Термоаккумулирующие добавки на основе полимерных микроконтейнеров с инкапсулированными фазово-переходными материалами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Зайцева Нина Ефимовна

• Зайцева Нина Ефимовна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Зайцева Нина Ефимовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Хранение тепловой энергии

1.1.1 Методы хранения тепловой энергии

1.1.2 Хранение тепловой энергии в виде скрытой теплоты фазовых переходов

1.1.3 Фазово-переходные материалы

1.2 Инкапсуляция фазово-переходных материалов

1.2.1 Методы инкапсуляции фазово-переходных материалов в микро- и наноразмерные контейнеры

1.2.2 Инкапсуляции парафинов методом полимеризации на границе раздела фаз прямых эмульсий

1.3 Инкапсуляция фазово-переходных материалов методом полимеризации на границе раздела фаз эмульсий Пикеринга

1.3.1 Физико-химические аспекты формирования эмульсий Пикеринга

1.3.2 Наночастицы целлюлозы, как стабилизатор эмульсий Пикеринга

1.3.3 Влияние ионной силы на адсорбцию наноцеллюлозы на границе раздела фаз и формирование эмульсий Пикеринга

1.3.4 Инкапсуляция фазово-переходных материалов путем включения в масляную фазу эмульсий Пикеринга, стабилизированных наноцеллюлозой

1.4 Применение инкапсулированных ФПМ в строительных и защитных покрытиях

1.4.1 Применение инкапсулированных ФПМ в лакокрасочных покрытиях

1.4.2 Применение инкапсулированных ФПМ в строительных материалах

1.5 Выводы по главе

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Материалы и реактивы

2.2 Методики синтеза термоаккумулирующих контейнеров и терморегулирующих покрытий

2.2.1 Синтез контейнеров с полиуретановой оболочкой методом полимеризации на границе раздела фаз эмульсии, стабилизированной ПВС

2.2.2 Синтез контейнеров методом полимеризации на границе раздела фаз эмульсии, стабилизированной НФЦ

2.2.3 Получение терморегулирующего лакокрасочного покрытия

2.2.4 Изучение влияния терморегулирующего ЛКП на температуру парогазовой фазы бензина в модельном резервуаре хранения

2.2.4 Изучение влияния НФЦ-контейнеров на динамику нагрева и охлаждения

штукатурного слоя

2.3 Методы исследования физико-химических свойств материалов, эмульсий, контейнеров

и терморегулирующих покрытий

ГЛАВА 3 ИНКАПСУЛЯЦИЯ ПАРАФИНОВ В КОНТЕЙНЕРЫ С ПОЛИУРЕТАНОВОЙ ОБОЛОЧКОЙ МЕТОДОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ЭМУЛЬСИЙ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ПАВ

3.1 Формирование полиуретановых контейнеров в зависимости от содержания парафина в масляной фазе исходных эмульсий

3.1.1 Формирование полиуретановой оболочки на границе раздела фаз эмульсий, стабилизированных ПВС, в ходе реакции между ПИЦ и ПЭГ

3.1.2 Термоаккумулирующие свойства и стабильность ПУ-контейнеров с полиуретановой оболочкой, сформированной на границе раздела фаз эмульсий, стабилизированных ПВС, в ходе реакции между ПИЦ и ПЭГ

3.2 Оптимизация состава ПУ-контейнеров для повышения эффективности загрузки парафина

3.3 Изучение влияния терморегулирующего ЛКП на основе ПУ-контейнеров с инкапсулированным парафином на перепады температуры парогазовой фазы бензина в

модельном резервуаре хранения

ГЛАВА 4 ИНКАПСУЛЯЦИЯ ПАРАФИНОВ МЕТОДОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ ЭМУЛЬСИЙ ПИКЕРИНГА, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ КАРБОКСИЛИРОВАННОЙ НФЦ

4.1 Формирование эмульсий Пикеринга, стабилизированных карбоксилированной НФЦ 77 4.1.1 Изучение стабильности и седиментационной устойчивости эмульсий в зависимости от

концентрации НФЦ

4.1.1 Изучение стабильности и седиментационной устойчивости эмульсий в зависимости от ионной силы суспензии НФЦ

4.2 Формирование полимерных контейнеров на основе эмульсий Пикеринга, стабилизированных карбоксилированной НФЦ

4.3 НФЦ-контейнеры с инкапсулированным октадеканом в качестве

термоаккумулирующей добавки к сухой строительной смеси на гипсовой основе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термоаккумулирующие добавки на основе полимерных микроконтейнеров с инкапсулированными фазово-переходными материалами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Хранение и высвобождение тепловой энергии в виде скрытой теплоты плавления и кристаллизации различных веществ является перспективным подходом для создания материалов и покрытий с продвинутыми энергосберегающими и терморегулирующими свойствами. Включение добавок на основе тепловых аккумуляторов с фазовым переходом (фазово-переходных материалов, ФПМ) в состав традиционных строительных материалов представляет существенный практический интерес для снижения энергозатрат на поддержание комфортного температурного режима и повышения энергоэффективности жилых и производственных помещений.

Включение ФПМ в состав строительных и защитных покрытий требует предотвращения их утечки в процессе фазовых переходов и взаимодействия с окружающей средой, что возможно путем инкапсуляции ФПМ в микро- и наноразмерные контейнеры с непроницаемой полимерной оболочкой. Полимеризация на границе раздела фаз прямых эмульсий является одним из наиболее распространённых подходов для инкапсуляции органических ФПМ (например, н-алканов) путем управляемого формирования контейнеров с полимерной оболочкой в ходе реакции между двумя мономерами, растворенными в несмешивающихся фазах. В частности, полимеризация гидрофобных изоцианатов и гидрофильных диолов позволяет получить термоаккумулирующие контейнеры с полиуретановой оболочкой. Однако, широкое применение полиуретановых контейнеров с инкапсулированными н-алканами в качестве термоаккумулирующих добавок требует решения ряда задач, включающих оптимизацию их состава, повышение эффективности инкапсуляции, отработку и оптимизацию методов синтеза с использованием промышленных реагентов, изучение терморегулирующих свойств в условиях, близких к реальному применению.

Перспективным направлением совершенствования процесса инкапсуляции парафинов является получение эмульсий Пикеринга, стабилизированных природными наноматериалами, в качестве альтернативы традиционным синтетическим ПАВ. В этой связи, особый интерес вызывают наночастицы целлюлозы, благодаря их природными амфифильными свойствами и простоте химической модификации. Целлюлоза представляет собой линейный полимер D-глюкозы, содержащий 6 гидроксильных групп на мономерное звено, способный выступать в качестве олигополиола при синтезе полиуретанов. Существующие методы позволяют получать фибриллы целлюлозы диаметром 5-50 нм и длиной до сотен нанометров (нанофибриллярная целлюлоза, НФЦ) с селективно окисленными до карбоксильных первичными С6-гидроксильными группами, благодаря чему НФЦ обладает отрицательным дзета-потенциалом и высокой коллоидной

стабильностью. Коллоидной стабильностью и характером адсорбции карбоксилированной НФЦ на границе раздела фаз можно управлять путем варьирования ионной силы дисперсионной среды. В перспективе, НФЦ может выступать одновременно в качестве стабилизатора эмульсии и компонента, участвующего в формировании сшитой оболочки контейнеров, что позволит сократить число технологических стадий и исключает необходимость использования ПАВ и водорастворимых мономеров для инкапсуляции ФПМ. Однако, необходимо изучение закономерностей формирования эмульсий Пикеринга, стабилизированных НФЦ, возможности инкапсуляции н-алканов путем полимерной сшивки оболочки в ходе реакции с промышленным изоцианатом без добавления водорастворимых мономеров и перспективы применения таких контейнеров в качестве термоаккумулирующих добавок для покрытий промышленного назначения. На сегодняшний момент в периодической научной литературе такие исследования не описаны.

Объект исследования

Термоаккумулирующие контейнеры с инкапсулированными н-алканами на основе эмульсий, стабилизированных ПАВ, и эмульсий Пикеринга, стабилизированных природными коллоидными наночастицами (НФЦ), полимеризованных на границе раздела фаз.

Предмет исследования

Закономерности формирования, состав, структура, морфология, коллоидная стабильность и термоаккумулирующие свойства контейнеров, в зависимости от состава масляной фазы эмульсий, концентрации и ионной силы дисперсионной среды НФЦ; практические аспекты применения терморегулирующих покрытий, на основе данных контейнеров, для повышения качества сохранности нефтепродуктов и энергоэффективности зданий.

Цели и задачи

Целью диссертационного исследования является разработка термоаккумулирующих добавок на основе инкапсулированных фазово-переходных материалов для строительных и защитных покрытий.

Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Изучение возможности инкапсуляции ФПМ путем полимеризации промышленного полиметиленполифениленизоцианата (ПИЦ) на границе раздела фаз эмульсий, стабилизированных ПАВ, и изучение их термоаккумулирующих свойств и стабильности в зависимости от компонентного состава углеводородной фазы.

