一種建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊及其制備方法
【專利摘要】一種建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊及其制備方法。微膠囊由多元復(fù)合芯材、壁材組成，在微膠囊制備過程中使用了復(fù)合乳化劑和引發(fā)劑；多元復(fù)合芯材由硬脂酸丁酯、正十二醇、正十四醇和正十六醇組成；壁材是以丙烯腈單體原料聚合而成的聚丙烯腈；復(fù)合乳化劑由十二烷基硫酸鈉和OP-10組成；引發(fā)劑為偶氮二異丁腈。本發(fā)明效果：使用多元復(fù)合相變材料以合適的比例作為芯材，制備出的儲能調(diào)溫微膠囊具有寬溫變區(qū)間，滿足了建筑材料調(diào)溫的要求。選用復(fù)合乳化劑，對化學(xué)性質(zhì)差異較大的儲能相變材料和壁材的混合物的乳化作用良好，結(jié)合本發(fā)明確定的乳化分散的技術(shù)方法，制備出的儲能調(diào)溫微膠囊粒徑小，粒徑分布較窄，為建筑膜材料的應(yīng)用提供了方便，為保證膜材料質(zhì)量提供了前提條件。
【專利說明】一種建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微膠囊制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對工作及居住環(huán)境的要求不斷提高，而且對室內(nèi)環(huán)境的舒適度要求也越來越高，同時(shí)，隨著能源危機(jī)的不斷加劇，建筑節(jié)能備受關(guān)注。因此，要求建筑材料的多功能化、智能化、綠色節(jié)能已經(jīng)成為建筑材料發(fā)展的新趨勢。儲能調(diào)溫相變材料應(yīng)用于建筑材料中，賦予建筑物具有自動調(diào)溫功能，是近年來的一種新技術(shù)。
[0003]建筑膜材料是一種新型的柔性建筑材料，其是將性能優(yōu)異的高分子涂層膠均勻地涂覆于基材(多為高強(qiáng)低伸的紡織品)上或?qū)⒏叻肿颖∧づc基材復(fù)合而制成，其中基材與高分子膜整體厚度一般為毫米級，高分子膜厚度一般為微米級。這種建筑膜材料彌補(bǔ)了很多傳統(tǒng)建筑材料無法實(shí)現(xiàn)的缺陷，如它克服了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大跨度建筑上無法實(shí)現(xiàn)的困難，在白晝充分利用自然光代替人工照明，并能夠根據(jù)建筑師的設(shè)計(jì)意圖建造具有一定剛度的穩(wěn)定曲面造型，且I旲結(jié)構(gòu)建筑中所有材料的加工和制作均在工廠內(nèi)完成，有效減少現(xiàn)場施工時(shí)間等等。如奧運(yùn)會場館的鳥巢、水立方等均為膜結(jié)構(gòu)建筑，在上海世博會上，膜結(jié)構(gòu)建筑更是受到設(shè)計(jì)師的青睞。
[0004]儲能材料是一種高相變焓的物質(zhì)，其蓄熱調(diào)溫原理在于當(dāng)外界環(huán)境溫度逐漸升高，達(dá)到物質(zhì)的相變溫度時(shí)，物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，從環(huán)境中吸收熱量，此時(shí)延緩了由相變材料所包被的空間溫度的升高；反之當(dāng)外界環(huán)境溫度從高溫逐漸降低，達(dá)到儲能材料的相變點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，放出熱量，此時(shí)使其包被的空間溫度降低減緩。由于儲能材料在發(fā)生相變時(shí)會有液態(tài)形成，從而給應(yīng)用帶來麻煩，因此，采用微膠囊技術(shù)將儲能材料包合封閉起來，制成儲能微膠囊便于應(yīng)用。微膠囊的制備技術(shù)本身基本成熟，但應(yīng)用于建筑膜材料的儲能微膠囊在制備時(shí)還存在很多技術(shù)問題:(1)如建筑用儲能微膠囊要求溫度變化區(qū)間寬，采用一種相變材料作為`芯材難以達(dá)到要求(目前建筑儲能調(diào)溫用相變材料還是單組分)，因此需要采用多種相變材料組分進(jìn)行復(fù)合，所以需要確定相變材料的組分和比例關(guān)系；(2)將芯材乳化分散成細(xì)小液滴是成功制備微膠囊的重要步驟之一，但是，由于多組分相變材料的性能存在差異，因此選擇乳化劑的種類和確定其用量比較復(fù)雜；(3)微膠囊的粒徑與乳化時(shí)的攪拌方式及攪拌速率關(guān)系密切，因此如何確定合適的攪拌方式及速率也是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。
[0005]下面列舉一些與建筑用儲能微膠囊有關(guān)的研究成果:
