一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的是一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備方法，屬于節(jié)能/儲能、納米復合和高分子化學交叉技術領域。本發(fā)明采用原位聚合法，制備以脲醛樹脂為壁材，以工業(yè)級十八烷為芯材的相變微膠囊，芯壁質量比為1～9:1，包覆率為50～90％，制得的相變微膠囊呈規(guī)則圓球狀，粒徑約為1.5?4μm且分布均勻，具有適宜的相變溫度和較高的相變潛熱。本發(fā)明原料成本低、來源廣泛，制備過程簡單，消耗時間短，所制得的相變微膠囊可分散在紡絲液進行紡絲制備蓄熱調溫纖維，進而與其他纖維進行混紡，制備具有溫度調節(jié)功能的混紡紗線?？赏谛顭嵴{溫纖維、功能紡織品、室內裝飾材料和建筑節(jié)能等領域得到廣泛應用。
【專利說明】
一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于節(jié)能/儲能、納米復合和高分子化學交叉技術領域，具體涉及采用原位聚合法制備一種以工業(yè)級十八烷為芯材，以脲醛樹脂為壁材的一種蓄熱調溫相變微膠囊。
【背景技術】
[0002]相變儲能技術是利用相變材料(PCMs)對能量進行吸收、儲存和釋放的一項新型環(huán)保節(jié)能技術，它可以解決能源供給在時間和空間上失衡的矛盾，是提高能源利用效率和保護環(huán)境的重要技術，對緩解日趨緊張的能源問題具有重要的意義。相變物質通常有固、液和氣三態(tài)，由于固-固相變存在高溫升華，固-氣和液-氣相變伴隨大量氣體存在，因此固-液相變材料(如長鏈烷烴、石蠟、聚乙二醇、脂肪酸和脂肪酸酯等)的開發(fā)與利用最具應用前景。雖然固-液相變材料的相變過程是一個等溫或近似等溫的過程，相變過程伴隨能量的吸收或釋放，可調控體系或環(huán)境的溫度，實現(xiàn)熱能儲存和溫度調節(jié)的功能，且具有能量存儲密度高、儲熱容器體積小、熱效率高和吸放熱溫度恒定等優(yōu)點。
[0003]隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對紡織品的要求也有了更高的標準，多功能性紡織品應運而生，其中相變蓄熱調溫纖維及其紡織品的開發(fā)與應用受到了廣泛的關注，它可以通過吸收、存儲與釋放熱能來調節(jié)服裝及環(huán)境溫度，減少皮膚溫度的變化，提高人體穿著的舒適性。若外界的溫度增加，提供了增加PCM分子運動的能量，直到達到PCM的熔點之前，服裝及周邊微氣候逐步升溫。但外界溫度升高到PCM恪點時，PCM逐步從固體變成液體，便會吸收外界的熱量作為潛熱貯存起來，這時服裝及周邊的微氣候保持在相變溫度點不變；當外界的溫度降低，PCM逐步固體化，且放出潛熱，服裝及周邊微氣候溫度保持恒定，在紡織服裝、運動性服裝、服飾和理療等方面都有著廣泛的應用。自20世紀70年代，各國科技工作者嘗試采用各種方法研制與開發(fā)相變調溫纖維與紡織品，主要包括:
[0004](I)相變材料涂層法，即直接將織物放入含有相變材料、交聯(lián)劑和催化劑等組分的整理液中進行浸漬處理，經(jīng)整理后的織物具有明顯的儲熱效果，但織物手感、耐水洗性、透氣性和調溫保持性等都存在較大問題。
[0005](2)中空纖維填充法，即利用纖維中空部分的氣-液(固)相轉變來調節(jié)溫度，但在織物加工過程中氣體易從纖維逸出；此外還有將水合鹽等填充到纖維的中空部分，利用其在室溫下的熔融和結晶來吸熱與放熱，實現(xiàn)溫度調節(jié)作用。利用這種方法制成的調溫紡織品使用穩(wěn)定性差，熱能存儲容量下降明顯，且不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006](3)紡絲法，是以相變材料為芯材，普通成纖聚合物為壁材，通過熔融復合紡絲制得復合調溫纖維，而低溫相變材料熔融粘度低，可紡性較差；隨著科學技術的不斷發(fā)展，靜電紡絲技術也已初步用于蓄熱調溫相變材料的制備，但這種方法制備的復合調溫纖維儲熱容量較低，且很難規(guī)?；a(chǎn)。
[0007](4)微膠囊法，即首先制備相變微膠囊，并將這些具有蓄熱功能的微膠囊附著在織物表面，從而制得調溫紡織品；也可將蓄熱調溫微膠囊采用浸漬法對非織造布進行整理(二浸二乳)，然后預烘、烘焙制得可調溫蓄熱的非織造布，用作坐墊材料、窗簾面料和墻布等。
