專利名稱：一種微膠囊包覆相變材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種功能性復合材料及其制備方法，特別涉及一種微膠囊包覆相變材料及其制備方法。
背景技術：
自從1954年美國National Cash Register公司利用微膠囊技術制成第一代無碳復寫紙以來，微膠囊技術已經(jīng)在化工、機械、照相、計算機、石油、農(nóng)藥、醫(yī)藥及軍事等領域得到廣泛應用。利用微膠囊技術包覆相變材料制備相變蓄熱微膠囊已經(jīng)在不同領域得到了應用如在《M Farid，W J Kong，Underfloor heating with latent heat storage，ProcInstn Mech Engrs，2001，601-609》中報道了利用相變材料儲熱微膠囊，但其相變材料需要在特定容器中使用。(PCM，phase change material)應用于地板中，對室內(nèi)溫度有一定的調(diào)節(jié)作用。
在《Robert C.Brown，John D.Rasberry，Scott P.Overmann，Microenc-apsulatedphase-change materials as heat transfer media in gas-fluidized beds，Powertechnology，1998，98217-222》中，利用微膠囊包覆相變材料應用于氣體流化床中，大大減少了流化床的加熱時間。
在《S.K.Roy，B.L.Avanic，Laminar Forced convection heat Transfer withPhase change material emulsions，Int.Comm.Heat MassTransfer，1997，24(5)653-662》中，通過實驗證明，相變材料的傳熱性能與通過微膠囊包覆后的傳熱性能相似。
在《Jeong-Sook Cho，Aehwa Kwon，Chang-Gi Cho，Microencapsulation ofoctadecane as a phase-change material by interfacial polymerization in anemulsion system，Colloid polymer science，2002，280260~266》中，十八烷作為相變材料通過界面聚合反應而被微膠囊化。微膠囊的粒徑在1μm左右，這種微膠囊應用于制備可調(diào)溫纖維。
微膠囊包覆相變材料應用于建筑內(nèi)墻未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種用于建筑墻體內(nèi)抹灰面來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的微膠囊包覆相變材料及其制備方法。
本發(fā)明的技術解決方案如下微膠囊包覆相變材料的組成組分的重量份如下芯材的相變材料100壁材的聚合物 50～100乳化劑0.5～1分散劑16～20去離子水 400～500所說的作為芯材的相變材料的相變點為20～40℃。
所說的作為芯材的相變材料是脂肪族烴化合物，如正十六烷、正十八烷、二十烷；醇化合物，如十二醇、環(huán)己醇、叔丁醇；酯類化合物，如硬脂酸正丁酯；或上述有機化合物的幾種均勻混合物。
所說的作為壁材的聚合物為氨基樹脂，如三聚氰胺-甲醛樹脂。
所說的乳化劑為聚氧乙烯型乳化劑NP-10。
所說的分散劑為苯乙烯馬來酸酐。
微膠囊包覆相變材料的制備方法的工藝步驟是(1)芯材的乳化將NaoH、乳化劑和分散劑加入到分散介質(zhì)去離子水中，在30～50℃的條件下，水解1.5～2h后，使其PH＝4～5，再加入作為芯材的相變材料，以1000～2000r/min的速度機械攪拌，乳化8～10min，使芯材分散粒徑達到1～20μm，便制得芯材乳化液；(2)壁材預聚體的制備在三聚氰胺中加入37％的甲醛水溶液和去離子水，PH調(diào)為8，加熱到60～70℃，保溫反應1.5～2h，制得三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液；(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將均化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入40～50℃的恒溫水浴槽中，在1000～1500r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以0.5～1.0mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升溫到60～65℃，保溫反應1～2h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在500～1000r/min的速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以0.5～1.0mL·min-1的速度加入其中，升溫至75～80℃，保溫2.5～3.0h，完成壁材的第二層包覆；(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入0.5～1g尿素和0.2～0.5g硫酸銨，反應30～60min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有如下有益效果1、本發(fā)明微膠囊包覆相變材料致密而均勻，克服了相變材料相變過程中的流動，保護了相變材料。
2、將本發(fā)明微膠囊包覆相變材料應用于室內(nèi)墻體抹灰面來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，可以緩解室內(nèi)溫度的驟變，使室內(nèi)環(huán)境更加舒適。
3、大大節(jié)約能源，降低了建筑能耗，可以節(jié)約10％～30％的能源消耗。
4、采用雙層包覆技術使所制備的相變材料有一定的強度，滿足應用需要，可以保護相變材料，使相變材料在性能不受影響下，使用壽命延長。
