[发明专利]一种以聚氨酯为壁材的相变微胶囊的制备方法

说明书

本发明涉及一种以聚氨酯为壁材的相变微胶囊的制备方法。先将二异氰酸酯单体与小分子二元醇、大分子二元醇和亲水性单体反应，合成以异氰酸根封端的聚氨酯预聚体，然后将相变材料分散在聚氨酯预聚体中，加水制成含相变材料的聚氨酯预聚体分散液，最后与水溶性胺通过界面聚合法制备以聚氨酯为壁材的相变微胶囊。本发明的有益效果是：本发明提供了一种以水性聚氨酯预聚体与水溶性胺通过界面聚合法制备成以聚氨酯为壁材的相变材料微胶囊的方法，该方法制备的相变微胶囊具有制备方法简单，可控性强，不含乳化剂，并可依据使用领域来调节相变微胶囊的性能，环境友好的特点。

技术领域

本发明属于化工、材料领域，涉及一种以聚氨酯为壁材的相变微胶囊的制备方法。

背景技术

相变材料(phase change material，简称PCM)，是指在物质发生相变时，可吸收或释放大量能量(即相变焓)的一类材料，具有热能贮存和温度调节功能，以及蓄热密度大和温度变化小的特点。相变材料从相变形式上可分为固-固、固-液、固-气及液-气相变材料4类，由于固-液相变材料相变时体积膨胀率较小，储热能力较强，国内外关于此类相变材料研究较多。

相变储能技术在能源使用过程中能够极大地提高能源的利用效率，达到节能环保的目的，在航空航天、建筑材料、食品包装以及纺织服装等领域得到了广泛的应用。但是，实际使用过程中，若直接使用相变材料会不可避免的存在泄露、易挥发、相分离和腐蚀性等问题，这会大大制约相变材料的应用领域。

微胶囊化相变材料是将微胶囊技术应用到相变材料中，将相变材料包埋在无机或有机聚合物、高分子和金属(合金)等囊壁材料中，制成具有稳定核壳结构的定型相变材料，将相变材料与外界环境隔绝开，使其所处的环境更加稳定，还可增加相变材料与基材的相容性，从而解决了上述问题，拓宽了相变材料的应用范围。

目前，以有机聚合物为壁材的相变微胶囊的制备方法有原位聚合法、界面聚合法、乳液共聚法、溶剂蒸发法等。微胶囊壁材的种类会直接影响微胶囊的使用性能，当前的研究中多以密胺树脂、脲醛树脂、酚醛树脂或其改性物为微胶囊壁材，这类壁材的微胶囊韧性和耐热性较理想，但因含甲醛使其应用受到影响。以聚氨酯、聚脲为壁材的相变微胶囊不含甲醛成分，因其环保性受到众多研究者重视，但是聚脲壁材生成过程中反应速率较快，导致微胶囊中相变材料的质量分数不稳定，热焓普遍较低，并且该类壁材微胶囊制备时多使用乳化剂，这可能影响相变材料的包裹以及微胶囊的使用性能。因此，本发明目的在于制备一种不含乳化剂，热焓较高的聚氨酯相变微胶囊。

本发明先将二异氰酸酯单体与小分子二元醇、大分子多元醇和亲水扩链剂反应，合成以异氰酸根封端的聚氨酯预聚体，然后将相变材料分散在聚氨酯预聚体中，加去离子水制成含相变材料的聚氨酯预聚体分散液，最后与有机胺通过界面聚合法制备成以聚氨酯为壁材的相变微胶囊。该方法制备的相变微胶囊具有利用水性聚氨酯的自乳化性，不含乳化剂，制备方法简单，可控性强，可依据使用领域来调节相变微胶囊壁材的性能，环境友好的特点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种以聚氨酯为壁材的相变微胶囊的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种以聚氨酯为壁材的相变微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

(1)聚氨酯预聚体的制备

将小分子二元醇、大分子多元醇和亲水扩链剂加到反应容器中，在120℃下脱水30分钟，冷却到室温后加入二异氰酸酯和催化剂，在一定温度下，反应若干小时，得聚氨酯预聚体。过程中粘度增大可适量加入溶剂，降低预聚体粘度。

(2)含相变材料的聚氨酯预聚体分散液的制备

待预聚体温度降至50℃以下，加入碱及二异氰酸酯，搅拌均匀后，逐滴加入相变材料，搅拌分散。最后，加入去离子水，搅拌分散，得含相变材料的聚氨酯预聚体分散液。

(3)以聚氨酯为壁材的相变微胶囊的制备