[发明专利]一种低温相变蓄热微胶囊及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种低温相变蓄热微胶囊及其制备方法和应用。

背景技术

传统矿石燃料能源争相告竭，如何提高现有能源利用效率，开发新型可再生替代能源是亟需解决的难题。相变蓄热材料就是利用材料在相变温度时的物相变化，伴随着吸收或放出热量，可用来控制周围环境的温度，或用以储存热能的一类材料。鉴于这种特性，蓄热材料作为自调温材料可应用于建筑墙体，纺织衣物等，蓄热技术也可应用于工业余热的回收，电力供应“移峰填谷”以及太阳能的开发利用等领域。

微/纳米胶囊法是利用微/纳米胶囊技术，用化学或者物理的方法，将相变储热材料封装在微米级或者纳米级的胶囊内。微/纳米胶囊相变储热材料一般以有机物，如多元醇、石蜡、脂肪酸等作为相变储热芯材，而胶囊的外壳材料选用全合成高分子材料，包括脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯树脂、聚脲、环氧树脂等。胶囊相变储热材料的微/纳尺度“核-壳”结构形态保证其在使用过程中不会出现液相渗漏，微纳米级别的尺度使得蓄热材料有较大的比表面积，从而有助于强化传热，一定程度上弥补了有机物相变介质热导率低的不足。

中国发明专利(CN102504765A)提到一种以正十二醇为蓄热介质的微胶囊制备方法，壁材聚合单体选用三聚氰胺、尿素和甲醛，以得到三聚氰胺-脲醛树脂壳层，甲醛原料挥发性强，有毒性。中国发明专利(CN 102191018A)提及到一步法制备低熔点石蜡相变微胶囊，其采用聚乙烯醇作为分散剂，制得的微胶囊粒径约为45μm。中国发明专利(CN 102407088A)涉及相变储能微胶囊制备方法，其采用熔融同轴电喷工艺制备微胶囊，设备复杂，操作要求高，制得的微胶囊粒径也大于5μm。

目前制备的相变微胶囊粒径普遍在一到几十微米，而一微米以下的纳米胶囊还比较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温相变蓄热微胶囊及其制备方法和应用，该方法制备工艺简单，安全无毒且工艺稳定，制得的低温相变蓄热微胶囊的粒径在一微米以下，具有广泛的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低温相变蓄热微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

1)向pH值为2.17～2.19的水中加入乳化剂十二烷基苯磺酸钠，搅拌使乳化剂溶解，然后加入正十八烷，搅拌混合均匀，得到水包油型混合液；其中加入的正十八烷与水的质量比为1:(18～21)，加入的乳化剂的质量为正十八烷质量的2～8％；

2)将水包油型混合液在水浴中进行乳化，得到乳液；

3)在搅拌条件下，向乳液中加入苯基三甲氧基硅烷进行水解，水解完成后加入氨水引发聚合反应；其中加入的苯基三甲氧基硅烷与正十八烷的质量比为0.6:(0.9～1.1)；

4)反应完成后，将得到的产物洗涤、干燥，即得到低温相变蓄热微胶囊。

所述步骤2)中的水浴温度为60～80℃，乳化时间为15～20min，乳化转速为3000～12000rpm/min。

在乳化过程中加入助乳化剂正戊醇，加入的正戊醇的体积为步骤1)中水体积的4.8～5.2％。

所述步骤3)中的搅拌转速为300～500rpm/min。

所述步骤3)中加入的氨水质量为步骤1)中水的质量的0.8～1.2％，氨水的质量分数为25～28％。

所述步骤3)中聚合反应的反应温度为60～80℃，反应时间为4～7h。

所述步骤4)中先将产物静置20～24h后再洗涤，洗涤时分别用无水乙醇和去离子水洗涤。

所述步骤4)中的干燥是在-4℃～-1℃下干燥2～6h。

所述的低温相变蓄热微胶囊的制备方法制得的低温相变蓄热微胶囊，该微胶囊为“核-壳”结构，以含有相变材料正十八烷的水溶液为核，以通过聚合反应生成的二氧化硅为壳，其粒径为200～300nm，形貌为球形，其储热密度大于等于157J/g并小于215J/g。

所述的低温相变蓄热微胶囊作为低温相变蓄热材料在自调温织物方面、墙体填充材料方面、太阳能开发利用领域或工业余热回收领域中的应用。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：