[发明专利]一种核壳结构的相变微胶囊及其制备方法和应用

说明书

本发明属于微胶囊制备技术领域，其公开了一种核壳结构的相变微胶囊的制备方法，以相变材料为核层溶液，以高分子为壳层溶液，采用同轴电喷技术，相变材料被高分子成功包覆，实现封装，即壳层将相变材料包裹在内部，可解决其泄露问题，带电液滴在电场力作用下被分裂成无数微纳尺寸小球，溶剂挥发，即形成结构定型的胶囊。该制备方法操作简单，原料来源广泛、生产成本低，可重复性好，包裹率高达90％。本发明还公开了利用上述制备方法制得的核壳结构的相变微胶囊，该相变微胶囊尺寸可控，大小均匀，可用于节能建筑材料，相变储热系统以及功能性织物等领域，为相变储热材料的开发提供了新思路。

技术领域

本发明属于微胶囊制备技术领域，具体涉及一种核壳结构的相变微胶囊及其制备方法和应用。

背景技术

相变微胶囊是由芯材和壁材结合形成的，粒径为1-1000μm的微小粒子，由于芯材为相变材料，被壁材包裹形成核壳结构胶囊形状，故被称为相变微胶囊。目前制备相变微胶囊的主要方法有自由基聚合、界面聚合、原位聚合、喷雾干燥、挤出、溶胶-凝胶等方法。中国发明专利CN107597031A公开了一种微胶囊相变材料的制备方法及装置，该发明通过将液态的相变材料和硅溶胶连接内外同轴通道，经过凝胶化过程，获得相变微胶囊。中国发明专利CN102407088A公开了一种相变储能微胶囊及其制备方法，该发明通过熔融同轴电喷技术制备微米或纳米尺寸的胶囊，但需要额外的加热设备以及复杂的温度控制系统。

现有技术中相变微胶囊的制备方法中，仪器和操作步骤繁杂，且制得的相变微胶囊的尺寸和包裹率不可控，尺寸不一，可重复性不佳，包裹成功率不高，生产成本高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的是提供了一种核壳结构的相变微胶囊的制备方法，以相变材料为核层，以高分子材料为壳层，采用同轴电喷技术，能够实现对相变材料的封装，直接获得相变材料被包裹的核壳结构的相变微胶囊。

本发明的第二个目的是提供了一种利用上述制备方法制备得到的核壳结构的相变微胶囊相变温度为-10℃～70℃，粒径为0.1μm-100μm，包裹率为10％-90％。

本发明的第三个目的是提供了上述核壳结构的相变微胶囊在节能建筑材料、相变储热系统或功能性织物等领域中的应用。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种核壳结构的相变微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

1)将液态的相变材料或经过第一溶剂溶解的相变材料作为核层溶液，核层溶液中相变材料的质量浓度为10％-100％；

2)将经过第二溶剂溶解的高分子材料作为壳层溶液，壳层溶液中高分子材料的质量浓度为1％-10％；

4)采用同轴电喷技术，将同轴针头的内层连接核层溶液，将同轴针头的外层连接壳层溶液，调节同轴电喷装置的参数，利用高压同轴电喷，带电液滴在电场力作用下喷射形成无数小液滴，沉积在接收装置上，得相变微胶囊；

其中，所述的电喷的条件为：电压为1-30kV，针头与接收装置之间的接收距离为3-20cm，核层溶液的推送速度为0.1-2mL/h，壳层溶液的推送速度为0.1-5mL/h。

同轴电喷是一种新型纳米封装技术，利用带电流体动力学射流技术制备成微纳米粒子或纤维的方法，该方法中主要用到高压电源、针头和接收装置。将核层溶液和壳层溶液分别灌注于注射器中，在微量注射泵的推动下，以一定速度通过针头流出，在同轴针头喷嘴处相遇。针头连接高压电源正极，接收装置连接负极，针头与接收装置间形成一个高压电场，因此，带电液滴在电场的作用下逐渐被拉伸，在针头处由球状拉伸形成泰勒锥，当静电力足以克服液滴的表面张力时，液滴被喷出，形成微纳米尺寸的小球，随着溶剂的挥发，最终固化沉积在接收装置上。