一种纳米碳化锆改性石蜡相变微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米碳化锆改性的石蜡相变微胶囊的制备方法，包括对碳化锆进行疏水改性处理，将制成疏水改性碳化锆分散于水中，制得疏水改性纳米碳化锆‑水分散液；接着将石蜡与乳化剂、疏水改性纳米碳化锆‑水分散液、分散剂混合后进行乳化处理，制成碳化锆/石蜡Pickering乳液；然后将碳化锆/石蜡Pickering乳液与三聚氰胺‑尿素‑甲醛预预聚体混合，进行固化处理。本发明专利技术制备的纳米碳化锆改性石蜡相变微胶囊，纳米碳化锆为增强材料，且存在于微胶囊的壁材中，显著提高石蜡相变微胶囊的导热性能和光热转化性能。

A nano zirconium carbide modified paraffin phase change microcapsule and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种纳米碳化锆改性石蜡相变微胶囊及其制备方法
本专利技术属于功能性相变储能材料
，具体涉及一种纳米碳化锆改性石蜡相变微胶囊的制备方法。
技术介绍
相变材料是具有在一定温度内通过熔融或固化，完成存储和释放大量潜热性质的一种材料，常被应用于热储能和热调节系统中。将相变材料应用于太阳能集热系统中，可以极大地降低化石能源的利用，减少温室气体的排放。同时，也能解决太阳能在应用中供能不连续的问题。但相变材料在相转变过程中常发生体积变化大、易泄露等问题，采用微胶囊包覆技术可以有效改善这一缺点。相变微胶囊是一种以相变材料为芯材，无机材料或高分子聚合物为壁材的具有核-壳结构的复合物。高分子聚合物因具有较好的致密性和可塑性成为应用较为普遍的一种壁材，如脲醛树脂、密胺树脂、聚脲等。但以高分子聚合物为壁材的相变微胶囊在太阳能储热系统中应用时主要存在两方面的问题：一是高分子聚合物导热系数低，导致相变微胶囊的导热性能差；二是高分子聚合物的光吸收能力差，导致相变微胶囊光利用率低。这两个问题共同制约了相变微胶囊在太阳能系统中的应用。纳米碳化锆是一种光热材料，在可见光和近红外光谱范围内均具有极好的吸光性能，有利于提高材料对太阳能的利用率；同时纳米碳化锆的导热系数较大，具有良好的导热性能。将其用于改性壁材可以同时提高相变微胶囊的导热系数和吸光性能，有利于提高太阳能储热系统的集热效率。公开号为CN107384327A的中国专利文献公开氧化石墨烯掺杂二氧化硅无机壁材包覆的有机相变微胶囊及其制备方法。该申请先通过超声分散得到氧化石墨烯溶液，将其添加到二氧化硅包覆的有机相便微胶囊分散的有机溶剂中，得到氧化石墨烯掺杂二氧化硅相变微胶囊。该方法制备的相变微胶囊导热系数有所提高，相变热流体在可见光范围内光吸收能力增强，但缺少对近红外光范围内光吸收性能的研究。公开号为CN103752234A的中国专利文献公开一种氧化石墨烯相变微胶囊的制备方法。该申请利用氧化石墨烯与相变材料乳滴官能团间的作用力，形成氧化石墨烯囊壁，得到氧化石墨烯相变微胶囊。该微胶囊具有导热系数高、储热量高的特点，但缺少对其光热转化性能的研究。现有的对于提高相变微胶囊性能的技术中，主要集中于提高导热性能，对于提高相变微胶囊的光热性能，尤其在提高相变微胶囊在全光谱范围内的光吸收性能方面的技术手段较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有石蜡相变微胶囊及其制备过程中存在壁材导热性能差，光吸收能力差，导致相变微胶囊的光利用率的技术问题，提供一种碳化锆改性石蜡相变微胶囊及其制备方法，本专利技术的改性石蜡相变微胶囊不仅增强导热性能，同时还提高了微胶囊对太阳辐射的利用率。