一种多组分网状壳体相变微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术公开的多组分网状壳体相变微胶囊，其囊芯为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物；囊壁为多元异氰酸酯分别于与多元胺、油溶性多元醇和水溶性多元醇反应形成具有聚脲聚氨酯多组分网状结构的树脂。本发明专利技术还公开该相变微胶囊的制备方法，包括：将油相和水相介质溶液乳化处理，加入水溶性多元胺，然后升温反应，最后加入水溶性多元醇保温反应即得。本发明专利技术从界面内部引入了单体之间的反应形成壳体，促使反应单体在反应结束时单体反应完全；采用脂肪族异氟尔酮二异氰酸酯分别与二乙烯三胺、分子量较大的油溶性聚丙二醇和水溶性多元醇进行反应，制备出具有多组分网状壳体相变微胶囊，该微胶囊囊壁的交联密度增高，从而增强了囊壁的致密性和稳定性。

A multi-component phase change microcapsule with reticulated shell and its preparation method

The multi-component reticulated shell phase change microcapsule disclosed by the invention has a low melting point fatty acid ester or paraffin hydrocarbon compound in the core and a polyisocyanate in the wall reacting with polyamines, oil-soluble polyols and water-soluble polyols respectively to form a polyurea polyurethane multi-component reticulated structure resin. The invention also discloses the preparation method of the phase change microcapsule, which includes emulsifying oil and water medium solution, adding water-soluble polyamines, then heating reaction, and finally adding water-soluble polyols to heat preservation reaction. The invention introduces the reaction between monomers into the interface to form a shell, which promotes the reaction of monomers to complete at the end of the reaction; and uses aliphatic isofluorone diisocyanate to react with diethylenetriamine, oil-soluble polypropylene glycol with larger molecular weight and water-soluble polyol, respectively, to prepare a phase change microcapsule with multi-component reticular shell, which intersects the wall of the microcapsule. The density of cyst wall increased, which enhanced the compactness and stability of cyst wall.

【技术实现步骤摘要】
一种多组分网状壳体相变微胶囊及其制备方法
本专利技术属于相变材料制备
，具体涉及一种多组分网状壳体相变微胶囊，还涉及该相变微胶囊的制备方法。
技术介绍