[0006]蘇峻峰(蘇峻峰，任麗，王立新.相變儲熱微膠囊儲熱調(diào)溫效果的研究[J].太陽能學(xué)報(bào)，2005，26 (03): 327-331)進(jìn)行了相變微膠囊用于墻體的模擬實(shí)驗(yàn)，該試驗(yàn)是將相變微膠囊置于人工制造的氣候箱中，通過連續(xù)升降溫測試相變微膠囊的調(diào)溫節(jié)能作用，試驗(yàn)結(jié)果表明，相變微膠囊的應(yīng)用可以減緩溫度波動，延長室內(nèi)舒適度的時(shí)間，節(jié)能效果達(dá)到15.5%;周建中等(周建中，陳紅霞，馮菊蓮等.相變蓄能石膏板的性能研究及應(yīng)用，建筑技術(shù)，2011，(42) =836-838)將微膠囊相變材料與石膏膠凝材料直接混合生產(chǎn)儲能石膏板，采用的微膠囊相變材料芯材為石蠟，相變溫度為25°C，平均粒徑為8.04 μ m ；FeIdman等(Feldman D,Banu D, Hawes D.Low chain esters of stearic acid as phase changematerials for thermal energy storage in buildings[J].Solar Energy Materials andSolar Cells, 1995, 36(3): 311-322)將普通石膏板浸泡在相變材料溶液中和在傳統(tǒng)石膏板生產(chǎn)的攪拌階段直接摻入21%~22%的硬脂酸丁酯相變材料制得儲能石膏板；王岐東等(王岐東，董黎明，代一心等.相變建筑節(jié)能材料的應(yīng)用研究與進(jìn)展[J].北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，23 (01):5-8)分別以硬脂酸丁酯和石蠟為相變材料，聚乙烯醇為分散劑，石膏板為載體，通過直接加入法制備出相變石膏板；馬芳梅(馬芳梅.相變物質(zhì)儲能建筑材料性質(zhì)研究的進(jìn)展[J].新型建筑材料，1997，(8):40-42)等分別以正十八烷和正十六烷混合物、硬脂酸正丁酯和正十六烷混合物為相變材料，以石膏纖維裝飾板為基體制成墻板相變材料。劉先之等(劉先之，劉凌志，門永鋒.石蠟相變微膠囊的制備與表征.應(yīng)用化學(xué)[J].2012，29 (I):9-12)制備出了以相變石蠟為芯材、殼聚糖為壁材的新型儲能相變微膠囊，微膠囊的平均粒徑為80 μ m，升溫相變溫度約為37~42°C，降溫相變溫度約為37~23°C?？梢姡F(xiàn)有技術(shù)中，一是將儲能微膠囊用于傳統(tǒng)的建筑材料中，這些技術(shù)對微膠囊的粒徑要求不高，粒徑可以大些，且尚未見到復(fù)合芯材用作建筑儲能微膠囊的制備；二是將儲能材料直接加入到建筑材料中，將儲能材料添加到這些傳統(tǒng)的建筑材料中技術(shù)相對簡單。
[0007]另一種技術(shù)是以制備儲能調(diào)溫紡織品為目的制備的儲能微膠囊，其特點(diǎn)是粒徑較小，溫變區(qū)間要求25~30°C。鄒黎明等(鄒黎明，楊金波，鄭興等.蓄熱、調(diào)溫微膠囊相變材料的制備及其表征.合成纖維，2007N0.5: 15-17)以脂肪酸酯類相變材料為芯材，尿醛樹脂為壁材制備成的調(diào)溫微膠囊，其熔融相變溫區(qū)為22.1~30.2°C，結(jié)晶相變溫區(qū)為22.2~15.3°C，微膠囊粒徑大約在1.0~2.0 μ m ;胡廣東等(胡廣東，鄒黎明，徐速等.復(fù)合相變材料/聚甲基丙烯酸甲酯微膠囊的制備及表征.合成纖維，2011N0.1:20-23)以兩種不同的脂肪酸酯類相變材料A和脂肪酸酯類相變材料B為復(fù)合芯材，以甲基丙烯酸甲酯為壁材制備出相變微膠囊，其熔融相變溫度范圍為21.3~42.4°C，結(jié)晶相變溫度為32.5~16.2°C，微膠囊粒徑約為1.0~3.0 μ m。這種相變微膠囊的結(jié)晶相變溫度較高，即32.5°C時(shí)就會結(jié)晶放熱，不適宜調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度使用。可見，利用現(xiàn)有的儲能微膠囊制備技術(shù)尚不能制備出滿足建筑膜材調(diào)溫溫變區(qū)間的儲能調(diào)溫微膠囊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠滿足儲能調(diào)溫建筑膜材料應(yīng)用要求的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊及其制備方法。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊由多元復(fù)合芯材、壁材、復(fù)合乳化劑和引發(fā)劑組成；其中多元復(fù)合芯材由硬脂酸丁酯、正十二醇、正十四醇和正十六醇以2: 1.0~1.3: 1.5~1.7: 0.5~0.8的重量比組成；壁材是以丙烯腈單體原料聚合而成的聚丙烯腈，多元復(fù)合芯材與丙烯腈單體的重量比為1: 1.5~3.0 ;復(fù)合乳化劑由十二烷基硫酸鈉(SDS)和0P-10以1: 0.8~1.0的重量比組成，用量為多元復(fù)合芯材和丙烯腈單體總重量的4%~7% ;引發(fā)劑為偶氮二異丁腈，用量為丙烯腈單體重量的1.2% ~2%O
