[发明专利]一种低过冷度相变材料微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及相变材料技术领域，具体是一种低过冷度相变材料微胶囊及其制备方法。

背景技术

相变材料是指随温度变化而改变物理性质并能提供大量潜热的一类物质。将微胶囊技术引入相变材料得到的微胶囊相变材料是一种性能良好的循环储能复合材料，可以作为能量存储器，在节能建筑、热交换、温度控制、纤维及纺织品、航空航天及军事领域等方面有着广泛的作用（崔锦峰,崔卓,周应萍,等.微胶囊相变材料研究进展[J].中国涂料,2013,28(9): 005.）。微胶囊相变材料是将相变材料封闭在微胶囊中形成核壳结构的微粒，形状多为球形，粒径一般在1～1000 µm之间，外壳的厚度在0.2～10 µm之间不等，其有效解决了相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，使相变材料永久固态化，并拓宽相变蓄热技术的应用领域。适合做芯材的相变材料一般为固-液相变材料，可分为无机相变材料、有机相变材料和混合相变材料三种。无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属(包括合金)等无机物，具有适用范围广、热导率大、价格便宜易得的优点，但其过冷和相分离现象严重，具有一定的腐蚀性；有机相变材料主要包括石蜡、羧酸、羧酸酯、多元醇、糖醇、聚醚等，相对于无机相变材料，有机相变材料具有固体成型性好、过冷现象及相分离不甚严重、性能稳定等优点，其中石蜡类相变材料潜热大、相变温度范围广、价格低，所以在相变储能材料的研究使用中受到广泛的重视。

抑制微胶囊相变材料的过冷的方法主要是外加成核剂促使其异相成核结晶，截至目前，已开发的成核剂有1-十五醇、1-十四醇、NaCl、1-十八醇、石蜡、硅土、纳米Ag粒子、多壁碳纳米管、聚苯胺、聚吡咯（徐德彬, 宋庆文, 王进美. 碳纳米管复合相变微胶囊的过冷性[J]. 天津工业大学学报, 2011, 30(4): 15-18.）。然而，成核剂的加入会降低微胶囊中相变材料的含量，且随着加入量的增加而进一步下降；直链烷醇（羟基有亲水性）和氯化钠（有破乳性）等作为成核剂时会使得微胶囊相变材料容易发生团聚； 纳米粒子因考虑其与芯材之间互溶性较差，不是一种理想的成核剂；聚苯胺作为成核剂两步法制备的微胶囊颜色变黑对后续加工不利(南光花, 王建平, 王艳, 等. 包含聚苯胺的相变材料纳胶囊的制备及其性能[J]. 物理化学学报, 2014, 2: 021.)。中国发明专利（CN 102876297A）公开了一种制备两步法合成以聚吡咯为成核剂的低过冷度相变材料微胶囊，制备工艺不尽完美，同样微胶囊的也存在颜色改变的问题。

因此，研制出一种既不影响有效成分相变材料的量又不与相变材料发生相分离的成核剂，以及制备出生产工艺简单且高效降低过冷度的相变材料微胶囊仍然是目前相变材料微胶囊研究领域的难点，该方向的突破对推动相变材料微胶囊的应用具有重要的战略意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低过冷度相变材料微胶囊及其制备方法，利用该方法制得的相变材料微胶囊包覆率高，储热量高，热性能优越，特别是大幅改善过冷结晶现象。且该制备方法工艺简单，操作方便，适用范围广，便于工业实施。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低过冷度相变材料微胶囊，以有机固-液相变材料为芯材并包含一种无相分离、互溶性良好的理想过冷抑制剂。该相变材料微胶囊按重量百分比计由囊芯35～70%和囊壁30～65%组成，所述的囊芯按照重量百分比的原料由有机相变材料81.1～97.6%、过冷抑制剂0.1～16.9%和引发剂1.2～2.7%组成，所述的过冷抑制剂为N，N-二乙基丙烯酰胺和N-异丙基丙烯酰胺中的至少一种；所述的囊壁按重量百分比计的组分包括甲基丙烯酸烷基酯/芳基酯80～95%与烯丙酯类交联剂5～20%的共聚物。

作为本发明进一步的方案：所述的有机相变材料为以通式C_nH_2n+2(n=12～32)表示的正构烷烃类化合物，以通式C_nH_2n+2X(n=12～32)表示的卤代正构烷烃类化合物和以通式C_mH_2m+1COOCH₂C_PH_2P+1 (n=12～32，m=10～20，p=4～10)表示的脂肪酸酯中的至少一种。

作为本发明进一步的方案：所述的引发剂为偶氮二异丁腈。

作为本发明进一步的方案：所述的甲基丙烯酸烷基酯/芳基酯为以通式：