利用相变材料在相变过程中进行的吸放热反应，可以进行能量的储存和利用，但纯相变材料在使用过程中也会受到限制，如与基体材料结合、具有腐蚀性以及易损失等问题，因此应用的领域受到限制，相变微胶囊由于具有优良的储热性能，近几十年来已成为能源领域研究的热点，并广泛应用于太阳能、建筑材料、纺织服装，以及食品包装等相关领域。目前包覆相变材料的微胶囊产品主要采用三聚氰胺甲醛树脂和聚脲树脂为壳体，由于前者不可避免地存在游离甲醛问题，不利于环境保护，使其应用受到一定局限。聚脲壳体由于不含有甲醛，近年来受到越来越多研究人员的关注。但是传统的聚脲壳体微胶囊大多是采用芳香族二元异氰酸酯(TDI)与二元胺反应制备的，由于TDI反应活性很高，致使初始反应速率快，反应较难控制，所形成的壳体热稳定性较差；同时芳香族异氰酸酯水解时会产生苯胺，危害人类健康。脂肪族异氰酸酯由于反应活性相对较低，可以使壁材在相对平缓的条件下均匀形成，可有效提高微胶囊热稳定性和致密性，同时也不会产生苯胺释放问题；虽然采用脂肪族异氰酸酯可以有效避免初始反应速率过快的问题，但是由于单体异氰酸酯和二元胺反应形成的囊壁为线性结构，致使所制备微胶囊的热稳定性和致密性较差，芯材易泄露，应用受到很大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多组分网状壳体相变微胶囊及其制备方法，能够解决脂肪族异氰酸酯与二元胺反应所制得微胶囊囊壁渗透性大的问题，在聚合反应过程中形成具有多组分网状结构的微胶囊囊壁，提高微胶囊囊壁的致密性和稳定性，解决了储能材料泄漏的问题。本专利技术所采用的一种技术方案是：一种多组分网状壳体相变微胶囊，包括囊芯和包裹囊芯的囊壁两部分，所述囊芯为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物；所述囊壁为多元异氰酸酯分别于与多元胺、油溶性多元醇和水溶性多元醇反应形成具有聚脲聚氨酯多组分网状结构的树脂。进一步的，所述囊芯为十六烷、十八烷或硬脂酸丁酯；所述囊壁为二元异氰酸酯分别与多元胺、分子量较大的油溶性多元醇、含有水溶性多元醇化合物聚合形成具有聚脲聚氨酯多组分网状结构的树脂。更进一步的，所述二元异氰酸酯为脂肪族类的异氟尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。优选的，所述多元胺为含有三个胺基的二元胺。优选的，所述油溶性多元醇为聚丙二醇2000或聚丙二醇1500。优选的，所述水溶性多元醇为三乙醇胺、丙三醇或三羟甲基丙烷。本专利技术所采用的另一种技术方案是：一种多组分网状壳体相变微胶囊的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，将囊芯材料、多元异氰酸酯和油溶性多元醇混合制备油相介质溶液，步骤2，利用乳化剂制备水相介质溶液，步骤3，制备乳化悬浮液，将步骤1制备的油相介质溶液和步骤2制备的水相介质溶液混合，进行高速剪切乳化处理后，得到乳化悬浮液；步骤4，将步骤3制备的乳化悬浮液与水溶性多元胺混合进行第一阶段反应，形成聚脲壳体；步骤5，在所述步骤4中的混合反应过程中升温至67～70℃进行第二阶段，形成聚氨酯壳体；步骤6，随后从外向加入水溶性多元醇进行反应，反应结束后降温出料，即制得多组分网状壳体相变微胶囊。具体的，所述步骤1中，多元异氰酸酯与囊芯材料的质量比为(0.1～0.5)：1，所述油溶性多元醇与多元异氰酸酯的质量比为(0.1～0.4)：1。进一步的，所述步骤4具体为：在500～700转/分钟的搅拌转速下，向步骤3制得的乳化悬浮液中滴入多元胺类化合物的水溶液；其中，所述多元胺类化合物与多元异氰酸酯的摩尔比为(0.1～1)：1。进一步的，所述步骤6中，所述水溶性多元醇与所述多元异氰酸酯的摩尔比为(0.5～1)：1，所述水溶性多元醇的滴加时间为10～20分钟；滴加完后，将反应温度78～83℃下保温1～2小时，随后降温出料。本专利技术的有益效果是：本专利技术的多组分网状壳体相变微胶囊的制备方法，其优点一方面在于，从界面内部引入了单体之间的反应形成壳体，促使反应单体在反应结束时单体反应完全，不会有少量异氰酸酯残留于微胶囊内部；另一方面在于采用脂肪族异氟尔酮二异氰酸酯分别与二乙烯三胺、分子量较大的油溶性聚丙二醇和水溶性多元醇进行反应，制备出具有多组分网状壳体相变微胶囊，该微胶囊囊壁的交联密度增高，从而增强了囊壁的致密性和稳定性，解决了芯材泄露的问题，且所制备的微胶囊表面形貌呈现完整的球形分布，壳体表面光滑饱满，无凹陷现象。附图说明图1是利用本专利技术的方法所制备的相变微胶囊的扫描电子显微镜照片。具体实施方式本专利技术公开一种多组分网状壳体相变微胶囊，包括囊芯和囊壁两部分，囊芯为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物，囊壁为多元异氰酸酯分别与多元胺、油溶性多元醇、水溶性多元醇反应形成具有聚脲聚氨酯网状结构的树脂。其中，囊芯组分优选为十六烷、十八烷或硬脂酸丁酯中的一种。囊壁优选为二元异氰酸酯分别与多元胺、分子量较大的油溶性多元醇和含有三个羟基的水溶性多元醇化合物聚合形成具有多组分网状结构的聚脲聚氨酯树脂。