2. Исследование эффективности терморегулирующих лакокрасочных покрытий на основе полученных контейнеров с инкапсулированным ФПМ для снижения перепадов

температуры парогазовой фазы в резервуарах хранения нефтепродуктов при циклическом нагреве и охлаждении.

3. Изучение возможности инкапсуляции ФПМ путем полимеризации ПИЦ на границе раздела фаз эмульсий Пикеринга, стабилизированных карбоксилированной НФЦ, без введения водорастворимого мономера. Изучение структуры, термоаккумулирующих свойств и стабильности контейнеров, в зависимости от ионной силы суспензии НФЦ.

4. Изучение влияния контейнеров на основе эмульсий Пикеринга с инкапсулированным ФПМ на терморегулирующие свойства и динамику нагрева и охлаждения слоев штукатурного покрытия.

Научная новизна

1. Впервые проведено комплексное исследование возможности использования промышленного ПИЦ в качестве компонента для формирования стабильной полимерной оболочки эмульсий для инкапсуляции ФПМ. Оптимизация соотношения ФПМ/растворитель и ядро/мономер позволило увеличить загрузку ФПМ до 90-95 % по сравнению с 50-85 % в полимерных контейнерах, синтезированных ранее с использованием индивидуальных изоцианатов.

2. Впервые показано, что терморегулирующие лакокрасочные покрытия на основе полученных инкапсулированных ФПМ позволяют снизить перепады температуры парогазовой фазы в резервуарах хранения нефтепродуктов в ходе циклического нагрева и охлаждения, что является предпосылкой для уменьшения потерь от «малых дыханий» резервуаров в следствие суточных перепадов температур.

3. Впервые показана возможность инкапсуляции ФПМ методом полимеризации на границе раздела фаз эмульсии Пикеринга, стабилизированной карбоксилированной НФЦ, в ходе реакции между ПИЦ, растворенным в углеводородной фазе, и карбоксильными группами на поверхности НФЦ. Метод позволяет исключить использование синтетических ПАВ и водорастворимых мономеров при инкапсуляции ФПМ с сохранением основных эксплуатационных свойств контейнеров: теплоемкость, структурная и циклическая стабильность.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Проведено систематическое исследование влияния соотношения компонентов н-октадекан/толуол/ПИЦ в углеводородной фазе исходных эмульсий на структуру, стабильность и терморегулирующие свойства контейнеров с полимеризованной полиуретановой оболочкой.

2. Показано, что введение в состав ЛКП резервуаров хранения нефтепродуктов ПУ-контейнеров с инкапсулированным н-эйкозаном приводит к снижению перепада

температуры и скорости нагрева/охлаждения парогазовой фазы нефтепродуктов при циклическом нагреве, что является важной предпосылкой снижения потерь от «малых дыханий» резервуаров и повышения качества сохранности нефтепродуктов при долгосрочном хранении.

3. Разработан метод синтеза функциональных термоаккумулирующих контейнеров, содержащих инкапсулированный н-октадекан, путем управляемого осаждения карбоксилированной НФЦ на границе раздела фаз капель эмульсий с последующей полимерной сшивкой оболочки контейнеров в ходе реакции с ПИЦ, растворенным в углеводородной фазе.

4. Показано, что стабилизация границы раздела фаз карбоксилированной НФЦ позволяет добиться упрощения процесса инкапсуляции благодаря тому, что не требуется введение гидрофильных мономеров, и позволяет отказаться от использования традиционных синтетических ПАВ.

5. Проведено систематическое изучение влияния ионной силы дисперсионной среды НФЦ на толщину оболочек контейнеров после полимерной сшивки, что позволяет контролировать эффективность инкапсуляции и стабильность инкапсулированных ФПМ.

Методология и методы исследования

Изучение строения и морфологии полученных образцов было проведено методами электронной микроскопии с использованием калиброванных электронных микроскопов. Химический состав образцов был исследован с использованием методов колебательной ИК-Фурье спектроскопии. Термическая стабильность образцов была исследована методом термогравиметрического анализа (ТГА). Удельные энтальпии плавления и кристаллизации исходных и инкапсулированных ФПМ и циклическая стабильность контейнеров были исследованы методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Стабильность формы и утечка ФПМ были оценены с помощью контроля массы образцов на высокоточных лабораторных полумикровесах.

Положения, выносимые на защиту

1. Влияние соотношения н-октадекан/толуол/полиметиленполифенилен-изоцианат в углеводородной фазе эмульсий, стабилизированных поливиниловым спиртом, на структуру, стабильность и терморегулирующие свойства контейнеров с полимеризованной полиуретановой оболочкой.

2. Терморегулирующее покрытие для резервуаров хранения нефтепродуктов на основе стандартных двухкомпонентных лакокрасочных материалов, содержащих контейнеры с полиуретановой оболочкой и инкапсулированным эйкозаном в качестве

функциональной добавки, и его влияние на сглаживание перепадов температуры парогазовой фазы бензина АИ-92 в ходе циклического нагрева.

3. Способ получения термоаккумулирующих контейнеров с инкапсулированным н-октадеканом путем прямой полимерной сшивки карбоксилированной нанофибриллярной целлюлозы на границе раздела фаз эмульсий Пикеринга, в ходе реакции с полиметиленполифениленизоцианатом, растворенным в масляной фазе, без введения гидрофильного мономера в водную фазу.

4. Зависимости состава, структуры, эффективности инкапсуляции, термоаккумулирующих свойств и стабильности контейнеров, полученных на основе эмульсий Пикеринга, стабилизированных карбоксилированной нанофибриллярной целлюлозой, от ионной силы её дисперсионной среды.

Личный вклад

Личный вклад автора состоит в изучении коллоидной стабильности НФЦ, получении эмульсий Пикеринга и изучении их стабильности и дисперсности, получении образцов контейнеров с инкапсулированными ФПМ и изучении их свойств комплексом физико-химических методов исследования, обобщении и анализе полученных результатов, формулировании выводов, участии в подготовке публикаций.

Степень достоверности результатов

Степень достоверности результатов определяется надежностью стандартизированных применявшихся методов исследования. Средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, поверены по ПР 50.2.006-94, а не подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору -калиброваны по ПР 50.2.016-94 или поверены. Для калибровки приборов были использованы ГСО или высокочистые импортные реактивы производства Sigma-Aldrich. Все измеряемые параметры продемонстрировали высокую воспроизводимость в многоповторных экспериментах.

Соответствие паспорту научной специальности

Диссертация соответствует паспорту научной специальности 1.4.10 «Коллоидная химия» по следующим направлениям исследований:

• П. 9. «Электрокинетические явления в дисперсных системах и их применение. Проблемы расчета электрокинетического потенциала» в части изучения электрофоретической подвижности и определения дзета-потенциала наноцеллюлозы для установления ее коллоидной стабильности в зависимости от ионной силы дисперсионной среды;

• П. 10. «... Практическое использование ПАВ в технологических процессах» в части использования поливинилового спирта и наноцеллюлозы для стабилизации границы раздела фаз капель эмульсий и последующей инкапсуляции н-алканов путем формирования полимерных контейнеров;

• П. 13. «Седиментационная и агрегативная устойчивости дисперсных систем» в части изучения седиментационной устойчивости эмульсий Пикеринга, в зависимости от концентрации водной суспензии наноцеллюлозы и ионной силы дисперсионной среды;

• П. 22 «Теория и практика технологических процессов, базирующихся на коллоидно-химических закономерностях (... получение неорганических и наполненных полимерных композиционных материалов.)» в части разработки технологии получения полимерных контейнеров с инкапсулированными н-алканами с использованием установленных закономерностей полимеризации эмульсий на границе раздела фаз.

Апробация результатов

Основные результаты диссертационной работы были представлены на международной конференции «Sino-Russian symposium on reducing emissions and improving the environmental component of the chemical and petrochemical industry» (г. Москва, 27-28 мая 2024 г.), XVII Научно-практической конференции «Актуальные задачи нефтегазохимического комплекса» (г. Москва, 28 ноября 2024 г.), международной конференции Annual International Conference Saratov Fall Meeting (SFM) XXIX (г. Саратов, 29 сентября - 3 октября 2025 г.).

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе 5 статей в изданиях, входящих в международные реферативные базы данных и системы цитирования, 1 патент на изобретение и 2 тезиса докладов на российских и международных конференциях.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка используемой литературы. Работа изложена на 113 страницах машинописного текста, включает 33 рисунка, 14 таблиц и содержит список литературы из 152 наименований.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Хранение тепловой энергии

Одной из актуальных задач научно-технологического развития Российской Федерации является переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение энергоэффективности зданий и технологических процессов с целью снижение потребления ископаемого топлива, снижения углеродного следа и повышение устойчивости энергосистем, что отражено в ряде нормативных документов [1, 2]. Существенная доля энергопотребления в домохозяйствах и на производстве приходится на отопление, охлаждение и поддержание температурных режимов. Кроме то того, тепло является одной из основных форм энергетических потерь. Это обуславливает необходимость разработки материалов и покрытий, способных аккумулировать и перераспределять тепловую энергию.

