一种兼具温度调控和电磁吸收的多功能微胶囊及其制备方法

1.本发明属于微胶囊技术领域，具体涉及一种兼具温度调控和电磁吸收的多功能微胶囊及其制备方法。
技术背景
2.随着工业与科技的快速发展，化石能源消耗和电磁辐射污染已成为人们困扰的难题。太阳能作为目前储量丰富、无污染、高功率的新型可再生能源，对其的利用储存一直是国内外学者研究的热点。此外，过量的电磁辐射不仅会干扰电子设备的正常运行，其所产生的热效应还会危害人的身体健康。因此，研发出一种具备能量储存、微波吸收和温度调控的功能材料对于减少能源消耗和降低电磁辐射具有极其重要的意义。
3.相变微胶囊是一种以有机高分子材料为壁材，相变材料为芯材的微胶囊。相变微胶囊独特的壳核结构展现出良好的热稳定性、不易挥发性和防渗漏性。该材料被广泛应用于调温储能方面，此外其良好的相变控温能力还可赋予目标具备一定的红外隐身功能，例如中国已公开专利《一种相变-红外隐身双功能复合微胶囊的制备方法及应用》申请号：(202010033458.2)以硬脂酸为芯材，碳酸钙为壁材，采用原位聚合制备了一种具有壳核结构的相变微胶囊，该发明将相变微胶囊涂抹在衣服的中空夹层中，使改良的衣服同时具备调温储能和红外隐身的性能。但由于其有机高分子外壳阻抗特性较差，微胶囊具备较差的电磁吸收能力。因此，将吸波材料作为改性剂，镶入相变微胶囊外壳中以获其吸波特性是一种简单且有效的解决方法。
4.电磁吸波材料是一种能吸收或大幅减弱电磁波能量，并将其转化为其他能量的材料。生活中过量的电磁辐射不仅会干扰电子设备的正常运行，其所产生的热效应还会危害人的身体健康，因此电磁吸波材料被广泛运用于日常生活、科研医疗、电子通信和国防军工等领域，用以降低电磁辐射对人和设备的影响，例如中国已公开专利《一种石墨烯复合纳米六角钡铁氧体吸波材料制备方法》申请号：(202111132442.8)采用溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备了石墨烯复合纳米六角钡铁氧体材料并展现出良好的吸波效果，但其制备过程中需要在真空条件下，通入氮气并进行微波加热处理，过程较为严苛且繁琐。
5.综上所述，针对减少能源消耗、电磁辐射污染乃至提供多重隐身的问题上，研发出一种兼具温度调控和电磁吸收的多功能微胶囊对于材料的多功能化具有极其广泛的应用前景。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，制备出一种兼具温度调控和电磁吸收的多功能微胶囊，并公开其制备方法。
7.一种兼具温度调控和电磁吸收的多功能微胶囊，其特征在于：以三聚氰胺、尿素和甲醛为壁材，吸波剂为壁材改性剂，石蜡为芯材，按质量份计，包括三聚氰胺3-14份、尿素3-13份、甲醛6-30份、吸波剂1-10份、石蜡15-45份、乳化剂1-7份、去离子水50-110份、ph调节
剂10-30份。
8.所述的乳化剂为苯乙烯/马来酸酐共聚物、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠中的一种或几种。
9.所述的ph调节剂为柠檬酸、三乙醇胺和氢氧化钠中的一种或几种。
10.所述的吸波剂为四氧化三铁、羰基铁粉、石墨烯中的一种或几种。
11.所述的吸波剂的分散方式为超声分散。
12.一种兼具温度调控和电磁吸收的多功能微胶囊的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
13.(1)水相制备：将1-7份乳化剂溶于40-90份去离子水中，调节溶液ph至9-12并在60-80℃的水浴加热的条件下搅拌1h，转速400-1000r/min得到水相溶液。
14.(2)油相制备：将15-45份石蜡和1-10份吸波剂混合，在60-80℃的水浴中声分散1h得到分散均匀的油相溶液。
15.(3)预聚物制备：将3-13份尿素、6-30份甲醛溶液和3-14份三聚氰胺溶解在10-36份去离子水中，通过调节溶液ph至9-12在60-80℃下搅拌1h，转速400-800r/min得到muf预聚体溶液。
16.(4)乳化：将水相溶液加入油相溶液中，在60-80℃的水浴中剧烈搅拌1h，转速800-1400r/min获得稳定的水包油型乳液。
