DE10330840B4

DE10330840B4 - Zusammensetzung zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln und ein Verfahren zur Herstellung der Mikrokapseln

Info

Publication number: DE10330840B4
Application number: DE10330840A
Authority: DE
Inventors: Yen-Hsi Lin
Original assignee: Taiwan Textile Research Institute
Current assignee: Taiwan Textile Research Institute
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: US20040026659A1; DE10330840A1; JP2004131696A

Abstract

Zusammensetzung zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, welche Folgendes umfasst:
eine 5 bis 40 Gew.-% wasserdispergierbares Polyurethan enthaltende wässrige Lösung, wobei ein zur Herstellung des wasserdispergierbaren Polyurethans verwendeter Kettenverlängerer ein Diamin mit einer funktionelle Sulfonatgruppe enthält;
ein Phasenwechselmaterial mit einer polaren funktionellen Gruppe und einem lipophilen Rest;
ein in dem Phasenwechselmaterial gelöstes lipophiles Monomer in einer Konzentration von 3 bis 12 Gew.-%, wobei das Gewichtsverhältnis des lipophilen Monomeren zu dem wasserdispergierbaren Polyurethan 0,25 bis 0,5 ist und das lipophile Monomer Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat enthält, das mit dem wasserdispergierbaren Polyurethan zur Bildung von Schalen der Mikrokapseln reagieren kann; und
festes Wachs.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln und ein Verfahren zur Herstellung der Mikrokapseln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, welche für textile Stoffe verwendet werden.
Beschreibung des verwandten Gebiets
Materialien zur Wärmespeicherung (Wärmeabgabe), d. h., Phasenwechselmaterialien (phase-change materials (PCMS)), unterliegen in einem spezifischen Temperaturbereich physikalischen Phasenübergängen, z. B. von fester Phase zu flüssiger Phase oder von flüssiger Phase zu fester Phase. Tatsächlich können viele Materialien in einem speziellen Temperaturbereich als PCMS angesehen werden. Im Temperaturbereich von ungefähr 0°C kann zum Beispiel Wasser-Eis als PCMS verwendet werden.
Für die Wahl von PCMS müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden, welche den Temperaturbereich, bei dem PCMS anwendbar sind, und den Betrag (Ausmaß) an latenter Wärme, der während der Phasenänderung von PCMS absorbiert oder freigesetzt wird, einschließen. Grundsätzlich werden PCMS gewählt, die basierend auf den Umgebungstemperaturanforderungen den geeigneten Temperaturbereich besitzen. Vorzugsweise werden PCMS mit größeren Latentwärmeänderungen verwendet. Da eine größere Latentwärmeänderung es ermöglicht, daß während des Phasenübergangs mehr Wärme absorbiert/freigesetzt wird, können PCMS über einen längeren Zeitraum im Phasenübergangstemperaturbereich bleiben.
Während des Erwärmungsprozesses erhöht sich die Temperatur von PCMS, bis der Schmelzpunkt erreicht ist. Während des Prozesses des Phasenübergangs bleiben die Temperaturen der PCMS und der Umgebung konstant, bis der Prozeß des Phasenübergangs vollendet ist. Wenn PCMS weiter erwärmt werden, wird die Temperatur der PCMS ansteigen.
Wenn PCMS auf die Phasenübergangskristallisationstemperatur abgekühlt werden, wird Latentwärme freigesetzt werden. Wenn PCMS von einer flüssigen Phase zu einer festen Phase übergehen, bleibt die Temperatur der PCMS konstant, bis der Prozeß des Phasenübergangs vollendet ist. Danach wird die Temperatur der PCMS weiter abnehmen, wenn sie weiter abgekühlt werden.
Im allgemeinen gehen PCMS in realen Anwendungen zwischen einer Flüssigphase und einer festen Phase über. PCMS müssen von einer Deckschicht umhüllt sein, um Verluste zu vermeiden, insbesondere bei PCMS in flüssiger Phase. Daher wurde vor kurzem eine Technologie entwikkelt, um PCMS mit Mikrokapseln zu umhüllen, um keine PCMS in flüssiger Phase zu verlieren.