本专利技术的改性石蜡相变微胶囊具有导热系数高、光吸收性能强等特点。制备方法简单，易控制。为实现本专利技术的目的，本专利技术一方面提供一种碳化锆改性石蜡相变微胶囊的制备方法，包括对碳化锆进行疏水改性处理，并将疏水改性碳化锆分散于水中，制得疏水改性纳米碳化锆-水分散液；接着将石蜡与乳化剂、疏水改性纳米碳化锆-水分散液、分散剂混合后进行乳化处理，制成碳化锆/石蜡Pickering乳液；然后将碳化锆/石蜡Pickering乳液与三聚氰胺-尿素-甲醛预预聚体混合，进行缩聚反应、固化处理，即得。其中，所述碳化锆选择纳米碳化锆，所述纳米碳化锆的粒径为30-90nm；平均粒径为50nm；接触角为34.6-51.6°，优选为45.3°。特别是，所述乳化剂选择HLB值为9-13的乳化剂或乳化剂复合物，优选为HLB值为10的乳化剂或乳化剂复合物。尤其是，所述乳化剂为司盘、吐温、苯乙烯马来酸酐共聚物或OP-10中的一种或多种。特别是，所述乳化剂为司盘和吐温的混合物。尤其是，所述乳化剂中司盘与吐温的质量配比为(0.7-1.5)：1，优选为1:1。特别是，所述乳化剂为质量比为(0.7-1.5)：1的Tween60和Span60的混合物。其中，所述分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠，优选为十二烷基硫酸钠。特别是，第二次乳化处理过程中所述分散剂溶液选择浓度为7.0-15.0wt％的十六烷基三甲基溴化铵溶液、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠水溶液。尤其是，所述十二烷基硫酸钠水溶液的质量百分比浓度优选为10.0wt％。本专利技术另一方面提供一种纳米碳化锆改性石蜡相变微胶囊的制备方法，包括以下步骤：1)纳米碳化锆疏水处理将纳米碳化锆分散于乙醇溶液中，加入第一pH调节剂，调节溶液pH至酸性；接着加入硅烷偶联剂溶剂，进行疏水改性处理，制得疏水改性纳米碳化锆；2)制备纳米碳化锆分散液向去离子水中加入疏水改性纳米碳化锆，搅拌混匀后，进行超声分散处理，制得疏水改性纳米碳化锆-水分散液；3)制备纳米碳化锆/石蜡Pickering乳液在搅拌状态下向熔融的石蜡中加入乳化剂，在保持温度为70±5℃的条件下搅拌混匀，制成石蜡-乳化剂混合液；接着加入疏水改性纳米碳化锆-水分散液，加热升温，进行第一次乳化处理；然后加入分散剂溶液，进行第二次乳化处理；最后降温并保持温度为42.5±2.5℃，制得纳米碳化锆/石蜡Pickering乳液；4)制备预聚体溶液在搅拌状态下，将三聚氰胺、尿素、甲醛溶液加入到水中，搅拌混匀后，加入第二pH调节剂，调节溶液的pH>8，接着加热升温并保持为70±5℃，进行聚合反应，制得三聚氰胺-尿素-甲醛预聚体溶液；5)制备纳米碳化锆改性石蜡相变微胶囊在搅拌状态下，将三聚氰胺-尿素-甲醛预聚体溶液倒入纳米碳化锆/石蜡Pickering乳液中，加热升温，并保持温度为60±10℃的条件下加入第三pH调节剂，调节溶液的pH低于3后，继续搅拌，进行缩聚反应0.5-1.5h；然后升温，并在保持温度为75±5℃的条件下，进行固化反应，制得纳米碳化锆改性石蜡相变微胶囊。其中，步骤1)中所述分散纳米碳化锆的乙醇溶液的浓度为50-90wt％；优选为50wt％。特别是，所述纳米碳化锆的质量与乙醇溶液的质量比为0.5-1.5：100，优选为1：100。其中，步骤1)中所述第一pH调节剂选择冰醋酸或盐酸溶液，优选为冰醋酸。特别是，调节溶液的pH低于5.0，优选为4.5-5.0，进一步优选为4.5。其中，所述纳米碳化锆的平均粒径为30-100nm，优选为30-90nm，优选为50nm；接触角为34.6-51.6°。