[發明專利]采用化學沉淀法制備棕櫚酸/二氧化硅相變微膠囊材料的工藝

在審

• 申請號: 202110843150.9
• 申請日: 2021-07-26
• 公開（公告）號: CN113499742A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 譚俊華;朱開金;彭軍輝;白改玲;歐鑫
• 申請（專利權）人: 太原工業學院
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;C09K5/06
• 代理公司: 濟南魯科專利代理有限公司 37214
• 代理人: 滕慧

本發明涉及相變材料制備技術領域，尤其涉及采用化學沉淀法制備棕櫚酸二氧化硅相變微膠囊材料的工藝。該工藝包括如下操作步驟：(1)配制均化O/W體系，包括將預乳化的鹽酸溶液快速滴加至熔融的PA中，形成透明O/W體系；(2)分層相變微膠囊溶液制備，包括將九水合硅酸鈉水溶液慢速滴加如步驟(1)體系中形成分層相變微膠囊溶液的步驟；(3)洗滌產物。該工藝以棕櫚酸(PA)為芯材、無機SiO₂為壁材，經化學沉淀制備相變微膠囊儲能材料，旨在制備能滿足太陽能供熱系統用的熱穩定性良好、高儲釋熱的相變微膠囊材料，該種相變材料也可廣泛應用于工業及民用各領域的潛熱儲存和熱管理，對于節能降耗有積極作用。

技術領域

本發明涉及相變材料制備技術領域，尤其涉及采用化學沉淀法制備棕櫚酸/二氧化硅相變微膠囊材料的工藝。

背景技術

相變材料(Phase Change Materials，PCMs)，又稱為相變儲能材料，它能夠根據周圍環境的溫度變化而作出響應，吸收外界中的熱量或向外界放出熱量而產生相轉變，從而起到控制和調節周圍環境溫度的作用。目前我國建筑物平均熱負荷指標偏高(30-50W/m²)，是北歐國家相同氣候條件下建筑供暖能耗的2-3倍，建筑供熱系統節能的潛力很大。太陽能是一種資源潛力巨大的可再生清潔能源，常呈現“夏盈冬虧”的局面，若使得其能連續地向用戶供應能量，儲熱是一個重要環節。與傳統的顯熱儲熱相比，相變儲熱以其單位體積儲熱量大，儲釋熱過程中溫度變化小等優點，在太陽能供熱系統等節能領域應用已經備受重視。相變微膠囊材料是將固體或液體相變材料用其他有機或無機材料包覆起來形成的微/納米顆粒，由于相變材料被一層囊壁包覆，因而使用過程中產生的液漏、相分離以及腐蝕性等問題便可得到有效解決。

太陽能供熱系統用相變儲熱材料，不僅要求具有高儲釋熱性還能在快速熱沖擊下仍保持良好的形態穩定性。由于太陽能供熱系統內流體的溫度一般在50-80℃左右，正十二醇、棕櫚酸、硬脂酸等長鏈脂肪酸材料的相變溫度恰巧也在該范圍，此外它們還具有儲熱密度大，熱及化學穩定性良好，可有效克服相變顆粒的分層及凝聚問題等優點。其中棕櫚酸PA的相變潛熱較大(熔融焓約為200J/g)、價格低廉且易獲得，且含有羧基基團，與無機物基體的相容性好。無機殼材能較好的解決有機殼材的力學性能和熱穩定性較低的缺點，研究最多的二氧化硅、二氧化鈦和碳酸鈣等，利用可控沉積方式使無機膠體顆粒逐步沉降在芯材粒子表面，層層包裹形成相變微膠囊材料，具有較好的發展和應用前景。

尉菁華等以PA為芯材、正硅酸乙酯TEOS為硅源，原位縮合制備具有核/殼結構的PA/SiO₂相變微膠囊，實驗表明微膠囊化結構使芯材PA的熱穩定性能顯著提高。Chen等采用溶膠-凝膠法以甲基三乙氧基硅烷(MTES)為硅源制備SiO₂殼材，石蠟芯材合成相變微膠囊，測試表征顯示該相變材料的包裹率達80％以上，相變潛熱和熱穩定性均較高。羅瑞漣等采用更為環保便宜的九水合硅酸鈉為硅源，石蠟為芯材，氯化銨為沉淀劑，成功制得了具有球狀結構的Paraffin@SiO₂相變微膠囊材料，其儲熱能力和熱穩定性均較好。Pour等采用自組裝方法制備了以棕櫚酸(PA)為芯材、碳酸銅為殼材的微囊化相變材料，合成的微膠囊表面粗糙，且平均直徑較大為1.5-2μm，PA@CuCO₃相變材料的熱穩定性良好。現有專利申請2017106869230《一種二氧化硅包覆的相變微膠囊及其制備方法和應用》公開了相變微膠囊采用溶膠-凝膠反應制備，制得的相變微膠囊平均粒徑0.1-100微米也相對較大。

可見，采用SiO₂為壁材的相變材料研究方法較為成熟，其中溶膠凝膠法最為常見。化學沉淀法作為相變材料制備方法的選擇，相比于溶膠凝膠法，制備時間短，工藝簡單，具有一定優勢；但是，化學沉淀法由于需要沉積的速度和反應速度比較快，很容易出現團聚問題，工藝因素要求較高，此外，化學沉淀法在進行壁材包裹芯材的制備中，由于需要層層包裹，對包裹速率的均勻性要求高，往往不好包裹，包裹效率低，難以做到充分包裹，導致最終制得的相變材料粒徑大小不一，獲得目標產物品質低，對工藝條件和制備操作提出了更高要求。