Ein Verfahren zur Herstellung der Mikrokapseln umfaßt ein chemisches Syntheseverfahren, ein physikalisch-chemisches Syntheseverfahren und ein physikalisch-mechanisches Syntheseverfahren. Das chemische Syntheseverfahren umfaßt ein Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren, In-situ-Polymerisationsverfahren und Form-Loch-Kondensationsbadverfahren (shape-hole condensed bath method). Das Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren besitzt mehrere Vorteile wie eine hohe Reaktionsrate, milde Reaktionsbedingung, geringere Anforderung an die Reinheit des Ausgangsmaterials und hohe Toleranz hinsichtlich des Verhältnisses des Ausgangsmaterials in der Zusammensetzung. Daher beschränkt sich das Interesse auf dem Gebiet vorzugsweise immer auf die Verwendung des Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahrens. Typischerweise ist das Material der Hüllen der Mikrokapseln ein Polymer.
Bei dem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren werden eine Ölphase und eine Wasserphase verwendet. Das in der Wasserphase verwendete Lösungsmittel ist Wasser, und das in der Ölphase verwendete Lösungsmittel umfaßt Dichlormethan, Chloroform, Trichlorethan, Tetrachlordifluorethan, Kohlenstofftetrachlorid, Benzol, Toluol, Xylol, Kohlenstoffdisulfid, Pentan, Cyclohexan, Mineralöl und eine Kombination davon. Das Phasenwechselmaterial und ein lipophiles Monomer zur Ausbildung der Hülle der Mikrokapsel werden in der Ölphase gelöst. Mindestens ein hydrophiles Monomer zur Ausbildung der Hülle der Mikrokapsel wird in der Wasserphase gelöst. Zusätzlich ist in der Wasserphase ein oberflächenaktives Mittel enthalten.
Das oberflächenaktive Mittel ist sehr wichtig bei dem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren. Durch das oberflächenaktive Mittel, welches die Ölphase umgibt, werden Mizellen gebildet und durch das oberflächenaktive Mittel in die Wasserphase gebracht. Es findet an der Grenzfläche der Mizellen eine Polymerisationsreaktion statt. Die Hülle der Mikrokapsel wird durch die Polymerisation des lipophilen Monomers und des hydrophilen Mono mers an der Grenzfläche der Mizelle gebildet. Die Hülle umhüllt das Phasenwechselmaterial, welches in der Mizelle gelöst ist, und es wird die Phasenwechselmaterial-Mikrokapsel gebildet. Das in dem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren verwendete oberflächenaktive Mittel umfaßt Polyethylenalkohol, Glutin, Methylcellulose oder andere oberflächenaktive Mittel.
Typischerweise ist das in dem bisherigen Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren verwendete Phasenwechselmaterial eine nichtpolare Verbindung oder eine Verbindung mit geringer Polarität wie ein Alkylalkan oder Arylalkan. Mit dem Phasenwechselmaterial und dem lipophilen Monomer ist es schwierig, eine homogene Phase zu erhalten, da das lipophile Monomer wie Phenylethen, Isocyanatsalz eine polare oder hochpolare Verbindung ist. Daher muß mindestens ein organisches Lösungsmittel der Ölphase zugegeben werden, um eine homogene Ölphase zu bilden.
