[go: up one dir, main page]

CN106566477A - 一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106566477A
CN106566477A CN201610980108.0A CN201610980108A CN106566477A CN 106566477 A CN106566477 A CN 106566477A CN 201610980108 A CN201610980108 A CN 201610980108A CN 106566477 A CN106566477 A CN 106566477A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
change material
core component
microcapsule
polyurea
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610980108.0A
Other languages
English (en)
Inventor
陆少锋
申天伟
辛成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Polytechnic University
Original Assignee
Xian Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Polytechnic University filed Critical Xian Polytechnic University
Priority to CN201610980108.0A priority Critical patent/CN106566477A/zh
Publication of CN106566477A publication Critical patent/CN106566477A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08Processes
    • C08G18/10Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/30Low-molecular-weight compounds
    • C08G18/32Polyhydroxy compounds; Polyamines; Hydroxyamines
    • C08G18/3203Polyhydroxy compounds
    • C08G18/3206Polyhydroxy compounds aliphatic

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)

Abstract

本发明公开了一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料,包括囊芯材料和包封在其外部的囊壁两部分,囊壁为多元异氰酸酯分别与多元胺及多元醇类化合物反应形成的聚脲/聚氨酯复合树脂,解决了现有技术中的微胶囊壳体致密性及热稳定性不好,使用过程中相变材料容易发生泄漏,使用寿命差等问题。本发明还公开了该相变材料的制备方法,具体按以下步骤实施,步骤1,配制第一溶液,将囊芯组分与多异氰酸酯单体混合均匀形成第一溶液;步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到聚脲/聚氨酯复合囊壁包封相变材料的微胶囊。

Description

一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料及其制备方法
技术领域
本发明属于相变材料微胶囊制备技术领域,涉及一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料,本发明还涉及该复合壳层微胶囊包封相变材料的制备方法。
背景技术
目前能源匮乏危机开始受到世界各地更多的关注。支撑着经济发展的不可再生资源石油和天然气的储量已越来越少,探索环保的可再生新能源和可持续发展新技术已迫在眉睫。相变储能技术凭借其可将不连续的能量储存起来,然后稳定、集中输出的优势受到世界各国越来越多的关注,该项技术能够缓解能源供给与需求在空间和时间上的不匹配性,进而提高能源的利用效率。作为近年来节能领域的研究热点,相变储能技术在电力的“削峰填谷”、太阳能利用、余热和废弃热能的回收利用、空调节能、建筑采暖等诸多领域都具有广阔的应用前景。
相变储能技术以相变材料为基础,具有相变潜热较大,储能密度大的优点,且其是在等温或近似等温条件下发生相变的,在储能和释放能量的过程中,温度和热流基本保持恒定。相变储能技术的具体表现形式之一为相变材料的微胶囊化技术。微胶囊是一种拥有高分子聚合物壳体的微小容器,相变材料微胶囊化可大大地增加有效热交换面积,提高材料的应用性能,还可以防止其腐蚀仪器,方便运输和储存。
目前,微胶囊相变材料的制备方法中应用最多的化学方法是原位聚合和界面聚合法。原位聚合法制备微胶囊相变材料时以三聚氰胺甲醛树脂(MF)、脲醛树脂(UF)作为壁材的研究占大多数,该方法所制备的微胶囊机械强度较高、耐热性能好,然而这两种壁材都存在释放游离甲醛的问题,不利于环境的保护和人体健康。相比于原位聚合法的壁材而言,界面聚合法常采用的聚脲囊壁中无有害的甲醛成分,符合健康环保的绿色要求,因而得到越来越多研究者的青睐。然而,传统的聚脲囊壁一般是由二元异氰酸酯与二元胺反应制备的,研究表明这种聚脲囊壁渗透性较高,所制备的微胶囊稳定性和致密性较差,不能起到良好的防止芯材泄漏的目的,使其应用受到很大限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁微胶囊相变材料,解决了现有技术中的微胶囊壳体致密性及热稳定性不好,使用过程中相变材料容易发生泄漏,使用寿命差等问题。
