CN110724499A - 一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊及其制备方法 - Google Patents

一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊及其制备方法。以硅烷偶联剂改性二氧化硅为壁材，以有机相变材料为芯材，采用溶胶凝胶法制备相变微胶囊。本发明过利用硅烷偶联剂接枝引入有机基团改性二氧化硅前驱体调控缩聚反应速率，减少壁材薄厚不均和壁材自聚的现象，进一步提高壁材利用率，使相变微胶囊包覆率明显提高；同时提升了壁材的耐水性和韧性；此外作为二氧化硅前驱体的硅酸钠价廉易得，反应不存在毒害性。

Description

一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性相变储能材料，尤其是一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊及其制备方法。
背景技术
相变材料是指在某一温度段，通过材料在相变过程中吸收和释放热量过程起到储能效果的功能性材料。近年来,为实现节能、储能的目的,科研工作者在相变材料方向投入了大量的时间、人力、物力。在这其中,相变微胶囊是一种具有封装功能的相变储能材料。它具有性质稳定、防止泄露的优势；还可通过微胶囊化增加热传导面积，提升热传导率。应用相变微胶囊可有效减小环境温度波动,降低能耗。在建筑、纺织、航天、医学等具有广阔的应用前景。
相变微胶囊及其制备技术已有专利公开。其中，对于相变微胶囊的囊壁的研究较多，囊壁主要分为有机壁材和无机壁材。有机壁材主要包括密胺树脂、脲醛树脂等有机高分子材料。尽管有机壁材有着较好的包覆效果,但大多数不具有阻燃效果,相对于无机相变材料导热性差，并且在所包覆的相变材料中残留着大量的可挥发有机物如甲醛。因此，有机壁材对于环境、安全、应用有较大阻碍。无机壁材与有机壁材相比,无机壁材具有阻燃性,有着更好的安全性能。无机材料包覆的相变材料具有相变温度恒定、储能密度大、导热率高等优点。因此,无机材料包覆的相变微胶囊有更好的应用前景。
在众多无机壁材中，二氧化硅是目前应用最广泛的无机壁材。过去几十年，人们在制备微/纳米二氧化硅空心球及微胶囊方面进行了广泛的研究。大量的研究表明纳米二氧化硅拥有良好的物理化学性能。目前，研究者们大多数是以正硅酸四乙酯(TEOS)等有机物作为SiO2为壁材的微胶囊的硅源的。专利CN107513375A杨振忠等人以正硅酸乙酯等多种有机硅源作为二氧化硅前驱体,通过乳液界面上的溶胶-凝胶反应,一步得到二氧化硅包覆的相变材料。虽然文献所报道的以有机硅源制备的二氧化硅相变微胶囊产品拥有高导热系数和良好的相变储热性能，但是TEOS等有机原料价格相对昂贵，毒性较大，作为二氧化硅原料工业化生产微胶囊相变储能材料受到限制。
硅酸钠是一种价廉易得的无机碱金属盐，在工业上常被用作制备二氧化硅粉体的原料。利用这种廉价的无机盐能有效降低工业生产二氧化硅相变微胶囊的生产成本。专利CN104661741A·肯博特等人通过溶胶—凝胶法，通过将二氧化硅前体金属硅酸盐或硅酸以及酸或碱同时加入乳液中，加入过程中pH在6～9内保持恒定，经缩聚后制备出一种具有二氧化硅壳的微胶囊组合物。然而，硅酸钠水解缩聚速率可控性差，以硅酸钠为硅源工业生产往往工艺复杂。制备过程中容易导致壁材壳层薄厚不均，甚至自聚成二氧化硅实心球，导致壁材浪费包覆率降低，甚至包覆失败。此外，无机二氧化硅壁材脆性高，韧性较差，芯材相变过程中体积变化容易发生涨破或坍塌，无机二氧化硅由于表面羟基的强亲水性导致制备后的微胶囊耐水性差，未改性的二氧化硅在水中容易破裂导致芯材漏出，不利于长期存储。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊及其制备方法。以硅酸钠为硅源，以烷基三乙氧基硅烷为改性剂，以相变材料为芯材，采用溶胶-凝胶法制备相变微胶囊。利用硅烷偶联剂改性二氧化硅，接枝引入有机基团，减缓缩聚反应速率，减少壁材薄厚不均和壁材自聚现象，提高了壁材利用率和微胶囊包覆率。同时通过对二氧化硅壁材接枝引入有机基团，增加微胶囊壁材的耐水性和韧性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊的制备方法,包括以下步骤：
(1)二氧化硅前驱体溶液的配制
配制硅酸钠水溶液，然后加入烷基类三乙氧基硅烷偶联剂和无水乙醇搅拌均匀待用，其中按质量比，硅酸钠：改性剂：烷基类三乙氧基硅烷：水＝(7～10)：(1～3)：10:90；
(2)相变乳液的制备
将相变材料、乳化剂以及质量分数为10％的稀盐酸溶液按照质量比(5～10):0.5:(28～37)配制加热，待芯材完全熔化后，在机械搅拌1000～1400rad/min转速下乳化形成相变乳液；
(3)改性相变微胶囊的制备
在机械搅拌下，将步骤(1)中二氧化硅前驱体溶液30min内滴加至步骤(2)相变乳液中，滴加完毕后调节pH至2.5～4.5，机械搅拌，加热反应4h后静置降至室温，将样品用离心机脱水后，用乙醇和石油醚洗涤过滤，真空干燥得到硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。
步骤(1)中所述烷基类三乙氧基类硅烷偶联剂包括甲基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中任意一种。
步骤(2)中所述相变材料包括十八醇、十六酸、硬脂酸、石蜡中的至少一种；其用量与步骤(1)中硅酸钠的质量比为1:2～2:1。
