[发明专利]一种相变材料微胶囊包覆的方法和应用

说明书

本发明涉及一种相变材料微胶囊包覆的方法和应用。该方法以纤维素纳米晶稳定的皮克林乳液作为模板，通过皮克林乳液聚合、原位聚合或者溶胶凝胶反应等，制备出有机聚合物或无机氧化物的壳层，实现对有机相变材料的包覆，得到有机聚合物或无机氧化物包覆的有机相变材料微胶囊。包覆了相变材料的微胶囊可以应用于建筑、纺织、热敷、保温杯、可充电暖手宝等领域，实现热能的储存和转换等。此外在可食用的相变材料椰子油中加入其它试剂，制备的相变材料皮克林乳液或微胶囊可以应用于温度控制的药物控制释放等。

技术领域

本发明涉及材料的制备和应用领域，具体涉及一种相变材料微胶囊包覆的制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，我们面临的能源问题和环境问题日益加剧。目前，世界三分之一的能源应用在建筑中的空调降温和加热以保持室内的适宜温度，这消耗了大量的能量。相变材料应用于建筑中有望解决这一难题。相变材料是指能量以潜热的形式储存的材料。水是最常见的相变材料，1千克的零℃的水变成零℃的冰可以释放333千焦的热量，这些热量足以将1千克1℃的水加热到80℃。可见相变材料在相变时即使在恒温下也可以储存或释放大量的热能。相变材料熔融时吸收大量的热，相变材料在固化时会释放大量的热。比如相变材料加入到屋顶或墙壁中，在白天高温时，相变材料会吸收大量的热熔融，从而保证室内温度在白天不会升高太多；而在晚上降温时，相变材料会释放白天吸收的热而结晶固化，从而保证室内温度在晚上不会降低太多，特别适用于昼夜温差比较大的地方。中国大部分地区都实行阶梯电价，晚上的电价只有白天电价的一半，在晚上对相变材料进行加热或降温，实现能量的储存和转移，在白天再使用相变材料实现对室温的调控。相变材料在建筑材料中的使用可以实现智能家居对室温的有效调控，减少能量的消耗。相对于传统的电暖器，相变材料可减少60％以上的能量消耗。相变材料也可以用于保温杯、电热毯等日用品等。除此之外，相变材料还可以应用于航空航天、服装、电力通讯和军事等领域。

根据相态的变化，相变材料可以分为固气、液气、固液和固固相变材料。固气和液气相变由于在相变时体积变化太大而很少使用，固固相变由于热能储存密度低也不常用，目前绝大多数相变材料都是采用的固液相变。固液相变材料进一步又可分为无机相变材料和有机相变材料。无机相变材料包括盐合水、熔盐和金属合金，具有潜热容高、导热性好、无毒、不易燃和成本低等优点。但是无机相变材料存在过冷和相分离等问题，导致其循环利用率低、寿命短，限制了其应用。目前无机相变材料多用于高温相变领域，研究的热点主要是通过加入成核剂等方法解决其相分离和过冷的问题。有机相变材料包括石蜡、脂肪酸和聚乙二醇。和无机相变材料相比，有机相变材料具有自成核、共融、没有相分离和过冷不显著等优点。石蜡是原油提炼过程中的副产物，是一种直链烷烃的混合物。石蜡的相变温度取决于直链烷烃中碳原子的数量，一般在6到76摄氏度，属于低温领域的相变材料。由于市场上销售的商用石蜡常常含有少量有毒的易挥发化合物，脂肪酸作为相变材料在近年来也引起了广泛关注，脂肪酸是从植物油中萃取的，属于可再生、环境友好的相变材料。

以乳液为模板是一种常见的制备微胶囊包覆的方法。具有两亲性的表面活性剂是制备传统乳液的乳化剂。比如中国专利CN101555401A公开了一种利用表面活性剂稳定乳液并以此为模板制备微胶囊的方法，但是表面活性剂生物相容性差，很难除去，导致最终产品综合性能差。皮克林乳液是用固体颗粒代替表面活性剂作为乳化剂稳定的乳液。相比于表面活性剂稳定乳液，皮克林乳液更稳定，生物相容性更好。很多固体颗粒都可以用作皮克林乳液的乳化剂，比如纳米二氧化硅、高分子和纤维素纳米晶等。由于纤维素纳米晶独特的性能和优点，比如生物相容性好、成本低、来源广泛、可量产等，成为皮克林乳液乳化剂的新选择(中国专利CN107352549A和CN107868161A)。