[发明专利]一种相变微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变微胶囊及其制备方法。

背景技术

相变微胶囊由于能够在相变温度范围吸收、储存、散发大量的潜热，达到控制周围环境温度和节能的目的，因而受到了越来越广泛的关注，在制冷空调、建筑节能、太阳能利用、热能回收等领域有广泛的应用前景。相变微胶囊一般可分为两个部分，固体囊壳和相转变内核，相转变内核包裹于固体囊壳内。一系列聚合物已经被用来制备相变微胶囊壳，例如蜜胺-甲醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯、明胶-甲醛树脂等等，但通常以这些聚合物为囊壳的微胶囊只能耐较低的温度，限制了其应用领域。

制备含有固体壳、液/固体核的微胶囊有很多方法。其中，最常用的是界面逐步聚合：将一种单体溶解于分散相，与连续相中的另一种单体在分散相/连续相两相的界面发生反应，从而形成聚合物壳。但是，随着聚合反应的进行，反应单体浓度减小，反应速率下降，因此形成的壳较薄，而且少量单体将不可避免的残留在微胶囊核内。将乙烯基单体在乳液液滴中聚合形成微胶囊壁材时，单体残留在核内的情况也同样存在。另一种方法是：将聚合物溶于乳液连续相(一般为水相)，通过进一步反应使聚合物围绕分散相液滴沉淀，形成微胶囊。这种方法形成的微胶囊壳厚不均匀，聚合物易独立成核，而且一般仅限于壳聚合物为水溶性聚合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐热性能好的相变微胶囊及其制备方法。

本发明所提供的相变微胶囊，包括固体囊壳和相转变内核，相转变内核包裹于固体囊壳内，其中，固体囊壳为热固性酚醛树脂；相转变内核为一种或几种碳原子数为14—20的烷烃。

在本发明相变微胶囊中，为保证胶囊壳具有一定的强度，壳核材料的质量比要大于0.4。本发明相变微胶囊的结构示意图如图1所示，图中l为固体囊壳——热固性酚醛树脂壳，2为相转变内核——烷烃核。形成的相变微胶囊粒径在1～20微米，胶囊壁厚度与加入的壁材料质量成正比。

本发明相变微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

1)将热固性酚醛树脂与一种或几种碳原子数为14—20的烷烃溶于沸点低于水的有机溶剂中，形成有机溶液；

2)将上述有机溶液分散于加有表面活性剂的水中，搅拌形成乳液；

3)将乳液加水稀释，减压蒸发除去有机溶剂，形成壁材未固化的微胶囊乳液；

4)将所得微胶囊乳液加热固化，经洗涤、干燥得到所述相变微胶囊。

其中，步骤1)有机溶剂为二氯甲烷、乙酸甲酯或乙酸乙酯；或者，二氯甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯与丙酮的混合物；热固性酚醛树脂与烷烃的质量比为1：0.5～5，优选为1：0.8～3。

步骤2)有机溶液与表面活性剂水溶液的质量比为1：1～2，优选为1：1～1.5；乳化过程的温度为20—40℃，优选为30℃；表面活性剂优选为阿拉伯树胶，用量为水溶液重量的1～5重量％，优选为1～3重量％。

步骤4)中的固化温度为130—180℃，固化时间为4—8小时。优选的，固化温度为150℃，固化时间为6小时。

本发明制备相变微胶囊的方法，包括：将酚醛树脂和长链烷烃溶于共同的溶剂当中，其中酚醛树脂作为壁材，长链烷烃作为相变材料，有机溶剂为沸点低于水的低沸点溶剂。将得到的有机溶液乳化分散在含有表面活性剂的水溶液中，形成表面活性剂水溶液为连续相、有机溶液液滴为分散相的乳液。得到稳定的乳液之后，在较低的温度下进行减压蒸馏，缓慢除掉低沸点溶剂，使析出的酚醛树脂包覆在长链烷烃周围。将壁材未固化的微胶囊进行固化，然后通过分离得到相变微胶囊。

本发明制备方法的原理是利用壳、核两种材料与水的界面张力不同，酚醛树脂相对于烷烃更加亲水，在蒸发溶剂的过程中，酚醛树脂与烷烃发生相分离，相对亲水的酚醛树脂向分散相与连续相的界面扩散，最终形成酚醛树脂为壳，烷烃为核的微胶囊。由于乳化形成的每一个液滴的组成与初始有机溶液的组成相同，即每一个液滴中酚醛树脂与烷烃的比例是相同的，这就使形成的微胶囊壁厚与直径的比例是相同的，因此，微胶囊的粒径分散性越小，则微胶囊的壁厚越接近。

本发明中所使用的酚醛树脂为热固性酚醛树脂，通过加热可以进行交联固化；所使用的相变材料一般为长链烷烃，链长在14～20个碳左右；所使用的有机溶剂要满足沸点低于水，但不溶于水，能够同时溶解酚醛树脂和长链烷烃，一般为乙酸乙酯、乙酸甲酯、二氯甲烷等，也可加入丙酮、乙醇等帮助溶解。微胶囊壁材的固化是通过高温热固化来实现的。固化过程是通过将乳液转移至高压反应器之中，在130～180℃进行的。