步骤(2)中所述乳化剂为阳离子、非离子或二者构成的复合型乳化剂，其中阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB或十八烷基三甲基溴化铵，非离子表面活性剂包括泊洛沙姆P407，泊洛沙姆P188，曲拉通100或OP-10、TO中的任意一种；当使用复合乳化剂时，按质量比，阳离子表面活性剂用量与非离子表面活性剂为3:1～1:1。
步骤(2)中在机械搅拌400rad/min下，将步骤(1)中二氧化硅前驱体溶液30min内滴加入至步骤(2)相变乳液中，滴加完毕后调节pH至2.5～4.5，机械搅拌转速为600rad/min，加热反应4h后静置降至室温。
上述的制备方法制得的硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊。
本发明的有益效果是:
(1)选择硅酸钠为二氧化硅的前驱体，其价廉易得，反应操作简单，无毒无污染。
(2)通过对二氧化硅改性明显提高微胶囊包覆率，改性后的相变微胶囊包覆率为74.0％～85.3％,相对于未改性的微胶囊的包覆率提高了25％～36.3％。
(3)较好的改善了壁材二氧化硅的韧性。制备得到的微胶囊经受力压片后(5MPa，20s)熔融渗透率为20.65％～7.58％，相对于未改性微胶囊降低了19.59％～32.66％。
(4)较好的改善了微胶囊耐水性。对其耐水性进行测试，分别取改性与未改性取2g微胶囊粉末样品放入样品瓶中，加入50ml水后静置30天观察。改性后的微胶囊与水相分层明显，水溶液澄清透明，未发现粘壁现象。未改性的微胶囊与水相分层不明显，水相浑浊，由白色乳液浮在表面，粘壁现象明显。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的二氧化硅包覆的相变微胶囊的扫描电镜图。
图2为本发明实施例1、实施例4所述的二氧化硅包覆的相变微胶囊的DSC测试图。
图3为本发明实施例1所述的二氧化硅包覆的耐水性测试图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊的制备方法,包括以下步骤：
(1)二氧化硅前驱体溶液的配制
配制硅酸钠水溶液，然后加入烷基类三乙氧基硅烷偶联剂和无水乙醇搅拌均匀待用，其中按质量比，硅酸钠：改性剂：烷基类三乙氧基硅烷：水＝(7～10)：(1～3)：10:90；
(2)相变乳液的制备
将相变材料、乳化剂以及质量分数为10％的稀盐酸溶液按照质量比(5～10):0.5:(28～37)配制加热，待芯材完全熔化后，在机械搅拌1000～1400rad/min转速下乳化形成相变乳液；
(3)改性相变微胶囊的制备
在机械搅拌下，将步骤(1)中二氧化硅前驱体溶液30min内滴加至步骤(2)相变乳液中，滴加完毕后调节pH至2.5～4.5，机械搅拌，加热反应4h后静置降至室温，将样品用离心机脱水后，用乙醇和石油醚洗涤过滤，真空干燥得到硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。
步骤(1)中所述烷基类三乙氧基类硅烷偶联剂包括甲基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中任意一种。
步骤(2)中所述相变材料包括十八醇、十六酸、硬脂酸、石蜡中的至少一种；其用量与步骤(1)中硅酸钠的质量比为1:2～2:1。
步骤(2)中所述乳化剂为阳离子、非离子或二者构成的复合型乳化剂，其中阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB或十八烷基三甲基溴化铵，非离子表面活性剂包括泊洛沙姆P407，泊洛沙姆P188，曲拉通100或OP-10、TO中的任意一种；当使用复合乳化剂时，按质量比，阳离子表面活性剂用量与非离子表面活性剂为3:1～1:1。
步骤(2)中在机械搅拌400rad/min下，将步骤(1)中二氧化硅前驱体溶液30min内滴加入至步骤(2)相变乳液中，滴加完毕后调节pH至2.5～4.5，机械搅拌转速为600rad/min，加热反应4h后静置降至室温。
上述的制备方法制得的硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊。
本发明的硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊的制备方法，利用硅烷偶联剂改性二氧化硅，接枝引入有机基团，减缓缩聚反应速率，减少壁材薄厚不均和壁材自聚现象，提高了壁材利用率和微胶囊包覆率。同时通过对二氧化硅壁材接枝引入有机基团，增加微胶囊壁材的耐水性和韧性。本方法以硅酸钠为硅源，以烷基三乙氧基硅烷为改性剂，以相变材料为芯材，采用溶胶-凝胶法制备相变微胶囊。制备得到的微胶囊包覆率为74.0％～87.3％,经压片处理后熔融渗透率为20.65％～7.58％，与未改性的二氧化硅微胶囊相比包覆率提高了25％～38.3％，熔融渗透率降低了19.59％～32.66％；改性后微胶囊分散于水中30d形态仍保持良好，而未改性微胶囊分散于水中7天后，有明显芯材漏出，粘壁现象明显。
实施例1
以相变材料石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％为例。
取7.5g加入100g水配制成溶液后，加入甲基三以氧基硅烷和无水乙醇搅拌20min配制为组分A待用，其中各组分配比为硅酸钠：甲基三乙氧基硅烷：无水乙醇：水＝7.5：2.5：10:90；
将10g的石蜡，0.4g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和0.2g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(op-10)，以及30g稀盐酸溶液加入三口瓶中加热，待芯材完全熔化后，1000rad/min机械搅拌30min后形成相变材料乳液；
