一种相变材料胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种相变材料胶囊及其制备方法。该胶囊以相变材料为囊芯，其特征在于囊壁材料中至少包括单体I聚合物，相变材料胶囊质量组成为：相变材料20.8~80.1%；单体I9~24.5%；乳化剂0.4~4.5%；引发剂1~50%；单体I包括但不限于支链含有10~50个碳原子的2-烷基苯胺、3-烷基苯胺、3-烷基吡咯或3-烷基噻吩中的至少一种，其中的烷基为直链结构；相变材料包括亲水性相变材料或亲油性相变材料；乳化剂为小分子乳化剂，包括阴离子型、阳离子型、非离子型或聚合物型乳化剂；引发剂包括但不限于氧化-还原引发剂。该制备方法通过悬浮聚合法或原位聚合法制备出相变材料胶囊。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相变材料技术，具体是，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。
技术介绍
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)禾口相变材料纳胶囊(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。但专利技术人的研究表明(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)』99_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，专利技术人分别研究了(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、十八醇和熔点 为56°C的石蜡对MicroPCMs中正十八烷过冷结晶的影响，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。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术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。本专利技术解决所述胶囊技术问题的方案是，设计一种相变材料胶囊，其特征在于该 胶囊以相变材料为囊芯，囊壁材料中至少包括单体I的聚合物，相变材料胶囊的质量组成 为相变材料20.8~80.1%;单体 I9~24.5%;乳化剂0.4~4.5%;引发剂1~50%，全部组分的质量分数之和为100%;所述的单体I包括但不限于2-烷基苯胺、3-烷基苯胺、3-烷基吡咯或3-烷基噻 吩中的至少一种，其中的烷基为直链结构、含有10 50个碳原子；所述的相变材料包括亲水性相变材料或亲油性相变材料；所述亲水性相变材料是 指水、水合无机盐或脂肪族聚醚；所述亲油性相变材料是指正构烷烃、石蜡、商代烃、正烷 醇、脂肪酸或脂肪酸酯；所述的乳化剂为小分子乳化剂，包括阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂、非离子型 乳化剂或聚合物型乳化剂；所述的引发剂包括但不限于氧化-还原引发剂、氯化铁、氯化铜、氯化锌、溴化铁、 溴化铜或溴化锌；所述囊芯的质量分数大于30%时，胶囊的电导率为420 1720S/cm。本专利技术解决所述制备方法技术问题的技术方案是，设计一种相变材料胶囊的制备方法，该制备方法采用本专利技术所述胶囊的质量组成和以下工艺以聚合单体为囊壁材料，以相变材料为囊芯，将所述质量分数的聚合单体、相变材料、乳化剂和引发剂的混合物，在0 90°C的温度下机械搅拌或超声波震荡，直至乳滴粒径达到1 1000微米或1微米以下，然后在引发剂作用下，使单体发生聚合反应，通过悬浮聚合法或原位聚合法，制备出相变材料胶囊；在制备相变材料胶囊过程中，所述相变材料、囊壁材料、乳化剂和引发剂的质5量分数为聚合体系总质量的20 40%，所使用溶剂的质量分数为聚合体系总质量的80 60% ；当囊芯为亲水性相变材料时，使用的分散剂是亲油性溶剂，包括三氯甲烷、四氯化碳、 1，2_ 二氯乙烷或1，1，2，2_四氯乙烷等；当囊芯为亲油性相变材料时，使用的分散剂是亲水 性溶剂，包括水、甲醇、乙醇、N, N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺。与现有技术相比，本专利技术的相变材料胶囊由于采用含有可结晶支链的聚合单体作 为囊壁材料，可以使支链在高于囊芯(相变材料)结晶温度以上10 20°C的温度下发生结 晶，形成的纳米晶区作为处于熔融状态的相变材料的晶核，诱导相变材料发生异相成核结 晶，从而消除其过冷结晶现象，并且具有导电性，一般电导率大于等于420S/cm;由于不需 要单独添加成核剂，相变材料的含量就可得以保证，因此储热量较大，且工艺简单，操作方 便、适本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种相变材料胶囊，其特征在于该胶囊以相变材料为囊芯，囊壁材料中至少包括单体Ｉ聚合物，相变材料胶囊的质量组成为：所述的单体Ｉ包括但不限于２－烷基苯胺、３－烷基苯胺、３－烷基吡咯或３－烷基噻吩中的至少一种，其中的烷基为直链结构、含有１０～５０个碳原子；所述的相变材料包括亲水性相变材料或亲油性相变材料；所述亲水性相变材料是指水、水合无机盐或脂肪族聚醚；所述亲油性相变材料是指正构烷烃、石蜡、卤代烃、正烷醇、脂肪酸或脂肪酸酯；所述的乳化剂为小分子乳化剂，包括阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂、非离子型乳化剂或聚合物型乳化剂；所述的引发剂包括但不限于氧化－还原引发剂、氯化铁、氯化铜、氯化锌、溴化铁、溴化铜或溴化锌；所述囊芯的质量分数大于３０％时，胶囊的电导率为４２０～１７２０Ｓ／ｃｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴祥，王建平，石海峰，王学晨，李红梅，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：12