一种纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料制造技术

本发明专利技术提供一种纳米SiO2‑GO协同改性微胶囊相变储能材料，涉及相变储能材料技术领域，包括以下重量份数的原料组成：100份相变芯材、0.5‑2.5份GO、0‑10份乳化剂、10‑20份改性纳米SiO2、60‑180份脲素、0‑20份三聚氰胺、135‑450份甲醛溶液、适量酸性调节剂和碱性调节剂，本发明专利技术以改性纳米SiO2和GO作为相变芯材乳液的乳化稳定剂，提高乳液的稳定性并进一步提高所制微胶囊相变材料颗粒的热性能。

Nano SiO2-GO synergistic modified microcapsule phase change energy storage material

The invention provides a microencapsulated phase change energy storage material synergistically modified by nano-SiO_2_GO, which relates to the technical field of phase change energy storage material, and comprises the following raw materials with weight fractions: 100 phr phase change core material, 0.5 phr GO, 0_10 phr emulsifier, 10_20 phr modified nano-SiO_2, 60_180 phr urea, 0_20 phr melamine, 135_45. 0 Formaldehyde Solution, an appropriate acid regulator and an alkaline regulator are used. The modified nano SiO2 and GO are used as emulsion stabilizer for the emulsion of phase change core material, so as to improve the stability of the emulsion and further improve the thermal performance of the microencapsulated phase change material particles.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料
本专利技术涉及相变储能材料
，具体涉及一种纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料。
技术介绍
相变储能技术是利用物质在其相变过程中大量的吸收和释放热量，进而将热量进行存储的一种技术，相变材料具有储热能力高、节能效果明显、相变过程温度近似恒定等优点，在节能建筑、采暖、空调、军事工程、工程热物理、航天技术、太阳能利用等众多领域都表现出重要的应用价值和广阔的应用前景。微胶囊技术是一种用壁材把相变芯材包覆形成微小粒子的技术，相对于普通相变材料，相变材料的微胶囊化增大了相变材料的传热面积，是提高相变材料传热性能的有效方式。微胶囊相变材料多以有机聚合物作为壁材，石蜡、脂肪酸和多元醇等有机相变材料作为芯材，其中有机聚合物壁材包括三聚氰胺-甲醛树脂、脲醛树脂、丙烯酸树脂等。在微胶囊相变材料的制备过程中，通常通过乳化剂的作用使相变芯材分散形成芯材乳液，并通过有机壁材的聚合包覆芯材形成微胶囊结构的相变微粒。乳化剂是一种表面活性剂，常用的乳化剂如十二烷基硫酸钠(SDS)，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，Span80，Tween80和聚乙烯醇(PVA)等，通常具有两亲性的分子结构，乳液的稳定和分散性能对制备优良结构和热稳定性能微胶囊相变材料具有重要影响。目前，利用乳化剂制备相变芯材乳液的缺点是乳化剂掺入量较大，通常乳化剂具有一定的毒性且难以降解，引起较为严重的环境问题，因此如何在微胶囊相变材料的制备过程中降低乳化剂的掺量，并保持乳液良好的稳定和分散性能，是制备微胶囊相变材料所面临的问题之一。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，以改性纳米SiO2和GO作为相变芯材乳液的乳化稳定剂，提高乳液的稳定性并进一步提高所制微胶囊相变材料颗粒的热性能。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，包括以下重量份数的原料组成：100份相变芯材、0.5-2.5份GO、0-10份乳化剂、10-20份改性纳米SiO2、60-180份脲素、0-20份三聚氰胺、135-450份甲醛溶液、适量酸性调节剂和碱性调节剂。优选地，所述相变芯材为有机烷烃石蜡类相变材料。优选地，所述GO为采用Hummers法制备的GO水溶液，GO含量为7.4g/L，片层的厚度约为1.027nm，长度和宽度约为600nm。优选地，所述乳化剂由30-45％的非离子表面活性剂和55-70％的乳化稳定剂组成。优选地，所述的非离子型表面活性剂为Span80、Span65、Span60、Tween80、Tween60中的一种或多种所组成，所述乳化稳定剂为质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液。优选地，所述改性纳米SiO2一次粒径范围为10-20nm。优选地，所述改性纳米SiO2的制备方法为：将纳米SiO2首先在200℃干燥箱中干燥活化12h，将活化后的纳米SiO2放入体积比为3:1的无水乙醇-水混合液中超声分散2h，得到纳米SiO2悬浮液，将改性硅烷偶联剂加入到纳米SiO2悬浮液中，在75℃恒温水浴下搅拌4h，停止搅拌，将所得悬浮液离心分离，用乙醇和去离子水溶液重复超声水洗后，置于40℃真空干燥箱中干燥24h，即可得到所述纳米改性SiO2。优选地，所述改性硅烷偶联剂为经过改性处理的KH550，改性处理方法为：将KH550加入体积比为1:1的无水乙醇和pH为3.5的草酸溶液中，50-70℃磁力搅拌1h，即可得到所述改性硅烷偶联剂。优选地，所述酸性调节剂为盐酸溶液、醋酸溶液以及氯化铵溶液中的任意一种，所述的碱性调节剂为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液或三乙醇胺溶液中的任意一种。上述纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，其制备步骤包括：(1)芯材乳液的制备：将乳化剂、改性纳米SiO2、GO和相变芯材混合，在高速剪切乳化搅拌作用下充分搅拌0.5-1h，在搅拌过程中逐滴加入去离子水，搅拌温度为70-85℃，乳化剪切速率为2000-8000r/min，得到固含量为20-50％的相变芯材乳液，利用酸性调节剂调节乳液pH值为4-5；(2)壁材预聚体制备：将脲素、三聚氰胺和甲醛溶液，混合后加入碱性调节剂调节混合体系pH值为8.5-9，在70-85℃反应温度下以500r/min搅拌速率搅拌1h，得到粘稠透明的壁材预聚体溶液；(3)微胶囊相变材料的合成：在65-85℃反应温度下，将所制得的壁材预聚体溶液逐滴滴入相变芯材乳液中，滴入完毕后充分搅拌2-4h，利用酸性调节剂调节体系pH值为2-3，继续搅拌1-2h，将得到的微胶囊相变材料悬浮液过滤、洗涤放入45℃烘箱中烘干，得到所述纳米SiO2-GO改性微胶囊相变储能材料颗粒。(三)有益效果本专利技术提供了一种纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，具有以下有益效果：Pickering乳液利用超细固体粒子代替表面活性剂而起到稳定乳状液的作用，具有环境友好的特性，纳米SiO2可以作为稳定乳液体系的固体粒子，具有高比表面积、热稳定性、表面反应性和良好的生物相容性；GO是石墨烯的氧化物，其在保持石墨烯的层状结构的同时，引入了许多含氧官能团，使GO具有良好的双亲性和界面活性，可以代替乳化剂达到对相变芯材的分散效果。因此，本专利技术通过纳米SiO2和GO的协同改性作用，以改性纳米SiO2和GO作为相变芯材乳液的乳化稳定剂，部分或完全替代表面活性剂，降低相变芯材乳液中乳化剂的含量，可以制备具有优良热性能的微胶囊相变储能材料颗粒。附图说明图1为固液混合相变石蜡熔化和凝固过程的DSC曲线；为了更明确说明纳米SiO2和GO的改性效果，以固液混合石蜡(10g56#切片石蜡和10g液体石蜡的熔融混合物)为芯材的微胶囊相变材料的制备及其性能进行说明，但本专利技术不局限于下述实施例。如图1所示，所制固液混合相变石蜡相变温度Tpm＝38.4℃，熔化过程相变潜热ΔHm＝73.6J/g,结晶相变温度Tpc＝38.4℃，熔化过程相变潜热ΔHc＝70.1J/g，平均相变潜热为ΔHparaffin为71.85J/g，其芯材相对含量为100％。图2为本专利技术实施例1中使用复配表面活性剂为乳化剂所制微胶囊相变颗粒熔化和凝固过程的DSC曲线。图3为本专利技术实施例2中使用纳米SiO2和GO以及复配表面活性剂为乳化剂所制微胶囊相变颗粒熔化和凝固过程的DSC曲线；图4为本专利技术实施例3中纳米SiO2和GO为乳化剂所制微胶囊相变颗粒熔化和凝固过程的DSC曲线。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：称取0.4gSpan80，0.2gTween80和1.4gPVA水溶液，将其和20g固液混合石蜡混合，在70℃水浴温度下乳化分散1h，在搅拌过程中逐滴加入约30ml去离子水，乳化转数为2000r/min，得到相变芯材乳液，利用醋酸溶液调节乳液pH值为4.5；称本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米SiO2‑GO协同改性微胶囊相变储能材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料组成：100份相变芯材、0.5‑2.5份GO、0‑10份乳化剂、10‑20份改性纳米SiO2、60‑180份脲素、0‑20份三聚氰胺、135‑450份甲醛溶液、适量酸性调节剂和碱性调节剂。

