Chemistry - 304 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 3 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Science No. 3 Vol. 25 Year 2012 طريقة جديدة لتحضير كبسوالت مايكروية لمواد متغيرة الطور المستخدمة في تقليل صرف الطاقة الالزمة لتبريد األبنية حيدر سلمان محمد* ، سميه محمد عباس**، سعاد سلمان محمد*** وزاره العلوم والتكنلوجيا * **قسم الكيمياء، كلية التربية ابن الهيثم، جامعة بغداد مياء، كلية العلوم للبنات، جامعة بغدادقسم الكي *** 2012تشرين األول 20قبل البحث في : 2012نيسان 8استلم البحث في : الخالصة –) مغلفة بالبوليمر بأستخدام طريقة فيزيائية PCMحضرت كبسوالت مايكروية لشمع البارافين مادة متغيرة الطور( ). ان عملية التغليف لتكوين الكبسولة تضمنت تكثيف green methodالكها للطاقة (كيميائية امتازت بالسرعة وقله استه فورمالدهايد) وتكوين البوليمراالولي، الذي يتصلد تدريجيا مكونا البوليمر الذي يغلف الشمع على شكل -الراتنج (ميالمين ت طرديا مع درجة حرارة البوليمر )مايكرون وتناسب220-170كرات. تراوحت معدل اقطار الكبسوالت المحضرة بين( جول/غم) عندما تكون درجة حرارة 12) كانت قيمتها (ΔHاالولي، و قد بينت التحاليل الحرارية ان اعلى قيمة لالنثالبي ( م). ˚60البوليمر األولي ( ع البارافينفورمالدهايد رزن، شم -الكبسوالت المايكروية، مواد متغيرة الطور، ميالمين الكلمات المفتاحية: المقدمة في الجزائر(اعتمادا على دراسة الطلب العالمي (SONELGAZ)استنادا الى تقرير الوكالة الدولية للطاقة والغاز تيرا واط في 36% أى بحدود 7)، ان هنالك نموا في الطلب على الطاقة بمقدار 2004-2002للطاقة الكهربائية للسنين ( )، وأن الطلب العالمي للكهرباء في ساعات الذروة اكبر من العرض بسبب االستخدام الكبير terawatt-hour 36الساعة ( لنظم التبريد والتدفئة في االبنية. ان قطاع االبنية يعد المستهلك االكبر للطاقة وهو المسؤول االكبر عن انبعاث الغازات بب فأن هنالك توجه كببير أليجاد حلول سريعة ألسعاف بسبب االحتياج المستمر للطاقة المستهلكة للتكييف، لهذا الس ].1الطلب على الكهرباء اوال وايجاد بدائل نظيفة وصديقة للبيئة[ من المعروف ان هنالك فرقا كبيرا في درجات الحرارة بين الليل والنهار أو فصول السنة في الكثير من البلدان. انتج ب على الطاقة الكهربائية مما ادى الى العجز في تلبية الطلب على الكهرباء والسيما عند هذا الفرق تفاوتا كبيرا في الطل ساعات الذروة. وقد بذل المهتمون في هذا المجال جهدا اليجاد افضل الطرائق لتخزين الطاقة وعدها الحل االفضل حاليا (Phase change materials)ة الطور لمشكلة تقليل الطلب على الكهرباء. لذلك اتجه الباحثون الى مواد متغير (PCM)) وبسبب امتالكها المحتوى الحراري العالي خالل التحول الطوري لها التي يمكن استعمالها مع مواد البناء لتعمل خازنات للطاقة وتقوم بمعالجة الطلب غير المنتظم على الكهرباء ومن ثم يمكن عدها احد المصادر للطاقة المتجددة (Renewable energy)]2.[ Chemistry - 305 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 3 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Science No. 3 Vol. 25 Year 2012 ) سوف تعمل على Gipson) أو الجبس (cementان اضافة مواد متغيرة الطور الى مواد البناء، مثل السمنت ( زيادة السعة الحرارية لهذه المواد وزيادة طاقة الخزن ومن ثم ستعمل على تقليل التدفق الحراري الى داخل االبنية. غير ان اشر مع مواد البناء سوف تكون مسببة لمشكلتين ال يمكن تجاوزهما، االولى هي تقليل كفاية وجود هذه المواد وبشكل مب مواد البناء، والثانية التسرب الذي سوف يحصل لها وهي في حالتها السائلة من خالل التشققات الموجودة في مواد البناء. ) على شكل كبسوالت وبحجوم PCMيرة الطور (لهذه االسباب تركز جهد الباحثين في كيفية تغليف هذه المواد متغ مايكروية بوساطة مواد غيرذائبة بالماء وال تتفاعل مع مواد البناء وذات خواص ميكانيكية وحرارية مناسبة. ) مايكرون وتتكون