本发明所采用的技术方案是,一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料,包括囊芯材料和包封在其外部的囊壁两部分,囊壁为多元异氰酸酯分别与多元胺及多元醇类化合物反应形成的聚脲/聚氨酯复合树脂。
本发明的特征还在于,
囊壁为通过二元异氰酸酯与二元胺及含有三个官能度的多元醇类化合物聚合而形成的具有网状结构的聚脲/聚氨酯复合树脂;其中,囊芯材料为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类物质;
其中,含有三个官能度的多元醇类化合物为含有三个及以上羟基的多元醇,优选的为含有三个羟基的丙三醇。
其中,多元胺类化合物是指脂肪族二元胺或多元胺,优选为二乙烯三胺。
本发明的另一目的是提供一种制备上述聚氨酯微胶囊相变材料的方法,该相变材料的壁材具有很高的热稳定性和致密性,这种微胶囊相变材料可以在许多领域用于温度控制介质。
本发明的另一技术方案是,一种制备聚脲/聚氨酯复合壳层包封相变材料的微胶囊的方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1,配制第一溶液,将囊芯组分与多异氰酸酯单体混合均匀形成第一溶液;
步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;
步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到聚脲/聚氨酯复合囊壁包封相变材料的微胶囊。
本发明的特点还在于,
步骤1具体为:
步骤1.1,称取囊芯组分和多异氰酸酯,其中,多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.1~0.5:1;
步骤1.2,将步骤1.1称取的囊芯组分和多异氰酸酯在高于囊芯组分熔点温度5~15℃的条件下进行混合,得到混合均匀的第一溶液。
囊芯组分为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物;多异氰酸酯为脂肪族的二元异氰酸酯。
囊芯组分优选为十六烷、十八烷、硬脂酸丁酯中的一种,所述多异氰酸酯优选的为异佛尔酮二异氰酸酯。
步骤2具体为:
步骤2.1:量取与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液,非反应介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成,蒸馏水的质量为囊芯材料质量的5~10倍,优选为7~8倍。
步骤2.2:将步骤2.1称取的非反应性介质溶液与第一溶液混合,并在高速剪切乳化机上进行乳化,搅拌转速为3000~15000转/分钟,乳化时间为5~15分钟,乳化过程中的温度比囊芯组分的熔点高5~10℃,得到第一溶液的微滴分散体。
乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)中的一种或它们中两种的任意比例混合物。
乳化剂优选为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐,用量优选为,乳化剂与囊芯组分的质量比为0.04~0.1:1。
步骤3具体为:
步骤3.1:在400~800转/分钟的搅拌转速下,向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加水溶性反应单体,即多元醇类化合物的蒸馏水溶液,使其与多异氰酸酯反应形成聚氨酯囊壁,多元醇类化合物的滴加时间控制在20~40分钟,滴加完毕后保温反应30分钟。其中,多元醇类化合物与多异氰酸酯的摩尔比为1~3:1;蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为2~10:1,优选为5:1。
步骤3.2,将步骤3.1的反应浴升温至60℃,继续反应2~3小时。然后滴加一定量的二元胺与多元醇混合物的蒸馏水溶液,使其与剩余的异氰酸根反应,形成致密的聚脲/聚氨酯复合囊壁。其中,二元胺与多元醇混合物摩尔比例为0.5~3:1,该混合物与多异氰酸酯的摩尔比为0.3~1:1;蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为2~10:1,优选为5:1。
步骤3.3,将步骤3.2的反应浴升温至80℃,继续反应2~4小时。然后降温,出料。
多元醇类化合物是含有三个及以上羟基的多元醇,优选的为含有三个羟基的丙三醇。
其中,多元胺类化合物是指脂肪族二元胺或多元胺,优选为二乙烯三胺。
本发明的有益效果是,本发明提供一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊的制备方法。其优点在于,采用二元异氰酸酯分别与一种含有三官能度的多元醇及二元胺反应制备一种具有三元网状结构囊壁的微胶囊。从而使所制备微胶囊的壳体更加坚固致密,能够更好地起到保护芯材的作用,从而使所制备微胶囊的稳定性和致密性大大提高;本发明可以解决界面聚合法制备的微胶囊相变材料致密性和热稳定性较差的问题,所制备的微胶囊克服了固液相变材料在反复使用过程中易出现的相变材料泄漏等问题,同时制备的微胶囊不含甲醛等有害成分,价格低廉,制备工艺简单,性能稳定,壳体坚固致密,使用寿命长。
附图说明
