一种草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊及其制备方法和应用

本发明属于功能微胶囊领域，具体涉及一种草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着对环境保护和可持续发展的重视，能源存储领域已经明显强调了战略利用太阳能等清洁能源的重要性。在这个背景下，具备光热转换、电磁屏蔽和抗菌性等功能的纺织品已经引起越来越多的关注。相变材料被广泛认为是最有效的能量存储材料之一，然而，相变材料单独使用很容易流失。因此，通过选择和修改相变材料的包埋基质，不仅可以有效地保护核心材料，还能赋予多种功能，如电磁屏蔽、防紫外线、抗菌等。这些功能性微胶囊在纺织品中的应用，可以为人们带来更加舒适、安全、环保的生活体验。

2、中国发明专利(申请号：2020111470542)报道了一种具有全波段光热转换功能的相变微胶囊及其制备方法，该微胶囊是由相变微胶囊和沉积于相变微胶囊表面的光热转换层组成，光热转换层为在太阳光全波段具有吸收功能的聚多巴胺。该微胶囊在太阳光照射下，通过光热转换将太阳能转换为热能，并将热量储存于相变微胶囊中。该方法制备的微胶囊结构尤其最外层聚多巴胺层难于控制，而且该微胶囊不具有电磁波屏蔽和抗菌功能。中国发明专利(申请号：2023107691122)报道了一种具有控温、电磁屏蔽和阻燃抑烟功能的相变微胶囊。该发明以四氧化三铁为壳材，包覆具有相变功能的相变烷烃后合成相变微胶囊。四氧化三铁不仅具有电磁屏蔽作用，且还具有阻燃抑烟功能。该微胶囊虽然具有一定电磁波吸收性，但是不具有光热转换效果，且不具有抗菌性能不易应用于织物上。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊，基于氧化锌/银复合微球和壳聚糖相变微胶囊，该微胶囊不仅能有效地吸收和储存太阳能，还具有电磁屏蔽功能，同时微胶囊还具有抗菌功能。本发明将复合微胶囊与树脂、石墨烯混合涂覆于织物表面可获得多功能涂层织物，这些纺织品表现出色的光热转换、热储存、电磁屏蔽和抗菌等功能，解决了现有电磁屏蔽织物不具有保温和抗菌等效果，同时不能很好地利用太阳能等缺陷。

2、本发明还提供了草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊的制备方法及其在纺织品上的应用。

3、技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊，所述微胶囊包括如下重量份的原料：壳聚糖1-10份、相变材料1-8份、氧化锌/银复合微球0.5-15份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.1-1份。

4、其中，所述相变材料为石蜡、正十八烷、正十六烷、正二十烷、十六醇、十八醇、硬脂酸中的一种或几种组合。

5、其中，所述复合微胶囊的粒径为1-20μm。

6、本发明所述的草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)壳聚糖相变微胶囊：将壳聚糖、醋酸混合超声溶解后即得到均匀壳聚糖溶液；同时将相变材料和十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中，超声乳化处理后即得到相变材料乳液；将壳聚糖溶液加入到相变材料乳液中搅拌反应，得到壳聚糖相变微胶囊；

8、(2)氧化锌/银(zno-ag)复合微球：向乙二醇中加入醋酸锌并溶解，搅拌均匀后反应，随后将乙二醇和硝酸银混合溶液滴加到上述溶液中，继续反应，离心收集产物并洗涤、干燥，并将产物加入到乙醇中，回流处理，最终得到氧化锌/银复合微球；

9、(3)草莓型光热转换复合微胶囊：将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和氧化锌/银复合微球和壳聚糖相变微胶囊加入乙醇和水的混合溶液中，进行反应，反应结束后洗涤、干燥后即得到草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊。

10、其中，步骤(1)中将1-10份壳聚糖加入10-60份醋酸水溶液中，超声溶解后即得到均匀壳聚糖溶液；同时将1-8份相变材料和0.05-0.5份十二烷基苯磺酸钠加入20-50份去离子水中，在40-80℃下超声乳化处理后即得到相变材料乳液；将壳聚糖溶液加入到相变材料乳液中在30-60℃下搅拌反应4-8小时后，即得到壳聚糖相变微胶囊。

11、其中，步骤(2)中向5-50份乙二醇中加入0.2-1.2份醋酸锌并溶解，搅拌均匀后在120-200℃下反应4-12小时，随后将2-10份乙二醇和0.05-0.5份硝酸银的混合溶液滴加到上述溶液中，继续在温度120-200℃下反应0.5-2小时后，离心收集产物并洗涤、干燥，并将产物加入到50-100份乙醇中，60-100℃回流处理1-3小时，最终得到氧化锌/银复合微球。

12、作为优选，所述步骤(2)中80℃回流处理2小时。

13、其中，步骤(2)中将0.1-1份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和0.5-15份氧化锌/银复合微球和2-28份壳聚糖相变微胶囊加入50-100份乙醇和水的混合溶液中，在30-65℃下反应6-12小时，反应结束后洗涤、干燥后即得到草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊。