[0008]雖然長鏈烷烴類相變材料具有事宜的相變溫度和較高的相變潛熱，但目前以長鏈烷烴類相變材料為囊芯制備微膠囊的研究相對較少，主要是因為長鏈烷烴類相變材料價格昂貴、成本高且需進口，且制備的相變微膠囊粒徑較大、分布不均勻。因此本發(fā)明選用一種工業(yè)級十八烷為芯材，以脲醛樹脂為壁材通過原位聚合法制備相變微膠囊，這種相變微膠囊具有包覆率高、粒徑較小且分布均勻等優(yōu)點，可將其混入紡絲液中進行紡絲，廣泛用于蓄熱調溫纖維的制備。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明針對【背景技術】提出的長鏈烷烴類相變材料價格昂貴，成本高且需進口的缺陷，選用一種來源廣泛、價格成本低廉且具有適宜相變溫度和較高相變潛熱的工業(yè)級十八烷為芯材用于相變微膠囊的制備。以脲醛樹脂為壁材，利用原位聚合法制備一種粒徑較小且分布均勻的蓄熱調溫纖維用相變微膠囊。該方法具有制備過程簡單、微膠囊形貌結構可控且包覆率較高等優(yōu)點，可廣泛用于蓄熱調溫纖維、混紡紗線和功能紡織品等領域。
[0010]本發(fā)明的技術解決方案:一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備過程包括:
[0011 ] (I)將一定配比的尿素與37-40%的甲醛水溶液添加到10ml燒瓶中，用三乙醇胺調節(jié)溶液PH至一定值，然后在水浴中攪拌一段時間后，得到脲醛樹脂預聚體；
[0012](2)將一定量的乳化劑和交聯(lián)劑間苯二酚，溶解在300ml去離子水中，然后轉移到500ml圓底燒瓶中，不斷攪拌并加入一定量的工業(yè)級十八烷，然后調節(jié)水浴溫度至一定值，在一定攪拌速度下乳化得到相變材料乳液；
[0013](3)將步驟(I)中的脲醛樹脂預聚體逐滴加入到步驟(2)中的乳液中，然后在攪拌速度為200rpm的條件下用甲酸調節(jié)混合液的pH至3-4，再將攪拌速度調為500rpm，反應4h，整個過程保持水浴溫度為60-80 V，反應產(chǎn)物經(jīng)抽濾、30 %乙醇洗滌、真空干燥24h后得到干燥的工業(yè)級十八烷@脲醛樹脂相變微膠囊。
[0014]由于采用上述的技術方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果:
[0015]1、通過調節(jié)預聚體縮聚pH值、縮聚溫度和反應時間，催化劑用量，表面活性劑用量，固化時間，預聚體濃度等可實現(xiàn)工業(yè)級十八烷@脲醛樹脂相變微膠囊的形貌結構可控制備。
[0016]2、脲醛樹脂對工業(yè)級十八烷的包覆率較高，最高可達90%，因此制得的相變微膠囊儲熱容量高，相變溫度適宜，可以有效的起到蓄熱調溫作用。
[0017]3、本發(fā)明所制備的相變微膠囊粒徑較小約為1.5_4μπι且分布均勻，可均勻分散在紡絲液進行紡絲制備蓄熱調溫纖維，進而與其他纖維進行混紡，制備具有溫度調節(jié)功能的混紡紗線。
【附圖說明】
[0018]以下結合附圖進一步說明本發(fā)明:
[0019]圖1為本發(fā)明實施例1制備的相變微膠囊掃描電子顯微鏡圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例1制備的相變微膠囊粒徑分析圖；
[0021 ]圖3為本發(fā)明實施例1制備的相變微膠囊的熱能存儲/釋放曲線；
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結構，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構成。
[0023]實施例1:
[0024]如圖1至圖3所示，取3g尿素，1ml去離子水和14g甲醛溶液添加到10ml燒瓶中，用三乙醇胺調節(jié)溶液pH值至8.5，然后在75°C水浴中以300r/min的攪拌速度反應Ih，得到脲醛樹脂預聚體;將0.6g的乳化劑失水山梨糖醇三油酸酯(Span85)和4.5g交聯(lián)劑間苯二酚，溶解在300ml去離子水中，然后轉移到500ml圓底燒瓶中，不斷攪拌并加入一定量的工業(yè)級十八烷(芯壁質量比1:1)，然后調節(jié)水浴溫度至70°C，在300r/min攪拌速度下乳化得到相變材料乳液;將脲醛樹脂預聚體逐滴加入到乳液中，然后在攪拌速度為200rpm的條件下用甲酸調節(jié)混合液的PH至3-4，再將攪拌速度調為500rpm/min，反應4h，整個過程保持水浴溫度為60°C，反應產(chǎn)物經(jīng)抽濾、洗滌、真空干燥24h后得到干燥的工業(yè)級十八烷O脲醛樹脂相變微膠囊。該相變微膠囊粒徑分布為2.5-6μπι，平均粒徑為3.4μπι，呈圓球形，恪融溫度(Tm)和結晶溫度(T。)大約為3 O °C和2 3 °C ;熔融熱焓(Δ H m)和結晶熱焓(Δ H。)分別為8 9.8 k J / k g和91.5kJ/kg0
[0025]實施例2:
