CN102002343A - 蓄热保温微胶囊及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种相变储能微胶囊及其制备方法和应用，尤其涉及一种核芯材料为相变储能材料的蓄热保温微胶囊及其制备方法和应用。该微胶囊由核芯、内层核壳和外层核壳组成，核芯材料为有机相变材料；内层核壳以乙烯基单体为聚合单体，通过界面聚合包裹核芯；外层核壳以醚化蜜胺树脂预聚体为聚合单体，通过原位聚合包裹内层核壳。本发明的蓄热保温微胶囊，胶囊壁具有热固性质，耐加工性能较好，耐磨性及耐久性好。可用于纺织品保温整理和建筑保温材料，它能保证蓄热保温微胶囊的核芯的有机相变材料有较大相变能，且有机相变材料在发生相变后不会发生流动和迁移，从而能持久地保持温度控制功能。

Description

蓄热保温微胶囊及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种相变储能微胶囊及其制备方法和应用，尤其涉及一种核芯材料为相变储能材料的蓄热保温微胶囊及其制备方法和应用。
背景技术
相变储能材料是提高能量利用率，并能自适应地吸收能量的智能材料。在建筑内装饰材料方面，相变材料可充分利用环境能量，得到冬暖夏凉的效果。在纺织品方面，传统的天然纤维(如棉、麻、丝、毛)和化学纤维(如涤纶、尼龙、腈纶及人造纤维等)的纺织品具有一定的防止热量散失的热阻，其保温能力是有纺织品中包含的静止空气的量决定的。
而相变材料能够在环境温度由低于到高于相变温度时吸收环境中的热量，发生固-液相转变，直至相变材料全部由固态转变为液态，而当环境温度重新低于相变温度时，相变材料又可放出吸收的热量，发生液-固相转变，这种吸热和放热功能可使材料温度在一定时间内保持相对恒定。
蓄热储能材料及其应用材料方面的研究，已经有一定的进展，其中关于相变微胶囊的研究也只是起步。大多数相变微胶囊即使能保证有较大相变能，但是在发生相变后会发生流动和迁移，而使得温度控制功能丧失，而流失的相变材料将与环境发生反应以及影响物体外观，专利200710047217.8采用多孔材料负载化或真空浸渍等方法，但其制成的材料耐久性能差，会发生相变材料迁移、流失，作为涂料，会引起建筑基材的腐蚀。
专利200510024707.7以及专利200810068422.7也尝试采用了乳液聚合法合成相变储能微胶囊。但其微胶囊外壳耐磨性和耐久性都很难有突破，容易发生内部相变材料泄漏，在纺织品上出现油斑、手感等纺织品整体性能变化较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种外壳耐磨性和耐久性好，不易发生内部相变材料泄漏的蓄热保温微胶囊及其制备方法和应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种蓄热保温微胶囊，其由核芯、内层核壳和外层核壳组成，核芯材料为有机相变材料；内层核壳以乙烯基单体为聚合单体，通过界面聚合包裹核芯；外层核壳以醚化蜜胺树脂预聚体为聚合单体，通过原位聚合包裹内层核壳。该蓄热保温微胶囊为一种球形胶囊，胶囊壁具有热固性质，耐加工性能较好。
考虑到适用环境及材料的相变点温度，所述的核芯材料为碳原子数为15～50的直链烷烃、精制石蜡和半精制石蜡其中的一种或几种的混合物。
选择核壳单体时，考虑到微胶囊壳的致密性以及与共混物的反应性，所述的乙烯基单体结构为以下结构(1)和(2)中的一种或几种的混合物；
结构(1)为：
Figure BSA00000312400800021
其中，R1为H、CH3或者C2H5，R2为苯基、取代苯基、C1、CN、烷基醚或者OCOCH3；
结构(2)为：
其中，R1为H、CH3或者C2H5，X为C1～C8的脂肪链或含羟基的C1～C8的脂肪链；
所述的醚化蜜胺树脂预聚体为以下结构(3)或结构(4)的醚化体：
结构(3)为：
Figure BSA00000312400800031
结构(4)为：
Figure BSA00000312400800032
其中乙烯基单体和醚化蜜胺树脂预聚体用量为核芯材料质量的100％～1000％；其中乙烯基单体为醚化密胺树脂质量的5～25％；引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
前述的蓄热保温微胶囊的制备方法，具有如下工艺步骤：
a、选择核芯材料熔点以上温度，将有机相变材料、分散乳化剂和蒸馏水在高剪切混合乳化机中高速均化，高速均化的速度为10000～12000rpm；
