CN105112020A - 一种阻燃型微胶囊相变材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃型微胶囊相变材料，由芯材、阻燃壁材、乳化剂、过氧化苯甲酰（BPO）和去离子水制成：所述的芯材为脂肪酸酯，所述的阻燃壁材为反应型膦酸酯单体和季戊四醇四丙烯酸酯交联聚合物，所述的乳化剂为非离子表面活性剂和离子表面活性剂混合物。本发明性能优异，安全环保，以反应型膦酸酯改性酸酯聚合作为囊壁材料，不仅起到很好的阻燃效果和良好的耐水耐溶性，还能够避免添加型阻燃降低相变材料的相变焓；以脂肪酸酯为相变材料，热稳定性和化学稳定性更佳，热释放速率更低。

Description

一种阻燃型微胶囊相变材料

技术领域

本发明涉及一种阻燃型微胶囊相变材料，属于节能材料技术领域。

背景技术

世界能源日趋紧张，相变材料逐渐进入节能领域，成为一个研究热点。利用相变材料(PhaseChangeMaterial,PCM)的相变潜热来存储热能的技术，具有储能密度大、储放热过程近似恒温、过程易控制等优点，广泛应用于热量存储和温度控制领域的节能材料，尤其是在建筑领域有着广泛的应用。有机相变材料是近年来相变材料研究的一个重点，其相变过程稳定，循环性良好，具有无机相变材料无法比拟的优势。然而有机相变材料在受热后呈液态，容易泄漏，导致材料损失，并且易燃。因此，有机相变材料的微胶囊化和阻燃成为研究的重点和热点。

目前相变材料的阻燃都是通过添加阻燃剂实现的，例如添加含硅有机物、氯化石蜡、氯化钙和水泥等。这些阻燃剂的加入虽然能够起到阻燃效果，但是不利于相变材料的微胶囊化，并且相对降低了相变材料的含量，从而降低了整体相变材料的热熔。申请号为201410010680.5的发明专利，指出，在囊壁中引入磷酸酯基团，通过磷酸酯对囊壁进行改性，起到很好的阻燃作用。然而该专利的工艺复杂，并且磷酸酯中的P-O键的耐水和耐溶剂性差，不稳定。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种阻燃型微胶囊相变材料，在保证相变材料性能不受影响的前提下，显著提高其阻燃性能和稳定性，还避免环境污染。

为了达到以上目的，本发明提供了一种阻燃型微胶囊相变材料，由芯材、阻燃壁材、乳化剂、过氧化苯甲酰（BPO）和去离子水制成，所述的芯材为脂肪酸酯，所述阻燃壁材为反应型膦酸酯单体和季戊四醇四丙烯酸酯交联聚合物，所述的乳化剂为非离子表面活性剂和离子表面活性剂的混合物，所述的芯材与壁材质量之比为1:1~4:1，所述的乳化剂为芯材和壁材总质量的5~10%，所述的引发剂为壁材质量的2~5%，所述芯材和壁材总质量与所述去离子水质量之比为1:4~1:6。

所述的反应型膦酸酯单体为甲基膦酸二甲酯、烯烃基膦酸酯、美国孟山都公司开发的PhosgardC-22-R，Ciba-Gergy公司开发的PyrpvatesCP；

所述非离子表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、Tween-80、Span-80、辛基酚聚氧乙烯醚季戊四醇酯、失水山梨醇酯；

所述离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠。

一种阻燃型微胶囊相变材料通过以下步骤制得：

a、在平缓搅拌下，将脂肪酸酯、BPO、反应型膦酸酯单体和季戊四醇四丙烯酸酯均匀混合，形成非连续相；

b、在平缓搅拌下，将去离子水和表面活性剂均匀混合形成连续相；

c、将非连续相加入到连续相反应器中，快速搅拌5-40分钟，搅拌速度为3000rpm；

d、温度升至75℃，保持1.5个小时，然后将温度调整到90℃，并保持4个小时；

e、停止加热，并自然冷却至室温；

f、取出阻燃型微胶囊相变材料的悬浮液，并冲洗3次，去除未反应的单体和未包覆的单体，然后在50℃的烘箱中干燥48小时，即可得到产品阻燃型微胶囊相变材料。

本发明采用的原料环保无污染，不会产生甲醛，可以用于建筑的节能等，并且在燃烧过程中生成的聚膦酸酯，其作为脱水剂，并促进成炭，炭的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导；磷酸可吸热，因为它阻止了CO氧化为CO₂，降低了加热过程。同时形成粘稠、不易挥发的稳定化合物，起到隔绝效应，并在燃烧过程中淬灭聚合物热分解产生的高活性自由基H，以中断燃烧的连锁反应。悬浮聚合技术交联聚合提高了微胶囊表面的光滑程度，并增加了微胶囊相变材料的相变材料的含量。

