CN112724933A - 一种微胶囊相变储能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微胶囊相变储能材料及其制备方法，将表面活性剂溶解于去离子水中，添加相变储能材料，搅拌反应形成芯材乳液；制备可溶性钡盐溶液，逐滴加入到芯材乳液中，搅拌反应得到固液混合物；将所得固液混合物过滤、洗涤、干燥，获得微胶囊相变储能材料。本发明制备过程中，通过硫酸钡沉淀的方式高效包覆相变材料乳液滴液，所制得的微胶囊相变储能材料形貌完整，导热系数和阻燃性均较高。
Description
技术领域
本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种微胶囊相变储能材料及其制备方法。
背景技术
相变储能技术是能量存储形式的一种，将暂时不用或者多余的热量储存在适当的介质中，在合适的时机将其释放出来，以达到热量供给与时间地点的匹配，提高能源的利用效率。相变材料是相变储能技术的核心内容之一，通过微胶囊化技术将其包覆成微胶囊相变储能材料（Microencapsulated Phase Change Materials，MCPCMs），可以有效避免固-液相变材料因为熔化漏液带来的不便。
通常，微胶囊相变储能材料的制备方法主要有原位聚合法、界面聚合法和乳液聚合法。这些传统制备技术多以有机壁材为主，有一定毒副作用且耐热稳定性差。此外，上述方法制备工艺较繁琐，需要严格控制合成温度及反应体系酸碱度，因此，在规模化推广和使用过程中存在不利因素。2010年以来，无机壁材逐渐成为研究人员关注的焦点，利用“化学沉积”等高度自组装方式制备无机壁材微胶囊相变储能材料，有助于将其推广应用。
CN105219352A公开了一种储能复合微胶囊的制备方法，以无机碳酸钙为壁材，包封液体石蜡和氯化钙水合物芯材，加工而成相变储能复合有机-无机微胶囊，其相变温度22℃，可用于建筑保温、隔热和储能。该方法选用液体石蜡和氯化钙水合物作为芯材，其储热密度大，但是石蜡和氯化钙分别属于有机相变材料和无机相变材料，二者兼容性存在问题。而且，在制备微胶囊相变储能材料过程中，单纯采用OP-10作为乳化剂，乳化效果欠佳；产生的氨气容易造成环境污染，不利于工业推广使用。
CN109054768A公开了一种石蜡@碳酸钙相变微胶囊的制备方法。制备石蜡乳液，逐滴加入氯化钙水溶液，搅拌4～5h；再滴加碳酸钠水溶液，搅拌反应7～9h，结束后用蒸馏水洗涤，干燥后得到样品。该方法制备的微胶囊导热系数有所增强，适用于热能存储和热调节领域。但是，在合成微胶囊阶段，氯化钙以自由分散方式散落在乳液体系中，并未很好地约束在乳液液滴周围，随后滴加碳酸钠，形成的碳酸钙壁材极易造成薄厚不均，或者是碳酸钙沉淀直接散布在微胶囊溶液中，导致其相变潜热值下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种微胶囊相变储能材料及其制备方法。制备过程中，通过硫酸钡沉淀的方式高效包覆相变材料乳液滴液，所制得的微胶囊相变储能材料形貌完整，导热系数和阻燃性均较高。
本发明提供的微胶囊相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将表面活性剂溶解于去离子水中，添加相变储能材料，搅拌反应形成芯材乳液；
（2）制备可溶性钡盐溶液，逐滴加入到芯材乳液中，搅拌反应得到固液混合物；
（3）将所得固液混合物过滤、洗涤、干燥，获得微胶囊相变储能材料。
在步骤（1）中，所述的表面活性剂选自阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的组合，其中阴离子型表面活性剂可以是十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等中的至少一种，优选十二烷基硫酸钠；非离子型表面活性剂可以是辛烷基酚聚氧乙烯醚-10、壬基酚聚氧乙烯醚-10等中至少一种，优选辛烷基酚聚氧乙烯醚-10。阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂的质量比为（0.5～3.5）：1，优选（0.75～1.25）：1。
在步骤（1）中，所述的相变储能材料选自相变温度为20℃～40℃的有机相变材料中的至少一种，如石蜡、正十八烷、正十二醇等中的至少一种，优选石蜡。
在步骤（1）中，所述的表面活性剂、去离子水和相变储能材料的质量比为（0.01～0.1）：（5～15）：1，优选（0.03～0.06）：（7～12）：1。
在步骤（1）中，所述的搅拌反应的温度为45℃～85℃，优选50℃～60℃；搅拌转速为600rpm～1500rpm，优选700rpm～1000rpm；反应时间为10min～60min，优选20min～30min。
在步骤（2）中，所述的可溶性钡盐选自氯化钡、硝酸钡等中的至少一种，可溶性钡盐溶液的浓度为0.5～2mol/L，优选0.8～1.3mol/L。
在步骤（2）中，所述的逐滴加入为0.5～5.5mL/min，优选1～2mL/min。所述的芯材乳液与可溶性钡盐溶液的质量比为1：（0.05～1.5），优选1：（0.08～1.25）。