Der Nachteil der Verwendung eines organischen Lösungsmittels ist es, daß das organische Lösungsmittel im Inneren der Mikrokapsel verbleiben könnte. Das verbleibende organische Lösungsmittel im Inneren der Mikrokapsel beeinflußt die thermische Eigenschaft der Mikrokapsel, und es wird der beabsichtigte Phasenübergangstemperaturbereich verändert. Im bisherigen Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren zur Herstellung der Mikrokapsel wird ein Erwärmungsprozeß verwendet, um das organische Lösungsmittel zu entfernen, jedoch verbleibt dennoch ein Rückstand im Inneren der Mikrokapsel. Darüber hinaus werden die durch das bisherige Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren hergestellten Mikrokapseln aufgrund der lipophilen Hülle in einem organischen Lösungsmittel dispergiert. Die Lösung zur Beschichtung von textilen Stoffen mit darin suspendierten Mikrokapseln ist eine wäßrige Lösung, wobei daher das organische Lösungsmittel entfernt werden muß. In dem Lösungsmittelentfernungsprozeß könnte eine hohe Temperatur die Polymerhülle der Mikrokapsel beschädigen. Dieser Nachteil bewirkt, daß die Mikrokapsel in späteren Prozessen aufbricht und das Phasenwechselmaterial austritt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Anhand der Analysen der Nachteile des bisherigen Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahrens wird deutlich, daß der Schlüssel zur Lösung dieser Probleme beim organischen. Lösungsmittel liegt. Wenn ein neues Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren ohne eine Verwendung eines organischen Lösungsmittels bereitgestellt wird, werden alle oben beschriebenen Probleme gelöst. Wenn einfach nur das organische Lösungsmittel aus dem bisherigen Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren entfernt wird, kann das Verfahren nicht mehr funktionieren, da das lipophile Monomer nicht in dem Phasenwechselmaterial gelöst werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen für eine Verwendung in einem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, in welchem das organische Lösungsmittel nicht notwendig ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen für eine Verwendung in einem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, in welchem Mikrokapseln mit einer hydrophilen Hülle hergestellt werden und die Mikrokapseln in einer Wasserphase dispergiert werden.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen für eine Verwendung in einem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, in welchem ein polares Phasenwechselmaterial als Ölphase zum Auflösen des lipophilen Monomers verwendet wird, wobei daher das organische Lösungsmittel aus dieser Zusammensetzung ausgeschlossen werden könnte.
Es ist die vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen für eine Verwendung in einem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, in welchem das oberflächenaktive Mittel in der Zusammensetzung nicht notwendig ist.
Entsprechend den vorherigen und anderen Aufgaben der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Zusammensetzung für eine Verwendung in einem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, welche Folgendes umfasst:
Zusammensetzung zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, welche Folgendes umfasst:
eine 5 bis 40 Gew.-% wasserdispergierbares Polyurethan enthaltende wässrige Lösung, wobei ein zur Herstellung des wasserdispergierbaren Polyurethans verwendeter Kettenverlängerer ein Diamin mit einer funktionelle Sulfonatgruppe enthält;
ein Phasenwechselmaterial mit einer polaren funktionellen Gruppe und einem lipophilen Rest;
ein in dem Phasenwechselmaterial gelöstes lipophiles Monomer in einer Konzentration von 3 bis 12 Gew.-% wobei das Gewichtsverhältnis des lipophilen Monomeren zu dem wasserdispergierbaren Polyurethan 0,25 bis 0,5 ist und das lipophile Monomer Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat enthält, das mit dem wasserdispergierbaren Polyurethan zur Bildung von Schalen der Mikrokapseln reagieren kann; und
festes Wachs.
Das Lösungsmittel in der Wasserphase ist Wasser, welches zumindest wasserdispergierbares Polyurethan umfaßt, wobei das wasserdispergierbare Polyurethan aus einem Diolmonomer, das 2,2-bis(Hydroxymethyl)propionsäure enthält, und einem Kettenverlängerer, der ein Diamin enthält, welches eine funktionelle Sulfonatgruppe enthält, hergestellt ist. Die prozentuale gewichtsbezogene Konzentration an wasserdispergierbarem Polyurethan in der Wasserphase beträgt 5 Gew.-% bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 35 Gew.-%.
Die Ölphase umfaßt mindestens ein Phasenwechselmaterial, ein lipophiles Monomer und ein festes Wachs. Das Phasenwechselmaterial ist eine organische Verbindung mit einer Polarität wie Carbonsäureester. Der Carbonsäureester mit höherer Polarität als eine Kohlenwasserstoffverbindung wird zur Lösung des lipophilen Monomers verwendet. Ein Carboxylat des Carbonsäureesters wird ausgewählt aus einer Gruppe von Formiat, Acetat und Propionat, und die Kohlenstoffanzahl eines Alkoxyls des Carbonsäureesters liegt zwischen 10 und 18. Die Phasenübergangstemperatur des Carbonsäureesters liegt zwischen ungefähr –20 Grad Celsius und 40 Grad Celsius. Verständlicherweise ist eine längere Alkoxylkette geeignet für eine Verwendung bei höherer Temperatur, so ist der Carbonsäureester mit einer Alkoxylgruppe mit 20 Kohlenstoffen bis 28 Kohlenstoffen geeignet für eine Verwendung zwischen ungefähr 45 Grad Celsius und 80 Grad Celsius.