[0010]本發(fā)明提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊的制備方法是將按照上述量稱取的乳化劑加入到蒸餾水中，室溫下充分?jǐn)嚢柚镣耆芙舛纬扇榛瘎┤芤海蝗缓髮凑丈鲜隽糠Q取的丙烯腈單體及多元復(fù)合芯材的各原料加入到上述乳化劑溶液中，先電動攪拌預(yù)混合5~lOmin，再用勻漿機(jī)高速剪切乳化分散5~lOmin，得到芯材與壁材的混合乳化分散體系；之后置于60~70°C的水浴中加熱攪拌，同時(shí)滴加引發(fā)劑，反應(yīng)4~5h，以使丙烯腈單體聚合成聚丙烯腈并包覆于芯材表面制成微膠囊，然后用石油醚或丙酮洗滌2~3次，再用30~35°C的蒸餾水洗滌2~3次，抽濾烘干后即得到所述的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊。
[0011]所述的乳化劑與蒸餾水的重量比為1: 20 ;勻漿機(jī)采用的剪切速率為10000~12000rpm。
[0012]本發(fā)明提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊及其制備方法具有如下有益效果:
[0013](I)使用多元復(fù)合相變材料以合適的比例作為芯材，制備出的儲能調(diào)溫微膠囊具有寬溫變區(qū)間，滿足了建筑材料調(diào)溫的要求。
[0014](2)選用復(fù)合乳化劑，對化學(xué)性質(zhì)差異較大的多組分儲能相變材料和壁材混合物的乳化作用良好，結(jié)合本發(fā)明確定的乳化分散的技術(shù)方法，制備出的儲能調(diào)溫微膠囊粒徑小，粒徑分布較窄，為建筑膜材料的應(yīng)用提供了方便，為保證膜材料質(zhì)量提供了前提條件。
[0015](3)選擇聚丙烯腈作為壁材，沒有甲醛釋放問題，綠色環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊所采用的乳化分散體系電鏡圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊電鏡圖。
[0018]圖3為本發(fā)明對比例提供的儲能調(diào)溫微膠囊所采用的乳化分散體系電鏡圖。
[0019]圖4為本發(fā)明對比例提供的儲能調(diào)溫微膠囊電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]本實(shí)施例提供的結(jié)構(gòu)建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊制備方法:
[0023]將0.5g十二烷基硫酸鈉和0.4g OP-1O加入到18g蒸餾水中，室溫下充分?jǐn)嚢柚镣耆芙舛纬扇榛瘎┤芤海蝗缓髮Og丙烯腈單體及2g硬脂酸丁酯、1.0g正十二醇、1.5g正十四醇和0.5g正十六醇加入到上述乳化劑溶液中，先電動攪拌預(yù)混合lOmin，再用勻漿機(jī)在IlOOOrpm的剪切速率下乳化分散lOmin，得到芯材與壁材的混合分散體系；之后置于70°C的水浴中加熱攪拌，同時(shí)滴加0.2g偶氮二異丁腈，反應(yīng)5h，以使丙烯腈單體聚合成聚丙烯腈并包覆于芯材表面制成微膠囊，然后用石油醚洗滌3次，再用32°C的蒸餾水洗滌3次，抽濾烘干后即得到所述的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊。
[0024]實(shí)施例2:
[0025]本實(shí)施例提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊制備方法:[0026]將0.4g十二烷基硫酸鈉和0.4g 0P-10加入到16g蒸餾水中，室溫下充分?jǐn)嚢柚镣耆芙舛纬扇榛瘎┤芤?；然后?.5g丙烯腈單體及2g硬脂酸丁酯、1.0g正十二醇、1.5g正十四醇和0.5g正十六醇加入到上述乳化劑溶液中，先電動攪拌預(yù)混合8min，再用勻漿機(jī)在I 1000rpm的剪切速率下乳化分散8min，得到芯材與壁材的混合分散體系；之后置于70°C的水浴中加熱攪拌，同時(shí)滴加0.15g偶氮二異丁腈，反應(yīng)4h，以使丙烯腈單體聚合成聚丙烯腈并包覆于芯材表面制成微膠囊，然后用丙酮洗滌3次，再用35°C的蒸餾水洗滌3次，抽濾烘干后即得到所述的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊。
