[发明专利]一种二氧化硅相变储能微胶囊及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅相变储能微胶囊及其制备方法，该制备方法包括1）合成一种聚烷氧基硅氧烷前驱体；2）将前驱体与相变材料加入到水相中，如果相变材料是固态，升温使其处于液态；3）乳化得到水包油乳液；4）继续陈化直至前驱体里的烷氧基全部反应掉；5）干燥。该制备方法环境友好、操作简单、成本低廉，不使用任何分子表面活性剂及有机溶剂。所得二氧化硅微胶囊具有核壳结构，壳（囊壁）为二氧化硅，核（囊芯）为相变材料。力学强度高，耐高温，导热快，封装效果好，重复使用100次以上未发现囊壁破裂或囊芯泄漏。微胶囊表面容易功能化，能同时满足油/水性体系的需求。所得二氧化硅微胶囊可以广泛用于建筑、纺织和化妆品行业。

技术领域

本发明涉及一种相变储能微胶囊及其制备方法与应用，尤其涉及一种不使用乳化剂或稳定剂、导热性能好、阻燃的二氧化硅相变储能微胶囊及其制备方法与应用。

背景技术

能源是人类赖以生存与发展的基础，尤其是步入工业社会以来，能源的不可再生性，成为人类面临的重要问题之一。因此，除了传统的煤、石油、天然气等石化燃料，积极寻找新的能源以及提高能源的重复利用性成为业界所关注的焦点。相变储能材料就是这样一类材料，它可以利用自身的相态变化储存或释放能量，在能量多余的时候，进行储能，在需要能量的时候则可以释放出来，达到能源的合理分配与利用。相变储能材料已经广泛地用于建筑、纺织、航空航天、军事等领域，使人们对温度的感知和体验更加舒适。

作为相变储能材料一个最大的要求就是要能重复利用，也就是说吸热-放热过程可能会持续几十至几百次。大部分的相变材料为长链烷烃、长链脂肪酸、醇、胺、天然或合成蜡，需要经历多次从固态到液态，再回到固态的过程，因而很难直接与其他材料混合使用。微胶囊造粒技术是用封装材料将活性化合物（芯材料）包覆在微型空间内并形成固体微粒产品的技术，通过这种方法通常可以改变芯材料的物理化学性质，从而有效减小外界环境因素对芯材料的影响，提高其加工性能。工业中一般采用天然或合成有机聚合物作为封装材料，通过诸如喷雾干燥、挤压成型、复凝聚法、锐孔法、粉末床法、界面聚合法、原位聚合法等方法来制备微胶囊。例如专利CN108794673A公开了一种使用聚甲基丙烯酸酯类聚合物作为囊壁材料来封装相变材料的方法，专利CN102268242A则使用戊二醛交联的壳聚糖作囊壁，还有就是目前在工业中广泛使用的三聚氰胺甲醛树脂作囊壁材料，或多或少会有部分甲醛释放出来，危害人类健康。自2010年以来，德国巴斯夫（BASF）公司已经采用微胶囊技术来封装相变材料，但大部分囊壁是由聚合物或有机物构成。这些非水溶性聚合物微胶囊作为微塑料的一种，其对环境的危害越来越受到重视，另外，聚合物囊壁的导热性差、易燃等特点也使工业界开始寻找新的替代品。

无定形二氧化硅由于力学性能高、无毒、生物相容性好、阻燃、导热系数高等特点，是一种非常有前途的封装材料。例如专利CN105797659A与专利CN108699427A分别公开了利用二氧化硅材料作为囊壁来封装相变材料的方法。目前溶胶-凝胶反应和油水乳液相结合是生成二氧化硅微胶囊的主要方法。在操作中一般把疏水活性化合物和正硅酸乙酯混合，并在水中乳化。然后通过正硅酸乙酯的水解缩合，就能把该化合物封装在二氧化硅微胶囊中。在这个过程中需要使用大量表面活性剂来稳定乳液，而且在反应后期还要将其除去。这势必造成生产成本的提高和对环境尤其是水质的污染。因而，寻求一种简单、环保、低成本制备二氧化硅相变储能微胶囊方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种二氧化硅相变储能微胶囊。

本发明所提供的二氧化硅相变储能微胶囊具有核壳结构，所述壳（或囊壁）为连续致密的二氧化硅，所述核（或囊芯）为相变材料，包括但不限于脂肪烃，脂肪酸，脂肪醇，脂肪胺等。

本发明所述二氧化硅相变储能微胶囊的尺寸在100纳米到50微米之间。

本发明所述的二氧化硅相变储能微胶囊中，相变材料（囊芯）占整个微胶囊质量的1-95%。

本发明的又一个目的是提供上述微胶囊的制备方法。