CN104877640B - 一种高储能双层壁材相变微胶囊 - Google Patents

一种高储能双层壁材相变微胶囊 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高储能双层壁材相变微胶囊。所述的相变微胶囊以有机相变材料为芯材，以脲醛树脂为外层壁材，烯类聚合物为内层壁材；所述的壁材中脲醛树脂和烯类聚合物，其质量比为1:0.3～1.7；所述的交联剂为具有双键和羟甲基两种基团的有机小分子；所述的芯材为有机相变材料；所述的芯材与壁材，其质量比为1～3.5:1。本发明的双层壁材相变微胶囊保证了粒径均一、高包埋率的基础上，同时具有脲醛树脂微胶囊亲水不易团聚的优点，和聚甲基丙烯酸甲酯疏水低渗透性的优点。

Description

一种高储能双层壁材相变微胶囊
技术领域
本发明涉及的是一种高储能双层壁材相变材料微胶囊，适用于相变储能领域，可有效拓展相变材料的应用范围。
背景技术
随着全球工业的高速发展，全球能源日益短缺，化石能源的枯竭性危机和环境污染问题也越来越受到世人关注。因此，提高能源使用效率和开发可再生能源成为全人类包括科技界所关注的热点问题之一。潜热储能(即相变储热)是利用相变材料在发生相变时吸收或放出大量的热量而储能，相变过程中保持温度基本不变，其储能密度大，储能效率高，受到广泛关注。但是相变材料的单独使用会面临泄露、污染、导热能力差等问题，这些问题很大程度上限制了其应用范围。而相变微胶囊的出现则解决了其中的大部分问题。
相变微胶囊壁材决定了相变微胶囊的应用范围，目前最常用的相变微胶囊壁材有聚甲基丙烯酸甲酯为代表的丙烯酸类聚合物和脲醛树脂。这两种材料力学性能，热学和化学稳定优良，成本较低，是相变微胶囊市场化的理想材料。但是两种材料各有其优缺点：丙烯酸类聚合物壁材耐水耐候性能极佳，但是不耐油，不耐磨，在作为填料应用于比如泡沫，织物，或者在有机溶剂存在的情况下容易破裂，造成芯材的泄露，同时在制备过程中的分散性不好，延长后处理时间；脲醛树脂耐油，耐磨，成本低廉，作为壁材可以使得相变微胶囊分散性好，并且由于表面亲水集团的的存在而缩短相变微胶囊成品抽滤工艺过程，但是单纯的脲醛树脂壁材致密度不够，并且具有吸湿性，削弱对芯材的保护，导致芯材的泄露。
因此，如果将两种材料结合起来形成双层壁材包覆在芯材表面，则可以在一定程度上形成互补，扩大微胶囊的使用范围。同时，脲醛树脂的亲水性集团可以改善壁材在水中的溶解度和反应性，最终提高芯材的包覆率。
CN102492174A公开了胶囊芯材和胶囊壁材的微胶囊，所述的芯材为双环戊二烯，所述的壁材由脲醛树脂制成，其吸湿性能无法避免。
CN104004499A公开了胶囊芯材和胶囊壁材的微胶囊，所述的芯材为十四烷，所述的壁材由脲醛树脂和密胺树脂制成，密胺树脂的添加可以在一定程度上增强微胶囊壁材的整体致密度，但是其吸湿性无法避免。
CN103458684A公开了胶囊芯材和胶囊壁材的微胶囊，所述的芯材为信息素，所述的壁材由聚甲基丙烯酸甲酯制成，这种微胶囊在有机溶剂存在的情况下会破裂。
CN103468222A公开了胶囊芯材和胶囊壁材的微胶囊，所述的芯材为十二醇，所述的壁材由聚甲基丙烯酸甲酯制成，这种微胶囊在应用到纺织等领域中在长时间摩擦等因素而导致破裂。
发明内容
一种高储能双层壁材相变微胶囊，其特征在于包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述芯材采用有机相变材料，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用烯类聚合物制成，两层之间使用具有双键和羟甲基两种官能团的交联剂连接，形成稳定的双层结构；
本发明的技术方案
一种高储能双层壁材相变微胶囊，具体是包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述芯材采用有机相变材料，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用烯类聚合物制成，两层之间使用具有双键和羟甲基两种官能团的交联剂连接，形成稳定的双层结构；
所述的壁材脲醛树脂和烯类聚合物的质量比为1:0.3～3；
所述的交联剂为具有双键和羟甲基两种基团的有机小分子，包括N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种或两种以上；
所述的芯材为有机相变材料，包括正十二醇、液体石蜡、正十四烷、正十六烷、正十八烷固体石蜡中的一种或两种以上；
所述的壁材与芯材按质量比计算，即壁材：芯材比为1:1～4。
综上所述，本发明的一种高储能双层壁材相变微胶囊，即以有机相变材料为芯材，以脲醛树脂为外层壁材，聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚苯乙烯中等烯类聚合物的一种或两种以上为内层壁材，两者质量比为1:0.3～3，两层之间用具有双键和羟甲基两种官能团的交联剂连接，形成稳定的双层结构。
本发明的有益效果
本发明的双层相变微胶囊，具体是包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述芯材采用有机相变材料，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用烯类聚合物制成，两层之间使用具有双键和羟甲基两种官能团的交联剂连接，形成稳定的双层结构；具有脲醛树脂和聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚苯乙烯中等烯类聚合物双重优点，拥有良好的分散性，大幅缩短后期处理时间，并且综合了防水防油性能，这种双层结构微胶囊更加致密，密封性更强，有效地防止了芯材的泄漏情况，并且其相变潜热高达185KJ/kg。尤其是后期处理时间的缩短和防水防油性能，更有利于其实现工业化生产。
具体实施例1
一种高储能双层壁材相变微胶囊，具体是包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用聚甲基丙烯酸甲酯制成，内外层壁材之间用交联剂N-羟甲基丙烯酰胺连接；所述的壁材与芯材按质量比计算，即壁材：芯材比为1:4；所述的芯材为正十四烷，相变温度为5.8℃；所述的相变潜热为185KJ/kg。这种微胶囊的耐水耐油性能良好，后期抽滤也比较顺利，但是由于芯壁比较大，造成相变微胶囊囊壁较薄。这种相变微胶囊适用于微胶囊流体或者是一些复合微胶囊材料中。
具体实施例2
一种高储能双层壁材相变微胶囊，具体是包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用聚甲基丙烯酸乙酯制成，内外层壁材之间用交联剂丙烯酸羟乙酯连接；所述的壁材与芯材按质量比计算，即壁材：芯材比为1:2；所述的芯材为正十二醇，相变温度为24℃；所述的相变潜热为141KJ/kg。这种微胶囊的耐水耐油性能良好，壁材致密度理想，后期抽滤也比较顺利，但是由于芯壁比较小，相变微胶囊相变潜热也较小。这种相变微胶囊适用于纺织，建筑等需要一定的力学性能要求的领域。
具体实施例3
一种高储能双层壁材相变微胶囊，具体是包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用聚苯乙烯制成，内外层壁材之间用交联剂丙烯酸羟丙酯连接；所述的壁材与芯材按质量比计算，即壁材：芯材比为1:3；所述的芯材为正十六烷，相变温度为18.2℃；所述的相变潜热为175KJ/kg。这种微胶囊的耐水耐油性能良好，后期抽滤也比较顺利，而且芯壁比设定合适，相变微胶囊相变潜热比较理想，相变微胶囊壁材致密度也比较理想。这种相变微胶囊适用的领域比较广泛，因为其相变潜热和壁材的致密度都比较理想，所以适用于微胶囊流体，复合微胶囊材料，纺织和建筑等领域。
具体实施例4
一种高储能双层壁材相变微胶囊，具体是包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用聚苯乙烯制成，内外层壁材之间用交联剂丙烯酸羟丙酯连接；所述的壁材与芯材按质量比计算，即壁材：芯材比为1:1；所述的芯材为正十六烷，相变温度为18.2℃；所述的相变潜热为122KJ/kg。这种微胶囊的耐水耐油性能良好，后期抽滤也比较顺利，由于芯壁比较小，相变微胶囊相变潜热比较小，但是相变微胶囊壁材致密度很高，耐磨性能优良，适用于一些对耐磨耐候性能要求较高的领域，如相变储能泡沫和涂料等。
具体实施例5
一种高储能双层壁材相变微胶囊，具体是包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用聚甲基丙烯酸甲酯制成，内外层壁材之间用交联剂丙烯酸羟丙酯连接；所述的壁材与芯材按质量比计算，即壁材：芯材比为1:3；所述的芯材为正十二醇，相变温度为24℃；所述的相变潜热为158KJ/kg。这种微胶囊的耐水耐油性能良好，后期抽滤也比较顺利；芯材成本较低，较适合用于相变微胶囊需求量较大的领域；芯壁比适中，相变微胶囊相变潜热比较理想；相变微胶囊壁材致密度适中，耐磨性能适中，适用领域较为广泛。