17.(5)固化：将muf预聚体溶液加入到水包油型乳液中，调节溶液ph至2-5，将温度升至70-90℃并以转速600-1000r/min搅拌2h。
18.(6)洗涤过滤：将固化所得产物经洗涤、干燥和分筛，即得所述吸波-相变微胶囊。
19.有益效果:以吸波剂杂化改性三聚氰胺脲醛树脂为壁材，石蜡为芯材采用原位聚合法制备吸波-相变微胶囊。本发明提供的吸波-相变微胶囊具有良好的微观形貌、稳定的化学结构和较好的吸波和相变潜热性能。本发明的微胶囊能够吸收电磁波并将其转换为热能储存于微胶囊芯材中，此外微胶囊芯材优异的相变潜热性能又可赋予微胶囊具备一定的温度调控功能。在应用前景方面，该微胶囊不仅可满足调节室温和吸收电磁辐射的建筑需求，甚至可满足兼具红外隐身和微波吸收的多重隐身的军事需求。
附图说明
20.图1为本发明具体实施方式中的微胶囊制备工艺流程示意图；
21.图2为本发明实施例1和实施例2的微胶囊及普通微胶囊对电磁波的反射损失曲线；
22.图3为本发明实施例1和实施例2的微胶囊及环氧树脂升温曲线；
23.图4为本发明实施例1和实施例2的微胶囊单个和整体形貌扫描电镜图。
具体实施方式
24.为了更好说明本发明内容，下面结合实施例对本发明作进一步的说明(见表2)，发明所要求保护的范围并不局限于实施例的表述范围(实施例流程图参见附图1)。抽取实施例1和实施例2进行相应的吸波和相变测试。
25.吸波性能测试：将微胶囊与石蜡按质量比9：1混合(石蜡为粘合剂)，将材料混合压
制成高
×
外径
×
内径＝2.00
×
7.00
×
3.04mm3的同轴环，采用同轴法测试试样的复介电常数和复磁导率。根据传输线理论模拟计算样品在4mm的匹配厚度下的电磁波反射损失，测试结果如图2。
26.相变性能测试：将微胶囊与环氧树脂分别制成高
×
直径＝7.00
×
28.00mm3的圆柱状试样，将试样放在水浴锅加热15min，并用无纸化记录仪记录试样的温度变化并记录升温曲线，测试结果如图3。
27.实施例1：
28.将1份的苯乙烯/马来酸酐共聚物溶解到60份的去离子水中，加入适量的氢氧化钠来调节溶液ph＝12，在70℃的水浴加热的条件下，以转速500r/min搅拌1h得到混合均匀的水相溶液；同时将12份石蜡和2份的羰基铁粉置于烧杯中，并超声分散1h得到分散均匀的油相溶液。将制备好的水相溶液加入到混合均匀的油相溶液中，以转速1200r/min剧烈搅拌1h，获得稳定的水包油型乳液。同时，将3份尿素和15份浓度为37％甲醛溶液、7份三聚氰胺溶解在烧杯中的20份去离子水中，通过三乙醇胺调节溶液ph＝10在70℃下，以转速600r/min搅拌1h得到muf预聚体溶液。然后，将muf预聚体加入到混合乳液中，通过柠檬酸调节混合物溶液ph＝4，在水浴80℃下转速700r/min搅拌2h。最后，将得到的微胶囊过滤，用30wt％乙醇-水溶液洗涤后烘干得到吸波-相变微胶囊。
29.实施例2：
30.将1份的苯乙烯/马来酸酐共聚物溶解到70份的去离子水中，加入适量的氢氧化钠来调节溶液ph＝10，在70℃的水浴加热的条件下，以转速500r/min搅拌1h得到混合均匀的水相溶液；同时将16份石蜡和2份的四氧化三铁置于烧杯中，并超声分散1h得到分散均匀的油相溶液。将制备好的水相溶液加入到混合均匀的油相溶液中，以转速1200r/min剧烈搅拌1h，获得稳定的水包油型乳液。同时，将5份尿素和19份浓度为37％甲醛溶液、5份三聚氰胺溶解在烧杯中的10份去离子水中，通过三乙醇胺调节溶液ph＝10在70℃下，以转速600r/min搅拌1h得到muf预聚体溶液。然后，将muf预聚体加入到混合乳液中，通过柠檬酸调节混合物溶液ph＝4，在水浴80℃转速700r/min下搅拌2h。最后，将得到的微胶囊过滤，用30wt％乙醇-水溶液洗涤后烘干得到吸波-相变微胶囊。
31.实施例3：
