含磷丙烯酸单体和阻燃型相变微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术所述含磷丙烯酸单体，由N,N‑双(2‑羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯与含双键酰氯通过Michael加成反应制得。本发明专利技术所述阻燃型相变微胶囊，由囊壁和包覆于囊壁中的有机相变物质构成，所述囊壁为含磷丙烯酸单体改性丙烯酸树脂，所述含磷丙烯酸单体改性丙烯酸树脂通过上述含磷丙烯酸单体与丙烯酸单体反应形成。所述阻燃型相变微胶囊的制备方法，步骤如下：(1)配制油相和水相；(2)将油相滴加到水相中，油相滴加完后搅拌10～60min，再于60～90℃搅拌反应1～8h，反应时间到达后，将所得反应液减压抽滤得滤饼并用去离子水洗涤所得滤饼，然后将洗涤后的滤饼真空干燥。

【技术实现步骤摘要】
含磷丙烯酸单体和阻燃型相变微胶囊及其制备方法
本专利技术属于节能材料
，涉及含磷丙烯酸单体、阻燃型相变微胶囊及其制备方法。
技术介绍
近年来，伴随着人类社会能源消耗的与日俱增及地球环境问题的日益恶化，基于相变储能材料(PCM)的热能存储系统(TES)引起了全球科学工作者的广泛关注。相变储能材料可以在特定的温度范围内利用相变过程来吸收、储存、释放大量的热量，从而实现蓄热调温作用，被广泛应用于节能建筑、智能纺织品、电力调峰、太阳能存储以及工业废热回收等领域。有机相变材料储能密度高、相变温度适宜、耐热稳定性好，具有无机相变材料无法比拟的优点，是目前相变储能领域研究的重点。然而，有机相变材料通常具有较差的导热性能，并且其相变过程为固-液相变，在热能存储过程中易发生泄漏，限制了其在实际应用中的进一步推广。微胶囊化相变材料可以克服有机相变材料的诸多局限，通过表面聚合物包覆，防止了相变材料的泄漏，并且微胶囊具有极高的比表面积，增大了热能存储和释放效率，极大地拓宽了相变材料的应用范围。高分子聚合物具有良好的物理机械性能，有利于承受相变材料在使用过程中体积的反复变化，因此微胶囊相变材料通常以脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯聚脲树脂等有机聚合物作为壁材。然而，由于有机相变材料及传统聚合物壁材均为易燃物质，限制了相变微胶囊在建筑及纺织品等领域的应用。近年来，火灾频繁发生对人类的生命和财产安全造成了极大的危害，建筑及纺织品等领域对材料的防火等级提出了新的要求，因此阻燃型相变储能材料成为了目前相变储能领域的研究重点。中国专利CN105542721A公开了一种阻燃相变微胶囊的制备方法，通过向有机相变材料中混入阻燃剂氯化石蜡制备了阻燃相变微胶囊，但是阻燃剂的加入降低了微胶囊中相变材料的含量，从而降低了相变微胶囊的储能密度。中国专利CN105112020A公开了另外一种阻燃相变微胶囊的制备方法，通过将反应型膦酸酯单体与季戊四醇四丙烯酸酯反应得到具有一定阻燃性能的聚合物囊壁，但是膦酸酯单体与季戊四醇四丙烯酸酯的反应过程难以控制，操作难度大。中国专利CN103740337A将甲基丙烯酸依次与丁二醇和五氧化二磷反应制备了一种膦酸酯功能性单体，并通过其与丙烯酸单体聚合制备了另外一种阻燃微胶囊材料，但是该膦酸酯功能性单体制备过程繁琐，容易产生副产物，并且所制备的相变微胶囊囊壁交联密度低，易导致微胶囊的使用稳定性下降。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供含磷丙烯酸单体和囊壁为含磷丙烯酸单体改性丙烯酸树脂的阻燃型相变微胶囊及其制备方法，以便在保证阻燃性能的前提下，提高相变微胶囊的储能密度和囊壁的交联密度并简化制备工艺。本专利技术所述含磷丙烯酸单体，由N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯与含双键酰氯通过Michael加成反应制得。所述含双键酰氯为丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或2-丁烯酰氯，当含双键酰氯为丙烯酰氯时，含磷丙烯酸单体的结构式如下：当含双键酰氯为甲基丙烯酰氯时，含磷丙烯酸单体的结构式如下：当含双键酰氯为2-丁烯酰氯时，含磷丙烯酸单体的结构式如下：本专利技术所述阻燃型相变微胶囊，由囊壁和包覆于囊壁中的有机相变物质构成，所述囊壁为含磷丙烯酸单体改性丙烯酸树脂，所述含磷丙烯酸单体改性丙烯酸树脂通过上述含磷丙烯酸单体与丙烯酸单体反应形成。本专利技术所述阻燃型相变微胶囊，有机相变物质为通式是CnH2n+2的直链烷烃或支链烷烃、通式是CnH2nCOOH的高级脂肪酸、通式是CnH2nOH的高级脂肪醇中的至少一种，上述通式中，n＝12～32。本专利技术所述阻燃型相变微胶囊其形状为球形或类球形，平均粒径为120～150nm。本专利技术所述含磷丙烯酸单体的制备方法，步骤如下：将N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯溶于溶剂A后，加入中和剂及含双键酰氯并混合均匀形成反应体系，然后在10℃～50℃搅拌反应4～24h，反应时间到达后，将反应液过滤得滤液，在室温下用饱和氯化钠溶液萃取滤液除去滤液中未反应的含双键酰氯和中和剂，再通过减压蒸馏除去萃取所得油相中的溶剂A，即得到含磷丙烯酸单体；所述反应体系中，N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯、含双键酰氯与中和剂的摩尔比为1：(1～3)：(1～3)，溶剂A的质量与N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯、中和剂和含双键酰氯总质量之比为(5～20)：1。上述含磷丙烯酸单体的制备方法中，所述中和剂为三乙胺、质量浓度25～28％的氨水、氢氧化钠或氢氧化钾；所述含双键酰氯为丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或2-丁烯酰氯；所述溶剂A为二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯甲烷或四氯乙烷。