CN103805143B - 一种具有芳香气味的相变材料微胶囊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有芳香气味的相变材料微胶囊及其制备方法，原料由以下组分组成：油相组分，相变材料7.0～24.0%，香精6.0～16.0%，二异氰酸酯2.5～4.5%；水相组分，乳化剂0.5～4.0%，二胺0.5～2.5%，去离子水50.0～85.0%；全组分质量分数之和为100%。制备方法为：将油相、水相混合后，经均质机高速剪切后形成乳液，二异氰酸酯和二胺在乳液水油界面上发生聚合反应生成聚脲外壳，将芯材包覆其中形成微胶囊。本发明添加了香精，可以克服传统相变材料微胶囊有异味的缺点，解决了异佛尔酮二异氰酸酯与石蜡烃不相溶的问题，可以应用于纺织服装、建筑材料、制冷等领域。

Description

一种具有芳香气味的相变材料微胶囊及其制备方法

技术领域

本发明属于相变材料微胶囊领域，特别涉及一种具有芳香气味的相变材料微胶囊及其制备方法。

背景技术

相变材料能够在特定温度下发生物态变化，从而吸收或放出热量，具有储存能量或调解周围环境温度的性能。应用微胶囊技术，用性能稳定热塑性较高的高分子包覆固-液相变材料微粒而制成相变材料微胶囊，能够将相变材料与外界隔绝，防止与外界物质发生反应。相变材料微胶囊的尺寸小，比表面积大，使得导热、传热能力增强。相变材料包覆在壁材中，可以避免因相变材料固液相变而造成的泄露问题，同时相变材料微胶囊可以改变相变材料的分散性能，从而克服了相变材料与周围介质热力学不兼容的问题。鉴于以上诸多优势，使得相变材料微胶囊更好的应用在血液运输、食品储存、纺织服装行业、建筑材料行业等领域，并深受军事和农业等领域的关注。

当今世界能源危机越来越严重，提高能源利用率是当今社会面临的迫切课题。相变材料微胶囊在能源利用和性能稳定方面是公认的最先进的能源技术，拥有广阔的应用空间。近年来，广大研究者多利用界面聚合法、原位聚合法等制备方法制备相变材料微胶囊，传统的相变材料微胶囊多含有甲醛、苯胺等对人体有害的成分，并且存在异味，使得相变材料微胶囊的应用范围受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有芳香气味的相变材料微胶囊及其制备方法，该相变材料微胶囊解决了异佛尔酮二异氰酸酯与石蜡烃不相溶的问题，并且解决了相变材料微胶囊存在异味的问题。

本发明的一种具有芳香气味的相变材料微胶囊，所述相变材料微胶囊的原料由以下组分组成：

（1）油相组分的质量百分比：

相变材料 7.0～24.0%；

香精 6.0～16.0%；

二异氰酸酯 2.5～4.5%；

（2）水相组分的质量百分比：

所述相变材料为正十四烷、正十六烷、正十八烷中的一种或几种。

所述香精为薄荷素油，一种不溶于水的液体香精。

所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯IPDI。

所述乳化剂为D-425。

所述二胺为己二胺HMDA。

本发明的一种具有芳香气味的相变材料微胶囊的制备方法，包括：

（1）配制质量百分比浓度为6%的乳化剂水溶液；将8.3～66.7g乳化剂水溶液和6.5～74.9g去离子水混合，搅拌均匀，得到水相；

（2）将2.5～4.5g二异氰酸酯和6.0～16.0g香精混合，搅拌至完全互溶，再加入7.0～24.0g相变材料，在20～35℃条件下完全互溶，制得油相；

（3）将水相、油相在20～35℃下保温3～5min，将油相加入到水相中，剪切，形成水包油型乳液；

（4）向上述乳液中滴加1.2～6.3g二胺水溶液，在30～40℃下恒温20～30min，在50～60℃下恒温1.5～2.5h，即得具有芳香气味的相变材料微胶囊。

所述步骤（3）中的剪切时间为2～6min，剪切速率为5000-10000rpm。

所述步骤（4）中的二胺水溶液的质量百分比浓度为40%。

本发明以二异氰酸酯与二胺发生聚加成反应形成聚脲外壳，以石蜡烃相变材料和香精的混合物作为芯材，利用界面聚合法制备具有芳香气味的相变材料微胶囊。其中水相是水溶性乳化剂水溶液、二胺以及去离子水，油相是二异氰酸酯、香精以及石蜡烃。水相、油相混合后高速剪切形成乳液，二异氰酸酯与二胺在水油界面上发生聚加成反应形成聚脲外壳，将石蜡烃以及香精包覆在其中。

所应用的界面聚合法原理如下：

界面聚合法是将两种亲疏水性不同的单体分别溶解在互不相容的水相和有机相中，两相混合进行乳化后在油水界面处发生聚合反应来制备胶囊的一种方法。这种方法既适用于水溶性芯材也适用于油溶性芯材。界面聚合具有反应速度快、条件温和等优点。

