CN111690376A - 囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法 - Google Patents

囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111690376A
CN111690376A CN202010506858.0A CN202010506858A CN111690376A CN 111690376 A CN111690376 A CN 111690376A CN 202010506858 A CN202010506858 A CN 202010506858A CN 111690376 A CN111690376 A CN 111690376A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen bond
capsule wall
change material
phase change
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010506858.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111690376B (zh
Inventor
姜孝武
赵帅
王彤
王子权
赵兵兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaiyin Institute of Technology
Original Assignee
Huaiyin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaiyin Institute of Technology filed Critical Huaiyin Institute of Technology
Priority to CN202010506858.0A priority Critical patent/CN111690376B/zh
Publication of CN111690376A publication Critical patent/CN111690376A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111690376B publication Critical patent/CN111690376B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/06—Making microcapsules or microballoons by phase separation
    • B01J13/14—Polymerisation; cross-linking
    • B01J13/16—Interfacial polymerisation

Abstract

本发明涉及微胶囊相变材料制备技术领域，公开了一种囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，将RAFT试剂功能化的氮化硼分散在水相中，并向水相中加入氢键型乙烯基单体和水溶性RAFT聚合催化剂；将石蜡类相变介质作为有机相，将有机相和水相在透明反应容器中混合后，在高速乳化机上乳化形成稳定的乳液；将透明反应容器密闭并将其转移到光聚合装置中光照聚合，然后解密封并离心得白色粉末状固体，将白色粉末状固体用乙醇多次洗涤并离心，所得固体粉末室温下真空干燥至恒重，得囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料。本发明制备的囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料可赋予囊壁破损后主动自修复的效果，显著提高了使用稳定性并延长使用寿命。

