一种包覆石蜡基相变材料微胶囊及其制备方法与应用与流程

本发明属于储能相变材料，涉及一种包覆石蜡基相变材料微胶囊及其制备方法与应用。

背景技术：

1、能源是人类和社会存在发展的基础，人类和社会的发展与能源密不可分。由于世界经济的现代化，人类对能源的需求日益增加。如今，煤、石油、天然气等常规能源仍是大部分国家的主要供能载体，这就造成了两个巨大的问题：能源需求急速增长而储量明显减少，且再生能力有限，引发能源衰竭危机；化石能源使用过程中排放污染物，导致光化学烟雾、酸雨、雾霾等一系列环境问题，导致人类生存环境恶化。要解决人类当前的能源危机，必须要从有效提高能源利用效率和开发出替代能源以及充分利用可再生能源这两方面入手，这已成为目前全世界的重要研究课题。自上世纪七十年代以来，热能的储存和利用开始受到全世界学者和研究人员的重视。

2、热能储存技术在能量密度处于高值的时间或地区将热能储存起来，然后在能量密度处于低值的时间或地区将其释放，因而能有效提高不稳定热能源的利用率，同时能使太阳能等可再生能源得到充分的利用。其中，作为潜热储能载体的相变储能材料引起了科研工作者的关注。相变材料能够在时间和空间上解决能量失衡的矛盾，改善能源短少的现状。但是，固液相变材料在实际应用中存在着易泄漏，相分离与体积膨胀等问题，限制了其在各领域的发展与应用。通过对相变材料进行微胶囊包封能很好地解决以上问题。

3、近年来，相变材料微胶囊已成为太阳能、纺织、建筑、航空航天及军事等应用领域研究的热点。但是现有相变材料微胶囊存在相变潜热较小，蓄热稳定性较差的缺陷。

技术实现思路

1、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较大且蓄热稳定性好的包覆石蜡基相变材料微胶囊及其制备方法与应用。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供的一种包覆石蜡基相变材料微胶囊，包括芯材、及包裹于芯材外表面的囊壁，所述芯材为石蜡，所述囊壁为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物。

4、第二方面，本发明提供的一种如第一方面所述包覆石蜡基相变材料微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

5、s1、将乳化剂和水进行搅拌混合，得到水相；

6、s2、将石蜡加热熔化成液态，得到液态石蜡，将液态石蜡、混合单体、交联剂和引发剂进行混合，得到油相；所述混合单体包括苯乙烯和丁二烯。

7、s3、将步骤s1所得的水相和步骤s2所得的油相混合乳化后，升温聚合，经过滤、洗涤、干燥，得到所述包覆石蜡基相变材料微胶囊。

8、在本发明中，水相和油相在混合搅拌过程中能够形成稳定的水包油型乳液，乳化后升温，引发剂引发单体发生聚合反应，生成聚合物，随着反应的进行，聚合物逐渐增多，生成的聚合物与石蜡的相容性小，聚合物逐渐向水油两相之间的界面迁移，形成囊壁，从而将石蜡包覆于聚合物囊壁内。

9、作为本发明的优选实施方式，步骤s1中，搅拌混合的温度为50～80℃，转速为50～150rpm，时间为5～15min。

10、作为本发明的优选实施方式，步骤s1中，所述乳化剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。

11、本发明选择聚乙烯吡咯烷酮作为乳化剂，水相和油相通过混合搅拌能够形成稳定的水包油型乳液，在乳液聚合过程中，聚乙烯吡咯烷酮吸附在聚合物粒子表面。

12、作为本发明的优选实施方式，步骤s3中，所述水相中乳化剂的质量占所述油相中石蜡质量的0.5～6.5％，进一步优选为4～5％。

13、经研究发现，乳化剂的添加量适于控制为石蜡质量的4～5％。当乳化剂用量较小时，乳化剂分子不足以覆盖整个油水界面，而且在界面上排列松散，造成界面张力达不到最低，乳液体系不稳定。乳化剂用量过大，虽然界面张力降到最低，得到了稳定的乳液，但是可能会引起泡沫增多，影响乳液质量，如造成乳液过于粘稠，给使用带来不便，同时也会增加生产成本。因此，只有适量的乳化剂才能制出经济合理的稳定乳液。