图1是利用本发明的方法,以极性化合物硬脂酸丁酯为芯材所制备微胶囊相变材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料,包括囊芯材料和包裹在其外部的囊壁两部分,囊壁为多元异氰酸酯分别与多元醇及多元胺类化合物反应形成的聚脲/聚氨酯复合壳层的树脂,优选的,囊壁为通过二元异氰酸酯与含有三个官能度的多元醇类及二元胺化合物聚合而形成的具有三元网状结构的聚脲/聚氨酯树脂;
其中,囊芯材料为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物;
其中,多元醇类化合物为含有三个及以上羟基的多元醇,优选的为含有三个羟基的丙三醇。
其中,多元胺类化合物是指脂肪族二元胺或多元胺,优选为二乙烯三胺。
囊壁的形成是通过界面聚合的方法达到的,这种网状结构的囊壁具有良好地致密性,可以对囊芯物质起到很好的保护作用。
一种聚脲/聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1,配制第一溶液,将囊芯组分与油溶性单体多异氰酸酯混合均匀形成第一溶液,具体按照如下步骤实施:
步骤1.1,称取囊芯组分和多异氰酸酯,其中,多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.1~0.5:1;
囊芯组分为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物;囊芯组分优选为十六烷、十八烷、硬脂酸丁酯中的一种。
多异氰酸酯为脂肪族的二元异氰酸酯。所述多异氰酸酯优选的为异佛尔酮二异氰酸酯。
步骤1.2,将步骤1.1称取的囊芯组分和多异氰酸酯在高于囊芯组分熔点温度5~15℃的条件下进行混合,得到混合均匀的第一溶液。
步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;
具体的步骤为:
步骤2.1:量取与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液,非反应介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成,蒸馏水的质量为囊芯材料质量的5~10倍,优选为7~8倍。
乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)中的一种或它们中两种的任意比例混合物。
乳化剂优选为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐,用量优选为,乳化剂与囊芯组分的质量比为0.04~0.1:1。
步骤2.2:将步骤2.1称取的非反应性介质溶液与第一溶液混合,并在高速剪切乳化机上进行乳化,搅拌转速为3000~15000转/分钟,乳化时间为5~15分钟,乳化过程中的温度比囊芯组分的熔点高5~10℃,得到第一溶液的微滴分散体。
步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到聚脲/聚氨酯复合囊壁包封相变材料的微胶囊;
具体的步骤为:
步骤3.1:在400~800转/分钟的搅拌转速下,向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加水溶性反应单体,即多元醇类化合物的蒸馏水溶液,使其与多异氰酸酯反应形成微胶囊囊壁,多元醇类化合物的滴加时间控制在20~40分钟,滴加完毕后保温反应30分钟。其中,多元醇类化合物与多异氰酸酯的摩尔比为1~3:1;蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为2~10:1,优选为5:1。
多元醇类化合物是含有三个及以上羟基的多元醇,优选的为含有三个羟基的丙三醇。
步骤3.2,将步骤3.1的反应浴升温至60℃,继续反应2~3小时。然后滴加一定量的二元胺与多元醇混合物的蒸馏水溶液,使其与剩余的异氰酸根反应,形成致密的聚脲/聚氨酯复合囊壁。其中,二元胺与多元醇混合物摩尔比例为0.5~3:1,该二元胺与多元醇混合物与多异氰酸酯的摩尔比为0.3~1:1;蒸馏水的用量和该二元胺与多元醇混合物的质量比为2~10:1,优选为5:1。
其中,多元胺类化合物是指脂肪族二元胺或多元胺,优选为二乙烯三胺。
步骤3.3,将步骤3.2的反应浴升温至80℃,继续反应2~4小时。然后降温,出料。
实施例1
制备网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料,具体按照以下步骤实施:
步骤1,将囊芯组分与多异氰酸酯混合均匀形成第一溶液,具体按照如
下步骤实施:
步骤1.1,称取囊芯组分硬脂酸丁酯和多异氰酸酯,其中,多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.1:1;多异氰酸酯选用异佛尔酮二异氰酸酯;
步骤1.2,将步骤1.1称取的硬脂酸丁酯和异佛尔酮二异氰酸酯在高于囊芯组分熔点10℃的条件下进行混合,得到混合均匀的第一溶液。
步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;
步骤2.1,配制与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液,非反应性介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成,乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐,乳化剂与囊芯组分的质量比为0.04:1,蒸馏水的质量为囊芯组份质量的5倍。
