嵌入式導(dǎo)熱增強(qiáng)相變儲能微膠囊及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于相變儲能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種相變儲能微膠囊及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用相變材料的相變潛熱來存儲熱能的技術(shù)，具有儲能密度大、蓄放熱過程近似等溫、過程易于控制等優(yōu)點，可以提高能源利用率和實現(xiàn)智能控溫功能，已在微氣候調(diào)節(jié)和改善人體舒適性方面顯示出廣泛的應(yīng)用前景。為了克服相變材料滲漏、腐蝕性，以及長時間使用穩(wěn)定性差等問題，國內(nèi)外一般是借助于微膠囊技術(shù)將相變材料封裝成能量微球，從而制備出復(fù)合定形相變材料，相變過程在微膠囊內(nèi)完成，避免相變材料的滲漏和腐蝕問題，不但滿足綠色環(huán)保的要求，而且相變材料的耐久性也得以提高。由于相變微膠囊的這些優(yōu)點，其應(yīng)用領(lǐng)域包括紡織品、潛熱型功能流體、建筑物，以及軍事和農(nóng)業(yè)等。
[0003]相變微膠囊的制備方法有復(fù)凝聚法、原位聚合法和界面聚合法等，利用這些方法，人們制備出不同功能、不同用途的微膠囊相變材料，但主要是針對提高微膠囊的儲熱能力、密封性和使用壽命方面的研宄。如Fan等利用原位聚合法制備了密胺樹脂包覆正十八烷的微膠囊，研宄了環(huán)己烷的加入對于改善微膠囊熱穩(wěn)定性和滲漏性能的影響。又如張會平等同樣采用原位聚合法制備了相變儲能蠟微膠囊，討論了 NaCl、分散劑種類和用量對微膠囊性能和形貌的影響，發(fā)現(xiàn)向預(yù)縮合物溶液中加入一定量的NaCl，能顯著提高微膠囊的潛熱。
[0004]為了進(jìn)一步改善微膠囊的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性，并賦予其他功能，近年來人們開始嘗試對微膠囊的核-殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性。時雨荃等以納米T12粒子為填充材料，液體石蠟為芯材，脲醛樹脂為壁材，制備了具有雙層結(jié)構(gòu)的相變微膠囊，內(nèi)殼層為純尿醛樹月旨，外殼層為納米T12/尿醛樹脂復(fù)合材料。納米T12的引入不僅改善了相變微膠囊的基本性能，還使其具備抗紫外線功能。Chang等以正十八烷為芯材，通過溶膠-凝膠法在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)壁材中引入S12無機(jī)相，而且隨著熟化反應(yīng)時間的延長，壁材中S12含量也逐漸增加。Song等研宄了納米銀顆粒復(fù)合相變微膠囊的熱穩(wěn)定性，納米復(fù)合相變微膠囊比傳統(tǒng)相變微膠囊有更高的熱穩(wěn)定性。近期公開了一種利用原位聚合法在密胺樹脂壁材中鑲嵌納米氧化鋁的相變微膠囊制備方法，可以顯著提高相變微膠囊的熱穩(wěn)定性，還可在一定范圍內(nèi)對微膠囊的相變特征進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0005]目前這些對微膠囊的核-殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性并不十分令人滿意，經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)依然存在穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性能不高，從而導(dǎo)致對環(huán)境溫度變化相應(yīng)不夠迅速。
[0006]為了進(jìn)一步提高微膠囊的穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性能，宋慶文等成功將多壁碳納米管摻入到三聚氰胺-甲醛樹脂包覆的溴代十六烷微膠囊中，制得平均粒徑為2.47?5.44 μ m的碳納米管復(fù)合相變微膠囊。
[0007]但是研宄發(fā)現(xiàn)用脲醛樹脂或密胺樹脂包封的相變微膠囊制備雖然路線簡單、工藝比較成熟，但是利用甲醛單體制備壁材的相變微膠囊在使用過程中往往會甲醛的釋出，危害工人健康，不符合環(huán)保要求。因此，如何制備出一種既安全環(huán)保又具有優(yōu)異穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性能以及高潛熱是本發(fā)明研宄重點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種相變儲能微膠囊及其制備方法，以解決現(xiàn)有相變儲能微膠囊熱傳導(dǎo)性能、穩(wěn)定性不高，制備方法存在危害健康和環(huán)保的技術(shù)問題。
[0009]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種相變儲能微膠囊，其包括微膠囊殼體和設(shè)置在所述微膠囊殼體內(nèi)的相變復(fù)合芯材；其中，所述相變復(fù)合芯材包括熔點為10-70°C油溶性有機(jī)相變材料和摻雜在所述油溶性有機(jī)相變材料中的鱗片石墨；所述微膠囊殼體為摻雜有鱗片石墨的聚脲化合物，且所述相變復(fù)合芯材和聚脲化合物中摻雜的所述鱗片石墨總量占相變儲能微膠囊質(zhì)量的
0.5% -3%。