5、本發(fā)明微膠囊包覆相變材料制備工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是微膠囊包覆相變材料的結(jié)構示意圖，A為芯材的相變材料，B為壁材的聚合物；圖2是放大500倍的微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片；圖3是放大2000倍的微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片；圖4是放大10000倍的微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片；圖5是放大20000倍的微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片；圖6是本發(fā)明所得微膠囊相變點及相變熱示意圖，圖7是乳化轉(zhuǎn)速為2000r/min所得微膠囊粒徑為1～2μm的粒徑分布圖，圖8是乳化轉(zhuǎn)速1000r/min所得微膠囊粒徑為10μm的粒徑分布圖，具體實施方式
實施例1(1)芯材的乳化將0.8g NaOH、5.3g的分散劑苯乙烯馬來酸酐和0.2g的乳化劑NP-10加入到100mL的分散介質(zhì)去離子水中，在30～50℃的條件下，水解2h后，使其PH＝4.5，再加入32g芯材相變材料十二醇，以1000r/min的速度機械攪拌，乳化10min，使芯材分散粒徑達到10～20μm，便制得芯材乳化液。
(2)壁材預聚體的制備在20g的三聚氰胺中加入20g的37％的甲醛水溶液和50g去離子水，PH調(diào)為8，加熱到70℃，保溫反應2h，制得三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液。
(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將均化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入50℃的恒溫水浴槽中，在1000r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以0.5mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升高溫度到65℃，保溫反應1.5h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在500r/min攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以0.5mL·min-1的速度加入其中，升溫至80℃，保溫2.5h，完成壁材的第二層包覆。
(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入0.5g尿素和0.7g硫酸銨，反應30min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
所得微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片如圖2、圖3、圖4、圖5所示。所得微膠囊粒徑分布如圖8所示實施例2(1)芯材的乳化將0.8g的NaOH、5.3g的分散劑乙烯馬來酸酐和0.2g的乳化劑NP-10加入到100mL的分散介質(zhì)去離子水中，在30～50℃的條件下，水解2h后，使其PH＝4，再加入32g芯材相變材料十二醇，以2000r/min的速度機械攪拌，乳化2min，使芯材分散粒徑達到1～5μm，便制得芯材乳化液。
(2)壁材預聚體的制備在20g的三聚氰胺中加入20g的37％的甲醛水溶液和50g的去離子水，PH調(diào)為8，加熱到70℃，保溫反應2h，制得三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液。
(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將均化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入50℃的恒溫水浴槽中，在1500r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以0.5mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升高溫度到65℃，保溫反應1.5h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在1000r/min速度的攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以0.5mL·min-1的速度加入其中，升溫至80℃，保溫2.5h，完成壁材的第二層包覆。
(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入0.5g尿素和0.2g硫酸銨，反應30min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
所得微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片如圖2、圖3、圖4、圖5所示。所得微膠囊粒徑分布如圖7所示實施例3(1)芯材的乳化將0.96gNaOH、6.4g的分散劑苯乙烯馬來酸酐和0.2g的乳化劑NP-10加入到100mL的分散介質(zhì)去離子水中，在30～50℃的條件下，水解2h后，使其PH＝5，再加入32g芯材相變材料十二醇，以2000r/min的速度機械攪拌，乳化8min，使芯材分散粒徑達到1～5μm，便制得芯材乳化液。
(2)壁材預聚體的制備在20g的三聚氰胺中加入20g的甲醛水溶液和50g的水，PH調(diào)為8，加熱到70℃，保溫反應2h，制得三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液。
(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將均化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入50℃的恒溫水浴槽中，在1500r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以0.5mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升高溫度到65℃，保溫反應1.5h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在1000r/min速度的攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以0.5mL·min-1的速度加入其中，升溫至80℃，保溫2.5h，完成壁材的第二層包覆。
