本发明专利技术公开一种具有光致发光特征的微胶囊相变储能材料及其制备方法。该微胶囊壁材为结晶态氧化锆或经元素掺杂的结晶态氧化锆，芯材为石蜡和高级脂肪醇、酸、酯等有机相变储能材料；其中壁材与芯材的质量百分比可按需要分别在30～70wt.％和30～70wt.％之间调整，其平均粒径为0.5～3μm，胶囊壁厚为0.15～0.3μm。该微胶囊相变储能材料在紫外和近红外波段有强烈地吸收，同时具有光致发光特性，在296nm和377nm波长的光激发下有500nm左右的可见光发射，在980nm的近红外光激发下亦产生600～700nm的可见光。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种具有光致发光特征的微胶囊相变储能材料及其制备方法。该微胶囊壁材为结晶态氧化锆或经元素掺杂的结晶态氧化锆，芯材为石蜡和高级脂肪醇、酸、酯等有机相变储能材料；其中壁材与芯材的质量百分比可按需要分别在30～70wt.％和30～70wt.％之间调整，其平均粒径为0.5～3μm，胶囊壁厚为0.15～0.3μm。该微胶囊相变储能材料在紫外和近红外波段有强烈地吸收，同时具有光致发光特性，在296nm和377nm波长的光激发下有500nm左右的可见光发射，在980nm的近红外光激发下亦产生600～700nm的可见光。【专利说明】
本专利技术属于相变储能材料领域，涉及一种具有光致发光特性的新型微胶囊相变储能材料及其制备方法。
技术介绍
利用物质的相变过程，即通过相变过程吸收或释放大量的潜热而使自身温度变化很小的物质，广泛应用于热量储存和温度控制，这就是相变储能材料。相变储能材料按物质的属性,可分为无机盐相变材料、有机相变材料和高分子相变材料。有机相变储能材料主要包括石蜡和高级脂肪酸、醇、酯等。有机相变材料存在的最大问题是每次吸放潜热过程都要经历固态一液态一固态的物理状态改变，这使其在反复多次相变后，极易泄漏、流失，导致其相变可逆性变差，最终失效。而弥补这一缺陷的最佳方法就是利用微胶囊化技术。微胶囊相变储能材料就是将相变储能材料包覆在惰性材料之中，形成具有典型“核一壳”结构的微小粒子，微小粒子尺寸在0.3~300 μ m范围内，惰性壁材的厚度在0.2~10 μ m不等。微胶囊相变储能材料的芯材物质为相变储能材料，壁材材料为有机高分子材料或无机材料。高分子材料中可作为壁材使用的有脲醛树脂、密胺树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯和芳香族聚酰胺等；无机材料中可采用碳酸钙、二氧化硅、二氧化钛等用于微胶囊相变储能材料的壁材；此 外，还有将有机高分子与无机材料进行复合或杂化后作为壁材使用的报导。虽然以有机高分子为壁材的微胶囊相变储能材料在纺织品、宇航服、染料、医药等方面已有不同程度的应用，同时在建筑、节能及电子电器领域的应用也是近几年来的开发热点。但是，随着微胶囊相变储能材料应用需求的不断扩大，传统的以有机高分子为壁材的微胶囊相变储能材料所存在的导热系数小、密度小、单位体积储热能力差、相变焓小、热响应速度慢和本身工作状态不稳定等缺陷对其应用领域产生了制约。近年来，采用无机材料为壁材的微胶囊相变储能材料成为开发热点，无机壁材拥有较高的热传导性和密封性，并且其物理、化学及力学稳定性也比有机高分子壁材好得多。因此，制备以无机材料或有机/无机杂化材料为壁材的相变储能材料是提高微胶囊相变储能材料综合性能的有效途径之O就目前文献报导来看，绝大多数用于微胶囊相变储能材料的无机壁材为二氧化硅，也有报导采用无定形二氧化钛或氢氧化铝为壁材制备微胶囊相变储能材料的。而中国专利CN102977857A制备了一种四层“核一壳”结构的微胶囊相变储能材料，其中两层微胶囊壳都为有机高分子与无机二氧化硅、二氧化钛、氧化锌等无机粒子复合制备而成，得到的微胶囊相变储能材料具有热缓冲、稳定性好等特点。中国专利CN103194181A也制备了一种以月桂酸为芯材，密胺树脂与二氧化钛的纳米复合物为壁材的微胶囊相变储能材料，在军事、工业、民用建筑行业的采暖与节能及太阳能利用等领域有广泛的应用前景。此外，专利CN103752239A，采用硫酸铜微球复合有机配体为壁材的微胶囊相变储能材料，在防漏、腐蚀等领域显示了良好的应用前景。氧化锆是一种具有功能多样性的无机材料，具有高硬度、高强度、高韧性、极高耐磨性及耐化学腐蚀性优良等物化性能。