CN101574637B - 磁性相变微胶囊及其制备方法 - Google Patents

磁性相变微胶囊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁性相变微胶囊及其制备方法。该胶囊在囊材内填充纳米磁粉形成外壳，芯材包裹在外壳内。制备上述的磁性相变微胶囊时，首先将尿素加入到甲醛溶液中溶解，或者将三聚氰胺加入到甲醛溶液中，或者将尿素加入到甲醛溶液中待尿素完全溶解后加入三聚氰胺，然后在搅拌下恒温反应，得到预聚物溶液，再向预聚物溶液加入纳米磁粉，并超声分散；将乳化剂溶解在水中加入有机相变材料高速剪切乳化制成乳液；把乳液和经超声分散的预聚物溶液混合均匀，并在搅拌下恒温反应，得到磁性相变微胶囊。本发明制备的磁性相变微胶囊具有磁性，在应用用于潜热型功能流体时，能够在外加磁场的导向下到达特定部位从而实现对流体流动的控制。

Description

磁性相变微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明属于相变微胶囊的制备技术，特别是一种磁性相变微胶囊及其制备方法。
背景技术
相变微胶囊是应用微胶囊化技术在固液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的膜而构成的具有核壳结构的复合相变材料。将相变材料微胶囊化，不仅可以有效地增大热传导面积，减少相变材料与外界环境的接触和反应，而且可以在相变发生时控制材料体积的变化。由于相变微胶囊的这些优异的特性，目前它已可应用于纺织品、潜热型功能流体以及建筑物、军事、农业等领域中。因此，相变微胶囊具有广泛的应用前景，这使得相变微胶囊成为了近年来人们研究的热点。
目前，国内外制备相变微胶囊的主要方法有原位聚合法、界面聚合法以及复凝聚法。很多研究者通过这些方法制备出了具有不同性能的相变微胶囊，但是主要是针对提高相变微胶囊的力学强度、密封性及使用寿命方面的研究。其中，对比文献1(时雨荃，纳米复合膜相变微胶囊的制备及性质，化学工业与工程，2006)和对比文献2(Song Qingwen，Li Yi，Xing Jianwei，ea al.Thermal stability of composite phase change material microcapsules incorporated with silver nano-particles，Polymer)用原位聚合法分别制备出了纳米TiO2粒子和纳米银粒子填充微胶囊壁的纳米复合膜相变微胶囊。然而，由于他们制备的微胶囊都不具有磁性，在将微胶囊应用于潜热型功能流体时不能利用外加磁场对流体的流动进行控制，不能解决局部过热的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能制备具有磁性和较大蓄热能力的磁性相变微胶囊及其制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种磁性相变微胶囊，在囊材内填充纳米磁粉形成外壳，芯材包裹在外壳内。
一种制备上述的磁性相变微胶囊的方法，包括以下步骤：
第一步，首先将尿素加入到甲醛溶液中溶解，或者将三聚氰胺加入到甲醛溶液中，或者将尿素加入到甲醛溶液中待尿素完全溶解后加入三聚氰胺，然后用碱性PH值调节剂调PH值为8～9，在搅拌下恒温反应，得到预聚物溶液，再向预聚物溶液加入纳米磁粉，并超声分散；
第二步，将乳化剂溶解在水中并用酸性PH值调节剂调PH值为2～3，加入有机相变材料高速剪切乳化制成乳液；
第三步，把乳液和经超声分散的预聚物溶液混合均匀，并在搅拌下恒温反应，反应过程中，预聚物分子间脱水缩聚生成不溶于水的脲醛树脂、蜜胺树脂或三聚氰胺脲醛树脂，所述的树脂沉降在有机相变材料液滴表面上形成囊材，在沉降的过程纳米磁粉填充在囊材中，从而形成磁性相变微胶囊。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)制备的磁性相变微胶囊具有磁性，在应用用于潜热型功能流体时，能够在外加磁场的导向下到达特定部位从而实现对流体流动的控制。(2)在设备的冷却介质中加入磁性相变微胶囊并附加一个磁导向系统，当设备某处过热时，可利用磁导向系统将磁性相变微胶囊输送到该处并发挥相变微胶囊的增大热传导面积、强化传热及在相变材料的相变温度区内具有很大表观比热等优异特性降低该处温度，从而达到减少能量消耗、节约能源的目的。(3)制备方法简单易行，反应过程容易控制，成本低。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明磁性相变微胶囊的结构示意图。
