[发明专利]一种相变材料胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及相变材料技术，具体是一种相变材料胶囊及其制备方法，所述的胶囊为具有热能储存与利用功能的相变材料微胶囊或纳胶囊。

背景技术

清洁绿色能量储存材料在国民经济中具有特别重要的战略地位，是长期以来的研究重点。相变材料(PCM)是20世纪70年代以后被开发应用的一种节能环保材料，也是一种清洁的、可循环使用的储能材料。相变材料在固-液、固-气、液-气和固-固相变过程中，可以吸收或放出大量的相变潜热，其中的固-液和固-固相变材料在暖通空调、节能建筑、太阳能利用和服装等领域应用广泛，在“节能、减排”领域具有重要意义。

相变材料胶囊包括相变材料微胶囊(Microencapsulated Phase Change Materials，MicroPCMs)和相变材料纳胶囊(Nanoencapsulated Phase Change Materials，NanoPCMs)，是一种采用高分子材料、金属材料或非金属材料等包覆的核壳结构微粒。胶囊直径在1～1000微米时为微胶囊(MicroPCMs)，胶囊直径在1微米以下时为纳胶囊(NanoPCMs)。通过胶囊化可以实现相变材料的永久固态化，即使微胶囊或纳胶囊内的固-液型相变材料处于液态，也不会发生渗漏，从而拓宽了相变材料的应用领域。MicroPCMs和NanoPCMs在电器冷却、储热调温纤维制备、循环热流体添加剂和节能建筑材料等领域有良好的应用前景，NanoPCMs在储热调温纤维的制备中较MicroPCMs更可以显著改善纤维的可纺性，因而有着比MicroPCMs更重要的应用。但发明人的研究表明(参见材料物理化学，Materials Chemistry and Physics，2004，88(2-3)：300-307和胶体和表面科学杂志，Journal of Colloid and Interface Science，2005，281(2)：299-306)，当正十八烷微胶囊的粒径降低到4.3微米及以下时，MicroPCMs或NanoPCMs中相变材料的结晶温度明显低于相变材料本体的结晶温度，过冷结晶现象非常明显。MicroPCMs和NanoPCMs发生过冷结晶现象的原因已有研究报道(参见美国化学工程师学会杂志，AIChE Journal，1999，45(4)：696-707和胶体和表面科学杂志，Journal of Colloid and Interface Science，2005，281(2)：299-306)，随着胶囊尺寸的减小，胶囊内包含的异相成核结晶的成核剂越来越少，处于熔融状态的囊芯发生异相成核结晶越来越困难，最终只发生均相成核结晶，致使结晶温度远低于本体的结晶温度，从而出现过冷结晶现象。过冷结晶虽然是PCM降温过程中的一种常见现象，但是MicroPCMs和NanoPCMs中PCM的过冷结晶使得放热过程在更宽温度范围或更低温度下发生，严重影响了储能作用的发挥。为了有效地消除或降低过冷结晶度，发明人分别研究了(参见胶体和表面科学杂志，Journal of Colloid and Interface Science，2005，281(2)：299-306)质量分数为5～30％的1-十四醇、1-十八醇和熔点为56℃的石蜡对MicroPCMs中正十八烷过冷结晶的影响，1-十八醇作为防过冷结晶添加剂，因影响成囊性，而达不到最佳效果；当石蜡质量分数为20％时，可以制备出过冷结晶程度较低、包囊性较好的MicroPCMs，但却降低了MicroPCMs中正十八烷的有效含量，并且MicroPCMs的直径越小，石蜡的防过冷结晶效果越差。

另有其他研究人员(参见热分析和量热仪杂志，Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，2006，86(2)：505-509)在MicroPCMs中添加纳米二氧化硅等改性剂，试图防止其过冷结晶现象的发生，但研究结果并不理想。

另外，已有技术中公开的相变材料胶囊的囊壁通常为聚合物材料，不具有导电性能，它们的电导率一般在10-15S/cm及以下，在使用中易产生静电，影响使用效果。

再有，已有技术中公开的相变材料胶囊的囊芯通常为亲油性相变材料，如正构烷烃、卤代正烷烃或正烷醇等。对于包覆亲水性相变材料的胶囊制备技术已有技术中则较少见到。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种相变材料胶囊及其制备方法。该相变材料胶囊具有储热量高的特点、特别是无过冷结晶现象，并具有导电性；该制备方法工艺简单、操作方便、适用范围广，便于工业实施，并且可以制备出亲水性相变材料的胶囊。