[發明專利]一種有機/無機復合壁材包覆的相變微膠囊及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010003177.2
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN113058512A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 王倩;趙彤
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01J13/14
• 分類號: B01J13/14;C09K5/06
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 黃越;呂少楠

本發明公開了一種有機/無機復合壁材相變微膠囊及其制備方法與應用。該相變微膠囊包括芯材和包覆在芯材表面的囊殼，芯材為相變材料，囊殼為有機/無機復合物；其中，有機/無機復合物包括硅烷偶聯劑和交聯劑反應生成的有機物和無機物。該相變微膠囊通過乳液體系制備得到。本發明的微膠囊粒徑尺寸能控制在微米以至亞微米尺寸，包覆率高，加熱熔融無滲漏，并且制備步驟簡便，設備簡單易操作，成本低，可以大規模工業化生產，主要應用于電子元器件、服裝、建筑、節能、以及其他工業領域的熱量管理等領域。

技術領域

本發明屬于相變儲能材料領域，尤其涉及一種有機/無機復合壁材包覆的相變微膠囊及其制備方法與應用。

背景技術

近些年，全球能源日益短缺，而且目前使用的主要能源不可再生，制約了經濟的可持續發展。儲熱技術利用物質內部能量轉化，通過人為干預的方式對熱能進行收集、儲存、運輸和釋放，進而實現對熱能供求關系合理調控，其中，相變儲熱具有儲熱密度高、成本低、儲放熱過程近似于恒溫和儲熱放熱可控的特點，是最具規模化應用前景的一種儲熱技術。相變材料是指溫度基本不變的情況下在發生相轉變的同時吸收或放出大量能量的物質。利用相變材料儲能(蓄冷、蓄熱)可以解決能源的需求與供給之間在時間與空間上的分配不匹配，同時也能提高能源使用效率。傳統的固液相變材料受熱熔融流動，會對其他部件造成破壞。因此在實際應用過程中，采用“微膠囊化”法封裝相變材料可以有效解決上述問題，并且還有增大傳熱面積、控制其體積變化的優點。近些年，越來越多種的相變微膠囊被制備出來，并在建筑、節能、紡織、軍事等領域表現出了良好的應用前景，拓展了相變材料的應用領域。

相變微膠囊由相變材料囊芯和囊殼兩部分組成。相變材料的囊芯起到吸收和釋放熱量的作用，微膠囊殼層材料用于包裹囊芯相變材料在熔融冷卻多次循環過程中無泄漏。微膠囊殼層材料的種類和性質對微膠囊相變材料的性能具有更重要影響。根據相變微膠囊的囊殼分類通常可分為有機類和無機類兩種。有機類壁材具有穩定性好、封裝性好、韌性好等優點，但此類壁材力學性能較差，熱導率低，強度低，親水性差，尤其是阻燃性差，不適合在有阻燃要求的環境下使用。無機類壁材的阻燃性能優于有機類壁材，同時具有傳熱性好，耐腐蝕，強堅固性等的突出優點，可提高耐久性，有良好支撐性，并有效防止相變材料在使用過程中出現相分離以及過冷現象。但此類材料制備工藝復雜，成囊性差，封裝性能差，微膠囊易破裂。復合壁材相變微膠囊是利用無機類壁材和有機類壁材逐層對相變材料進行包覆，可以結合前兩者的優點，同時避免無機材料的韌性差、易破裂，有機材料易燃、殘存單體等問題。

為了解決有機材料壁材易燃、單體殘留問題以及無機壁材韌性差等問題，可采用無機材料和有機材料形成相變材料微膠囊復合壁材的方法，現有技術中報道的方法是無機物反應前驅體、苯乙烯類或丙烯酸酯類有機樹脂單體、交聯劑和引發劑溶解于熔融的相變材料，將其加入乳化劑和極性溶劑中，而后分散得到乳化液，通過聚合反應得到無機/有機復合結構。此類方法存在如下問題：(1)由于在相變材料中引入大量的單體、無機物反應前驅體，無機物反應前驅體和單體難以保證完全遷移至殼層表面；(2)分散相的相變材料中包含組分過多，批量生產過程中分散相不易實現均勻性，從而導致殼層材料均勻性差。(3)乳液液滴中加入大量前驅體和單體，占據了大量體積，導致形成膠囊殼層易變形塌陷形成碗狀，在微膠囊殼層形變嚴重的位置容易破裂。

發明內容

本發明提供一種相變微膠囊，所述相變微膠囊包括芯材和包覆在芯材表面的囊殼，所述芯材為相變材料，所述囊殼為有機/無機復合物；

其中，所述有機/無機復合物包括硅烷偶聯劑和交聯劑反應生成的有機物和無機物。優選地，所述無機物包括二氧化硅。優選地，所述反應為乳液聚合反應。優選地，所述有機/無機復合物包括硅烷偶聯劑和交聯劑在乳化劑和引發劑存在的體系中生成的有機物和無機物。