图2是本发明磁性相变微胶囊的备方法的流程图。
具体实施方式
结合图1，本发明磁性相变微胶囊是在囊材2内填充纳米磁粉3形成外壳，芯材1包裹在外壳内。芯材1为石蜡或直链烷烃有机相变材料。囊材2为脲醛树脂、蜜胺树脂或三聚氰胺脲醛树脂。脲醛树脂是尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.5～2制成。蜜胺树脂是三聚氰胺与甲醛的摩尔比为1∶2～3制成。三聚氰胺脲醛树脂为尿素、三聚氰胺和甲醛制成，尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.5～2，尿素与三聚氰胺摩尔比根据需要调节。
结合图2，本发明制备上述的磁性相变微胶囊的方法，包括以下步骤：
第一步，首先将尿素加入到甲醛溶液中溶解，或者将三聚氰胺加入到甲醛溶液中，或者将尿素加入到甲醛溶液中待尿素完全溶解后加入三聚氰胺，然后用碱性PH值调节剂调PH值为8～9，在搅拌下恒温65～75℃反应0.75～1.25小时，得到预聚物溶液，再向预聚物溶液加入纳米磁粉，并超声分散；纳米磁粉为纳米铁粉、四氧化三铁或者锰锌铁氧体。
第二步，将乳化剂溶解在水中并用酸性PH值调节剂调PH值为2～3，加入有机相变材料高速剪切乳化制成乳液；乳化剂为十二烷基磺酸钠、吐温60或十二烷基苯磺酸钠表面活性剂或它们的复配体系。
第三步，把乳液和经超声分散的预聚物溶液混合均匀，并在搅拌下恒温75～85℃反应2～6小时，反应过程中，预聚物分子间脱水缩聚生成不溶于水的脲醛树脂、蜜胺树脂或三聚氰胺脲醛树脂，所述的树脂沉降在有机相变材料液滴表面上形成囊材，在沉降的过程纳米磁粉填充在囊材中，从而形成磁性相变微胶囊。
实施例1
1、先称取固体石蜡13.6940克，然后根据配方称取尿素7.8251克，37％甲醛溶液15.8618克。
2、5分内分批次将尿素加入到甲醛溶液中，并用三乙醇胺调PH值为8～9，在电动搅拌机搅拌下70℃恒温反应1小时，得到尿素—甲醛预聚物溶液，向预聚物溶液中加入0.2076克纳米铁粉，并超声分散1.5小时；
3、将0.2068克十二烷基磺酸钠溶解于200mL去离子水，用柠檬酸调PH值为2～3，加入固体石蜡混合熔融，并用电动搅拌机剧烈搅拌1小时，制成石蜡乳液；
4、把石蜡乳液和经超声分散的预聚物混合，并用电动搅拌机搅拌均匀；
5、将反应物在电动机搅拌下，75℃恒温反应2～4小时后，自然冷却至室温，并用去离子水抽滤洗涤3次，晾干后即得到产物。经振动样品磁强计(VSM)和电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)检测，产物的比饱和磁化强度为0.93234emu/g，铁含量为0.5％。
实施例2
1、先称取正十八烷12.8564克，然后根据配方称取尿素3.6216克，三聚氰胺3.8025克，37％甲醛溶液14.6820克。
2、5分内分批次将尿素加入到甲醛溶液中，待尿素完全溶解后加入三聚氰胺，并用三乙醇胺调PH值为8～9，在电动搅拌机搅拌下75℃恒温反应1.25小时，得到尿素—三聚氰胺—甲醛预聚物溶液，向预聚物溶液中加入0.6435克纳米铁粉，并超声分散1小时；
3、把0.1949克吐温60溶解于200mL去离子水中，用柠檬酸调PH值为2～3后，加入正十八烷熔融，用电动搅拌机剧烈搅拌1小时，制成正十八烷乳液；
4、把正十八烷乳液和经超声分散的预聚物混合，并用电动搅拌机搅拌均匀；
5、将反应物在电动机搅拌下，80℃恒温反应3～6小时后，自然冷却至室温，并用去离子水抽滤洗涤3次，晾干后即得到产物。经振动样品磁强计(VSM)和电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)检测，产物的比饱和磁化强度为4.1334emu/g，铁含量为2.5％。
实施例3
1、先称取正十四烷14.5396克，然后根据配方称取，三聚氰胺8.4797克，37％甲醛溶液16.3708克。
2、将三聚氰胺加入到甲醛溶液中，并用三乙醇胺调PH值为8～9，在电动搅拌机搅拌下65℃恒温反应45分，得到三聚氰胺—甲醛预聚物溶液，向预聚物溶液中加入0.4362克纳米四氧化三铁，并超声分散0.5小时；
3、把0.2181克十二烷基苯磺酸钠溶解于去离子水中，用柠檬酸调PH值为2～3后，加入正十四烷熔融，用电动搅拌机剧烈搅拌1小时，制成正十四烷乳液；
4、把正十四烷乳液和经超声分散的预聚物混合，并用电动搅拌机搅拌均匀；
5、将反应物在电动机搅拌下，85℃恒温反应3～6小时后，自然冷却至室温，并用去离子水抽滤洗涤3次，晾干后即得到产物。经振动样品磁强计(VSM)检测，产物的比饱和磁化强度为1.8581emu/g。