【技术特征摘要】
1.一种纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料组成：100份相变芯材、0.5-2.5份GO、0-10份乳化剂、10-20份改性纳米SiO2、60-180份脲素、0-20份三聚氰胺、135-450份甲醛溶液、适量酸性调节剂和碱性调节剂。2.如权利要求1所述的纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，其特征在于，所述相变芯材为有机烷烃石蜡类相变材料。3.如权利要求1所述的纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，其特征在于，所述GO为采用Hummers法制备的GO水溶液，GO含量为7.4g/L，片层的厚度约为1.027nm，长度和宽度约为600nm。4.如权利要求1所述的纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，其特征在于，所述乳化剂由30-45％的非离子表面活性剂和55-70％的乳化稳定剂组成。5.如权利要求4所述的纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，其特征在于，所述的非离子型表面活性剂为Span80、Span65、Span60、Tween80、Tween60中的一种或多种所组成，所述乳化稳定剂为质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液。6.如权利要求4所述的纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，其特征在于，所述改性纳米SiO2一次粒径范围为10-20nm。7.如权利要求1所述的纳米SiO2-GO协同改性微胶囊相变储能材料，其特征在于，所述改性纳米SiO2的制备方法为：将纳米SiO2首先在200℃干燥箱中干燥活化12h，将活化后的纳米SiO2放入体积比为3:1的无水乙醇-水混合液中超声分散2h，得到纳米SiO2悬浮液，将上述改性硅烷偶联剂加入到纳米SiO2悬浮液中，在75℃恒温水浴下搅拌4h，停止...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，柳东明，王可汗，宋佳欣，陶善仁，任柯柯，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34