1.1.1 Методы хранения тепловой энергии

Широкая классификация методов хранения тепловой энергии включает в себя методы, основанные на физических и химических явлениях [3, 4]. К физическим методам хранения тепловой энергии относятся хранение энергии в виде явной теплоты и скрытой теплоты (энтальпии) фазовых переходов, то есть изменение температуры материала или его фазового состава без изменения химического состава [5]. К химическим методам относят термохимическое хранение энергии, основанное на обратимых реакциях разложения-синтеза, и сорбционное хранение энергии, основанное на процессах абсорбции и адсорбции с образованием и разрывом химических связей [6, 7]. Сравнительная характеристика методов приведена в Таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Сравнение физических и химических методов хранения тепловой энергии

Критерий сравнения Физические методы Химические методы

Плотность хранения энергии Явная теплота: 0,2 ГДж/м3 (вода); скрытая теплота: 0,3-0,5 ГДж/м3 (органические), 0,25-0,4 ГДж/дм3 (кристаллогидраты) Высокая: 0,4-3 ГДж/м3, может достигать 2,8 ГДж/м3 для MgSO4•7H2O и 37,9 ГДж/м3 для &02 (теоретически)

Температурный диапазон Явная: от -50 до >1000 °С; скрытая: от -100 до 1000°С в зависимости от материала Обычно 100-300 °С для сорбционных систем, до 1000°С для термохимических реакций

Таблица 1.1 - Продолжение

Тепловые потери при хранении Явная: значительные, требуют изоляции; скрытая: умеренные, но также требуют изоляции Минимальные или отсутствуют при хранении продуктов реакции при комнатной температуре

Сложность системы Относительно простая конструкция, особенно для явного хранения; для скрытого требуется учет расширения при плавлении Высокая сложность реакторов, необходимость раздельного хранения реагентов, проблемы тепло-и массообмена

Стоимость материалов Низкая/средняя: вода, горные породы, бетон дешевы; парафины и соли умеренной стоимости Высокая из-за стоимости химических реагентов и необходимости их очистки

Возможность транспортировки Ограничена из-за теплопотерь, возможна только в заряженном состоянии с изоляцией Высокая, продукты реакции могут транспортироваться при температуре окружающей среды

Основные области применения Горячее водоснабжение, отопление зданий, солнечные электростанции, аккумуляция холода Перспективны для сезонного хранения солнечной энергии, утилизации промышленного тепла, автономных систем

Следует отметить, что в настоящее время физические методы хранения, особенно в виде явной теплоты, достигли высокой степени коммерческой зрелости и широко применяются в различных секторах энергетики [3, 4]. Основными преимуществами систем хранения тепловой энергии в виде явной теплоты являются простота конструкции, надежность и относительно низкая стоимость, однако ограничением выступает невысокая плотность хранения энергии и тепловые потери. Хранение тепловой энергии в виде скрытой теплоты обеспечивает более высокую плотность энергии при постоянной температуре, что повышает термодинамическую эффективность [8-10].

Химические методы хранения демонстрируют принципиально более высокую плотность энергии и возможность длительного (сезонного) хранения без потерь, что делает их особенно привлекательными для интеграции с возобновляемыми источниками энергии и вторичными энергетическими ресурсами. Однако значительная сложность реакторов, недостаточная циклическая стабильность материалов и высокие капитальные затраты ограничивают их практическое применение, которое в настоящее время находится преимущественно на лабораторной и демонстрационной стадиях развития. В настоящее время, исследования направлены на разработку новых материалов с улучшенными

кинетическими характеристиками, оптимизацию конструкции реакторов и повышение экономической эффективности химических методов хранения тепловой энергии [3, 5, 7].

1.1.2 Хранение тепловой энергии в виде скрытой теплоты фазовых переходов

Хранение тепловой энергии в виде явной теплоты основано на повышении температуры энергоносителя без изменения его фазового состояния. Количество аккумулированной энергии прямо пропорционально массе материала, его удельной теплоемкости и интервалу рабочих температур:

с = с • ш • ДГ (1.1)

где 0 - количество запасаемой/высвобождаемой энергии, с - удельная теплоёмкость вещества, т - масса, ДТ - изменение температуры при нагреве или охлаждении [11].

В качестве материалов для хранения тепловой энергии в виде явной теплоты выступают жидкие среды, включая воду, различные масла и расплавы солей, а также твердые материалы, такие как бетон, горные породы, гравий, керамика и металлы. Ключевым преимуществом данного метода является его технологическая простота, надежность и хорошая изученность, что позволяет создавать крупномасштабные системы с приемлемыми экономическими показателями [12]. В частности, водяные аккумуляторы тепла широко применяются в индивидуальном и централизованном теплоснабжении, а системы на основе расплавов солей нашли применение для солнечных тепловых электростанций [13]. Основным недостатком выступает низкая плотность хранения, приводящая к большим габаритам аккумуляторов и значительным теплопотерям, особенно при длительном хранении [14].

Хранение тепловой энергии в виде скрытой теплоты фазовых переходов использует энтальпию фазового превращения материалов для аккумуляции тепла. При фазовом переходе первого рода, например плавлении или кристаллизации, материал поглощает или выделяет значительное количество теплоты практически без изменения температуры, что позволяет создавать компактные аккумуляторы с высокой плотностью хранения энергии и обеспечивать стабильный температурный режим при ее высвобождении (Рисунок 1.1) [15].

Рисунок 1.1 - Фазовый переход твердое тело-жидкость в ФПМ: экспериментально наблюдаемая зависимость удельной тепловой энергии от температуры, измеренная с помощью ДСК, и идеальный фазовый переход [16]

Количество тепла запасаемое в процессе фазового перехода твердое тело - жидкость в предположении, что материал полностью расплавился, можно выразить как:

Q = т(Ств(Тпл - 71) + ЛЯПЛ + СЖ(Т2 - Тпл)) (1.2)

где т - масса вещества, Ств и Сж - удельные теплоемкости в твердой и жидкой фазе, соответственно, АИпл - удельная энтальпия плавления, Тпл - температура плавления, Т1 и Т2 - начальная и конечная температуры материала [17].

Фазово-переходные материалы (ФПМ) - обширный класс веществ, к которому можно отнести органические, неорганические материалы и эвтектические смеси [5, 8, 9]. Одним из критических недостатков ФПМ является подверженность утечкам при переходе в жидкое состояние. Другим важным ограничением является их низкая теплопроводность, что существенно снижает мощность зарядки и разрядки аккумуляторов и требует применения методов интенсификации теплопереноса. В настоящее время, исследования ФПМ направлены на преодоление этих ограничений путем разработки композитных материалов с улучшенными теплофизическими свойствами, создания эффективных методов инкапсуляции и оптимизации конструкций теплообменных аппаратов [10, 18].

Сравнение основных параметров физических методов хранения тепловой энергии приведено в Таблице 1.2

Таблица 1.2 - Сравнение основных параметров методов хранения тепловой энергии в виде явной теплоты и скрытой теплоты фазового перехода

Параметр сравнения Хранение явной теплоты Хранение скрытой теплоты

Принцип хранения Изменение температуры материала без изменения фазового состояния Поглощение или выделение теплоты при фазовом переходе (обычно плавление-кристаллизация)

Плотность хранения энергии Низкая/средняя: 0,2 ГДж/м3 для водяных баков, 0,3-0,4 ГДж/м3 для бетона и горных пород Средняя/высокая: 0,3-0,5 ГДж/м3 для органических, 0,25-0,4 ГДж/дм3 для кристаллогидратов, до 1,0 ГДж/м3 для некоторых солей

Температурный режим работы Линейно изменяется в процессе зарядки и разрядки, зависит от интервала температур Квазиизотермический при фазовом переходе, температура определяется материалом

Теплопроводность материалов Вода 0,6 Вт/мК, бетон 1.0-1,8 Вт/мК, расплавы солей 0,5-0,7 Вт/мК Органические 0,15-0,35 Вт/мК, кристаллогидраты 0,5-1,0 Вт/мК, металлы 20-400 Вт/мК

Температурный диапазон От -50 до >1000 °С в зависимости от материала От -100 до 1000 °С, но для большинства коммерческих материалов от 0 до 250°С

Циклическая стабильность Высокая, материалы не деградируют при термоциклировании, срок службы 20-30 лет Ограничена: парафины выдерживают 1000-2000 циклов, кристаллогидраты часто деградируют за 100-500 циклов

Проблемы эксплуатации Термическая стратификация, тепловые потери, коррозия при высоких температурах Переохлаждение, фазовое разделение, низкая теплопроводность, утечки жидкой фазы, нестабильность свойств

Сложность конструкции Относительно простая: баки-аккумуляторы, теплообменники, системы распределения Более сложная: необходимость учета изменения объема при плавлении, предотвращения утечек, организации эффективного теплообмена

Технологическая зрелость Высокая, промышленный уровень, множество коммерческих реализаций Средняя: многочисленные лабораторные исследования, пилотные проекты, ограниченное коммерческое применение

