一种低温热控相变微胶囊及其制备方法
【专利摘要】本发明提出一种低温热控相变微胶囊及其制备方法，以石蜡烷烃为芯材，以脲醛树脂为壳体，还含有导热填料，导热填料在脲醛树脂包覆石蜡烷烃过程中添加，导热填料添加量为石蜡烷烃质量的5％～30％。本发明制备低温热控相变微胶囊为固-固相变，可避免熔融流动和渗透迁移问题，相变温度范围宽、潜热大、过冷度小、相变过程稳定且相变可逆外，材料还具有较高的导热性，作为一种较理想的热控相变材料，可广泛用在航空航天、精密仪器仪表、电子器件等热防护领域。
【专利说明】-种低温热控相变微胶囊及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低温热控相变微胶囊及其制备方法，属于新型储能材料技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着能源需求的日益增加，能源资源紧缺和匿乏已显得特别突出，因此，节能、省 能和高效利用其它可再生能源已成为能源领域中的重要内容。利用相变材料的相变潜热进 行能量的储存（蓄冷、蓄热）是一项新型的环保节能技术，它可W解决能源的需求与供给之 间在时间和空间上的不匹配，可W实现对能源进行高效管理。相变材料按照相变方式的不 同，可分为固-固相变材料、固-气相变材料和固-液相变材料；按照材料组成的不同，可 分为无机相变材料和有机相变材料；按其相变温度，可W分为高温（250?IOOCTC )、中温 (100?25(TC )和低温相变材料（0?IOOC )。
[0003] 石蜡作为低温的固-液相变材料可根据需要选择广泛、相变行为稳定、来源丰富、 价格低廉的特点，因此常常作为相变控温和储热材料使用。然而，石蜡在固液相变时易与 其它被惨和的材料发生作用，在实际应用中受到限制，微胶囊化是解决该一问题的一种有 效方法。将相变材料微胶囊化，可有效解决相变材料的泄漏、相分离及腐蚀性等问题，克服 了相变材料直接使用带来的局限性，因而广泛用于太阳能利用、工业余热废热回收、建筑节 能、恒温服饰、蓄冷蓄热空调W及电器件恒温等能源、材料、航空航天、军事隐身、纺织、电 力、医学仪器、建筑等领域。
[0004] 目前，制备微胶囊的外壳多用脈酵树脂。鄙巧等在文献"微胶囊相变材料的原位 聚合法合成与性能[J].华南理工大学学报，2009, 37巧）=139-143."中W石蜡为芯材、脈酵 树脂为壁材，采用原位聚合法制备微胶囊，并且分析了微胶囊的表观形态、热性能及粒径分 布。Choi 在文献"Preparation of microcapsules containing phase change materials as heat transfer media by in-situ polymerization[J]. Journal of Industrial and !Engineering Chemistry, 2001，7化）：358-362."用原位聚合法合成了 W二聚氯胺一甲酵树 脂为壳的正十四焼微胶囊，所用乳化剂为SMA(苯己帰一马来酸酢共聚物）将预备好的正 十四焼乳化液加入水溶性二聚氯胺一甲酵预聚体体系中，在6(TC水浴和6(K)r/min的机械 揽拌下聚合化得到相变微胶囊。中国专利CN 102653671A、CN1506434A、CN101434832A、 CN102311720A和CN101397489A均报道了采用石蜡类相变材料，微胶囊包覆后形成固-液 相变材料，相变材料结构稳定；中国专利CN 1570014A中采用乳化、预聚分别进行、再进行 两次包覆工艺，W正十四焼等为芯材，壳层W密胺树脂为内壳、PEG200改性树脂为外层复合 的复合层结构，制得的微胶囊具有良好的分散性和较低的过冷度，相变潜热较高。中国专利 CN103409117A公开一种低温相变石蜡的方法，将高烙点固体石蜡和低烙点液体相变材料按 一定配合复配成相变温度低和成本合适的相变石蜡材料。上述公开的专利虽W石蜡为囊 芯，采用原位聚合法获得相变微胶囊，都存在热导率低问题，一般小于0. 15W/(m. k)，不适合 用在电子器件等热控领域。由于电子器件一般工作在0?3(TC的温度范围内，所允许的最 高温度不超过8(TC，因此，需要一种温度合适、潜热大、高导热性的相变材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种相变潜热大、导热性好、无毒无 腐蚀性、稳定性良好且相变温度点在5C?3(TC的低温热控相变微胶囊及其制备方法。
