[发明专利]一种提高储热性能的微胶囊及其组合物成型体

说明书

技术领域

本发明涉及一种能有效提高储热性能的微胶囊及其组合物成型体。

背景技术

为高效利用能源，通过相变材料的相变潜热进行能量存储和循环利用的节能技术受到日益重视。通常，相变材料可分为固-固相变材料、固-液相变材料和固气相变材料。其中固-液相变材料因为来源丰富，相变行为稳定，体积变化小等特性，应用最为广泛。

利用相变储能材料对热量的吸收与释放，以达到保持周围环境温度相对恒定，具有双向温度调节和适应性，可以在温度振荡环境中反复循环使用。相变材料在纺织品、建筑建材、机械、农业、医疗保健、电子、航空、航天、军工以及特殊环境等领域的应用前景十分广阔。

然而，固-液相变材料在实际应用中发生相变，常常发生材料泄漏、相分离、腐蚀或与其他材料发生作用等。为避免固液相变材料的直接使用，对固液相变材料进行微胶囊化是解决上述问题的有效途径。

微胶囊技术是采用天然或合成高分子材料通过化学法、物理法或化学物理法将芯材物质包覆起来形成某种具有密封或半透性囊膜的微型胶囊的技术。对物质进行微胶囊化可以改善其物理性质，提高其稳定性。微胶囊是指具有核壳结构的微型容器或包装物，其直径在纳米至毫米之间，其中微胶囊外部的包覆膜称为壁材(或囊壁、壳体)；包裹在微胶囊内部的物质称为芯材(或囊心)。

作为相变储能技术的一个极其重要的分支，相变材料的微胶囊化技术发展倍受瞩目。如中国专利-CN200910070903.6采用乙烯基单体作为壳层，提出了单体一步加入，无需滴加，工艺简单，但是焓值保持率不高，仅能保持60％，这就使得相变材料的利用率下降。又如中国专利-CN200610066248.3，采用甲苯二异氰酸酯和脲醛树脂两种材料作为壳材料，以界面聚合和原位聚合的方法进行微胶囊包裹，制备出双层微胶囊封装石蜡的的相变材料。文献“synthesis and properties of paraffin capsules as phase change materials.Polymer 2008，49：2903-2910”中报道了以脲醛树脂为壳层，50度石蜡为核材料的相变微胶囊，达到了很好的包覆效果。上述以各种不同和高分子材料为壳材的相变微胶囊，提高了相变材料的稳定性，但由于非相变材料组份的引入，降低了蓄热能力。

除利用不同壳材高分子外，不同封装材料的相变微胶囊技术也得到了发展。如中国专利CN200810222787.0提出了一种将相变材料封装在切短的天然微管(如木棉纤维、乳草纤维、丝瓜纤维、竹纤维、天竹纤维、亚麻纤维、羊毛和羽绒等)中的方法。该方法巧妙利用了天然微管结构，但切短过程复杂，稍有控制不当，马上就会导致微管结构被破坏。此外该方法所得微胶囊的粒径较大，不适用于对粒径要求较小的领域，且封闭不严，很容易在后期加工使用过程中泄漏。

中国专利CN201410268194.3提出了利用多孔材料，如石墨，先将可膨胀石墨经处理形成蠕虫状多孔石墨，然后再利用吸附法向多孔材料中添加相变材料，得到了多孔材料封装的相变微胶囊。文献“Preparation of PCM microcapsules by using oil absorbable polymer particles.Colloids and surface A:Physicochem.Eng.Aspects.2007；31:41-47”中报道了利用高吸油树脂为骨架，吸附十五烷作为相变材料的方法，再以甲基丙烯酸甲酯为壳材单体，得到了粒径为650-760微米的相变微胶囊。上述两种方法虽然新颖，但适用相变材料的局限性较大，且由于树脂骨架的存在，相变微胶囊的蓄热能力下降比较严重。

与普通材料相比，相变材料的最显著特征为其潜热。潜热或称为相变焓，是指在温度保持不变的条件下，物质在从某一个相转变为另一个相的相变过程中所吸入或放出的热量。而普通材料的潜热几乎为零。一般地，潜热可通过差热扫描量热法(DSC)进行测量。根据这个特性，人们提出了包覆率的概念，来衡量相变微胶囊中的芯材(相变材料)占材料总质量的质量分数。如下式(1)所示。

式中：

d——相变微胶囊包覆率，％；

ΔH₁——相变微胶囊热焓值，J/g,；

ΔH₀——相变材料热焓值，J/g。