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min，水浴锅65℃加热，将组分A用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min，加热反应4h，降至室温静置1d后将样品用离心机脱水后，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后置于65℃烘箱内4h测其熔融渗透率。结果表明，未改性的相变微胶囊熔融渗透率为40.24％，一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊的熔融渗透率为8.26％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了31.98％。对制备后的微胶囊表面形貌进行观察，如图1所示，以甲基三乙氧基硅烷改性的二氧化硅相变微胶囊形貌稳定，囊壁厚度均匀。为测试改性后包覆率的变化，对相变微胶囊进行DSC差热分析，根据其相变焓值计算包覆率。结果表明，如图2所示，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为49.0％，改性后的相变微胶囊包覆率为85.3％，相对于未改性的微胶囊提升了36.3％。对其耐水性进行测试，分别取改性与未改性取2g微胶囊粉末样品放入样品瓶中，加入50ml水后静置30天观察。如图3所示，改性后的微胶囊与水相分层明显，水溶液澄清透明，未发现粘壁现象。未改性的微胶囊与水相分层不明显，水相浑浊，有白色乳液浮在上层，粘壁现象明显。
实施例2
以相变材料硬脂酸为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％，以泊洛沙姆P407为非离子表面活性剂为例。
二氧化硅前驱体溶液的配制与例1相同，配制为组分A待用。
将7.5g的硬脂酸，0.4g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和0.2g泊洛沙姆P407构成的复合乳化剂、30g稀盐酸溶液加入三口瓶中加热。待芯材完全熔化后，1000rad/min机械搅拌30min后形成相变材料乳液。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min后加热，将组分A用滴液漏斗30min逐滴加入至相变材料乳液中，滴加完毕后调节PH至3.5后调节机械搅拌转速为600rad/min反应4h。将样品静置1d后用离心机脱水，用无水乙醇洗涤过滤，晾干后得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。为测试改性后包覆率的变化，对相变微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未改性的相变微胶囊的包覆率为47.7％，改性二氧化硅相变微胶囊的包覆率为82.9％，相对未改性的MCPCM包覆率提升了35.2％。为测试相变微胶囊韧性，将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后置于65℃烘箱内4h后测其熔融渗透率。结果表明，未改性的相变微胶囊熔融渗透率为33.41％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为8.25％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了25.16％。
实施例3
相变材料石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的25％为例。
称取8g硅酸钠加入100g水配制成溶液后，加入2g甲基三乙氧基硅烷和10g无水乙醇磁力搅拌10min配制为组分B待用；即该组分配比为硅酸钠：甲基三乙氧基硅烷：无水乙醇：水＝8：2：10:100。
相变乳液制备方法与例1相同。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分B用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d后将样品用离心机脱水后，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。为测试相变微胶囊韧性，将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率，未改性的相变微胶囊熔融渗透率为40.24％，一种基于硅酸钠的高包覆率和高性能二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为8.25％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了30.99％。为测试改性后包覆率的变化，对一种基于硅酸钠的高包覆率和高性能二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为49.0％，改性后的相变微胶囊包覆率为85.0％,相对于未改性的MCPCM提高了36.0％。
实施例4
以相变材料石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的10％为例。
称取9g硅酸钠加入100g水配制成溶液后，加入1g甲基三乙氧基硅烷和10g无水乙醇磁力搅拌10min配制为组分C待用；即该组分配比为硅酸钠：甲基三乙氧基硅烷：无水乙醇：水＝9：1：10:100。