步骤2.2,将步骤2.1配制的非反应性介质溶液与第一溶液混合,并在高速剪切乳化机上进行乳化,搅拌转速为3000转/分钟,乳化时间为15分钟,乳化浴温度为32℃(比囊芯组分硬脂酸丁酯的熔点高10℃),得到第一溶液的微滴分散体。
步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到一种网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料。
步骤3.1,在400转/分钟的搅拌转速下,向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加多元醇类化合物的蒸馏水溶液,使其与多异氰酸酯反应形成微胶囊囊壁,多元醇类化合物的滴加时间控制在40分钟,滴加完毕后继续保温反应30分钟。其中多元醇类化合物选用丙三醇,丙三醇与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1:1,蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为2:1。
步骤3.2,将步骤3.1的反应浴升温至60℃,继续反应3小时。然后滴加一定量的二元胺与多元醇混合物的蒸馏水溶液,使其与剩余的异氰酸根反应,形成致密的聚脲/聚氨酯复合囊壁。其中,二元胺与多元醇混合物摩尔比例为0.5:1。二元胺类化合物选用二乙烯三胺,该二元胺与多元醇混合物和多异氰酸酯的摩尔比为0.5:1;蒸馏水的用量和该二元胺与多元醇混合物的质量比为5:1。
步骤3.3,将步骤3.2的反应浴升温至80℃,继续反应2小时,使多异氰酸酯充分反应,壳体更加牢固致密。然后降温,出料。
实施例2
制备网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料,具体按照以下步骤实施:
步骤1,将囊芯组分与多异氰酸酯混合均匀形成第一溶液,具体按照如
下步骤实施:
步骤1.1,称取囊芯组分十八烷和多异氰酸酯,其中,多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.5:1;多异氰酸酯选用异佛尔酮二异氰酸酯;
步骤1.2,将步骤1.1称取的十八烷和异佛尔酮二异氰酸酯在高于囊芯组分熔点5℃的条件下进行混合,得到混合均匀的第一溶液。
步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;
步骤2.1,配制与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液,非反应性介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成,乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐与十二烷基苯磺酸钠的等质量复配物,乳化剂与囊芯组分的质量比为0.05:1,蒸馏水的质量为囊芯组份质量的7倍。
步骤2.2,将步骤2.1配制的非反应性介质溶液与第一溶液混合,并在高速剪切乳化机上进行乳化,搅拌转速为5000转/分钟,乳化时间为10分钟,乳化浴温度为33℃(比囊芯组分十八烷的熔点高5℃),得到第一溶液的微滴分散体。
步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到一种网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料。
步骤3.1,在600转/分钟的搅拌转速下,向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加多元醇类化合物的蒸馏水溶液,使其与多异氰酸酯反应形成微胶囊囊壁,多元醇类化合物的滴加时间控制在20分钟,滴加完毕后继续保温反应30分钟。其中多元醇类化合物选用丙三醇,丙三醇与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为2:1,蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为6:1。
步骤3.2,将步骤3.1的反应浴升温至60℃,继续反应3小时。然后滴加一定量的二元胺与多元醇混合物的蒸馏水溶液,使其与剩余的异氰酸根反应,形成致密的聚脲/聚氨酯复合囊壁。其中,二元胺与多元醇混合物摩尔比例为3:1。二元胺类化合物选用二乙烯三胺,该二元胺与多元醇的混合物和多异氰酸酯的摩尔比为1:1;蒸馏水的用量和该二元胺与多元醇混合物的质量比为10:1。
步骤3.3,将步骤3.2的反应浴升温至80℃,继续反应4小时,使多异氰酸酯充分反应,壳体更加牢固致密。然后降温,出料。
实施例3
制备网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料,具体按照以下步骤实施:
步骤1,将囊芯组分与多异氰酸酯混合均匀形成第一溶液,具体按照如下步骤实施:
步骤1.1,称取囊芯组分十六烷和多异氰酸酯,其中,多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.5:1;多异氰酸酯选用异佛尔酮二异氰酸酯;
步骤1.2,将步骤1.1称取的十八烷和异佛尔酮二异氰酸酯在高于囊芯组分熔点10℃的条件下进行混合,得到混合均匀的第一溶液。
步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;
步骤2.1,配制与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液,非反应性介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成,乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10),乳化剂与囊芯组分的质量比为0.1:1,蒸馏水的质量为囊芯组份质量的8倍。