[0011]以及，一種相變儲能微膠囊的制備方法，包括如下步驟:
[0012]將熔點在10_70°C的油溶性相變材料、二異氰酸酯單體和鱗片石墨在所述油溶性相變材料熔點以上的溫度進(jìn)行混料處理，得到油相混合物；其中，所述油溶性有機(jī)相變材料、鱗片石墨和二異氰酸酯單體三者質(zhì)量比為100:(1-4): (40-90)；
[0013]將所述油相混合物與陰離子型乳化劑的水溶液混合后于所述油溶性相變材料熔點以上的溫度進(jìn)行乳化處理，獲得乳液；
[0014]將有機(jī)胺單體水溶液加入所述乳液中，使所述有機(jī)胺單體擴(kuò)散至所述乳液液滴表面進(jìn)行聚合反應(yīng)，生成含鱗片石墨的聚脲包覆的相變微膠囊；
[0015]將含有所述相變微膠囊的聚合反應(yīng)溶液進(jìn)行固液分離、洗滌和干燥處理。
[0016]本發(fā)明相變儲能微膠囊采用聚脲化合物為微膠囊殼體，有效提高了本發(fā)明相變儲能微膠囊的力學(xué)性能。在微膠囊殼體和相變復(fù)合芯材均摻雜適量的鱗片石墨，從而有效提高了本發(fā)明相變儲能微膠囊的熱傳導(dǎo)性能，從而使得本發(fā)明相變儲能微膠囊的相變儲能效果更好。
[0017]本發(fā)明相變儲能微膠囊制備方法采用二異氰酸酯單體與有機(jī)胺單體在油溶性相變材料微粒表面采用界面聚合法生成聚脲化合物殼層，從而有效提高了本發(fā)明相變儲能微膠囊的力學(xué)性能，將鱗片石墨均勻分散在油相材料中，這樣在聚合反應(yīng)過程中使得鱗片石墨能夠均勻且牢固的分布在相變復(fù)合芯材和微膠囊殼體中，起到良好的熱傳導(dǎo)作用，同時也能靈活鱗片石墨，以便制備一系列摻雜不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同尺寸鱗片石墨的相變儲能微膠囊。另外，通過將鱗片石墨事先與油溶性相變材料混合，從而顯著提高了本發(fā)明相變儲能微膠囊制備方法的效率，使其工藝易控制，從而使得制備的相變儲能微膠囊結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，而且安全環(huán)保。
【附圖說明】
[0018]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0019]圖1為本發(fā)明實施例中制備的相變儲能微膠囊的光學(xué)顯微鏡照片；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例1中制備的相變儲能微膠囊的SEM圖片；
[0021]圖3為本發(fā)明實施例相變儲能微膠囊制備方法流程圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實施例摻雜不同含量的鱗片石墨相變微膠囊的導(dǎo)熱系數(shù)圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實施例與附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]本發(fā)明實施例提供一種熱傳遞性能高，力學(xué)性能強(qiáng)的相變儲能微膠囊，其結(jié)構(gòu)形態(tài)如圖1-2所示。該相變儲能微膠囊包括微膠囊殼體和設(shè)置在所述微膠囊殼體內(nèi)的相變復(fù)合芯材。其中，所述相變復(fù)合芯材包括熔點為10-70°C油溶性有機(jī)相變材料和摻雜在所述油溶性有機(jī)相變材料中的鱗片石墨；所述微膠囊殼體為摻雜有鱗片石墨的聚脲化合物，且所述相變復(fù)合芯材和聚脲化合物中摻雜的所述鱗片石墨總量占相變儲能微膠囊質(zhì)量的0.5%-3%。這樣本發(fā)明實施例相變儲能微膠囊采用聚脲化合物為微膠囊殼體，有效提高了相變儲能微膠囊的力學(xué)性能。
[0025]為了優(yōu)化本發(fā)明實施例相變儲能微膠囊的力學(xué)性能，在一實施例中，所述微膠囊殼體占所述相變儲能微膠囊質(zhì)量的10% -40%。
[0026]上述實施例相變儲能微膠囊在其微膠囊殼體和相變復(fù)合芯材中均摻雜適量的鱗片石墨，從而有效提高了本發(fā)明實施例相變儲能微膠囊的熱傳導(dǎo)性能，使得本發(fā)明相變儲能微膠囊的相變儲能效果更好。其中，該摻雜的鱗片石墨可以是隨機(jī)分布在微膠囊殼體或相變復(fù)合芯材內(nèi)的。鱗片石墨的分布方式可以是鑲嵌在微膠囊殼體或相變復(fù)合芯材內(nèi)，也可以是貫穿于微膠囊殼體和相變復(fù)合芯材。
[0027]為了優(yōu)化本發(fā)明實施例相變儲能微膠囊熱傳導(dǎo)性能，在一實施例中，鱗片石墨選用100-1000目鱗片狀石墨。
[0028]通過對鱗片石墨尺寸的優(yōu)化，進(jìn)一步提高相變儲能微膠囊的力學(xué)性能和熱傳導(dǎo)性會K。
[0029]另外，對本發(fā)明實施例相變儲能微膠囊電子顯微鏡掃描分析得知，該相變儲能微膠囊表面呈現(xiàn)類似于高爾夫球的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0030]上述實施例相變儲能微膠囊相變復(fù)合芯材中的油溶性有機(jī)相變材料選用碳數(shù)為16-40的直鏈烷烴、石蠟中的至少一種。該相變材料具有優(yōu)異的相變存儲熱能性能。在具體實施例中，該碳數(shù)為16-40的直鏈烷烴可以是正十六烷、正十八烷、正二十二烷和正二十八烷中的至少一種。
[0031]相應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供了上文本發(fā)明實施例相變儲能微膠囊的一種制備方