[发明专利]一种有机/无机复合壁材包覆的相变微胶囊及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种有机/无机复合壁材相变微胶囊及其制备方法与应用。该相变微胶囊包括芯材和包覆在芯材表面的囊壳，芯材为相变材料，囊壳为有机/无机复合物；其中，有机/无机复合物包括硅烷偶联剂和交联剂反应生成的有机物和无机物。该相变微胶囊通过乳液体系制备得到。本发明的微胶囊粒径尺寸能控制在微米以至亚微米尺寸，包覆率高，加热熔融无渗漏，并且制备步骤简便，设备简单易操作，成本低，可以大规模工业化生产，主要应用于电子元器件、服装、建筑、节能、以及其他工业领域的热量管理等领域。

技术领域

本发明属于相变储能材料领域，尤其涉及一种有机/无机复合壁材包覆的相变微胶囊及其制备方法与应用。

背景技术

近些年，全球能源日益短缺，而且目前使用的主要能源不可再生，制约了经济的可持续发展。储热技术利用物质内部能量转化，通过人为干预的方式对热能进行收集、储存、运输和释放，进而实现对热能供求关系合理调控，其中，相变储热具有储热密度高、成本低、储放热过程近似于恒温和储热放热可控的特点，是最具规模化应用前景的一种储热技术。相变材料是指温度基本不变的情况下在发生相转变的同时吸收或放出大量能量的物质。利用相变材料储能(蓄冷、蓄热)可以解决能源的需求与供给之间在时间与空间上的分配不匹配，同时也能提高能源使用效率。传统的固液相变材料受热熔融流动，会对其他部件造成破坏。因此在实际应用过程中，采用“微胶囊化”法封装相变材料可以有效解决上述问题，并且还有增大传热面积、控制其体积变化的优点。近些年，越来越多种的相变微胶囊被制备出来，并在建筑、节能、纺织、军事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。

相变微胶囊由相变材料囊芯和囊壳两部分组成。相变材料的囊芯起到吸收和释放热量的作用，微胶囊壳层材料用于包裹囊芯相变材料在熔融冷却多次循环过程中无泄漏。微胶囊壳层材料的种类和性质对微胶囊相变材料的性能具有更重要影响。根据相变微胶囊的囊壳分类通常可分为有机类和无机类两种。有机类壁材具有稳定性好、封装性好、韧性好等优点，但此类壁材力学性能较差，热导率低，强度低，亲水性差，尤其是阻燃性差，不适合在有阻燃要求的环境下使用。无机类壁材的阻燃性能优于有机类壁材，同时具有传热性好，耐腐蚀，强坚固性等的突出优点，可提高耐久性，有良好支撑性，并有效防止相变材料在使用过程中出现相分离以及过冷现象。但此类材料制备工艺复杂，成囊性差，封装性能差，微胶囊易破裂。复合壁材相变微胶囊是利用无机类壁材和有机类壁材逐层对相变材料进行包覆，可以结合前两者的优点，同时避免无机材料的韧性差、易破裂，有机材料易燃、残存单体等问题。

为了解决有机材料壁材易燃、单体残留问题以及无机壁材韧性差等问题，可采用无机材料和有机材料形成相变材料微胶囊复合壁材的方法，现有技术中报道的方法是无机物反应前驱体、苯乙烯类或丙烯酸酯类有机树脂单体、交联剂和引发剂溶解于熔融的相变材料，将其加入乳化剂和极性溶剂中，而后分散得到乳化液，通过聚合反应得到无机/有机复合结构。此类方法存在如下问题：(1)由于在相变材料中引入大量的单体、无机物反应前驱体，无机物反应前驱体和单体难以保证完全迁移至壳层表面；(2)分散相的相变材料中包含组分过多，批量生产过程中分散相不易实现均匀性，从而导致壳层材料均匀性差。(3)乳液液滴中加入大量前驱体和单体，占据了大量体积，导致形成胶囊壳层易变形塌陷形成碗状，在微胶囊壳层形变严重的位置容易破裂。

发明内容

本发明提供一种相变微胶囊，所述相变微胶囊包括芯材和包覆在芯材表面的囊壳，所述芯材为相变材料，所述囊壳为有机/无机复合物；

其中，所述有机/无机复合物包括硅烷偶联剂和交联剂反应生成的有机物和无机物。优选地，所述无机物包括二氧化硅。优选地，所述反应为乳液聚合反应。优选地，所述有机/无机复合物包括硅烷偶联剂和交联剂在乳化剂和引发剂存在的体系中生成的有机物和无机物。