[发明专利]一种包覆相变材料聚脲微胶囊的制备方法

说明书

本发明涉及一种包覆相变材料聚脲微胶囊的制备方法。以二异氰酸酯化合物和相变材料的混合溶液为油相，以含多元胺或稳定剂的水溶液为水相，将油相通过针头加入到载有流动水相的管道中通过界面聚合制备包覆相变材料的聚脲微胶囊，可通过简单变化两相的流速、针头的孔径及水相中稳定剂或多元胺的用量等条件调节所得微胶囊的大小。本发明方法体系成分单一，工艺步骤简单，可连续化操作，生产成本低，所得聚脲微胶囊大小均一且易于分离，有利于此类材料的规模化生产及应用。

技术领域

本发明涉及一种包覆相变材料聚合物微胶囊的制备方法，尤其涉及一种通过界面聚合法制备包覆相变材料聚脲微胶囊的方法，属于相变材料和功能高分子材料领域。

背景技术

利用相变材料在相变过程中的吸放热进行能量的储存是一项新的环保节能技术，可解决能源需求与供给之间的不匹配，在太阳能储存、智能织物和建筑保温等领域具有潜在的应用。聚合物微胶囊包覆相变材料技术是将相变材料封装在聚合物空心微球的内部，由此可实现相变材料的重复利用及热量的持续吸收或释放，也能防止相变材料的流失及由此造成环境污染。

目前，制备包覆相变材料聚合物微胶囊的方法主要有界面聚合法、原位聚合法、凝聚法和灌注法等，其中以界面聚合法最为常用。该法一般是先将相变材料溶解在形成壳层材料的油性单体中形成油相，随后将油相高速分散至含有乳化剂的水相中制得水包油型预乳液，待加入水溶性单体后两种单体在液滴的表面上发生界面聚合从而形成包覆相变材料的聚合物微胶囊，这其中以聚脲微胶囊最为常见。中国发明专利CN103464066A把相变材料芯材与十二胺等修饰剂混合并在加热溶解后加入到含有乳化剂的水溶液中，通过600～2000r/min乳化后制得预乳液，降温至芯材熔点以下制得固体微球；随后再将甲苯二异氰酸酯(TDI)和多元胺通过界面聚合制备的聚脲包裹于固体微球表面，由此形成了包覆相变材料的聚脲微胶囊。美国专利US20030222378A1将石蜡包覆在了具有双层壳结构的聚合物微胶囊中，该法以石蜡、二异氰酸酯化合物与聚丙二醇为油相，将其加入到含有多元胺和乳化剂等的水相中通过界面聚合在液滴表面快速形成一层聚脲外壳，其内部二异氰酸酯单体可与聚丙二醇反应形成一层聚氨酯内壳，由于石蜡不溶于壳层聚合物，所得产物具有双层壳结构，内核为相变材料石蜡。另外Lu(Journal of Applied Polymer Science,2011年,121卷,3377–3383页)、Long(Colloids and Surfaces A:Physicochem.Eng.Aspects,2013年,422卷,61–67页)和Zhang(Solar Energy Materials&Solar Cells,2009年,93卷,1366–1376页)等人也对界面聚合法制备聚脲微胶囊进行过报道。原位聚合法制备微胶囊时也是先将单体及相变材料等分散至水相中形成液滴，但是聚合反应一般是在液滴内部进行，例如中国发明专利CN103285793A以离子型表面活性改性的无机纳米粒子为稳定剂稳定含有相变材料、引发剂、苯乙烯和二乙烯基苯等物质的液滴(在5000～20000r/min下乳化而成)，再通过悬浮聚合对液滴内部的单体进行聚合制得包覆相变材料的聚合物微胶囊。凝聚法通常是利用带有相反电荷聚合物之间的凝聚作用制备聚合物微胶囊。Li等(Energy,2012年,38卷,249-254页)将十八烷加入到含有阿拉伯胶的水溶液中通过高速搅拌制得预乳液，然后向其中逐滴加入明胶水溶液并通过乙酸使两者发生凝聚，最后加入戊二醛进行交联制备了包覆十八烷的聚合物微胶囊。灌注法一般是将相变材料通过真空灌注或常压吸收至空心微球内部制备相变微胶囊，例如中国发明专利CN107500591A以聚合物空心微球作为载体，采用真空抽吸的方法将相变材料吸收到载体微球的空心内，再将承载了相变材料的微球与环氧树脂进行混拌使环氧树脂涂覆在微球表面，加入粉末分散剂并搅拌使微球进行分散，待环氧树脂凝固后，将多余的粉末分散剂筛分制得相变储能微胶囊。