在步骤（2）中，所述的搅拌温度为45℃～85℃，优选50℃～60℃；搅拌转速为300rpm～800rpm，优选400rpm～600rpm；反应时间为0.5h～6h，优选2h～4h。
在步骤（3）中，所述固液混合物采用常规过滤方式，得到的固体进行洗涤，洗涤溶剂选自去离子水、无水乙醇、石油醚等中的一种或几种，优选质量比为2:1的去离子水和无水乙醇。
在步骤（3）中，所述的干燥温度为35℃～80℃，优选45℃～55℃；干燥时间为12h～36h，优选18h～26h。
本发明所述的微胶囊相变储能材料是采用上述本发明方法制备的，包覆率大于70%。所述微胶囊相变储能材料的粒径为0.3μm～1.5μm，熔化焓值和凝固焓值分别大于90J/g，导热系数为0.65～1.57 W·m-1·k-1，抗压强度大于0.5MPa，极限氧指数大于27。
本发明制备的微胶囊相变储能材料可用于工业余热回收、太阳能蓄热调温、民居建筑物保温等多个技术领域。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明采用化学沉积法将可溶性钡盐壁材均匀地分散、包裹在芯材乳液液滴外生成微胶囊相变储能材料，在保持传统无机壁材与民用建材较好的亲和效果的前提下，由于其本身具有较高的导热系数和良好的隔氧、阻燃效果，所以显著改善微胶囊相变储能材料的阻燃性和传热性能，使其更加适用于民居和办公建筑环境。
（2）本发明化学沉积法是将钡离子与表面活性剂链端的硫酸根发生反应，生成沉淀，其步骤少、靶向性强、包覆效果紧密，不同于传统化学沉积法需要同时引入两种盐类在乳液体系中发生沉淀反应。而且，少量表面活性剂烃类分子链的存在，有助于壁材增韧增强。
（3）本发明采用阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的组合用于化学沉积法中分散氧化铝壁材以包裹芯材，分散效果好，能够在相变材料外部生成致密且均匀的壁材。离子型表面活性剂的烃类分子链易于亲和有机相变材料，非离子型表面活性剂可以增强乳液体系稳定性，同时调控微胶囊尺寸。
（4）本发明操作简单，原料来源广泛，经济环保，有利于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1、石蜡和硫酸钡相变微胶囊的红外光谱图（FT-IR）。
图2为实施例1制备材料的扫描电镜照片（SEM）。
图3为石蜡、实施例1、实施例2、比较例1和比较例2的硫酸钡壁材微胶囊相变储能材料的差式扫描量热曲线图（DSC）。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明硫酸钡壁材的微胶囊相变储能材料的制备方法和效果。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均从常规生化试剂商店购买得到。
实施例1
取0.2g十二烷基硫酸钠和0.2g辛烷基酚聚氧乙烯醚-10溶解于100g去离子水中，添加10g石蜡，在55℃下以800rpm反应25min，形成芯材乳液。取50mL 1mol/L的氯化钡水溶液，以1.25mL/min逐滴加入芯材乳液中，在55℃下以500rpm搅拌反应3h，得到固液混合物。将所得固液混合物过滤，并用质量比为2:1的去离子水和无水乙醇混合溶剂洗涤3次，在50℃下干燥24h，获得微胶囊相变储能材料。
图1的红外光谱图说明，实施例1样品的红外特征峰中同时出现芯材和壁材的红外特征峰，即微胶囊相变储能材料包覆效果良好。由图2可以看出，微胶囊相变储能材料呈椭球形，粒径尺寸在0.7μm～1.5μm之间。图3的差式扫描量热曲线可见，实施例样品的相变焓值高于比较例样品的相变焓值，与表1中的测量结果一致。
实施例2
取0.15g十二烷基硫酸钠和0.15g辛烷基酚聚氧乙烯醚-10溶解于70g去离子水中，添加10g石蜡，在50℃下以700rpm反应20min，形成芯材乳液。取30mL 1mol/L的氯化钡水溶液，以1mL/min逐滴加入芯材乳液，在50℃下以400rpm反应2h，得到固体混合物。将所得固液混合物过滤，并用质量比为2:1的去离子水和无水乙醇混合溶剂洗涤3次，再将抽滤所得物置于干燥箱中，45℃下干燥18h，获得微胶囊相变储能材料。
实施例3
取0.3g十二烷基硫酸钠和0.3g辛烷基酚聚氧乙烯醚-10溶解于120g去离子水中，添加10g石蜡，在55℃下以1000rpm反应30min，形成芯材乳液。取785mL 1mol/L的氯化钡水溶液，以2mL/min逐滴加入芯材乳液中，在60℃下以600rpm反应4h，得到固体混合物。将所得固液混合物过滤，并用质量比为2:1的去离子水和无水乙醇混合溶剂洗涤3次，再将抽滤所得物置于干燥箱中，55℃下干燥26h，获得微胶囊相变储能材料。
实施例4
同实施例1，不同在于采用壬基酚聚氧乙烯醚-10代替辛烷基酚聚氧乙烯醚-10，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例5
同实施例1，不同在于采用十二烷基苯磺酸钠代替十二烷基硫酸钠，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例6