32.将3份的十二烷基硫酸钠溶解到80份的去离子水中，加入适量的氢氧化钠来调节溶液ph＝11，在60℃的水浴加热的条件下，以转速500r/min搅拌1h得到混合均匀的水相溶液；同时将20份石蜡和4份的石墨烯置于烧杯中，并超声分散1h得到分散均匀的油相溶液。将制备好的水相溶液加入到混合均匀的油相溶液中，以转速1200r/min剧烈搅拌1h，获得稳定的水包油型乳液。同时，将7份尿素和23份浓度为37％甲醛溶液、3份三聚氰胺溶解在烧杯中的15份去离子水中，通过三乙醇胺调节溶液ph＝10在60℃下，以转速600r/min搅拌1h得到muf预聚体溶液。然后，将muf预聚体加入到混合乳液中，通过柠檬酸调节混合物溶液ph＝4，在水浴85℃下转速700r/min搅拌2h。最后，将得到的微胶囊过滤，用30wt％乙醇-水溶液洗涤后烘干得到吸波-相变微胶囊。
33.实施例4：
34.将3份的十二烷基硫酸钠溶解到60份的去离子水中，加入适量的氢氧化钠来调节溶液ph＝12，在65℃的水浴加热的条件下，以转速800r/min搅拌1h得到混合均匀的水相溶
液；同时将12份石蜡和4份的羰基铁粉置于烧杯中，并超声分散1h得到分散均匀的油相溶液。将制备好的水相溶液加入到混合均匀的油相溶液中，以转速1400r/min剧烈搅拌1h，获得稳定的水包油型乳液。同时，将6份尿素和15份浓度为37％甲醛溶液、4份三聚氰胺溶解在烧杯中的15份去离子水中，通过三乙醇胺调节溶液ph＝11在65℃下，以转速400r/min搅拌1h得到muf预聚体溶液。然后，将muf预聚体加入到混合乳液中，通过柠檬酸调节混合物溶液ph＝3，在水浴75℃下转速600r/min搅拌2h。最后，将得到的微胶囊过滤，用30wt％乙醇-水溶液洗涤后烘干得到吸波-相变微胶囊。
35.实施例5：
36.将5聚乙烯醇溶解到70份的去离子水中，加入适量的氢氧化钠来调节溶液ph＝11，在60℃的水浴加热的条件下，以转速800r/min搅拌1h得到混合均匀的水相溶液；同时将16份石蜡和6份的四氧化三铁置于烧杯中，并超声分散1h得到分散均匀的油相溶液。将制备好的水相溶液加入到混合均匀的油相溶液中，以转速1400r/min剧烈搅拌1h，获得稳定的水包油型乳液。同时，将4份尿素和19份浓度为37％甲醛溶液、6份三聚氰胺溶解在烧杯中的20份去离子水中，通过三乙醇胺调节溶液ph＝10在70℃下，以转速400r/min搅拌1h得到muf预聚体溶液。然后，将muf预聚体加入到混合乳液中，通过柠檬酸调节混合物溶液ph＝3，在水浴90℃下转速600r/min搅拌2h。最后，将得到的muf/石蜡微胶囊过滤，用30wt％乙醇-水溶液洗涤后烘干得到吸波-相变微胶囊。
37.实施例6：
38.将5份的聚乙烯醇溶解到80份的去离子水中，加入适量的氢氧化钠来调节溶液ph＝11，在60℃的水浴加热的条件下，以转速800r/min搅拌1h得到混合均匀的水相溶液；同时将20份石蜡和6份的石墨烯置于烧杯中，并超声分散1h得到分散均匀的油相溶液。将制备好的水相溶液加入到混合均匀的油相溶液中，以转速1400r/min剧烈搅拌1h，获得稳定的水包油型乳液。同时，将5份尿素和23份浓度为37％甲醛溶液、5份三聚氰胺溶解在烧杯中的10份去离子水中，通过三乙醇胺调节溶液ph＝10在70℃下，以转速400r/min搅拌1h得到muf预聚体溶液。然后，将muf预聚体加入到混合乳液中，通过柠檬酸调节混合物溶液ph＝3，在水浴80℃下转速600r/min搅拌2h。最后，将得到的muf/石蜡微胶囊过滤，用30wt％乙醇-水溶液洗涤后烘干得到吸波-相变微胶囊。
39.表1：实施例1-6乳化剂和吸波剂类别
[0040][0041]
表2：实施例1-6中各种原材料配比(按质量份数计数)
[0042][0043]
注：去离子水(水相)为水相制备过程中添加去离子水的质量份数；去离子水(预聚物)为预聚物制备过程中添加去离子水的质量份数。
[0044]
表3：实施例1-6性能检测数据
[0045][0046]
以上检测数据分别为微胶囊水浴加热15min后的温度变化情况及在1-4mm的匹配厚度下的反射损耗。
[0047]
结果分析：相较于环氧树脂，本发明的吸波-相变微胶囊在水浴加热15min后，温度可下降5-15℃。在不同的匹配厚度下(1-4mm)，吸波-相变微胶囊的最大反射损耗可达到1-5db。在后续的应用前景方面，该微胶囊不仅可满足红外隐身和微波吸收的多重隐身的军事需求，且可满足调节室温和吸收电磁辐射的建筑需求。