步骤2.2,将步骤2.1配制的非反应性介质溶液与第一溶液混合,并在高速剪切乳化机上进行乳化,搅拌转速为7000转/分钟,乳化时间为8分钟,乳化浴温度为28℃(比囊芯组分十八烷的熔点高10℃),得到第一溶液的微滴分散体。
步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到一种网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料。
步骤3.1,在800转/分钟的搅拌转速下,向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加多元醇类化合物的蒸馏水溶液,使其与多异氰酸酯反应形成微胶囊囊壁,多元醇类化合物的滴加时间控制在20分钟,滴加完毕后继续保温反应30分钟。其中多元醇类化合物选用丙三醇,丙三醇与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1.5:1,蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为10:1。
步骤3.2,将步骤3.1的反应浴升温至60℃,继续反应2.5小时。然后滴加一定量的二元胺与多元醇混合物的蒸馏水溶液,使其与剩余的异氰酸根反应,形成致密的聚脲/聚氨酯复合囊壁。其中,二元胺与多元醇混合物摩尔比例为1:1。二元胺类化合物选用二乙烯三胺,该二元胺与多元醇混合物和多异氰酸酯的摩尔比为0.5:1;蒸馏水的用量和该二元胺与多元醇混合物的质量比为8:1。
步骤3.3,将步骤3.2的反应浴升温至80℃,继续反应3小时,使多异氰酸酯充分反应,壳体更加牢固致密。然后降温,出料。
实施例4
制备网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料,具体按照以下步骤实施:
步骤1,将囊芯组分与多异氰酸酯混合均匀形成第一溶液,具体按照如
下步骤实施:
步骤1.1,称取囊芯组分硬脂酸丁酯和多异氰酸酯,其中,多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.5:1;多异氰酸酯选用异佛尔酮二异氰酸酯;
步骤1.2,将步骤1.1称取的硬脂酸丁酯和异佛尔酮二异氰酸酯在高于囊芯组分熔点15℃的条件下进行混合,得到混合均匀的第一溶液。
步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;
步骤2.1,配制与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液,非反应性介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成,乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐,乳化剂与囊芯组分的质量比为0.06:1,蒸馏水的质量为囊芯组份质量的7.5倍。
步骤2.2,将步骤2.1配制的非反应性介质溶液与第一溶液混合,并在高速剪切乳化机上进行乳化,搅拌转速为15000转/分钟,乳化时间为5分钟,乳化浴温度为30℃(比囊芯组分硬脂酸丁酯的熔点高8℃),得到第一溶液的微滴分散体。
步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到一种网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料。
步骤3.1,在600转/分钟的搅拌转速下,向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加多元醇类化合物的蒸馏水溶液,使其与多异氰酸酯反应形成微胶囊囊壁,多元醇类化合物的滴加时间控制在30分钟,滴加完毕后继续保温反应30分钟。其中多元醇类化合物选用丙三醇,丙三醇与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为3:1,蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为5:1。
步骤3.2,将步骤3.1的反应浴升温至60℃,继续反应3小时。然后滴加一定量的二元胺与多元醇混合物的蒸馏水溶液,使其与剩余的异氰酸根反应,形成致密的聚脲/聚氨酯复合囊壁。其中,二元胺与多元醇混合物摩尔比例为2:1。二元胺类化合物选用二乙烯三胺,该二元胺与多元醇混合物和多异氰酸酯的摩尔比为0.3:1;蒸馏水的用量和该二元胺与多元醇混合物的质量比为6:1。
步骤3.3,将步骤3.2的反应浴升温至80℃,继续反应2小时,使多异氰酸酯充分反应,壳体更加牢固致密。然后降温,出料。
实施例5
制备网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料,具体按照以下步骤实施:
步骤1,将囊芯组分与多异氰酸酯混合均匀形成第一溶液,具体按照如
下步骤实施:
步骤1.1,称取囊芯组分十八烷和多异氰酸酯,其中,多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.3:1;多异氰酸酯选用异佛尔酮二异氰酸酯;
步骤1.2,将步骤1.1称取的十八烷和异佛尔酮二异氰酸酯在高于囊芯组分熔点15℃的条件下进行混合,得到混合均匀的第一溶液。
步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;
