一种窄粒径分布的有机相变材料微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种窄粒径分布的有机相变材料微胶囊及其制备方法，所述方法依次包括乳液乳化阶段和微胶囊化阶段；其中，乳液乳化阶段包括以下步骤：(1)制备预乳液；(2)将步骤(1)制得的预乳液压过多孔膜得到乳液液滴。本发明专利技术的有机相变材料微胶囊粒径分布范围窄，平均粒径可控，易于工业化生产，不仅可用于建筑保温储能，还可以用于对粒径要求更高的调温纤维、传热流体、电子元件冷却以及生物医疗微器件热保护等领域，解决了目前非均匀分布的微胶囊颗粒难以实现均匀传热，不利于充分发挥相变材料的控温和储热性能的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种窄粒径分布的有机相变材料微胶囊及其制备方法
本专利技术属于相变储能材料
，涉及一种有机相变材料微胶囊及其制备方法，尤其涉及一种窄粒径分布的有机相变材料微胶囊及其制备方法。
技术介绍
近年来，为了提高能源利用效率，解决热能供给与需求失衡的矛盾，相变材料的应用越来越广泛。早在20世纪40年代有关相变材料的学术研究就已出现，然而并没有引起人们的重视。20世纪60年代，美国开始了对相变材料的研究，并发现其在热能存储与温度控制方面存在很大的应用潜力。20世纪70年代，微胶囊技术得以迅猛发展，并开始应用于相变材料中。目前，大量的研究工作已经致力于微胶囊相变材料的探索。相变微胶囊有效解决了相变材料的泄露、相分离及腐蚀性等问题，已在调温纤维、传热流体、节能建材以及生物医疗微器件热保护等领域有诸多探索性的应用研究工作。然而，随着应用研究的不断深入，制备一定平均粒径的窄粒径分布的相变微胶囊受到严峻的挑战。目前，已报道的有机相变材料微胶囊制备技术主要有化学法、物理化学法和物理法，例如原位聚合法、界面聚合法、悬浮聚合法、复凝聚法、喷雾干燥法和流化喷涂法等，这些制备手段乳化所用方法大都是常规机械乳化方法，乳化速度慢，限制了有机相变材料微胶囊的制备效率，很难实现批量化生产，且都无法针对性的解决微胶囊粒度分布范围窄的且平均粒径可控的问题。CN101029215A公开了一种储能聚氨酯微胶囊的制备方法，该方法制备的微胶囊由碳原子14至22的正构烷烃和包裹在外的聚氨酯构成，粒径在10μm～20μm范围内；CN101670256A公开了一种相变微胶囊的制备方法，该法中芯材为癸烷、十四烷、十五烷、十六烷、十八烷以及相变温度为20℃～60℃的石蜡，聚合物壳材为乙烯基单体、丙烯酸酯类单体或两者的混合物，乳化方法采用匀浆机剪切，方法简单，制备的微胶囊粒径在2μm～30μm范围内；CN104418966A公开了一种相变微胶囊及其制备方法，该方法是将油相组分和水相组分通过自由基乳液聚合法制成相变微胶囊，乳化方法采用高速搅拌，制备的微胶囊粒径小于10μm。然而上述现有技术均存在的问题是：所采用的微胶囊制备方法无法针对性地将微胶囊粒径控制在窄的范围内，未将粒径相对标准偏差控制在小的范围内。有关将相变材料微胶囊粒径控制在较窄范围的制备方法至今鲜有报道，尤其缺乏在常用的粒度范围(0.2μm～100μm)内都实现制备窄粒径分布的相变微胶囊的技术手段。非均匀分布或宽分布的微胶囊颗粒既难以满足精细的复合与加工需求，又阻碍了均匀传热温度场的形成，不利于充分发挥相变材料的控温和储热性能。
技术实现思路
针对现有粒径非均匀分布或宽分布的有机相变微胶囊颗粒难以满足精细的复合与加工需求，会阻碍均匀传热温度场的形成，不利于充分发挥相变材料的控温和储热性能的问题，以及现有制备有机相变微胶囊中常规乳化方法存在的耗时长，限制有机相变微胶囊颗的制备效率的问题，本专利技术提供了一种窄粒径分布的有机相变材料微胶囊及其制备方法。本专利技术所述方法在乳液乳化阶段将预乳液在一定压力下压过孔径均一的多孔膜得到粒径分布范围窄的乳液液滴，然后进行微胶囊化和后处理，最终得到粒径分布范围窄的常用粒度范围(0.2μm～100μm)的有机相变材料微胶囊。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种有机相变材料微胶囊的制备方法，所述方法依次包括乳液乳化阶段和微胶囊化阶段；其中，乳液乳化阶段包括以下步骤：(1)制备预乳液；(2)将步骤(1)制得的预乳液压过多孔膜得到乳液液滴。其中，步骤(2)中所述多孔膜是指孔隙率占总体积70％～80％，孔径均匀，孔径范围在0.2μm～100μm之间的分离膜，为现有技术，属于清楚表述，故不再赘述。步骤(2)中所用多孔膜的孔径均一，进而使得到的乳液液滴的粒径分布范围窄，通过调控乳液液滴的均一性使制备得到的有机相变材料微胶囊的粒径在常用粒度范围(0.2μm～100μm)内具有高度的均一性，粒径分布范围窄。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述制备预乳液为：将乳化剂与有机相变材料混合并搅拌均匀，得到预乳液。优选地，所述乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐、OP乳化剂、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠盐、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、司盘20、司盘40、司盘60、司盘80、吐温20、吐温40、吐温60或吐温80中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：苯乙烯-马来酸酐共聚物和苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐的组合，苯乙烯-马来酸酐共聚物、OP乳化剂和壬基酚聚氧乙烯醚的组合，壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的组合，十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基磺酸钠盐的组合，司盘20、司盘40、司盘60和司盘80的组合，吐温20、吐温40、吐温60和吐温80的组合等，优选为苯乙烯-马来酸酐共聚物、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、司盘60或吐温60中任意一种或至少两种的组合。