[0026]取3g尿素，1ml去離子水和14g甲醛溶液添加到10ml燒瓶中，用三乙醇胺調節(jié)溶液PH值至8.5，然后在75°(:水浴中以30(^/1^11的攪拌速度反應111，得到脲醛樹脂預聚體;將
0.6g的0P-10乳化劑和4.5g交聯(lián)劑間苯二酚，溶解在300ml去離子水中，然后轉移到500ml圓底燒瓶中，不斷攪拌并加入一定量的工業(yè)級十八烷(芯壁質量比2:1)，然后調節(jié)水浴溫度至70°C，在300r/min攪拌速度下乳化得到相變材料乳液;將脲醛樹脂預聚體逐滴加入到乳液中，然后在攪拌速度為200rpm的條件下用檸檬酸調節(jié)混合液的pH至3，再將攪拌速度調為500rpm/min，反應3h，整個過程保持水浴溫度為70 °C，反應產(chǎn)物經(jīng)抽濾、洗滌、真空干燥24h后得到干燥的工業(yè)級十八烷@脲醛樹脂相變微膠囊。
[0027]實施例3:
[0028]取3g尿素，1ml去離子水和14g甲醛溶液添加到10ml燒瓶中，用三乙醇胺調節(jié)溶液PH值至8.5，然后在75°(:水浴中以30(^/1^11的攪拌速度反應111，得到脲醛樹脂預聚體;將
0.6g的乳化劑Tween 80和4.5g交聯(lián)劑間苯二酚，溶解在300ml去離子水中，然后轉移到500ml圓底燒瓶中，不斷攪拌并加入一定量的工業(yè)級十八烷(芯壁質量比2:1)，然后調節(jié)水浴溫度至70°C，在300r/min攪拌速度下乳化得到相變材料乳液;將脲醛樹脂預聚體逐滴加入到乳液中，然后在攪拌速度為200rpm的條件下滴加氯化銨進行酸化，使得pH值減少至4.5，再滴加檸檬酸使pH繼續(xù)降至2，攪拌速度為300rpm/min，反應3h，整個過程保持水浴溫度為80°C，反應產(chǎn)物經(jīng)抽濾、洗滌、真空干燥24h后得到干燥的工業(yè)級十八烷O脲醛樹脂相變微膠囊。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【主權項】
1.一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備方法，其特征在于，以工業(yè)級十八烷為芯材，以脲醛樹脂為壁材，采用原位聚合法制得相變微膠囊，制備過程如下: (1)將一定配比的尿素與37-40%的甲醛水溶液添加到10ml燒瓶中，用三乙醇胺調節(jié)溶液PH至一定值，然后在水浴中攪拌一段時間后，得到脲醛樹脂預聚體； (2)將一定量的乳化劑和交聯(lián)劑間苯二酚，溶解在300ml去離子水中，然后轉移到500ml圓底燒瓶中，不斷攪拌并加入一定量的工業(yè)級十八烷，然后調節(jié)水浴溫度至一定值，在一定攪拌速度下乳化得到相變材料乳液； (3)將步驟(I)中的脲醛樹脂預聚體逐滴加入到步驟(2)中的乳液中，然后在攪拌速度為200rpm的條件下用甲酸調節(jié)混合液的pH至3_4，再將攪拌速度調為500rpm，反應4h，整個過程保持水浴溫度為60-80°C，反應產(chǎn)物經(jīng)抽濾、30%乙醇洗滌、真空干燥24h后得到干燥的工業(yè)級十八烷O脲醛樹脂相變微膠囊。2.根據(jù)權利要求1所述的一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備方法，其特征在于，所用的芯材為工業(yè)級十八烷，來源廣泛、成本低廉、相變溫度適宜且相變潛熱較高。3.根據(jù)權利要求1所述的一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備方法，其特征在于，通過調節(jié)預聚體縮聚pH值、縮聚溫度和反應時間，催化劑用量，表面活性劑用量，固化時間，預聚體濃度和乳化劑含量等實現(xiàn)工業(yè)級十八烷@脲醛樹脂相變微膠囊的形貌結構可控制備。4.根據(jù)權利要求1所述的一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備方法，其特征在于，工業(yè)級十八烷的質量與壁材脲醛樹脂的質量比為I?9:1，制備的相變微膠囊所含工業(yè)級十八烷的含量高，平均粒徑1.5-4μπι，相變溫度?30°C，相變潛熱較高。5.根據(jù)權利要求1所述的一種蓄熱調溫相變微膠囊的制備方法，其特征在于，所制備的相變微膠囊可廣泛應用于蓄熱調溫纖維、功能紡織品、室內裝飾用材料和建筑節(jié)能材料等眾多領域。
【文檔編號】C09K5/06GK105838334SQ201610270761
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】蔡以兵, 劉偉, 姜愛娟, 臧超, 孫召云, 陳敏, 高為順
【申請人】江蘇箭鹿毛紡股份有限公司