[发明专利]一种磁性微胶囊相变储能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微胶囊化相变储能材料，尤其涉及一种壁材具有磁性功能的微胶囊有机相变储能材料及其制备方法。

背景技术

能源作为人类社会生产生活的动力，与现代社会的发展与经济的繁荣息息相关。当今，世界能源己步入一个新的变革期。能源短缺问题已经在大多数国家甚至全球范围内出现，成为世界各国面临的共同问题。由于能源的供应和需求在很多情况下都有很强的时间依赖性，为了合理地利用它，就需要把暂时不用的能量储存起来，在需要的时候再释放出来，这对节约能源和提高能源的利用效率无疑是非常重要的。储能材料的研发正是为了解决能量供求在时间和空间匹配上的相互矛盾而提出来的。

储能技术是20世纪末发展起来的一项高新技术，是提高能源利用率的有效手段，而储能材料是储能技术的基础。目前，作为储能材料的重要组成部分的相变储能材料，已经受到越来越多的国内外相应专家的重视，引起了相关领域研究人员的极大兴趣，极具发展前景。相变储能材料是利用物质在相变过程中的吸、放热效应进行能量储存和温度调控的材料。该类材料因在相变过程中自身温度保持不变，可广泛应用于建筑和纺织领域。根据物质属性分类，相变储能材料可分为无机储能相变材料和有机储能相变材料。无机和有机相变储能材料分别具有各自的优点，但都存在一定的局限性。无机相变储能材料热导率高、阻燃性好且成本低，但是具有腐蚀性、易降解性、易过冷性，所有这些缺点都对其相变性能产生很大的影响。有机相变储能材料无腐蚀性、具有化学稳定性、没有过冷现象、单位体积的的相变潜热高，但是热导率低、相变时体积变化大，而且易燃。根据相变方式分类，相变储能材料可分为四类：固－固相变储能材料、固－液相变储能材料、固－气相变储能材料及液－气相变储能材料。由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体的存在，使材料体积变化比较大，因此尽管它们有很大的相变焓，但在实际应用中很少被选用，所以固－液相变储能材料和固－固相变储能材料是目前该领域研究的重点。由于固－液相变材料的相变潜热较大，其应用也相对较广。高级脂肪烃类(石蜡)和高级脂肪族醇、酸、酯类有机相变储能材料等都是最常用的固－液相变储能材料。该类同系有机相变储能材料的相变温度和相变焓会随着碳链的增长而增大，通过混合使用能够实现相变温度的可控。虽然这些相变材料拥有很高的相变焓和储能密度，却在使用过程中存在一个重大缺陷：每次吸放潜热都要经历固态－液态－固态的物理状态改变，这使其在反复多次相变后，极易泄露、流失。为了解决上述问题，一个较优的方法是将相变储能材料封装成微胶囊。此外，封装后的相变储能材料尺度小，单位换热面积大，因而换热效率较高。

目前对相变储能材料进行封装的主流技术是以聚合物为壁材。如中国专利CN 103170289A，该专利采用石蜡为芯材、三聚氰胺－甲醛树脂为壁材，利用原位聚合法制备微胶囊相变储能材料。聚合物壁材所存在的主要缺陷是其导热性差，导热系数仅0.12W·m^-1·K^-1左右，从而造成微胶囊相变储能材料的热响应减慢，易产生过冷现象。无机材料具有高分子材料无法比拟的高强度、难燃性、高热稳定性、高导热性(导热系数通常在1.3W·m^-1·K^-1以上)和材质更致密等特性，所形成的“壳－芯”微胶囊结构更趋稳定。目前针对基于硅氧基的无机壁材微胶囊相变储能材料的原位溶胶－凝胶法和界面聚合法合成技术已渐趋成熟。目前，已经有公开的制备二氧化硅包覆相变储能材料的发明专利，如中国专利CN 101824307A，该专利采用溶胶－凝胶法，在低温条件下通过表面活性剂模板法合成了形状稳定的二氧化硅包覆石蜡的微胶囊相变储能材料。