其中，二元异氰酸酯可以是异氟尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯，优选为异氟尔酮二异氰酸酯。其中，多元胺为含有三个胺基的二元胺，优选为二乙烯三胺；分子量较大的油溶性多元醇包括二元醇优选为分子量较大的聚丙二醇2000或聚丙二醇1500；水溶性的多元醇包括三乙醇胺、丙三醇或三羟甲基丙烷，优选为含有三个羟基的三乙醇胺。本专利技术还公开一种上述网状壳体相变微胶囊的制备方法，具体按照以下步骤实施，步骤1，制备油相介质溶液，将囊芯组分、多元异氰酸酯和油溶性多元醇混合作为体系的油相，其中，囊芯材料为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物；多元异氰酸酯与囊芯组分的质量比为(0.1～0.4)：1，油溶性多元醇与多元异氰酸酯的质量比为(0.1～0.4)：1。步骤2，制备水相介质溶液，按照蒸馏水的质量为囊芯组分质量的4～8倍的比例称取蒸馏水，按照乳化剂与囊芯组分的质量比为(0.05～0.1)：1称取乳化剂，将蒸馏水和乳化剂混合制得水相介质溶液。其中，乳化剂可以是苯乙烯-马来酸酐共聚物、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种，优选为苯乙烯-马来酸酐共聚物。步骤3，制备乳化悬浮液，将步骤1制备的油相介质溶液和步骤2制备的水相介质溶液混合，在高速剪切乳化机的作用下，制备出乳化悬浮液，其中，乳化转速在5000～14000转/分钟，乳化时间为5～15分钟。步骤4，在500～700转/分钟的搅拌转速下，向步骤3制备得到的乳化悬浮液中缓慢滴入水溶性反应单体，即多元胺类化合物的水溶液，进行第一阶段反应形成聚脲壳体；其中，多元胺类化合物与二元异氰酸酯的摩尔比为(0.1～1)：1。步骤5，温度升高至67～70℃进行第二阶段反应，促使壳体内部多元异氰酸酯与油溶性多元醇发生聚合反应，从内部再次形成聚氨酯壳体；其中油溶性多元醇优选为分子量较大的聚丙二醇。步骤6，滴加水溶性多元醇溶液，水溶性多元醇的滴加时间是10～20分钟，其中，多元醇包括三乙醇胺、丙三醇或三羟甲基丙烷，优选为含有三个羟基的三乙醇胺。水溶性多元醇溶液中蒸馏水和三乙醇胺的质量比(2～6)：1；水溶性多元醇与多元异氰酸酯的摩尔比为(0.5～1)：1。滴加完后，将反应体系在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多组分网状壳体相变微胶囊，其特征在于，包括囊芯和包裹囊芯的囊壁两部分，所述囊芯为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物；所述囊壁为多元异氰酸酯分别于与多元胺、油溶性多元醇和水溶性多元醇反应形成具有聚脲聚氨酯多组分网状结构的树脂。

【技术特征摘要】
1.一种多组分网状壳体相变微胶囊，其特征在于，包括囊芯和包裹囊芯的囊壁两部分，所述囊芯为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物；所述囊壁为多元异氰酸酯分别于与多元胺、油溶性多元醇和水溶性多元醇反应形成具有聚脲聚氨酯多组分网状结构的树脂。2.如权利要求1所述的多组分网状壳体相变微胶囊，其特征在于，所述囊芯为十六烷、十八烷或硬脂酸丁酯；所述囊壁为二元异氰酸酯分别与多元胺、油溶性多元醇、含有水溶性多元醇化合物聚合形成具有聚脲聚氨酯多组分网状结构的树脂。3.如权利要求2所述的多组分网状壳体相变微胶囊，其特征在于，所述二元异氰酸酯为脂肪族类的异氟尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯。4.如权利要求1或2所述的多组分网状壳体相变微胶囊，其特征在于，所述多元胺为含有三个胺基的二元胺。5.如权利要求1或2所述的多组分网状壳体相变微胶囊，其特征在于，所述油溶性多元醇为聚丙二醇2000或聚丙二醇1500。6.如权利要求1或2所述的多组分网状壳体相变微胶囊，其特征在于，所述水溶性多元醇为三乙醇胺、丙三醇或三羟甲基丙烷。7.一种多组分网状壳体相变微胶囊的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，将囊芯材料、多元异氰酸酯和油溶性多元醇混合制备油相介质溶液，步骤2，利用乳化剂制备水相介质溶液，步骤3，制备乳化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆少锋，宋庆文，辛成，邵景峰，肖超鹏，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61