Claims (7)

1.一种磁性相变微胶囊，其特征在于：在囊材[2]内填充纳米磁粉[3]形成外壳，芯材[1]包裹在外壳内。
2.根据权利要求1所述的磁性相变微胶囊，其特征在于：芯材[1]为石蜡或直链烷烃有机相变材料。
3.根据权利要求1所述的磁性相变微胶囊，其特征在于：囊材[2]为脲醛树脂、蜜胺树脂或三聚氰胺脲醛树脂。
4.一种制备权利要求1、2或3所述的磁性相变微胶囊的方法，包括以下步骤：
第一步，首先将尿素加入到甲醛溶液中溶解，或者将三聚氰胺加入到甲醛溶液中，或者将尿素加入到甲醛溶液中待尿素完全溶解后加入三聚氰胺，然后用碱性pH值调节剂调pH值为8～9，在搅拌下恒温反应，得到预聚物溶液，再向预聚物溶液加入纳米磁粉，并超声分散；
第二步，将乳化剂溶解在水中并用酸性pH值调节剂调pH值为2～3，加入有机相变材料高速剪切乳化制成乳液；
第三步，把乳液和经超声分散的预聚物溶液混合均匀，并在搅拌下恒温反应，反应过程中，预聚物分子间脱水缩聚生成不溶于水的脲醛树脂、蜜胺树脂或三聚氰胺脲醛树脂，所述的树脂沉降在有机相变材料液滴表面上形成囊材，在沉降的过程纳米磁粉填充在囊材中，从而形成磁性相变微胶囊。
5.根据权利要求4所述的磁性相变微胶囊的制备方法，其特征在于：在制备预聚物时，反应温度为65～75℃，反应时间为0.75～1.25小时。
6.根据权利要求4所述的磁性相变微胶囊的制备方法，其特征在于：缩聚反应的温度为75～85℃，反应时间2～6小时。
7.根据权利要求4所述的磁性相变微胶囊的制备方法，其特征在于：乳化剂为十二烷基磺酸钠、吐温60或十二烷基苯磺酸钠表面活性剂或它们的复配体系。 
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