一种微胶囊型相变储能材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种微胶囊型相变储能材料及其制备方法和应用，所述微胶囊型相变储能材料是以双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体与烯基单体交联后的复合材料为囊壁，以被阴离子型表面活性剂乳化后的有机相变材料为囊芯。本发明专利技术提供的一种微胶囊型相变储能材料及其制备方法和应用，所述微胶囊的囊壁更加致密坚固，能够更好地起到保护囊芯的作用，从而使所制备的相变储能材料的热稳定性和密封大大提高。的相变储能材料的热稳定性和密封大大提高。的相变储能材料的热稳定性和密封大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种微胶囊型相变储能材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能性复合材料
，尤其涉及一种微胶囊型相变储能材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]据荷兰《能量转换与管理》(Energy Conversion and Managemen，2004，45(2)：263)介绍，微胶囊型相变储能材料是采用微胶囊技术将固
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液相变材料用高分子材料或无机化合物以物理或化学方法包覆起来制成稳定的固体微粒，微胶囊化相变储能材料不仅可以有效地增大热传导面积，减少相变储能材料与外界环境的反应，而且可以在相变发生时控制材料体积的变化，改善相变储能材料在发生固液转变时的泄漏、相分离、体积膨胀、有腐蚀性、热稳定性差等问题。
[0003]为了防止相变材料产生泄漏，必须为相变材料提供一个稳定的空间，从而对相变材料起到密封和保护作用，这就对微胶囊的壳材提出了一定的强度、密封性和稳定性要求。目前壳材主要包括无机材料和高分子材料两大类。无机壳材主要有金属(Cu、Fe等)、金属氧化物(TiO2、ZrO2等)、非金属单质(S)和无机化合物(硅酸盐)等；高分子材料主要有天然高分子材料、半合成高分子材料和合成高分子材料，天然高分子材料类壳材主要有明胶、阿拉伯树胶等，具有无毒、成膜性好，但强度较低的特点；半合成高分子类壳材是将天然高分子材料再加工的产物，主要有甲基纤维素、甲酸醋酸纤维素、丁醋酸纤维素和邻苯二甲酸丁酸纤维素等，其特点是毒性小，粘度大，但成盐后易水解，且不易高温处理；合成高分子材料类壳材主要有聚氨酯、聚乙烯、脲醛树脂、聚脲、聚酰胺、聚苯乙烯、环氧树脂、三聚氰胺
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甲醛树脂等，其特点是成膜性能好、机械强度高、化学性质稳定等优点，因此合成高分子材料成为制备相变微胶囊的理想壳材。
[0004]目前，以合成高分子材料为壳材的相变微胶囊的制备方法有原位聚合法、界面聚合法、乳液共聚法、溶剂蒸发法等。当前以密胺树脂、脲醛树脂、酚醛树脂或其改性物这类合成高分子材料作为微胶囊壁材时，其微胶囊韧性和耐热性较理想，但因含甲醛使其应用受到影响。虽然以聚氨酯、聚脲为壁材的相变微胶囊不含甲醛成分，其因环保性受到众多研究者重视，但是聚脲壁材生成过程中反应速率较快，导致微胶囊中相变材料的质量分数不稳定，热焓普遍较低，并且该类壁材微胶囊制备时多使用乳化剂，这可能影响相变材料的包裹以及微胶囊的使用性能。
[0005]据《中国粘胶剂》(文志红，陈延娜，邬素华.水性聚氨酯胶粘剂，2003，12(4)：55
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5)介绍：水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，具有无污染、成本低、耐腐蚀、机械性能优良、相容性好、固化后耐水性好等优点，符合目前环保的要求。但是水性聚氨酯作为壁材制备微胶囊时，可以使用的多异氰酸酯通常是具有脂肪或芳香结构的二元异氰酸酯，可以使用的多胺通常是脂肪族二元胺，可以使用的多元醇通常是脂肪族二元醇。采用这种二元异氰酸酯和二元胺或二元醇反应形成的聚脲或聚氨酯囊壁始终为线性结构，囊壁外壳具有较高的渗漏性，显然这种囊壁对于相变材料的包封是不利的。因为包封
相变材料的微胶囊囊壁应具有优良的致密性，才能避免由于芯材的泄漏而给控温效果和使用过程造成不良影响。

技术实现思路

[0006]基于上述技术问题，本专利技术提供了一种微胶囊型相变储能材料及其制备方法和应用，所述微胶囊的囊壁更加致密坚固，能够更好地起到保护囊芯的作用，从而使所制备的相变储能材料的热稳定性和密封大大提高。
[0007]本专利技术提出的一种微胶囊型相变储能材料，其是以双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体与烯基单体交联后的复合材料为囊壁，以被阴离子型表面活性剂乳化后的有机相变材料为囊芯。
[0008]本专利技术中，当以双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体与烯基单体交联后的复合材料为囊壁，以被阴离子型表面活性剂乳化后的有机相变材料为囊芯时，由于双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体具有阳离子的强极性基团，其可以与被阴离子型表面活性剂乳化后的有机相变材料之间，通过相反电荷之间的静电引力作用结合成离子对，由此形成的两亲性聚合物分子自发并有效组装成包裹有大量有机相变材料的囊泡结构，再经过烯基单体和聚氨酯预聚体双键封端交联固化并锁住囊泡结构，最终形成稳定包封有机相变材料的相变微胶囊；
[0009]本专利技术中，所述相变微胶囊在交联固化之前即利用静电引力在水相中即形成相变囊泡结构，通过交联固化进一步形成壁材的交联网状结构，并增强致密性，最终形成了对相变材料进行有效包封的微胶囊型相变储能材料，所得微胶囊型相变储能材料具有优良的热稳定性和密封性。
[0010]优选地，所述双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体是由包括聚醚多元醇、二异氰酸酯、阳离子型扩链剂以及丙烯酸酯封端剂的原料缩聚后形成；