它既可以作为功能材料，如光学材料基质、催化剂及催化剂基质等；又可以作为结构材料，如陶瓷机械材料、牙齿、骨骼等。氧化锆具有独特的光、电、热、力、化学等方面的性能，其中比较突出的是氧化锆的光学特性，结晶态的氧化锆在紫外和近红外有强烈地吸收，在可见光波段无吸收，即氧化锆在可见光波段透光性非常好。同时，结晶态氧化锆还具有光致发光特性，在240~380nm的波长的光激发后，在500~600nm左右有可见光发射峰；复合掺杂的结晶态氧化锆，在980nm的近红外光激发下亦产生600~700nm波段的可见光。显然，采用结晶态氧化锆来包覆有机相变储能材料，则不但可有效地保护其相变储能材料，还能赋予其特殊的物理化学功效。中国专利CN101555401A中报导了以多种无机前驱体制备具有特定功能的微胶囊相变储能材料，其中特别提到以氯氧锆等为前驱体，采用溶胶一凝胶法合成的以氧化锆为壁材的微胶囊相变储能材料，但此专利报导的合成方法属于典型的水热法，只能得到无定形的氧化锆壁材。因为氧化锆在无定形状态下属惰性材料，没有任何光电物理效应。而采用结晶态氧化锆为壁材来制备微胶囊相变储能材料的技术却尚未见文献及专利报导。
技术实现思路
本专利技术提出了制备以结晶态氧化锆或经元素掺杂的结晶态氧化锆为壁材的微胶囊相变储能材料的合成技术，结晶态氧化锆或经元素掺杂的结晶态氧化锆微胶囊壁的形成将赋予该类微胶囊一种光致发光的特殊功效。同时由于结晶态氧化锆本身具有高强度、高导热性、高硬度和低膨胀的优势，将赋予所获得的微胶囊相变储能材料杰出的热响应能力和耐久性。本专利技术的一种具有光致发光特性的微胶囊相变储能材料还具有制备方法简单、反应过程易于控制、微胶囊形貌结构规整、产品产率高等特点。本专利技术通过下述技术方案实现:，其合成体系的原料组成及质量百分比配比如下:表面活性剂0.2~0.5 wt.%非水溶剂52.9-73.1 wt %相变储能材料3.0~5.4 wt.%锆或元素掺杂的锆前驱体3.0~5.4 wt.%金属或非金属化合物0.0~2.0 wt.%结晶诱导助剂0.2~0.5 wt.%一种具有光致发光特性的微胶囊相变储能材料的制备方法，包含以下步骤:步骤1:0/W乳液的制备:将乳化剂按照0.2~0.5wt.%、非水溶剂52.9~73.1wt.%、相变储能材料3.0~5.4wt.%加入反应容器中，反应温度为高于有机烷烃熔融温度5~10°C范围，搅拌均匀，得到稳定0/W乳液；步骤2:前驱体的加入:搅拌2~3h后，加入3.0~5.4wt.%锆前驱体或经元素掺杂的锆前驱体，继续搅拌I~2h ;步骤3:具有光致发光特性的微胶囊相变储能材料的制备:加入去离子水和甲酰胺的混合溶液(体积比1: D作为引发剂，并加入结晶促进剂，以300~600rpm搅拌10~16h后，停止搅拌，保温8h ；步骤4:微胶囊相变储能材料的后处理:将反应后的悬浮液自然冷却至室温，上述产物依次用石油醚、乙醇、去离子水洗涤，经分液、过滤得到结晶态氧化锆或经元素掺杂的氧化锆包覆有机相变储能材料的微胶囊粉末。上述微胶囊芯材为相变储能材料，包括高级脂肪醇、酸、酯和石蜡等有机固一液相变储能材料，如正十七烷、正十八烷、正二十烷、正二十二烷、十六烷酸、硬脂酸等；微胶囊壁材为氧化锆或经元素掺杂的氧化锆，其中采用的无机锆前驱体包括正丙醇锆、异丙醇锆、正丁醇锆、叔丁醇锆。上述微胶囊壁材所掺杂的元素为以下元素中的任意一种、两种或是两种以上的组合存在，掺杂的元素包括金属元素类的Na、Mg、Al、K、Ca、T1、V、Fe、Cr、Co、N1、Cu、Zn本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有光致发光特性的微胶囊相变储能材料，其特征在于，微胶囊壁材为结晶态氧化锆或经元素掺杂的结晶态氧化锆，微胶囊芯材为有机相变储能材料，其种类为高级脂肪醇、酸、酯和石蜡等有机固－液相变储能材料；制备的微胶囊相变储能材料的平均粒径为0.5～3μm，胶囊壁厚为0.15～0.3μm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汪晓东，张莹，武德珍，
申请(专利权)人：北京化工大学常州先进材料研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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