بشكل عام من 1000-1) بين (Microencapsulationتتراوح اقطار الكبسوالت المايكروية ( روهي تمثل اللب مغلفة بوساطة قشرة خارجية من مواد بوليمرية. ان طرائق تغليف الكبسوالت كثيرة ويمكن مواد متغيرة الطو الطرائق الفيزيائية او الميكانيكية، التي تتضمن باالساس تصنيفها الى نوعين وهي الطرائق الفيزيائية والطرائق الكيميايية. )، أوعملية تبخير المذيب من Spry dryingخالل عملية الترذيذ ( عملية تصلب وبلمرة للمادة المحيطة بمادة اللب ]. أما الطرائق الكيميائية فأن التغليف يتم خالل 3) المكون من بوليمر مذاب ومواد متغيرة الطور[Emulsionالمستحلب ( ) لبوليمرين Cross linking) وبعدها يتم تكثيف البوليمر االولي أوتشابك (Prepolymerعملية البلمرة لبوليمر أولي ( ]. 4مختلفين يحيطان بمادة اللب، بوساطة تغيير الظروف الخاصة لكل تفاعل [ ال يقتصر استعمال الكبسوالت المايكروية في مجال تقنين صرف الطاقة في االبنية ، انما دخلت في الكثير من ) Fire proofingي على مواد لها مقاومة عالية للحريق (المجاالت فعلى سبيل المثال فقد استعملت كبسوالت مايكروية تحو ، أو مواد تعمل على تباطؤ عملية انجماد السمنت أو الجبس ،وقد تحتوي الكبسوالت على الماء وتستعمل لصب السمنت ). ففي التطبيقات الحديثة دخلت الكبسوالت في صناعة Compression moldingالقاسي الذي يشكل بطريقة الكبس ( ].كما استعملت الكبسوالت المايكرويه في 5الصباغ التي تتغير الوانها ذاتيا مع تغير الحرارة وكذلك في الطباعة الملون) [ا المجال الطبي العالجي شكال من اشكال االدوية الحديثه التي تعطى بجرعات محددة وتوفر الحماية وتغلف الطعم وتغير ]6في مواقع امتصاص الدواء[ ) يعتمد على بعض المواصفات المهمة، مثل أمتالكها لحرارة انصهار وكثافة PCMختيار مواد متغيرة الطور (ان ا عاليتين وغير متفاعلة مع مواد البناء المستعملة معها وغير قابلة لالحتراق مع االخذ بنظر االعتبار تكلفة هذه المواد. ) Polyethylene glycol) والبولي اثلين كاليكول (Fatty acids(اعتمادا على هذه المواصفات تعد االحماض الدهنية ].2)من اهم المواد المستعملة في لهذا الغرض[ hydrated salts) واالمالح المتميئة (waxوالشمع ( ك درجة بالرغم من ان االمالح المتميئة االقل كلفة من بين المواد متغيرة الطور واكثرها سعة حرارية اال انها تمتل كيلو 254م) ،وحرارة انصهاره (˚32درجة حرارة انصهاره ( Na2SO4.H2O )((Gluber salt)انصهار واطئة مثل كيلو 212م) وحرارة انصهاره (˚52) فأن درجة حرارة انصهاره بحدود (wax paraffinجول/كغم). اما شمع البارافين ( ) يمكن استعمالها مع مواد البناء PCMأختياره مواد متغيرة الطور(]، لذلك فأن الشمع هو االكثر مالئمة في 2جول/كغم) [ في أجواء مناخية مشابهة الجواء العراق . -اهتمت بحوث كثيرة بتحضير كبسوالت بطرائق كيميائية اعتمدت على بلمرة وتكثيف بوليمر من راتنج ميالمين زت بالتعقيد و طول المدة الزمنية الالزمة التمام ] و أمتاMelamine - Formaldehyde ] (9,8,7فورمالدهايد ( فيزيائية) وتمتاز –التفاعل، لهذا سيهتم بحثنا بتحضير الكبسوالت من الراتنج نفسه لكن بطريقة يمكن ان نعدها (كيميائية بسرعة التحضير كذلك دراسة الخواص الحرارية للكبسوالت المحضرة وقياس معدل حجومها. Chemistry - 306 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 3 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Science No. 3 Vol. 25 Year 2012 لعمل المواد وطرائق ا 24) الى (Flukaمول )من الميالمين ( 0.0381 غم ) ( 4.8فورمالدهايد بأضافة ( –) ميالمين Resinحضر الراتنج ( في الماء، حسب التركيز بوساطة قيــاس معامـــــل االنكسار 47) ذي تركيز % Merkمول) من الفورمالين (0.513 مل)( ]، ثم سخن 10ومقارنة النتيجه بالجداول[ B8&C32900 Digital ABBE) بأستخدام جهاز nD=1.3857للمحلول ( ].11م مدة عشر دقائق حتى أصبح شفافا ولزجا [˚40المزيج بدرجة حرارة مل) من حامض 0.6) ثم أضيف (2دورة / الدقيقة ، شكل رقم ( 600) بسرعة Stirringوضع الراتنج في خالط ( غم) من 10]. أضيف (7موالر) مع بقاء الخلط مدة دقيقتين للحصول على البوليمر االولي[ HCl )8الهيدروكلوريك مل)من زيت الطعام النباتي. يبرد الخليط 5دورة / دقيقة ثم أضيف ( 1000الشمع الساخن مع زيادة سرعة الخالط الى ،اذ ترسبت الى االسفل بينما طفى الشمع دقائق. فصلت الكبسوالت بأضافة الماء 10تدريجيا مع استمرار الخلط ومدة ساعات للتخلص من بقايا الفورمالدهايد والماء. 