复合壁材相变微胶囊及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种复合壁材相变微胶囊及其制备方法和应用，属于建筑保温材料技术领域。该方法包括以下步骤：准备表面活性剂水相、准备芯材有机相、微胶囊乳液的制备、界面聚合反应、硅醇溶液的制备、有机硅改性得到相变微胶囊。上述通过有机硅改性制备得到的微胶囊有着良好的热稳定性和耐腐蚀性，其放热焓能达到121.3J/g，能够满足建筑领域控温的需求。且还有着优异的循环性能，经过-20-60℃上千次循环后，相变微胶囊的热焓为焓值保持率在90％以上，可作为建筑保温材料广泛应用。可作为建筑保温材料广泛应用。可作为建筑保温材料广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
复合壁材相变微胶囊及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及建筑保温材料
，特别是涉及一种复合壁材相变微胶囊及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]能源是人类赖以生存的物质基础，是促进经济发展、社会进步的关键因素。2004年的世界一次能源消耗量统计，中国是居美国之后的世界第二大能源消耗国。伴随着全球工业化的迅速发展，世界能源的日益枯竭，严重阻碍了社会发展，且带来了由于能源不当利用而导致的生态恶化，气候变暖等严重的环境问题，因而，提高能源使用效率以及开发应用可再生资源成为我们人类面临的重要课题。
[0003]我国是建筑大国，建筑业是国民经济重要组成之一。随着我国城镇化推进，建筑面积以每年新增16～20亿平方米的速度增加，其中95％以上属于高能耗建筑。有关资料显示，我国现有建筑面积总量约430亿平方米，累计已建成节能建筑总面积约有28.5亿平方米，仅占城镇既有建筑总量的16.1％。根据国家建设部对中国1996～200年建筑能耗统计资料，可知建筑行业总能耗约占全国总能耗的1/3左右，因此，提高建筑领域能源使用效率，降低建筑能耗，对缓解能源危机、保护环境和促进经济增长具有显著的影响。
[0004]建筑节能概念早在20世纪70年代就被正式提出，最初的含义是减少建筑中能源的使用，现指在满足居住舒适度要求的前提下，合理使用能源，提高能源利用效率，以达到降低采暖空调、热水供应、电气、炊事能耗的目的，对促进经济可持续发展和建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。目前，利用相变材料具有发生相变时能储存和释放大量热能，且本身温度基本不变的特性，将其与传统建筑材料融合，制成具有相变储能能力的轻质建筑材料，即能够将能量以相变潜热的形式进行贮存或释放，实现能量在不同时间、空间位置之间的转换，达到有效增加建筑物的蓄热性能，降低室内温度波动，提高舒适度的研究是当今国内外学者的热点。
[0005]微胶囊是指采用膜材料将固、液体进行组装制作而成的微小粒子。微胶囊包埋的物质是芯材，而微胶囊外层的膜材料为壳材。微胶囊的制备开始于上个世纪三十年代，美国的大西洋海岸的渔业公司第一次合成了鱼肝油的微胶囊；后来，人们发现可以利用复凝聚技术制备的明胶的微胶囊成功应用于无碳的复写纸。目前，传统微胶囊的制备方式有复凝聚法、原位聚合法、界面聚合法、喷雾干燥法等。微胶囊具有控制释放、增加体系稳定性、减少体系挥发性、保护包埋材料、隔离不同组分、改变材料的状态等性能被广泛应用于生物医药化学涂料、农业食品、日用化妆品等行业。
[0006]目前，对于可再生能源的有效利用问题成为了一个关注重点，热能储存系统为能量储存提供了可能性，潜热储存是热能储存最有效的方式。相变材料作为最重要出潜热存储材料，其热量存储的通过材料的相转变实现的。然而，传统相变材料发生相变时，其体积随之发生变化，且处于液态的材料溶液发生泄漏，处于固态时导热效率低，是阻碍其广泛应用的一大问题。微胶囊技术的出现让传统相变材料广泛应用成为了可能，微胶囊能将相变
材料与外界隔绝，使相变发生在微胶囊内部，解决了相变材料发生相变时容易泄露及重复利用性差的问题。
[0007]有机硅，即有机硅化合物，是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中，以硅氧键(-Si-O-Si-)为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90％以上。有机硅材料具有独特的结构：
①
Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；
②
C-H无极性，使分子间相互作用力十分微弱；
③
Si-O键长较长，Si-O-Si键键角大。
④
Si-O键是具有50％离子键特征的共价键(共价键具有方向性，离子键无方向性)。
