一种具有储能功能的聚苯乙烯微球及其制备方法

本发明涉及储能材料领域，具体涉及一种具有储能功能的聚苯乙烯微球及其制备方法。

背景技术：

1、储能材料是涉及多学科、多领域的复杂领域，随着全球能源结构的转型和电力系统的变革，储能技术成为了实现能源可持续利用的关键，因此研究和开发高效、稳定、环保的储能材料成为了当前科技领域的热点之一。

2、随着能源问题的日益严重,储能技术作为一种有效的能源利用方式，受到了广泛的关注。相变储能材料是储能技术中的重要组成部分，其能够在相变过程中吸收或释放大量的能量，从而实现能量的储存和释放；然而传统的储能材料存在着导热性能差、易泄漏、稳定性差等问题，限制了其在实际应用中的广泛使用。

3、储能材料的发展也呈现出一些新的趋势，一方面研究者们致力于提高储能材料的能量密度和功率密度，以满足更高能量和更快充电速度的需求；另一方面环保和可持续性也成为了储能材料发展的重要考量因素，研究者们正在努力开发更加环保、可再生的储能材料。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有储能功能的聚苯乙烯微球及其制备方法，以提高产物的稳定性、密闭性同时具有较高的储能密度。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

3、一种具有储能功能的聚苯乙烯微球，包括外壳和中空内腔，所述的外壳包括聚苯乙烯外壳层、芯材层和聚苯乙烯内壳层，所述的芯材层夹在聚苯乙烯外壳层和聚苯乙烯内壳层之间，所述的芯材层为淀粉基储能材料。

4、所述的淀粉基储能材料由淀粉与相变材料聚合物前体复合而成；所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球的尺寸为0.5-2μm。

5、所述的相变材料聚合物前体选自石蜡、聚乙二醇、十六烷中的至少一种。

6、本发明还提供聚苯乙烯微球的制备方法，包括以下步骤：

7、将淀粉和相变材料聚合物前体溶解于水相，添加乳化剂和分散剂，形成均匀分散的乳液体系，通过加热共聚形成淀粉基储能微球乳液；

8、使苯乙烯单体聚合成第一聚苯乙烯微球壳层，作为聚苯乙烯内壳层；

9、将第一聚苯乙烯内壳层浸渍于淀粉基储能微球乳液中，使淀粉基储能微球附着在第一聚苯乙烯内壳层表面形成芯材层；

10、使苯乙烯单体在芯材层外聚合形成第二聚苯乙烯微球壳层，作为聚苯乙烯外壳层。

11、所述的加热共聚的反应条件为：控制加热温度为60-80℃，反应时长为1.5-2.5h；所述的乳化剂选自聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、脂肪酸盐中的至少一种；所述的分散剂选自十二烷基硫酸钠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯中的至少一种；淀粉、相变材料聚合物前体、乳化剂、分散剂的质量比为10-15：10-15：2-5：2-5。

12、所述的使苯乙烯单体聚合成第一聚苯乙烯微球壳层，具体方法为：一边搅拌溶剂，一边加入苯乙烯单体，并控制在90-95℃，加入光引发剂，使苯乙烯单体进行1-2h聚合反应。

13、所述的将第一聚苯乙烯内壳层浸渍于淀粉基储能材料溶液中，使淀粉基储能材料附着在第一聚苯乙烯内壳层表面形成芯材层，反应条件为：缓慢搅拌30-40min，温度控制在30-40℃。

14、所述的使苯乙烯单体在芯材层外聚合形成第二聚苯乙烯外壳层，具体方法为：将附着淀粉基储能材料的第一聚苯乙烯微球壳层放入溶剂中，一边搅拌溶剂，一边加入苯乙烯单体，并控制在90-95℃，加入光引发剂，使苯乙烯单体进行1-2h聚合反应。

15、所述的溶剂选自环己烷、水、四氢呋喃中的至少一种；搅拌的速率为60-80r/min；所述的光引发剂选自2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、4-二甲氨基苯甲酸乙酯、异丙基硫杂蒽酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮的至少一种。

16、进一步地，在溶剂中滴加聚苯乙烯微球，以快速引发苯乙烯单体聚合反应，聚苯乙烯微球在30-60min滴加完毕，然后继续反应15-30min。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本发明的淀粉基储能材料由淀粉与相变材料聚合物前体复合而成，淀粉作为一种天然的高分子化合物，具有优异的生物相容性和可再生性，其独特的分子结构和多孔性为相变材料的引入提供了良好的载体，通过与相变材料复合将其均匀地分布在淀粉的颗粒或孔道中，形成紧密的复合结构，淀粉与相变材料之间的化学键合和物理吸附作用增强了两者之间的结合力，提高了材料的稳定性，通过对工艺的调控，发挥不同材料的优点，制备出具有可调相变温度和较高储能密度的储能材料。