Типичные применения Горячее водоснабжение, отопление зданий, солнечные электростанции, аккумуляторы тепла в промышленности Пассивное охлаждение электроники, терморегулирующие текстильные материалы, хранение тепла в зданиях

1.1.3 Фазово-переходные материалы

ФПМ подразделяются на три основные класса: органические, неорганические и эвтектические. Органические материалы включают парафины, жирные кислоты, полиэтиленгликоли, сложные эфиры и сахарные спирты [3, 9]. Парафины представляют собой индивидуальные н-алканы или смеси н-алканов с общей формулой СпН2п+2 и являются наиболее распространенными коммерческими ФПМ благодаря широкому диапазону температур плавления от -10 до 100°С, химической инертности, циклической стабильности, отсутствию переохлаждения и фазового разделения [19]. Их недостатками являются низкая теплопроводность и горючесть. Жирные кислоты с формулой СН3(СН2)2пС00Н обладают высокими значениями скрытой теплоты плавления, отсутствием переохлаждения, химической стабильностью при многократном циклировании, но имеют более высокую стоимость по сравнению с парафинами [20]. Полиэтиленгликоли характеризуются стабильностью свойств, отсутствием коррозионной активности и могут использоваться в различных температурных диапазонах в зависимости от молекулярной массы [21, 22]. Сахарные спирты, такие как эритрит, D-маннит и ксилит, применяются для среднетемпературных применений в диапазоне 90-200°С благодаря высокой энтальпии плавления, но склонны к переохлаждению и термической деградации [23, 24].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зайцева Нина Ефимовна, 2026 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации : Указ Президента РФ от 28 февраля 2024 г. № 145 // Официальный интернет-портал правовой информации. — URL: http://publication.pravo.gov.ru/ (дата обращения: 03.03.2026).

2. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации [Текст] : федер. закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ : (ред. от 13.06.2023) // Собр. законодательства Рос. Федерации. - 2009. - № 48. - Ст. 5711.

3. Kousksou, T. Energy storage: Applications and challenges / T. Kousksou, P. Bruel, A. Jamil, T. El Rhafiki, Y. Zeraouli // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2014. - Т. 120. - №

- С. 59-80.

4. Pereira da Cunha, J. Thermal energy storage for low and medium temperature applications using phase change materials - A review / J. Pereira da Cunha, P. Eames // Appl. Energy. - 2016.

- Т. 177. - С. 227-238.

5. Nazir, H. Recent developments in phase change materials for energy storage applications: A review / H. Nazir, M. Batool, F. J. Bolivar Osorio, M. Isaza-Ruiz, X. Xu, K. Vignarooban, P. Phelan, Inamuddin, A. M. Kannan // Int. J. Heat Mass Transfer. - 2019. - Т. 129. - С. 491-523.

6. Ali, H. M. Advances in thermal energy storage: Fundamentals and applications / H. M. Ali, T.-u. Rehman, M. Arici, Z. Said, B. Durakovic, H. I. Mohammed, R. Kumar, M. K. Rathod, O. Buyukdagli, M. Teggar // Progress in Energy and Combustion Science. - 2024. - Т. 100. - С. 101109.

7. Chen, X. State of the art on the high-temperature thermochemical energy storage systems / X. Chen, Z. Zhang, C. Qi, X. Ling, H. Peng // Energy Convers. Manage. - 2018. - Т. 177. - С. 792-815.

8. Shchukina, E. M. Nanoencapsulation of phase change materials for advanced thermal energy storage systems / E. M. Shchukina, M. Graham, Z. Zheng, D. G. Shchukin // Chemical Society Reviews. - 2018. - Т. 47. - № 11. - С. 4156-4175.

9. Chandel, S. S. Review of current state of research on energy storage, toxicity, health hazards and commercialization of phase changing materials / S. S. Chandel, T. Agarwal // Renewable & Sustainable Energy Reviews. - 2017. - Т. 67. - № - С. 581-596.

10. Huang, Y. Encapsulation methods for phase change materials - A critical review / Y. Huang, A. Stonehouse, C. Abeykoon // Int. J. Heat Mass Transfer. - 2023. - Т. 200. - С. 123458.

11. Mabrouk, R. A State of the Art Review on Sensible and Latent Heat Thermal Energy Storage Processes in Porous Media: Mesoscopic Simulation / R. Mabrouk, H. Naji, A. C. Benim, H. Dhahri // Applied Sciences. - 2022. - T. 12. - № 14. - C. 6995.

12. Ding, Z. Advanced/hybrid thermal energy storage technology: material, cycle, system and perspective / Z. Ding, W. Wu, M. Leung // Renew. Sustain. Energy Rev. - 2021. - T. 145. - C. 111088.

13. Ko9ak, B. Review on sensible thermal energy storage for industrial solar applications and sustainability aspects / B. Ko9ak, A. I. Fernandez, H. Paksoy // Solar Energy. - 2020. - T. 209. -C.135-169.

14. Sadeghi, G. Energy storage on demand: Thermal energy storage development, materials, design, and integration challenges / G. Sadeghi // Energy Storage Materials. - 2022. - T. 46. - C. 192-222.

15. Jouhara, H. Latent thermal energy storage technologies and applications: A review / H. Jouhara, A. Zabnienska-Gora, N. Khordehgah, D. Ahmad, T. Lipinski // Int. J. Thermofluids. -2020. - T. 5-6. - C. 100039.

16. Sheikh, Y. A review on micro-encapsulated phase change materials (EPCM) used for thermal management and energy storage systems: Fundamentals, materials, synthesis and applications / Y. Sheikh, M. O. Hamdan, S. Sakhi // J. Energy Storage. - 2023. - T. 72. - C. 108472.

17. Raam Dheep, G. Influence of nanomaterials on properties of latent heat solar thermal energy storage materials - A review / G. Raam Dheep, A. Sreekumar // Energy Convers. Manage. - 2014. - T. 83. - C. 133-148.

18. Sharshir, S. W. Thermal energy storage using phase change materials in building applications: A review of the recent development / S. W. Sharshir, A. Joseph, M. Elsharkawy, M. A. Hamada, A. W. Kandeal, M. R. Elkadeem, A. Kumar Thakur, Y. Ma, M. Eid Moustapha, M. Rashad, M. Arici // Energy Build. - 2023. - T. 285. - C. 112908.

19. Chang, Z. Review on the preparation and performance of paraffin-based phase change microcapsules for heat storage / Z. Chang, K. Wang, X. Wu, G. Lei, Q. Wang, H. Liu, Y. Wang, Q. Zhang // J. Energy Storage. - 2022. - T. 46. - C. 103840.

20. Yuan, Y. Fatty acids as phase change materials: A review / Y. Yuan, N. Zhang, W. Tao, X. Cao, Y. He // Renew. Sustain. Energy Rev. - 2014. - T. 29. - C. 482-498.

21. Sundararajan, S. Versatility of polyethylene glycol (PEG) in designing solid-solid phase change materials (PCMs) for thermal management and their application to innovative technologies / S. Sundararajan, A. B. Samui, P. S. Kulkarni // Journal of Materials Chemistry A. - 2017. - T. 5. - № 35. - C. 18379-18396.

22. Okogeri, O. What about greener phase change materials? A review on biobased phase change materials for thermal energy storage applications / O. Okogeri, V. N. Stathopoulos // Int. J. Thermofluids. - 2021. - T. 10. - C. 100081.

23. Liu, H. Wang. Sugar alcohol-based phase change materials for thermal energy storage: Optimization design and applications / H. Liu, J. Jing, J. Liu, X. Wang // Renew. Sustain. Energy Rev. - 2024. - T. 199. - C. 114528.

24. Liu, C. Recent advances of sugar alcohols phase change materials for thermal energy storage / C. Liu, Q. Cheng, B. Li, X. Liu, Z. Rao // Renew. Sustain. Energy Rev. - 2023. - T. 188. - C. 113805.

25. Junaid, M. F. Inorganic phase change materials in thermal energy storage: A review on perspectives and technological advances in building applications / M. F. Junaid, Z. u. Rehman, M. Cekon, J. Curpek, R. Farooq, H. Cui, I. Khan // Energy Build. - 2021. - T. 252. - C. 111443.

26. Xie, N. Inorganic Salt Hydrate for Thermal Energy Storage / N. Xie, Z. Huang, Z. Luo, X. Gao, Y. Fang, Z. Zhang // Applied Sciences. - 2017. - T. 7. - № 12. - C. 1317.

27. Lin, Y. Review on thermal performances and applications of thermal energy storage systems with inorganic phase change materials / Y. Lin, G. Alva, G. Fang // Energy. - 2018. - T. 165. - C. 685-708.

28. Anand, A. A comprehensive review on eutectic phase change materials: Development, thermophysical properties, thermal stability, reliability, and applications / A. Anand, M. Mansor, K. Sharma, A. Shukla, A. Sharma, M. I. H. Siddiqui, K. K. Sadasivuni, N. Priyadarshi, B. Twala // Alexandria Engineering Journal. - 2025. - T. 112.- C. 254-280.

