相变储能微胶囊研究进展

１ 微 胶 囊 相 变 材 料 的 制备 工 艺及 改 性
由 于微 胶 囊 的包 囊 材 料 主 要 为 高 分 子 材 料 ， 此 高 分 子 材 因
方法制备 的微胶囊壳层很薄 ， 出现破裂等问题 。 易
作 者 简 介 ： 险 峰 （ ９４一） 女 ， 士 ， 戴 １８ ， 硕 主要 从 事 精 细 化 工 方 面 的 丁作 。Ｅ—ｍ ｉ ｘ．ｕｉ ｇ ａｌＣｌ ａｌ ｆｊｌ ＠ ｍ ｉ Ｏｌ ：ｄ ｅ ． ｌ
的内 部 和外 部 ， 在 芯 材液 滴 的 表 面 进 行 反 应 ， 成 聚 合 物 薄 膜 ， 并 形 具 体 的过 程 见 图 １ 。此 方 法 的 技 术 特 点 是 ： 种 反 应 单 体 分 别 存 两
在 于 乳液 中不 相 混溶 的分 散 相 和 连 续 相 中 ， 相 界 面 上 发 生 聚 合 在
摘 要 ： 系统综述了微胶囊相变材料的制备方法、 性能改进及其应用领域， 突出阐述了微胶囊复合相变材料的研究进展， 最后
对 微 胶 囊 相 变 材 料 的发 展 前 景 进 行 了展 望 。
关键 词 ： 相变材料； 微胶囊； 制备技术； 研究进展
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｉ ｒ ｅ ａ ｓ ｌ ｔ ｄ Ｅｎ ｒ ｙ — ｓ ｏ ｅ ａ ｅ Ｃｈ ｎｇ ａ ｅ ｉ ｌ ｏ ｒ ｓ ｆＭ ｃ ｏ ｎｃ ｐ ｕ ａ ｅ ｅ ｇ — ｔ ｒ ｄ Ｐｈ ｓ ａ ｅ Ｍ ｔ ｒ ａ ｓ
料 的 制 备 方 法 一 般 也 适 用 于 微 胶 囊 的 制 备 ， 备 微 胶 囊 的 具 体 制
程中的吸热和放热 ， 可以进行热能 的储 存和温度 调节 控制 ， 这种 具有热能储 存 和 温 度 调 控 功 能 的 物 质 称 为 相 变 材 料 （ ｈｓ Ｐ ａｅ
Ｃ ａｇ ｔ ｉ ｓ Ｐ Ｍｓ ， 用 其 固 一 或 固 一固 相 变 过 程 来 ｈｎｅＭａ ｒ ｌ， Ｃ ） 利 ｅａ 液 进行热量 的储存 和释放 的技术 称为相 变蓄热技术 。为 了提 高能 源利 用 效 率 、 护 环 境 、 决 热 能 供 给 与 需 求 失 配 的 矛 盾 ， 变 保 解 相 蓄热 技 术 已得 到广 泛 的 应 用 ， 其 是 在 太 阳 能 利 用 ， 力 的 “ 尤 电 移 峰填 谷 ” 废 热 回收 利 用 以及 建 筑 与空 调 的 节 能 等 方 面 。 ， 微 胶 囊 技 术 是 一 种 用 成 膜 材 料 把 固 体 、 体 或 气 体 包 覆 形 液 成微 小 粒 子 的技 术 。将 微 胶 囊 技 术 应 用 到 复 合 相 变 材 料 中而 形 成 的新 型 复合 相 变 材 料称 之 为 微 胶 囊相 变 材 料 （ ｃｏｎ ａｓｌ ｅ Ｍｉ ｅｃｐｕａ ｄ ｒ ｔ Ｐ ａｅＣ ａｇ ｔ ｌ ｓＭＥ Ｃ 。ＭＥ Ｃ 从 技 术 上 克 服 了 相 变 ｈｓ ｈｎｅＭａ ｒ ｌ， Ｐ Ｍ） ｅａ ＰＭ 物质 的 应用 局 限性 ， 效 地 解 决 了 相 变 材 料 的泄 漏 、 分 离 以及 有 相
类主要有悬浮 聚合 、 乳液聚合 、 散聚合 、 分 沉淀聚合悬 浮缩 聚、 界 面缩 聚 、 聚合物沉淀 、 聚合物螯合 、 聚合物凝胶和硫 化床法等 Ｊ 。