Das lipophile Monomer und das wasserdispergierbare Polyurethan polymerisieren unter Ausbildung der Hülle der Mikrokapseln in dem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren. Das lipophile Monomer enthält Isocyanitrat von 1,6 Hexamethylendiisocyanat. Die Konzentration des lipophilen Monomers in dem Phasenwechselmaterial ist 3 bis 12 Gew.-%, und der bevorzugte prozentuale Gewichtsanteil ist 5 bis 10 Gew.-%. Das Gewichtsverhältnis von lipophilem Monomer und wasserdispergierbarem Polyurethan ist 0,25 bis 0,5 Gew.-% und das bevorzugte Gewichtsverhältnis ist 0,3 bis 0,45 Gew.-%. Das Phasenwechselmaterial und das feste Wachs werden durch eine hydrophile Hülle überdeckt, und es werden die Mikrokapseln hergestellt. Der Schmelzpunkt des festen Wachses ist sehr hoch, die Phase des Zusatzes an festem Wachs verändert sich nicht innerhalb des Betriebstemperaturbereichs der Mikrokapseln, so daß daher das feste Wachs als ein Keim verwendet wird, wenn das Phasenwechselmaterial von einer Flüssigkeit zu einem Feststoff übergeht.
Die Wasserphase und die Ölphase werden in einen Reaktor gegeben. Ein Homogenisator wie ein mechanischer Rührer wird verwendet, um einen Emulgierprozeß durchzuführen. Die Rührgeschwindigkeit des mechanischen Rührers liegt zwischen ungefähr 4000 UPM und 9000 UPM, und der Rührprozeß dauert 2 Minuten bis 5 Minuten. Nachdem der Emulgierprozeß beendet ist, wird ein Erwärmungsprozeß durchgeführt. Der Erwärmungsprozeß ist ein Temperaturerhöhungsprozeß mit mindestens zwei Stufen, wobei bei jeder Stufe die Temperatur während ungefähr 1 Stunde bis 5 Stunden gehalten wird, und der in dem Prozeß verwendete Temperaturbereich liegt zwischen ungefähr 20 Grad Celsius und 90 Grad Celsius. In dem Erwärmungsprozeß wird zum Beispiel zuerst eine erste Temperatur zwischen ungefähr 20 Grad Celsius und 40 Grad Celsius bereitgestellt, welche während ungefähr 2 Stunden bis 5 Stunden beibehalten wird. Dann wird die Temperatur auf eine zweite Temperatur erhöht, welche zwischen ungefähr 40 Grad Celsius und 60 Grad Celsius liegt. Die zweite Temperatur wird während ungefähr 1 Stunde bis 3 Stunden beibehalten. Dann wird die Temperatur auf eine dritte Temperatur erhöht, welche zwischen ungefähr 60 Grad Celsius und 90 Grad Celsius liegt. Die dritte Temperatur wird während ungefähr 30 Minuten bis 2 Stunden beibehalten. Die Gesamtzeit des Erwärmungsprozesses liegt zwischen ungefähr 3,5 Stunden und 10 Stunden, und es werden Mikrokapseln gebildet.
Das in dem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren in der vorliegenden Erfindung verwendete wassergetragene Polyurethan ist nicht nur ein Monomer für einen Polymerisationsprozeß, sondern wird auch als ein oberflächenaktives Mittel verwendet. Durch das wassergetragene Polyurethan, welches die Ölphase umgibt, werden Mizellen gebildet und durch das wassergetragene Polyurethan in die Wasserphase gebracht. Es findet eine Polymerisationsreaktion an der Grenzfläche der Mizellen statt. Die Hülle der Mikrokapsel wird gebildet durch die Polymerisation des wasserdispergierbaren Polyurethans und des hydrophilen Monomers an der Grenzfläche der Mizelle. Die Hülle umhüllt das in der Mizelle gelöste Phasenwechselmaterial, und es wird die Phasenwechselmaterial-Mikrokapsel gebildet. Daher ist das oberflächenaktive Mittel in dem Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren, das in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, nicht notwendig.
