一種相變儲(chǔ)能微膠囊材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種相變儲(chǔ)能微膠囊，是以正十二醇為相變材料，甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物為囊壁材料，采用超聲波輔助乳化，以界面聚合法進(jìn)行微膠囊包裹。制備這種相變儲(chǔ)能材料的方法為：首先將正十二醇與乳化劑混合，超聲波乳化后，在機(jī)械攪拌，水浴80℃下加入甲基丙烯酸甲酯和引發(fā)劑反應(yīng)一定時(shí)間后，再加入丙烯酸反應(yīng)，完成聚合；冷卻、過(guò)濾、干燥得到樣品。本發(fā)明以正十二醇為相變材料，相變溫度可控制在室溫附近；采用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物為囊壁，有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；采用超聲波輔助乳化，形成細(xì)乳液，反應(yīng)更易進(jìn)行。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本較低，穩(wěn)定性好，可有效提高相變材料的儲(chǔ)能效果。
【專利說(shuō)明】一種相變儲(chǔ)能微膠囊材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬相變材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種相變儲(chǔ)能微膠囊材料及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著全球工業(yè)的發(fā)展，能源顯得日趨緊張，環(huán)境污染問(wèn)題越加嚴(yán)重。因此，節(jié)約能源和提高能源利用率以及環(huán)境保護(hù)成為了全球關(guān)注的重點(diǎn)。利用相變材料進(jìn)行儲(chǔ)能的研究受到了世界各國(guó)的廣泛重視。將相變材料包覆于微膠囊內(nèi)所形成的顆粒稱為相變材料微膠囊，囊芯的相變材料隨外界溫度變化能夠發(fā)生相轉(zhuǎn)變，但表面包覆的高分子材料則保持為固態(tài)。在環(huán)境溫度升高的過(guò)程中，若溫度高于相變溫度，囊芯的相變材料吸收環(huán)境中的熱量，發(fā)生相變，直至全部由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，而在環(huán)境溫度低于相變溫度時(shí)，囊芯的相變材料放出吸收的熱量，由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變。相變材料在發(fā)生相變過(guò)程中通過(guò)向環(huán)境吸收或放出熱量，可以使微膠囊表面的溫度在一定時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)恒定，從而達(dá)到控制周圍環(huán)境的溫度和實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
[0003]已經(jīng)有一些有關(guān)相變微膠囊材料制備研究的報(bào)道，如2004年，中國(guó)專利CN1513938A公布了王立新等人的發(fā)明專利，該專利采用直鏈烷烴、脂肪醇及有機(jī)酯類化合物為相變材料，用三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂為壁材對(duì)相變材料進(jìn)行微膠囊包裹，制得了微膠囊相變材料；2006年，中國(guó)專利CN101045857A公布了汪樹(shù)軍等人的發(fā)明專利，該專利利用石蠟為相變材料，以甲苯二異氰酸酯和脲醛樹(shù)脂兩種材料為囊壁材料，制備了石蠟微膠囊相變材料；2009年，顏超等人以石蠟為相變芯材，聚氨酯為壁材，合成了聚氨酯型相變微膠囊，并且將其應(yīng)用于增強(qiáng)蠶絲織物的調(diào)溫功能。但以上研究所制備的材料因在其制備和應(yīng)用中易揮發(fā)甲醛等有害物質(zhì)，會(huì)直接影響環(huán)境及人體健康，從而限制了該相變材料的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種 相變儲(chǔ)能微膠囊材料及其制備方法，是以正十二醇為相變材料，甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物為囊壁材料，采用超聲波輔助乳化，以界面聚合法進(jìn)行微膠囊包裹。其中相變材料占微膠囊總質(zhì)量的50%~75%，囊壁材料占微膠囊總質(zhì)量的25%~50%。
[0005]這種相變儲(chǔ)能微膠囊材料的制備方法如下:
[0006]步驟一，稱取一定質(zhì)量的芯材正十二醇、壁材甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，芯材:壁材的質(zhì)量比為I~3 ;
[0007]步驟二，按步驟一中稱取的芯材和壁材總質(zhì)量的5%~10%稱取乳化劑，
0.25%~0.5%稱取引發(fā)劑；
[0008]步驟三，將步驟一和二中稱取的芯材加入到一定量的去離子水中，加入乳化劑，混合、攪拌均勻，加熱至65°C，超聲波乳化；
