一种相变储能材料的纳米胶囊及其制备方法与流程

本发明涉及相变储能材料的胶囊及其制备方法，特别涉及一种由无机材料作为壳层的相变储能材料的胶囊及其制备方法。

背景技术：
相变储能材料也即相变材料(PhaseChangeMaterials，PCMs)，因其在相变过程中能够存储或释放潜热，并且在存储和释放潜热的过程中温度恒定，而成为一种理想的热能存储材料，在太阳能利用、建筑节能、制冷系统、恒温织物等领域具有广泛的应用前景。相变储能材料包括固-液相变储能材料、固-固相变储能材料、固-气相变储能材料以及液-气相变储能材料，后两种相变储能材料在相变过程中会产生导致材料体积变化较大的气体，实际应用较少，而在具有应用优势的固-液相变储能材料上，其面临的应用困难在于相变后会出现材料熔融流动的现象，因此需要对该材料进行固定，其中对固-液相变储能材料的胶囊化是一种较为有效的固定方法。相变储能材料的胶囊是指以有机、无机或金属材料作为壳层材料(壳材)，以相变储能材料作为芯材，制成的核-壳结构粒子，根据胶囊尺寸，可以将其分为大胶囊(粒径>1mm)、微胶囊(粒径为1-1000μm)和纳米胶囊(粒径<1μm)。常见的相变储能材料的胶囊的芯材包括石蜡、聚乙二醇、脂肪酸及其酯、水合盐等多种类型，传统的相变储能材料的胶囊的壳材(壁材)包括密胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯等有机聚合物，近年来，因无机材料作为壳材(壁材)具有不释放有害气体、导热快、不燃和热稳定性高等的优势，无机材料开始用于相变储能材料的包覆，成为研究的热点。目前，公开报道的二氧化硅包覆相变储能材料的胶囊的尺寸大多在微米量级，即微胶囊。如公开号为CN101503618A的专利申请中公开了一种二氧化硅微胶囊化相变储能材料及其制备方法，以乙醇的水溶液为连续相，使相变储能材料乳化，滴加有机硅氧化合物，在碱性条件下制得了二氧化硅包覆的相变储能材料微胶囊，粒径在微米量级(10-30μm)；公告号为CN100494305C的专利中公开了一种二氧化硅包覆相变储能材料微胶囊的制备方法，使有机相变储能材料在水中乳化，加入正硅酸乙酯，在酸性条件下制得了相变储能材料微胶囊，其粒径也在微米量级；公告号为CN101824307B的专利中公开了一种微胶囊复合相变储能材料及其制备方法，由分散乳化剂、水、相变储能材料和正硅酸乙酯配制成乳液，在盐酸或氢氧化钠催化下，制得了相变储能材料微胶囊，其粒径同样在微米量级(17μm)。这些制备方法所采用的乳液体系中，液滴尺寸较大，因而所制备的二氧化硅包覆相变储能材料胶囊的粒径一般在10μm以上。与微胶囊相比，纳米胶囊具有更小的尺寸，不易破裂，比表面积更大，能提高热能存储或释放效率。Li等(ACSSustainableChem.Eng.2013,1,374-380)报道了采用原位乳液界面水解-缩合法制备二氧化硅包覆石蜡纳米胶囊，尺寸为200-500nm，但该方法由于乳液稳定性不够，所制备的纳米胶囊形貌不规则，团聚严重，产率较低(55％)，相变焓也较低(45.5J/g)，不利于实际应用；Latibari等(Energy2013,61,664-672)在乳液中通过溶胶-凝胶法制备了二氧化硅包覆棕榈酸纳米胶囊，但其步骤较为繁琐，溶胶-凝胶反应需分步进行，不能一锅完成。

技术实现要素：
基于上述现有技术的缺陷，本发明希望开发一种简便的相变储能材料纳米胶囊的制备方法，及其对应制得的形貌规则、相变焓和产率高的二氧化硅包覆相变储能材料的纳米胶囊。本发明通过以下技术方案达到上述目的：首先提出一种相变储能材料的纳米胶囊的制备方法，包括以下步骤：1)将相变储能材料与正硅酸乙酯在反应釜中混合形成油相；2)向步骤1)所述的油相中加入水与乙醇形成水相，其后加入乳化剂(离子型表面活性剂)并进行搅拌，使所述油相与水相混合形成乳液，乳液中油相于水相中分散形成纳米级的液滴；3)向所述乳液中加入碱性催化剂，使其进行反应，反应完成后即得到相变储能材料的纳米胶囊；其中所述储能材料与正硅酸乙酯的质量比为1:1～1:5，所述水相中水与乙醇的质量比为0.5:1～20:1，所述乳化剂为离子型表面活性剂，其用量为水相质量的0.2～5％，所述碱性催化剂的用量为水相质量的0.2～5％；且步骤2)所述搅拌与步骤3)所述反应均在加热下进行，加热的温度均为高于相变储能材料的熔点5～10℃。通过上述技术方案生成相变储能材料的纳米胶囊可以作为储热流体直接使用，也可将乳液进行过滤，对滤得的纳米胶囊进行去离子水洗涤和干燥则得到白色粉末状的相变储能材料的纳米胶囊，该相变储能材料的纳米胶囊也可进一步地与水泥、石膏或其它一些高分子材料共同制成调温复合材料，其优选的干燥条件为：自然风干燥数天或在50℃的真空烘箱中干燥24小时。优选的是其中所述相变储能材料与正硅酸乙酯的质量比为1:1～1:2。另外优选的是：所述水相中水与乙醇的质量比为1:1～2:1。另外优选的是：所述乳化剂用量为水相质量的1～3％。另外优选的是：所述水相与油相的质量比为10:1。另外优选的是：所述碱性催化剂的用量为水相质量的0.4～3％。在对水相与油相进行混合搅拌的过程中搅拌速度...