[发明专利]一种天然微管包封的相变微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然微管包封的相变微胶囊及其制备方法。

背景技术

相变材料(Phase change materials，PCM)，又称为潜热储能材料(Latent thermal energy storage，LTES)是指物质发生相变时能够吸收或放出热量而该物质本身温度 不变或变化不大的一类材料。相变材料作为储能载体，由于其具有贮热密度高、设 备体积小、热效率高以及吸放热为恒温过程等优点，可以有效提高能源的利用率、 缓解能源紧张的难题。目前，已被广泛运用于冰箱和空调的制冷和蓄冷、智能建筑 物的自动恒温、太阳能应用中的能量储存和交换技术、电力的“移峰填谷”、废热 和余热的回收利用以及日用品中。由于它使用简便、不耗能，具有很大的应用前景 和广阔市场。

从材料的相态变化过程，相变材料主要分为固-液相变、固-固相变、固-气相变 及液-气相变，后两者在相变过程中伴随有大量的气体存在，使材料体积变化较大， 在实际应用中很少被选用。固-液相变由于体积变化小，潜热较大，储能好，相变温 度范围广，在实际中得到了广泛的应用。但由于该材料在相变过程中有液相产生， 因此必须用容器密封盛装，以防止泄漏污染环境，并且容器对相变材料而言必须是 惰性的。这一缺点极大地束缚了固-液相变储能材料在实际中的应用。近年来，随着 技术的发展和应用场合的要求，人们试图对其进行形状稳定处理使其转变成形式上 的“固-固”相变，但实际上仍发生固-液相变，解决了相变材料的熔融问题，大大 方便了实际应用。目前对相变材料进行形状稳定的方法主要有定型化和微胶囊化两 种方法。

定型化相变材料实质上是一类复合相变储能材料，是指将相变材料与载体物质 相结合，形成一种外形上可保持固体形状、具有不流动性的相变材料，其可代替固 -固相变材料。这类相变材料的主要组成有两种：其一是工作物质成分，即相变材料， 利用其相变来进行储能、放能，工作物质包括各种相变材料，但用的较多的主要是 固-液相变材料。其二是载体物质，其作用是保持相变材料的不流动性和可加工性， 载体物质的熔化温度要求高于相变材料的相变温度，使工作物质的相变范围内保持 其固体的形状和材料性能。从近年定型复合相变材料的合成发展状况看，主要制备 方法可大致归为：共混法，接枝法，烧结法，原位插层法和溶胶-凝胶法。但由于定 型化相变材料的物理作用相对较小，材料经多次使用时易发生固-液相变材料在载体 上的脱附，泄漏渗出以及宏观的两相分离等现象。

微胶囊化相变材料是利用微胶囊技术将固液相变材料微粒表面包覆一层性能 稳定的高分子膜或无机材料而构成的具有核壳结构的复合相变材料。微胶囊化相变 材料在相变过程中，内核发生固-液相变，而其外层的高分子膜保持为固态，因此该 类相变材料在宏观上表现为固态颗粒。相变微胶囊的化学制备方法主要有原位聚合 法、界面聚合法、反应相分离法以及复凝聚法等类，不同的制备方法所得到的外壳 性能有所差别。随着聚合物科学的发展，微胶囊化技术逐渐成熟，因此，相变储能 微胶囊材料由于其特殊的性能和用途受到了广泛的关注和研究。相变微胶囊的吸 热、放热的储热原理相当于一种“热电池”，微容器的封装使用相变材料转变成无 数微小的工作单元，因此，大大扩展了相变材料的使用领域和场合。掺混了相变微 胶囊的制品会在所改性的物品周围建立起围绕所采用相变物质熔点范围的微气候 环境，从而满足对舒适度的要求。微胶囊化相变材料可以很好地解决固-液相变过程 中极易熔融流动、渗透迁移、相分离、腐蚀等严重问题，经壳层材料包封保护后， 相变材料与外界环境相分离而得以稳定，同时，聚合物壳层材料或经改性的壳层材 料大大增加了相变材料与基体材料的相容性，从而大大增加了相变材料的实用性。 然而，对于微胶囊的囊壁的强度、渗透性以及耐热性还有待于提高，而且主要是成 本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用切短的天然微管包封相变材料的相变微胶囊及 其制备方法。

本发明所提供的相变微胶囊，由相变材料、切短的微管和聚合物组成；

所述切短的微管是将中空管状天然纤维切成长度为0.1mm-5cm得到的纤维段； 所述中空管状天然纤维直径为0.1-1000μm，相变材料封装在所述切短的微管中，切 短的微管包覆于所述聚合物中。

所述天然纤维来源于木棉纤维、乳草纤维、丝瓜纤维、竹纤维、天竹纤维、亚 麻纤维、羊毛或羽绒。