[0009]步驟四，將步驟三中超聲波乳化后得到的混合物溶液移入一個(gè)有機(jī)械攪拌、冷凝管、氮?dú)膺M(jìn)口及加料口的四口燒瓶中，水浴加熱至65 °C，機(jī)械攪拌10~20min ；[0010]步驟五，在步驟四的溶液中加入步驟一中稱取的甲基丙烯酸甲酯，通氮?dú)獬?.5h后,水浴加熱至80 C，加入步驟二中稱取的引發(fā)劑，開(kāi)始聚合反應(yīng)；恒溫反應(yīng)2h后,在反應(yīng)體系中加入丙烯酸，水浴80°C繼續(xù)反應(yīng)3h，聚合完成后，冷卻至室溫，得到微膠囊包覆的相變材料溶液；[0011 ] 步驟六，冷卻至室溫，過(guò)濾，干燥，得到相變儲(chǔ)能微膠囊的粉末樣品。[0012]所述甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸的質(zhì)量比為4: I。[0013]所述乳化劑為0P-10 (烷基酚聚氧乙烯醚)、Triton X_100 (辛基苯基聚氧乙烯醚)、吐溫類或司盤類乳化劑中的一種或幾種。[0014]所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨中的一種。[0015]本發(fā)明制備的相變儲(chǔ)能微膠囊材料，相變溫度為24.87V.[0016]本發(fā)明制備的相變儲(chǔ)能微膠囊材料，相變潛熱高達(dá)101.31kJ/kg。[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)制備過(guò)程不使用醛類物質(zhì)，是一種環(huán)保的制備方法；(2)制備過(guò)程中使用超聲波輔助乳化，易形成細(xì)小乳液，可加快反應(yīng)速度， 使反應(yīng)更易進(jìn)行，膠囊化的產(chǎn)率高；(3)制備的相變微膠囊材料相變溫度在25°C左右，正處于人體舒適溫度，可將此材料用于建筑墻體，起到隔熱、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，使溫度一直處于舒適水平，隨外界溫度變化而變化；(4)使用了丙烯酸類聚合物單體，能較好地改善相變材料的表面性質(zhì)，將正十二醇的親油性轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ǖ挠H水性，拓展了應(yīng)用范圍；(5)制得的微膠囊粒徑均勻，穩(wěn)定性好，致密性優(yōu)良，儲(chǔ)能能力好?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】[0018]附圖是相變儲(chǔ)能微膠囊材料的DSC圖。[0019]具體實(shí)施方法[0020]實(shí)施例1[0021]步驟一，稱取正十二醇IOg,甲基丙烯酸甲酯4g,丙烯酸Ig,司盤-60 0.4g,吐溫-80 0.6g,偶氮二異丁腈0.05g,去離子水100g ；[0022]步驟二，將正十二醇加入到去離子水中，加入乳化劑司盤-60和吐溫-80，混合，攪拌均勻，加熱至65O,利用超聲波乳化IOmin ；[0023]步驟三，超聲波乳化IOmin后，將得到的混合物溶液轉(zhuǎn)移至一個(gè)包含有機(jī)械攪拌， 冷凝管，氮?dú)膺M(jìn)口及加料口的四口燒瓶中，水浴加熱至65°C，機(jī)械攪拌20min ；[0024]步驟四，在步驟三的溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，通氮?dú)獬?.5h后，水浴加熱至80°C，緩慢加入偶氮二異丁腈，引發(fā)甲基丙烯酸甲酯聚合，恒溫反應(yīng)2h后，再加入丙烯酸，繼續(xù)保持水浴80°C恒溫反應(yīng)3h ；[0025]步驟五，聚合反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，得到微膠囊包覆的相變材料溶液，過(guò)濾，放入50°C烘箱干燥24h，得到相變材料微膠囊的粉末樣品。[0026]實(shí)施例2[0027]步驟一,稱取正十二醇5g,甲基丙烯酸甲酯4g,丙烯酸lg, 0P-10 Ig,過(guò)硫酸鉀0.lg，去離子水100g ；[0028]步驟二，將正十二醇加入到去離子水中，加入乳化劑0P-10，混合，攪拌均勻，加熱至65°C，利用超聲波乳化IOmin ；[0029]步驟三，超聲波乳化IOmin后，將得到的混合物溶液轉(zhuǎn)移至一個(gè)包含有機(jī)械攪拌，冷凝管，氮?dú)膺M(jìn)口及加料口的四口燒瓶中，水浴加熱至65°C，機(jī)械攪拌15min ；[0030]步驟四，在步驟三的溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，通氮?dú)獬?.5h后，水浴加熱至80°C，緩慢加入過(guò)硫酸鉀，引發(fā)甲基丙烯酸甲酯聚合，恒溫反應(yīng)2h后，再加入丙烯酸，繼續(xù)保持水浴80°C恒溫反應(yīng)3h ；
[0031]步驟五，聚合反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，得到微膠囊包覆的相變材料溶液，過(guò)濾，放入50°C烘箱干燥24h，得到相變材料微膠囊的粉末樣品。
[0032]實(shí)施例3
[0033]步驟一，稱取正十二醇15g,甲基丙烯酸甲酯4g,丙烯酸Ig,司盤-60 0.4g,吐溫-80 0.6g,，過(guò)硫酸銨0.1g,去離子水100g ；
[0034]步驟二，將正十二醇加入到去離子水中，加入乳化劑司盤-60和吐溫-80，混合，攪拌均勻，加熱至65O,利用超聲波乳化IOmin ；
[0035]步驟三，超聲波乳化IOmin后，將得到的混合物溶液轉(zhuǎn)移至一個(gè)包含有機(jī)械攪拌，冷凝管，氮?dú)膺M(jìn)口及加料口的四口燒瓶中，水浴加熱至65°C，機(jī)械攪拌IOmin ；
[0036]步驟四，在步驟三的溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，通氮?dú)獬?.5h后，水浴加熱至80°C，緩慢加入過(guò)硫酸銨，引發(fā)甲基丙烯酸甲酯聚合，恒溫反應(yīng)2h后，再加入丙烯酸，繼續(xù)保持水浴80°C恒溫反應(yīng)3h ；