上述方法中，萃取时饱和氯化钠溶液与滤液得质量比为(1～3)：1。本专利技术所述阻燃型相变微胶囊的制备方法，步骤如下：(1)在有机相变物质熔点温度或不高于有机相变物质熔点温度20℃的条件下，将上述方法制备的含磷丙烯酸单体与丙烯酸单体、引发剂、有机相变物质搅拌混合均匀得到油相，在室温下将去离子水和乳化剂搅拌混合均匀得到水相；所述含磷丙烯酸单体与丙烯酸单体的质量比为(0.05～0.5)：1，引发剂、有机相变物质与含磷丙烯酸单体和丙烯酸单体总质量之比为(0.001～0.03)：(0.3～2)：1，去离子水、乳化剂与油相的质量比为(3～8)：(0.005～0.05)：1。(2)在搅拌下于有机相变物质熔点温度或不高于有机相变物质熔点温度20℃，将步骤(1)所得油相滴加到步骤(1)所得水相中，油相滴加完后在1000～3000r/min的转速条件下搅拌10～60min，再于60～90℃以200～800r/min的转速搅拌反应1～8h，反应时间到达后，将所得反应液减压抽滤得滤饼并用去离子水洗涤所得滤饼，然后将洗涤后的滤饼真空干燥得到阻燃型相变微胶囊。上述阻燃型相变微胶囊的制备方法中，所述丙烯酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯中的至少一种；所述有机相变物质为通式是CnH2n+2的直链烷烃或支链烷烃、通式是CnH2nCOOH的高级脂肪酸、通式是CnH2nOH的高级脂肪醇中的至少一种，上述通式中，n＝12～32。上述阻燃型相变微胶囊的制备方法中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化二苯甲酰；所述乳化剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、Tween-20、Tween-40、Tween-60、Tween-80、Span-20、Span-40、Span-60、Span-80、TritonX-100中的至少一种。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术利用N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯与含双键酰氯通过Michael加成反应，制备了含两个碳碳双键的含磷丙烯酸单体，再以含磷丙烯酸单体为交联剂与丙烯酸单体进行聚合反应，通过包裹有机相变材料，制备了囊壁具有阻燃性能的相变微胶囊，由于相变微胶囊的囊壁为含磷丙烯酸单体改性丙烯酸树脂，因而本专利技术提供的相变微胶囊不仅具有优良的阻燃性能，而且囊壁的交联密度提高，相变焓的损失率更小，使用稳定性更好，2、由于本专利技术所述阻燃型相变微胶囊不含阻燃剂，因而确保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含磷丙烯酸单体，其特征在于该单体由N,N‑双(2‑羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯与含双键酰氯通过Michael加成反应制得。

【技术特征摘要】
1.含磷丙烯酸单体，其特征在于该单体由N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯与含双键酰氯通过Michael加成反应制得。2.根据权利要求1所述含磷丙烯酸单体，其特征在于所述含双键酰氯为丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或2-丁烯酰氯，当含双键酰氯为丙烯酰氯时，含磷丙烯酸单体的结构式如下：当含双键酰氯为甲基丙烯酰氯时，含磷丙烯酸单体的结构式如下：当含双键酰氯为2-丁烯酰氯时，含磷丙烯酸单体的结构式如下：3.阻燃型相变微胶囊，由囊壁和包覆于囊壁中的有机相变物质构成，其特征在于所述囊壁为含磷丙烯酸单体改性丙烯酸树脂，所述含磷丙烯酸单体改性丙烯酸树脂通过权利要求1或2所述含磷丙烯酸单体与丙烯酸单体反应形成。4.根据权利要求3所述阻燃型相变微胶囊，其特征在于有机相变物质为通式是CnH2n+2的直链烷烃或支链烷烃、通式是CnH2nCOOH的高级脂肪酸、通式是CnH2nOH的高级脂肪醇中的至少一种，上述通式中，n＝12～32。5.根据权利要求3或4所述阻燃型相变微胶囊，其特征在于它的形状为球形或类球形，平均粒径为120～150nm。6.一种权利要求1所述含磷丙烯酸单体的制备方法，其特征在于步骤如下：将N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯溶于溶剂A后，加入中和剂及含双键酰氯并混合均匀形成反应体系，然后在10℃～50℃搅拌反应4～24h，反应时间到达后，将反应液过滤得滤液，在室温下用饱和氯化钠溶液萃取滤液除去滤液中未反应的含双键酰氯和中和剂，再通过减压蒸馏除去萃取所得油相中的溶剂A，即得到含磷丙烯酸单体；所述反应体系中，N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯、含双键酰氯与中和剂的摩尔比为1：(1～3)：(1～3)，溶剂A的质量与N,N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯、中和剂和含双键酰氯总质量之比为(5～20)：1。7.根据权利要求6所述含磷丙烯酸单体的制备方法，其特征在于所述中和剂为三乙胺、质量浓度25～28％的氨水、氢氧化钠或氢氧化钾；所述含双键酰氯为丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯或2-丁烯酰氯；所述溶剂A为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓声，杜宗良，成煦，王海波，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51