4م ) مدة ˚ 100المتبقي الى االعلى. جففت الكبسوالت في درجة حرارة ( -DSC) موديل (DSCالفحوص الحرارية للشمع و للكبسوالت اجريت بوساطة منظومة المسعر الحراري التفاضلي ( 60 Shimadzu درجة/ دقيقة. حسب معدل اقطار الكبسوالت بأستخدام 10)، بمعدل صعود في درجة الحرارة مقداره ).X50)، بقدرة تكبيرمقدارها (Nikon Eclipse ME 600المجهر الضوئي ( النتائج والمناقشة ثالثي ) هو المركب ميالمينC3H6N6) مع الميالمين (HCHOان ناتج تفاعل الفورمالدهايد ( ) كما في المعادلة االتية:Triaminemethalolالميثالول( N N N NH2NH2 NH2 H2CO N N N NH(CH2OH) (HOH2C)HN NH(CH2OH) + 3 تزداد لزوجة هذا المركب تدريجيا مكونا راتنج لبولمر اولي، يتبلمر هذا الراتنج ويتكاثف بشكل سريع جدا عند زيادة ]. لذلك تعد درجة حرارة البوليمر االولي عند بدأ التفاعل 11) [7) الى ما دون (pHدرجة الحرارة اونقصان الحامضية ( عامل مهم في تحضير الكبسوالت، لهذا حضرت ثالث عينات من الكبسوالت تكون درجة الحرارة التي يبدأ فيها التفاعل م على التوالي .˚)40,50,60هي( ) تظهر قمم ماصة للحرارة 2ي الشكل (ان تحليل المسعرالحراري التفاضلي للكبسوالت المحضره كما ف endothermic) ناتجة من انصهار الشمع داخل الكبسوالت وهي تدل على وجود الشمع داخل الكبسوالت المحضرة. أما ( ) 1) وهي العائدة الى الكبسوالت المايكروية بالنسبة الى القمة رقم (2,3,4الزيادة في درجة الحرارة الحاصلة للقمم رقم ( دة الى الشمع فهي ناتجة من التأخير في التدفق الحرارى الى الشمع داخل الكبسوالت بسبب سمك البوليمر المغلف والعائ للشمع، من ناحية اخرى ان كمية الحرارة الممتصة لكل غرام (االنثالبي) من الشمع تتناسب طرديا مع درجة حرارة بدء د مع زيادة درجة حرارة بدء التفاعل .التفاعل اي ان كمية الشمع في داخل الكبسوالت تزدا )، وجود كبسوالت باقطار مختلفة للنماذج الثالثة 3أظهرت نتائج فحص الكبسوالت بالمجهر الضوئي، الشكل رقم ( المحضرة. وعند حساب معدل اقطار الكبسوالت بينت النتائج انها تزداد طرديا مع زيادة درجة حرارة بدء التفاعل. ان الزمن Chemistry - 307 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 3 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Science No. 3 Vol. 25 Year 2012 دقيقة (ما عدا فترة التجفيف) وهي ما تمتاز بها الطريقة التي تم اعتمادها في 22الزم لتحضير الكبسوالت لم يتجاوز ال Greenهذا البحث بالمقارنة مع البحوث االخرى ،لذلك يمكن عدها الطريقة األقل تلويثا للبيئة واالقل استهالكا للطاقة ( method.( المصادر 1. Hamid, A. ; Messoudene ,N. and Palomo ,E. ( 2008) Impact of using wallboard with phase change materials on electric consumption in Algeria, Journal of Engineering and Applied Sciences: 3(6):516-523. 2. Ravikumar,M. and Srinivasan,P.S.S.(2005) Phase change material as a thermal energy storage material for cooling of building, Journal of Theoretical and Applied Information Technology: 503-511. 3. Choi,Jun-Kyu; Lee,Jae Goo; Kim,Jae Ho and Hyun Yang,soo Yang, (2001)Preparation of microcapsules containing phase change materialsas heat transfer media by in-situ polymerization,Ind.Eng.Chem.: 7(6):358-362. 4. Grannen,Edward and Robhnson Leon (1974) chelates composition comprising products of aldehydes and triazine derivatives, Patent :05/192570. 