[发明专利]一种阻燃相变微胶囊及其制备方法和应用

说明书

本发明属于相变储能材料技术领域，尤其涉及一种阻燃相变微胶囊及其制备方法和应用。本发明在一定温度使所述乳液中的单体和交联剂经过引发剂引发发生聚合反应，带有双键的可聚合硅烷单体与交联剂聚合后在微胶囊表面形成有机壳层，可聚合硅烷单体的硅甲氧基或硅乙氧基发生溶胶凝胶反应缩合，在微胶囊表面形成二氧化硅无机壳层，本发明实现用一步法得到有机/无机复合壳层的阻燃相变微胶囊。

技术领域

本发明属于相变储能材料技术领域，尤其涉及一种阻燃相变微胶囊及其制备方法和应用。

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，越来越多的相变微胶囊被制备出来，这些相变微胶囊在建筑、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。但是目前相变微胶囊的相变材料和壳体材料主要为有机易燃材料，无法满足电池、灌封胶等工业领域的实际应用的需要，限制了相变微胶囊在其他领域应用中的推广。

中国专利文献CN 105542721A公开了一种阻燃相变微胶囊的制备方法，将阻燃剂氯化石蜡混入有机相变材料中制备了阻燃相变微胶囊，但是阻燃剂氯化石蜡在燃烧过程中会有氯化氢气体释放，造成严重污染，同时该方法制备的微胶囊壳层为易燃的有机聚合物材料，无法解决微胶囊的易燃问题。

中国专利文献CN 105112020A公开了另外一种阻燃相变微胶囊的制备方法，通过将反应型膦酸酯单体与丙烯酸单体共同聚合得到具有一定阻燃性能的聚合物囊壁，但是微胶囊壳层仍然为有机材料，不能根本性地解决微胶囊的阻燃问题。

中国专利文献CN 109225085A公开了一种含磷三聚氰胺-甲醛树脂为囊壁材料，提高相变微胶囊的阻燃性能，但是微胶囊外壳层仍然为有机材料，不能根本性地解决微胶囊的阻燃问题。

虽然微胶囊的最外层应该使用无机壳层，因为无机类壳层的阻燃性能优于有机类壁材，同时具有耐腐蚀，强坚固性等的突出优点，可提高耐久性，有良好支撑性。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。这种外层无机、内层少量有机的复合能够在保持微胶囊结构稳定的同时，提高微胶囊的阻燃性能。一些专利文献中报道的方法是将无机物反应前驱体、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，将其加入乳化剂和水中，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。该方法存在如下问题：(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，因此难以保证无机物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；(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；(4)微胶囊的相变材料为单一的有机易燃材料。

发明内容

为了改善现有技术问题，本发明提供一种阻燃相变微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

1)制备分散相：将可聚合硅烷单体、交联剂单体、阻燃剂加入熔融的相变材料中制得；

2)制备连续相：将乳化剂溶解于水中制得；

3)制备微胶囊：将步骤2)所得连续相加热到相变材料熔点以上并与步骤1)所得分散相混合后乳化并反应；