專利名稱：建材用蓄熱保溫微膠囊及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄熱保溫微膠囊的制備技術(shù)及其在建筑材料上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
自從20世紀70年代爆發(fā)能源危機以來，發(fā)展可再生能源越來越受到各國的重視，對可持續(xù)能源和可再生資料的研究已經(jīng)成為全球的熱點。熱儲能系統(tǒng)可以用來儲存能量，同時可以減少能源使用對環(huán)境的影響，為能源供應(yīng)與需求之間的矛盾提供了一個很好的解決方案。
微膠囊化指將微小粒子用成膜材料進行包覆，或嵌入到同質(zhì)或異質(zhì)矩陣中，形成微膠囊，賦予這些微膠囊新特性的一項技術(shù)。相變材料微膠囊是利用微膠囊化技術(shù)，將特定相變溫度范圍的相變材料微粒用有機化合物或高分子化合物以物理或化學(xué)方法用一層或幾層性能溫度的高分子膜封裝起來，形成直徑在I lOOym的顆粒，相變過程中膠囊內(nèi)的相變材料發(fā)生固-液相變。而外層始終保持為固態(tài)，因此在宏觀上為固態(tài)顆粒，防止了液態(tài)的流動，改善了加工性能。相變材料微膠囊增大了相變材料的比表面積，傳熱面積變大，提高了使用效率；減小相變材料受周圍環(huán)境的影響，避免在相變過程中發(fā)生過冷和相分離現(xiàn)象，提高了相變材料的穩(wěn)定性；發(fā)生相變時控制存儲材料的體積，改善了相變材料的加工性能。正是由于相變材料微膠囊的出色性能，其廣泛應(yīng)用到微機電系統(tǒng)、紡織和建筑材料等。例如CN1657587A中國發(fā)明專利公開了以三聚氰胺改性脲醛樹脂通過原位聚合法對相變石蠟進行微膠囊化，可以避免相變材料相變時泄漏外溢，但是其產(chǎn)物中殘留部分甲醛，且制備工藝復(fù)雜。例如CN101670256A中國發(fā)明專利公開了以一定量的相變材料與聚合物單體混合通過界面聚合法制備微膠囊，制備過程中不需加入引發(fā)劑，方法較簡單，但是制備的微膠囊機械強度較低，導(dǎo)熱性較差。雙層壁相對于單層壁蓄熱保溫微膠囊機械強度較高，化學(xué)穩(wěn)定性較好。如尚建麗等報道了用甲苯一 2，4 二異氰酸酯和乙二醇作為聚合單體制備內(nèi)層壁材，以甲苯一 2，4 二異氰酸酯和乙二胺作為聚合單體制備外層壁材從而制得建筑用雙層微膠囊(界面聚合法制備微膠囊相變材料的試驗研究，材料導(dǎo)報研究篇，2010年3月(下)第24卷第3期)。但建材用蓄熱保溫微膠囊對機械強度的要求很高，因為只有機械強度高，材料的耐久性好，才不易發(fā)生內(nèi)部相變材料的泄露，才能更有效長久地發(fā)揮智能控溫的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利要解決的技術(shù)問題是提供一種外殼機械強度和耐久性更好，不易發(fā)生內(nèi)部相變材料泄漏的蓄熱保溫微膠囊及其制備方法。一種蓄熱保溫微膠囊，由雙層壁材和其包覆的有機相變芯材構(gòu)成，其特征在于內(nèi)層壁材以甲苯二異氰酸酯和聚乙二醇為聚合單體，通過界面聚合包裹芯材；外層壁材以甲苯二異氰酸酯和二乙烯三胺、乙二胺或哌嗪等為聚合單體，通過界面聚合包裹內(nèi)層核殼。考慮到單獨購買甲苯一 2，4 二異氰酸酯成本高，因此購買的甲苯二異氰酸酯是甲苯一 2，4 二異氰酸酯、甲苯一 2，6 二異氰酸酯的混合物，其中甲苯一 2，4 二異氰酸酯含量也很聞?？紤]到適用環(huán)境及材料的相變點溫度，選用有機相變材料是碳原子個數(shù)為12-30的直鏈烷烴、精制石蠟和半精制石蠟中的一種或幾種的混合物。向有機相變材料中加入質(zhì)量0. 1% 0. 