b、搅拌升温至75～80℃加入引发剂和乙烯基单体，聚合内层核壳造壁；
c、冷却至室温，调节pH至2～5，在搅拌条件下滴加醚化蜜胺树脂，升温至55～65℃保温1～2h进行外层核壳造壁；
d、冷却，氨水中和至pH＝7，出料。
作为优选，所述的分散乳化剂的HLB值为11～15，是聚合物电解质表面活性剂、非离子表面活性剂和阴离子型表面活性剂中的任一种或几种任意组合。
为提高微胶囊壁的耐磨性和耐久性，所述的内层核壳造壁为不同量的乙烯基单体二次或二次以上重复造壁。
为更进一步提高微胶囊壁的耐磨性及耐久性，所述的外层核壳造壁为不同量的醚化蜜胺树脂二次或二次以上重复造壁。
前述的蓄热保温微胶囊作为纺织品保温整理的应用，采用浸轧、浸渍、印花、涂层或喷洒方式将蓄热保温微胶囊作用于纺织品上，纺织品包括各种合成纤维、人造纤维、棉、毛、丝或麻制成的织物，或者是它们的混纺织物。
前述的蓄热保温微胶囊作为建筑保温材料应用，蓄热保温微胶囊混合于水性涂料或腻子中，或者与水泥、灰浆、石灰、石膏、矿渣、矿棉、纤维类、建筑砂或混凝土制成室内外墙体恒温层。
本发明的有益效果是，本发明的蓄热保温微胶囊，胶囊壁具有热固性质，耐加工性能较好，耐磨性及耐久性好。可采用浸轧、浸渍、印花、涂层、喷洒方式作用于纺织品上，用于纺织品保温整理，无需添加粘合剂，整理后的纺织品使用过程中，不会发生内部相变材料泄漏，以致在纺织品上出现油斑、手感等纺织品的整体性能变化；本发明的蓄热保温微胶囊可用于建筑保温材料，将其混合于水性涂料或腻子中，或者与水泥、灰浆、石灰、石膏、矿渣、矿棉、纤维类、建筑砂或混凝土制成室内外墙体恒温层，它能保证蓄热保温微胶囊的核芯的有机相变材料有较大相变能，且有机相变材料在发生相变后不会发生流动和迁移，从而能持久地保持温度控制功能。
具体实施方式
通过以下实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。尤其是实施例中的数据并不限制发明中各成分的用量。
实施例1
在40℃下将50份30号石蜡、司盘80 2份、吐温80 3份、蒸馏水200份在高速剪切混合乳化机中高速均化，均化化速率为10000rpm，30分钟后，将均化的乳液倒入三口烧瓶，放入恒温水浴槽中，在搅拌条件下升温至80℃加入0.5份的过硫酸铵及20份丙烯酸甲酯进行内层造壁。冷却后，用醋酸调节pH为2～4，搅拌速度为300rpm下，滴加80份的醚化蜜胺树脂，升温至55℃，保温1～2h进行外层造壁冷却，氨水中和至pH＝7，得到蓄热保温微胶囊溶液，喷雾干燥得粉状蓄热保温微胶囊1号。
实施例2
纯针织物进行蓄热保温整理：
工艺：采用浸轧方式：浸轧(二浸二轧，携液量70％)→烘干(90～100℃)2min
浸轧液处方：
蓄热保温微胶囊1号                    50g/L
无醛超柔粘合剂                       30g/L
经整理前后的纯棉的颜色基本相同，手感几无变化，甲醛含量是6.7mg/kg，针织物经洗涤20次后，经保温仪测试，克罗值仅降低0.3。
实施例3
在55℃下将10份52号石蜡、40份30号石蜡、月桂基硫酸钠6份、吐温804份、蒸馏水300份在高速剪切混合乳化机中高速均化，均化化速率为10000rpm，30分钟后，然后将均化的乳液倒入三口烧瓶，放入恒温水浴槽中，在搅拌条件下升温至80℃加入0.5份的过硫酸钾及22份甲基丙烯酸乙酯进行内层造壁，冷却后，用柠檬酸调节pH为3～4，，搅拌速度为300rpm下，滴加80份的醚化蜜胺树脂，升温至55℃，保温1～2h进行外层单层造壁；将体系冷却至室温后，在搅拌条件下再次滴加80份醚化蜜胺树脂，升温至65℃，保温，进行外层第二次造壁。冷却，氨水中和至pH＝7，得到蓄热保温微胶囊溶液，喷雾干燥得粉状蓄热保温微胶囊2号。
实施例4
织物印花保温整理
直接把蓄热保温微胶囊加入涂料印花色浆中，然后按涂料印花工艺印花。
涂料                              5份
增稠剂                            3份
蓄热保温微胶囊                    4份
无醛超柔粘合剂                    10份
加水至                            100份
工艺流程：漂白布----印花----预烘(100℃×5min)----拉幅(130℃×2min)
实施例6
锦纶机织物进行涂层保温整理
