[发明专利]一种无机/有机复合壳层纳米相变胶囊蓄冷流体及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于相变蓄冷材料技术领域，具体涉及一种无机/有机复合壳层纳米 相变胶囊蓄冷流体及制备方法。

背景技术

空调相变蓄冷是实现电网“移峰填谷”的有效手段，它不仅能提高空调系统制 冷效率，而且可减少环境污染。传统相变蓄冷材料，如冰、共晶盐等，其蓄冷 系统中的蓄冷介质(相变蓄冷材料)与释冷介质(冷媒或冷冻水)在功能上分 离的，即冷量的储存和运输是由两种材料完成，一种材料将冷量储存(一次换 热)，再将冷量传递给另一种流体(第二次换热)。由于经历二次换热，其系统 能量利用效率较低。潜热型功能热流体(LFTF)则实现了由同一种材料(潜热 型相变流体)的蓄冷和释冷功能，输送管道作为蓄冷槽一部分，由于省掉一次 换热过程，提升了蓄冷系统效率。

在专利文献“纳米胶囊相变材料乳液的制备方法(ZL200610036494.4)”里， 介绍了以有机聚苯乙烯为壳层，16～27碳原子正构烷烃为芯材的纳米胶囊LFTF 制备方法。新型纳米胶囊LFTF，可应用于纺织、建筑节能等蓄热领域。而对 于相变蓄冷空调领域的纳米胶囊LFTF，到目前为止，很少提及。由于纳米胶囊 的壳层为乙烯基高聚物，一方面，其长时间冷-热循环，对材料热稳定性(耐热 性)提出高要求；另一方面，其本身导热系数较低，若作为蓄冷流体，难以快 速有效地将冷量传递给基液，从而大大限制了流体的传热效率。

金属氧化物具有较高热导率及热稳定性；但单独使用金属氧化物作壳层， 由于其刚度大，性能脆，难以适应长时间、周期性冷热循环要求。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一 种无机/有机复合壳层纳米相变胶囊蓄冷流体的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的无机/有机复合壳 层纳米相变胶囊蓄冷流体。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种无机/有机复合壳层纳米相变胶囊蓄冷流体的制备方法，包括以下制备 步骤：

(1)将金属醇盐在醇溶剂及碱性催化下水解、缩合，然后用有机硅偶联剂 改性，得到改性金属氧化物溶胶；

(2)将苯乙烯单体(St)、丙烯酸酯(BA)共聚单体、链转移剂、引发剂 和烷烃芯材配成油相，加入到由十二烷基硫酸钠(SDS)和壬基酚聚氧乙烯醚 (OP-10)组成的复合乳化剂和去离子水配成的水相中，经均质乳化得细乳液；

(3)步骤(2)所得细乳液除氧后升温至40～80℃进行原位细乳液聚合 10～50min，然后滴加改性金属氧化物溶胶，继续反应3～7h后自然冷却，得到复 合壳层纳米相变胶囊乳液；

(4)往复合壳层纳米相变胶囊乳液中加入抗冻剂，并加水稀释，形成均匀 悬浮液，得到所述无机/有机复合壳层纳米相变胶囊蓄冷流体。

所述金属醇盐为M(OR)_n结构式的化合物，其中，M为价态为n的金属如硅、 钛、铝等，R表示烷基如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基，异丁基等。

考虑到金属醇盐水解速率及溶胶稳定性，所述的金属醇盐优选正硅酸乙酯、 钛酸四丁酯或异丙醇铝。

优选地，所述的碱性催化是指氨水催化。

所述的有机硅偶联剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、 γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560) 等。考虑到KH-570中含有不饱和丙烯基，它能与苯乙烯壳层单体发生接枝共聚， 优选KH-570作为金属氧化物溶胶改性剂。

有机硅偶联剂用于金属氧化物的改性，用量小，金属氧化物溶胶疏水性差， 与乙烯基聚合物壳层相容性差，包覆效果差；用量多，其改性溶胶的稳定性变 差，合成的纳米胶囊粒径较大、分布宽。优选地，所述有机硅偶联剂的加入量 为金属醇盐质量的0.8％～1.5％。

丙烯酸酯共聚单体的加入，主要考虑改善聚苯乙烯的脆性、增大相变胶囊 的亲水性(有利于复合壳层粒子在悬浮液中的分散)，并有利于微相分离形成胶 囊。优选地，所述的丙烯酸酯共聚单体是指丙烯酸乙酯；丙烯酸酯共聚单体的 加入量为苯乙烯单体质量的4％。

链转移剂的加入是为了控制聚合物壳层分子量；优选地，所述的链转移剂 是指十二硫醇；

所述的引发剂优选偶氮二异丁氰(AIBN)。