纳米碳化锆具有高光热转化性能、导热性能优良，平均粒径为30-100nm，优选为30-90nm，优选为50nm。特别是，步骤1)中所述硅烷偶联剂选择氨基官能团硅烷偶联剂。尤其是，所述硅烷偶联剂选择KH550、KH570、KH560、KH580。其中，步骤1)中所述硅烷偶联剂溶液按照如下方法制备而成：在搅拌状态下，将硅烷偶联剂与第二乙醇溶液混合，搅拌处理至少20min，即得。特别是，所述第二乙醇溶液的浓度为70-90wt％，优选为90wt％。尤其是，硅烷偶联剂与第二乙醇溶液的质量之比为(15-30)：100，优选为25：100。特别是，所述硅烷偶联剂溶液的质量浓度为15-30％，优选为20％。尤其是，搅拌时间为20-40min，优选为30min；搅拌速率为300-400rpm。其中，所述硅烷偶联剂溶液中的硅烷偶联剂的质量与所述碳化锆的质量之比为10-20：100，优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化锆改性石蜡相变微胶囊的制备方法，其特征是，包括对碳化锆进行疏水改性处理，并将疏水改性碳化锆分散于水中，制得疏水改性纳米碳化锆‑水分散液；接着将石蜡与乳化剂、疏水改性纳米碳化锆‑水分散液、分散剂混合后进行乳化处理，制成碳化锆/石蜡Pickering乳液；然后将碳化锆/石蜡Pickering乳液与三聚氰胺‑尿素‑甲醛预预聚体混合，进行缩聚反应、固化处理，即得。

【技术特征摘要】
1.一种碳化锆改性石蜡相变微胶囊的制备方法，其特征是，包括对碳化锆进行疏水改性处理，并将疏水改性碳化锆分散于水中，制得疏水改性纳米碳化锆-水分散液；接着将石蜡与乳化剂、疏水改性纳米碳化锆-水分散液、分散剂混合后进行乳化处理，制成碳化锆/石蜡Pickering乳液；然后将碳化锆/石蜡Pickering乳液与三聚氰胺-尿素-甲醛预预聚体混合，进行缩聚反应、固化处理，即得。2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述乳化剂选择司盘、吐温、、苯乙烯马来酸酐共聚物或OP-10中的一种或多种。3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述分散剂为为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。4.一种碳化锆改性石蜡相变微胶囊的制备方法，其特征是，包括如下进行的步骤：1)纳米碳化锆疏水化处理将纳米碳化锆分散于乙醇溶液中，并加入第一pH调节剂调节溶液的pH至酸性；接着加入硅烷偶联剂溶液，进行疏水改性处理，制得疏水改性纳米碳化锆；2)制备纳米碳化锆分散液向去离子水中加入疏水改性纳米碳化锆，搅拌混匀后，进行超声分散处理，制得疏水改性纳米碳化锆-水分散液；3)制备纳米碳化锆/石蜡Pickering乳液在搅拌状态下向熔融后的石蜡中加入乳化剂，在保持温度为70±5℃的条件下搅拌混匀，制成石蜡-乳化剂混合液；接着加入疏水改性纳米碳化锆-水分散液，加热升温，进行第一次乳化处理；然后加入分散剂溶液，进行第二次乳化处理；最后降温并保持温度为42.5±2.5℃，制得纳米碳化锆/石蜡Pickering乳液；4)制备预聚体溶液在搅拌状态下，将三聚氰胺、尿素、甲醛溶液加入到水中，搅拌混匀后，加入第二pH调节剂，调节溶液的pH>8，接着加热升温并保持为7...

【专利技术属性】
技术研发人员：方健，张喆，刘旭静，孙一凡，席丽敏，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11