Obwohl das organische Lösungsmittel in dem in der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Grenzflächenkondensationspolymerisationsverfahren ausgeschlossen werden kann, kann dennoch ein organisches Lösungsmittel in dem Verfahren verwendet werden, da die Mikrokapseln mit hydrophiler Hülle in der Wasserphase dispergieren. Das restliche organische Lösungsmittel kann durch Destillation unter reduziertem Druck von der Wasserphase abgetrennt werden. In der Zusammensetzung mit organischem Lösungsmittel der vorliegenden Erfindung ist das oberflächenaktive Mittel dennoch nicht notwendig.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die folgende Beschreibung und die anhängenden Ansprüche besser verständlich werden.
Es ist zu verstehen, daß sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung lediglich beispielhaft sind und beabsichtigen, eine weitergehendere Erläuterung der Erfindung, wie sie beansprucht ist, zur Verfügung zu stellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Zusammensetzung zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln und ein Verfahren zur Herstellung der Mikrokapseln der vorliegenden Erfindung können umfassender verstanden werden durch Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Beispiele, die wie folgt durchgeführt werden:
Beispiel 1
Eine Zusammensetzung mit 69 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 11 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 207 Gramm an Hexadecanylformiat und 11 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Hexadecanylformiat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 3 Minuten bei 7000 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 40 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung nun mit einer Rate von 10 Grad pro Stunde erhöht, bis die Temperatur 90 Grad Celsius beträgt. Die Temperatur von 90 Grad Celsius wird während 1 Stunde beibehalten. Schließlich werden 7,7 Gramm an Natriumdodecylsulfat zur Zusammensetzung gegeben. Das Natriumdodecylsulfat ist ein Stabilisator, und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 30% an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 1 Mikrometer und 2 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr 28 Grad Celsius liegt.
Beispiel 2
Eine Zusammensetzung mit 91 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 15 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 195 Gramm an Octadecanylacetat und 10 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Octadecanylacetat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 3 Minuten bei 6500 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 60 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 3 Stunden beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 80 Grad Celsius erhöht. Die Temperatur von 80 Grad Celsius wird während 3 Stunden beibehalten. Schließlich werden 4 Gramm an Natriumdodecylsulfat zur Zusammensetzung gegeben. Das Natriumdodecylsulfat ist ein Stabilisator, und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 40% an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 1,5 Mikrometer und 2,5 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr 30 Grad Celsius liegt.
Beispiel 3
Eine Zusammensetzung mit 115 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 18 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 182 Gramm an Hexadecanylacetat und 10 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Hexadecanylacetat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 4 Minuten bei 5000 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 40 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 3 Stunden beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 60 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 2 Stunden beibe halten. Die Temperatur wird dann auf 80 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Schließlich werden 6,4 Gramm an Natriumdodecylsulfat zur Zusammensetzung gegeben. Das Natriumdodecylsulfat ist ein Stabilisator, und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 45% an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 2 Mikrometer und 3,5 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr 24 Grad Celsius liegt.
Beispiel 4
Eine Zusammensetzung mit 83 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 13 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 100 Gramm an Oetadecanylacetat, 100 Gramm an Hexadecanylacetat und 10 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Octadecanylacetat, Hexadecanylacetat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 3 Minuten bei 6000 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 45 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 3 Stunden beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 65 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 2 Stunden beibehalten. Die Temperatur wird dann auf 85 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Schließlich werden 6 Gramm an Natriumdodecylsulfat zur Zusammensetzung gegeben. Das Natriumdodecylsulfat ist ein Stabilisator, und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 35% an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 1,5 Mikrometer und 2,5 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr 28 Grad Celsius liegt.
Beispiel 5
Eine Zusammensetzung mit 124 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 20 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 89 Gramm an Octadecanylacetat, 89 Gramm an Octadecanylpropionat und 9 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Octadecanylacetat, Octadecanylpropionat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 2,5 Minuten bei 7500 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 45 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 3 Stunden beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 60 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Danach wird die Temperatur auf 75 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Die Temperatur wird dann auf 90 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Schließlich werden 6,4 Gramm an Natriumdodecylsulfat zur Zusammensetzung gegeben. Das Natriumdodecylsulfat ist ein Stabilisator, und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 45% an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 0,5 Mikrometer und 1,5 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr 29 Grad Celsius liegt.