相变乳液制备方法与例1相同
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分C用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d后将样品用离心机脱水后，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。为测试相变微胶囊韧性，将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率未改性的相变微胶囊熔融渗透率为40.24％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为11.64％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了28.60％。为测试改性后包覆率的变化，对一种基为测试改性后包覆率的变化，对改性二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，如图2所示，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为49.0％，改性后的相变微胶囊包覆率为85.0％,相对于未改性的MCPCM提高了36.0％。
实施例5
以相变材料石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，丙基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％为例。
称取7.5g硅酸钠加入100g水配制成溶液后，加入2.5g丙基三乙氧基硅烷和10g无水乙醇磁力搅拌10min配制为组分D待用；即该组分配比为硅酸钠：丙基三乙氧基硅烷：无水乙醇：水＝7.5：2.5：10:100。
相变乳液制备方法与例1相同
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分D用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d后将样品用离心机脱水后，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。为测试相变微胶囊韧性，将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率未改性的相变微胶囊熔融渗透率为40.24％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为8.25％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了31.99％。为测试改性后包覆率的变化，对改性二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为49.0％，改性二氧化硅相变微胶囊的包覆率为80.1％，相对未改性的MCPCM提升了30.1％。
实施例6
以相变材料石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％，制备相变乳液时搅拌速度为1400rad/min为例。
待改性预聚体组分与例1相同，配制为组分A
将10g的石蜡，0.4g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和0.2g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(op-10)构成的复合乳化剂、37g稀盐酸溶液加入三口瓶中加热。待芯材完全熔化后，1400rad/min机械搅拌30min后均质乳化形成稳定的水包油(O/W)型相变材料乳液。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分A用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d后将样品用离心机脱水后，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率，未改性的相变微胶囊熔融渗透率为40.24％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为10.24％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了30.00％。为测试改性后包覆率的变化，对微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为49.0％，改性二氧化硅相变微胶囊的包覆率为86.3％，相对未改性的MCPCM提升了37.3％。
实施例7
以相变材料石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％，非离子型表面活性剂为曲拉通X-100为例。
待改性预聚体组分与例1相同，配制为组分A
