一种二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊及其制备方法

本发明涉及相变材料制备，尤其涉及一种二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会的发展，人类对能源的需求不断増加，需要进一步开发节能储能材料及提高能源利用率。相变储能材料能够吸收外界的热量或向外界放出热量而产生相转变，从而调节周围环境温度，有效提高能源利用效率。但纯相变材料在使用过程中存在易泄漏、易腐蚀以及与基体材料结合差等缺点，极大地限制了相变材料的应用范围。为了克服纯相变材料的缺点，采用微胶囊技术对相变材料进行包覆，避免其直接接触外界环境，不仅能提高相变材料的热循环利用率，还能增大相变材料的传热面积，提高热响应速率，从而拓展相变材料的应用领域。

2、目前，包覆相变材料的微胶囊主要采用三聚氰胺甲醛树脂和聚脲树脂等高聚物。三聚氰胺甲醛树脂存在甲醛释放问题，不利于环境保护。聚脲树脂常以芳香族异氰酸酯作为原料，其反应活性较高，聚合速率过快，较难控制微胶囊的结构与形貌，影响微胶囊的使用性能；而且甲苯二异氰酸酯水解时会产生苯胺，对环境造成极大的危害。聚氨酯具有良好的机械性能、成膜性以及性能可控等优点，可用作相变微胶囊的壁材。但有机壁材导热性能、热稳定性等较差。因此，提供一种二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊的制备方法，以改善相变微胶囊的导热性能和热稳定性能具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊及其制备方法，以解决现有技术中有机壁材相变微胶囊导热性能和热稳定性较差的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将二异氰酸酯、硅源和相变材料混合，得到油相；

5、(2)将二元醇、聚乙烯醇溶于水中，得到水相；

6、(3)将油相和水相顺次进行混合、乳化、反应，即可得到二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊。

7、作为优选，所述步骤(1)中，二异氰酸酯包含异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。

8、作为优选，所述步骤(1)中，硅源包含正硅酸四乙酯和/或甲基三甲氧基硅烷；所述相变材料包含正十八烷、正十九烷、正十六烷和正十四醇中的一种或几种。

9、作为优选，所述步骤(1)中，二异氰酸酯和硅源的质量比为1～4：1～3。

10、作为优选，所述步骤(1)中，相变材料的质量与二异氰酸酯和硅源的总质量之比为2～5：1。

11、作为优选，所述步骤(2)中，二元醇、聚乙烯醇和水的质量比为0.2～4：1～8：25～45。

12、作为优选，所述二元醇包含乙二醇、1,4-丁二醇和一缩二乙二醇中的一种或几种。

13、作为优选，所述步骤(3)中，乳化的转速为8000～16000rpm，乳化的时间为5～10min。

14、作为优选，所述步骤(3)中，反应的温度为50～90℃，反应的时间为3～6h。

15、本发明还提供了所述的制备方法制得的二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊，所述二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊的粒径为600～2300nm。

16、本发明的有益效果：

17、(1)本发明的复合相变微胶囊以二氧化硅-聚氨酯为壁材，无甲醛释放问题，可避免传统三聚氰胺-甲醛树脂相变微胶囊在制备及使用过程中的甲醛释放造成的环境污染问题，且具有良好的机械性能、成膜性以及性能可控等优点。

18、(2)本发明以异佛尔酮二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯代替芳香族异氰酸酯，其反应活性相对较低，可使壁材在相对平缓的条件下均匀形成，有效提高微胶囊的热稳定性和致密性，无苯胺释放问题，同时其具有低黄变特性，应用在纺织品领域时不影响纺织品的色光。

19、(3)本发明选择纳米二氧化硅无机材料作为壁材中的一种，其具有原料来源广、价格便宜、表面高活性、优异的分散性及良好的耐热、耐老化性等优点。

20、(4)本发明采用无机纳米材料增强聚氨酯壁材的导热和力学等性能，形成具有较好稳定性、密封性和适宜强度的有机无机杂化壁材，有效提高了相变微胶囊的综合性能。

技术特征：

1.一种二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，二异氰酸酯包含异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，硅源包含正硅酸四乙酯和/或甲基三甲氧基硅烷；所述相变材料包含正十八烷、正十九烷、正十六烷和正十四醇中的一种或几种。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，二异氰酸酯和硅源的质量比为1～4：1～3。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，相变材料的质量与二异氰酸酯和硅源的总质量之比为2～5：1。

6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，二元醇、聚乙烯醇和水的质量比为0.2～4：1～8：25～45。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述二元醇包含乙二醇、1,4-丁二醇和一缩二乙二醇中的一种或几种。

8.根据权利要求1或5或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，乳化的转速为8000～16000rpm，乳化的时间为5～10min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，反应的温度为50～90℃，反应的时间为3～6h。

10.权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊，其特征在于，所述二氧化硅-聚氨酯复合相变微胶囊的粒径为600～2300nm。

技术总结
本发明提供了一种二氧化硅‑聚氨酯复合相变微胶囊及其制备方法，属于相变材料制备技术领域。本发明首先将二异氰酸酯、硅源和相变材料混合，得到油相；将二元醇、聚乙烯醇溶于水中，得到水相；最后将油相和水相顺次进行混合、乳化、反应，即可得到二氧化硅‑聚氨酯复合相变微胶囊。本发明制得的二氧化硅‑聚氨酯复合相变微胶囊以二氧化硅‑聚氨酯为壁材，无甲醛释放问题。并且采用无机纳米材料增强聚氨酯壁材的导热和力学等性能，形成具有较好稳定性、密封性和适宜强度的有机无机杂化壁材，有效提高了微胶囊的综合性能。

技术研发人员：李时伟,赵涛
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15