4%的400 800目石墨，一起和芯材加熱融化，均勻混合，提高芯材的熱傳導(dǎo)性。當(dāng)添加質(zhì)量小于0. 1%時，導(dǎo)熱效果不明顯；當(dāng)添加質(zhì)量大于0. 4%時，其相變區(qū)間很不明顯，且加熱后狀態(tài)非常粘稠，影響傳熱的均勻性。所述的聚乙二醇的平均分子量為400 1000。當(dāng)平均分子量小于400時，反應(yīng)得到的聚合物分子鏈過短，分散效果不好；當(dāng)平均分子量大于1000時，反應(yīng)得到的聚合物分子鏈過長，在剪切過程中對溶液的增稠作用明顯，影響體系穩(wěn)定性。所述的蓄熱保溫微膠囊的制備方法，具有如下工藝步驟a.取相變材料芯材，添加芯材質(zhì)量0. 1% 0.4%的400 800目石墨，一起加熱直到相變材料融化；控制溫度在30 40°C，將浴I (改性芯材、甲苯二異氰酸酯、聚乙二醇質(zhì)量比為I :0. 48 I. 11:0. 16 0.37)加入到浴II (蒸餾水和乳化劑質(zhì)量比為I :0. 03 0. 06中，10000 13000rpm高速均化，以350 500rpm攪拌0. 5 lh，聚合內(nèi)層壁材。乳化劑選自苯乙烯馬來酸酐、十二烷基硫酸鈉等陰離子乳化劑。b.往a中加入總質(zhì)量的I. 6% 2. 0%的擴鏈劑，升溫至50 60°C，攪拌條件下加入浴IIK蒸餾水和二乙烯三胺I :0. 13 0. 17，保溫I 2h，聚合外層壁材。聚合完成后，水洗，抽濾，干燥。擴鏈劑如1，4_ 丁二醇、1，3_ 丁二醇等。c.將制備好的微膠囊分散到硅溶膠中(正硅酸乙酯，無水乙醇，磷酸酯偶聯(lián)劑質(zhì)量比為I :I. 05 I. 84 :0. 16 0. 3,調(diào)體系pH至3 4,恒溫水解,機械攪拌條件下反應(yīng)2 3小時。減壓蒸餾蒸發(fā)掉體系的乙醇，過濾，真空干燥，制得納米二氧化硅改性的蓄熱保溫微膠囊。磷酸酯偶聯(lián)劑選自AG-610、PR0-90、DN-27。制備內(nèi)壁層時溫度要控制在30 40°C，該溫度范圍內(nèi)制備的雙層微膠囊排布整齊、表面光滑，且機械強度較高。甲苯二異氰酸酯本身特點為其中一個異氰酸根的反應(yīng)活性較低，所述的甲苯二異氰酸酯與聚乙二醇的初始配比選擇3 1較適宜。步驟a反應(yīng)0. 5 Ih后加入一定量的擴鏈劑，提高聚合物的分子量。本專利減少擴鏈劑的用量，可以促使殘留的一NCO與一NHCOO-上的-H產(chǎn)生支化點，提高斷裂伸長率，從而提高機械強度。將所制備的蓄熱保溫微膠囊應(yīng)用于建筑材料，混合于水性涂料或膩子中，或者與水泥、灰漿、石灰、石膏、礦渣、礦棉、纖維類、建筑砂或混凝土制成外墻體恒溫層。本發(fā)明專利簡易、高效地包覆了有機相變材料，并將其應(yīng)用在建筑材料中。改性微膠囊外層壁材，使微膠囊具有親水性，可以應(yīng)用于水溶性涂料中。本專利雙層蓄熱保溫微膠囊制備工藝簡單，具有較好的機械強度，較好的導(dǎo)熱性能和熱穩(wěn)定性，原料便宜且來源廣泛，易于工業(yè)化推廣。


圖I石蠟(曲線I)和微膠囊被測樣(曲線2)的傅立葉紅外光譜圖、
圖2蓄熱保溫微膠囊的SEM3蓄熱保溫微膠囊粒徑4石蠟和雙層微膠囊的DSC圖，圖中虛線2表示微膠囊、實線I表示石蠟圖5石蠟與雙層微膠囊熱重分析6步驟I溫度28 0C所得產(chǎn)品電鏡7實施例I所得產(chǎn)品電鏡8步驟I溫度42 V所得產(chǎn)品電鏡圖
