[发明专利]一种相变调温微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种相变调温微胶囊及其制备方法。

背景技术

物质形态通常有三相(phase)：固相、液相和气相。相变(phase change)是指从一种相态变化到另一种相态的过程。相变形式包括：固-固；固-液；液-气；固-气。相变一般是一个等温或近似等温的过程，这个温度叫做相变温度。相变伴随有较大的能量吸收或释放，这种能量即相变潜热(latent heat)。

相变微胶囊是将特定温度范围的相变材料用某些高分子化合物或无机化合物以物理或化学方法包覆起来,制成直径大约1～1000μm常态稳定的固体颗粒。具有如下优点：(1)使芯材物质与外界隔离；(2)使相互作用的物质相混合或共存；(3)保护挥发性物质，遮蔽芯材物质的不良气味；(4)使液体固态化，便于使用、储运；(5)调节物质的密度。在现有的众多微胶囊的制备方法中,包括原位聚合法，界面聚合法，悬乳聚合法，复凝聚法，喷雾干燥法，多孔材料吸附法等。

例如，现有技术CN102505349A采用采用界面聚合法制取，以聚脲型树脂为囊壁，该微胶囊所含的相变材料为癸酸、月桂酸、硬脂酸甲酯、C₁₇～C₁₉的直链烷烃的混合物制备相变调温微胶囊。由于聚合物导热性差,界面聚合的聚合物层对热传导有抑制作用。CN102505349A所提专利用的是混合储能分子体系，相变区间相可控性差；界面聚合得到的胶囊所载有效储能分子比例较少；且所采用的聚脲树脂材料，其单体毒性较大。

为了克服现有技术的缺陷，提高相变调温微胶囊的性能和制备方法的环境安全性，需进一步的深入研究。

发明内容

鉴于现有技术存在的技术问题，通过大量的实验研究，得到一种相变区间相可控的、胶囊所载有效储能分子比例高的、环境污染小的相变调温微胶囊的制备方法，以及由该方法制备得到的相变调温微胶囊。

本发明通过以下技术方案解决现有技术存在的问题：

相变材料(Phase Change Material-PCM)是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料可以作为能量存储器，在节能环保、温度控制等领域具有极大的意义。相变材料主体是相变储能分子，一般分为有机类、无机类和混合类三种。具体内容：有机类见表一(图1)，无机类见表二(图2)，混合类略。

理论上，任何相变材料都能作为相变储能材料，但实际上，相变储能材料一般要满足一些条件：(1)相变温度和使用目标相匹配；(2)相变潜热足够大；(3)价廉易得；(4)稳定性好；(5)和存储容器的相容性好；(6)传热和流动性能良好；(7)无毒、无味、不易燃烧；(8)相变体积变化小；(9)无过冷或过冷度小；(10)无相分离现象。

本发明综合考虑无机类和有机类相变储能分子的优/缺点，以及本发明所需解决的技术问题。优选有机分子作为目标相变储能分子，制备满足15—31摄氏度温度范围内具有循环相变行为的微胶囊。

具体的实施方案包括但不限于：

一种相变调温微胶囊的制备方法，包括：采用石墨吸附法制备，首先将可膨胀石墨经处理形成蠕虫状多孔石墨，然后添加相变材料，所述相变材料为硬脂酸丁酯或正十八烷，经加热处理完成吸附，冷却得到样品。

所述可膨胀石墨经处理形成蠕虫状多孔石墨优选为经150W微波处理5s—10s(秒)形成蠕虫状多孔石墨。其中，选择150W微波处理，可以在5s—10s内相对温和地完成制备，更高功率时间不易控制，稍长会导致燃烧或微爆等现象的发生。

所述可膨胀石墨是经加热或微波处理后体积会膨胀上百倍石墨材料，可通过商业途径获得。

其中，所述将可膨胀石墨经处理形成蠕虫状多孔石墨前，优选将可膨胀石墨过筛，优选过筛为80目。

其中，相变材料的用量具有一定要求，可以提高效率，减少损失，保证稳定性。优选以石墨和相变材料总质量分数80％-85％的用量添加相变材料。所添加相变材料质量分数低于80％，储能分子少，效率低；质量分数高于85％，储能分子会有损失，多孔石墨吸附不稳定。

所述经加热处理完成吸附优选为在80℃处理30min，搅匀，80℃下再处理30min，完成吸附。

所述加入过程在密闭容器中即可，温度接近储能分子的气化温度，分子热运动比较剧烈，利于吸附；两次处理使吸附完成的更彻底、储能分子分散更均匀。温度过低不利于分散，或需要更长时间，温度过高会导致储能分子的气化损失。

所述冷却方式优选为自然冷却，即在室温条件冷却至室温的方式。