル（すなわちSATEOS 6）のDSC51,52の30回の加熱および冷却サイクル後の熱信頼性の結果を、図13に示します。バルクSA（図13a）は、融点、凝固温度、およびエンタルピー値に違いが見られず、SATEOS6（図13b）は、30回目の加熱サイクルおよび冷却プロセス後でも温度とエンタルピー値に違いが見られません。バルクSAの融点は72.10°C、凝固温度は64.69°Cで、最初のサイクル後の融解熱と凝固熱はそれぞれ201.0 J/gと194.10 J/gでした。 30サイクル後、これらの値の融点は71.24℃に低下し、凝固温度は63.53℃に低下し、エンタルピー値は10％減少しました。融点と凝固温度の変化、およびエンタルピー値の減少は、バルクCAがマイクロカプセル化以外の用途では信頼できないことを示しています。ただし、適切なマイクロカプセル化が行われた後（SATEOS6）、融点と凝固温度、およびエンタルピー値は変化しません（図13b）。SiO2シェルでマイクロカプセル化されたSAは、最適な融点と凝固温度、および安定したエンタルピーにより、熱用途、特に建設における相変化材料として使用できます。
サンプルSA（a）とSATEOS6（b）の1回目と30回目の加熱・冷却サイクルで得られたDSC曲線。
本研究では、コア材料としてSA、シェル材料としてSiO2を使用して、マイクロカプセル化の体系的な調査を実施しました。TEOSは、SA表面にSiO2支持層と保護層を形成するための前駆体として使用されます。マイクロカプセル化されたSAの合成に成功した後、FT-IR、XRD、XPS、SEM、およびEDSの結果はSiO2の存在を示しました。SEM分析は、SATEOS6サンプルがSA表面でSiO2シェルに囲まれた明確に定義された球状粒子を示すことを示しています。ただし、SA含有量の少ないMEPCMは凝集を示し、PCMのパフォーマンスが低下します。XPS分析は、マイクロカプセルサンプル内にSi-O-SiおよびSi-OHが存在することを示しており、SA表面へのSiO2の吸着を明らかにしました。熱性能分析によると、SATEOS6は最も優れた蓄熱性能を示し、融点と凝固点はそれぞれ70.37℃と64.27℃、融点と凝固潜熱はそれぞれ182.53 J/gと160.12 J/g Gです。SA​​TEOS6の最大パッケージング効率は86.68%です。TGAおよびDSC熱サイクル分析により、SATEOS6は30回の加熱・冷却プロセスを経ても良好な熱安定性と信頼性を維持していることが確認されました。
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