14、本发明所述的草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊在光热转换电磁屏蔽织物涂层中的应用。

15、其中，按重量份，将50-150份水性有机硅树脂、1-5份石墨烯和5-50份草莓型光热转换复合微胶囊混合均匀后，涂覆到织物表面并在40-80℃下干燥10-30分钟即得到光热转换电磁屏蔽抗菌电磁屏蔽织物涂层。

16、其中，所述的织物涂层的厚度为200μm-20mm。

17、本发明所述的光热转换电磁屏蔽抗菌织物涂层在隔热保温、智能可穿戴、太阳能收集、电磁屏蔽、健康保健中的应用。

18、本发明提出的草莓型光热转换电磁屏蔽抗菌复合微胶囊，既解决了现有储能微胶囊对光能利用效率低下，还解决了目前的相变微胶囊仍存在导电率低、电磁屏蔽性一般、相容性差等问题。本发明微胶囊表面在受到太阳光照射后，半导体zno与金属纳米粒子ag之间的等离子体光热协同效应，由于优异的光热特性，吸收紫外光的同时也可以有效利用可见光区域的光能，这些都使得微胶囊具有优异的光热性能，从而确保了微胶囊对太阳光能的有效吸收利用。同时，zno和ag作为无机纳米粒子赋予微胶囊优异的抗菌性能。负载多个高导电zno-ag纳米粒子的新型草莓形磁性微球表现出优异的电磁屏蔽性能，当织物涂层厚度为2mm时，涂层的电磁屏蔽能效(emi se)值高达28db，已满足商用电磁屏蔽材料的要求。本发明所用方法简单，原材料为生物质，可生物降解，制备工艺绿色环保，易于实际应用。

19、本发明提出的草莓型光热电磁屏蔽抗菌微胶囊主要通过zno-ag微球的介电损耗与复合微胶囊和石墨烯间的电容效应相结合，从而获得优异的电磁屏蔽性能；基于zno-ag微球无机微球在微胶囊有机壳材壳聚糖表面的沉积，复合微胶囊表现出对常见菌种如大肠杆菌和金黄葡萄球菌强表现出优异的抗菌性能；利用氧化锌和银之间等离子体共振效应产生协同作用，微胶囊表现出优异的光热转换性能。因此，微胶囊不仅可以吸收紫外区域的光能，而且可实现对可见光区域光能的有效利用，提高微胶囊对太阳光能的吸收效率。

20、本发明在制备过程中使用了zno-ag微球、壳聚糖相变微胶囊、硅烷偶联剂、石墨烯和水性树脂。其中壳聚糖相变微胶囊的制备：通过一单凝聚法获得了壳聚糖相变微胶囊，可与改性zno-ag纳米微球反应进而成功制备具有草莓型结构的复合相变微胶囊，此外，通过与含有石墨烯树脂赋予了复合微胶囊电磁屏蔽的性能。同时采用新型太阳能吸收策略：微胶囊的光热性能往往是通过核壳之间的的热迁移来完成的，而大部分微胶囊外壳对光能的利用很差，因此这种光热转换效率通常较低。本发明中，通过草莓型外壳的大比表面积、半导体与金属间等离子体协同效应等方式提升了微胶囊外壳的光热能力，帮助作为芯材的相变材料储存热能，提升材料的光热转换效率。

21、本发明首次提出一种复合微胶囊特有的草莓型结构，可实现微胶囊光热转换储存一体化特性，本发明基于zno-ag微球的导电结构，微胶囊在电磁场中以吸收为主，能够吸收电磁波，并可转化为热能并储存，同时zno增加微胶囊吸收电磁波谱宽度，增强微胶囊电磁屏蔽功能；进一步地，由于纳米zno和纳米ag都具有抗菌特性，因此zno-ag结构可协同增强复合微胶囊的抗菌性。

22、本发明所制备的草莓型复合微胶囊通过纳米银的光热转换将太阳能转换为热能，并将热量储存于相变微胶囊中，同时氧化锌可以增宽纳米粒子吸收太阳光谱，太阳能利用更加完全，此外，基于纳米银和石墨烯的协同作用，该微胶囊可以赋予微胶囊基织物涂层的电磁屏蔽抗菌功能，可以很好的应用于功能纺织品或特种纺织品。

23、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

24、(1)复合微胶囊特有的草莓型结构，可赋予织物涂层优异光热转换储存特性；

25、(2)基于zno-ag微球的导电结构，微胶囊在电磁场中以吸收为主，能够吸收电磁波，并可转化为热能并储存；

26、(3)由于zno/ag的抗菌特性，复合微胶囊可赋予织物优异的抗菌性；

27、(4)复合微胶囊和织物涂层的制备过程简单方便，绿色环保，无污染，原材料为生物质可降解，可在智能可穿戴、储能材料、电磁屏蔽材料和健康保健等领域应用。