步骤2.1,配制与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液,非反应性介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成,乳化剂为十二烷基苯磺酸钠,乳化剂与囊芯组分的质量比为0.08:1,蒸馏水的质量为囊芯组份质量的10倍。
步骤2.2,将步骤2.1配制的非反应性介质溶液与第一溶液混合,并在高速剪切乳化机上进行乳化,搅拌转速为10000转/分钟,乳化时间为8分钟,乳化浴温度为35℃(比囊芯组分十八烷的熔点高7℃),得到第一溶液的微滴分散体。
步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到一种网状结构聚脲/聚氨酯复合壳层囊壁的微胶囊相变材料。
步骤3.1,在800转/分钟的搅拌转速下,向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加多元醇类化合物的蒸馏水溶液,使其与多异氰酸酯反应形成微胶囊囊壁,多元醇类化合物的滴加时间控制在20分钟,滴加完毕后继续保温反应30分钟。其中多元醇类化合物选用丙三醇,丙三醇与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为2.5:1,蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为5:1。
步骤3.2,将步骤3.1的反应浴升温至60℃,继续反应2小时。然后滴加一定量的二元胺与多元醇混合物的蒸馏水溶液,使其与剩余的异氰酸根反应,形成致密的聚脲/聚氨酯复合囊壁。其中,二元胺与多元醇混合物摩尔比例为2:1。二元胺类化合物选用二乙烯三胺,该二元胺与多元醇混合物和多异氰酸酯的摩尔比为0.6:1;蒸馏水的用量和该二元胺与多元醇混合物的质量比为2:1。
步骤3.3,将步骤3.2的反应浴升温至80℃,继续反应2.5小时,使多异氰酸酯充分反应,壳体更加牢固致密。然后降温,出料。
本发明提供了一种微胶囊相变材料及其制备方法,这种微胶囊材料的独特性在于其囊壁是一种具有三元网状结构的聚脲/聚氨酯复合囊壁。这种复合壳层囊壁的形成分两步进行,首先是采用二元异氰酸酯与含有三个醇羟基的多元醇反应制备网状结构聚氨酯囊壁,其次是反应一定时间后加入一定量的二元胺与多元醇化合物的混合物进行扩链改性,使该混合物与剩余的异氰酸根继续反应形成聚脲囊壁,最终形成的微胶囊囊壁是一种聚脲/聚氨酯复合壳层的囊壁。这种网状复合结构囊壁的优点在于其具有良好的致密性和热稳定性,可以对囊芯物质起到很好的保护作用,避免囊芯物质在使用过程中发生不必要的泄漏,从而使其应用性能和使用寿命得到提高。这种网状复合结构囊壁特别适合于对芯材包封完全、渗漏性要求较低的物质的包封,尤其是适合于对相变材料的包封。因此,本发明可以解决界面聚合法制备的微胶囊相变材料致密性和热稳定性较差的问题,所制备的微胶囊克服了固液相变材料在反复使用过程中易出现的相变材料泄漏等问题,同时制备的微胶囊不含甲醛等有害成分,价格低廉,制备工艺简单,性能稳定,壳体坚固致密,使用寿命长。

Claims (10)

1.一种聚氨酯微胶囊相变材料,其特征在于,包括囊芯材料和包封在其外部的囊壁两部分,囊壁为多元异氰酸酯分别与多元醇类化合物及多元胺类化合物反应形成的聚脲/聚氨酯复合壳层树脂。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯微胶囊相变材料,其特征在于,其中,囊壁为通过二元异氰酸酯与含有三个官能度的多元醇类化合物及二元胺聚合而形成的具有三元网状结构的聚脲/聚氨酯树脂;其中,所述的囊芯材料为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯微胶囊相变材料,其特征在于,其中,所述的含有三个官能度的多元醇类化合物为含有三个羟基的丙三醇。
4.一种制备权利要求1所述的聚氨酯微胶囊包封相变材料的方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1,配制第一溶液,将囊芯组分与多异氰酸酯单体混合均匀形成第一溶液;
步骤2,制备第一溶液的微滴分散体;
步骤3,单体聚合形成微胶囊,得到聚脲/聚氨酯复合囊壁包封相变材料的微胶囊。
5.根据权利要求4所述的聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法,其特征在于,所述的步骤1具体为:
步骤1.1,称取囊芯组分和多异氰酸酯,其中,所述的多异氰酸酯与囊芯组分的质量比为0.1~0.6:1;
步骤1.2,将步骤1.1称取的囊芯组分和多异氰酸酯在高于囊芯组分熔点温度10~15℃的条件下进行混合,得到混合均匀的第一溶液。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法,其特征在于,所述的囊芯组分为低熔点的脂肪酸酯或石蜡烃类化合物;多异氰酸酯为脂肪族的二元异氰酸酯;所述的囊芯组分优选为十六烷、十八烷、硬脂酸丁酯中的一种,所述多异氰酸酯优选的为异佛尔酮二异氰酸酯。
7.根据权利要求4所述的聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法,其特征在于,所述的步骤2具体为:
步骤2.1:量取与步骤1中制备的第一溶液不相溶的非反应性介质溶液,非反应介质溶液由乳化剂和蒸馏水配制而成,蒸馏水的质量为囊芯材料质量的5~10倍,优选为7~8倍;
步骤2.2:将步骤2.1称取的非反应性介质溶液与第一溶液混合,并在高速剪切乳化机上进行乳化,搅拌转速为3000~15000转/分钟,乳化时间为5~15分钟,乳化过程中的温度比囊芯组分的熔点高5~10℃,得到第一溶液的微滴分散体。
