CN114890764B - 一种基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于金属‑有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料的制备方法涉及相变储热调温建筑材料领域。本发明制得的相变微胶囊具有有机‑金属双层结构的胶囊壁，在内层有机壳微胶囊制备阶段加入的多巴胺通过化学键与有机胶囊壁相连，无需采用其他金属活化可以完成外层金属壳层制备。金属具有较高的强度和延展性，可以有效降低相变微胶囊在石膏浆体拌合过程中以及石膏基复合材料后续使用过程中破损的概率，防止相变微胶囊内部包覆的相变材料泄露，有利于提高石膏基复合材料的耐久性。同时，金属外壳具有高导热系数，有利于加快相变微胶囊对于外界温度变化的响应速度。

Description

一种基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合 材料的制备方法
技术领域
本发明涉及相变储热调温建筑材料领域，涉及一种基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基复合相变储热调温材料的制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提升，人们对于建筑舒适度(如建筑热、湿环境)的要求也在进一步提高，可以预见建筑的能耗和碳排放有进一步提高的趋势。由此可见，降低建筑的采暖和制冷能耗对于降低建筑能耗对于实现建筑节能减排有重要意义。
将经微胶囊化的相变储热材料(相变微胶囊)与石膏基建筑材料复合并应用于建筑围护结构，可以起到延缓室内温度、湿度变化，减少采暖、制冷运行时长，降低采暖和制冷能耗的作用。目前应用的相变微胶囊多为单壳层微胶囊，其在与建筑材料浆体拌合的过程中容易破裂，导致内部的相变储热材料泄漏，不利于复合相变材料的长期使用。
发明内容
本发明针对上述问题，将一种以混酯为芯材，具有金属-有机双壳层结构的相变微胶囊与石膏拌合生产出一种基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基相变储热调温复合材料。
一种基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基相变储热调温复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯和内成壳剂混合制得油相，棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的质量比为19:1～1:1，内成壳剂在油相中的质量分数为5％～25％；
所述内成壳剂为异佛尔酮二异氰酸酯、Suprasec 2644或甲苯二异氰酸酯中的一种；
2)将水、尿素、聚(乙烯-alt-马来酸酐)、盐酸多巴胺按质量比(50～600)：(1～3)：(0.05～1)：(0.1～1)混合制得水相；
3)将步骤1)中制得的油相在搅拌过程中加入步骤2)制得的水相中，使水相中的尿素与油相中内成壳剂的质量比为1:1～3:1，于30℃条件下以200～1400rpm的速度持续搅拌2～5h，然后将产物过滤分离，用水冲洗产物3次后风干，得到有机壳相变微胶囊；
4)将步骤3)中制得的有机壳相变微胶囊与水、氯化铜、还原剂、助剂按质量比(1～15)：(75～95)：(1～5)：(1～5)：(3～15)混合，于30～40℃反应1～3h，然后将产物过滤分离，分别用水和乙醇冲洗3次后风干，得到金属-有机双壳相变微胶囊；
所述还原剂包括次磷酸钠和二甲基氨硼烷中的一种或两种；
所述助剂包括乙二胺四乙酸二钠、硼酸、酒石酸钾钠、柠檬酸钠中的一种或几种；
5)将步骤4)中制得的金属-有机双壳相变微胶囊，与熟石膏、水按如下比例拌合：
熟石膏 35％～60％
水 25％～50％
金属-有机双壳相变微胶囊 5％～25％
上述各组分用量之和为100％；
6)将步骤5)中制得的浆体成型，硬化后拆模，制得基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明制得的相变微胶囊具有有机-金属双层结构的胶囊壁，在内层有机壳微胶囊制备阶段加入的多巴胺通过化学键与有机胶囊壁相连，无需采用其他金属活化可以完成外层金属壳层制备。金属具有较高的强度和延展性，可以有效降低相变微胶囊在石膏浆体拌合过程中以及石膏基复合材料后续使用过程中破损的概率，防止相变微胶囊内部包覆的相变材料泄露，有利于提高石膏基复合材料的耐久性。同时，金属外壳具有高导热系数，有利于加快相变微胶囊对于外界温度变化的响应速度。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
(1)将棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯和Suprasec 2644按质量比9：1：1混合得到油相。将水、聚(乙烯-alt-马来酸酐)、尿素和盐酸多巴胺按质量比800：4：6：1混合得到水相。将油相加入到水相中，使水相中尿素与油相中Suprasec 2644的质量比为2：1，于30℃条件下以600rpm搅拌2h后将产物过滤分离，用水冲洗产物3次后风干，得到有机壳相变微胶囊。
(2)将机壳相变微胶囊、水、氯化铜、二甲基氨硼烷、乙二酸四乙酸二钠和硼酸按质量比4：200：4：3：8：3混合，于30℃反应2h，然后将产物过滤分离，分别用水和乙醇冲洗3次后风干，得到金属-有机双壳相变微胶囊。
(3)将质量分数为47.6％的熟石膏、质量分数为42.9％和质量分数为9.5％的金属-有机壳相变微胶囊拌合并成型，待硬化后拆模即可制成基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料。经测试，在相同的升温条件下，金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料片与未掺加微胶囊的石膏片的表面最大温差为3.0℃。
实施例2
(1)将棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯和异佛尔酮二异氰酸酯按质量比16：4：5混合得到油相。将水、聚(乙烯-alt-马来酸酐)、尿素和盐酸多巴胺按质量比3000：15：60：2混合得到水相。将油相加入到水相中，使水相中尿素与油相中异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为3：1，于30℃条件下以300rpm搅拌4h后将产物过滤分离，用水冲洗产物3次后风干，得到有机壳相变微胶囊。
(2)将有机壳相变微胶囊、水、氯化铜、二甲基氨硼烷、次磷酸钠、乙二酸四乙酸二钠、柠檬酸钠和硼酸按质量比2：152：10：1：7：18：6：6混合，于40℃反应3h，然后将产物过滤分离，分别用水和乙醇冲洗3次后风干，得到金属-有机双壳相变微胶囊。
(3)将质量分数为40.0％的熟石膏、质量分数为35.0％的水和质量分数为25.0％的金属-有机双壳相变微胶囊拌合并成型，待硬化后拆模即可制成基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料。经测试，在相同的升温条件下，基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料片与未掺加微胶囊的石膏片的表面最大温差为4.6℃。
实施例3
(1)将棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯和甲苯二异氰酸酯按质量比19：19：2混合得到油相。将水、聚(乙烯-alt-马来酸酐)、尿素和盐酸多巴胺按质量比200：1：1：1混合得到水相。将油相加入到水相中，使水相中尿素与油相中甲苯二异氰酸酯的质量比为1：1，于30℃条件下以900rpm搅拌3h后将产物过滤分离，用水冲洗产物3次后风干，得到有机壳相变微胶囊。
(2)将有机壳相变微胶囊、水、氯化铜、二甲基氨硼烷、次磷酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硼酸、柠檬酸钠和酒石酸钾钠按质量比3.5：930：10：3：7：30：10：5：5混合，于35℃反应1h，然后将产物过滤分离，分别用水和乙醇冲洗3次后风干，得到金属-有机双壳相变微胶囊。
(3)将质量分数为50.0％的熟石膏、质量分数为45.0％的水和质量分数为5.0％的金属-有双机壳相变微胶囊拌合并成型，待硬化后拆模即可制成基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料。经测试，在相同的升温条件下，基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料片与未掺加微胶囊的石膏片的表面最大温差为1.2℃。