29. Sun, M. A review on thermal energy storage with eutectic phase change materials: Fundamentals and applications / M. Sun, T. Liu, H. Sha, M. Li, T. Liu, X. Wang, G. Chen, J. Wang, D. Jiang // J. Energy Storage. - 2023. - T. 68. - C. 107713.

30. Das, A. An overview of phase change materials, their production, and applications in textiles / A. Das, M. M. H. Apu, A. Akter, M. M. A. Reza, R. Mia // Results in Engineering. -2025. - T. 25. - C. 103603.

31. Gulfam, R. Advanced thermal systems driven by paraffin-based phase change materials -A review / R. Gulfam, P. Zhang, Z. Meng // Appl. Energy. - 2019. - T. 238. - № - C. 582-611.

32. Jamekhorshid, A. A review of microencapsulation methods of phase change materials (PCMs) as a thermal energy storage (TES) medium / A. Jamekhorshid, S. M. Sadrameli, M. Farid // Renew. Sustain. Energy Rev. - 2014. - T. 31. - C. 531-542.

33. Palacios, A. A perspective on Phase Change Material encapsulation: Guidance for encapsulation design methodology from low to high-temperature thermal energy storage

applications / A. Palacios, M. E. Navarro-Rivera, B. Zou, Z. Jiang, M. T. Harrison, Y. Ding // J. Energy Storage. - 2023. - T. 72. - C. 108597.

34. Giro-Paloma, J. Types, methods, techniques, and applications for microencapsulated phase change materials (MPCM): A review / J. Giro-Paloma, M. Martínez, L. F. Cabeza, A. I. Fernández // Renew. Sustain. Energy Rev. - 2016. - T. 53. - C. 1059-1075.

35. Hawlader, M. N. A. Microencapsulated PCM thermal-energy storage system / M. N. A. Hawlader, M. S. Uddin, M. M. Khin // Appl. Energy. - 2003. - T. 74. - № 1. - C. 195-202.

36. Freitas, S. Microencapsulation by solvent extraction/evaporation: reviewing the state of the art of microsphere preparation process technology / S. Freitas, H. P. Merkle, B. Gander // Journal of Controlled Release. - 2005. - T. 102. - № 2. - C. 313-332.

37. Fashandi, M. Preparation and characterization of 100% bio-based polylactic acid/palmitic acid microcapsules for thermal energy storage / M. Fashandi, S. N. Leung // Materials for Renewable and Sustainable Energy. - 2017. - T. 6. - № 3. - C. 14.

38. Liu, H. Innovative design of microencapsulated phase change materials for thermal energy storage and versatile applications: a review / H. Liu, X. Wang, D. Wu // Sustain. Energ. Fuels. -2019. - T. 3. - № 5. - C. 1091-1149.

39. Konuklu, Y. Microencapsulation of a fatty acid with Poly(melamine-urea-formaldehyde) / Y. Konuklu, H. O. Paksoy, M. Unal, S. Konuklu // Energy Convers. Manage. - 2014. - T. 80. -C.382-390.

40. Khakzad, F. Optimization of parameters in preparation of PCM microcapsules based on melamine formaldehyde through dispersion polymerization / F. Khakzad, Z. Alinejad, A. R. Shirin-Abadi, M. Ghasemi, A. R. Mahdavian // Colloid. Polym. Sci. - 2014. - T. 292. - № 2. - C. 355-368.

41. Zhang, W. Synthesis melamine-formaldehyde microcapsules containing paraffin to improve the tribological properties of self-lubricating fabric liner composites / W. Zhang, J. Li, T. Hu, S. Cheng, X. Li, C. Zhang // Progress in Organic Coatings. - 2024. - T. 195. - C. 108664.

42. Perignon, C. Microencapsulation by interfacial polymerisation: membrane formation and structure / C. Perignon, G. Ongmayeb, R. Neufeld, Y. Frere, D. Poncelet // Journal of Microencapsulation. - 2015. - T. 32. - № 1. - C. 1-15.

43. Zhang, H. Synthesis and properties of microencapsulated n-octadecane with polyurea shells containing different soft segments for heat energy storage and thermal regulation / H. Zhang, X. Wang // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2009. - T. 93. - № 8. - C. 1366-1376.

44. Cho, J.-S. Microencapsulation of octadecane as a phase-change material by interfacial polymerization in an emulsion system / J.-S. Cho, A. Kwon, C.-G. Cho // Colloid. Polym. Sci. -2002. - T. 280. - № 3. - C. 260-266.

45. Zhao, K. Construction of phase change n-Octadecane microencapsulated in carbon nanotubes-modified polymer for thermal management applications of finned heat sinks / K. Zhao, Z. Guo, J. Wang, H. Xie // Chemical Engineering Journal. - 2023. - T. 471. - C. 144723.

46. Zhang, Q. Micro/nano encapsulated phase change material: materials, preparation, and emerging advances in the solar energy field / Q. Zhang, Y. Li, C. Liu, X. Wu, X. Zhang, J. Song, Y. Mao, K. Yuan // Journal of Materials Chemistry A. - 2024. - T. 12. - № 47. - C. 32526-32547.

47. Zhang, H. Encapsulation of inorganic phase change thermal storage materials and its effect on thermophysical properties: A review / H. Zhang, C. Xu, G. Fang // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2022. - T. 241. - C. 111747.

48. Wang, L. Y. Preparation of silica microspheres encapsulating phase-change material by sol-gel method in O/W emulsion / L. Y. Wang, P. S. Tsai, Y. M. Yang // Journal of Microencapsulation. - 2006. - T. 23. - № 1. - C. 3-14.

49. Ozkan, G. A review of microencapsulation methods for food antioxidants: Principles, advantages, drawbacks and applications / G. Ozkan, P. Franco, I. De Marco, J. Xiao, E. Capanoglu // Food Chemistry. - 2019. - T. 272. - C. 494-506.

50. Roy, J. C. Influence of process parameters on microcapsule formation from chitosan— Type B gelatin complex coacervates / J. C. Roy, S. Giraud, A. Ferri, R. Mossotti, J. Guan, F. Salaün // Carbohydrate Polymers. - 2018. - T. 198. - C. 281-293.

51. Onder, E. Encapsulation of phase change materials by complex coacervation to improve thermal performances of woven fabrics / E. Onder, N. Sarier, E. Cimen // Thermochimica Acta. -2008. - T. 467. - № 1. - C. 63-72.

52. Wang, K. W. Optimization strategies of microencapsulated phase change materials for thermal energy storage / K. W. Wang, T. Yan, W. G. Pan // J. Energy Storage. - 2023. - T. 68. -C.107844.

53. Ionescu, M. Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes / M. Ionescu -Smithers Rapra Technology Ltd. - 2016. - T. 1. - 374 P.

54. Siddhan, P. Agrawal. Core content and stability of n-octadecane-containing polyurea microencapsules produced by interfacial polymerization / P. Siddhan, M. Jassal, A. K. Agrawal // J. Appl. Polym. Sci. - 2007. - T. 106. - № 2. - C. 786-792.

55. Ma, Y. The effect of different soft segments on the formation and properties of binary core microencapsulated phase change materials with polyurea/polyurethane double shell / Y. Ma, X. Chu, G. Tang, Y. Yao // Journal of Colloid and Interface Science. - 2013. - T. 392. - C. 407-414.

56. Lu, S. Preparation and characterization of polyurea/polyurethane double-shell microcapsules containing butyl stearate through interfacial polymerization / S. Lu, J. Xing, Z. Zhang, G. Jia // J. Appl. Polym. Sci. - 2011. - T. 121. - № 6. - C. 3377-3383.

57. He, Z. Facile and cost-effective synthesis of isocyanate microcapsules via polyvinyl alcohol-mediated interfacial polymerization and their application in self-healing materials / Z. He, S. Jiang, Q. Li, J. Wang, Y. Zhao, M. Kang // Composites Science and Technology. - 2017. - T. 138. - C. 15-23.

58. Cai, C. Co-solvent free interfacial polycondensation and properties of polyurea PCM microcapsules with dodecanol dodecanoate as core material / C. Cai, X. Ouyang, L. Zhou, G. Liu, Y. Wang, G. Zhu, J. Yao, J. Militky, M. Venkataraman, G. Zhang // Solar Energy. - 2020. - T. 199. - C. 721-730.

59. Hu, D. C. Fabrication and characterization of a novel polyurethane microencapsulated phase change material for thermal energy storage / D. C. Hu, Z. Q. Wang, W. S. Ma // Progress in Organic Coatings. - 2021. - T. 151. - C. 8.

60. De Castro, P. F. Confined-Volume Effect on the Thermal Properties of Encapsulated Phase Change Materials for Thermal Energy Storage / P. F. De Castro, A. Ahmed, D. G. Shchukin // Chemistry--A European Journal. - 2016. - T. 22. - № 13. - C. 4389-4394.

61. Weinstock, L. Encapsulating an organic phase change material within emulsion-templated poly(urethane urea)s / L. Weinstock, R. A. Sanguramath, M. S. Silverstein // Polymer Chemistry. - 2019. - T. 10. - № 12. - C. 1498-1507.

