[发明专利]一种有机-无机杂化壳双功能相变胶囊及其制备方法

说明书

本发明为一种有机‑无机杂化壳双功能相变胶囊及其制备方法。该材料的组成包括主体材料、单体、引发剂和乳化剂；各成分质量百分比含量为:主体材料25％‑75％、单体30％‑50％、引发剂0.5％‑3％、乳化剂2％‑20％；所述的主体材料为熔点为5‑58℃的工业有机石蜡；制备中通过Pickering乳液聚合制备微米至纳米级粒径可调的聚二乙烯基苯/TiO₂杂化壳双功能相变胶囊。本发明中在不添加助乳化剂的条件下通过高速分散预处理有机‑无机混合相使得有机‑无机杂化壳双功能相变胶囊具有更小的微纳米尺寸，制备的胶囊具有更好的导热性能和机械性能；在提高传热速率的同时又兼具优异的甲醛光降解性能。

技术领域

本发明涉及储能和光降解有机污染物纳米材料领域，具体涉及一种有机-无机杂化壳双功能相变胶囊及其制备方法。

背景技术

近年来，世界范围内的能源需求主要由化石燃料来满足，这使得化石燃料不断被消耗，环境问题变得越来越紧迫。特别是近几年来，我国建筑能耗占全年能源生产的20％，这使得可再生能源的利用越来越受到重视。然而，像太阳能这样的可再生能源本质上是间歇性的，需要存储系统进行储能。利用建筑围护结构中的相变储热系统进行储能是降低建筑能耗、改善客厅舒适性的有效途径之一，越来越受到人们的重视。

传统的有机相变材料因其具有强化学/热稳定性，低成本和高焓值在室内温度调节、工业生产热流传导等方面得到大规模应用。然而，这些有机相变材料同样存在一些缺点，即易燃、有毒、液体泄漏和导热系数低等。此外，有机相变材料与建筑中使用的周围材料结合时存在兼容性问题。将有机相变材料通过一定技术封装在有机聚合物壳层或者无机壳层微胶囊中可以部分解决有机相变材料自身存在的一些缺点，提高其利用效率。值得注意的是，有机-无机杂化壳材料可以集成有机/无机材料的优点，赋予相变胶囊更优的性能。因此，新型的有机-无机杂化壳材料相变胶囊在日常生活和工业生产中有巨大的应用潜力。

制备有机-无机杂化壳相变胶囊常用的方法主要有：原位聚合法、溶胶-凝胶法，悬浮聚合法和Pickering乳液聚合等。Pickering乳液聚合作为一种新型简单的方法受到越来越多的关注。然而，在聚合过程中一般需要加入额外的助乳化剂解决Pickering无机颗粒乳化性不足的问题，这势必会造成一定的环境污染。此外，在有机-无机杂化壳相变胶囊表面，无机颗粒因其与有机聚合物壳层缺少结合位点易于脱落，造成有机相变材料的泄露和导热性能的降低。

室内有机污染物甲醛对人体健康造成严重危害，二氧化钛(TiO₂)作为一种有效的甲醛光降解材料因其成本低、稳定性好、光催化活性高等优点是目前最具吸引力的半导体光催化材料之一。然而，在低温条件下其光降解甲醛的能力远不及高温时。将TiO₂颗粒与有机相变材料相结合，利用相变材料固-液相转变过程中释放的热量提高光降解甲醛效率时一种有效的途径。因此，通过一种环境友好型的方法设计并制备一种高焓值、高导热性，兼具甲醛光降解能力的有机-无机杂化壳双功能相变胶囊是缓解能源供需不平衡、降低室内有机气体危害的有效方法。专利201910158566X中采用单一有机物壳层，存在导热性能差、壳层易收缩和功能性单一等不足。

因此，开发一种高潜热、高稳定性、高导热性、环境友好型的复合储能材料仍然是储能材料研究领域的重点方向。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种有机-无机杂化壳双功能相变胶囊及其制备方法。该材料选用有机相变材料-工业石蜡作为相变核心材料，在不添加助乳化剂情况下加入TiO₂纳米颗粒，通过Pickering乳液聚合制备微米至纳米级粒径可调的聚二乙烯基苯/TiO₂杂化壳双功能相变胶囊。与传统的Pickering乳液制备的相变胶囊相比，本发明中通过高速分散预处理有机-无机混合相使得有机-无机杂化壳双功能相变胶囊具有更小的微纳米尺寸，具有更好的导热性能和机械性能；既可提高传热速率又兼具优异的甲醛光降解性能。

本发明的技术方案为：