CN112226208A

CN112226208A - 一种低熔点金属相变微胶囊及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112226208A
Application number: CN201910637477.3A
Authority: CN
Inventors: 郭瑞
Original assignee: Beijing Liquidking Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Liquidking Technology Co ltd
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2021-01-15

Abstract

本发明属于相变材料领域，具体涉及一种低熔点金属相变微胶囊及其制备方法和应用。所述低熔点金属相变微胶囊包括囊芯和包裹所述囊芯的壳层；所述囊芯的芯材包括低熔点金属合金；所述低熔点金属合金为镓基合金或铋基合金。优所述镓基合金为镓铟锡合金，各组分的质量分数为：镓10％～80％，铟10％～50％，锡3％～30％。所述低熔点金属相变微胶囊为使用物理法包覆的相变储热/储冷功能的微胶囊。所述低熔点金属相变微胶囊在较低温度下可以进行固液相变转换，完成相变过程。基于低熔点金属与石蜡复合为基础的相变材料具有储能密度大、无腐蚀、无过冷、安全性高等诸多优点，克服有机与无机盐相变材料的固有缺点。

Description

一种低熔点金属相变微胶囊及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于相变材料领域，具体涉及一种低熔点金属相变微胶囊及其制备方法和应用。

背景技术

相变微胶囊是应用微胶囊技术，将相变囊芯材料用有机或无机囊壁材料以物理或化学方法包裹起来制备的粒径为0.1～100um,囊壁厚度为0.01～10um的有核壳结构的稳定复合相变材料。

目前的相变微胶囊90％都是以石蜡作为囊芯材料，也有将金属单质或金属氧化物颗粒作为微胶囊的壳层或部分囊芯材料，在一定程度上提高了相变微胶囊的导热性能、壳层的坚固程度及储能密度。

然而，目前的相变微胶囊仍然存在储能密度有限，导热较差，存在过冷度，无机盐腐蚀、相分离、热稳定性较差、有机易燃等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种低熔点金属相变微胶囊及其制备方法和应用。所述低熔点金属相变微胶囊为使用物理法包覆的相变储热/储冷功能的微胶囊。所述低熔点金属相变微胶囊在较低温度下可以进行固液相变转换，完成相变过程。基于低熔点金属与石蜡复合为基础的相变材料具有储能密度大、无腐蚀、无过冷、安全性高等诸多优点，克服有机与无机盐相变材料的固有缺点

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低熔点金属相变微胶囊，包括囊芯和包裹所述囊芯的壳层；所述囊芯的芯材包括低熔点金属合金；所述低熔点金属合金为镓基合金或铋基合金。

优选地，所述镓基合金为镓铟锡合金，各组分的质量分数为：镓10％～80％，铟10％～50％，锡3％～30％。

优选地，所述镓铟锡合金各组分质量分数为镓62％，铟29％，锡9％。

优选地，所述铋基合金为铋铟锡合金，各组分的质量分数为：铋10％～80％，铟10％～50％，锡5％～50％。

优选地，所述铋铟锡合金各组分质量分数为铋55％，铟23％，锡22％。

优选地，所述囊芯的芯材还包括石蜡，所述低熔点金属合金与石蜡的质量比为1-5:1-5；根据所述低熔点金属合金与石蜡的比例不同，所述囊芯的形态为所述石蜡小液滴被所述低熔点金属合金包裹或所述低熔点金属合金小液滴被所述石蜡包裹，这两种包裹类型形成两种复合相变材料颗粒。