化 学 法 又 称 为 聚 合 反 应 法 ， 据 微 胶 囊 化 时 制 备 壳 层 所 用 根 材 料 ， 及 聚 合 方 式 的 不 同 ， 可 以 将 此 方 法 进 一 步 分 为 界 面 聚 以 又 合 法 、 位 聚 合 法 和 悬 浮 交 联 法 等 Ｊ 原 。本 部 分 将 重 点 介 绍 化 学
２１ ０ ３ １年 ９卷第 １ 期 １
广州 化工
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相 变 储 能 微 胶 囊 研 究 进 展
戴 险 峰 ，姚 培 ，陈华 荣
（ １广 州化 工 集 团有 限公 司 ，广 东 广 州 ５ ０ ４ ；２常 州工程职 业技 术 学院化 工 系化 工原理组 ， １６ ０ 江 苏 常 州 ２ ３ ０ ；３华 南理 工 大 学化 学与化 工 学院 ，广 东 广 州 ５ ０ ４ ） １２ ０ １６ ０
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｒ ｐ ｒ ｔ ｎ ｍｅｈ ｄ ｔａ ｔ ｅ ｐ ｅ ａ ａ ｉ ｔ ｏ ｓ，ｉ ｒ ｖ ｍ ｅ ｔ ｎ ｈ ｐｐｉ ａｉ ｎ ｆｅｄ ｆｍ ｉｒ ｅ ｃ ｐ ｕ ａｅ ｈ ｓ ｈ ｎ ｅ ｍａ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｌ ｔｏ ｌ ｓ ｏ ｃｏ ｎ ａ ｓ ｌｔ ｄ ｐ ａ ｅ ｃ ａ ｇ － ｃ ｉ ｔ ｒａｓｗｅ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｓ ｓｅ ｔｃ ｌ ｅ ｉｌ ｒ ｅ ｉｗｅ ｙ ｔｍａ ｉａ ｌ ｙ，ｅ ｈａｉａ ｌ ｏ ｉ ｇ ｉ ｏ ｔ ｅ ｒ ｃ ｎ ｒ ｇ ｅ ｓｏ ｉｒ ｅ ｃ ｐ ｕ ａｅ ｈ ｓ ｈ ｎ ｅｃ ｍ－ ｍｐ ｔｃ ｌ ｐｒ ｂ ｎ ｎｔ ｈ ｅ ｅ ｔｐ ｏ ｒ ｓ ｆｍ ｃ ｏ ｎ ａ ｓ ｌｔ ｄ ｐ ａ ｅｃ ａ ｇ ｏ ｙ
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法 制 备 微 胶 囊 相 变 材 料 的具 体 Ｔ 艺 。
１ １ 界 面聚 合法 ．
界面聚合法制备微胶囊 的过程 中， 囊的外壳是通过两类单 胶 体 的 聚合 反 应 而 形 成 的 。参 加 聚 合 反 应 的单 体 至 少要 有 两 类 ， 一 类 是 油溶 性 的单 体 ， 类是 水 溶 性 的 单 体 ， 们 分 别 位 于芯 材 液滴 一 他
技术取决 于所用高 聚物材料 的性 质 。根据涂层 方法不 同可 以将 微胶囊 的制备方法分成 以下 主要 ｊ类 ： 机械法 、 物理化学法 和化 学法 １根 据悬 浮介 质 的性质进 行分 类主要 分为液 态悬浮介 质 ７；
和 气 态 悬 浮介 质 两 种 ； 据 微 胶 囊 壳 材 料 的 原 料 类 别 进 行 分 根
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广 州化 工
２１ 年 ３ ０ １ ９卷第 １ 期 １