本发明提供的新型定型相变材料，具有以下优点：

性能优异，安全环保，以反应型膦酸酯改性酸酯聚合作为囊壁材料，囊壁中引入磷酸酯基团，由于P-C键的存在，使其比聚磷酸酯更稳定，具有耐水耐溶剂性；通过膦酸酯对囊壁进行改性，不仅起到很好的阻燃作用，弥补了有机相变材料易燃的性能缺陷，很大程度上提高了相变材料的阻燃性能，拓宽了相变材料在节能领域的应用，还可以避免阻燃剂与相变材料直接混合，确保了相变材料具有较高的相变焓，避免对相变材料的蓄热性能产生负面影响。

具体实施方式

实施例1

在平缓搅拌情况下，将非连续相50g脂肪酸酯、25gPhosgardC-22-R、25g季戊四醇四丙烯酸酯（PETRA）和2.5gBPO搅拌均匀，充分混合，将连续相400g去离子水、2.5g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和2.5g十二烷基硫酸钠（SDS）在另外反应器中混合均匀；将上述非连续相加入到连续相反应器中，快速搅拌5分钟，其中搅拌速度为3000rpm，然后将搅拌速度降低为300rpm，并且将温度升温至75℃，保持1.5个小时，随后将温度调整为90℃，并保持4个小时；停止加热，自然降温至室温；取出微胶囊相变材料的悬浮液，并冲洗3次去除未反应的单体和未包覆的单体，在50℃的烘箱中干燥48小时，即可得到阻燃型微胶囊相变材料，其相变焓为94.9kJ/kg，热释放峰值是547.3KW/m²。

实施例2

在平缓搅拌情况下，将非连续相50g脂肪酸酯、8g烯烃基膦酸酯、8g季戊四醇四丙烯酸酯（PETRA）和0.3gBPO搅拌均匀，充分混合，将连续相400g去离子水、3.3g聚乙烯醇（PVA）和3.3g十二烷基硫酸钠（SDS）在另外反应器中混合均匀；将上述非连续相加入到连续相反应器中，快速搅拌40分钟，其中搅拌速度为3000rpm，然后将搅拌速度降低为300rpm，并且将温度升温至75℃，并保持1.5个小时，随后将温度调整为90℃，并保持4个小时；停止加热，自然降温至室温；取出微胶囊相变材料的悬浮液，并冲洗3次去除未反应的单体和未包覆的单体，并在50℃的烘箱中干燥48小时，即可得到阻燃型微胶囊相变材料，其相变焓为142.2kJ/kg，热释放峰值是1013.6KW/m²。

实施例3

在平缓搅拌情况下，将非连续相50g脂肪酸酯、6.25gPyrpvatesCP、6.25g季戊四醇四丙烯酸酯（PETRA）和0.36gBPO搅拌均匀，充分混合，将连续相310g去离子水、2.1gSpan-80和2.1g十二烷基苯磺酸钠（SDBS）在另外反应器中混合均匀；将上述非连续相加入到连续相反应器中，快速搅拌20分钟，搅拌速度为3000rpm，然后将搅拌速度降低为300rpm，并且将温度升温至75℃，并保持1.5个小时，随后将温度调整为90℃，并保持4个小时；停止加热，自然降温至室温；取出微胶囊相变材料的悬浮液，冲洗3次去除未反应的单体和未包覆的单体，在50℃的烘箱中干燥48小时，即可得到阻燃型微胶囊相变材料，其相变焓为152.5kJ/kg，热释放峰值是1121.1KW/m²。

实施例4

在平缓搅拌情况下，将非连续相50g脂肪酸酯、12.5gPhosgardC-22-R、12.5g季戊四醇四丙烯酸酯（PETRA）和1gBPO搅拌均匀，充分混合，将连续相375g去离子水、1gTween-80和1g十二烷基硫酸钠（SDS）在另外反应器中混合均匀；将上述非连续相加入到连续相反应器中，快速搅拌10分钟，搅拌速度为3000rpm，然后将搅拌速度降低为300rpm，并且将温度升温至75℃，保持1.5个小时，随后将温度调整为90℃，保持4个小时；随后停止加热，自然降温至室温，取出微胶囊相变材料的悬浮液，冲洗3次去除未反应的单体和未包覆的单体，然后在50℃的烘箱中干燥48小时，即可得到阻燃型微胶囊相变材料，其相变焓为86.3kJ/kg，热释放峰值是836.2KW/m²。