Claims (7)

1.一种高储能双层壁材相变微胶囊，其特征在于包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述芯材采用有机相变材料，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用烯类聚合物制成，两层之间使用具有双键和羟甲基两种官能团的交联剂连接，形成稳定的双层结构。
2.根据权利要求1所述的一种高储能双层壁材相变微胶囊，其特征在于所述的交联剂包括N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种高储能双层壁材相变微胶囊，其特征在于所述的烯类聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚苯乙烯中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1或2任意一项所述的一种高储能双层壁材相变微胶囊，其特征在于所述的壁材中脲醛树脂和烯类聚合物，其质量比为1:0.3～3。
5.根据权利要求1或2任意一项所述的一种高储能双层壁材相变微胶囊，其特征在于所述的芯材为有机相变材料，包括正十二醇、液体石蜡、正十四烷、正十六烷、正十八烷、固体石蜡中的一种或两种以上。
6.根据权利要求5所述的一种高储能双层壁材相变微胶囊，其特征在于所述的壁材与芯材按质量比计算，即壁材：芯材比为1:1～3.5。
7.一种高储能双层壁材相变微胶囊，其特征在于包括芯材、外层壁材和内层壁材，所述芯材采用有机相变材料，所述外层壁材采用脲醛树脂制成，所述内层壁材采用烯类聚合物制成，两层之间使用具有双键和羟甲基两种官能团的交联剂连接，形成稳定的双层结构；
所述的交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺；
所述的壁材与芯材按质量比计算，即壁材：芯材比为1:1～3.5；
所述的芯材为正十四烷，相变温度为5.8℃。
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