同实施例1，不同在于采用正十八烷代替石蜡，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例7
同实施例1，不同在于采用正十二醇代替石蜡，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例8
同实施例1，不同在于芯材乳液制备过程中，将搅拌温度提高到80℃，搅拌转速降低到600rpm，时间延长到50min，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例9
同实施例1，不同在于将乳化剂十二烷基硫酸钠和辛烷基酚聚氧乙烯醚-10的添加量变为0.13g和0.27g，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例10
同实施例1，不同在于采用硝酸钡代替氯化钡，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例11
同实施例1，不同在于将氯化钡水溶液的浓度提高到2mol/L，体积减少到25mL，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例12
同实施例1，不同在于壁材的合成阶段，将搅拌温度降低到45℃，搅拌转速提高到800rpm，时间延长到0.5h，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例13
同实施例1，不同在于采用石油醚代替无水乙醇，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例14
同实施例1，不同在于省去无水乙醇，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
实施例15
同实施例1，不同在于将干燥温度提高到80℃，干燥时间缩短到12h，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
比较例1
同实施例1，不同在于芯材乳液制备阶段，只采用0.4g十二烷基硫酸钠，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
比较例2
同实施例1，不同在于芯材乳液制备阶段，以硫酸钠代替十二烷基硫酸钠，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
比较例3
同实施例1，不同在于芯材乳液制备阶段，只采用0.4g辛烷基酚聚氧乙烯醚-10，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
比较例3
同实施例1，不同在于壁材的合成阶段，采用氯化钙代替氯化钡，其它反应条件和物料组成不变，获得微胶囊相变储能材料。
比较例4
按照CN105219352A描述的方法，称取500g无水氯化钙，加水500g配成溶液；称取700g氢氧化钙加入上述溶液，称取50g硬脂酸加入到上述混合溶液中，同时添加OP-10乳化剂，乳化分散；将上述乳液分散在液体石蜡中，同时加入700g碳酸铵充分搅拌，过滤分离，得到相变储能复合微胶囊。
比较例5
按照CN109054768A描述的方法，将20份苯乙烯马来酸酐共聚物、5份氢氧化钠和65份蒸馏水混合，加热搅拌，用柠檬酸溶液和氢氧化钠溶液调节pH值为7，得到的溶液转移到三口烧瓶中，再加入15份石蜡，一定温度下机械乳化2.5h；将25份氯化钙溶于80份去离子水中，滴加到上述混合溶液中，以450rpm搅拌反应4.5h；再将30份碳酸钠溶解于75份去离子水中，滴加到上述混合溶液中，以250rpm连续搅拌8h，洗涤、干燥，冷却后得到相变微胶囊。
测试例1
测定实施例1-15和比较例1-5中的微胶囊相变储能材料的理化性质，具体结果见表1。采用差示扫描量热仪（DSC）测试微胶囊相变储能材料熔化和凝固两个过程的相变焓值，仪器型号为美国TA公司的Q20。高纯氮气氛围下、温度测试范围为-70℃～70℃，升温速率为10℃/min，样品重量约为5mg。采用日本Hitachi S-4700型场发射扫描电子显微镜（SEM）观察微胶囊相变储能材料的形貌及粒径尺寸。测试前，需对干燥后的样品进行喷金处理，增强其导电性，加速电压为20KV。采用湘仪仪器有限公司DRL-III-P型导热系数测试仪测定微胶囊相变储能材料的导热系数。采用东莞市恒科自动化设备有限公司HK-200型抗压强度测试仪测定微胶囊相变储能材料的抗压强度。采用江苏正瑞泰邦电子科技有限公司JF-3型氧指数测定仪测试微胶囊相变储能材料的极限氧指数。
其中，微胶囊相变储能材料包覆率=（微胶囊相变储能材料熔化焓值/相变材料熔化焓值）×100%。依据GB 2406-80规定，极限氧指数小于22属于易燃材料，极限氧指数在22～27间属于可燃材料，极限氧指数大于27属于难燃材料。
表1 实施例和比较例制备的微胶囊相变储能材料的理化性质