实施例5

在平缓搅拌情况下，将非连续相50g脂肪酸酯、16g甲基膦酸二甲酯、16g季戊四醇四丙烯酸酯（PETRA）和1gBPO搅拌均匀，充分混合，将连续相400g去离子水、1g辛基酚聚氧乙烯醚季戊四醇酯和1g十二烷基苯磺酸钠（SDBS）在另外反应器中混合均匀；将上述非连续相加入到连续相反应器中，快速搅拌5分钟，搅拌速度为3000rpm，然后将搅拌速度降低为300rpm，并且将温度升温至75℃，保持1.5个小时，随后将温度调整为90℃，保持4个小时；停止加热，自然降温至室温；取出微胶囊相变材料的悬浮液，冲洗3次去除未反应的单体和未包覆的单体，在50℃的烘箱中干燥48小时，即可得到阻燃型微胶囊相变材料，其相变焓为105.7kJ/kg，热释放峰值是654KW/m²。

实施例6

在平缓搅拌情况下，将非连续相50g脂肪酸酯、12.5gPyrpvatesCP、12.5g季戊四醇四丙烯酸酯（PETRA）和1gBPO搅拌均匀，充分混合，将连续相400g去离子水、1g失水山梨醇酯和1g十二烷基硫酸钠（SDS）在另外反应器中混合均匀；将上述非连续相加入到连续相反应器中，快速搅拌5分钟，搅拌速度为3000rpm，然后将搅拌速度降低为300rpm，并且将温度升温至75℃，保持1.5个小时，随后将温度调整为90℃，保持4个小时；停止加热，自然降温至室温；取出微胶囊相变材料的悬浮液，冲洗3次去除未反应的单体和未包覆的单体，然后在50℃的烘箱中干燥48小时，即可得到阻燃型微胶囊相变材料，其相变焓为110.9kJ/kg，热释放峰值是783.4KW/m²。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种阻燃型微胶囊相变材料，其特征在于，由芯材、阻燃壁材、乳化剂、过氧化苯甲酰（BPO）和去离子水制成，所述的芯材为脂肪酸酯，所述的阻燃壁材为反应型膦酸酯单体和季戊四醇四丙烯酸酯的交联聚合物，所述的乳化剂为非离子表面活性剂和离子表面活性剂的混合物，所述芯材与壁材质量之比为1:1~4:1，所述的乳化剂为芯材和壁材总质量的5~10%，所述引发剂为壁材质量的2~5%，所述的芯材和壁材总质量与所述去离子水质量之比为1:4~1:6。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃型微胶囊相变材料，其特征在于，所述反应型膦酸酯单体为甲基膦酸二甲酯、烯烃基膦酸酯、美国孟山都公司开发的PhosgardC-22-R，Ciba-Gergy公司开发的PyrpvatesCP。

3.根据权利要求1所述的一种阻燃型微胶囊相变材料，其特征在于，所述非离子表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、Tween-80、Span-80、辛基酚聚氧乙烯醚季戊四醇酯、失水山梨醇酯。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃型微胶囊相变材料，其特征在于，所述离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠。

5.根据权利要求1所述的一种阻燃型微胶囊相变材料，其特征在于，包括以下制备步骤：

a、在平缓搅拌下，将脂肪酸酯、BPO、反应型膦酸酯单体和季戊四醇四丙烯酸酯均匀混合，形成非连续相；

b、在平缓搅拌下，将去离子水和表面活性剂均匀混合形成连续相；

c、将非连续相加入到连续相反应器中，快速搅拌5-40分钟，搅拌速度为3000rpm；

d、温度升至75℃，保持1.5个小时，然后将温度调整到90℃，并保持4个小时；

e、停止加热，并自然冷却至室温；

f、取出阻燃型微胶囊相变材料的悬浮液，并冲洗3次，去除未反应的单体和未包覆的单体，然后在50℃的烘箱中干燥48小时，即可得到产品阻燃型微胶囊相变材料。