8.根据权利要求6所述的聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法,其特征在于,所述的乳化剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)中的一种或它们中两种的任意比例混合物;
所述的乳化剂优选为苯乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐,用量优选为,乳化剂与囊芯组分的质量比为0.04~0.1:1。
9.根据权利要求2所述的聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法,其特征在于,所述的步骤3具体为:
步骤3.1:在400~800转/分钟的搅拌转速下,向步骤2中得到的第一溶液的分散体中滴加水溶性反应单体,即多元醇类化合物的蒸馏水溶液,使其与多异氰酸酯反应形成微胶囊囊壁,多元醇类化合物的滴加时间控制在20~40分钟,滴加完毕后保温反应30分钟。其中,多元醇类化合物与多异氰酸酯的摩尔比为1~2:1;蒸馏水的用量与多元醇类化合物的质量比为2~10:1,优选为5:1;
步骤3.2,将步骤3.1的反应浴升温至60℃,继续反应2~3小时。然后滴加一定量的二元胺与多元醇混合物的蒸馏水溶液,使其与剩余的异氰酸根反应,形成致密的聚脲/聚氨酯复合囊壁;
其中,二元胺与多元醇混合物摩尔比例为0.5~3:1,该二元胺与多元醇混合物和多异氰酸酯的摩尔比为0.3~1:1;蒸馏水的用量和该二元胺与多元醇混合物的质量比为2~10:1,优选为5:1;
步骤3.3,将步骤3.2的反应浴升温至80℃,继续反应2~4小时。然后降温,出料。
10.根据权利要求9所述的聚氨酯微胶囊包封相变材料的制备方法,其特征在于,所述的多元醇类化合物是含有三个及以上羟基的多元醇,优选的为含有三个羟基的丙三醇;所述的多元胺类化合物是指脂肪族二元胺或多元胺,优选的为二乙烯三胺。
CN201610980108.0A 2016-11-08 2016-11-08 一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料及其制备方法 Pending CN106566477A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610980108.0A CN106566477A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610980108.0A CN106566477A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106566477A true CN106566477A (zh) 2017-04-19

Family

ID=58540445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610980108.0A Pending CN106566477A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106566477A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107200826A (zh) * 2017-05-09 2017-09-26 西安工程大学 一种新型网状结构囊壁微胶囊相变材料的制备方法
CN108893096A (zh) * 2018-06-12 2018-11-27 陕西纤润调温材料研究开发有限公司 一种毛蛋白相变储能微胶囊浆料及其制备方法与应用
CN109126653A (zh) * 2018-08-29 2019-01-04 常州大学 一种以聚氨酯为壁材的相变微胶囊的制备方法
CN109529736A (zh) * 2019-01-09 2019-03-29 天津工业大学 一种聚脲胶囊的制备方法
CN109679584A (zh) * 2018-12-10 2019-04-26 西安工程大学 一种多组分网状壳体相变微胶囊及其制备方法
CN111013506A (zh) * 2019-12-30 2020-04-17 杭州传化精细化工有限公司 一种囊壁可降解的小分子防老剂微胶囊乳液及其制备方法和应用
CN113249095A (zh) * 2021-05-10 2021-08-13 上海儒熵新能源科技有限公司 一种具有储能及防腐功能的双层壳体纳米微胶囊制备方法
CN114130319A (zh) * 2021-10-18 2022-03-04 武汉中科先进技术研究院有限公司 一种电子墨水微胶囊、电子墨水及制备方法
CN114395098A (zh) * 2022-01-27 2022-04-26 西安石油大学 一种聚脲化合物及其制备方法
CN115103719A (zh) * 2019-12-05 2022-09-23 西姆莱斯股份公司 基于天然氨基酸的经封装的香味剂
CN116949623A (zh) * 2023-06-15 2023-10-27 哈尔滨工业大学 一种核壳结构导电纤维及其制备方法与在热管理织物中的应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105381767A (zh) * 2015-11-11 2016-03-09 西安工程大学 一种聚氨酯微胶囊包封相变材料及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105381767A (zh) * 2015-11-11 2016-03-09 西安工程大学 一种聚氨酯微胶囊包封相变材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周艳思等: "界面聚合双层蓄热保温微胶囊的试验研究", 《印染助剂》 *
