[发明专利]一种二氧化钛包覆石蜡微胶囊相变储能材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化钛包覆石蜡微胶囊相变储能材料及其制备方法，所述二氧化钛包覆石蜡微胶囊相变储能材料以石蜡为相变材料，以二氧化钛为包覆石蜡的外壳，通过原位聚合法在非水乳液体系中制备得到。本发明的技术方案用有机溶剂甲酰胺代替水作为乳液的水相，更好地控制了前驱体钛酸四丁酯的水解速度，使得制备的石蜡微胶囊颗粒结构形貌更为均匀；利用二氧化钛包覆石蜡可以防止石蜡在其相变过程中泄漏，提高相变材料的导热性、热稳定性和使用寿命，从而更好地应用于建筑节能、纺织材料和太阳能储存等领域。

技术领域

本发明涉及一种相变材料，尤其涉及一种二氧化钛包覆石蜡微胶囊相变储能材料及其制备方法。

背景技术

现今社会的能源危机正使得人们迫切地寻求高效的能源利用方式和清洁能源以减少对传统化石能源的依赖。相变材料是一种可以通过相变过程吸收和释放大量的潜热的材料，有着很高的能量转换效率，并且因其能力密度高和相变过程环境温度几乎不变的优点被广泛地应用于能量储存领域。

石蜡因其具有较高的相变潜热，熔点范围广，无毒，耐腐蚀，价格低廉，被认为是最有应用前景的商业化相变材料之一。但是石蜡这类固-液相变材料由于其熔化过程的流动性和低热导率问题导致其在实际应用中难以直接使用。因此相变材料微胶囊化技术孕育而生，通过固体外壳将相变材料封装起来，形成核壳结构的微胶囊化相变材料，使得相变材料在固体外壳内部进行相变过程，从而有效地防止固-液相变材料熔化过程的泄漏问题，同时能够提高相变材料的比表面积、热转换效率、减少相变材料与环境中物质的反应、从而使核心相变材料有着更长的使用寿命。微胶囊化相变材料因具有以上的优点从而在建筑节能，智能纺织，太阳能储存等领域得到广泛地应用。

微胶囊相变材料研究的早期，国内外主要是将相变材料封装在聚合物外壳当中，例如通过界面聚合、原位聚合等方法将脲醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和三聚氰胺甲醛树脂等聚合物作为微胶囊的外壳。用聚合物材料制备的微胶囊有着光滑的表面和较为稳定的结构的优点，但是因其同时具有低的热导率、低的机械强度、易燃性、热稳定性差的缺点很大程度地限制了以该类材料为外壳的微胶囊的实际应用。为了克服聚合物材料的这些缺点，近些年无机材料作为微胶囊的外壳材料得到广泛关注，无机材料较聚合物有着更高的热导率、机械强度、热稳定性，无可燃性，这些优点使得以无机材料为壳层的微胶囊有着更好的导热性能、热稳定和使用寿命。近些年，不断有文献报道以无机材料为外壳封装的相变微胶囊的文章。例如，Fang等[Fang Guiyin, Chen Zhi, Li Hui. Synthesis and propertiesof microencapsulated paraffin composites with SiO₂ shell as thermal energystorage materials[J]. Chemical Engineering Journal. 2010.163.154-159]利用溶胶-凝胶法制备了SiO₂包覆石蜡微胶囊，颗粒形貌为不规则球形，颗粒直径为8-15μm，有颗粒团聚现象，制备的典型产物结晶焓值达107.05Jg^-1，熔化焓值达165.68 Jg^-1，封装率为87.5%，有较好的热稳定性。Cao等[Cao Lei, Tang Fang, Fang Guiyin. Preparation andcharacteristics of microencapsulated palmitic acid with TiO₂ shell as shape-stabilized thermal energy storage materials [J]. Solar Energy Materials andSol Cells.2014.123.183–188] 利用溶胶-凝胶法，通过水乳液体系制备了TiO₂包覆棕榈酸微胶囊，其颗粒为均匀的球形，直径为200-400nm，但其制备的微胶囊粘连在一起，典型产物的结晶焓值达47.1 Jg^-1，熔化焓值达63.3 Jg^-1，封装率为30.4%，热稳定性有很大的提升。目前大多数制备的微胶囊都是通过在水乳液体系中的溶胶凝胶过程来实现对相变材料进行包覆，但是在水乳液体系中，很难控制前驱体物质的水解速度，前驱体水解速度过快，会使包覆过程难以完成且微胶囊颗粒的结构形貌不均匀，因此用非水乳液体系代替水乳液体系，可以更好地控制前驱体物质的水解速度，从而使得包覆过程更易进行且制备的微胶囊颗粒结构形貌更加均匀。