Claims (4)

1.一种基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯和内成壳剂混合制得油相，棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的质量比为19:1～1:1，内成壳剂在油相中的质量分数为5％～25％；
2)将水、尿素、聚(乙烯-alt-马来酸酐)、盐酸多巴胺按质量比(50～600)：(1～3)：(0.05～1)：(0.1～1)混合制得水相；
3)将步骤1)中制得的油相在搅拌过程中加入步骤2)制得的水相中，使水相中的尿素与油相中内成壳剂的质量比为1:1～3:1，于30℃条件下以200～1400rpm的速度持续搅拌2～5h，然后将产物过滤分离，用水冲洗产物3次后风干，得到有机壳相变微胶囊；
4)将步骤3)中制得的有机壳相变微胶囊与水、氯化铜、还原剂、助剂按质量比(1～15)：(75～95)：(1～5)：(1～5)：(3～15)混合，于30～40℃反应1～3h，然后将产物过滤分离，分别用水和乙醇冲洗3次后风干，得到金属-有机双壳相变微胶囊；
5)将步骤4)中制得的金属-有机双壳相变微胶囊，与熟石膏、水按如下比例拌合：
熟石膏 35％～60％
水 25％～50％
金属-有机双壳相变微胶囊 5％～25％
上述各组分用量之和为100％；
6)将步骤5)中制得的浆体成型，硬化后拆模，制得基于金属-有机双壳相变微胶囊的石膏基储热调温复合材料。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中，内成壳剂为异佛尔酮二异氰酸酯、Suprasec 2644或甲苯二异氰酸酯中的一种。
3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤4)中，还原剂为次磷酸钠和二甲基氨硼烷中的一种或两种。
4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于：所述的步骤4)中，助剂为乙二胺四乙酸二钠、硼酸、酒石酸钾钠、柠檬酸钠中的一种或几种。
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