62. Binks, B. P. Particles as surfactants—similarities and differences / B. P. Binks // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. - 2002. - T. 7. - № 1. - C. 21-41.

63. Sun, Z. Pickering emulsions stabilized by colloidal surfactants: Role of solid particles / Z. Sun, X. Yan, Y. Xiao, L. Hu, M. Eggersdorfer, D. Chen, Z. Yang, D. A. Weitz // Particuology. -2022. - T. 64. - C. 153-163.

64. Ming, L. Evolution and critical roles of particle properties in Pickering emulsion: A review / L. Ming, H. Wu, A. Liu, A. Naeem, Z. Dong, Q. Fan, G. Zhang, H. Liu, Z. Li // Journal of Molecular Liquids. - 2023. - T. 388. - C. 122775.

65. Ajayi, S. M. Pickering emulsions: Physicochemical properties and recent applications in engineering / S. M. Ajayi, S. O. Olusanya, S. F. Abimbade, O. L. Faboya, E. G. Olumayede, C. O. Akintayo, D. Malomo // Hybrid Advances. - 2025. - T. 11. - C. 100509.

66. Rayees, R. General approaches to biopolymer-based Pickering emulsions / R. Rayees, A. Gani, N. Noor, A. Ayoub, Z. U. Ashraf // International Journal of Biological Macromolecules. -2024. - T. 267. - C. 131430.

67. McClements, D. J.Critical Review of Techniques and Methodologies for Characterization of Emulsion Stability / D. J. McClements // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. -2007. - T. 47. - № 7. - C. 611-649.

68. Wang, K. Particle contact angle at the oil-water interface: Effect of surface silanization / K. Wang, G. Wang, C. Lu // Particuology. - 2019. - T. 44. - C. 218-224.

69. Kedzior, S. A. Nanocellulose in Emulsions and Heterogeneous Water-Based Polymer Systems: A Review / S. A. Kedzior, V. A. Gabriel, M. A. Dube, E. D. Cranston // Advanced Materials. - 2021. - T. 33. - № 28. - C. 2002404.

70. Binks, B. P. Influence of Particle Wettability on the Type and Stability of Surfactant-Free Emulsions / B. P. Binks, S. O. Lumsdon // Langmuir. - 2000. - T. 16. - № 23. - C. 8622-8631.

71. Aveyard, R. Emulsions stabilised solely by colloidal particles / R. Aveyard, B. P. Binks, J. H. Clint // Advances in Colloid and Interface Science. - 2003. - T. 100-102. - C. 503-546.

72. Noremylia, M. B. Recent advancement in isolation, processing, characterization and applications of emerging nanocellulose: A review / M. B. Noremylia, M. Z. Hassan, Z. Ismail // International Journal of Biological Macromolecules. - 2022. - T. 206. - C. 954-976.

73. Benselfelt, T. The Colloidal Properties of Nanocellulose / T. Benselfelt, N. Kummer, M. Nordenstrom, A. B. Fall, G. Nystrom, L. Wagberg // ChemSusChem. - 2023. - T. 16. - № 8. - C. e202201955.

74. Poulose, A. Nanocellulose: A Fundamental Material for Science and Technology Applications / A. Poulose, J. Parameswaranpillai, J. J. George, J. A. Gopi, S. Krishnasamy, M. Dominic C. D., N. Hameed, N. V. Salim, S. Radoor, N. Sienkiewicz // Molecules. - 2022. - T. 27.

- № 22. - C. 8032.

75. Qi, Y. Nanocellulose: a review on preparation routes and applications in functional materials / Y. Qi, Y. Guo, A. A. Liza, G. Yang, M. H. Sipponen, J. Guo, H. Li // Cellulose. - 2023.

- T. 30. - № 7. - C. 4115-4147.

76. Randhawa, A. A Review of Properties of Nanocellulose, Its Synthesis, and Potential in Biomedical Applications / A. Randhawa, S. D. Dutta, K. Ganguly, T. V. Patil, D. K. Patel, K.-T. Lim // Applied Sciences. - 2022. - T. 12. - № 14. - C. 7090.

77. Parajuli, S. Fundamental aspects of nanocellulose stabilized Pickering emulsions and foams / S. Parajuli, E. E. Urena-Benavides // Advances in Colloid and Interface Science. - 2022.

- T. 299. - C. 102530.

78. Kalashnikova, I. Modulation of Cellulose Nanocrystals Amphiphilic Properties to Stabilize Oil/Water Interface / I. Kalashnikova, H. Bizot, B. Cathala, I. Capron // Biomacromolecules. -2012. - T. 13. - № 1. - C. 267-275.

79. Yang, J. Advanced nanocellulose interface engineering for Pickering emulsion stabilization / J. Yang, H. Kwon, D. Jeong, J. W. Kim // Advances in Industrial and Engineering Chemistry. - 2025. - T. 1. - № 1. - C. 25.

80. Cherhal, F. Structural Description of the Interface of Pickering Emulsions Stabilized by Cellulose Nanocrystals / F. Cherhal, F. Cousin, I. Capron // Biomacromolecules. - 2016. - Т. 17.

- № 2. - С. 496-502.

81. Teo, S. H. Review of Functional Aspects of Nanocellulose-Based Pickering Emulsifier for Non-Toxic Application and Its Colloid Stabilization Mechanism / S. H. Teo, C. Y. Chee, M. Z. Fahmi, S. C. Wibawa Sakti, H. V. Lee // Molecules. - 2022. - Т. 27. - № 21. - С. 7170.

82. Ji, C. Nanocellulose-stabilized Pickering emulsions: Fabrication, stabilization, and food applications / C. Ji, Y. Wang // Advances in Colloid and Interface Science. - 2023. - Т. 318. - С. 102970.

83. Silva, C. E. P. Double stabilization mechanism of O/W Pickering emulsions using cationic nanofibrillated cellulose / C. E. P. Silva, K. C. Tam, J. S. Bernardes, W. Loh // Journal of Colloid and Interface Science. - 2020. - Т. 574. - С. 207-216.

84. Gestranius, M. Phase behaviour and droplet size of oil-in-water Pickering emulsions stabilised with plant-derived nanocellulosic materials / M. Gestranius, P. Stenius, E. Kontturi, J. Sjoblom, T. Tammelin // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. -2017. - Т. 519. - С. 60-70.

85. Bai, L. Oil-in-water Pickering emulsions via microfluidization with cellulose nanocrystals: 1. Formation and stability / L. Bai, S. Lv, W. Xiang, S. Huan, D. J. McClements, O. J. Rojas // Food Hydrocolloids. - 2019. - Т. 96. - С. 699-708.

86. Kalashnikova, I. Cellulosic nanorods of various aspect ratios for oil in water Pickering emulsions / I. Kalashnikova, H. Bizot, P. Bertoncini, B. Cathala, I. Capron // Soft Matter. - 2013.

- Т. 9. - № 3. - С. 952-959.

87. Pandey, A. Role of interparticle interactions on microstructural and rheological properties of cellulose nanocrystal stabilized emulsions / A. Pandey, M. Derakhshandeh, S. A. Kedzior, B. Pilapil, N. Shomrat, T. Segal-Peretz, S. L. Bryant, M. Trifkovic // Journal of Colloid and Interface Science. - 2018. - Т. 532. - С. 808-818.

88. Isogai, A. TEMPO-oxidized cellulose nanofibers / A. Isogai, T. Saito, H. Fukuzumi // Nanoscale. - 2011. - Т. 3. - № 1. - С. 71-85.

89. Xu, H.-N. Driving Forces for Accumulation of Cellulose Nanofibrils at the Oil/Water Interface / H.-N. Xu, Y.-H. Li, L. Zhang // Langmuir. - 2018. - Т. 34. - № 36. - С. 10757-10763.

90. Aaen, R. Oil-in-Water Emulsions Stabilized by Cellulose Nanofibrils—The Effects of Ionic Strength and pH / R. Aaen, F. W. Brodin, S. Simon, E. B. Heggset, K. Syverud // Nanomaterials. - 2019. - Т. 9. - № 2. - С. 259.

91. Du Le, H. Pickering emulsions stabilised by hydrophobically modified cellulose nanocrystals: Responsiveness to pH and ionic strength / H. Du Le, S. M. Loveday, H. Singh, A. Sarkar // Food Hydrocolloids. - 2020. - T. 99. - C. 105344.

92. Chen, Q.-H. Surface modification improves fabrication of pickering high internal phase emulsions stabilized by cellulose nanocrystals / Q.-H. Chen, J. Zheng, Y.-T. Xu, S.-W. Yin, F. Liu, C.-H. Tang // Food Hydrocolloids. - 2018. - T. 75. - № - C. 125-130.

93. Tang, C. Amphiphilic Cellulose Nanocrystals for Enhanced Pickering Emulsion Stabilization / C. Tang, S. Spinney, Z. Shi, J. Tang, B. Peng, J. Luo, K. C. Tam // Langmuir. -2018. - T. 34. - № 43. - C. 12897-12905.

