一种离子液体相变微胶囊的制备方法

技术领域

本发明涉及一种利用微胶囊技术制备相变储能材料的方法，具体的说，对离子液体相变储热材料进行表面包裹的技术，可以实现不同相变温度相变材料的生产，该技术所得到的材料，可以用于医疗防护、建筑、装饰、家纺等领域中，在一定温度范围内实现储能调温，达到节约能源的目的。

背景技术

离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成,在室温或室温附近温度呈液态的盐类。与传统相变储能材料相比，离子液体作为相变储能材料具有以下优势：(1)离子液体的熔点具有很强的可设计性，可以根据目标相变温度做出相应的结构调整；(2)良好的热稳定性，分解温度较高，高于目前的有机储能材料，进行多次相变循环后不会分解或者产生其它变化，适合作为高品位热源的储热材料；(3)酸碱性可控，离子液体优异的酸碱可调性将有助于与其它对酸碱性环境有较高要求的物质形成多组分体系；(4)离子液体密度稳定且易于调整，离子液体的密度在不同环境中都较为稳定,不受温度、湿度等因素的影响。(5)亲疏水可调，可根据微胶囊制备方法形成水包油或油包水体系。因此，离子液体的宽液程、大热容以及优异的热和化学稳定性，是现有储热材料的理想介质之一。

由于离子液体的相变过程易受到杂质(如水，吸收的气体等)的影响，因此，开发一种既有离子液体相变优势又能提高其相变稳定性的功能材料对于离子液体在储热方面的应用具有重要的意义。离子液体相变微胶囊技术是将微胶囊技术应用于离子液体相变材料的制备，将相变离子液体封闭在球形胶囊中，保持了离子液体的相变优势，又防止离子液体的损失并解决了离子液体相变稳定性的问题，从而改善了离子液体相变材料的应用性能，拓宽相变储热技术的应用领域。

附图说明：

图1是1-癸基-3-甲基氯化咪唑-聚氨酯离子液体微胶囊电镜图；图2是离子液体-石蜡复合相变微胶囊DSC曲线图。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子液体相变储热材料的制备方法，利用微胶囊技术，将相变离子液体密封在微胶囊中，保证相变材料不泄露和相变过程的可逆性。上述方法制得的相变储热材料，可以被加工成适合于医疗卫生、建筑、装饰、军事设施等领域的自动调温材料。

所述的离子液体相变微胶囊由外层壁材和里面被包覆的相变储热离子液体芯材两部分组成。

所述离子液体微胶囊外层壁材是具有耐酸碱、耐溶剂性能、化学和机械性质稳定，同时具有良好传热性的聚合物。

所述离子液体相变微胶囊芯材具有良好的相变性能、高热容及热能贮存密度、高热稳定性等特征。这些特性的组合，可以构成大量性质和用途不同的离子液体芯材。

所述离子液体相变微胶囊外层壁材是酚醛树脂、脲醛树脂、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚乳酸等中的一种或多种。

所述离子液体相变微胶囊芯材的相变温度在0-100℃范围，熔融相变焓>60 J/g。

所述离子液体微胶囊芯材，包括但不限于1-癸基-3-甲基氯化咪唑、1-甲基咪唑三氟甲磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑溴盐或1-辛基 -3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

所述离子液体芯材，可以为一种、两种或多种离子液体的复配，亦可为离子液体与石蜡的复配，以实现不同相变温度的调控。

所述的离子液体微胶囊制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)将离子液体芯材溶于有机溶剂，超声形成均相均匀的分散相溶液，离子液体的质量百分比含量为5％～10％；

(2)配制连续相溶液，连续相溶液为含有壁材和表面活性剂的水溶液，表面活性剂质量百分比含量为0.1％～1％；

(3)微胶囊化：将分散相和连续相混合搅拌形成水包油或油包水体系，加入聚合剂，使得高分子膜材料固化，形成对离子液体形成包覆；

(4)将得到新型相变离子液体微胶囊用水清洗三次，过滤，置于空气中干燥24小时即得到包覆离子液体相变微胶囊。

所述离子液体相变微胶囊的制备方法，有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、环己烷和正己烷中的一种或多种；表面活性剂为聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚硫醚、烷基磺酸钠中的一种或多种；聚合剂为过氧化苯甲酰、过氧化十二酰和偶氮二异丁腈中的一种或多种。

具体实施案例

下面通过实施例对本发明予以说明

实施例1 1-癸基-3-甲基氯化咪唑-聚氨酯离子液体相变微胶囊

本微胶囊的组成：壁材：聚氨酯；离子液体：1-癸基-3-甲基氯化咪唑制备方法：采用界面聚合法制备微胶囊相变材料，具体步骤如下：首先，称取 2.0g十二烷基苯磺酸钠粉末，倒入200mL去离子水中，搅拌均匀，所配制的体系标记为I体系；接着，将25g 1-癸基-3-甲基氯化咪唑和75g 2,4-甲苯二异氰酸酯混合均匀，所配制的油相体系标记为II体系。将I体系置于剪切乳化机(转速为7000r/min)中，然后将II体系倒入I体系中持续乳化15min，再将所得悬浮液转移到三口烧瓶中，在不断搅拌下向体系加入10mL 4.5g三乙醇胺溶液， 40℃条件下保温1h，60℃保温反应2h，70℃保温反应3h。最后降温出料，将所得微胶囊产品洗涤、抽滤，60℃下干燥12h，得到微胶囊粉末。其表面形貌如说明书附图1所示。

实施例2 1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体-聚乳酸相变微胶囊

本微胶囊的组成：壁材：聚乳酸；离子液体：1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。制备方法：聚乳酸包覆1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体相变微胶囊的制备，首先制备质量分数为1-6％的聚乳酸和质量分数为1-3％的1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐加入到二氯甲烷中形成均匀的溶液，该溶液为油相。然后质量分数为 0.5-4％的十二烷基磺酸钠加到去离子水中，该溶液为水相。待以上两种溶液完全溶解后将油相与水相以1:10的比例混合，在室温低速下搅拌均匀进行乳化反应，然后升高温度至60℃挥发二氯甲烷得到白色乳液，将该乳液离心沉淀，最后真空干燥得到1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体相变微胶囊。

实施例3 1-己基-2,3-二甲基咪唑溴盐离子液体-石蜡复合相变微胶囊

本微胶囊的组成：壁材：甲基丙烯酸甲酯；离子液体：1-己基-2,3-二甲基咪唑溴盐。

制备方法：水相的制备：称取1.5g的乳化剂聚乙烯吡咯烷酮和200mL去离子水于三口烧瓶中，60℃下低速搅拌。油相的制备：称取30g石蜡、20g 1-己基 -2,3-二甲基咪唑溴盐、17.8g单体甲基丙烯酸甲酯、2.2g交联剂季戊四醇四丙烯酸酯和0.5g引发剂偶氮二异丁腈。将石蜡放入100mL单口烧瓶中60℃加热熔化后，依次加入离子液体，单体，交联剂，最后加入引发剂粉末，使之溶解。将油相倒入水相，1500rpm下机械搅拌10min，使其乳化。升温至80℃， 700rpm机械搅拌下反应5h，发生聚合反应。得到的样品趁热抽滤，并用70℃的水和乙醇分别洗涤三次，最后将得到的产物放入50℃的烘箱内干燥至恒重。离子液体-石蜡复合相变微胶囊的DSC相变过程如图2所示。