[发明专利]一种微胶囊复合相变储能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微胶囊复合相变储能材料及其制备方法，尤其涉及一种无 机壳材包覆的微胶囊复合相变储能材料及其制备方法。

背景技术

随着世界人口的不断增加，能源紧缺的形势严峻。能源的可持续发展是当 今世界的一大难题。解决这个问题的基本途径有两个：一是依靠科技进步，发 明或者开发当前能源的替代品；二是研究新型节能技术，减少能源消耗。相变 储能就是其中一项非常重要的节能技术，它是利用相变储能材料的相变潜热来 实现能量的储存和利用，这有助于提高能源利用效率和开发可再生能源，是近 年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。

相变储能材料也即相变材料(Phase Change Material，PCM)，是利用物质 在相变过程中的吸热和放热效应，进行热能存贮和温度调控的材料。该类材料 因其在相变过程中近似恒温、体系温度可以控制等优点在缓解能源危机、提高 能源利用率等方面得到了广泛的应用，尤其在建筑材料和空调方面的应用最为 广泛。为了解决固—液相变储能材料融解后形状不易控制的缺点，同时满足相 变储能材料导热性能和化学稳定性等条件，一个较优的方法就是将相变储能材 料包覆后封装成小尺度的微胶囊。微胶囊复合相变储能材料是一种具有“核-壳” 结构的新型功能材料，它采用特殊方法将相变材料封闭在“核-壳”结构中，可 以有效解决相变储能材料的泄漏、相分离等问题。同时，由于微胶囊尺度小、 单位换热面积大，因而换热效率较高；封装后的相变储能材料与环境隔离，有 利于提高其化学稳定性；同时“核-壳”结构的复合相变储能材料可以缓解相变 前后材料体积变化的影响。因此，微胶囊相变储能材料拓宽了相变储能材料的 应用范围，可用于解决热能供给和需求失配，在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、 工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广阔的应用前景。

相变储能技术在节能、环保方面有着巨大的市场潜力和广阔的应用前景， 对未来能源的供给、可持续发展起着重要的作用。但当前相变材料的应用面临 以下难题：第一、材料的潜热不高，在不同的应用方面，对所要求相变温度下 可供选择的相变潜热大的物质很少，给相变储能材料的实际应用带来很大困难； 第二、材料的加工性能仍需进一步提高，在工程应用上，相变储能材料的性能 还无法和传统的工程塑料相比；第三、对于相变复合材料而言，材料的导热性 仍然不高，没有充分体现相变储能材料的特点，因此提高相变储能材料导热性 尤为迫切；第四、当前限制相变储能材料广泛应用的还有一个很重要的因素， 那就是相变储能材料在长期反复循环使用下的稳定性以及相变储能材料同所用 容器的腐蚀性问题。

为了解决这些问题，最重要的就是选择一种具有一定物理化学性能、可加 工性能和较高热传导性的微胶囊壳材料。传统的微胶囊壳材料主要是一些聚合 物材料，包括脲醛树脂、三聚氰胺缩甲醛树脂、聚氨酯、聚脲等材料，这些壳 材料均具有抗压、抗冲击性能及抗裂性能较差，受气候变化影响较大，尤其是 前两种材料在产品中经常会残留一定量的甲醛，会引起一定的环境污染和健康 问题，容易造成安全隐患。并且这些聚合物材料均具有较低的热传导系数，严 重阻碍了相变储能材料的应用。因此，就目前情况来说，如何提高微胶囊壳材 料的热传导性能，并使其具有一定的力学稳定性，从而提高微胶囊复合相变储 能材料在使用过程中的耐久性和热稳定性是我们当前最应该考虑的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高热传导性能的无机壳材包覆的微胶囊复 合相变储能材料及其制备方法，该方法提出了一种有机/无机复合的微胶囊复合 相变储能材料，该材料综合了有机和无机材料的优点，主要解决传统有机壳材 包覆的微胶囊复合相变储能材料导热系数低，且相变材料易从微胶囊壳材材料 中泄漏，有机壳材材料抗压强度低，抗冲击性能、抗裂性能、韧性较差，容易 受气候变化影响产生裂缝，从而造成材料抗老化性能差，导致微胶囊相变储能 并自动控温性能失效，同时减少有毒有害物质的释放，满足节能环保要求的问 题。

本发明所提出的微胶囊复合相变储能材料，其特征在于，微胶囊壳材为二 氧化硅，微胶囊芯材为相变储能材料。

其中相变储能材料为正十八烷、正十九烷、正二十烷和正二十二烷等石蜡类 有机固-液相变储能材料。

上述微胶囊复合相变储能材料中，微胶囊壳材二氧化硅的质量百分含量为 20～50wt.％，微胶囊芯材相变储能材料的质量百分含量为50～80wt.％。