一种低过冷度相变材料微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低过冷度相变材料微胶囊及其制备方法，其微胶囊由囊芯和囊壁两部分组成，按重量百分比计算，所述囊芯和囊壁分别为30-85％和15-70％，其中：囊芯的组成成分及其重量百分含量为：有机相变材料83-99.7％、过冷抑制剂0.1-16％，引发剂0.1-0.5％；囊壁的组成成分为：甲基丙烯酸烷基酯/芳基酯80-95％与烯丙酯类交联剂5-20％的共聚物。本发明专利技术所述微胶囊的相变材料微胶囊具有过冷度低，性能优良等特点；该制备方法工艺简单，操作方便、适用范围广，便于工业实施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于相变材料
，涉及一种相变材料微胶囊及其制备方法，具体涉及。
技术介绍
相变材料是利用某些特殊材料在相变过程中的吸热和放热现象，从而进行热量的控制和温度调节。具有储热和调节控制功能的这些物质通常称为相变材料(Phase ChangeMaterial，简称PCM)。相变过程是一种等温或近似等温的过程，并在该过程中伴随有较大热量的吸收或释放。相变储能材料就是利用这些特殊的物质发生相变时需要吸收(或放出)大量热量的性质来调控能量的。根据材料组成的不同，相变材料可以分为无机相变材料、有机相变材料和高分子相变材料；根据相变方式的不同可分为固-液相变材料和固-固相变材料。不同相变材料各有其不同的特点，应用上也存在一定的局限性。微胶囊相变材料将 微胶囊技术引入相变材料，增大了传热面积，防止了相变物质与周围环境的反应，控制了相转变时PCM的体积变化，提高了相变材料的使用效率，具有广阔的应用前景。微胶囊技术指的是使固体和液体采用成膜物质包裹成核壳结构的微粒的方法，产品粒子叫做微胶囊。一般微胶囊的大小在2μπι IOOOym范围之间，外壳的厚度在O. 2 μ m 10 μ m不等。微胶囊的表面形状丰富，多为球形。微胶囊化的方法起源于20世纪50年代，在之后的几十年里变化很大。目前可作为微胶囊内核物质的固-液相变材料有结晶水合盐、共晶水合盐、直链烷烃、石蜡类、脂肪酸类和聚乙二醇等。微胶囊外部为成膜材料形成的包覆膜，称为壁材(也称为外膜、囊壁)。壁材通常为合成高分子材料，可选用的壁材有聚乙烯、聚苯乙烯、聚脲、聚酰胺、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂等。此外，有些微胶囊相变材料中还含有成核剂等其它助剂，用来改善相变材料的性能。目前，相变材料微/纳胶囊已应用在太阳能及核能、电子、飞机、宇航飞船等高尖端
并在蓄热调温纺织品、节能建材、涂料等领域，而且有望将其应用在植物种子的微气候环境控制等生物领域。目前消除相变材料微胶囊的过冷的方法有两种一是在相变材料中加入高熔点石蜡，利用结晶过程中先生成的高熔点石蜡晶核诱导相变材料的结晶；二是加入固体的异相成核剂。然而，此二方法具有明显缺点(I)加入高熔点石蜡的量必须足够大(一般需要10-20重量％或更多)，这样势必以降低有效成分相变材料的量为代价；(2)异相成核剂的加入带来的问题是一方面要降低微胶囊的包囊率，另一方面，还必须解决异相成核剂颗粒在相变材料中的分散稳定性等问题。因此，制备出一种既不影响有效成分相变材料的量又避免繁琐的异相成核剂在相变材料中的分散过程的高效低过冷度的相变材料微胶囊仍然是目前相变材料微胶囊研究领域的难点，该方向的突破对推动相变材料微胶囊的应用具有重要的战略意义
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术缺陷，提供，该微胶囊的相变材料微胶囊具有过冷度低，性能优良等特点；该制备方法工艺简单，操作方便、适用范围广，便于工业实施。其技术方案为—种低过冷度相变材料微胶囊，其微胶囊由囊芯和囊壁两部分组成，按重量百分比计算，所述囊芯和囊壁分别为30-85%和15-70%，其中囊芯的组成成分及其重量百分含量为有机相变材料83-99. 7 %、过冷抑制剂O. 1_16%，引发剂 O. 1-0. 5% ；囊壁的组成成分为甲基丙烯酸烷基酯/芳基酯80-95%与烯丙酯类交联剂5-20%的共聚物。