[0011]优选地，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚乙二醇或聚丙二醇中的至少一种；
[0012]优选地，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或四亚甲基二异氰酸酯中的至少一种；
[0013]优选地，所述阳离子型扩链剂为N
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甲基二乙醇胺、N
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乙基二乙醇胺或N
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丙基二乙醇胺中的至少一种；
[0014]优选地，所述丙烯酸酯封端剂为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或丙烯酸羟丁酯中的至少一种。
[0015]本专利技术中，所述双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体以聚醚多元醇、二异氰酸酯缩聚后，再加入阳离子型扩链剂和丙烯酸酯封端剂，由此得到的聚氨酯预聚体中同时含有亲水链段、亲油链段、不饱和链段和阳离子基团，其中亲水链段使聚氨酯具有在水中自乳化的能力，亲油链段可以使聚氨酯具有形成稳定囊泡结构的能力，阳离子基团可以与阴离子形成静电吸附，而不饱和链段可以在交联阶段聚合，使所述壁材被固化并形成微胶囊。
[0016]优选地，所述烯基单体为乙烯基硅氧烷、甲基丙烯酸甲酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种；
[0017]优选地，所述烯基单体为乙烯基硅氧烷，优选为端乙烯基聚二甲基硅氧烷或端乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷。
[0018]本专利技术中，烯基单体可以与双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体形成交联反应，从而进一步增强相变微胶囊囊壁的热性能、机械性能和密封性能；本专利技术中发现，当优选由乙烯基硅氧烷作为烯基单体单体时，可以得到有机硅改性的聚氨酯囊壁，该囊壁的交联密度增大，从而进一步提高囊壁的密封性和机械性。
[0019]优选地，所述阴离子表面活性剂为烷基磺酸酯/盐、烷基硫酸酯/盐或烷基羧酸酯/盐中的至少一种；
[0020]优选地，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二辛基磺化琥珀酸钠、磺基琥珀酸单月桂酯二钠或脂肪酸甲磺酸钠中的至少一种。
[0021]优选地，所述有机相变材料为石蜡、C
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C
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的正构烷烃、C9‑
C
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的高级脂肪酸及其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微胶囊型相变储能材料，其特征在于，其是以双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体与烯基单体交联后的复合材料为囊壁，以被阴离子型表面活性剂乳化后的有机相变材料为囊芯。2.根据权利要求1所述的微胶囊型相变储能材料，其特征在于，所述双键封端的阳离子型聚氨酯预聚体是由包括聚醚多元醇、二异氰酸酯、阳离子型扩链剂以及丙烯酸酯封端剂的原料缩聚后形成；优选地，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚乙二醇或聚丙二醇中的至少一种；优选地，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或四亚甲基二异氰酸酯中的至少一种；优选地，所述阳离子型扩链剂为N
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甲基二乙醇胺、N
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乙基二乙醇胺或N
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丙基二乙醇胺中的至少一种；优选地，所述丙烯酸酯封端剂为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯或丙烯酸羟丁酯中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的微胶囊型相变储能材料，其特征在于，所述烯基单体为乙烯基硅氧烷、甲基丙烯酸甲酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种；优选地，所述烯基单体为乙烯基硅氧烷，优选为端乙烯基聚二甲基硅氧烷或端乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷。4.根据权利要求1
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3任一项所述的微胶囊型相变储能材料，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为烷基磺酸酯/盐、烷基硫酸酯/盐或烷基羧酸酯/盐中的至少一种；优选地，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、二辛基磺化琥珀酸钠、磺基琥珀酸单月桂酯二钠或脂肪酸甲磺酸钠中的至少一种。5.根据权利要求1
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4任一项所述的微胶囊型相变储能材料，其特征在于，所述有机相变材料为石蜡、C
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭晨忱，
申请(专利权)人：安徽职业技术学院，
类型：发明
国别省市：