[0006] 本发明的技术解决方案；一种低温热控相变微胶囊，W石蜡焼姪为芯材，W脈酵树 脂为壳体，还含有导热填料，导热填料在脈酵树脂包覆石蜡焼姪过程中添加，导热填料添加 量为石蜡焼姪质量的5%?30%。
[0007] 如表1所示，为一些有机焼姪相变材料的DSC测试（速率5C /min)，为本领域技 术人员对相变微胶囊的芯材及其相关应用提供更广的选择范围。表1中，正十四焼的烙值 高于正十五焼、正十走焼的相变烙值，原因是受空间构型的影响，含奇数的与含偶数的碳原 子的焼姪在DSC测试中性能有所不同，含偶数的碳原子焼姪（正十四焼）DSC测试只有一个 峰，但含奇数的碳原子焼姪除一大峰外还带有一小峰，小峰在低温出现（正十五焼在2C左 右出现小峰）吸热为无效潜热，经常不考虑舍弃，因此，表1中显示的是正十五焼、正十走焼 的有效烙值。
[0008] 表 1
[0009]
【权利要求】
1. 一种低温热控相变微胶囊，以石蜡烷烃为芯材，以脲醛树脂为壳体，其特征在于：还 含有导热填料，导热填料在脲醛树脂包覆石蜡烷烃过程中添加，导热填料添加量为石蜡烷 烃质量的5%?30%。
2. 根据权利要求1所述的一种低温热控相变微胶囊，其特征在于：所述的导热填料为 碳粉、铝粉、氮化铝粉或碳纤维中的一种或几种的混合。
3. 根据权利要求1或2所述的一种低温热控相变微胶囊，其特征在于：所述的导热填 料为碳粉和碳纤维，碳纤维的含量不超过导热填料的50%。
4. 一种低温热控相变微胶囊制备方法，其特征在于，在脲醛树脂包覆石蜡烷烃过程中 加入导热填料，导热填料加入时机为包覆反应进行1?2小时后。
5. 根据权利要求4所述的一种低温热控相变微胶囊制备方法，其特征在于，制备过程 包括以下步骤， 第一步，石蜡烷烃预热处理； 第二步，脲醛树脂预聚物合成； 第三步，SMA溶液、水和无机盐聚合反应； 第四步，物料混合，得到混合物； 第五步，混合物剪切乳化，得到固-液相变预聚体混合乳液； 第六步，往固-液相变预聚体混合乳液滴加酸,开始包覆反应，调节PH值为5?6 ; 第七步，包覆反应进行1?2小时后，往混合乳液中加入导热填料，搅拌均匀后再滴加 酸，调节PH值为3?4,继续至包覆反应完成； 第八步，抽滤干燥后得到低温热控相变微胶囊。
6. 根据权利要求4或5所述的一种低温热控相变微胶囊制备方法，其特征在于，所述导 热填料加入量为石蜡烷烃质量的5%?30%。
7. 根据权利要求4或5所述的一种低温热控相变微胶囊制备方法，其特征在于，所述的 导热填料为碳粉、铝粉、氮化铝粉或碳纤维中的一种或几种的混合。
8. 根据权利要求4或5所述的一种低温热控相变微胶囊制备方法，其特征在于，所述的 导热填料为碳粉和碳纤维，碳纤维的含量不超过导热填料的50%。
9. 根据权利要求4或5所述的一种低温热控相变微胶囊制备方法，其特征在于，所述导 热填料分批次加入，缓慢搅拌至分散均匀，搅拌速率为100?600转/分钟。
10. 根据权利要求4或5所述的一种低温热控相变微胶囊制备方法，其特征在于，所述 包覆反应的温度为50?70°C。
【文档编号】B01J13/14GK104357019SQ201410548969
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】王瑞杰, 党广洲, 金兆国, 周清, 彭磊, 郭慧, 贺剑, 詹万初, 刘斌, 裴雨辰 申请人:航天特种材料及工艺技术研究所