具體實施例方式通過以下實施操作和實施例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實施例I 4本發(fā)明雙層微膠囊的制備取有機相變芯材，添加一定量的400 800目石墨，一起加熱直到芯材融化；a.控制溫度在30 40°C，將浴1(改性芯材、甲苯二異氰酸酯、聚乙二醇質(zhì)量比為I :0. 48 I. 11:0. 16 0.37)加入到浴II (蒸餾水和乳化劑質(zhì)量比為I :0. 02 0.3)中，10000 13000rpm高速均化，以350 500rpm攪拌0. 5 lh，聚合內(nèi)層壁材。b.往a中加入總質(zhì)量的1% I. 4%的擴鏈劑1，4- 丁二醇，升溫至50 60°C，攪拌條件下加入浴III (蒸餾水和二乙烯三胺I :0. 06 0. 28)，保溫I 2h，聚合外層壁材。聚合完成后，水洗，抽濾，干燥。c.將制備好的微膠囊分散到硅溶膠中(正硅酸乙酯，無水乙醇，磷酸酯偶聯(lián)劑AG-610質(zhì)量比為I : I. 05 I. 84 0. 16 0. 3，調(diào)體系pH至3 4，恒溫水解，機械攪拌條件下反應(yīng)2 3小時。減壓蒸餾蒸發(fā)掉體系的乙醇，過濾，真空干燥，制得納米二氧化硅改性的蓄熱保溫微膠囊。將所制備的蓄熱保溫微膠囊混合于水性涂料或膩子中，或者與水泥、灰漿、石灰、石膏、礦渣、礦棉、纖維類、建筑砂或混凝土制成外墻體恒溫層。表I微膠囊制備的投料量
權(quán)利要求
1.一種蓄熱保溫微膠囊，由雙層壁材和其包覆的有機相變芯材構(gòu)成，其特征在于內(nèi)層壁材以甲苯二異氰酸酯和聚乙二醇為聚合單體，通過界面聚合包裹芯材；外層壁材以甲苯二異氰酸酯和二乙烯三胺、乙二胺或哌嗪等為聚合單體，通過界面聚合包裹內(nèi)層核殼。
2.權(quán)利要求I所述的蓄熱保溫微膠囊，其特征是聚乙二醇的平均分子量為400 .1000。
3.權(quán)利要求I或我所述的蓄熱保溫微膠囊的制備方法，具有如下工藝步驟 a.取相變材料芯材，添加芯材質(zhì)量0.1% 0. 4%的400 800目石墨，一起加熱直到相變材料融化；控制溫度在30 40°C，將改性芯材、甲苯二異氰酸酯、聚乙二醇質(zhì)量比為I :0. 48 I. 11:0. 16 0. 37的浴I加入到蒸餾水和乳化劑質(zhì)量比為I :0. 03 0. 06的浴II中，10000 13000rpm高速均化，以350 500rpm攪拌0. 5 lh，聚合內(nèi)層壁材； b.往a中加入總質(zhì)量的I.6% 2. 0%的擴鏈劑，升溫至50 60°C，攪拌條件下加入蒸餾水和二乙烯三胺質(zhì)量比為I :0. 13 0. 17的浴III，保溫I 2h，聚合外層壁材；聚合完成后，水洗，抽濾，干燥； c.將制備好的微膠囊分散到硅溶膠中，硅溶膠中正硅酸乙酯，無水乙醇，磷酸酯偶聯(lián)劑質(zhì)量比為I :1. 05 I. 84 :0. 16 0. 3，調(diào)體系pH至3 4，恒溫水解，機械攪拌條件下反應(yīng).2 3小時；減壓蒸餾蒸發(fā)掉體系的乙醇，過濾，真空干燥，制得納米二氧化硅改性的蓄熱保溫微膠囊。
4.權(quán)利要求I或2所述的蓄熱保溫微膠囊作為建筑保溫材料應(yīng)用，其特征在于所述的蓄熱保溫微膠囊混合于水性涂料或膩子中，或者與水泥、灰漿、石灰、石膏、礦渣、礦棉、纖維類、建筑砂或混凝土制成外墻體恒溫層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可用于建筑材料的蓄熱保溫微膠囊。內(nèi)層壁材以甲苯二異氰酸酯和聚乙二醇為聚合單體，通過界面聚合包裹芯材；外層壁材以甲苯二異氰酸酯和二乙烯三胺、乙二胺或哌嗪等為聚合單體，通過界面聚合包裹內(nèi)層核殼。本發(fā)明的蓄熱保溫微膠囊，膠囊壁具有熱固性質(zhì)，機械強度性能較高，提高了耐磨性及耐久性。
文檔編號B01J13/20GK102732225SQ20121018660
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者周艷思, 李堅, 汪信, 汪媛, 紀俊玲, 馬志輝 申請人:江蘇漢諾斯化學(xué)品有限公司