CN110951465A - 一种新型相变胶囊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型相变胶囊及其制备方法，所述胶囊的芯材由有机相变材料、过冷抑制剂和防沉降剂组成，所述的过冷抑制剂是具有不同熔点的饱和脂肪醇类的一种或几种，所述的防沉降剂是含有丙烯酸酯结构的混合物M。该方法制备的新型相变胶囊包覆率高、储热能高、热性能优越，过冷抑制剂的添加有效改善了相变胶囊的过冷现象，同时防沉降剂的添加避免了多次冷热循环后芯材中相变材料与过冷抑制剂分层的现象，工艺简单，操作方便，适用范围广，便于工业实施。

Description

一种新型相变胶囊及其制备方法
技术领域
本发明涉及相变材料领域，具体涉及一种新型相变胶囊及其制备方法。
背景技术
相变材料是指在一定的温度范围内，通过自身相态变化或者结构变化，向外界环境释放或者吸收热量，从而调控外界环境温度的一类材料。使用胶囊技术将相变材料包裹形成微型相变储存器，可以有效的克服相变材料使用过程中存在的泄漏、腐蚀性和不稳定性等缺点，从而广泛应用在纺织品、传热流体、建筑物、军事、农业等领域。与无机相变材料相比，有机相变材料具有合适的控温区间、稳定的性能和较高的性价比等优点，被广泛用于相变胶囊的芯材。
有机相变材料经过胶囊包覆后，在狭小空间下过冷现象特别突出，最有效的解决办法是在芯材中添加氯化钠、硅土、纳米Ag、多壁碳纳米管等成核剂，促使其异相成核，但是经过多次冷热循环后，所用成核剂与相变材料会出现一定程度的相分离，对相变微胶囊的储能量和过冷度均有不良影响。
专利CN201910214238.7中，钱静等人将主储能剂、相变温度调节剂、防过冷剂、增稠剂和去离子水制备得到温度可调节的相变蓄冷材料用于冷链运输。专利CN201510988646.X中，储江顺等人将醋酸钠、防相分离剂、防过冷剂混合，制得用于能量存储和温度控制领域的无机相变储能材料。专利CN201510506394.2中，栗世芳等人利用水合盐、成核剂、防过冷及、分相防止剂、导热增强材料和稀土化合物，制备相变储热材料并封装在相变储热装置中，用于太阳能发电领域。上述材料均为无机类相变材料，难以进行胶囊化，需储热装置盛装，应用范围有限。在有机相变材料中，现有的相变胶囊通过添加防过冷剂或者成核剂可改善其胶囊化后过冷问题，但是多次冷热循环后存在相分离，过冷化问题重新出现。因此研究制备出一种解决过冷问题，并且对多次循环后不出现相分离，工艺简单，易工业化生产的新型相变胶囊是目前相变胶囊领域的难点问题，这个方向的突破对相变胶囊产业化，高标准化具有指导意义和重要依据。
发明内容
本发明提供一种新型相变胶囊及其制备方法，该方法制备的新型相变胶囊包覆率高、储热能高、热性能优越，过冷抑制剂的添加有效改善了相变胶囊的过冷现象，防沉降剂的添加则有效避免了多次冷热循环后芯材中相变材料与过冷抑制剂相分离的现象，工艺简单，操作方便，适用范围广，便于工业实施。为了能够达到以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种新型相变胶囊，其特征在于所述的新型相变胶囊的芯材按照质量份计，由65～95份有机相变材料、1～30份过冷抑制剂和1～20份防沉降剂组成。
所述的有机相变材料为烷烃类、氯代烷烃类和脂肪酸酯中的一种或几种。
所述的过冷抑制剂为含有12～30个碳原子的饱和脂肪醇类化合物中的一种或几种。
所述的防沉降剂是由多种物质组成混合物M，主体成分是丙烯酸酯类，其通式为
Figure BDA0002317245510000021
式中R为环己基、苯及其衍生物基团或含有1～10个碳原子的饱和烷烃基团中的至少一种。
所述的新型相变胶囊由芯材和壁材两部分组成，所述的芯材与所述的壁材的质量比例为1∶10～10∶1。
本发明还提供了一种所述的新型相变胶囊的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)油相的制备：将有机相变材料、过冷抑制剂混合加热至完全融化，加入防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有0.1～15wt％乳化剂的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入壁材预聚体，在温度为30～150℃的条件下反应1～5小时，即可得到新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到新型相变胶囊。
所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳醇脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、苯乙烯马来酸酐共聚物、苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐、十二烷基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基溴化吡啶、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种。
所述步骤3中的壁材预聚体为密胺预聚体或脲醛预聚体中至少一种。
所述步骤3中得到的新型相变胶囊乳液的固含量1～70％。