优选地，所述壳层材料为天然高分子材料或树脂。

优选地，所述天然高分子材料包括明胶、阿拉伯胶和海藻酸钠。

优选地，所述树脂包括三聚氰胺甲醛树脂、聚脲醛树脂、聚丙烯酸树脂和聚甲基丙烯酸树脂。

优选地，所述低熔点金属合金的熔点为-40℃-200℃。

优选地，所述石蜡为含碳原子个数为15-50的直链烷烃，在工作温度点附近可发生固液相变，吸收或释放热量，降低被保护对象的热冲击。

优选地，所述石蜡为十八烷。

优选地，所述低熔点金属相变微胶囊粒径处于2μm～2mm之间。

本发明的另一目的还提出一种低熔点金属相变微胶囊的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一，将低熔点金属合金与石蜡按预设比例充分混合，在机械剪切力的作用下，分散得到复合相变材料芯材分散液；

步骤二，将所述壳层材料与水按比例搅拌均匀，得到壳层材料溶液；

步骤三，在45-60℃反应条件下，一边搅拌所述壳层材料溶液，一边将所述复合相变材料芯材分散液滴入所述壳层材料溶液中，芯材分散液滴加完全后，滴加醋酸调节PH，反应1-2小时；

步骤四，步骤三反应完成后，将反应液的温度降低至10℃以下，再加入甲醛溶液或戊二醛溶液搅拌，进行交联固化；

步骤五，经步骤四交联固化后的反应液中加入NaOH溶液/氨水调PH至8～9，过滤、洗涤至中性、晾干，最终得到所述低熔点金属相变微胶囊。

优选地，步骤一中所述低熔点金属合金和石蜡先熔融后混合或混合后加热熔融。

优选地，步骤三所述醋酸的质量分数为10％。

优选地，步骤四所述甲醛溶液中甲醛的质量分数为37％。

优选地，步骤四所述戊二醛溶液中戊二醛的质量分数为10％。

优选地，步骤二中所述壳层材料溶液中壳层材料的质量分数为1％-20％。

优选地，所述NaOH溶液中NaOH的质量分数为10％-30％

本发明的另一目的在于提供一种低熔点金属相变微胶囊在建筑功能材料和纺织面料中的应用。

优选地，所述低熔点金属合金熔点为10℃～40℃时，所述低熔点金属相变微胶囊作为温度调节功能材料应用于建筑功能材料中：将所述低熔点金属相变微胶囊添加到涂料、保温砂浆、石膏板、硅藻泥和气块砖中一种或两种以上，当室内环境温度发生变化时所述囊芯发生固液相变，吸收或释放热量，以调节室内环境温度，达到调节建筑物温度的目的。

优选地，应用于建筑功能材料中的所述低熔点金属相变微胶囊粒径为5μm～2mm。

优选地，所述低熔点金属合金熔点为0℃～60℃时，所述低熔点金属相变微胶囊作为温度调节功能材料应用于纺织面料中，将所述低熔点金属相变微胶囊采用后整理方式与所述纺织面料相结合附着：首先令低熔点金属相变微胶囊：粘合剂：增稠剂：水以质量比为10-30：40-60：1-10：10-40的比例混合搅拌均匀，再采用涂层或浸轧的方法将所述低熔点金属相变微胶囊附着在织物上；

将掺有所述低熔点金属相变微胶囊的纺织面料在不同环境中应用，环境温度发生变化时其中的低熔点金属相变微胶囊发生固液相变，吸收或释放热量，调节温度；在外界环境温度高时，相变材料吸收热量，降低体表温度，相反，在外界环境温度低时，相变材料释放热量，减少人体向外界释放的热量，以保持人体正常体温，利用相变材料自身调温机制，赋予纺织品温度缓冲功能。

优选地，所述纺织面料具有服用性、功能性或装饰性的纺织品面料。

本发明的一种低熔点金属相变微胶囊及其制备方法和应用至少具备如下有益技术效果：

(1)本发明的低熔点金属相变微胶囊基于低熔点金属和/或石蜡复合为基础的相变材料具有储能密度大、无腐蚀、无过冷、安全性高、导热系数高于10W/(m·K)，热焓高于30kJ/kg等优点，克服有机与无机盐相变材料的固有缺点，并赋予胶囊及应用产品附加功能，是传统相变微胶囊的提高和升级。