(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入1g尿素和0.5g硫酸銨，反應30min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
所得微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片如圖2、圖3、圖4、圖5所示。所得微膠囊粒徑分布如圖8所示實施例4(1)芯材的乳化將0.96gNaOH、6.4g的分散劑乙烯馬來酸酐和0.32g的乳化劑NP-10加入到100mL的分散介質(zhì)去離子水中，在30～50℃的條件下，水解2h后，使其PH＝4.5，再加入32g芯材相變材料十二醇，以2000r/min的速度機械攪拌，乳化10min，使芯材分散粒徑達到1～5μm，便制得芯材乳化液。
(2)壁材預聚體的制備在23.36g的三聚氰胺中加入23.36g的37％的甲醛水溶液和60g的水，PH調(diào)為8，加熱到70℃，保溫反應2h，制得三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液。
(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將均化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入50℃的恒溫水浴槽中，在1500r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以0.5mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升高溫度到65℃，保溫反應1.5h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在1000r/min攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以0.5mL·min-1的速度加入其中，升溫至80℃，保溫2.5h，完成壁材的第二層包覆。
(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入1g尿素和0.5g硫酸銨，反應30min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
所得微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片如圖2、圖3、圖4、圖5所示。所得微膠囊粒徑分布如圖8所示實施例5(1)芯材的乳化將0.8g的乳化劑NaOH和5.12g的分散劑乙烯馬來酸酐和0.16g的乳化劑NP-10加入到100mL的分散介質(zhì)離子水中，在30～50℃的條件下，水解2h后，使其PH＝4.5，再加入32g芯材相變材料十二醇，以1800r/min的速度機械攪拌，乳化8min，使芯材分散粒徑達到5～10μm，便制得芯材乳化液。
(2)壁材預聚體的制備在11.68g的三聚氰胺中加入11.68g的37％的甲醛水溶液和50g的水，PH調(diào)為8，加熱到70℃，保溫反應2h，制得液三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液。
(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將均化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入50℃的恒溫水浴槽中，在1000r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以0.5mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升高溫度到65℃，保溫反應1.5h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在500r/min攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以0.5mL·min-1的速度加入其中，升溫至80℃，保溫2.5h，完成壁材的第二層包覆。
(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入1g尿素和0.5g硫酸銨，反應60min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
所得微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片如圖2、圖3、圖4、圖5所示。所得微膠囊粒徑分布如圖8所示實施例6(1)芯材的乳化將0.8gNaOH、5.3g的分散劑乙烯馬來酸酐和0.2g的乳化劑NP-10加入到100mL的分散介質(zhì)去離子水中，在30～50℃的條件下，水解2h后，使其PH＝4，再加入32g芯材相變材料十二醇，以2000r/min的速度機械攪拌，乳化10min，使芯材分散粒徑達到3～5μm，便制得芯材乳化液。
(2)壁材預聚體的制備在20g的三聚氰胺中加入20g的37％的甲醛水溶液和50g的水，PH調(diào)為8，加熱到70℃，保溫反應2h，制得液三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液。
(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將均化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入50℃的恒溫水浴槽中，在300r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以1mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升高溫度到65℃，保溫反應1.5h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在300r/min攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以0.5mL·min-1的速度加入其中，升溫至80℃，保溫2.5h，完成壁材的第二層包覆。
