双层脲醛壳相变微胶囊及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种双层脲醛壳相变微胶囊及其制备方法和应用，涉及相变微胶囊技术领域。本发明专利技术的双层脲醛壳相变微胶囊，由内至外依次包括芯材、内层壁材和外层壁材，所述芯材为相变材料，所述内层壁材和外层壁材均为脲醛树脂。本发明专利技术的双层脲醛壳相变微胶囊具有高热稳定性和高潜热优点。本发明专利技术通过两步加入PUF预聚液，并控制和调整反应过程中的pH值，制得具有双层脲醛壳的相变微胶囊，微胶囊具有高热稳定性和高潜热的优点，而且胶囊间分散性好，胶囊的包覆率高。囊的包覆率高。囊的包覆率高。

【技术实现步骤摘要】
双层脲醛壳相变微胶囊及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及相变微胶囊
，特别是涉及一种双层脲醛壳相变微胶囊及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相变材料(phase change materials，简称PCMs)，是指在相变过程中能吸收和释放大量相变潜热的材料，根据相变机理，可将相变材料分为固
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固、固
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气、液
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气、固
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液四大类。其中，固
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液相变材料因具有相变前后体积变化小、相变潜热大、相变温度范围广、稳定性好、价格低廉等优点而成为近年来的研究热点。常用的固
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液相变材料有石蜡类、脂肪酸、脂肪醇、无机水合盐类等。固
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液相变材料同时也存在相变时体积发生变化、固态导热性能差、液态易泄漏等不足，而将相变材料封装形成微胶囊可在一定程度上解决上述问题。相变微胶囊在相变过程中具有储能和调温的作用，在建筑节能领域、纺织服装领域、电子产品、航空航天领域、功能热流体领域有着广泛的应用。
[0003]微胶囊化技术是利用高分子材料作为成膜材料(壁材)，将固体、液体、或者气体(芯材)完全包覆，形成具有密封性或半透性囊膜的固态微小粒子(微胶囊)。相变微胶囊(MEPCMs)釆用微胶囊化技术，以相变材料作为芯材，用无机材料或合成高分子材料以物理或化学方法包裹起来，制成微胶囊。常用的制备方法有原位聚合法、界面聚合法、悬浮聚合法。
[0004]相变微胶囊的相变潜热是相变芯材本身的热焓和微胶囊的包覆率决定的，理想的相变芯材应尽可能满足相变潜热高、相变温度符合需求、性能稳定、无毒、来源广泛、过冷度小和无相分离等条件，达到能量存储与利用的效果，实现对温度的调控。目前，常用的相变微胶囊的芯材有：无机水合盐、石蜡类、脂肪酸、脂肪醇、酯类等单一相变材料，也有将几种材料相复合得到复合芯材。
[0005]相变微胶囊的壁材能够给相变材料提供一个稳定的相变空间，起到保护和密封相变材料的作用，壁材极大地影响微胶囊的各项性能，且不同的应用领域和环境对壁材有着不同的要求。可根据芯材的性质初步确定相应的壁材，选择时需要考虑多方面因素，主要有：壁材的稳定性和耐用性、壳材的渗透性和固化程度、外界环境的影响。
[0006]常用的相变微胶囊壁材包括有机类的脲醛树脂、三聚氰胺
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甲醛树脂、聚脲、聚乙烯等，以及无机类的SiO2、TiO2、CaCO3等。其中脲醛树脂因其密封性好，制备过程简便，耐热、力学性能良好，现已被大量应用于研究中。
[0007]然而，现有的脲醛壳微胶囊制备工艺制备的相变微胶囊，耐高温性能差，高温100℃测试20分钟以内，就有明显的芯材泄露，这大大限制了相变微胶囊的应用范围和服役时长。此外，现有有机壳制备的相变微胶囊，为提高产品的致密性，往往会牺牲热焓，即在制备时增加壁材的用量，导致芯材的包覆率较低，从而影响相变微胶囊的控温性能。因此，有必要提高脲醛壳相变微胶囊的耐高温性能，开发一种具有优异的热稳定性，同时兼具高潜热特性的相变微胶囊。