Description

囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法
技术领域
本发明涉及微胶囊相变材料制备技术领域，特别涉及一种囊壁可氢键自修复的微胶囊相变材料的制备方法。
背景技术
微胶囊相变材料具有相变潜热高、相变温度适宜且可简单调变以及不易泄露等特点，在热量利用以及温度调控领域具有广泛的应用前景。微胶囊相变材料储热调温性能除了与其囊芯相变介质有关，囊壁也起到至关重要的作用。现阶段，囊壁材料主要包裹有机高分子材料、无机材料和有机-无机杂化材料。无机材料具有较高的导热性、热稳定性的特征，但其缺乏韧性的特征使其无法满足微胶囊在使用过程中反复相变引起的体积变化的问题，而有机高分子材料具有种类多样且易于加工成型，但其易燃性的缺陷限制其在储热领域的大规模应用。有机-无机杂化材料兼具有机材料的易加工和无机材料的高导热性，使其在相变储热领域受到广泛的关注。
杂化囊壁微胶囊相变材料主要通过pickering乳液体系中的分散相液滴为模板，无机材料自组装在液滴表面形成无机相，再通过单体在无机颗粒表面聚合制备有机-无机杂化囊壁型微胶囊。但微胶囊相变材料在固-液相变过程中体积会反复发生变化，而不可避免的在囊壁上产生微裂纹。因此，开发一种囊壁可主动自修复的微胶囊相变材料，可显著提高相变材料使用的稳定性，并延长其使用寿命。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种囊壁可自修复的微胶囊相变材料的制备方法，以RAFT试剂功能化的氮化硼稳定的pickering乳液为模板，并在氮化硼表面引发RAFT聚合制备氮化硼/氢键型聚合物杂化囊壁的微胶囊相变材料，原料成本低、过程绿色高效。
技术方案：本发明提供了提供一种囊壁可自修复的微胶囊相变材料的制备方法，其包括下列步骤：
S1：将RAFT试剂功能化的氮化硼分散在水相中，并向所述水相中加入氢键型乙烯基单体和水溶性RAFT聚合催化剂；
S2：将石蜡类相变介质作为有机相，将所述有机相和所述水相在透明反应容器中混合后，在高速乳化机上乳化形成稳定的乳液；
S3：将透明反应容器密闭并将其转移到光聚合装置中，光照聚合10-20 h；
S4：聚合结束后，解密封并离心得白色粉末状固体，将白色粉末状固体用乙醇多次洗涤并离心，所得固体粉末室温下真空干燥至恒重，得囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料。
优选的，所述水相中，氢键型乙烯基单体1、氢键型乙烯基单体2、水溶性RAFT聚合催化剂的质量比为200:200:0.5~1。
优选的，所述氢键型乙烯基单体1为丙烯酸、甲基丙烯酸、对苯乙烯基磺酸中的任意一种，优选丙烯酸。
优选的，所述氢键型乙烯基单体2为4-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的任意一种，优选4-乙烯基吡啶。
优选的，所述水相中RAFT试剂功能化的氮化硼质量分数为2%-15%。
优选的，所述有机相与水相之间的质量比为2~5:7~10。
优选的，所述RAFT试剂功能化的氮化硼是通过二硫代苯甲酸4-氰基戊酸（RAFT试剂，CPADB）上的羧基与氮化硼表面的羟基脱水酯化制备的。
优选的，所述水溶性RAFT聚合催化剂为荧光素或署红Y，优选署红Y。
有益效果：
本发明的反应机理如下：以CPADB（RAFT试剂）功能化的氮化硼为稳定剂，通过高速打浆形成稳定的pickering乳液，此时乳液油相中油相为石蜡相变介质，水相为含氢键型单体和催化剂的水溶液；紧接着通过光诱导的表面引发RAFT聚合过程，将单体转化为聚合物并限域键接在氮化硼表面，从而形成以石蜡相变介质为核，氢键型聚合物/氮化硼为自修复杂化壁的微胶囊相变材料。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
1）将氢键型聚合物引入到微胶囊的囊壁中，制备本征自修复型氮化硼基杂化囊壁，在确保高导热性和优异的相变特性的基础上，可显著提升微胶囊相变材料的使用稳定性，并延长其使用寿命。
2）通过制备具有高导热性，氮化硼基氢键型聚合物杂化囊壁的微胶囊相变材料，可赋予囊壁破损后主动自修复的效果。
3）利用光诱导的表面引发RAFT聚合制备微胶囊相变材料，制备过程绿色高效，囊壁聚合物分子量分布均匀，可有效缓解囊壁材料内应力问题，从而降低囊壁开裂的问题。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的氢键型聚合物/氮化硼基杂化囊壁微胶囊相变材料的SEM图；
图2为本发明实施例1制备的不同氮化硼量的微胶囊相变材料的热导率图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
称取石蜡3g作为有机相，称取不同质量的CPADB功能化的氮化硼加入到10g去离子水中超声分散，并向其中加入丙烯酸1 g、4-乙烯基吡啶1 g和署红Y 0.01g，形成水相，并在高速乳化机上乳化形成稳定的乳液。密闭透明反应容器，并将其转移到光聚合装置中，聚合10h；聚合结束后，解密闭并离心得白色粉末状固体，将粉末用乙醇多次洗涤并离心，将所得固体粉末室温下敞口干燥至恒重，得氮化硼基微胶囊相变材料。