(2)本发明的低熔点金属相变微胶囊在建筑功能材料应用，在轻质围护结构中，添加质量分数为10％-15％的相变微胶囊制作墙体，在夏天不使用空调的条件下可以使室内温度降低约2～3℃，在冬天不使用暖气的条件下可以使室内温度升高约2.5℃。

(3)本发明的低熔点金属相变微胶囊在纺织面料中应用，可有效改善体表环境的温度调节，增强面料的舒适性。

附图说明

图1为本发明实施例中相变微胶囊的结构示意图。

图2为本发明实施例中含低熔点金属合金和石蜡的低熔点金属相变微胶囊的结构示意图。

图3为本发明实施例中低熔点金属相变微胶囊应用于纺织面料中的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

本实例提供一种低熔点金属相变微胶囊，包括囊芯和包裹所述囊芯的壳层；所述囊芯的芯材包括低熔点金属合金；所述低熔点金属合金为镓基合金或铋基合金。

所述镓基合金为镓铟锡合金，各组分的质量分数为：镓10％～80％，铟10％～50％，锡3％～30％。

所述镓铟锡合金各组分质量分数为镓62％，铟29％，锡9％。

所述铋基合金为铋铟锡合金，各组分的质量分数为：铋10％～80％，铟10％～50％，锡5％～50％。

所述铋铟锡合金各组分质量分数为铋55％，铟23％，锡22％。

所述囊芯的芯材还包括石蜡，所述低熔点金属合金与石蜡的质量比为1-5:1-5；根据所述低熔点金属合金与石蜡的比例不同，所述囊芯的形态为所述石蜡小液滴被所述低熔点金属合金包裹或所述低熔点金属合金小液滴被所述石蜡包裹，这两种包裹类型形成两种复合相变材料颗粒。

所述壳层材料为天然高分子材料或树脂。

所述天然高分子材料包括明胶、阿拉伯胶和海藻酸钠。

所述树脂包括三聚氰胺甲醛树脂、聚脲醛树脂、聚丙烯酸树脂和聚甲基丙烯酸树脂。

所述低熔点金属合金的熔点为-40℃-200℃。

所述石蜡为含碳原子个数为15-50的直链烷烃，在工作温度点附近可发生固液相变，吸收或释放热量，降低被保护对象的热冲击。

所述石蜡为十八烷。

所述低熔点金属相变微胶囊粒径处于2μm～2mm之间。

本实施例还提出一种低熔点金属相变微胶囊的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一中所述低熔点金属合金和石蜡先熔融后混合或混合后加热熔融。

步骤三所述醋酸的质量分数为10％。

步骤四所述甲醛溶液中甲醛的质量分数为37％。

步骤四所述戊二醛溶液中戊二醛的质量分数为10％。

步骤二中所述壳层材料溶液中壳层材料的质量分数为1％-20％。

所述NaOH溶液中NaOH的质量分数为10％-30％

根据上述的一种低熔点金属复合相变微胶囊的制备方法，制备低熔点金属相变微胶囊，制备内容具体如下：

将70克低熔点金属合金与35克十八烷混合加热到60℃，各组分质量分数为镓62％，铟29％，锡9％，保持温度不变，在速率500转/分钟机械搅拌的作用下，分散30分钟得到复合相变材料芯材分散液，逐渐加入100克水，加大搅拌速率至1000转/分钟，分散30分钟，得到复合相变材料芯材分散液。将30克阿拉伯胶，30克明胶加入到1200克水中，浸泡溶胀，加热溶解，搅拌30分钟，得到壳层材料溶液。在60℃反应条件下，一边搅拌壳层材料溶液，一边将复合相变材料芯材分散液滴入壳层材料溶液中，用10％醋酸溶液调节PH值到4，反应2小时，反应完成后，将反应液的温度降低至10℃，加入15毫升37％甲醛溶液，搅拌30分钟，用20％NaOH溶液调其pH 8～9，继续搅拌30分钟，静置沉降，过滤、洗涤至中性、晾干，最终得到所述低熔点金属相变微胶囊。

