[发明专利]一种具有亚微米尺寸的复合壁材相变胶囊及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种具有亚微米尺寸的复合壁材的相变微胶囊及其制备方法和应用。所述相变微胶囊具有由无机物质和有机材料制得的复合壁材和由相变材料制得的核材。所述方法包括：由无机物反应前驱体和有机树脂单体和相变材料等制得分散相；由乳化剂和助乳化剂和极性溶剂制得连续相；将分散相分散于连续相中制得微乳液；使无机反应物前驱体发生界面反应并使有机树脂单体发生聚合反应，制得相变微胶囊。所述应用为在电子元器件热管理等领域中的应用尤其是在制备相变纤维或热界面材料中的应用。本发明的相变微胶囊具有复合壁材且具有小粒径和窄尺寸分布范围，包覆率高，渗漏率低；本发明方法无需无机纳米颗粒，粒径可控，工艺简单，低能耗，环境友好。

技术领域

本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种具有亚微米尺寸的复合壁材相变胶囊及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，能源的日渐枯竭成为了限制生产力进一步发展的重要问题。为了解决能源的需求与供给之间在时间与空间上的不匹配，如何提高能源的使用效率已经成科研工作者重点关注的问题。相变材料是一种可以通过相态转变，以潜热的形式响应性地从外界吸收或释放能量的一类材料，有着良好的储能(蓄冷、蓄热)性能，近年来已被广泛应用于航空航天、建筑节能、工业余热回收等领域。

相变材料在相变过程中经常会发生流动，因此在实际应用过程中，通常要对其进行封装。“微胶囊化”法被认为是非常有效的一种微观封装方式，随着研究的深入，相变微胶囊的制备方法也得到了长足的发展，近年来，多种多样的相变微胶囊被开发出来，并在建筑节能、恒温服饰等领域表现出了良好的应用前景，拓展了相变材料的应用领域。

近年来，相变微胶囊及其制备技术已有专利公开，根据相变微胶囊的壁材分类通常可分为有机类和无机类壁材两种。有机类壁材相变微胶囊是利用有机树脂对相变材料进行包覆，通常有着较高的包覆率(焓值保有率)和良好的包覆效果，但有机类壁材通常可燃，热导率低，且产物中通常残存未反应的单体，由此带来的环保问题极大的限制了相变微胶囊在建筑节能、调温服饰等领域的应用；无机类壁材相变微胶囊是利用无机物前驱体在相变材料表面的水解-缩合作用实现相变材料的包覆，极大地解决了VOC(挥发性有机化合物)残留问题，但由于无机材料的韧性较差，无机囊壁在使用过程中容易碎裂，使相变微胶囊的结构被破坏。

为了解决有机材料壁材容易燃烧并且单体残留问题以及无机壁材韧性不足的问题，有人提出采用无机材料和有机材料来形成相变材料微胶囊的复合壁材的方法，常用的方法是以改性的无机纳米粒子为颗粒乳化剂，构筑皮克林乳液，进而通过聚合反应得到无机/有机复合结构，该方法存在如下技术问题：(1)由于微胶囊的尺寸在很大程度上受限于所采用的无机颗粒，因此较难实现相变微胶囊粒径的连续调控，尤其是很难制备出亚微米或纳米级别(例如500纳米或者200纳米以下的粒径)的微胶囊，无法或者不方便用于制备例如相变纤维或热界面材料；(2)皮克林乳液制备体系中，无机纳米颗粒通常需要预先接枝反应位点，而所涉及的改性通常需要离心，抽滤等分离步骤，增加了工艺的复杂度，提高了生产成本；(3)由于省略了颗粒改性过程，该方法极大的降低了有机溶剂的使用量，因此有着良好的环境友好特性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明在第一方面提供了如下技术方案：

1、一种具有亚微米尺寸的复合壁材的相变微胶囊，其中，所述相变微胶囊具有由无机物质和有机材料制得的复合壁材和由相变材料制得的核材。

2、根据技术方案1所述的相变微胶囊，其中，所述相变微胶囊的平均粒径不大于1000纳米例如为100纳米至1000纳米，优选小于1000纳米例如为100纳米至900纳米，更优选为不大于800纳米例如为100纳米至800纳米，进一步优选为不大于500纳米例如为100纳米至500纳米；另外优选为不大于200纳米，例如为100纳米至200纳米。

3、根据技术方案1或2所述的相变微胶囊，其中，所述相变微胶囊的粒径分布范围为100纳米至300纳米，优选为100纳米至200纳米；更优选为不大于100纳米。