[发明专利]一种具有光致发光特性的微胶囊相变储能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于相变储能材料领域，涉及一种具有光致发光特性的新型微胶囊相变储能材料及其制备方法。

背景技术

利用物质的相变过程，即通过相变过程吸收或释放大量的潜热而使自身温度变化很小的物质，广泛应用于热量储存和温度控制，这就是相变储能材料。相变储能材料按物质的属性，可分为无机盐相变材料、有机相变材料和高分子相变材料。有机相变储能材料主要包括石蜡和高级脂肪酸、醇、酯等。有机相变材料存在的最大问题是每次吸放潜热过程都要经历固态→液态→固态的物理状态改变，这使其在反复多次相变后，极易泄漏、流失，导致其相变可逆性变差，最终失效。而弥补这一缺陷的最佳方法就是利用微胶囊化技术。

微胶囊相变储能材料就是将相变储能材料包覆在惰性材料之中，形成具有典型“核－壳”结构的微小粒子，微小粒子尺寸在0.3～300μm范围内，惰性壁材的厚度在0.2～10μm不等。微胶囊相变储能材料的芯材物质为相变储能材料，壁材材料为有机高分子材料或无机材料。高分子材料中可作为壁材使用的有脲醛树脂、密胺树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯和芳香族聚酰胺等；无机材料中可采用碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛等用于微胶囊相变储能材料的壁材；此外，还有将有机高分子与无机材料进行复合或杂化后作为壁材使用的报导。

虽然以有机高分子为壁材的微胶囊相变储能材料在纺织品、宇航服、染料、医药等方面已有不同程度的应用，同时在建筑、节能及电子电器领域的应用也是近几年来的开发热点。但是，随着微胶囊相变储能材料应用需求的不断扩大，传统的以有机高分子为壁材的微胶囊相变储能材料所存在的导热系数小、密度小、单位体积储热能力差、相变焓小、热响应速度慢和本身工作状态不稳定等缺陷对其应用领域产生了制约。近年来，采用无机材料为壁材的微胶囊相变储能材料成为开发热点，无机壁材拥有较高的热传导性和密封性，并且其物理、化学及力学稳定性也比有机高分子壁材好得多。因此，制备以无机材料或有机/无机杂化材料为壁材的相变储能材料是提高微胶囊相变储能材料综合性能的有效途径之一。

就目前文献报导来看，绝大多数用于微胶囊相变储能材料的无机壁材为二氧化硅，也有报导采用无定形二氧化钛或氢氧化铝为壁材制备微胶囊相变储能材料的。而中国专利CN102977857A制备了一种四层“核－壳”结构的微胶囊相变储能材料，其中两层微胶囊壳都为有机高分子与无机二氧化硅、二氧化钛、氧化锌等无机粒子复合制备而成，得到的微胶囊相变储能材料具有热缓冲、稳定性好等特点。中国专利CN103194181A也制备了一种以月桂酸为芯材，密胺树脂与二氧化钛的纳米复合物为壁材的微胶囊相变储能材料，在军事、工业、民用建筑行业的采暖与节能及太阳能利用等领域有广泛的应用前景。此外，专利CN103752239A，采用硫酸铜微球复合有机配体为壁材的微胶囊相变储能材料，在防漏、腐蚀等领域显示了良好的应用前景。

氧化锆是一种具有功能多样性的无机材料，具有高硬度、高强度、高韧性、极高耐磨性及耐化学腐蚀性优良等物化性能。它既可以作为功能材料，如光学材料基质、催化剂及催化剂基质等；又可以作为结构材料，如陶瓷机械材料、牙齿、骨骼等。氧化锆具有独特的光、电、热、力、化学等方面的性能，其中比较突出的是氧化锆的光学特性，结晶态的氧化锆在紫外和近红外有强烈地吸收，在可见光波段无吸收，即氧化锆在可见光波段透光性非常好。同时，结晶态氧化锆还具有光致发光特性，在240～380nm的波长的光激发后，在500～600nm左右有可见光发射峰；复合掺杂的结晶态氧化锆，在980nm的近红外光激发下亦产生600～700nm波段的可见光。显然，采用结晶态氧化锆来包覆有机相变储能材料，则不但可有效地保护其相变储能材料，还能赋予其特殊的物理化学功效。中国专利CN101555401A中报导了以多种无机前驱体制备具有特定功能的微胶囊相变储能材料，其中特别提到以氯氧锆等为前驱体，采用溶胶－凝胶法合成的以氧化锆为壁材的微胶囊相变储能材料，但此专利报导的合成方法属于典型的水热法，只能得到无定形的氧化锆壁材。因为氧化锆在无定形状态下属惰性材料，没有任何光电物理效应。而采用结晶态氧化锆为壁材来制备微胶囊相变储能材料的技术却尚未见文献及专利报导。

发明内容