本发明涉及相变微胶囊,具体是指一种相变微胶囊及其制备方法。
背景技术:
1、随着人们的生活水平日益提高对环境舒适度的要求也越来越高,进而对温度的控制也要求越来越智能化、越来越精确。同时,现阶段能源紧缺、匮乏的问题也日渐突出,如何高效节约的利用能源已经成为本领域亟需解决的技术难题;
2、相变材料利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热,从而进行热能储存和温度调控;由于其工作时相变潜热大、温度恒定,同时能够削弱外界温度波动的特性,在服装、节能建筑、冷链物流等领域都被广泛的应用;
3、常见的相变储能材料包括水合无机盐类、脂肪酸类、石蜡等,其中石蜡因为相变温度比较广泛、成本较低、热焓较大、过冷度小的特性而备受关注;但是石蜡在熔融过程中会发生物态变化,存在泄露的问题,因此采用微胶囊技术对石蜡进行封装更有利于拓展其应用范围;
4、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma),又名有机玻璃,具有密度低,机械强度高的特性,作为包覆聚合物被应用于相变微胶囊领域。现有技术中的包覆办法是利用热引发聚合法,虽然聚合速率快,包覆效果好,但因为引发温度远高于室温,容易导致单体挥发损失,从而导致原料浪费甚至影响包覆程度,导致微胶囊芯材泄露;而氧化-还原引发聚合法是利用氧化剂和还原剂之间的电子转移所生成的自由基引发聚合反应,该方法可以在较低的温度下进行,同时具有引发速度快的优点,虽然可以一定程度上减少单体挥发避免原料浪费,但存在反应率较低的问题。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是现有的相变微胶囊包覆时容易导致单体挥发损失,从而导致原料浪费甚至影响包覆程度,导致微胶囊芯材泄露,并且具有反应率较低的问题。
2、为解决上述问题,本发明所采用的技术方案为一种相变微胶囊及其制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
3、s1:将单体、交联剂和过氧化二苯甲酰(bpo)溶解于石蜡中,得油相溶液;石蜡为25号石蜡;
4、s2:将水溶性乳化剂加入水中,调节ph至弱酸性,得水相溶液;
5、s3:将所述油相溶液和所述水相溶液混合后剪切,得石蜡乳液;
6、s4:将还原剂加入所述石蜡乳液中,经氧化还原聚合后,升温至70~90℃进行自由基聚合。
7、作为本发明进一步的方案:s1中的单体为甲基丙烯酸类单体或苯乙烯类单体,主要为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯中的一种或几种;所述交联剂选自二甲基丙烯酸乙二醇酯(egdma)、二乙烯基苯中的一种或两种;作为本发明的较佳技术方案,单体选为甲基丙烯酸甲酯(mma),交联剂选为二甲基丙烯酸乙二醇酯。
8、作为本发明进一步的方案:单体:交联剂:过氧化二苯甲酰:石蜡之间的质量比的范围为45~55:45~55:0.5~2:450~550,作为本发明的较佳技术方案,单体:交联剂:过氧化二苯甲酰:石蜡之间的比例采用50:50:1:500。
9、作为本发明进一步的方案:s2中的水溶性乳化剂为水解苯乙烯-马来酸酐共聚物;水解苯乙烯-马来酸酐共聚物由包括如下步骤的方法制得:
10、1)将苯乙烯和马来酸酐加入溶剂中,溶解后加入偶氮二异丁腈,在80~90℃下进行自由基聚合反应,得苯乙烯-马来酸酐共聚物;
11、2)将所述苯乙烯-马来酸酐共聚物加入氢氧化钠水溶液中,进行水解反应。
12、作为本发明进一步的方案:苯乙烯和所述马来酸酐的摩尔比范围为0.5~1.5:0.5~1.5,优选的比例为1:1。
13、作为本发明进一步的方案:溶剂选自甲苯、二甲苯、三甲苯中的一种或几种;偶氮二异丁腈占所述苯乙烯和马来酸酐总质量的0.3~0.6%;水解反应在75~85℃下进行2.5~3.5h。
14、作为本发明进一步的方案:s3中的剪切在9000~11000rpm下进行8~12min,剪切在温度30~40℃下进行。
15、作为本发明进一步的方案:s4中的还原剂选自七水硫酸亚铁(feso4·7h2o)、三乙烯四胺、四乙烯五胺、亚硫酸钠中的一种或几种,优选为七水硫酸亚铁;还原剂与所述过氧化二苯甲酰的摩尔比为0.5~1.5:0.5~1.5,优选为1:1。
16、作为本发明进一步的方案:氧化还原聚合在30~40℃下进行3.5~4.5h,优选在35℃下进行4h。
17、本发明相比于现有技术:本发明通过在提高相变微胶囊稳定的前提下,减少单体挥发和热损失,从而大幅提升反应效率。
18、本发明的有益效果:
19、(1)本发明的制备方法可有效避免石蜡在熔融过程中的泄露,所得的相变微胶囊更加稳定;
20、(2)本发明的制备方法有效减少单体挥发、避免单体浪费,同时还大幅度提高了反应率;
21、(3)本发明的制备方法相较于传统单一氧化还原体系引发方法,在减少单体挥发损失的情况下进一步提高了单体的转化率(从50%提升至90%)。
1.一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述制备方法包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述s1中的石蜡为25号石蜡。
3.根据权利要求1所述的一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述s1中的单体为甲基丙烯酸类单体或苯乙烯类单体,主要为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯中的一种或几种;所述交联剂选自二甲基丙烯酸乙二醇酯(egdma)、二乙烯基苯中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述单体:交联剂:过氧化二苯甲酰:石蜡之间的质量比为45~55:45~55:0.5~2:450~550。
5.根据权利要求1所述的一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述s2中的水溶性乳化剂为水解苯乙烯-马来酸酐共聚物;水解苯乙烯-马来酸酐共聚物由包括如下步骤的方法制得:
6.根据权利要求5所述的一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述苯乙烯和所述马来酸酐的摩尔比为0.5~1.5:0.5~1.5。
7.根据权利要求5所述的一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述溶剂选自甲苯、二甲苯、三甲苯中的一种或几种;偶氮二异丁腈占所述苯乙烯和马来酸酐总质量的0.3~0.6%;水解反应在75~85℃下进行2.5~3.5h。
8.根据权利要求1所述的一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述s3中的剪切在9000~11000rpm下进行8~12min,剪切在温度30~40℃下进行。
9.根据权利要求1所述的一种相变微胶囊及其制备方法,其特征在于:所述s4中的还原剂选自七水硫酸亚铁(feso4·7h2o)、三乙烯四胺、四乙烯五胺、亚硫酸钠中的一种或几种;还原剂与所述过氧化二苯甲酰的摩尔比为0.5~1.5:0.5~1.5,氧化还原聚合在30~40℃下进行3.5~4.5h。
10.根据权利要求1-9所述的一种相变微胶囊及其制备方法,本发明还提供一种相变微胶囊,