[發明專利]一種高包覆率相變微膠囊的制備方法

有效

• 申請號: 202110814657.1
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113583633B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 康翼鴻;喻學鋒;艾丹;賈寶泉
• 申請（專利權）人: 武漢中科先進材料科技有限公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 武漢高得專利代理事務所(普通合伙) 42268
• 代理人: 姜璐

本發明公開了一種高包覆率相變微膠囊的制備方法，該制備方法通過原位聚合法以密胺樹脂作為殼材，正構烷烴作為芯材制備得到相變微膠囊，首先利用反應型乳化劑月桂酰基谷氨酸鈉和陰離子型乳化劑苯乙烯?馬來酸酐將芯材乳化成1?20μm的乳狀液滴，然后加入高活性水溶性密胺預聚體進行包覆，隨后加入低活性水溶性密胺預聚體進行二次包覆，調節體系PH＝3?5，梯度升溫使殼材交聯固化完全，將所得微膠囊乳液進行噴霧干燥得到細膩、流動性好的微膠囊粉末。本發明制備的相變微膠囊表面形貌光滑單分散，焓值198J/g，包覆率95％，耐壓強度3MPa，耐熱180℃烘烤1h無變色漏油，高的包覆率實現了相變微膠囊高焓值與較高耐壓強度的平衡，可被廣泛用于智能紡織、消費電子等領域。

技術領域

本發明涉及相變儲能材料技術領域，特別是涉及一種高包覆率相變微膠囊的制備方法。

背景技術

相變材料作為一種儲能載體，其會伴隨外界環境溫度的變化在不同的相態之間來回轉換并釋放或吸收能量，而實現自身的溫度不變，這種儲能方式儲能密度高、能量可重復使用、體積變化小、操作簡單，一直備受人們的關注，然而相變材料在相變過程中易泄漏使其應用受到極大限制。

微膠囊技術可以將相變材料包封在無機材料或高分子聚合物內制備成具有核殼結構的微膠囊，外層的囊材對內層的相變材料起保護作用，提高了相變材料的穩定性和重復利用率，使其廣泛用于建筑、紡織、冷鏈、電子等領域，解決了許多節能、儲能方面的問題。目前，微膠囊的制備方法可分為化學法、物理法、物理化學法三類，其中尤以化學法中的原位聚合法和界面聚合法最為常見：(1)原位聚合法，將用來合成壁材的單體和催化劑加入到分散介質中，通過一定的條件在乳化好的芯材表面發生縮聚反應，生成高分子聚合物逐漸沉積在芯材表面，從而將之包封起來；(2)界面聚合法，將兩種單體分別溶解于互不相溶的溶劑中，當兩種溶劑混合分散均勻時，會在液相的界面處發生聚合反應，將芯材包覆形成微膠囊。

微膠囊壁材的性質直接決定著微膠囊產品的使用性能，同時也影響著微膠囊的制備工藝，密胺樹脂由于其穩定的化學性質，良好的耐酸、耐堿、不易水解等特性，成為一種較優的囊壁材料。中國發明專利申請CN101113322B以碳數為5-50的烷烴作為芯材，選用非離子型乳化劑進行乳化，自制的水溶性密胺預聚體或脲醛預聚體作為囊壁得到尺寸可控、形貌可控的單分散性相變微膠囊，采用非離子型乳化劑乳化的芯材，其乳狀液滴表面不帶電荷，預聚體無法通過異性電荷間的吸引作用在其表面進行很好的包覆，大大降低了囊壁對芯材的包覆率，同時自制的密胺/脲醛預聚體未經過任何醚化改性，其預聚體分子結構中存在大量羥甲基鍵，預聚體反應活性較高，在對芯材進行包覆過程中極容易在還未吸附到芯材表面時就已經自聚成高分子聚合物，降低囊壁的包覆率。中國發明專利申請CN110479194A以疏水處理的碳化硅改性密胺樹脂為壁材，以石蠟、脂肪醇類和脂肪酸類相變材料為芯材，采用原位聚合法制備了一種相變微膠囊，此方法通過疏水碳化硅的引入增強了微膠囊的力學性能和導熱性能，但在相變材料乳化液中直接加入疏水碳化硅進行分散易造成乳化液的破乳，部分相變材料析出無法被囊壁包覆，降低囊壁的包覆率，未包覆的相變材料后續需通過石油醚或乙醇進行洗滌脫除，造成原材料浪費和環境污染。中國發明專利申請CN112604614A采用密胺樹脂對C₁₄-C₁₂混合烷烴以及納米氧化鋁進行包覆，隨后加入碳納米管對囊壁進行改性，制備了可用于冷鏈運輸領域的相變微膠囊，通過納米氧化鋁和碳納米管的引入減小了過冷度，提高了熱導率，無機納米粒子與烷烴的相容性差，進行共混包覆時需要長時間超聲分散不利于實現工業放大生產，碳納米管改性后會使微膠囊表面變得粗糙，影響微膠囊的單分散性。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種高包覆率相變微膠囊的制備方法，通過乳化劑的選擇增加預聚體在芯材表面的吸附能力，采用高低兩種反應活性的預聚體對芯材實現雙層包覆，實現了微膠囊強度和韌性的平衡，且避免了大量殼材自聚造成包覆率低，影響焓值和耐壓強度上不去。