[发明专利]一种无机金属氧化物包覆水合盐的相变微胶囊及制备方法

说明书

本发明属于相变材料技术领域，具体涉及一种通过反溶剂及溶胶‑凝胶工艺制备无机金属氧化物包覆水合盐的相变微胶囊制备方法。所述方法包括以下步骤：（1）在室温及搅拌条件下，将具有M(OR)_n结构的金属醇盐加入到溶剂中形成均相溶液A；然后将水合盐、催化剂加入到蒸馏水中配制成含催化剂的饱和盐溶液B。（2）将溶液B缓慢滴加到溶液A中；滴加完毕，调低搅拌速率持续反应2‑10h得相变微胶囊悬浮液。（3）悬浮液经离心分离，并淋洗、干燥得产品；滤液中的反溶剂可蒸馏回收。本发明所得相变微胶囊，具有工艺简单、环保、产物相变焓大、导热系数高的特点；可解决水合盐腐蚀、结晶水散失、改善过冷、相分离等问题，应用于建筑节能中相变蓄热的场合。

技术领域

本发明属于相变材料技术领域，具体涉及一种通过反溶剂及溶胶-凝胶工艺制备无机金属氧化物包覆水合盐的相变微胶囊及其制备方法。

背景技术

无机水合盐以其来源广、价格低廉、温度可调以及体积能量密度、热导率高等特性，作为相变蓄热材料（PCMs）广泛应用于建筑节能领域。然而，结晶水合盐PCMs存在过冷、相分离、腐蚀以及结晶水易散失等问题，限制其应用。将水合盐PCMs 胶囊化制备成具有核壳结构的相变微胶囊是有效解决PCMs 实用化的重要途径之一。它不仅解决腐蚀及水分散失等问题，而且由于粒径小，比表面积大，壳层薄，可显著提高其热传导速率，最大限度地降低、甚至解决其过冷、相分离等问题。对无机水合盐芯材的包覆（胶囊化）、通常选用有机高聚物作为壳层。有机壳材韧性好、密封性高；但易燃、不耐温、导热率低；且与建筑材料相容性差。若选用无机金属氧化物（SiO₂、Al₂O₃、TiO₂等）作壳材，可弥补有机壳材的不足。然而，以无机氧化物为壳材、对水合盐芯材胶囊化（水合盐@无机金属氧化物）的研究，到目前为止，文献报道极少。 Zhang J 等报道，采用原位共沉积法，以3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTS）为催化剂及反应单体，与TEOS共水解，制备出碗状核壳结构的Na₂SO₄·10H₂O@SiO₂纳米相变胶囊。其相变潜热高（180.7 J/g），且很好的抑制了芯材的相分离及过冷。该工艺主要存在使用大量有机溶剂（环己烷）、乳化剂（SDS）、存在环保及乳液分散性差等系列问题。专利文献报道了一种磷酸盐无机纳米相变储能材料及其制备方法，其中壳材采用正硅酸乙酯, 锆酸四丁酯和硝酸锰水解而成的纳米硅胶、氧化锆、二氧化锰粉混合物, 芯材为无机盐水合物十二水磷酸氢二钠（Na₂HPO₄·12H₂O，DSP）纳米晶粒。制备的胶囊粒径80nm，相变温度34.6℃, 相变焓高于260J/g。但该工艺没有涉及粒径测试（粒度分析）、焓值测定（DSC分析），且合成胶囊相变温度为34.6℃，低于纯十二水磷酸氢二钠的相变温度（37℃），严格来说，纳米胶囊芯材除了DSP外，可能含有多余的水分。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足，提供一种简便而环保的制备无机金属氧化物包覆水合盐的相变微胶囊制备方法；该胶囊可应用于建筑节能领域相变蓄热。

本发明基于金属氧化物具有较高热导率、较好热稳定性特点，以及水合盐相变焓高、存在腐蚀、过冷、相分离以及结晶水以散失等问题，提出以金属氧化物为壳层、水合盐PCMs为芯材，通过反溶剂及溶胶-凝胶工艺制备相变微胶囊的设计思路。对于金属氧化物壳层的合成，以金属醇盐为先驱体，在碱性条件催化下经溶胶-凝胶反应而成；而水合盐芯材，由于工业水合盐或无水盐，其粒径大（μm级以上），很难直接对其包覆或包覆不完全；为此提出反溶剂工艺。反溶剂对水合盐来说不溶，但可溶于先驱体，并与水互溶，通过将饱和盐溶液加入到反溶剂，形成过饱和盐溶液，作为驱动力，析出粒径较小（纳米级）的水合盐晶粒，以此为核，经溶胶-凝胶反应生成无机金属氧化物包覆水合盐相变胶囊。

本发明通过以下具体技术方案实现：

一种通过反溶剂及溶胶-凝胶工艺制备无机氧化物包覆水合盐的相变微胶囊制备方法，包括以下步骤：