94. Tang, C. Pickering emulsions stabilized by hydrophobically modified nanocellulose containing various structural characteristics / C. Tang, Y. Chen, J. Luo, M. Y. Low, Z. Shi, J. Tang, Z. Zhang, B. Peng, K. C. Tam // Cellulose. - 2019. - T. 26. - № 13. - C. 7753-7767.

95. Hu, Z. Surfactant-enhanced cellulose nanocrystal Pickering emulsions / Z. Hu, S. Ballinger, R. Pelton, E. D. Cranston // Journal of Colloid and Interface Science. - 2015. - T. 439. - C. 139-148.

96. Zoppe, J. O. Pickering emulsions stabilized by cellulose nanocrystals grafted with thermo-responsive polymer brushes / J. O. Zoppe, R. A. Venditti, O. J. Rojas // Journal of Colloid and Interface Science. - 2012. - T. 369. - № 1. - C. 202-209.

97. Tang, J. Dual Responsive Pickering Emulsion Stabilized by Poly[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate] Grafted Cellulose Nanocrystals / J. Tang, M. F. X. Lee, W. Zhang, B. Zhao, R. M. Berry, K. C. Tam // Biomacromolecules. - 2014. - T. 15. - № 8. - C. 3052-3060.

98. Tang, J. Stimuli-Responsive Cellulose Nanocrystals for Surfactant-Free Oil Harvesting / J. Tang, R. M. Berry, K. C. Tam // Biomacromolecules. - 2016. - T. 17. - № 5. - C. 1748-1756.

99. Nigmatullin, R. Hydrophobization of Cellulose Nanocrystals for Aqueous Colloidal Suspensions and Gels / R. Nigmatullin, M. A. Johns, J. C. Muñoz-García, V. Gabrielli, J. Schmitt, J. Angulo, Y. Z. Khimyak, J. L. Scott, K. J. Edler, S. J. Eichhorn // Biomacromolecules. - 2020. -T. 21. - № 5. - C. 1812-1823.

100. Phan-Xuan, T. Aggregation behavior of aqueous cellulose nanocrystals: the effect of inorganic salts / T. Phan-Xuan, A. Thuresson, M. Skepo, A. Labrador, R. Bordes, A. Matic // Cellulose. - 2016. - T. 23. - № 6. - C. 3653-3663.

101. Batta-Mpouma, J. Ionically crosslinked cellulose nanocrystals by metal nitrates for the preparation of stable emulsions with tunable interface properties / J. Batta-Mpouma, G. Kandhola, J.-W. Kim // Sci. Rep. - 2023. - T. 13. - № 1. - C. 21630.

102. Zhang, B. Microencapsulation of Phase Change Materials with Polystyrene/Cellulose Nanocrystal Hybrid Shell via Pickering Emulsion Polymerization / B. Zhang, Z. Zhang, S. Kapar,

P. Ataeian, J. da Silva Bernardes, R. Berry, W. Zhao, G. Zhou, K. C. Tam // ACS Sustain. Chem. Eng. - 2019. - Т. 7. - № 21. - С. 17756-17767.

103. Zhang, Z. Phase change material microcapsules with melamine resin shell via cellulose nanocrystal stabilized Pickering emulsion in-situ polymerization / Z. Zhang, Z. Zhang, T. Chang, J. Wang, X. Wang, G. Zhou // Chemical Engineering Journal. - 2022. - Т. 428. - С. 131164.

104. Shi, X. Leakage-proof microencapsulation of phase change materials by emulsification with acetylated cellulose nanofibrils / X. Shi, M. R. Yazdani, R. Ajdary, O. J. Rojas // Carbohydrate Polymers. - 2021. - Т. 254. - С. 117279.

105. Wang, F. Cellulose nanocrystals-composited poly (methyl methacrylate) encapsulated n-eicosane via a Pickering emulsion-templating approach for energy storage / F. Wang, Y. Zhang, X. Li, B. Wang, X. Feng, H. Xu, Z. Mao, X. Sui // Carbohydrate Polymers. - 2020. - Т. 234. - С. 115934.

106. Wu, J. Reversible Thermochromic Phase Change Material Microcapsules With High Latent Heat via Cellulose Nanocrystal Stabilized Pickering Emulsion for Smart Coatings / J. Wu, P. Yu, L. Wang, X. Zhang, W. Xie, J. Zeng, G. Zhou, Z. Zhang // Small. - 2025. - Т. 21. - № 35.

- С. 2505575.

107. Wei, Q. High thermal conductive and photothermal phase change material microcapsules via cellulose nanocrystal stabilized Pickering emulsion for solar harvesting and thermal energy storage / Q. Wei, W. Sun, Z. Zhang, G. Zhou, Z. Zhang // International Journal of Biological Macromolecules. - 2025. - Т. 284. - С. 138162.

108. Ionescu, M. Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes / M. Ionescu -Smithers Rapra Technology Ltd. - 2016. - T. 2. - 422 C.

109. Han, X. Experimental study on effect of microencapsulated phase change coating on indoor temperature response and energy consumption / X. Han, Y. Li, L. Yuan, Q. Wang, H. Zhang, H. Lian, G. Zhang, L. Xiao // Adv. Mech. Eng. - 2017. - Т. 9. - № 6. - С. 1687814017703901.

110. Zhu, X. Thermal comfort and energy saving of novel heat-storage coatings with microencapsulated PCM and their application / X. Zhu, X. Sheng, J. Li, Y. Chen // Energy Build.

- 2021. - Т. 251. - С. 111349.

111. Qin, M. Phase-change materials reinforced intelligent paint for efficient daytime radiative cooling / M. Qin, F. Xiong, W. Aftab, J. Shi, H. Han, R. Zou // iScience. - 2022. - Т. 25. - № 7.

- С. 104584.

112. Abdullah, A. S. Performance improvement of tubular solar still via tilting glass cylinder, nano-coating, and nano-PCM: experimental approach / A. S. Abdullah, W. H. Alawee, S. A. Mohammed, U. F. Alqsair, H. A. Dhahad, F. A. Essa, Z. M. Omara // Environmental Science and Pollution Research. - 2022. - Т. 29. - № 43. - С. 65088-65099.

113. Abdelgaied, M. Performance improvement of pyramid solar distillers using a novel combination of absorber surface coated with CuO nano black paint, reflective mirrors, and PCM with pin fins / M. Abdelgaied, A. E. Kabeel // Renew. Energ. - 2021. - T. 180. - C. 494-501.

114. Dey, A. Passive thermal regulation by electrohydrodynamically microencapsulated calcium chloride hexahydrate in a resorcinol formaldehyde shell embedded in a paint coating / A. Dey, A. J. Mahakul, S. Ganguly // RSC Adv. - 2025. - T. 15. - № 56. - C. 47850-47862.

115. El Majd, A. Phosphogypsum valorization for sustainable building applications: Leveraging shape-stabilized phase change materials towards advanced thermal energy storage in paints / A. El Majd, S. Sair, H. A. Ousaleh, K. Moulakhnif, S. Krida, Z. Younsi, N. Belouaggadia, A. El Bouari // Constr. Build. Mater. - 2025. - T. 489. - C. 142420.

116. Bernardi, A. Evaluation of the effect of phase change materials technology on the thermal stability of Cultural Heritage objects / A. Bernardi, F. Becherini, M. D. Romero-Sanchez, A. Lopez-Buendia, A. Vivarelli, L. Pockele, S. De Grandi // Journal of Cultural Heritage. - 2014. -T. 15. - № 5. - C. 470-478.

117. Park, B. Effects of microencapsulated phase change material on indoor thermal comfort and energy consumption / B. Park, C. H. Cheong, D. Y. Park, S. R. Ryu // Case Stud. Therm. Eng. - 2023. - T. 41. - C. 102681.

118. Gbekou, F. K. Mechanical and thermophysical properties of cement mortars including bio-based microencapsulated phase change materials / F. K. Gbekou, K. Benzarti, A. Boudenne, A. Eddhahak, M. Duc // Constr. Build. Mater. - 2022. - T. 352. - C. 129056.

119. Halder, S. Cenosphere-based PCM microcapsules with bio-inspired coating for thermal energy storage in cementitious materials / S. Halder, J. Wang, Y. Fang, X. Qian, M. A. Imam // Mater. Chem. Phys. - 2022. - T. 291. - C. 126745.

120. Zhu, L. Experimental investigation of the thermal and mechanical properties of lightweight aggregate concrete mixed with microencapsulated phase change materials / L. Zhu, F. Dang, Y. Xue, W. Ding, K. Jiao // Int. J. Energy Res. - 2021. - T. 45. - № 9. - C. 12864-12878.

121. Xie, S. Electromagnetic wave absorption and heat storage dual-functional cement composites incorporated with carbon nanotubes and phase change microcapsule / S. Xie, C. Ma, Z. Ji, Z. Wu, T. Si, Y. Wang, J. Wang // Journal of Building Engineering. - 2023. - T. 67.- C. 105925.

122. Jang, D. Cyclic heat-generation and storage capabilities of self-heating cementitious composite with an addition of phase change material / D. Jang, H. N. Yoon, B. Yang, H. R. Khalid // Constr. Build. Mater. - 2023. - T. 369. - C. 130512.