Beispiel 6
Eine Zusammensetzung mit 110 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 16 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 185 Gramm an Octadecanylpropionat und 10 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Octadecanylpropionat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 2 Minuten bei 8000 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 40 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung nun mit einer Rate von 10 Grad pro Stunde erhöht, bis die Temperatur 90 Grad Celsius beträgt. Die Temperatur von 90 Grad Celsius wird während 1 Stunde beibehalten. Schließlich werden 3 Gramm an Sorbitanmonooleat zur Zusammensetzung gegeben. Das Sorbitanmonooleat ist ein Stabilisator, und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 45% an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 0,5 Mikrometer und 1,5 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr 27 Grad Celsius liegt.
Beispiel 7
Eine Zusammensetzung mit 85 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 13 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 200 Gramm an Decanylacetat und 11 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Decanylacetat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 3 Minuten bei 6000 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 45 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 3 Stunden beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 65 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 2 Stunden beibehalten. Die Temperatur wird dann auf 85 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Schließlich werden 6 Gramm an Natriumdodecylsulfat zur Zusammensetzung gegeben. Das Natriumdodecylsulfat ist ein Stabilisator, und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 38% an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 1,5 Mikrometer und 2,5 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr –13 Grad Celsius liegt.
Die oben offenbarten Beispiele zeigen auf, daß durch Verwendung der Zusammensetzung zum Herstellen von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln und des Verfahrens zur Herstellung der Mikrokapseln, die in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, hydrophile Mikrokapseln hergestellt werden können, in denen das Phasenwechselmaterial, das Carbonsäureester mit Formiat, Acetat und Propionat umfaßt, mit einer Hülle umhüllt ist, die hergestellt ist aus wasserdispergierbarem Polyurethan, und die Zahl der Kohlenstoffatome eines Alkoxyls des Carbonsäureesters zwischen 10 und 18 ist. Das organische Lösungsmittel ist nicht notwendig, da das polare Phasenwechselmaterial das lipophile Monomer lösen kann und das hydrophile Monomer oder Vorpolymer die Funktion des oberflächenaktiven Mittels besitzt, wobei das oberflächenaktive Mittel aus der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen wird. Die Mikrokapseln, die hergestellt werden durch die Zusammensetzung und das Verfahren, welche in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, besitzen eine hydrophile Hülle, weshalb die Mikrokapsel in der Wasserphase dispergiert ist und der Erwärmungsprozeß zum Entfernen des Lösungsmittels, der die Mikrokapseln beschädigt, vermieden wird.
Bei den beiden nachfolgend offenbarten Beispiele wird das organische Lösungsmittel zu der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung gegeben. Die Beispiele zeigen, daß die Mikrokapseln hergestellt werden können, während die Zusammensetzung organisches Lösungsmittel beinhaltet. Das wasserdispergierbare kann nicht nur als ein hydrophiles Monomer oder Vorpolymer, sondern auch als ein oberflächenaktives Mittel verwendet werden. Die hervorragende Wirksamkeit des wasserdispergierbaren Polyurethans ist offensichtlicher.
Beispiel 8
Eine Zusammensetzung mit 48 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 7 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 120 Gramm an Ethylacetat, 217 Gramm an Octadecanylformiat und 17 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Ethylacetat, Octadecanylformiat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 3 Minuten bei 7000 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 40 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 3 Stunden beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 60 Grad Cel sius erhöht und die Temperatur während 2 Stunden beibehalten. Die Temperatur wird dann auf 80 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 1 Stunde beibehalten. Schließlich. werden 2,6 Gramm an Natriumdodecylsulfat zur Zusammensetzung gegeben. Das Natriumdodecylsulfat ist ein Stabilisator und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 20 an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 1 Mikrometer und 2 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr 37 Grad Celsius liegt.
Beispiel 9
Eine Zusammensetzung mit 143 Gramm an wasserdispergierbarem Polyurethan, 300 Gramm an Wasser, 21 Gramm an Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 120 Gramm an Ethylacetat, 169 Gramm an Octadecanylacetat und 13 Gramm an festem Wachs wird in einen Reaktor gegeben, in dem eine Wasserphase wasserdispergierbares Polyurethan und Wasser umfaßt. Die Ölphase umfaßt Isocyanurat, Ethylacetat, Octadecanylacetat und festes Wachs.