陆少锋等: "界面聚合聚脲/聚氨酯双层微胶囊", 《高分子材料科学与工程》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107200826A (zh) * 2017-05-09 2017-09-26 西安工程大学 一种新型网状结构囊壁微胶囊相变材料的制备方法
CN108893096A (zh) * 2018-06-12 2018-11-27 陕西纤润调温材料研究开发有限公司 一种毛蛋白相变储能微胶囊浆料及其制备方法与应用
CN109126653A (zh) * 2018-08-29 2019-01-04 常州大学 一种以聚氨酯为壁材的相变微胶囊的制备方法
CN109679584A (zh) * 2018-12-10 2019-04-26 西安工程大学 一种多组分网状壳体相变微胶囊及其制备方法
CN109529736A (zh) * 2019-01-09 2019-03-29 天津工业大学 一种聚脲胶囊的制备方法
CN115103719A (zh) * 2019-12-05 2022-09-23 西姆莱斯股份公司 基于天然氨基酸的经封装的香味剂
CN111013506B (zh) * 2019-12-30 2022-04-19 杭州传化精细化工有限公司 一种囊壁可降解的小分子防老剂微胶囊乳液及其制备方法和应用
CN111013506A (zh) * 2019-12-30 2020-04-17 杭州传化精细化工有限公司 一种囊壁可降解的小分子防老剂微胶囊乳液及其制备方法和应用
CN113249095A (zh) * 2021-05-10 2021-08-13 上海儒熵新能源科技有限公司 一种具有储能及防腐功能的双层壳体纳米微胶囊制备方法
CN113249095B (zh) * 2021-05-10 2022-05-10 上海儒熵新能源科技有限公司 一种具有储能及防腐功能的双层壳体纳米微胶囊制备方法
CN114130319A (zh) * 2021-10-18 2022-03-04 武汉中科先进技术研究院有限公司 一种电子墨水微胶囊、电子墨水及制备方法
CN114130319B (zh) * 2021-10-18 2024-04-02 武汉中科先进材料科技有限公司 一种电子墨水微胶囊、电子墨水及制备方法
CN114395098A (zh) * 2022-01-27 2022-04-26 西安石油大学 一种聚脲化合物及其制备方法
CN116949623A (zh) * 2023-06-15 2023-10-27 哈尔滨工业大学 一种核壳结构导电纤维及其制备方法与在热管理织物中的应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106566477A (zh) 一种聚脲/聚氨酯复合壳层微胶囊相变材料及其制备方法
CN106753253A (zh) 环保型聚脲/聚氨酯囊壁微胶囊相变材料及其制备方法
CN102732225B (zh) 建材用蓄热保温微胶囊及其制备方法
CN107200826A (zh) 一种新型网状结构囊壁微胶囊相变材料的制备方法
CN103224601B (zh) 一种石蜡/聚氨酯固-固复合双相变储能材料的制备方法
CN105381767B (zh) 一种聚氨酯微胶囊包封相变材料及其制备方法
CN1986721B (zh) 以链烷烃或石蜡为芯材的双壳层微胶囊相变材料及其制备方法
CN103805143B (zh) 一种具有芳香气味的相变材料微胶囊及其制备方法
CN111359554B (zh) 一种大粒径聚氨酯相变微胶囊及其制备方法
Wang et al. Review of encapsulated salt hydrate core-shell phase change materials
CN100551991C (zh) 一种碳酸熔融盐传热蓄热介质及其制备方法与应用
CN104190336B (zh) 三层壳体包封相变材料的微胶囊及其制备方法
CN103464066B (zh) 一种相变材料微胶囊的制备方法
CN101429423A (zh) 一种纳米复合相变材料及制备方法
CN107096475B (zh) 一种具有聚氨酯网状结构的相变微胶囊及其制备方法
CN102311720A (zh) 一种相变储能胶囊及其制备方法
CN106010458B (zh) 一种磁热-光热双驱能量转换与存储的聚合物纳米复合相变储能材料及其制备方法
CN109679584A (zh) 一种多组分网状壳体相变微胶囊及其制备方法
CN111518517A (zh) 一种有机相变微胶囊、有机相变微胶囊复合散热材料及其制备方法
CN105733518A (zh) 一体式储能结构、制备方法和用途
Sonare et al. Review on applications of microencapsulated phase change material in buildings for thermal storage system
CN108251067B (zh) 基于氧化石墨烯二氧化钛包覆石蜡的相变流体及其制备方法
CN110204751A (zh) 一种相变材料柔性膜的制备方法
CN113355055A (zh) 一种高相变焓微胶囊及其制备方法
CN110961054B (zh) 一种用于高电压环境复合相变微胶囊型流体及制备与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170419