[發明專利]一種無機水合鹽相變儲能微膠囊及其制備方法

有效

• 申請號: 201210136116.9
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN102676124A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 黃金;王婷玉;祝盼盼
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;B01J13/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明;郝文婷

技術領域

本發明涉及一種無機水合鹽相變儲能微膠囊及其制備方法。具體是采用懸浮聚合—溶劑揮發的方法將無機水合鹽相變材料（芯材）包覆在高分子聚合物殼層材料（囊材）中形成無機水合鹽相變儲能微膠囊。

背景技術

相變儲能材料（Phase?Change?Materials,?PCMs）是一種能在特定相變溫度或相變溫度范圍下發生相態變化的物質，并且伴隨著相變過程吸收或放出大量的相變潛熱，所以可以用來儲熱或蓄冷。到21世紀初，PCMs已經在宇航飛機、新型戰機、雷達系統、太陽能熱能儲存、建筑節能、廢熱回收、農業大棚、冷熱循環流體和調溫服裝等領域廣泛應用。PCMs的清潔、高效和可循環使用等特點得到了充分發揮。在實際應用中以PCMs的固—液相變應用較多，為了防止固—液相變過程中的液體滲漏、體積膨脹、有腐蝕性、熱穩定性差等問題，PCMs微膠囊化技術得到了廣泛關注。相變材料微膠囊（Microencapsulated?Phase?Change?Materials,?MEPCMs）是采用微膠囊技術將固—液相變材料（芯材）運用物理或化學方法包覆于天然或高分子（囊材）之中，形成相變過程中宏觀上仍保持穩定狀態的固體微粒，其尺寸大小通常在微米至毫米級。其主要優勢在于它增加了熱傳導面積，降低了相變材料對外界環境的活性，同時控制了相變發生時儲能材料的體積變化，具有改善和提高物質外觀及其性質的能力（宋健等,微膠囊化技術及應用[J].化學工業出版社,2001,9(1):8-23）。

微膠囊的制備技術起源于20世紀50年代，在70年代中期得到迅猛發展，在此時期出現了許多微膠囊化產品和工藝。目前MEPCMs制備方法中應用較多的是原位聚合法、界面聚合法、復合凝聚法和噴霧干燥法等，同時懸浮聚合法、溶劑揮發法也得到一定的開發。

中國專利（CN102268238A）報道了運用原位聚合法，以石蠟和/或C₁₁~C₁₄正構烷烴為芯材，尿素和聚乙烯醇改性的三聚氰胺縮甲醛樹脂為囊材，制備出有機相變儲能微膠囊。在同種制備工藝下，當選用58^#石蠟和正構烷烴（C₁₄）組合成芯材時，其相變溫度25℃，相變潛熱120.6J/g；選用58^#石蠟和正構烷烴（C₁₁）組合成芯材時，其相變溫度30℃，相變潛熱115J/g；選用58^#石蠟和石油醚（沸點60~90℃）組合成芯材時，其相變溫度10.7℃，相變潛熱36.3J/g；選用58^#石蠟和硬脂酸丁酯組合成芯材時，其相變溫度12.88℃，相變潛熱77.02J/g。X.?Z.?Lan等將聚乙二醇苯基辛基醚（OP）溶入蒸餾水中制成無機相作為囊材，正二十烷、環己烷和TDI混合均勻的有機相作為芯材。將有機相滴加到攪拌狀態下的無機相中，形成O/W型乳液。加入二乙基三胺（DETA）溶解在蒸餾水中制成水溶液，啟動界面聚合反應。DETA全部加完后，60℃繼續反應120min，所得到的懸濁液經過過濾和蒸餾水洗滌，得到正二十烷微膠囊。微膠囊的相變溫度為35.75~36.5℃，相變熱焓與原料配比有關，在29~64?J/g之間，正二十烷的包封率為74.6%~77.6%（X?.Z.?Lan,?Z.?C.?Tan,?G.?L?.Zou,?et?al.?Microencapsulation?of?n-Hexadecane?as?a?phase?change?material?in?Polyurea.?Acta?Physic-Chimica?Sinica,?2004,?20(1):90-93.）。Y.??zonur等人以明膠和阿拉伯樹膠為囊壁材料，采用復合凝聚法制備了可可脂肪酸微膠囊。第一步是把芯材分散在明膠溶液中，同時加入尿素、三聚氰胺、β-萘酚，高速攪拌至乳滴粒徑達到要求，加入聚陰離子阿拉伯膠，調節PH=4.0~4.5，使復合凝聚反應進行。冷卻到室溫，采用甲醛交聯固化形成膠囊。以NaOH溶液調節PH=9~11，懸濁液冷卻到5~10℃保持2~4h。過濾、干燥得到微膠囊。根據攪拌速度不同，微膠囊的粒徑約為1mm，22~34℃之間可耐50次熱冷循環（Y.??zonur,?M?.?Mazman,?H.?Paksoy.?microencapsulation?of?coco?fatty?acid?mixture?for?thermal?energy?storage?with?phase?change?material.?International?Journal?of?Energy?Research,?2006;?30:741-749.）。M.?N.?A.?Hawlader等以質量分數為10%的明膠和阿拉伯膠水溶液為囊材，石蠟熔融后加入明膠溶液中以高速剪切乳化機10000r/min的速率乳化，乳化過程中滴加阿拉伯膠水溶液，并降低溶液的PH=4，乳化過程中乳液溫度維持在65℃。然后在小型噴霧干燥設備中噴霧干燥，離心噴霧頭的轉速為25000r/min，進口和出口溫度分別為130℃和80℃，最后收集到石蠟芯的明膠和阿拉伯膠有機微膠囊（M.?N.?A.?Hawlader,?M.?S.?Uddin,?M.?M.?Khin.?Microencapsulated?PCM?thermal?energy?storage?system.?Applied?Energy,?2003,?74:195-202.）。