如图1为本实施方式制备的氢键型聚合物/氮化硼基杂化囊壁微胶囊相变材料的SEM图。可见制备的微胶囊型相变材料成球率高，基本不存在破损的问题，微球表面呈收缩状态，表明制备的囊壁层具有较好的弹性，在相变引起的体积变化中不易产生不可修复的大裂缝，从而保证其氢键自修复效果，囊壁结构为具有自修复性能的有机-无机杂化材料。
如图2为本实施方式制备的不同氮化硼含量的微胶囊相变材料的热导率图。可见随着氮化硼量的增加，微胶囊相变材料的热导率增加，当氮化硼质量分数达到15%时，热导率可以达到0.55W/(m.K)。
实施方式2：
称取石蜡3g作为有机相，称取不同质量的CPADB功能化的氮化硼加入到8g去离子水中超声分散，并向其中加入甲基丙烯酸1 g、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯1 g和荧光素 0.01g，形成水相，并在高速乳化机上乳化形成稳定的乳液。密闭透明反应容器，并将其转移到光聚合装置中，聚合15 h；聚合结束后，解密闭并离心得白色粉末状固体，将粉末用乙醇多次洗涤并离心，将所得固体粉末室温下敞口干燥至恒重，得氮化硼基微胶囊相变材料。
实施方式3：
称取石蜡4g作为有机相，称取不同质量的CPADB功能化的氮化硼加入到10g去离子水中超声分散，并向其中加入对苯乙烯基磺酸1 g、2-乙烯基吡啶1 g和署红Y 0.01g，形成水相，并在高速乳化机上乳化形成稳定的乳液。密闭透明反应容器，并将其转移到光聚合装置中，聚合12 h；聚合结束后，解密闭并离心得白色粉末状固体，将粉末用乙醇多次洗涤并离心，将所得固体粉末室温下敞口干燥至恒重，得氮化硼基微胶囊相变材料。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，其包括下列步骤：
S1：将RAFT试剂功能化的氮化硼分散在水相中，并向所述水相中加入氢键型乙烯基单体和水溶性RAFT聚合催化剂；
S2：将石蜡类相变介质作为有机相，将所述有机相和所述水相在透明反应容器中混合后，在高速乳化机上乳化形成稳定的乳液；
S3：将透明反应容器密闭并将其转移到光聚合装置中，光照聚合10-20 h；
S4：聚合结束后，解密封并离心得白色粉末状固体，将白色粉末状固体用乙醇多次洗涤并离心，所得固体粉末室温下真空干燥至恒重，得囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料。
2.根据权利要求1所述的囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，其特征在于：所述水相中，氢键型乙烯基单体1、氢键型乙烯基单体2、水溶性RAFT聚合催化剂的质量比为200:200:0.5~1。
3.根据权利要求2所述的囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，其特征在于：所述氢键型乙烯基单体1为丙烯酸、甲基丙烯酸、对苯乙烯基磺酸中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，其特征在于：所述氢键型乙烯基单体2为4-乙烯基吡啶、2-乙烯基吡啶、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的任意一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，其特征在于：所述水相中RAFT试剂功能化的氮化硼的质量分数为2%-5%。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，其特征在于：所述有机相与所述水相之间的质量比为2~5:7~10。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的的囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，其特征在于：所述RAFT试剂功能化的氮化硼是通过二硫代苯甲酸4-氰基戊酸（RAFT试剂）上的羧基与氮化硼表面的羟基脱水酯化制备的。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的的囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法，其特征在于：所述水溶性RAFT聚合催化剂为荧光素、署红Y。
CN202010506858.0A 2020-06-05 2020-06-05 囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法 Active CN111690376B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010506858.0A CN111690376B (zh) 2020-06-05 2020-06-05 囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010506858.0A CN111690376B (zh) 2020-06-05 2020-06-05 囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111690376A true CN111690376A (zh) 2020-09-22
CN111690376B CN111690376B (zh) 2021-04-23