技术实现思路

[0008]基于此，有必要针对上述问题，提供一种双层脲醛壳相变微胶囊，具有高热稳定性和高潜热的优点。
[0009]一种双层脲醛壳相变微胶囊，由内至外依次包括芯材、内层壁材和外层壁材，所述芯材为相变材料，所述内层壁材和外层壁材均为脲醛树脂(PUF)。
[0010]上述双层脲醛壳相变微胶囊，具有高热稳定性，在100℃下烘烤6h以上依然无明显的芯材泄露，而且还具有高热焓，调温性能优异。
[0011]在其中一个实施例中，所述相变材料选自：烷烃类相变材料、脂肪酸类相变材料、脂肪醇类相变材料、脂肪酸酯类相变材料。
[0012]烷烃类相变材料优选为C8
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C26直链烷烃，脂肪酸类相变材料优选为C8
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C20脂肪酸，脂肪醇类相变材料优选为C8
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C26脂肪醇，脂肪酸酯类相变材料优选为C4
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C26脂肪酸酯。
[0013]在其中一个实施例中，所述相变材料选自：石蜡、十八烷、十四醇。
[0014]本专利技术还提供一种双层脲醛壳相变微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
[0015]制备水相：将乳化剂、水和多元酚混合，得到水相；
[0016]制备油相：加热使有机相变材料熔融，得到油相；
[0017]制备PUF预聚液：以尿素和甲醛为原料，制备内层PUF预聚液和外层PUF预聚液；
[0018]制备乳液：将油相加入水相中，进行乳化反应，得到水包油相变乳液；
[0019]一次包覆：将水包油相变乳液和内层PUF预聚液混合，用pH调节剂调节pH值为3.2
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3.6，进行缩聚反应，调节pH值为2.6
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2.9，继续进行缩聚反应，在芯材外表面形成内层壁材；
[0020]二次包覆：向经过一次包覆后的溶液中加入多元酚和外层PUF预聚液，调节pH值为3.2
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3.6，进行缩聚反应，调节pH值为2.6
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2.9，继续进行缩聚反应，在内层壁材外表面形成外层壁材，得到双层脲醛壳相变微胶囊。
[0021]上述制备方法中，分两步加入PUF预聚液，芯材的包覆率可达到70％以上，同时提高壳材的致密性，形成的双层壳材具有优越的耐温性能，而且胶囊的分散性好，胶囊间无粘连。
[0022]本专利技术的制备方法中，在加入PUF预聚液后，先将反应体系的pH值控制在较高的数值(3.2
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3.6)反应一段时间，在该pH下，PUF预聚液在芯材表面沉积速率较为缓慢，从而能形成较为致密的壳层，防止初期高反应速率下形成较为松散的壳层，同时降低壁材自聚积导致的浪费，此过程中PUF预聚物发生一定程度的缩聚，形成不同程度的低聚物，在反应一段时间后，壁材分散较为均匀，壁材浓度有一定程度的下降，再降低pH值(2.6
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2.9)，低聚物进一步缩聚，形成聚合度高的PUF，壁材的沉积速率较为合理，不易发生爆聚，PUF壳表面也比较光滑。
[0023]现有技术中通常将预聚液一次性加入，容易导致PUF预聚物在溶液中自聚积，从而影响壳材的厚度及致密性，而且制得的微胶囊容易粘连，分散性差，严重影响微胶囊在应用基材中的使用效果。
[0024]如果在聚合反应初始就保持在较低的pH值(如2.8左右)，由于初始阶段PUF预聚物浓度较高，容易发生爆聚，得到的PUF壳表面粗糙，导致胶囊致密性差，芯材易泄露。如果反应体系一直处于较高的pH值(如3.8左右)，PUF预聚液缩聚反应慢，PUF壳材在芯材或胶囊表面沉积的速率过慢，形成的胶囊壳层过薄，在受热或外力作用下，胶囊壳易破裂，导致微胶
囊耐热性能差。
[0025]在其中一个实施例中，所述乳化剂选自：乙烯
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马来酸酐共聚物、苯乙烯
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马来酸酐共聚物、阿拉伯胶、聚乙烯醇本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层脲醛壳相变微胶囊，其特征在于，由内至外依次包括芯材、内层壁材和外层壁材，所述芯材为相变材料，所述内层壁材和外层壁材均为脲醛树脂。2.根据权利要求1所述的双层脲醛壳相变微胶囊，其特征在于，所述相变材料选自：烷烃类相变材料、脂肪酸类相变材料、脂肪醇类相变材料、脂肪酸酯类相变材料。3.根据权利要求2所述的双层脲醛壳相变微胶囊，其特征在于，所述相变材料选自：石蜡、十八烷、十四醇。4.一种权利要求1
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3任一项所述的双层脲醛壳相变微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备水相：将乳化剂、水和多元酚混合，得到水相；制备油相：加热使有机相变材料熔融，得到油相；制备PUF预聚液：以尿素和甲醛为原料，制备内层PUF预聚液和外层PUF预聚液；制备乳液：将油相加入水相中，进行乳化反应，得到水包油相变乳液；一次包覆：将水包油相变乳液和内层PUF预聚液混合，用pH调节剂调节pH值为3.2
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3.6，进行缩聚反应，调节pH值为2.6
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2.9，继续进行缩聚反应，在芯材外表面形成内层壁材；二次包覆：向经过一次包覆后的溶液中加入多元酚和外层PUF预聚液，调节pH值为3.2
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3.6，进行缩聚反应，调节pH值为2.6
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2.9，继续进行缩聚反应，在内层壁材外表面形成外层壁材，得到双层脲醛壳相变微胶囊。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂选自：乙烯
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马来酸酐共聚物、苯乙烯
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马来酸酐共聚物、阿拉伯胶、聚乙烯醇、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化胺、失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或两种以上；所述多元酚选自：间苯二酚、对苯二酚、邻苯二酚、连苯三酚、间苯三酚、儿茶酚、多巴胺中的一种或两种以上。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述pH调节剂为酸和/或碱；所述酸选自：盐酸、硝酸、硫酸、柠檬酸、醋酸、甲酸；所述碱选自：氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、碳酸钠。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备水相步骤中，乳化剂、水、多元酚的质量比为(0.3
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1.5)：(50
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70)：(0.1
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0.6)，混合的方式为搅拌，搅拌转速为200
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500rpm，温度为40
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80℃，待原料溶解后，调节pH值为3.0
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3.6；所述制备油相步骤中，有机相变材料的用量为水相总重量的6％
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10％；制备内层PUF预聚液具体为：将质...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晶磊，孙赛玲，安金亮，
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：