14、作为本发明的优选实施方式，步骤s2中，所述混合单体由苯乙烯和丁二烯以2：5的质量比混合而成，所述混合单体的质量占所述石蜡质量的1.5～13.5％，进一步优选为8～12％，更进一步优选为9.5～12％。

15、经研究发现，当混合单体质量过少时，就不能对石蜡起到较好的包覆作用，相变潜热循环稳定性较差；混合单体质量过多时，形成的胶囊壁较厚，会使得相变材料的相变潜热有所降低，影响使用性能。

16、作为本发明的优选实施方式，步骤s2中，所述交联剂为季戊四醇四丙烯酸酯(petra)，所述交联剂的质量占所述石蜡质量的2～6％，进一步优选为5～5.5％。

17、经研究发现，交联剂过多时，会使得分子网络交联程度过高，但会使得材料变脆，韧性变差，强度下降，甚至会使相变潜热较小，不利于实际应用；交联剂过少，则会对使得分子间不易键合，影响囊壁的形成，不能对石蜡起到较好的包覆作用，使得相变材料的相变潜热及耐久性变差，还会使材料的力学性能较差。

18、作为本发明的优选实施方式，步骤s2中，所述引发剂为偶氮类引发剂，所述引发剂的质量占所述石蜡质量的1～5％。

19、作为本发明的优选实施方式，步骤s2中，所述混合的方法为以下(ⅰ)～(ⅵ)中的任意一种：

20、(ⅰ)向所述液态石蜡中先加入混合单体，震荡处理至混合单体溶解，再加入交联剂petra，震荡处理至交联剂petra溶解，最后加入引发剂aibn，震荡处理至引发剂aibn粉末溶解；

21、(ⅱ)向所述液态石蜡中先加入混合单体，震荡处理至混合单体溶解，再加入引发剂aibn，震荡处理至引发剂aibn粉末溶解，最后加入交联剂petra，震荡处理至交联剂petra溶解；

22、(ⅲ)向所述液态石蜡中先加入交联剂petra，震荡处理至交联剂petra溶解，再加入混合单体，震荡处理至混合单体溶解，最后加入引发剂aibn，震荡处理至引发剂aibn粉末溶解；

23、(ⅳ)向所述液态石蜡中先加入交联剂petra，震荡处理至交联剂petra溶解，再加入引发剂aibn，震荡处理至引发剂aibn粉末溶解，最后加入混合单体，震荡处理至混合单体溶解；

24、(ⅴ)向所述液态石蜡中先加入引发剂aibn粉末，震荡处理至引发剂aibn粉末溶解，再加入混合单体，震荡处理至混合单体溶解，最后加入交联剂petra，震荡处理至交联剂petra溶解；

25、(ⅵ)向所述液态石蜡中先加入引发剂aibn粉末，震荡处理至引发剂aibn溶解，再加入交联剂petra，震荡处理至交联剂petra溶解，最后加入混合单体，震荡处理至混合单体溶解。

26、作为本发明的优选实施方式，步骤s3中，混合乳化的搅拌转速为1000～2000rpm，时间为10～60min。

27、作为本发明的优选实施方式，步骤s3中，聚合反应的温度为70～85℃，搅拌转速为500～1500rpm，时间为3～7h。

28、作为本发明的优选实施方式，步骤s3中，洗涤的温度为50～70℃，洗涤试剂为乙醇或水。

29、作为本发明的优选实施方式，步骤s3中，干燥的温度为50～80℃。

30、第三方面，本发明提供的一种如第一方面所述的包覆石蜡基相变材料微胶囊在储能方面的应用。

31、本发明提供的相变材料微胶囊变潜热较大且蓄热稳定性好，可以广泛应用于太阳能、纺织、建筑、航空航天及军事等领域的储能产品；例如用于制备保温的纺织品、节能的建筑墙体。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、本发明以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物为囊壁包裹石蜡，囊壁对芯材石蜡的挥发能起到有效的抑制作用，从而保证了微胶囊具有良好的储热性能和储热稳定性，其相变潜热可达219j/g，经过20次热循环后相变潜热损失率低至2.3％。