一种使用硅烷偶联剂对相变材料微胶囊表面改性的方法

本发明属于相变材料，具体涉及一种使用硅烷偶联剂对相变材料微胶囊表面改性的方法。

背景技术：

1、相变材料被认为是热能储存的良好候选者，它们可以分为几种类型，如石蜡、脂肪酸、脂肪酸酯和无机盐水合物。脂肪酸和脂肪酸酯成本低，无腐蚀性，但具有易燃性和导热系数低的缺点。无机盐水合物具有成本效益、不可燃性和高潜热值等优点。然而，它们有过冷、相分离和腐蚀性等缺点。石蜡具有相变焓高、过冷性小、化学和热稳定性好等特点，但易燃性差，导热系数低。另外，通过改变链烷烃中碳原子的数目，可以将具有特定相变温度的烷烃用于每种能源。尽管从焓值、过冷和相分离的角度来看，无机盐水合物和石蜡被认为是有前途的相变材料，但它们的热储存性能却受到阻碍。

2、石蜡被认为是合适的相变材料。然而，在实际的热能储存应用中，石蜡的安装遇到了泄漏问题。将相变材料微胶囊化在壳体材料中可以防止泄漏，增加传热面积，是解决泄漏问题的一种有潜力的方法。微胶囊的外壳材料有多种报道，一般可分为有机材料和无机材料。有机材料仍存在可燃性、导热系数低、热稳定性和化学稳定性低等缺点。无机材料外壳与具有有机外壳的微胶囊化相变材料相比，这些微胶囊化相变材料具有高导热性和不可燃性。因此，无机材料作为相变材料的外壳越来越受到人们的关注，而与其他类型的外壳相比，二氧化硅外壳相对方便且成本有效。然而，以往的研究多集中于熔点在室温附近的相伴材料，而熔点高于室温的相变材料研究较少。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种使用硅烷偶联剂对相变材料微胶囊表面改性的方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种使用硅烷偶联剂对相变材料微胶囊表面改性的方法，其特征在于：

5、将有机相变材料与非离子表面活性剂加入水溶性聚合物的水溶液中，混合搅拌，得到水包油型乳液；

6、将壳材加入水溶性聚合物的水溶液中，混合搅拌，用盐酸调ph至2.5得到前驱体溶液；

7、将前驱体溶液缓慢滴入水包油型乳液，加入氨水溶液，调节ph至7，制得微胶囊溶液；

8、将硅烷偶联剂与乙醇倒入烧杯中，搅拌混合得到硅烷溶液；

9、将硅烷溶液滴加到微胶囊溶液中搅拌后，将白色沉淀用纯净水和乙醇冲洗，以除去未反应的物料；

10、将剩余的沉淀放入真空干燥箱内干燥，得到微胶囊粉末。

11、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述相变材料选自正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷和石蜡中的一种或多种。

12、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述非离子表面活性剂，包括pluronic p-123、乙酸乙酯、十二烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

13、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述非离子表面活性剂添加量为有机相变材料质量的25％。

14、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述水包油型乳液，所述搅拌速率为500～11000rpm；所述混合温度为60～100℃；所述混合时间为60～180min。

15、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述前驱体溶液，所述搅拌速率为500～11000rpm；所述混合温度为25～45℃；所述混合时间为60～180min。

16、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述前驱体溶液，所述盐酸溶液的浓度为0.15～0.25mol·l-1；所述氨水溶液的浓度为10～15mol·l-1。

17、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述硅烷偶联剂包括1h、1h、2h、2h-全氟辛基三乙氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

18、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述合成微胶囊，所述搅拌速率为500～11000rpm；所述混合温度为25～45℃；所述混合时间为120～240min。

19、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述合成的微胶囊，所述冲洗次数为2～4；所述干燥温度为30～50℃。

20、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述相变材料微胶囊采用溶胶-凝胶法制备，所述相变材料微胶囊微胶囊具有稳定的芯-壳结构，其中，所述芯材为有机相变材料，所述壳材为二氧化硅，所述芯材与壳材质量比为1：1～4。

21、本发明的有益效果：

22、1.硅烷偶联剂可以存在相变材料微胶囊的表面，通过改变和控制相变材料微胶囊表面的润湿性，微胶囊不仅可以分散在水中，还可以分散在有机溶剂和油性溶剂中，加速相变材料微胶囊在生活和工业中的应用。

23、2.硅烷偶联剂还可以影响微胶囊溶液的ph值，ph值向碱性侧偏移会增强硅烷的凝聚作用。

24、3.随着反应温度的升高，溶胶-凝胶法的水解和缩合速度加快，在封装有机相变材料的情况下，反应速率将得到提高。

25、4.在本发明采用溶胶-凝胶法，能够使用各种表面活性剂。

26、5.合成的微胶囊具有良好的相变稳定性和重复性。

技术特征：

1.一种使用硅烷偶联剂对相变材料微胶囊表面改性的方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述相变材料选自正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷和石蜡中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述非离子表面活性剂pluronic p-123、乙酸乙酯、十二烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述非离子表面活性剂添加量为有机相变材料质量的25％。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水包油型乳液，所述搅拌速率为500～11000rpm；所述混合温度为60～100℃；所述混合时间为60～180min。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述前驱体溶液，所述混合温度为25～45℃。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述前驱体溶液，所述盐酸溶液的浓度为0.15～0.25mol·l-1；所述氨水溶液的浓度为10～15mol·l-1。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂包括1h、1h、2h、2h-全氟辛基三乙氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述合成的微胶囊，所述冲洗次数为2～4；所述干燥温度为30～50℃。

10.权利要求1～9中任一所述的方法制得的相变材料微胶囊，其特征在于：所述相变材料微胶囊具有稳定的芯-壳结构，其中，所述芯材为有机相变材料，所述壳材为二氧化硅，所述芯材与壳材质量比为1：1～4。

技术总结本发明公开了一种使用硅烷偶联剂对相变材料微胶囊表面改性的方法。采用正二十四烷作为硅壳形成的前驱体，通过溶胶‑凝胶法将熔点约为50℃的正二十四烷微胶囊化在硅壳中。此外，采用两种硅烷偶联剂对微胶囊表面进行改性，改变微胶囊的润湿性。硅烷偶联剂的加入影响了微胶囊溶液的pH值，pH值向碱性侧偏移会增强硅烷的凝聚作用，从而降低了微胶囊溶液的包封率。经过100次差示扫描量热循环后，相变温度和焓值没有明显下降，证实了该方法具有良好的相变稳定性和可重复性。因此，微胶囊是一种潜在的储热材料，可以有效地利用能量。技术研发人员：唐波,程寒,单璠受保护的技术使用者：常州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29