所述步骤3中得到的新型相变胶囊粒径为0.1～50μm。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明使用过冷抑制剂为饱和脂肪醇类化合物，在芯材中加入这类物质能够起到助乳化的作用，解决过冷问题的同时还能够有效调控胶囊的粒径。
2、在芯材中加入防沉降剂，其能够在胶囊内部形成网状结构，保证相变材料与过冷抑制剂能够均匀稳定分散在相变胶囊内部，避免多次冷热循环出现相分离现象。
本发明制得的新型相变胶囊，包覆率高、储热能高、热性能优异，明显改善了相变胶囊的过冷结晶以及多次循环相分离的问题。并且该新型相变胶囊制备工艺简单，操作方便，适用范围广，易工业生产。
附图说明
图1为实例1制得的新型相变胶囊的粒径分布图；
图2为实例1制得的新型相变胶囊的DSC测试结果图；
图3为实例1制得的新型相变胶囊的扫描电子显微镜图；
图4为实例1制得的(a)新型相变胶囊与(b)纯十八烷为芯材的相变胶囊的DSC结果对比图。
具体实施方式
下面结合本发明的实例及附图对本发明进行详细阐释，产生的各种组合和实施方案的代表并不希望限制权利要求的范围，希望下面提供的案例不限于主题的完整性，提供的实施方案仅限于对本发明的公开说明。基于本发明的实施案例，本领域的普通技术人员在没有经过创造性的劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)油相的制备：将65g正十八烷和30g正十四醇混合加热至完全融化，加入5g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有100g含有15wt％苯乙烯马来酸酐共聚物的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入10g脲醛预聚体，在温度为60℃的条件下反应5小时，即可得到固含量为52％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到新型相变胶囊。
如图1所示，本实施例制得的新型相变胶囊平均粒径为8μm。由图2可知，本实施例制得的新型相变胶囊的吸热峰值温度为32.8℃，熔融焓为125.6J/g；放热峰值温度为16.1℃，结晶焓为125.1J/g。如图3所示，本实施例制得的新型相变胶囊表面光滑，呈现规整的圆球状。由图4可知，与纯十八烷为芯材的相变胶囊相比，添加了过冷剂抑制剂的新型相变胶囊的过冷现象有了明显改善。
实施例2
(1)油相的制备：将70g正十六烷和15g正十六醇混合加热至完全融化，加入15g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有1000g含有5wt％十六烷基三甲基溴化铵的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入10g密胺预聚体，在温度为70℃的条件下反应3小时，即可得到固含量为10％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为0.1μm的新型相变胶囊。
实施例3
(1)油相的制备：将75g硬脂酸甲酯和1g正十二醇混合加热至完全融化，加入1g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有363g含有0.1wt％聚丙烯酸钠的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入770g脲醛预聚体，在温度为30℃的条件下反应5小时，即可得到固含量为70％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为50μm的新型相变胶囊。
实施例4
(1)油相的制备：将80g肉豆蔻酸甲酯和1g正十八醇混合加热至完全融化，加入10g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有485g含有5wt％十二烷基苯磺酸钠的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入637g脲醛预聚体，在温度为90℃的条件下反应1小时，即可得到固含量为60％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为27μm的新型相变胶囊。
实施例5
(1)油相的制备：将85g硬脂酸乙酯和10g二十二醇混合加热至完全融化，加入20g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有690g含有3wt％十二烷基硫酸钠的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入575g密胺预聚体，在温度为100℃的条件下反应3小时，即可得到固含量为50％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为42μm的新型相变胶囊。
实施例6
(1)油相的制备：将90g肉豆蔻酸乙酯和20g二十四醇混合加热至完全融化，加入10g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有720g含有10wt％苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入360g密胺预聚体，在温度为110℃的条件下反应1小时，即可得到固含量为40％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为23μm的新型相变胶囊。
