[发明专利]一种高包覆率相变微胶囊的制备方法

说明书

本发明公开了一种高包覆率相变微胶囊的制备方法，该制备方法通过原位聚合法以密胺树脂作为壳材，正构烷烃作为芯材制备得到相变微胶囊，首先利用反应型乳化剂月桂酰基谷氨酸钠和阴离子型乳化剂苯乙烯‑马来酸酐将芯材乳化成1‑20μm的乳状液滴，然后加入高活性水溶性密胺预聚体进行包覆，随后加入低活性水溶性密胺预聚体进行二次包覆，调节体系PH＝3‑5，梯度升温使壳材交联固化完全，将所得微胶囊乳液进行喷雾干燥得到细腻、流动性好的微胶囊粉末。本发明制备的相变微胶囊表面形貌光滑单分散，焓值198J/g，包覆率95％，耐压强度3MPa，耐热180℃烘烤1h无变色漏油，高的包覆率实现了相变微胶囊高焓值与较高耐压强度的平衡，可被广泛用于智能纺织、消费电子等领域。

技术领域

本发明涉及相变储能材料技术领域，特别是涉及一种高包覆率相变微胶囊的制备方法。

背景技术

相变材料作为一种储能载体，其会伴随外界环境温度的变化在不同的相态之间来回转换并释放或吸收能量，而实现自身的温度不变，这种储能方式储能密度高、能量可重复使用、体积变化小、操作简单，一直备受人们的关注，然而相变材料在相变过程中易泄漏使其应用受到极大限制。

微胶囊技术可以将相变材料包封在无机材料或高分子聚合物内制备成具有核壳结构的微胶囊，外层的囊材对内层的相变材料起保护作用，提高了相变材料的稳定性和重复利用率，使其广泛用于建筑、纺织、冷链、电子等领域，解决了许多节能、储能方面的问题。目前，微胶囊的制备方法可分为化学法、物理法、物理化学法三类，其中尤以化学法中的原位聚合法和界面聚合法最为常见：(1)原位聚合法，将用来合成壁材的单体和催化剂加入到分散介质中，通过一定的条件在乳化好的芯材表面发生缩聚反应，生成高分子聚合物逐渐沉积在芯材表面，从而将之包封起来；(2)界面聚合法，将两种单体分别溶解于互不相溶的溶剂中，当两种溶剂混合分散均匀时，会在液相的界面处发生聚合反应，将芯材包覆形成微胶囊。

微胶囊壁材的性质直接决定着微胶囊产品的使用性能，同时也影响着微胶囊的制备工艺，密胺树脂由于其稳定的化学性质，良好的耐酸、耐碱、不易水解等特性，成为一种较优的囊壁材料。中国发明专利申请CN101113322B以碳数为5-50的烷烃作为芯材，选用非离子型乳化剂进行乳化，自制的水溶性密胺预聚体或脲醛预聚体作为囊壁得到尺寸可控、形貌可控的单分散性相变微胶囊，采用非离子型乳化剂乳化的芯材，其乳状液滴表面不带电荷，预聚体无法通过异性电荷间的吸引作用在其表面进行很好的包覆，大大降低了囊壁对芯材的包覆率，同时自制的密胺/脲醛预聚体未经过任何醚化改性，其预聚体分子结构中存在大量羟甲基键，预聚体反应活性较高，在对芯材进行包覆过程中极容易在还未吸附到芯材表面时就已经自聚成高分子聚合物，降低囊壁的包覆率。中国发明专利申请CN110479194A以疏水处理的碳化硅改性密胺树脂为壁材，以石蜡、脂肪醇类和脂肪酸类相变材料为芯材，采用原位聚合法制备了一种相变微胶囊，此方法通过疏水碳化硅的引入增强了微胶囊的力学性能和导热性能，但在相变材料乳化液中直接加入疏水碳化硅进行分散易造成乳化液的破乳，部分相变材料析出无法被囊壁包覆，降低囊壁的包覆率，未包覆的相变材料后续需通过石油醚或乙醇进行洗涤脱除，造成原材料浪费和环境污染。中国发明专利申请CN112604614A采用密胺树脂对C₁₄-C₁₂混合烷烃以及纳米氧化铝进行包覆，随后加入碳纳米管对囊壁进行改性，制备了可用于冷链运输领域的相变微胶囊，通过纳米氧化铝和碳纳米管的引入减小了过冷度，提高了热导率，无机纳米粒子与烷烃的相容性差，进行共混包覆时需要长时间超声分散不利于实现工业放大生产，碳纳米管改性后会使微胶囊表面变得粗糙，影响微胶囊的单分散性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高包覆率相变微胶囊的制备方法，通过乳化剂的选择增加预聚体在芯材表面的吸附能力，采用高低两种反应活性的预聚体对芯材实现双层包覆，实现了微胶囊强度和韧性的平衡，且避免了大量壳材自聚造成包覆率低，影响焓值和耐压强度上不去。