基布为锦纶机织物，涂层剂为5％的蓄热保温胶囊分散液和95％丙烯酸酯乳液混合液，然后用氨水增稠至所需粘度，达到1000厘泊以上。将以上的涂层剂用悬浮刮刀刮涂到锦纶织物上，由浮刀控制涂层的厚度，涂层量为20g/m2(干基)，然后将涂层后的织物送入干燥箱中，在100～110℃的温度下烘干，再在140～150℃焙烘2分钟即可制得薄荷香味涂层织物。
实施例7
在55℃下将35份20号石蜡、15份52号石蜡、TX-47份、吐温80 3份、蒸馏水350份在高速剪切混合乳化机中高速均化，均化化速率为10000rpm，30分钟后，然后将均化的乳液倒入三口烧瓶，放入恒温水浴槽中，在搅拌条件下升温至78℃加入过硫酸钾0.4份、苯乙烯8份及丙烯酸丁酯混合物10份进行内层造壁，冷却后，用醋酸调节pH为3～4，搅拌速度为300rpm下，滴加67份的醚化蜜胺树脂，升温至55℃，保温1～2h进行外层单层造壁；将体系冷却至室温后，在搅拌条件下再次滴加78份醚化蜜胺树脂，升温至65℃，保温，进行外层第二次造壁。冷却，氨水中和至pH＝7，得到蓄热保温微胶囊溶液，喷雾干燥得粉状蓄热保温微胶囊3号。
实施例8
建筑保温涂料配方
取蓄热保温微胶囊3号，以蓄热保温微胶囊3号∶纯丙乳液∶苯丙乳液∶水＝3∶4∶1∶5(质量比)混合，在高速剪切混合乳化机中以10000rpm剪切速度剪切30min，得均匀分散的保温涂料。

Claims (9)

1.一种蓄热保温微胶囊，其特征在于：该微胶囊由核芯、内层核壳和外层核壳组成，核芯材料为有机相变材料；内层核壳以乙烯基单体为聚合单体，通过界面聚合包裹核芯；外层核壳以醚化蜜胺树脂预聚体为聚合单体，通过原位聚合包裹内层核壳。
2.如权利要求1所述的蓄热保温微胶囊，其特征在于：所述核芯材料为碳原子数为15～50的直链烷烃、精制石蜡和半精制石蜡中的一种或几种的混合物。
3.如权利要求1所述的蓄热保温微胶囊，其特征在于：所述的乙烯基单体结构为以下结构(1)和(2)中的一种或几种的混合物；
结构(1)为：
Figure FSA00000312400700011
其中，R1为H、CH3或者C2H5，R2为苯基、取代苯基、C1、CN、烷基醚或者OCOCH3；
结构(2)为：
Figure FSA00000312400700012
其中，R1为H、CH3或者C2H5，X为C1～C8的脂肪链或含羟基的C1～C8的脂肪链；
所述的醚化蜜胺树脂预聚体为以下结构(3)或结构(4)的醚化体：
结构(3)为：
结构(4)为：
Figure FSA00000312400700021
其中乙烯基单体和醚化蜜胺树脂预聚体用量为核芯材料质量的100％～1000％；其中乙烯基单体为醚化密胺树脂质量的5～25％；引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
4.如权利要求1～3任一项所述的蓄热保温微胶囊的制备方法，其特征在于具有如下工艺步骤：
a、选择核芯材料熔点以上温度，将有机相变材料、分散乳化剂和蒸馏水在高剪切混合乳化机中高速均化，高速均化的速度为10000～12000rpm；
b、搅拌升温至75～80℃加入引发剂和乙烯基单体，聚合内层核壳造壁；
c、冷却至室温，调节pH至2～5，在搅拌条件下滴加醚化蜜胺树脂，升温至55～65℃保温1～2h进行外层核壳造壁；
d、冷却，氨水中和至pH＝7，出料。
5.如权利要求4所述的蓄热保温微胶囊的制备方法，其特征在于：所述的分散乳化剂的HLB值为11～15，是聚合物电解质表面活性剂、非离子表面活性剂和阴离子型表面活性剂中的任一种或几种任意组合。
6.如权利要求4所述的蓄热保温微胶囊的制备方法，其特征在于：所述的内层核壳造壁为不同量的乙烯基单体二次或二次以上重复造壁。
7.如权利要求4所述的蓄热保温微胶囊的制备方法，其特征在于：所述的外层核壳造壁为不同量的醚化蜜胺树脂二次或二次以上重复造壁。
8.如权利要求1～3任一项所述的蓄热保温微胶囊作为纺织品保温整理的应用，其特征在于：采用浸轧、浸渍、印花、涂层或喷洒方式将蓄热保温微胶囊作用于纺织品上，纺织品包括各种合成纤维、人造纤维、棉、毛、丝或麻制成的织物，或者是它们的混纺织物。
9.如权利要求1～3任一项所述的蓄热保温微胶囊作为建筑保温材料应用，其特征在于：所述的蓄热保温微胶囊混合于水性涂料或腻子中，或者与水泥、灰浆、石灰、石膏、矿渣、矿棉、纤维类、建筑砂或混凝土制成室内外墙体恒温层。
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