19、本发明利用聚苯乙烯(ps)构建中空壳结构增加微球的表面积，从而提高其储能效率，并且中空结构减轻了微球的重量，减少了复合材料中填充剂的使用，同时保持所需的储能性能，同时中空壳结构的微球可以分散外部施加的力量，减少材料的破损，从而提供更好的机械稳定性，实现储能材料的有效封装，防止在相变过程中发生泄漏。

20、本发明的微球具有可调相变温度、较高储能密度以及良好的稳定性和密闭性，解决了传统储能材料导热性能差、易泄漏等问题，为能源可持续利用提供了有效方案。

技术特征：

1.一种具有储能功能的聚苯乙烯微球，其特征在于：包括外壳和中空内腔，所述的外壳包括聚苯乙烯外壳层、芯材层和聚苯乙烯内壳层，所述的芯材层夹在聚苯乙烯外壳层和聚苯乙烯内壳层之间，所述的芯材层为淀粉基储能材料。

2.根据权利要求1所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球，其特征在于：所述的淀粉基储能材料由淀粉与相变材料聚合物前体复合而成；所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球的尺寸为0.5-2μm。

3.根据权利要求2所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球，其特征在于：所述的相变材料聚合物前体选自石蜡、聚乙二醇、十六烷中的至少一种。

4.权利要求1-3任一项所述的聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述的加热共聚的反应条件为：控制加热温度为60-80℃，反应时长为1.5-2.5h；所述的乳化剂选自聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、脂肪酸盐中的至少一种；所述的分散剂选自十二烷基硫酸钠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯中的至少一种；淀粉、相变材料聚合物前体、乳化剂、分散剂的质量比为10-15：10-15：2-5：2-5。

6.根据权利要求5所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述的使苯乙烯单体聚合成第一聚苯乙烯微球壳层，具体方法为：一边搅拌溶剂，一边加入苯乙烯单体，并控制在90-95℃，加入光引发剂，使苯乙烯单体进行1-2h聚合反应。

7.根据权利要求4所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述的将第一聚苯乙烯内壳层浸渍于淀粉基储能材料溶液中，使淀粉基储能材料附着在第一聚苯乙烯内壳层表面形成芯材层，反应条件为：缓慢搅拌30-40min，温度控制在30-40℃。

8.根据权利要求4所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述的使苯乙烯单体在芯材层外聚合形成第二聚苯乙烯外壳层，具体方法为：将附着淀粉基储能材料的第一聚苯乙烯微球壳层放入溶剂中，一边搅拌溶剂，一边加入苯乙烯单体，并控制在90-95℃，加入光引发剂，使苯乙烯单体进行1-2h聚合反应。

9.根据权利要求6或8所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：所述的溶剂选自环己烷、水、四氢呋喃中的至少一种；搅拌的速率为60-80r/min；所述的光引发剂选自2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、4-二甲氨基苯甲酸乙酯、异丙基硫杂蒽酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮的至少一种。

10.根据权利要求6或8所述的具有储能功能的聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于：在溶剂中滴加聚苯乙烯微球，以快速引发苯乙烯单体聚合反应，聚苯乙烯微球在30-60min滴加完毕，然后继续反应15-30min。

技术总结
本发明公开了一种具有储能功能的聚苯乙烯微球及其制备方法，聚苯乙烯微球包括外壳和中空内腔，所述的外壳包括聚苯乙烯外壳层、芯材层和聚苯乙烯内壳层，所述的芯材层夹在聚苯乙烯外壳层和聚苯乙烯内壳层之间，所述的芯材层为淀粉基储能材料。本发明的淀粉基储能材料是由淀粉与相变材料聚合物前体复合而成的具有可调相变温度和较高储能密度的储能材料，本发明利用聚苯乙烯构建中空壳结构增加微球的表面积，提高储能效率、减轻重量，并分散外部施加的力量，减少材料的破损，使其保持机械稳定性，实现储能材料的有效封装。

技术研发人员：胡恒铭,关一通,黄福宁,施晓萌,张煜,王文超,吴梦非,刘永涵,杭祖圣,张春祥
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23