[0008]由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业，其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。有机硅产品的基本结构单元是由硅－氧链节构成的，侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。因此，在有机硅产品的结构中既含有"有机基团"，又含有"无机结构"，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身。
[0009]与其他高分子材料相比，有机硅产品的最突出性能是：
①
耐温特性，有机硅产品是以硅－氧(Si－O)键为主链结构的，C－C键的键能为82.6千卡/克分子，Si－O键的键能在有机硅中为121千卡/克分子，所以有机硅产品的热稳定性高，高温下(或辐射照射)分子的化学键不断裂、不分解。有机硅不但可耐高温，而且也耐低温，可在一个很宽的温度范围内使用。无论是化学性能还是物理机械性能，随温度的变化都很小；
②
耐候性，有机硅产品的主链为－Si－O－，无双键存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。有机硅具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力。有机硅中自然环境下的使用寿命可达几十年；
③
低表面张力和低表面能，有机硅的主链十分柔顺，其分子间的作用力比碳氢化合物要弱得多，因此，比同分子量的碳氢化合物粘度低，表面张力弱，表面能小，成膜能力强。这种低表面张力和低表面能是它获得多方面应用的主要原因：疏水、消泡、泡沫稳定、防粘、润滑、上光等各项优异性能。
[0010]目前，国内关于合成相变微胶囊的报道有很多，但合成出来的相变微胶囊材料仍存在许多缺点，如热稳定性差、耐腐蚀性能差、循环性能差及与建筑材料的相容性差，其中很大一部分原因是相变材料发生固液转换时会产生体积变化，微胶囊所包覆的有机壳层无法吸收体积变化所带来的应力，导致相变微胶囊稳定性差，且壳层颗粒本身结合能力有限，在受力状态下，壳层颗粒发生分离，从而导致壳层破裂，相变材料泄露，这极大的限制了相变微胶囊在建筑领域的应用。包覆相变材料所采用的壳材大多数为高分子材料，众所周知，高分子材料存在着易分解和易老化的缺点，单层高分子材料包覆得到的相变微胶囊稳定性极差，为了解决单层壳相变微胶囊材料易泄露的问题，遂采取双层高分子材料包覆相变材料，相变微胶囊稳定性虽有所提升，但未根本解决问题。另外，相变材料和高分子壳材均为
有机材料，与建筑材料的相容性差，难以直接应用，且有机材料易燃烧，限制了相变微胶囊材料在建筑控温领域的应用。
[0011]例如有报道使用脲醛树脂和烯类聚合物包覆有机相变材料得到双层壳微胶囊，其中脲醛树脂为最外层壳，脲醛树脂壳热稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合壁材相变微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：准备表面活性剂水相：取表面活性剂水溶液，加热并搅拌，得到预定温度的表面活性剂水相；准备芯材有机相：取有机相变材料，与异氰酸酯和环己烷混合，超声分散，得到芯材有机相；微胶囊乳液的制备：将上述得到的芯材有机相加入到上述得到的表面活性剂水相中，混合、剪切，得到微胶囊乳液；界面聚合反应：将有机胺溶液加入上述得到的微胶囊乳液中，升温后再加入第一有机硅溶液，反应，得微胶囊溶液；硅醇溶液的制备：将硅烷单体与酸混合，搅拌反应，得到硅醇溶液；有机硅改性：将上述微胶囊溶液降温后加入所述硅醇溶液中，再加入第二有机硅溶液，反应，反应结束后以水清洗，过滤，干燥，即得所述相变微胶囊。2.根据权利要求1所述的复合壁材相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述第一有机硅和第二有机硅均为摩尔比为1.2-1.8：1的聚二甲基硅氧烷：乙二醇硅氧烷；所述硅烷单体选自：甲基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十八烷基三甲氧基硅烷中至少的一种。3.根据权利要求1所述的复合壁材相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述第一有机硅溶液和第二有机硅溶液的浓度均为0.3
±
0.1wt％，所述有机胺溶液的浓度为1
±
0.2wt％，所述表面活性剂水溶液的浓度为0.42-0.48wt％。4.根据权利要求1-3任一项所述的其特征在于，所述表面活性剂选自：聚乙烯醇和OP-10中的至少一种；所述有机相变材料选自：石蜡、直链烷烃、硬肪酸酯中的至少一种；所述异氰酸酯选自：苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种；所述有机胺选自：长链单体聚乙烯亚胺。5.根据权利要求1所述的复合壁材相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述复合壁材相变微胶囊的原料按照以下重量份设置：相变微胶囊...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晶磊，安金亮，黄良康，
申请(专利权)人：广州市香港科大霍英东研究院，
类型：发明
国别省市：