Phase change materials encapsulation in crosslinked polymer-based monoliths : syntheses, characterization and evaluation of pullulan and black liquor based-monoliths for the encapsulation of phase change materials

par Juan Ángel Moreno Balderrama

Thèse de doctorat en Polymères

Sous la direction de Hervé Deleuze.

Soutenue le 14-12-2018

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des Sciences chimiques (Talence ; Gironde) , en partenariat avec Chimie Moléculaire et Matériaux (C2M) (équipe de recherche) et de Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Encapsulation de matériaux à changement de phase dans des monolithes réticulés à base de polymères


  • Résumé

    Le stéarate de butyle, un matériau de changement de phase biosourcé (MCP), a été encapsulés dans des matrices polymères (pullulane, lignine, hémicelluloses) par la technique des émulsions concentrées. Les matrices polymères ont été réticulées avec du trimetaphosphate de sodium (STMP) dans des conditions alcalines afin d’obtenir un réseau poreux interconnecté rigide. L’influence du processus de séchage sur les matériaux composites obtenus a été étudiée, indiquant la lyophilisation comme la technique la plus efficace. Des études de calorimétrie à balayage différentiel (DSC) ont permis de déterminer que l’encapsulation de stéarate de butyle dans des matrices polymères ne modifiait pas ses propriétés thermiques de changement de phase. Des essais de compression mécanique et de résistance à la déformation ont permis d'évaluer le potentiel des monolithes en tant que panneaux de stockage de chaleur installés directement dans des bâtiments et des serres.Les produits de réticulation par le STMP ont été identifiés et caractérisés par RMN solide du31P. Il a ainsi été possible de synthétiser des monolithes ayant différents taux de réticulation afin d’optimiser la formulation d'encapsulation de MCP. Les matrices polymères vidée de tous leurs contenus liquides ont été étudiées par microscopie électronique à balayage afin d’étudier leur structure poreuse (distribution de taille des pores). Cette nouvelle approche d’encapsulation en une étape apparaît comme efficace et devrait permettre un développement important des applications énergétiques.


  • Résumé

    Emulsion-templated polymer based (pullulan, lining and hemicelluloses) monoliths encapsulating butyl stearate as bio-based phase change material (PCM) were synthesized. Polymer-bases were crosslinked with sodium trimetaphosphate (STMP) under alkaline aqueous conditions leading to an interconnected porous network. The influence of the drying process on the obtained composite materials morphology was studied indicating freeze-drying as the most effective technique. Differential Scanning Calorimetry (DSC) studies allow to assess that encapsulation of butyl stearate onto matrices do not alter its phase change thermal properties. Mechanical compression and strain resistance tests allowed to evaluate monoliths potential as heat storage panels installed directly in buildings and greenhouses, STMP crosslinking products were identified by solid-NMR characterization, this allowed to synthetize monoliths at different crosslinking yields to find a formulation that improves PCM encapsulation. Polymer matrices were studied by scanning electron microscopy to identify the pore size distribution obtained in STMP crosslinked materials. This new one-step encapsulating approach appears as efficient and cost-effective and is expected to find a broad development in energy storage applications


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