[0037]步驟五，聚合反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，得到微膠囊包覆的相變材料溶液，過(guò)濾，放入50°C烘箱干燥24h，得到相變材料微膠囊的粉末樣品。
[0038]實(shí)施例4
[0039]步驟一,稱取正十二醇5g,甲基丙烯酸甲酯4g,丙烯酸lg, Triton X-100 Ig,過(guò)硫酸鉀0.lg，去離子水100g ；
[0040]步驟二，將正十二醇加入到去離子水中，加入乳化劑Triton X-100，混合，攪拌均勻，加熱至65°C，利用超聲波乳化IOmin ；
[0041]步驟三，超聲波乳化IOmin后，將得到的混合物溶液轉(zhuǎn)移至一個(gè)包含有機(jī)械攪拌，冷凝管，氮?dú)膺M(jìn)口及加料口的四口燒瓶中，水浴加熱至65°C，機(jī)械攪拌15min ；
[0042]步驟四，在步驟三的溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，通氮?dú)獬?.5h后，水浴加熱至80°C，緩慢加入過(guò)硫酸鉀，引發(fā)甲基丙烯酸甲酯聚合，恒溫反應(yīng)2h后，再加入丙烯酸，繼續(xù)保持水浴80°C恒溫反應(yīng)3h ；
[0043]步驟五，聚合反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，得到微膠囊包覆的相變材料溶液，過(guò)濾，放入50°C烘箱干燥24h，得到相變材料微膠囊的粉末樣品。
【權(quán)利要求】
1.一種相變儲(chǔ)能微膠囊，由囊壁和芯材相變材料構(gòu)成，其特征在于，囊壁為聚合物，占微膠囊總質(zhì)量的25%~50% ;芯材相變材料為有機(jī)相變材料，占微膠囊總質(zhì)量的50%~ 75%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變儲(chǔ)能微膠囊，其特征在于，所述的有機(jī)相變材料為正十二醇，熔點(diǎn)為26°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變儲(chǔ)能微膠囊，其特征在于，所述的聚合物是由甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸兩種材料組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變儲(chǔ)能微膠囊的制備方法，其特征在于，制備方法如下:步驟一，稱取一定質(zhì)量的芯材正十二醇、壁材甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸，芯材:壁材的質(zhì)量比為I~3 ;步驟二，按步驟一中稱取的芯材和壁材總質(zhì)量的5%~10%稱取乳化劑，0.25%~ 0.5%稱取引發(fā)劑；步驟三，將步驟一和二中稱取的芯材加入到一定量的去離子水中，加入乳化劑，混合、 攪拌均勻，加熱至65 °C，超聲波乳化；步驟四，將步驟三中超聲波乳化后得到的混合物溶液移入一個(gè)有機(jī)械攪拌、冷凝管、氮?dú)膺M(jìn)口及加料口的四口燒瓶中，水浴加熱至65°C，機(jī)械攪拌10~20min ；步驟五，在步驟四的溶液中加入步驟一中稱取的甲基丙烯酸甲酯，通氮?dú)獬?.5h 后，水浴加熱至80°C，加入步驟二中稱取的引發(fā)劑，開(kāi)始聚合反應(yīng)；恒溫反應(yīng)2h后，在反應(yīng)體系中加入丙烯酸，水浴80°C繼續(xù)反應(yīng)3h，聚合完成后，冷卻至室溫，得到微膠囊包覆的相變材料溶液；步驟六，冷卻至室溫，過(guò)濾，干燥，得到相變儲(chǔ)能微膠囊的粉末樣品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種相變儲(chǔ)能微膠囊的制備方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸的質(zhì)量比為4: I。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種相變儲(chǔ)能微膠囊的制備方法，其特征在于，所述乳化劑為OP-1O (烷基酚聚氧乙烯醚)、Triton X-100 (辛基苯基聚氧乙烯醚)、吐溫類或司盤類乳化劑中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一 種相變儲(chǔ)能微膠囊的制備方法，其特征在于，所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸銨中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種相變儲(chǔ)能微膠囊的制備方法，其特征在于，所制備的微膠囊的相變溫度為24.87°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種相變儲(chǔ)能微膠囊的制備方法，其特征在于，所制備的微膠囊的相變潛熱高達(dá)101.31kJ/kg。
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK103509527SQ201210206382
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月21日
【發(fā)明者】劉寶春, 李娟 , 李婷, 楊星琦 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)