将10g的石蜡、0.4g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、0.2g聚氧乙烯-8-辛基苯基醚(X-100)和37g稀盐酸溶液加入三口瓶中加热，待芯材完全熔化后，1000rad/min机械搅拌30min后相变材料乳液。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分A用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d将样品用离心机脱水，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率未改性的相变微胶囊熔融渗透率为40.24％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为13.24％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了27.00％。为测试改性后包覆率的变化，对二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为49.0％，改性二氧化硅相变微胶囊的包覆率为74.3％，相对未改性的MCPCM提升了25.3％。
实施例8
以相变材料52#石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％，待改性预聚体加入到相变乳液中将pH设置为2.5为例。
待改性预聚体组分与例1相同，配制为组分A。
相变乳液制备方法与例1相同。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分A用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至2.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d将样品用离心机脱水，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。为测试改性后包覆率的变化，对二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为49.0％，改性二氧化硅相变微胶囊的包覆率为67.0％，相对未改性的MCPCM提升了18.0％。
实施例9
以相变材料52#石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％，待改性预聚体加入到相变乳液中将pH设置为4.5为例。
待改性预聚体组分与例1相同，配制为组分A。
相变乳液制备方法与例1相同。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分A用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至2.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d将样品用离心机脱水后，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率未改性的相变微胶囊熔融渗透率为40.24％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为20.30％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了19.96％。为测试改性后包覆率的变化，对二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为49.0％，一种基于硅酸钠的高包覆率和高性能二氧化硅相变微胶囊的包覆率为63.2％，相对未改性的MCPCM提升了14.2％。
实施例10
以相变材料十八醇为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％为例。
待改性预聚体组分与例1相同，配制为组分A。
将10g的十八醇，0.4g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、0.2g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(op-10)和37g稀盐酸溶液加入三口瓶中加热，待芯材完全熔化后，1000rad/min机械搅拌30min后形成相变材料乳液。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分A用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d后将样品用离心机脱水后，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率,未改性的相变微胶囊熔融渗透率为32.51％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为12.37％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了20.14％。为测试改性后包覆率的变化，对二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为43.2％，改性二氧化硅相变微胶囊的包覆率为73.5％，相对未改性的MCPCM提升了30.3％。
实施例11
以相变材料石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％，硅酸钠质量与石蜡质量比为1：2为例。
待改性预聚体组分与例1相同，配制为组分A。