二异氰酸酯与二胺反应生成聚脲的过程是聚加成反应，具体如下：

二异氰酸酯中的异氰酸基与二胺中的氨基发生加成反应生成脲基，多分子的二异氰酸酯与二胺聚加成形成聚脲，反应方程式如下：

有益效果

（1）本发明是以二异氰酸酯与二胺聚加成形成聚脲外壳，以石蜡烃-薄荷素油为芯材，制备出具有薄荷香味的新型相变材料微胶囊。使得此相变材料微胶囊不仅具有储存能量、调节周围环境温度的特性，而且具有芳香气味，克服了传统相变材料微胶囊有异味的缺点。同时，体系中没有苯环，并且没有残留的甲醛，克服了传统相变材料微胶囊使用安全性的局限。

（2）本发明添加的香精为薄荷素油，薄荷素油为薄荷油脱脑后的成分，其组成中含有左旋薄荷醇、乙酸薄荷酯以及薄荷酮等。薄荷素油的加入不仅提供了芳香气味，而且解决了异佛尔酮二异氰酸酯与石蜡烃不相溶的问题。

（3）本发明的制备方法条件温和，工艺简单易控，制备出的相变材料微胶囊具有机械强度高、储热性能高、稳定性好，并且具有薄荷香味，具有一定的薄荷的药用价值。本发明拓宽了传统相变材料微胶囊的应用空间，并且具有芳香气味，令人心情舒畅，这正满足了人们对物质需要的追求趋势。

附图说明

图1是本发明实施例1的扫描电子显微镜照片图；

图2是本发明实施例2的扫描电子显微镜照片图；

图3是本发明实施例3的扫描电子显微镜照片图；

图4是本发明实施例3与正十八烷、聚脲空壳的热重分析曲线；

图5是本发明实施例4与正十八烷、聚脲空壳的热重分析曲线；

图6是本发明实施例1的差示扫描量热法曲线；

图7是本发明实施例2的差示扫描量热法曲线；

图8是本发明实施例4的差示扫描量热法曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

（1）水相的配制

称取6.0g乳化剂于烧杯中，加去离子水至100g，在磁力搅拌器作用下搅拌2h，使乳化剂完全溶解，配制成6wt%的乳化剂水溶液，备用。在100ml烧杯中加入16.6g乳化剂水溶液，然后加46.6g去离子水，搅拌均匀，得到水相；

（2）油相的配制

在100ml烧杯中加入3.2g二异氰酸酯，然后加入7.5g薄荷素油，搅拌至完全互溶，再加入22.5g正十四烷，在25℃下完全互溶，制得油相；

（3）乳液的形成

将水相、油相在25℃下保温3min，趁热将油相加入到水相中，在均质机6600rpm作用下高速剪切3min，形成水包油型乳液；

（4）微胶囊的形成

向形成的乳液中滴加3.6g40wt%的二胺水溶液，在35℃下恒温30min，在55℃下恒温2h，既得具有芳香气味的相变材料微胶囊糊浆。

光学显微镜和扫描电子显微镜观察微胶囊的形貌为球形；激光粒度分析仪分析微胶囊的粒径为1.5～15μm，平均粒径为5.966μm；差示扫描量热法测定微胶囊的熔化峰温度为5.3℃，熔化吸热焓为143.8J/g，结晶放热焓为143.5J/g，显示其具有较高的热储存能力；热重法分析在202.9℃以下微胶囊具有良好的稳定性，318.4℃时聚脲外壳开始分解。

实施例2

（1）水相的配制

称取6.0g乳化剂于烧杯中，加去离子水至100g，在磁力搅拌器作用下搅拌2h，使乳化剂完全溶解，配制成6wt%的乳化剂水溶液，备用。在100ml烧杯中加入16.6g乳化剂水溶液，然后加入46.6g去离子水，搅拌均匀，得到水相；

（2）油相的配制

在100ml烧杯中加入3.2g二异氰酸酯，然后加入7.5g薄荷素油，搅拌至完全互溶，再加入22.5g正十六烷，在25℃下完全互溶，制得油相；

（3）乳液的形成

将水相、油相在25℃下保温3min，趁热将油相加入到水相中，在均质机6600rpm作用下高速剪切3min，形成水包油型乳液；

（4）微胶囊的形成

向形成的乳液中滴加3.6g40wt%的二胺水溶液，在35℃下恒温30min，在55℃下恒温2h，既得具有芳香气味的相变材料微胶囊糊浆。

光学显微镜和扫描电子显微镜观察微胶囊的形貌为球形；激光粒度分析仪分析微胶囊的粒径为1～18μm；差示扫描量热法测定微胶囊的熔化峰温度为16.7℃，熔化吸热焓为141.1J/g，结晶放热焓为140.9J/g，显示其具有较高的热储存能力；热重法分析在198.2℃以下微胶囊具有良好的稳定性。