Ein Homogenisator rührt die Zusammensetzung während 3 Minuten bei 6500 UPM. Nach dem Rührprozeß wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 60 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 3 Stunden beibehalten. Danach wird die Temperatur der Zusammensetzung auf 80 Grad Celsius erhöht und die Temperatur während 3 Stunden beibehalten. Schließlich werden 5 Gramm an Natriumdodecylsulfat zur Zusammensetzung gegeben. Das Natriumdodecylsulfat ist ein Stabilisator und es wird eine wäßrige Lösung erhalten, die 25 an Feststoff enthält, in der die Teilchengröße der Mikrokapseln zwischen ungefähr 1,5 Mikrome ter und 2,5 Mikrometer liegt und die Phasenübergangstemperatur bei ungefähr 30 Grad Celsius liegt.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich unter Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind andere Ausführungsformen möglich. Zum Beispiel jegliches Material, das zur Bildung einer hydrophile Hülle der Mikrokapsel verwendet wird, und die Verwendung irgendeiner polaren organischen Verbindung als Phasenwechselmaterial, die das lipophile Monomer löst, um die Verwendung des organischen Lösungsmittels auszuschließen. Deswegen sollte der Geist und Umfang der anhängenden Ansprüche nicht auf die Beschreibung der hierin enthaltenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt werden.
Es wird dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet offensichtlich erscheinen, daß verschiedene Modifikationen und Variationen hinsichtlich der Struktur der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne vom Umfang oder Geist der Erfindung abzuweichen. Im Hinblick auf das zuvor Erläuterte ist es beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, vorausgesetzt, daß sie innerhalb des Umfanges der folgenden Ansprüchen und deren Äquivalente fallen.

Claims

Zusammensetzung zur Herstellung von Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, welche Folgendes umfasst: eine 5 bis 40 Gew.-% wasserdispergierbares Polyurethan enthaltende wässrige Lösung, wobei ein zur Herstellung des wasserdispergierbaren Polyurethans verwendeter Kettenverlängerer ein Diamin mit einer funktionelle Sulfonatgruppe enthält; ein Phasenwechselmaterial mit einer polaren funktionellen Gruppe und einem lipophilen Rest; ein in dem Phasenwechselmaterial gelöstes lipophiles Monomer in einer Konzentration von 3 bis 12 Gew.-%, wobei das Gewichtsverhältnis des lipophilen Monomeren zu dem wasserdispergierbaren Polyurethan 0,25 bis 0,5 ist und das lipophile Monomer Isocyanurat von 1,6-Hexamethylendiisocyanat enthält, das mit dem wasserdispergierbaren Polyurethan zur Bildung von Schalen der Mikrokapseln reagieren kann; und festes Wachs.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das zur Herstellung des wasserdispergierbaren Polyurethans verwendete Diolmonomer 2,2-bis(Hydroxymethyl)propionsäure enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Pasenwechselmaterial ein Carbonsäureester ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei ein Carboxylat des Carbonsäureesters aus der Gruppe: Formiat, Acetat und Propionat ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die Anzahl der Kohlenstoffatome der Alkoxylgruppe des Carbonsäureesters zwischen 10 und 18 liegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die wässrige Lösung 15 bis 35 Gew.-% des wasserdispergierbaren Polyurethans enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis des lipophilen Monomeren zu dem Phasenwechselmaterial 0,05 bis 0,10 ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis des lipophilen Monomeren zum wasserdispergierbaren Polyurethan 0,3 bis 0,45 ist.
Verfahren zur Herstellung von in der wässrigen Phase despergierbaren Phasenwechselmaterial-Mikrokapseln, umfassend: man gibt eine Zusammensetzung nach einen der Ansprüche 1 bis 8 in einen Reaktor; man emulgiert die Zusammensetzung durch Rühren; man führt einen wenigstens zweistufigen Erwärmungsprozess zur Erhöhung der Temperatur der emulgierten Zusammensetzung durch; und man gibt mindestens einen Stabilisator zu.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Rührgeschwindigkeit in der Emulgierstufe zwischen etwa 4000 UPM und 9000 UPM liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Zeit für den Emulgierschritt zwischen etwa 2 Minuten und 5 Minuten liegt.
Verfahren nach einen der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Temperaturbereich des Aufheizprozesses zwischen etwa 20 und 90 Grad Celsius liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufheizprozess auf jeder Stufe eine konzentrierte Temperatur hält und die Dauer auf jeder Stufe 1 bis 5 Stunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator Sorbitanmonooleat oder Natriumdodecylsulfonat ist.