[0027]實(shí)施例3:
[0028]本實(shí)施例提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊制備方法:
[0029]將0.6g十二烷基硫酸鈉和0.6g 0P-10加入到24g蒸餾水中，室溫下充分?jǐn)嚢柚镣耆芙舛纬扇榛瘎┤芤?；然后?3.25g丙烯腈單體及2g硬脂酸丁酯、1.2g正十二醇、
1.6g正十四醇和0.5g正十六醇加入到上述乳化劑溶液中，先電動攪拌預(yù)混合IOmin,再用勻漿機(jī)在12000rpm的剪切速率下乳化分散lOmin，得到芯材與壁材的混合分散體系；之后置于70°C的水浴中加熱攪拌，同時(shí)滴加0.2g偶氮二異丁腈，反應(yīng)5h，以使丙烯腈單體聚合成聚丙烯腈并包覆于芯材表面制成微膠囊，然后用石油醚洗滌3次，再用35°C的蒸餾水洗滌3次，抽濾烘干后即得到所述的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊。
[0030]對比例:
[0031]將實(shí)施例1中的由十二烷基硫酸鈉和OP-1O組成的復(fù)合乳化劑改成單一乳化劑0P-10，其余原料配比及制備工藝不變，制備出儲能調(diào)溫微膠囊。
[0032]本發(fā)明人將上述實(shí)施例1提供的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊及其所采用的乳化分散體系分別在電鏡下進(jìn)行了掃描，結(jié)果見圖1一圖2，并與對比例制備出的儲能調(diào)溫微膠囊及其所采用的乳化分散體系進(jìn)行`了對比，結(jié)果見圖3—圖4。由圖1可見，本建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊所采用的乳化分散體系中相變材料和壁材均勻分散在水中，即整個(gè)乳化分散體系均勻；由圖2可見，本建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊表觀形態(tài)基本為球形，表面光滑，粒徑約為I~3μπι且分布均勻。另外，經(jīng)測試，本建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊的升溫熔融相變區(qū)間為19.3~35.1°C，結(jié)晶相變溫度為27.2~15.5°C。
[0033]由圖3可見，對比例提供的儲能調(diào)溫微膠囊所采用的乳化分散體系不均勻。由圖4可見，對比例提供的儲能調(diào)溫微膠囊表觀形態(tài)差，粒徑大且分布不均勻。
【權(quán)利要求】
1.一種建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊，其特征在于:所述的儲能調(diào)溫微膠囊由多元復(fù)合芯材、壁材、復(fù)合乳化劑和引發(fā)劑組成；其中多元復(fù)合芯材由硬脂酸丁酯、正十二醇、正十四醇和正十六醇以2: 1.0~1.3: 1.5~1.7: 0.5~0.8的重量比組成；壁材是以丙烯腈單體原料聚合而成的聚丙烯腈，多元復(fù)合芯材與丙烯腈單體的重量比為1: 1.5~3.0;復(fù)合乳化劑由十二烷基硫酸鈉(SDS)和OP-1O以1: 0.8~1.0的重量比組成，用量為多元復(fù)合芯材和丙烯腈單體總重量的4%~7% ;引發(fā)劑為偶氮二異丁腈，用量為丙烯腈單體重量的1.2%~2%ο
2.一種如權(quán)利要求1所述的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊的制備方法，其特征在于:所述的制備方法是將按照上述量稱取的乳化劑加入到蒸餾水中，室溫下充分?jǐn)嚢柚镣耆芙舛纬扇榛瘎┤芤?；然后將按照上述量稱取的丙烯腈單體及多元復(fù)合芯材各組分原料加入到上述乳化劑溶液中，先電動攪拌預(yù)混合5~lOmin，再用勻漿機(jī)高速剪切乳化分散5~lOmin，得到芯材與壁材的混合分散體系；之后置于60~70°C的水浴中加熱攪拌，同時(shí)滴加引發(fā)劑，反應(yīng)4~5h以使丙烯腈單體聚合成聚丙烯腈并包覆在芯材表面制成微膠囊，最后用石油醚或丙酮洗滌2~3次，再用30~35°C的蒸餾水洗滌2~3次，抽濾烘干后即得到所述的建筑膜材用儲能調(diào)溫微膠囊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述的乳化劑與蒸餾水的重量比為I: 20 ;勻漿機(jī)采用的剪切`速率為10000~12000rpm。
【文檔編號】C08F2/26GK103555281SQ201310506563
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】閆東, 楊文芳, 姚連珍, 余紹琦, 梁繼源 申請人:天津工業(yè)大學(xué)