123. Anter, A. G. Thermal performance and energy saving using phase change materials (PCM) integrated in building walls / A. G. Anter, A. A. Sultan, A. A. Hegazi, M. A. El Bouz // J. Energy Storage. - 2023. - T. 67. - C. 107568.

124. Rivera-Hernández, G. Polyvinyl alcohol based-drug delivery systems for cancer treatment / G. Rivera-Hernández, M. Antunes-Ricardo, P. Martínez-Morales, M. L. Sánchez // Int. J. Pharm. - 2021. - T. 600. - C. 120478.

125. Ashida, K. Polyurethane and Related Foams: Chemistry and Technology / K. Ashida -CRC Press Taylor & Francis Group. - 2007. - 153 C.

126. Li, J. A New Approach to Studying Microcapsule Wall Growth Mechanisms / J. Li, A. P. Hitchcock, H. D. H. Stöver, I. Shirley // Macromolecules. - 2009. - T. 42. - № 7. - C. 2428-2432.

127. Delebecq, E. On the Versatility of Urethane/Urea Bonds: Reversibility, Blocked Isocyanate, and Non-isocyanate Polyurethane / E. Delebecq, J.-P. Pascault, B. Boutevin, F. Ganachaud // Chem. Rev. - 2013. - T. 113. - № 1. - C. 80-118.

128. Chung, O. Thermal performance of organic PCMs/micronized silica composite for latent heat thermal energy storage / O. Chung, S.-G. Jeong, S. Yu, S. Kim // Energy Build. - 2014. - T. 70. - C. 180-185.

129. Zhang, J. Influence of NCO/OH ratio on preparation of four agricultural wastes liquefied polyols based polyurethane foams / J. Zhang, N. Hori, A. Takemura // Polym. Degrad. Stab. -2020. - T. 179. - C. 109256.

130. Feng, L. Creation of a superhydrophobic surface from an amphiphilic polymer / L. Feng, Y. Song, J. Zhai, B. Liu, J. Xu, L. Jiang, D. Zhu // Angew. Chem. - 2003. - T. 115. - № 7. - C. 824-826.

131. Christenson, E. M. Relationship between nanoscale deformation processes and elastic behavior of polyurethane elastomers / E. M. Christenson, J. M. Anderson, A. Hiltner, E. Baer // Polymer. - 2005. - T. 46. - № 25. - C. 11744-11754.

132. Xie, B. Crystallization Behaviors of n-Octadecane in Confined Space: Crossover of Rotator Phase from Transient to Metastable Induced by Surface Freezing / B. Xie, G. Liu, S. Jiang, Y. Zhao, D. Wang // J. Phys. Chem. B. - 2008. - T. 112. - № 42. - C. 13310-13315.

133. Kraack, H. Measurements of homogeneous nucleation in normal-alkanes / H. Kraack, E. B. Sirota, M. Deutsch // J. Chem. Phys. - 2000. - T. 112. - № 15. - C. 6873-6885.

134. Y. Yamagishi, T. Sugeno, T. Ishige, H. Takeuchi, A. T. Pyatenko. An evaluation of microencapsulated PCM for use in cold energy transportation medium // 31st Intersociety Energy Conversion Engineering Conference. - 11-16 Aug. - 1996. - C. 2077-2083.

135. Oenema, J. Review on the pyrolysis products and thermal decomposition mechanisms of polyurethanes / J. Oenema, H. Liu, N. D. Coensel, A. Eschenbacher, R. Van de Vijver, J. Weng,

L. Li, C. Wang, K. M. Van Geem // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. - 2022. - T. 168.

- C. 105723.

136. Yu, Q. Heat storage performance analysis and parameter design for encapsulated phase change materials / Q. Yu, A. Romagnoli, B. Al-Duri, D. Xie, Y. Ding, Y. Li // Energy Convers. Manage. - 2018. - T. 157. - C. 619-630.

137. Abdeali, G. Synthesis and characterization of paraffin wax nanocapsules with polyurethane shell (PU/PW); the droplet size distribution: A key factor for thermal performance / G. Abdeali, M. Abdollahi, A. R. Bahramian // Renew. Energ. - 2021. - T. 163. - C. 720-731.

138. Maithya, O. M.. Microencapsulated phase change material via Pickering emulsion stabilized by graphene oxide for photothermal conversion / O. M. Maithya, X. Li, X. Feng, X. Sui, B. Wang // J. Mater. Sci. - 2020. - T. 55. - № 18. - C. 7731-7742.

139. Su, Y. Crystallization Features of Normal Alkanes in Confined Geometry / Y. Su, G. Liu,

B. Xie, D. Fu, D. Wang // Acc. Chem. Res. - 2014. - T. 47. - № 1. - C. 192-201.

140. Li, Z. Phase change microcapsules with high encapsulation efficiency using Janus silica particles as stabilizers and their application in cement / Z. Li, J. Yuan // Constr. Build. Mater. -2021. - T. 307. - C. 124971.

141. Kopitsyn, D. S. Temperature regulation in fuel storage: Polyurethane/eicosane microcapsules for reducing gasoline breathing loss and volatile organic compound emissions / D. S. Kopitsyn, N. E. Zaytseva, A. S. Vishnevich, Y. A. Chudakov, Y. F. Gushchina, K. A. Cherednichenko, P. A. Gushchin, V. A. Vinokurov, D. V. Voronin // Sci. Total Environ. - 2025.

- T. 1008. - C. 181042.

142. Camacho Ramirez, A. Lysine-Based Silicone Surfactants / A. Camacho Ramirez, M. Melendez-Zamudio, A. Guerra Contreras, M. A. Brook // Sustain. Chem. - 2023. - T. 4. - № 2. -

C.197-208.

143. Chen, H.-C. Cellulose nanocrystals as stabilizers for waterborne fluorescent non-isocyanate polyurethane latexes / H.-C. Chen, G. Sebe, T. Vidil, L. A. Berglund, A. Llevot, Q. Zhou, H. Cramail // Polymer Chemistry. - 2025. - T. 16. - № 29. - C. 3351-3361.

144. Delgado, A. V. Measurement and interpretation of electrokinetic phenomena / A. V. Delgado, F. González-Caballero, R. J. Hunter, L. K. Koopal, J. Lyklema // Journal of Colloid and Interface Science. - 2007. - T. 309. - № 2. - C. 194-224.

145. Sasaki, K. Facile Amide Bond Formation from Carboxylic Acids and Isocyanates / K. Sasaki, D. Crich // Organic Letters. - 2011. - T. 13. - № 9. - C. 2256-2259.

146. Kaffashsaie, E. Direct conversion of raw wood to TEMPO-oxidized cellulose nanofibers / E. Kaffashsaie, H. Yousefi, T. Nishino, T. Matsumoto, M. Mashkour, M. Madhoushi, H. Kawaguchi // Carbohydrate Polymers. - 2021. - T. 262. - C. 117938.

147. Jiang, F. Cellulose Nanofibril Aerogels: Synergistic Improvement of Hydrophobicity, Strength, and Thermal Stability via Cross-Linking with Diisocyanate / F. Jiang, Y.-L. Hsieh // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2017. - T. 9. - № 3. - C. 2825-2834.

148. Chan-Chan, L. H. Characterization of model compounds and poly(amide-urea) urethanes based on amino acids by FTIR, NMR and other analytical techniques / L. H. Chan-Chan, G. González-García, R. F. Vargas-Coronado, J. M. Cervantes-Uc, F. Hernández-Sánchez, A. Marcos-Fernandez, J. V. Cauich-Rodríguez // Eur. Polym. J. - 2017. - T. 92. - C. 27-39.

149. Dassanayake, R. S. Characterization of cellulose nanocrystals by current spectroscopic techniques / R. S. Dassanayake, N. Dissanayake, J. S. Fierro, N. Abidi, E. L. Quitevis, K. Boggavarappu, V. D. Thalangamaarachchige // Appl. Spectrosc. Rev. - 2021. - T.58 - № 3 - C. 180-205.

150. Bertsch, P. Designing Cellulose Nanofibrils for Stabilization of Fluid Interfaces / P. Bertsch, M. Arcari, T. Geue, R. Mezzenga, G. Nystrom, P. Fischer // Biomacromolecules. - 2019. - T. 20. - № 12. - C. 4574-4580.

151. Larraza, I. The effect of the carboxylation degree on cellulose nanofibers and waterborne polyurethane/cellulose nanofiber nanocomposites properties / I. Larraza, J. Vadillo, A. Santamaria-Echart, A. Tejado, M. Azpeitia, E. Vesga, A. Orue, A. Saralegi, A. Arbelaiz, A. Eceiza // Polym. Degrad. Stab. - 2020. - T. 173. - C. 109084.

152. Fukuzumi, H. Thermal stabilization of TEMPO-oxidized cellulose / H. Fukuzumi, T. Saito, Y. Okita, A. Isogai // Polym. Degrad. Stab. - 2010. - T. 95. - № 9. - C. 1502-1508.