由表1可知，本发明制备的微胶囊相变储能材料具有良好的性质，实施例1中产品的熔化焓值和凝固焓值分别为104.5J·g-1和106.7J·g-1，连续使用50个周期后，熔化焓值和凝固焓值仍然保持在101J·g-1和102.4J·g-1，包覆率达到80%；其导热系数、抗压强度和极限氧指数分别为1.57W·m-1·k-1、1.2MPa和32。而比较例样品的熔化焓值和凝固焓值普遍低于90J·g-1，说明本发明制备的微胶囊相变储能材料由于采用协效体系和化学沉积制备技术，其各项性能指标均好于比较例样品。
Claims (14)
1.一种微胶囊相变储能材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将表面活性剂溶解于去离子水中，添加相变储能材料，搅拌反应形成芯材乳液；（2）制备可溶性钡盐溶液，逐滴加入到芯材乳液中，搅拌反应得到固液混合物；（3）将所得固液混合物过滤、洗涤、干燥，获得微胶囊相变储能材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述的表面活性剂选自阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂的组合，其中阴离子型表面活性剂是十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种，优选十二烷基硫酸钠；非离子型表面活性剂是辛烷基酚聚氧乙烯醚-10、壬基酚聚氧乙烯醚-10中至少一种，优选辛烷基酚聚氧乙烯醚-10。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂的质量比为（0.5～3.5）：1，优选（0.75～1.25）：1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述的相变储能材料选自相变温度为20℃～40℃的有机相变材料中的至少一种，优选石蜡、正十八烷、正十二醇中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述的表面活性剂、去离子水和相变储能材料的质量比为（0.01～0.1）：（5～15）：1，优选（0.03～0.06）：（7～12）：1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述的搅拌反应的温度为45℃～85℃，优选50℃～60℃；搅拌转速为600rpm～1500rpm，优选700rpm～1000rpm；反应时间为10min～60min，优选20min～30min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述的可溶性钡盐选自氯化钡、硝酸钡中的至少一种。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于：在步骤（2）中，可溶性钡盐溶液的浓度为0.5～2mol/L，优选0.8～1.3mol/L。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述的逐滴加入为0.5～5.5mL/min，优选1～2mL/min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述的芯材乳液与可溶性钡盐溶液的质量比为1：（0.05～1.5），优选1：（0.08～1.25）。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述的搅拌温度为45℃～85℃，优选50℃～60℃；搅拌转速为300rpm～800rpm，优选400rpm～600rpm；反应时间为0.5h～6h，优选2h～4h。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（3）中，洗涤溶剂选自去离子水、无水乙醇、石油醚中的一种或几种，优选质量比为2:1的去离子水和无水乙醇。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（3）中，所述的干燥温度为35℃～80℃，优选45℃～55℃；干燥时间为12h～36h，优选18h～26h。
14.一种微胶囊相变储能材料，其特征在于是采用权利要求1-13任意一项所述方法制备的。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20160034015A (ko) * | 2014-09-19 | 2016-03-29 | 강원대학교산학협력단 | 안정성 및 심물질의 서방성이 우수한 경화 마이크로캡슐의 제조방법 및 이에 의해 제조된 마이크로캡슐 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114752217A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-07-15 | 中国民用航空飞行学院 | 兼具阻燃和柔性的相变储热复合材料、制备方法及应用 |
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