[发明专利]一种无机水合盐相变储能微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机水合盐相变储能微胶囊及其制备方法。具体是采用悬浮聚合—溶剂挥发的方法将无机水合盐相变材料（芯材）包覆在高分子聚合物壳层材料（囊材）中形成无机水合盐相变储能微胶囊。

背景技术

相变储能材料（Phase Change Materials, PCMs）是一种能在特定相变温度或相变温度范围下发生相态变化的物质，并且伴随着相变过程吸收或放出大量的相变潜热，所以可以用来储热或蓄冷。到21世纪初，PCMs已经在宇航飞机、新型战机、雷达系统、太阳能热能储存、建筑节能、废热回收、农业大棚、冷热循环流体和调温服装等领域广泛应用。PCMs的清洁、高效和可循环使用等特点得到了充分发挥。在实际应用中以PCMs的固—液相变应用较多，为了防止固—液相变过程中的液体渗漏、体积膨胀、有腐蚀性、热稳定性差等问题，PCMs微胶囊化技术得到了广泛关注。相变材料微胶囊（Microencapsulated Phase Change Materials, MEPCMs）是采用微胶囊技术将固—液相变材料（芯材）运用物理或化学方法包覆于天然或高分子（囊材）之中，形成相变过程中宏观上仍保持稳定状态的固体微粒，其尺寸大小通常在微米至毫米级。其主要优势在于它增加了热传导面积，降低了相变材料对外界环境的活性，同时控制了相变发生时储能材料的体积变化，具有改善和提高物质外观及其性质的能力（宋健等,微胶囊化技术及应用[J].化学工业出版社,2001,9(1):8-23）。

微胶囊的制备技术起源于20世纪50年代，在70年代中期得到迅猛发展，在此时期出现了许多微胶囊化产品和工艺。目前MEPCMs制备方法中应用较多的是原位聚合法、界面聚合法、复合凝聚法和喷雾干燥法等，同时悬浮聚合法、溶剂挥发法也得到一定的开发。

中国专利（CN102268238A）报道了运用原位聚合法，以石蜡和/或C₁₁~C₁₄正构烷烃为芯材，尿素和聚乙烯醇改性的三聚氰胺缩甲醛树脂为囊材，制备出有机相变储能微胶囊。在同种制备工艺下，当选用58^#石蜡和正构烷烃（C₁₄）组合成芯材时，其相变温度25℃，相变潜热120.6J/g；选用58^#石蜡和正构烷烃（C₁₁）组合成芯材时，其相变温度30℃，相变潜热115J/g；选用58^#石蜡和石油醚（沸点60~90℃）组合成芯材时，其相变温度10.7℃，相变潜热36.3J/g；选用58^#石蜡和硬脂酸丁酯组合成芯材时，其相变温度12.88℃，相变潜热77.02J/g。X. Z. Lan等将聚乙二醇苯基辛基醚（OP）溶入蒸馏水中制成无机相作为囊材，正二十烷、环己烷和TDI混合均匀的有机相作为芯材。将有机相滴加到搅拌状态下的无机相中，形成O/W型乳液。加入二乙基三胺（DETA）溶解在蒸馏水中制成水溶液，启动界面聚合反应。DETA全部加完后，60℃继续反应120min，所得到的悬浊液经过过滤和蒸馏水洗涤，得到正二十烷微胶囊。微胶囊的相变温度为35.75~36.5℃，相变热焓与原料配比有关，在29~64 J/g之间，正二十烷的包封率为74.6%~77.6%（X .Z. Lan, Z. C. Tan, G. L .Zou, et al. Microencapsulation of n-Hexadecane as a phase change material in Polyurea. Acta Physic-Chimica Sinica, 2004, 20(1):90-93.）。Y. ?zonur等人以明胶和阿拉伯树胶为囊壁材料，采用复合凝聚法制备了可可脂肪酸微胶囊。第一步是把芯材分散在明胶溶液中，同时加入尿素、三聚氰胺、β-萘酚，高速搅拌至乳滴粒径达到要求，加入聚阴离子阿拉伯胶，调节PH=4.0~4.5，使复合凝聚反应进行。冷却到室温，采用甲醛交联固化形成胶囊。以NaOH溶液调节PH=9~11，悬浊液冷却到5~10℃保持2~4h。过滤、干燥得到微胶囊。根据搅拌速度不同，微胶囊的粒径约为1mm，22~34℃之间可耐50次热冷循环（Y. ?zonur, M . Mazman, H. Paksoy. microencapsulation of coco fatty acid mixture for thermal energy storage with phase change material. International Journal of Energy Research, 2006; 30:741-749.）。M. N. A. Hawlader等以质量分数为10%的明胶和阿拉伯胶水溶液为囊材，石蜡熔融后加入明胶溶液中以高速剪切乳化机10000r/min的速率乳化，乳化过程中滴加阿拉伯胶水溶液，并降低溶液的PH=4，乳化过程中乳液温度维持在65℃。然后在小型喷雾干燥设备中喷雾干燥，离心喷雾头的转速为25000r/min，进口和出口温度分别为130℃和80℃，最后收集到石蜡芯的明胶和阿拉伯胶有机微胶囊（M. N. A. Hawlader, M. S. Uddin, M. M. Khin. Microencapsulated PCM thermal energy storage system. Applied Energy, 2003, 74:195-202.）。