优选地，所述有机相变材料为烷烃、脂肪酸、脂肪酸酯或脂肪醇中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：烷烃和脂肪酸的组合，脂肪酸和脂肪酸酯的组合，脂肪酸酯和脂肪醇的组合，烷烃、脂肪酸和脂肪酸酯的组合，烷烃、脂肪酸、脂肪酸酯和脂肪醇的组合等。优选地，所述烷烃为碳数为10～32的直链烷烃、碳数为10～32的卤代直链烷烃或石蜡中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：碳数为10～32的直链烷烃和碳数为10～32的卤代直链烷烃的组合，碳数为10～32的卤代直链烷烃和石蜡的组合，碳数为10～32的直链烷烃、碳数为10～32的卤代直链烷烃和石蜡的组合。其中，碳数为10～32的直链烷烃中的碳数可为10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30或32等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；碳数为10～32的卤代直链烷烃中碳数可为10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30或32等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述石蜡为液体石蜡和/或固体石蜡。优选地，所述脂肪酸为C6～C18的脂肪酸，例如C6、C8、C10、C12、C14、C16或C18等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。同时，也不仅限于所述脂肪酸，仅以C6～C18的脂肪酸的所达到的效果最优。优选地，所述脂肪酸酯为硬脂酸丁酯和/或二硬脂酸乙二醇酯，但并不仅限于所述脂肪酸酯，仅以硬脂酸丁酯和/或二硬脂酸乙二醇酯所达到的效果最优。优选地，所述脂肪醇为C8～C22的正烷醇，例如C8、C10、C12、C14、C16、C18、C20或C22等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。同时，也不仅限于所述脂肪醇，仅以C8～C22的正烷醇所达到的效果最优。优选地，所述乳化剂的质量浓度为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机相变材料微胶囊的制备方法，其特征在于，所述方法依次包括乳液乳化阶段和微胶囊化阶段；其中，乳液乳化阶段包括以下步骤：(1)制备预乳液；(2)将步骤(1)制得的预乳液压过多孔膜得到乳液液滴。

【技术特征摘要】
1.一种有机相变材料微胶囊的制备方法，其特征在于，所述方法依次包括乳液乳化阶段和微胶囊化阶段；其中，乳液乳化阶段包括以下步骤：(1)制备预乳液；(2)将步骤(1)制得的预乳液压过多孔膜得到乳液液滴。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述制备预乳液为：将乳化剂与有机相变材料混合并搅拌均匀，得到预乳液；优选地，所述乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐、OP乳化剂、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠盐、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、司盘20、司盘40、司盘60、司盘80、吐温20、吐温40、吐温60或吐温80中任意一种或至少两种的组合，优选为苯乙烯-马来酸酐共聚物、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、司盘60或吐温60中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述有机相变材料为烷烃、脂肪酸、脂肪酸酯或脂肪醇中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述烷烃为碳数为10～32的直链烷烃、碳数为10～32的卤代直链烷烃或石蜡中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述石蜡为液体石蜡和/或固体石蜡；优选地，所述脂肪酸为C6～C18的脂肪酸；优选地，所述脂肪酸酯为硬脂酸丁酯和/或二硬脂酸乙二醇酯；优选地，所述脂肪醇为C8～C22的正烷醇；优选地，所述乳化剂的质量浓度为0.01％～10％；优选地，所述有机相变材料与乳化剂的体积比为1:(1～30)，优选为1:(5～15)；优选地，所述乳化剂与有机相变材料的质量比为1:(2.5～100)，优选为1:(5～50)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述多孔膜的孔径分布范围为0.2μm～100μm；优选地，步骤(2)所述预乳液压过多孔膜的次数≥1次，优选为1次～6次；优选地，步骤(2)所述预乳液压过多孔膜的过膜压力为0MPa～10MPa且不包括0MPa，优选为0MPa～5MPa且不包括0MPa，进一步优选为0MPa～2MPa且不包括0MPa。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述微胶囊化阶段为：向乳液乳化阶段得到的乳液液滴中加入用于生成胶囊外壳的溶液，加热搅拌，在乳液液滴表面形成胶囊外壳，得到微胶囊乳液。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述胶囊外壳为聚氨酯、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯脂、丙烯酸聚合物、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锌或三氧化二铝中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述加热搅拌的温度为40℃～90℃，进一步优选为50℃～80℃；优选地，所述加热搅拌的时间为至少0.5h，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建强，李晓禹，张英，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11