实施例7
(1)油相的制备：将95g棕榈酸甲酯和5g二十六醇混合加热至完全融化，加入5g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有490g含有8wt％十二烷基硫酸钠的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入105g脲醛预聚体，在温度为120℃的条件下反应2小时，即可得到固含量为30％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为15μm的新型相变胶囊。
实施例8
(1)油相的制备：将90g棕榈酸乙酯和10g二十八醇混合加热至完全融化，加入11g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有592g含有12wt％十六烷基氯化铵的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入37g密胺预聚体，在温度为130℃的条件下反应3小时，即可得到固含量为20％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为5μm的新型相变胶囊。
实施例9
(1)油相的制备：将70g山嵛酸甲酯和15g三十醇混合加热至完全融化，加入10g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有1026g含有5wt％十六烷基溴化吡啶的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入19g密胺预聚体，在温度为140℃的条件下反应4小时，即可得到固含量为10％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为3μm的新型相变胶囊。
实施例10
(1)油相的制备：将65g山嵛酸乙酯和6g三十醇混合加热至完全融化，加入6g防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有8712g含有15wt％苯乙烯马来酸酐共聚物的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入11g脲醛预聚体，在温度为150℃的条件下反应2小时，即可得到固含量为1％的新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到平均粒径为1μm的新型相变胶囊。

Claims (8)

1.一种新型相变胶囊，其特征在于所述的新型相变胶囊的芯材按照质量份计，由65～95份有机相变材料、1～30份过冷抑制剂和1～20份防沉降剂组成。
2.根据权利要求1所述的新型相变胶囊，其特征在于所述的有机相变材料为烷烃类、氯代烷烃类和脂肪酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的新型相变胶囊，其特征在于所述的过冷抑制剂为具有不同熔点的饱和脂肪醇类化合物中的一种或几种，其通式为CnH2n+2O(n＝12～30)。
4.根据权利要求1所述的新型相变胶囊，其特征在于所述的防沉降剂是由多种物质组成混合物M，主体成分是丙烯酸酯类，其通式为
Figure FDA0002317245500000011
式中R为环己基、苯及其衍生物基团或含有1～10个碳原子的饱和烷烃基团中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的新型相变胶囊，其特征在于所述的新型相变胶囊由芯材和壁材两部分组成，所述的芯材与所述的壁材的质量比例为1∶10～10∶1。
6.本发明还提供了一种新型相变胶囊的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)油相的制备：将有机相变材料，过冷抑制剂混合加热至完全融化，加入防沉降剂，搅拌均匀呈透明状，作为油相；
(2)乳液制备：将步骤1制备的油相，倒入含有0.1～15wt％乳化剂的水相中，使用机械乳化机进行剪切乳化，获得均匀的O/W乳液；
(3)新型相变胶囊的制备：将步骤2中得到的乳液缓慢倒入高压反应釜中，使用搅拌桨进行搅拌，加入壁材预聚体，在温度为30～150℃的条件下反应1～5小时，即可得到新型相变胶囊乳液，经过滤、洗涤和干燥后得到新型相变胶囊。
7.根据权利要求6所述的新型相变胶囊的制备方法，其特征在于所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳醇脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、苯乙烯马来酸酐共聚物、苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐、十二烷基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基溴化吡啶、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的新型相变胶囊的制备方法，其特征在于所述步骤3中的壁材预聚体为密胺预聚体、脲醛预聚体中至少一种。
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