所述的有机相变材料是指以通式CnH2n+2 (η = 12-32)表示的正构烷烃类化合物，以通式CnH2n+2X(n = 12-32)表示的卤代正构烷烃类化合物和以通式CmH2m+1C00CH2CpH2p+1 (η =12-32, m = 10-20, p = 4-10)表示的脂肪酸酯中的任意I 3种；所述的过冷抑制剂是指聚吡咯；所述的引发剂是指偶氮二异丁腈；所述的氧化剂是指过氧化苯甲酰；所述的甲基丙烯酸烷基酯/芳基酯是指以通式 CH3 Y .OH7C=6—, (式中R是甲基、乙基、丙基、丁基、己基、癸基、月桂基、环己 \ O——R基、甲基环己基、苯基、节基)的丙稀酸酷中的1_3种；所述的烯丙酯类交联剂是指甲基丙烯酸烯丙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸二乙二醇酯、二甲基丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸四乙二醇酯、二甲基丙烯酸1，3-丁二醇酯、二甲基丙烯酸1，4_ 丁二醇酯、二甲基丙烯酸1，6_己二醇酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙烷酯、二甲基丙烯酸新戊二醇酯、乙氧基化双酚A 二甲基丙烯酸酯中的至少一种。一种低过冷度相变材料微胶囊的制备方法，包含以下步骤(I)油相混合物的制备将有机相变材料、过冷抑制剂单体、引发剂、氧化剂、甲基丙烯酸烷基酯/芳基酯、烯丙酯类交联剂按权利要求2所述的比例混合、加热到高于有机相变材料的熔融温度10-20°C范围，搅拌使之完全溶解呈现无色透明的混合液；(2)水相混合物的制备将乳化剂和助乳化剂分散在水中作为水相，其中乳化剂固含量为O. 5_4%，助乳化剂以水相的总重量计算占O. 1-2% ；(3)乳化液的制备用匀浆机剪切，使油相均匀分散在水相中形成0/W乳液，剪切速度为3000-8000转/分；(4)微胶囊的制备将步骤(3)得到的0/W乳液转移到反应釜中，采用桨式搅拌，搅拌速度为30-500转/分，水浴加热到60-68°C温度下反应3-4小时后，即得到相变材料微胶囊；(5)低过冷相变材料微胶囊的制备将步骤(4)得到相变材料微胶囊继续升温到75_85°C反应1_2小时后，自然冷却，即得到低过冷相变材料微胶囊。步骤(2)所述的乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物，所述的助乳化剂为正辛醇。步骤(I)所述的油相混合物占步骤⑶所述乳化液总重量的10-30%。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为本专利技术的技术方案在微胶囊的制备中加入了过冷抑制剂单体，在制备过程中由于氧化剂的存在，原位生成了均匀分散在相变材料中的微小过冷抑制剂颗粒，使得相变材料的结晶朝着异相成核的方向进行，抑制了严重的过冷结晶。由于过冷抑制剂是在微胶囊形成后原位生成，避免了外加过冷抑制剂带来的胶囊化产率低、颗粒粘连等问题。操作过程简单，不结块，而且使用烯丙酯类交联剂后得到的微胶囊具有比较柔韧的外壳，表面有塌陷和 皱褶，可以缓解相变材料发生相变时的体积变化对壳材的压力。微胶囊制备中除了加入少量的过冷抑制剂单体之外未参杂其他材料，因此不会明显降低微胶囊的蓄热能力。附图说明图I.为本专利技术低过冷相变材料微胶囊实施例I的扫描电子显微镜照片图；图2.为本专利技术低过冷相变材料微胶囊实施例3-6的DSC图，其中a_吡咯0% ；b-吡咯4% ;c-吡咯8% ;d-吡咯12% ;e-纯相变材料(实验条件=N2气氛，扫描速度10°C /分)。具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。实施例I微胶囊质量百分比组成设计为囊芯128g，其中有机相变材料正十八烷120g，过冷抑制剂聚吡咯5g，引发剂偶氮二异丁腈(AIBN) I. 5g，氧化剂过氧化苯甲酰(BP0)1.5g ;囊壁110g，其中甲基丙烯酸甲酯和交联剂甲基丙烯酸烯丙酯分别为IOOg和10g。微胶囊的制备方法为(I)油相混合物的制备在45°C的温度下和300转/分的搅拌速度下，将所述质量的有机相变材料、过冷抑制剂单体、引发剂、氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低过冷度相变材料微胶囊，其特征在于，其微胶囊由囊芯和囊壁两部分组成，按重量百分比计算，所述囊芯和囊壁分别为30？85％和15？70％，其中：囊芯的组成成分及其重量百分含量为：有机相变材料83？99.7％、过冷抑制剂0.1？16％，引发剂0.1？0.5％；囊壁的组成成分为：甲基丙烯酸烷基酯/芳基酯80？95％与烯丙酯类交联剂5？20％的共聚物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王建平，王赫，张兴祥，石海峰，王学晨，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：