[发明专利]一种用于包覆相变材料的聚合物空心微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于相变材料和微胶囊封装技术领域，具体涉及一种用于包覆相变材料的聚合物空心微球的制备方法。

背景技术

相变材料（PCM，即phase change material的简写）是指能在很窄的一个温度范围内发生相变，且相转变过程中以潜热的形式释放或吸收大量能量的物质。对于相变材料的研究，最早开始于1949年，但是直到二十世纪70年代，由于能源危机日趋严重，相变材料才受到了越来越多的关注，其被广泛应用于能源储存领域，如太阳能储存、智能织物、调温建筑等。 

理想的相变材料应该具有高潜热容、高储热密度、相变过程中体积变化小、热稳定性好、相转变重复性好、无腐蚀且化学稳定等优点。然而大多数有机相变材料存在低导热率、易燃、稳定性不好等缺点，而无机相变材料又具有金属腐蚀性、局部冷却和易分解等缺点，如果把相变材料与外界环境有效的隔绝，上述很多缺点就能得以克服，这就对相变材料的封装提出了更高的要求。

目前，相变材料的封装主要分为三类：（1）以微胶囊包覆的方式，把相变材料装在空心微球中；（2）把相变材料注入聚氨酯泡沫材料中；（3）通过形状固定的方式，把相变材料嵌入另一种材料的基底中。其中，又以微胶囊包覆的方法应用最广泛，这种方法不仅能控制相变过程中相变材料的体积变化，使得相变材料不易流失，还能很有效的让相变材料免受外界环境的影响；同时这种方法还具有增加传热面积，加快热传导率等优点。

然而，仅仅用聚合物来实现对相变材料的封装，目前对于导热率、密封性能、机械性能、热稳定性等诸多性能的提升并不显著。故本发明提出一种用于包覆相变材料的聚合物空心微球的制备方法，所制备的微球内装有相变材料，内层球壳为聚合物，外层球壳为无机纳米固体颗粒层，双层球壳结构大大加强了微球的密封性能和热稳定性，同时，无机纳米颗粒也会使微球的导热性能和机械强度有大幅提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变材料的微胶囊封装方法，即一种用于包覆相变材料的聚合物空心微球的制备方法，通过该方法得到聚合物空心微球尺寸小，相变材料包覆率高，相变潜热大，热稳定性好，密封性能好，热传导效率高，机械性能好。

本发明通过以下技术方案加以实现：先将亲水无机纳米颗粒均匀分散在水中形成水溶胶，加入一种离子型表面活性剂，再向其中加入混合单体、相变材料和引发剂，均质或超声处理后形成稳定的O/W型乳液，搅拌并升温反应，反应结束后即得到内部封装有相变材料的聚合物空心微球。

本发明提供的包覆相变材料的聚合物空心微球的制备方法，具体步骤如下：

（1）首先，将离子型表面活性剂均匀分散在水中，配制成质量分数0.5%~3%的水溶液；将亲水性无机纳米颗粒均匀分散在水中，配制成质量分数0.1%~6%的水溶胶，亲水性无机纳米颗粒可以是二氧化硅（SiO₂）、二氧化钛（TiO₂）、氧化石墨烯（GO）和氧化锌（ZnO）中的一种，粒径为1nm~1000nm；

室温搅拌下，将上述离子型表面活性剂的水溶液滴加到亲水性无机纳米颗粒水溶胶中，离子型表面活性剂重量占亲水性无机纳米粒子重量的百分比为5%~40%，持续搅拌0.5~2h，得到改性的无机纳米水溶胶；

所述离子型表面活性剂可以为磺酸盐、硫酸盐、胺盐或季铵盐中的一种，碳原子数为8~25；

（2）然后，向上述改性后的无机纳米水溶胶中加入混合单体，混合单体的重量为无机纳米颗粒重量的10~60倍；再加入相变材料，相变材料的重量为亲水无机纳米颗粒重量的5~60倍；最后加入引发剂，引发剂重量占无机纳米颗粒重量的10%~40%；其中： 

所述混合单体中包括含有一个碳碳双键的单体和含有两个或两个以上碳碳双键的单体；所述含一个碳碳双键的单体包括苯乙烯、甲基丙烯酸酯类、丙烯酸酯类和丙烯腈中的一种或多种，所述含有两个或两个以上碳碳双键的单体包括二乙烯基苯、双丙烯酸酯类或三丙烯酸酯类中的一种；含一个碳碳双键的单体和含两个或者两个以上碳碳双键的单体比例为20:1~1:2；

所述相变材料为C_12~30的直链烷烃类、C_8~18的脂肪醇、C_8~18的脂肪酸及其酯类或聚乙二醇中的一种；

所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、过氧化苯甲酰中的一种；