5. Bojana, B. and Bostjan, S. (2008) Microcapsulation technology and its application in building construction materials, RMZ-Materials and Geoenvironment: 55( 3): 329-344. 6. Kumar, A. and Sharma, P. (2011) Microcapsulation as a novel drug delivery system, International Pharmacutica science: 1,issue:1 7. Jun,Seok Hwang (2006) Preparation and characterization of melamine –formaldehyde resin microcapsules containing fragrant oil, Biotechnology and Bioprocess Engneering: 11:332-336. 8. Liu Yaqing and Zhao Guizhe (2008) Study on the properties of microcapsulated chlorocyclophosphazene polypropylene composites, J. Chem.Eng.: 15 (3): 429-432. 9. Chung,Yun Hse; Feng Fu and Hui Pan (2008) Melamine-modified urea formaldehyde resin for building particleboard, Forest products Journal: 58(4):56-61. 10. Bojana Boh and Boštjan Šumiga (2008) RMZ - Materials and Geoenvironment: 55(3): 329-344. 11. Gohn, F. and Blais, (1959) Amino resins, Reinhold Publishing Corporation: 19-20. Chemistry - 308 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 3 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Science No. 3 Vol. 25 Year 2012 . حامض): رسم توضيحي لعمليه تحضير الكبسوالت بواسطه تكثيف البوليمر االولي حول الشمع باضافه ال1شكل ( ΔH=210لشمع البارافين، )1) وتظهر فيه قمم االنصهار: (DSC): تحليل المسعر الحراري التفاضلي (2شكل ( ΔH=3 م، ˚)50) الكبسوالت بحرارة بدء (3جول/غم. (ΔH 12 =م، ˚)60الكبسوالت بحرارة بدء ( )2جول/غم. ( جول/غم . ΔH=1.2 م، ˚)40) الكبسوالت بحرارة بدء (4جول/غم. ( تسخين زيت الطعام HCl الشمع المذاب محرك ميكانيكي بوليمر اولي Chemistry - 309 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 3 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Science No. 3 Vol. 25 Year 2012 (ا) (ب) (ج) م) ،معـــدل ˚40محضـــرة بحـــرارة بـــدء ( -): صـــور للكبســـوالت المايكرويـــة بـــالمجهر الضـــوئي أ3شـــكل( محضــرة -مــايكرون)، ج205م) ، معــدل أقطارهــا ( ˚50محضــرة بحــرارة بــدء( -مــايكرون)، ب 170أقطارهــا( مايكرون). 220م) ، معدل أقطارها( ˚60بحرارة بدء( Chemistry - 310 مجلة إبن الهيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية 2012 السنة 25 المجلد 3 العدد Ibn Al-Haitham Journal for Pure and Applied Science No. 3 Vol. 25 Year 2012 A New Method For Preparation of Microencapsulated Phase Change Materials (PCMs) For Low Coast Energy in Cooling of Building H.S.mohammed*, S.M.Abbas**, S.S.Mohammed*** * Ministry of Science and Technology **Department of Chemistry ,Collage of Education, Ibn Al-Haithem , University of Baghdad ***Department of Chemistry , Collage of Science for Women, University of Baghdad Received in : 8 April 2012 Accepted in : 20 November 2012 Abstract Microencapsulated of paraffin wax which acts as core material of phase change material covered by polymer was prepared by using rabid (physical-chemical) with lower energy (green) method. Prepolymer of condensed Melamine-Formaldehyde resin, was solidified by heat effect gradually and surrounds the Paraffin wax as microcapsules. The diameter of the prepared capsules was about (170-220) micron which has a proportion with the prepolymer temperature, otherwise the thermal analysis appears as a best value of enthalpy (ΔH) which was (12 J/gm) when the prepolymer temperature was (60˚C). Key word: Microcapsolate, phase change material (PCM), Melamine–formaldehyde resin, paraffin wax