(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入0.5g的尿素和0.2g的硫酸銨，反應30min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
所得微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片如圖2、圖3、圖4、圖5所示。所得微膠囊粒徑分布如圖8所示實施例7(1)芯材的乳化將0.8g的NaOH、5.3g的分散劑乙烯馬來酸酐和0.2g的乳化劑NP-10加入到100mL的分散介質(zhì)離子水中，在30～50℃的條件下，水解2h后，使其PH＝5，再加入32g芯材相變材料正十八烷，以2000r/min的速度機械攪拌，乳化10min，使芯材分散粒徑達到1～5μm，便制得芯材乳化液。
(2)壁材預聚體的制備在20g的三聚氰胺中加入20g37％的甲醛水溶液和50g的水，PH調(diào)為8，加熱到70℃，保溫反應2h，制得液三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液。
(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將均化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入50℃的恒溫水浴槽中，在1000r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以0.5mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升高溫度到65℃，保溫反應1.5h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在300r/min速度的攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以1mL·min-1的速度加入其中，升溫至80℃，保溫2.5h，完成壁材的第二層包覆。
(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入0.5g尿素和0.2g硫酸銨，反應30min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
所得微膠囊表面形態(tài)掃描電鏡照片如圖2、圖3、圖4、圖5所示。所得微膠囊粒徑分布如圖8所示實施例8相變材料采用32g的硬脂酸正丁酯，其他的制備工藝步驟和條件均與實施例7相同。
實施例9相變材料采用20g的十二醇和12g的十八烷的混合物，其他的制備工藝步驟和條件均與實施例7相同。
權利要求
1.一種微膠囊包覆相變材料，其特征在于微膠囊包覆相變材料的組成組分的重量份如下芯材的相變材料 100壁材的聚合物50～100乳化劑 0.5～1分散劑 16～20去離子水400～500
2.按照權利要求1所說的微膠囊包覆相變材料，其特征在于所說的作為芯材的相變材料的相變點為20～40℃。
3.按照權利要求1或2所說的微膠囊包覆相變材料，其特征在于所說的作為芯材的相變材料是脂肪族烴化合物，如正十六烷、正十八烷、二十烷；醇化合物，如十二醇、環(huán)己醇、叔丁醇；酯類化合物，如硬脂酸正丁酯；或上述有機化合物的幾種均勻混合物。
4.按照權利要求1所說的微膠囊包覆相變材料，其特征在于所說的作為壁材的聚合物為氨基樹脂，如三聚氰胺-甲醛樹脂。
5.按照權利要求1所說的微膠囊包覆相變材料，其特征在于所說的乳化劑為聚氧乙烯型乳化劑NP-10。
6.按照權利要求1所說的微膠囊包覆相變材料，其特征在于所說的分散劑為苯乙烯馬來酸酐。
7.如權利要求1所說的微膠囊包覆相變材料的制備方法，其特征在于其工藝步驟是(1)芯材的乳化將NaOH、乳化劑和分散劑加入到分散介質(zhì)去離子水中，在30～50℃的條件下，水解1.5～2h后，使其PH＝4～5，再加入作為芯材的相變材料，以1000～2000r/min的速度機械攪拌，乳化8～10min，使芯材分散粒徑達到1～20μm，便制得芯材乳化液；(2)壁材預聚體的制備在三聚氰胺中加入37％的甲醛水溶液和去離子水，PH調(diào)為8，加熱到60～70℃，保溫反應1.5～2h，制得三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液；(3)壁材第一層包覆將上述制得的三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液分為2等份備用；再將乳化好的芯材乳化液倒入三口燒瓶，放入40～50℃的恒溫水浴槽中，在1000～1500r/min的機械速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的其中1份以0.5～1.0mL·min-1的速度緩慢的加入其中，在加入的同時升溫到60～65℃，保溫反應1～2h，三聚氰胺-甲醛的預聚體包覆于芯材的表面并且固化，完成壁材的第一層包覆；(4)壁材第二層包覆待上述體系冷卻至室溫后，在500～1000r/min的速度攪拌條件下，將三聚氰胺-甲醛的預聚體水溶液的另外一份以0.5～1.0mL·min-1的速度加入其中，升溫至75～80℃，保溫2.5～3.0h，完成壁材的第二層包覆；(5)游離甲醛的去除在上述反應體系中加入0.5～1g尿素和0.2～0.5g硫酸銨，反應30～60min，溫度降到室溫，便制成微膠囊包覆相變材料。
全文摘要
一種微膠囊包覆相變材料及其制備方法。屬于功能性復合材料技術領域。本發(fā)明所要解決的技術問題是用聚合物包覆相變材料。其主要技術特征是將作為芯材的相變材料和作為壁材的聚合物及乳化劑、分散劑、去離子水經(jīng)聚合反應制成微膠囊包覆相變材料。該材料結(jié)構致密，粒徑均勻，使用壽命延長。應用于建筑墻體內(nèi)抹灰面以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，可以大大節(jié)約能源。
文檔編號C09K5/00GK1513938SQ0313058
公開日2004年7月21日 申請日期2003年8月21日 優(yōu)先權日2003年8月21日
發(fā)明者王立新, 任麗, 蘇峻峰, 梁金生, 梁廣川 申請人:河北工業(yè)大學