Family

ID=72479554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010506858.0A Active CN111690376B (zh) 2020-06-05 2020-06-05 囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111690376B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101530772A (zh) * 2009-03-13 2009-09-16 清华大学深圳研究生院 有机高分子材料包覆的相变储能微胶囊制备方法
CN101671474A (zh) * 2009-10-10 2010-03-17 中山大学 一种含有单组分液态反应性修复剂的室温自修复型聚合物材料
CN103254372A (zh) * 2013-04-08 2013-08-21 中山大学 一种自修复聚合物材料用多层微胶囊及其制备方法
CN104418966A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 广州市香港科大霍英东研究院 相变微胶囊及其制备方法
CN105056853A (zh) * 2015-08-14 2015-11-18 陕西科技大学 表面改性自修复微胶囊及其制备方法、自修复微胶囊复合材料及其制备方法
US20160151757A1 (en) * 2014-12-01 2016-06-02 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Process for preparing phase change microcapsule having thermally conductive shell
CN106279619A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 华南理工大学 一种基于氢键作用热驱动自修复弹性体的制备方法
CN108641043A (zh) * 2018-04-11 2018-10-12 武汉纺织大学 基于氢键作用的自修复接枝共聚物及制备方法
CN110126385A (zh) * 2019-06-04 2019-08-16 西北工业大学 一种高温高焓值相变材料多壁结构微胶囊及制备方法
CN110820068A (zh) * 2019-10-17 2020-02-21 浙江大学 一种相变纤维的制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101530772A (zh) * 2009-03-13 2009-09-16 清华大学深圳研究生院 有机高分子材料包覆的相变储能微胶囊制备方法
CN101671474A (zh) * 2009-10-10 2010-03-17 中山大学 一种含有单组分液态反应性修复剂的室温自修复型聚合物材料
CN103254372A (zh) * 2013-04-08 2013-08-21 中山大学 一种自修复聚合物材料用多层微胶囊及其制备方法
CN104418966A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 广州市香港科大霍英东研究院 相变微胶囊及其制备方法
US20160151757A1 (en) * 2014-12-01 2016-06-02 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Process for preparing phase change microcapsule having thermally conductive shell
CN105056853A (zh) * 2015-08-14 2015-11-18 陕西科技大学 表面改性自修复微胶囊及其制备方法、自修复微胶囊复合材料及其制备方法
CN106279619A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 华南理工大学 一种基于氢键作用热驱动自修复弹性体的制备方法
CN108641043A (zh) * 2018-04-11 2018-10-12 武汉纺织大学 基于氢键作用的自修复接枝共聚物及制备方法
CN110126385A (zh) * 2019-06-04 2019-08-16 西北工业大学 一种高温高焓值相变材料多壁结构微胶囊及制备方法
CN110820068A (zh) * 2019-10-17 2020-02-21 浙江大学 一种相变纤维的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱明强等: "苯甲酸乙烯酯与受电子单体的可逆加成-断链链转移共聚合", 《化学学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111690376B (zh) 2021-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107069085B (zh) 一类柔性固态聚合物电解质的制备方法及应用
CN101891860B (zh) 一种多孔性高吸油树脂及其制备方法
Chaiyasat et al. Preparation of poly (divinylbenzene) microencapsulated octadecane by microsuspension polymerization: oil droplets generated by phase inversion emulsification
CN1869090B (zh) 一种基于橡胶的高吸油树脂及其制备方法
CN105399889A (zh) 一种相变储能材料的杂化壁材纳米胶囊及其制备方法
JP2011509167A (ja) マイクロカプセルの製造方法
CN104053697A (zh) 用于乳液聚合的新的活性表面活性剂、颜料分散体和uv涂料
CN106832110A (zh) 在低温下具有发泡性能的热膨胀微球组合物及其制备方法
CN111701546A (zh) 一种耐黄变耐高温可膨胀微球及其制备方法和应用
CN102453175A (zh) 一种高吸油率聚氯乙烯树脂的制备方法
CN107384326A (zh) 明胶壳聚糖‑纳米二氧化硅多核相变储能微胶囊制备方法
CN105713155A (zh) 用于纸质文物保护的聚合物材料的制备方法及其应用
CN100336834C (zh) 油溶性引发剂引发活性细乳液聚合法制备微胶囊的方法
EP2283047B1 (en) Filled nanoparticles
CN105482342A (zh) 低温性能优良的氯乙烯树脂及其制备方法
CN111690376B (zh) 囊壁氢键自修复型微胶囊相变材料的制备方法
Yu et al. Poly (methyl methacrylate) copolymer nanocapsules containing phase‐change material (n‐dodecanol) prepared via miniemulsion polymerization
JP2006257139A (ja) コア−シェル型高分子微粒子及びその製造方法
CN1693317A (zh) 水溶性引发剂引发活性细乳液聚合法制备微胶囊的方法
CN101161697B (zh) 一种接枝纳米二氧化钛功能粒子的制备方法
CN111534285A (zh) 一种SiO2改性相变微胶囊的制备方法
CN103936911B (zh) 哑铃状Janus胶体粒子的制备方法
CN1279068C (zh) 交联核壳结构纳米高分子微球及其制备方法
WO2023123580A1 (zh) 一种氧化石墨烯改性苯丙皮克林乳液以及一种复合乳液及其制备方法和应用
CN114316919B (zh) 一种用于相变储能材料封装的聚合物/氧化石墨烯复合微胶囊及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200922

Assignee: Deqian Technology (Jiangsu) Co.,Ltd.

Assignor: HUAIYIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2021980015041

Denomination of invention: Preparation method of microcapsule phase change material with self repairing hydrogen bond on capsule wall

Granted publication date: 20210423

License type: Common License

Record date: 20211222