嵌入式导热增强相变储能微胶囊及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于相变储能材料技术领域，特别涉及一种相变储能微胶囊及其制备方法。
【背景技术】
[0002]利用相变材料的相变潜热来存储热能的技术，具有储能密度大、蓄放热过程近似等温、过程易于控制等优点，可以提高能源利用率和实现智能控温功能，已在微气候调节和改善人体舒适性方面显示出广泛的应用前景。为了克服相变材料渗漏、腐蚀性，以及长时间使用稳定性差等问题，国内外一般是借助于微胶囊技术将相变材料封装成能量微球，从而制备出复合定形相变材料，相变过程在微胶囊内完成，避免相变材料的渗漏和腐蚀问题，不但满足绿色环保的要求，而且相变材料的耐久性也得以提高。由于相变微胶囊的这些优点，其应用领域包括纺织品、潜热型功能流体、建筑物，以及军事和农业等。
[0003]相变微胶囊的制备方法有复凝聚法、原位聚合法和界面聚合法等，利用这些方法，人们制备出不同功能、不同用途的微胶囊相变材料，但主要是针对提高微胶囊的储热能力、密封性和使用寿命方面的研宄。如Fan等利用原位聚合法制备了密胺树脂包覆正十八烷的微胶囊，研宄了环己烷的加入对于改善微胶囊热稳定性和渗漏性能的影响。又如张会平等同样采用原位聚合法制备了相变储能蜡微胶囊，讨论了 NaCl、分散剂种类和用量对微胶囊性能和形貌的影响，发现向预缩合物溶液中加入一定量的NaCl，能显著提高微胶囊的潜热。
[0004]为了进一步改善微胶囊的力学性能、热稳定性和导热性，并赋予其他功能，近年来人们开始尝试对微胶囊的核-壳结构进行改性。时雨荃等以纳米T12粒子为填充材料，液体石蜡为芯材，脲醛树脂为壁材，制备了具有双层结构的相变微胶囊，内壳层为纯尿醛树月旨，外壳层为纳米T12/尿醛树脂复合材料。纳米T12的引入不仅改善了相变微胶囊的基本性能，还使其具备抗紫外线功能。Chang等以正十八烷为芯材，通过溶胶-凝胶法在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壁材中引入S12无机相，而且随着熟化反应时间的延长，壁材中S12含量也逐渐增加。Song等研宄了纳米银颗粒复合相变微胶囊的热稳定性，纳米复合相变微胶囊比传统相变微胶囊有更高的热稳定性。近期公开了一种利用原位聚合法在密胺树脂壁材中镶嵌纳米氧化铝的相变微胶囊制备方法，可以显著提高相变微胶囊的热稳定性，还可在一定范围内对微胶囊的相变特征进行调节。
[0005]目前这些对微胶囊的核-壳结构进行改性并不十分令人满意，经研宄发现依然存在稳定性和热传导性能不高，从而导致对环境温度变化相应不够迅速。
[0006]为了进一步提高微胶囊的稳定性和热传导性能，宋庆文等成功将多壁碳纳米管掺入到三聚氰胺-甲醛树脂包覆的溴代十六烷微胶囊中，制得平均粒径为2.47?5.44 μ m的碳纳米管复合相变微胶囊。
[0007]但是研宄发现用脲醛树脂或密胺树脂包封的相变微胶囊制备虽然路线简单、工艺比较成熟，但是利用甲醛单体制备壁材的相变微胶囊在使用过程中往往会甲醛的释出，危害工人健康，不符合环保要求。因此，如何制备出一种既安全环保又具有优异稳定性和热传导性能以及高潜热是本发明研宄重点。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种相变储能微胶囊及其制备方法，以解决现有相变储能微胶囊热传导性能、稳定性不高，制备方法存在危害健康和环保的技术问题。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下:
[0010]一种相变储能微胶囊，其包括微胶囊壳体和设置在所述微胶囊壳体内的相变复合芯材；其中，所述相变复合芯材包括熔点为10-70°C油溶性有机相变材料和掺杂在所述油溶性有机相变材料中的鳞片石墨；所述微胶囊壳体为掺杂有鳞片石墨的聚脲化合物，且所述相变复合芯材和聚脲化合物中掺杂的所述鳞片石墨总量占相变储能微胶囊质量的
0.5% -3%。
[0011]以及，一种相变储能微胶囊的制备方法，包括如下步骤:
[0012]将熔点在10_70°C的油溶性相变材料、二异氰酸酯单体和鳞片石墨在所述油溶性相变材料熔点以上的温度进行混料处理，得到油相混合物；其中，所述油溶性有机相变材料、鳞片石墨和二异氰酸酯单体三者质量比为100:(1-4): (40-90)；
[0013]将所述油相混合物与阴离子型乳化剂的水溶液混合后于所述油溶性相变材料熔点以上的温度进行乳化处理，获得乳液；
[0014]将有机胺单体水溶液加入所述乳液中，使所述有机胺单体扩散至所述乳液液滴表面进行聚合反应，生成含鳞片石墨的聚脲包覆的相变微胶囊；
[0015]将含有所述相变微胶囊的聚合反应溶液进行固液分离、洗涤和干燥处理。
[0016]本发明相变储能微胶囊采用聚脲化合物为微胶囊壳体，有效提高了本发明相变储能微胶囊的力学性能。在微胶囊壳体和相变复合芯材均掺杂适量的鳞片石墨，从而有效提高了本发明相变储能微胶囊的热传导性能，从而使得本发明相变储能微胶囊的相变储能效果更好。
[0017]本发明相变储能微胶囊制备方法采用二异氰酸酯单体与有机胺单体在油溶性相变材料微粒表面采用界面聚合法生成聚脲化合物壳层，从而有效提高了本发明相变储能微胶囊的力学性能，将鳞片石墨均匀分散在油相材料中，这样在聚合反应过程中使得鳞片石墨能够均匀且牢固的分布在相变复合芯材和微胶囊壳体中，起到良好的热传导作用，同时也能灵活鳞片石墨，以便制备一系列掺杂不同质量分数和不同尺寸鳞片石墨的相变储能微胶囊。另外，通过将鳞片石墨事先与油溶性相变材料混合，从而显著提高了本发明相变储能微胶囊制备方法的效率，使其工艺易控制，从而使得制备的相变储能微胶囊结构和性能稳定，而且安全环保。
【附图说明】
[0018]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0019]图1为本发明实施例中制备的相变储能微胶囊的光学显微镜照片；
[0020]图2为本发明实施例1中制备的相变储能微胶囊的SEM图片；
[0021]图3为本发明实施例相变储能微胶囊制备方法流程图；
[0022]图4为本发明实施例掺杂不同含量的鳞片石墨相变微胶囊的导热系数图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]本发明实施例提供一种热传递性能高，力学性能强的相变储能微胶囊，其结构形态如图1-2所示。该相变储能微胶囊包括微胶囊壳体和设置在所述微胶囊壳体内的相变复合芯材。其中，所述相变复合芯材包括熔点为10-70°C油溶性有机相变材料和掺杂在所述油溶性有机相变材料中的鳞片石墨；所述微胶囊壳体为掺杂有鳞片石墨的聚脲化合物，且所述相变复合芯材和聚脲化合物中掺杂的所述鳞片石墨总量占相变储能微胶囊质量的0.5%-3%。这样本发明实施例相变储能微胶囊采用聚脲化合物为微胶囊壳体，有效提高了相变储能微胶囊的力学性能。
[0025]为了优化本发明实施例相变储能微胶囊的力学性能，在一实施例中，所述微胶囊壳体占所述相变储能微胶囊质量的10% -40%。
[0026]上述实施例相变储能微胶囊在其微胶囊壳体和相变复合芯材中均掺杂适量的鳞片石墨，从而有效提高了本发明实施例相变储能微胶囊的热传导性能，使得本发明相变储能微胶囊的相变储能效果更好。其中，该掺杂的鳞片石墨可以是随机分布在微胶囊壳体或相变复合芯材内的。鳞片石墨的分布方式可以是镶嵌在微胶囊壳体或相变复合芯材内，也可以是贯穿于微胶囊壳体和相变复合芯材。
[0027]为了优化本发明实施例相变储能微胶囊热传导性能，在一实施例中，鳞片石墨选用100-1000目鳞片状石墨。
[0028]通过对鳞片石墨尺寸的优化，进一步提高相变储能微胶囊的力学性能和热传导性會K。
[0029]另外，对本发明实施例相变储能微胶囊电子显微镜扫描分析得知，该相变储能微胶囊表面呈现类似于高尔夫球的网状结构。
[0030]上述实施例相变储能微胶囊相变复合芯材中的油溶性有机相变材料选用碳数为16-40的直链烷烃、石蜡中的至少一种。该相变材料具有优异的相变存储热能性能。在具体实施例中，该碳数为16-40的直链烷烃可以是正十六烷、正十八烷、正二十二烷和正二十八烷中的至少一种。
[0031]相应地，本发明实施例还提供了上文本发明实施例相变储能微胶囊的一种制备方