实施例3

（1）水相的配制

称取6.0g乳化剂于烧杯中，加去离子水至100g，在磁力搅拌器作用下搅拌2h，使乳化剂完全溶解，配制成6wt%的乳化剂水溶液，备用。在100ml烧杯中加入16.6g乳化剂水溶液，然后加入46.6g去离子水，搅拌均匀，得到水相；

（2）油相的配制

在100ml烧杯中加入3.2g二异氰酸酯，然后加入7.5g薄荷素油，搅拌至完全互溶，再加入22.5g正十八烷，在30℃下完全互溶，制得油相；

（3）乳液的形成

将水相、油相在30℃下保温3min，趁热将油相加入到水相中，在均质机6600rpm作用下高速剪切3min，形成水包油型乳液；

（4）微胶囊的形成

向形成的乳液中滴加3.6g40wt%的二胺水溶液，在35℃下恒温30min，在55℃下恒温2h，既得具有芳香气味的相变材料微胶囊糊浆。

光学显微镜和扫描电子显微镜观察微胶囊的形貌为表面光滑的球形；激光粒度分析仪分析微胶囊的粒径为1～19μm，平均粒径为6.339μm；差示扫描量热法测定微胶囊的熔化峰温度为26.9℃，熔化吸热焓为151.2J/g，结晶放热焓为152J/g，显示其具有较高的热储存能力；热重法分析在198.7℃以下微胶囊具有良好的稳定性。

实施例4

（1）水相的配制

称取6.0g乳化剂于烧杯中，加去离子水至100g，在磁力搅拌器作用下搅拌2h，使乳化剂完全溶解，配制成6wt%的乳化剂水溶液，备用。在100ml烧杯中加入16.6g乳化剂水溶液，然后加入46.6g去离子水，搅拌均匀，得到水相；

（2）油相的配制

在100ml烧杯中加入3.2g二异氰酸酯，然后加入6.82g薄荷素油，搅拌至完全互溶，再加入23.18g正十八烷，在30℃下互溶，制得油相；

（3）乳液的形成

将水相、油相在30℃下保温3min，趁热将油相加入到水相中，在均质机6600rpm作用下高速剪切3min，形成水包油型乳液；

（4）微胶囊的形成

向形成的乳液中滴加3.6g40wt%的二胺水溶液，在35℃下恒温30min，在55℃下恒温2h，既得具有芳香气味的相变材料微胶囊糊浆。

光学显微镜和扫描电子显微镜观察微胶囊的形貌为表面光滑的球形；激光粒度分析仪分析微胶囊的粒径为0.2～18μm，平均粒径为6.339μm；差示扫描量热法测定微胶囊的熔化峰温度为30.4℃，熔化吸热焓为170.9J/g，结晶放热焓为170.7J/g，显示其具有较高的热储存能力；热重法分析在204.2℃以下微胶囊具有良好的稳定性。

Claims (6)

1.一种具有芳香气味的相变材料微胶囊，其特征在于：所述相变材料微胶囊的原料由以下组分组成：

(1)油相组分的质量百分比：

相变材料 7.0～24.0％；

香精 6.0～16.0％；

二异氰酸酯 2.5～4.5％；

(2)水相组分的质量百分比：

乳化剂 0.5～4.0％；

二胺 0.5～2.5％；

去离子水 50.0～85.0％；

全组分质量百分比之和为100％；其中，所述香精为薄荷素油，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯IPDI；所述相变材料为正十四烷、正十六烷、正十八烷中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种具有芳香气味的相变材料微胶囊，其特征在于：所述乳化剂为D-425。

3.根据权利要求1所述的一种具有芳香气味的相变材料微胶囊，其特征在于：所述二胺为己二胺HMDA。

4.一种如权利要求1所述的具有芳香气味的相变材料微胶囊的制备方法，包括：

(1)配制质量百分比浓度为6％的乳化剂水溶液；将8.3～66.7g乳化剂水溶液和6.5～74.9g去离子水混合，搅拌均匀，得到水相；

(2)将2.5～4.5g二异氰酸酯和6.0～16.0g香精混合，搅拌至完全互溶，再加入7.0～24.0g相变材料，在20～35℃条件下完全互溶，制得油相；

(3)将水相、油相在20～35℃下保温3～5min，将油相加入到水相中，剪切，形成水包油型乳液；

(4)向上述乳液中滴加1.2～6.3g二胺水溶液，在30～40℃下恒温20～30min，在50～60℃下恒温1.5～2.5h，即得具有芳香气味的相变材料微胶囊。

5.根据权利要求4所述的一种具有芳香气味的相变材料微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的剪切时间为2～6min，剪切速率为5000-10000rpm。

6.根据权利要求4所述的一种具有芳香气味的相变材料微胶囊的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的二胺水溶液的质量百分比浓度为40％。