将20g的石蜡，0.4g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、0.2g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(op-10)和37g稀盐酸溶液加入三口瓶中加热，待芯材完全熔化后，1000rad/min机械搅拌30min后形成相变材料乳液。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分A用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d将样品用离心机脱水，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率,未改性的相变微胶囊熔融渗透率为53.27％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为25.85％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了27.42％。为测试改性后包覆率的变化，对二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为42.61％，改性二氧化硅相变微胶囊的包覆率为60.71％，相对未改性的MCPCM提升了18.10％。
实施例12
以相变材料石蜡为芯材，硅酸钠为硅源，甲基三乙氧基硅烷为改性剂，用量为硅酸钠质量的33.3％，硅酸钠质量与石蜡质量比为2:1为例。
待改性预聚体组分与例1相同，配制为组分A。
将5g的石蜡，0.4g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、0.2g聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(op-10)和30g稀盐酸溶液加入三口瓶中加热，待芯材完全熔化后，1000rad/min机械搅拌30min后形成相变材料乳液。
将相变乳液机械搅拌调至400rad/min加热，将组分A用滴液漏斗30min内逐滴加入至相变乳液中，滴加完毕后调节pH至3.5，机械搅拌转速为600rad/min反应4h，降至室温静置1d将样品用离心机脱水，用石油醚洗涤过滤，真空干燥得到一种硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。将相变微胶囊样品粉末用压片机压成圆片(压力为5Mpa，保持20s)后测其熔融渗透率,未改性的相变微胶囊熔融渗透率为35.64％，改性二氧化硅相变微胶囊的熔融渗透率为8.13％，比未改性的相变微胶囊的熔融渗透率降低了27.51％。为测试改性后包覆率的变化，对二氧化硅相变微胶囊进行DSC差热分析，结果表明，未用硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊包覆率为54.36％，改性二氧化硅相变微胶囊的包覆率为80.31％，相对未改性的MCPCM提升了25.95％。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
(1)二氧化硅前驱体溶液的配制
配制硅酸钠水溶液，然后加入烷基类三乙氧基硅烷偶联剂和无水乙醇搅拌均匀待用，其中按质量比，硅酸钠：改性剂：烷基类三乙氧基硅烷：水＝(7～10)：(1～3)：10:90；
(2)相变乳液的制备
将相变材料、乳化剂以及质量分数为10％的稀盐酸溶液按照质量比(5～10):0.5:(28～37)配制加热，待芯材完全熔化后，在机械搅拌1000～1400rad/min转速下乳化形成相变乳液；
(3)改性相变微胶囊的制备
在机械搅拌下，将步骤(1)中二氧化硅前驱体溶液30min内滴加至步骤(2)相变乳液中，滴加完毕后调节pH至2.5～4.5，机械搅拌，加热反应4h后静置降至室温，将样品用离心机脱水后，用乙醇和石油醚洗涤过滤，真空干燥得到硅烷偶联剂改性的SiO2相变微胶囊。
2.根据权利要求1所述硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于，步骤(1)中所述烷基类三乙氧基类硅烷偶联剂包括甲基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷中任意一种。
3.根据权利要求1所述硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于，步骤(2)中所述相变材料包括十八醇、十六酸、硬脂酸、石蜡中的至少一种；其用量与步骤(1)中硅酸钠的质量比为1:2～2:1。
4.根据权利要求1所述硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于，步骤(2)中所述乳化剂为阳离子、非离子或二者构成的复合型乳化剂，其中阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB或十八烷基三甲基溴化铵，非离子表面活性剂包括泊洛沙姆P407，泊洛沙姆P188，曲拉通100或OP-10、TO中的任意一种；当使用复合乳化剂时，按质量比，阳离子表面活性剂用量与非离子表面活性剂为3:1～1:1。
5.根据权利要求1所述硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊的制备方法,其特征在于，步骤(2)中在机械搅拌400rad/min下，将步骤(1)中二氧化硅前驱体溶液30min内滴加入至步骤(2)相变乳液中，滴加完毕后调节pH至2.5～4.5，机械搅拌转速为600rad/min，加热反应4h后静置降至室温。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊。
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