实施例2

本实施例提供一种低熔点金属相变微胶囊在建筑功能材料中的应用，具体应用方法如下：

将140克水泥，70克灰钙粉，220克低熔点金属相变微胶囊，8克乳胶粉，0.8克减水剂，1.6克纤维素混合均匀，加入320克水搅拌均匀制备相变砂浆，制备试块，养护后按照《建筑保温砂浆》(GB/T20473-2006)以及建筑行业标准《调温材料性能测试方法》进行性能测试2厘米厚度该类砂浆墙体可以达到20厘米厚度砖木结构蓄热程度。

本实施例选取的低熔点金属相变微胶囊与实施例1相同。

实施例3

本实施例提出一种低熔点金属相变微胶囊在纺织面料中的应用，具体应用方法如下：

将低熔点金属相变微胶囊与粘合剂按照1:1比例混合均匀形成浆料，将浆料质量的3％的柔软剂，5％交联剂，5％增稠剂，浆料质量的30％的水加入浆料中，充分搅拌均匀，形成相变工作浆液。将工作液经过滚网涂层，经120℃条件下烘干，即为相变衬布，将相变衬布作为帐篷内侧衬层使用，可比相同尺寸常规帐篷降低温度波动5-10℃。

本实施例选取的低熔点金属相变微胶囊与实施例1相同。

Claims

1.一种低熔点金属相变微胶囊，包括囊芯和包裹所述囊芯的壳层；其特征在于，所述囊芯的芯材包括低熔点金属合金；所述低熔点金属合金为镓基合金或铋基合金；

所述低熔点金属相变微胶囊粒径处于2μm～2mm之间。

2.根据权利要求1所述的一种低熔点金属相变微胶囊，其特征在于，所述镓基合金为镓铟锡合金，各组分的质量分数为：镓10％～80％，铟10％～50％，锡3％～30％。

3.根据权利要求1所述的一种低熔点金属相变微胶囊，其特征在于，所述铋基合金为铋铟锡合金，各组分的质量分数为：铋10％～80％，铟10％～50％，锡5％～50％。

4.根据权利要求1所述的一种低熔点金属相变微胶囊，其特征在于，所述囊芯的芯材还包括石蜡，所述低熔点金属合金与石蜡的质量比为1-5:1-5。

5.根据权利要求1所述的一种低熔点金属相变微胶囊，其特征在于，所述壳层材料为天然高分子材料或树脂。

6.根据权利要求1所述的一种低熔点金属相变微胶囊，其特征在于，所述低熔点金属合金的熔点为-40℃-200℃。

7.根据权利要求4所述的一种低熔点金属相变微胶囊，其特征在于，所述石蜡为含碳原子个数为15-50的直链烷烃。

8.一种低熔点金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤二，将壳层材料与水按比例搅拌均匀，得到壳层材料溶液；

步骤三，在45-60℃反应条件下，一边搅拌所述壳层材料溶液，一边将所述复合相变材料芯材分散液滴入所述壳层材料溶液中，滴加醋酸调节PH，反应1-2小时；

步骤四，步骤三反应完成后，将反应液的温度降低至10℃以下，再加入甲醛溶液或戊二醛溶液交联固化；

步骤五，经步骤四交联固化后的反应液中加入NaOH溶液调PH至8～9，过滤、洗涤至中性、晾干，最终得到所述低熔点金属相变微胶囊。

9.根据权利要求8所述的一种低熔点金属相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤二中所述壳层材料溶液中壳层材料的质量分数为1％-20％。

10.一种如权利要求1～7任一项所述的低熔点金属相变微胶囊在建筑功能材料和纺织面料中的应用。