[发明专利]同时含水溶性和油溶性相变材料的可调温调湿微胶囊及制备方法

说明书

本发明涉及一种同时含水溶性和油溶性相变材料的可调温调湿微胶囊及制备方法；微胶囊为同心双层结构：外层为囊壁，中层为水溶层，内层为油核；其中囊壁为单层聚酰胺膜，水溶层为单纯的水或是水溶性相变材料的水溶液，油核为油溶性相变材料与有机溶剂的混合物。当环境温度高于微胶囊油核内油溶性相变材料的熔化温度时，微胶囊水溶层内的水溶性相变材料先吸收环境热量发生固‑液转变，当水溶性相变材料全部转化为液体后，油核内的油溶性相变材料开始吸收环境热量发生固‑液转变，因此降低环境温度；本发明制备方法简单，调温范围更宽，并且具有调节周围环境湿度的作用。应用领域广泛，如用于制备可调温调湿服装、红外隐身涂料、建筑物调温涂层等。

技术领域

本发明涉及相变微胶囊领域及微流控技术领域；特别提出一种同时含有水溶性相变材料和油溶性相变材料、能够调节温度和湿度的新型相变微胶囊及制备方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，能源需求不断增加。然而，传统的化石能源来源有限，并且使用过程中，其排放的有害物质还会导致气候变化和环境污染。为了满足全球能源需求，缓解环境污染问题，用于热能存储的相变材料引起了各界广泛关注^[1]。

相变材料(phase change material，PCM)是指在某一近似恒定温度下会发生融化、凝固等相变过程，并储存或者释放出大量潜热的物质。然而传统的相变材料在相变过程中存在泄漏、过冷、热导率低等问题，限制了其在能量存储方面的应用。随着科学技术的发展，微胶囊封装技术很好地解决了这些问题。以相变材料为囊芯(又称芯材)，以有机或无机聚合物、高分子和金属(合金)等为囊壁(又称壁材)制成的相变材料微胶囊(encapsulatedphase change materials，EPCMs，)又称相变微胶囊，是一种清洁的、可重复使用的颗粒状储能材料^[2]。为了更好地实现节能减排和可持续发展，自20世纪70年代以来，世界各国对相变微胶囊的应用开发研究越来越重视，相变微胶囊的应用涉及建筑^[3]、纸制品^[4]、太阳能利用、纺织服装、电子器件冷却^[5]等诸多领域。

目前常用来制备相变微胶囊的方法主要有原位聚合法、界面聚合法、复凝聚法和喷雾干燥法等。其中界面聚合法是将芯材乳化或分散在一个溶有壁材的连续相中，然后在芯材物料的表面上通过单体聚合反应而形成微胶囊。在界面聚合法工艺中，主要采用缩聚反应^[6]。例如，Chen Liang采用界面聚合法制备了以甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和乙二胺(EDA)为单体的硬脂酸丁酯/聚脲微胶囊^[7]；胡敏等以石蜡为芯材，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为壁材，采用界面聚合法制备了石蜡相变微胶囊，并发现与本体聚合法相比较，采用界面聚合法制得的石蜡相变胶囊形貌表面光洁、粒径较小；官能团结构稳定；工艺流程简化、合成效率较高^[8]。近年来，随着微流体技术的发展，对液滴尺寸的精确控制已经能够实现，因此，将微流控装置与传统的微胶囊封装技术结合，便能够制备出高度分散且尺寸均一可控的相变微胶囊^[9]。

相变微胶囊的应用范围主要是由作为芯材的相变材料决定。根据相变材料的化学成分，一般分为有机和无机两大类。有机相变材料多为油溶性材料，主要包括石蜡烃、羧酸、羧酸酯和醇类；而无机相变材料多为水溶性材料，主要包括结晶水合盐、熔融盐、水、金属(包括合金)等。两种类型的相变材料各有优劣：有机相变材料化学性质稳定、不存在过冷现象、无相分离，但是其密度和热导率都很低，而且易燃；无机相变材料则具有较高的储热能力和热导率，且廉价易得，但其相变过程中常伴有过冷现象和相分离现象。