采用原位聚合法制备 的 ＭＥ Ｃ Ｐ Ｍ在形貌 、 热性能和胶囊致密 性等方面都 能达到使用要求 ， 与界面聚合法 相比 ， 更胜一筹之处 在于其成壳材料 可以是水溶性 或油溶性单体 ， 以是几 种单体 可 的混 合 物 ， 可 以是 水 溶 性低 分 子 量 聚合 物 或 预 聚 物 ， 现 了芯 也 实 材和壳材 的选择多元化 ， 能够更好 的满 足人们 的需求 ， 因此也成 为 目前合成 ＭＥ Ｃ Ｐ Ｍ最 常用的方法。但是 ， 目前该方面 的研究都 局 限 于 Ｏ Ｗ 乳 液 体 系 ， 用 于 包 覆 有 机 相 变 材 料 ， 此 ， 强 ／ 都是 因 加
腐蚀性等问题 ， 提高 了相变材料 的使用效率 ，有利于改 善相变材 料 的应 用性 能 ， 有 广 阔 的 应 用 前 景 ， 渐 发 展 成 一 个 跨 学 科 、 具 逐 高
性能 、 用 途 的研 究 及 应 用 领 域 Ｊ 多 。因 此 ， 近年 来 ， 胶 囊 相 变 微
材料 的制 备及 应 用 已 成 为 蓄热 技 术 研究 领 域 的热 点课 题 。 本 文 对 微 胶 囊 相 变 材料 的制 备 工 艺 及 应 用 领 域 进 行 了 系 统
图 １ 界面聚合法合成微胶囊
Ｆ ｇ １ Ｐ ｅ ａ ａｉ ｎ ｏ ｃ ｏ ａ ｓ ｌｓ ｂ ｉ ｔｒａ ｉｌｐ ｌ ｍｅ ｚ ｔ ｎ ｉ． ｒｐ ｒｔｏ ｆｍｉｒ ｃ ｐ ｕ ｅ ｙｎ ｅ ｆｃ ａ ｏｙ ｒ ａｉ ｉ ｏ
对 Ｗ／ Ｏ乳液体系的研究 ， 以制备 出无机或有 无机复 合相变
材 料微 胶 囊 是 十 分 必要 的 。
Ｘ， Ｙ为 反 应 剂 ； Ｘ—Ｙ） 为 聚合 产 品 （
１ ３ 悬浮交联 法 ．
悬浮交联法与前 两种方法不同 ， 是采用 聚合物为原料 ， 即先 材、 聚脲为壳合成 了表面光滑 且粒径 约为 １Ｉ ｘ ｍ微胶囊 ， 其相变 将 线 型 聚合 物 溶 解形 成 溶 液 ， 后 ， 然 当线 性 聚合 物进 行悬 浮 交 联 温度 为 ２ ３ ８～ Ｏ℃ ， 与正 十八 烷 相 当 ， 其 相 变 焓 为 ２ １２Ｊｇ 略 固化 时 ， 而 ４ ． ／ ， 聚合 物 迅 速 沉 淀 析 出并 形 成 胶 囊 壳 ， 法 可 采 用 溶 于 水 该 小 于 纯 正 十 八 烷 。 兰孝 征 等 采 用 界 面 聚 合 的 方 法 ， 甲 苯 一 以 的或 能 溶 于 有 机 溶 剂 的 聚 合 物 作 为 微 胶 囊 壁 材 。在 该 方 法 中 ， ２４一 ， 二异氰酸酯（ Ｄ ） 乙二胺 （ Ｄ 为反应 单体 ， 离子表 聚合 物 的固 化 可 以通 过 交 联 剂 （ 如 无 机 盐 、 、 酸 或 异氰 酸 Ｔ Ｉ和 Ｅ Ａ） 非 例 醛 硝 面 活 性 剂 聚 乙 二醇 壬 基 苯 基 醚 （ Ｐ 为 乳 化 剂 ， 成 了 正 二 十 烷 醋等 ） Ｏ ） 合 的作用 、 热改性 （ 即热凝聚） 的沉淀作用以及带相反电荷聚 为 相 变 材 料 的 聚脲 包 覆 微胶 囊 。结 果 表 明 ， 芯 正 二 十 烷 、 正 合 物 之 间 的 结合 等方 法 来 实 现 Ｊ 囊 含 。鉴 于 该方 法 合 成 Ｍ Ｐ Ｍ 存 ＥＣ 二 十 烷 的 微 胶 囊 以 及 壁 材 料 聚 脲 ， 够 耐 受 的 温 度 分 别 约 为 在一定的局限性 ， 能 目前 ， 关于该方面的研究报道并不多见 。