一种碳纳米管修饰的相变微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术涉及储能材料领域，尤其涉及一种碳纳米管修饰的相变微胶囊及其的制备方法。为解决现有的相变材料存在热稳定性差、机械强度有限及导热率较低等问题，本发明专利技术提供了一种碳纳米管修饰的相变微胶囊的制备方法。其中所述相变微胶囊以石蜡为相变材料，以二氧化锡外包覆石蜡的外壳，利用原位沉积法在水乳液体系中制备得到；所述二氧化锡外壳经碳纳米管修饰。本发明专利技术采用二氧化锡无机材料作为外壳的方式确保整体相变微胶囊具有良好的机械性能基础；通过碳纳米管对二氧化锡外壳进行修饰，进一步提高了外壳的机械性能，可避免石蜡在相变过程中泄漏问题的发生，并且在此基础上对外壳的导热性能和使用寿命都进行了提高、改善。

A phase change microcapsule modified by carbon nanotubes and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管修饰的相变微胶囊及其制备方法
本专利技术涉及储能材料领域，尤其涉及一种碳纳米管修饰的相变微胶囊及其制备方法。
技术介绍
现如今，随着现代社会的进步，各个领域内对能源的需求也在不断提升，现阶段使用的化石能源并不能长久的保障社会所需，所以寻找可再生能源和高效的能源利用方式以取代单纯燃烧化石能源是目前能源科技发展你的首要目标。太阳能作为一种可再生清洁且储量巨大的能源，被认为是目前最理想的可用于取代传统化石燃料的能源。但是直接使用太阳能受到时间和空间的限制，而相变材料将太阳能收集起来，并在有需求的时候才使用这些能量，这就可以有效地解决太阳能的供求矛盾，并进一步推动太阳能技术的发展。相变材料（PhaseMaterialsPCMs）在相变过程中能够吸收或释放大量的潜热，可广泛应用于热量储存和温度控制领域，是一种非常有发展潜力的储能材料。由于相变材料在太阳能储能、建筑的温控材料、军事伪装材料、特殊环境下的抗严寒织物材料、大功率集成电路及电子元件工作时的散热材料等领域均有较好的潜在应用价值，相变储能材料已迅速成为当今材料科学研究领域的热点之一。相变储能材料在环保节能方面也具有重要意义。近年来，其应用领域正在迅速扩大，涉及工业、农业、建筑、国防和医疗卫生等许多方面。相变储能材料应用上还存在一些不足，但这些不足可以通过微胶囊技术来解决，目前的相变材料微胶囊化方法有喷雾干燥、界面聚合、原位聚合等方法，与传统的相变复合材料相比，微胶囊技术可以使相变材料封装在有机或者无机材料的外壳中形成固体微球，从而能够有效防止相变材料相变过程的泄漏问题发生，并且与有机材料相比，无机材料作为壁材封装相变材料有着更高的热导率、热稳定性和机械强度，从而能够使得微胶囊相变材料有更好的性能。现有的相变储能材料如中国专利局于2015年1月7日公开的一种石蜡/聚氨酯固-固复合双相变储能材料的制备方法的专利技术专利授权，授权公开号为CN103224601B，其包括以下步骤：选取原材料，原材料包括下述重量份的组分：聚乙二醇：40~90份；异氰酸酯：4~20份；扩链剂：0~10份；石蜡：0~50份；表面活性剂：0~5份；催化剂：0~1份；将乙二醇熔化抽真空处理，与表面活性剂和石蜡混合后，加入异氰酸酯、扩链剂和催化剂，在60~90℃下反应得预聚体，将预聚体脱泡后，注入模具中，固化，冷却脱模。但该技术方案制备得到相变材料的热稳定性和机械强度有限，其热导率较差。
技术实现思路
为解决现有的相变材料存在热稳定性差、机械强度有限及导热率较低等问题，本专利技术提供了一种碳纳米管修饰的相变微胶囊的制备方法。其首先要实现以下目的：一、提高整体相变材料的机械性能，使其能够更好地保持其结构的稳定，防止其相变过程中发生泄漏的问题发生；二、通过对其外壳结构和成分的改进，提高其导热率和热稳定性，使其能够具备良好的抗热震性能并且具有更优良的潜热储能特性；三、提高相变材料的使用寿命，使其在长时间的使用和参与相变后仍能够保持结构的稳定性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种碳纳米管修饰的相变微胶囊，所述相变微胶囊以石蜡为相变材料，以二氧化锡外包覆石蜡的外壳，利用原位沉积法在水乳液体系中制备得到；所述二氧化锡外壳经碳纳米管修饰。一种碳纳米管修饰的相变微胶囊的制备方法，所述制备方法包括以下制备步骤：1）将石蜡加热至熔融并保持，将其与乳化剂和水混合搅拌并加入酸性调节剂调节pH值，至其均一稳定形成O/W乳液（油(oil)/水(water)体系乳液）；2）将可溶性锡盐和尿素共溶于乙醇中，将其加入至O/W乳液中，反应得到混合液；3）向混合液中加入含碳纳米管的乙醇溶液并持续搅拌反应，得到前驱体液；4）将前驱体液置于加热条件下反应，过滤反应所得产物并清洗干燥，得到碳纳米管修饰的相变微胶囊。在本专利技术制备方法中，以石蜡作为相变材料，以二氧化锡对石蜡进行包覆形成无机材料外壳，并且在二氧化锡无机材料外壳上利用碳纳米管对其进行修饰，形成经过碳纳米管修饰的二氧化锡外壳。本身二氧化锡外壳具有一定的脆性，其在长期使用中石蜡发生相变时由于石蜡的吸热或放热容易导致其脆性增大，进而造成结构受损、被破坏，因此存在形成石蜡泄漏问题的隐患，但经过碳纳米管修饰的二氧化锡则可避免该问题发生。这是由于碳纳米管具有非常良好的韧性，其经过反复多次大幅度的弯曲和拉伸后仍不会发生明显的断裂，并且其还具有高强低比重的优点，碳纳米管具有钢材约100倍的强度和约钢材1/6的密度，此外其作为相变材料外壳的修饰物时还具有导热性能优异等优势。碳纳米管的修饰方式主要以连接相邻二氧化锡晶粒的方式进行，其两端分别连接在晶界的两端，可将其视作“胶带”粘接在二氧化锡外壳的晶界处，通过碳纳米管的修饰，二氧化锡外壳的机械性能得到大幅度的跃升，并且在导热性上能够产生优化、有效延长使用寿命。此外，本专利技术制备方法中通过乙醇替代水作为五水四氯化锡的溶剂，并且引入了含氮的尿素、控制反应体系的pH值，使得四氯化锡的水解速率能够得到良好的控制，从而能够制备得到外壳形貌更加均匀、平整的微胶囊壳里。作为优选，步骤1）所述石蜡为熔点为52～70℃的石蜡；步骤1）所述石蜡加热温度为57～85℃；步骤1）所述乳化剂为十二烷基硫酸钠；步骤1）所述乳化剂用量为石蜡质量的2～30wt%。即本专利技术所用石蜡可为单一熔点的石蜡（常用石蜡熔点分别为52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃），或者具有单一控温范围的混合蜡（如熔点为52℃、54℃和56℃的石蜡混合形成控温范围为52～56℃的混合蜡），或由多种单一熔点石蜡经调配而成具有多种控温范围的混合蜡（如熔点为52℃、54℃、58℃、60℃、68℃和70℃的石蜡混合形成具有52～54℃、58～60℃和68～70℃三个温控范围的混合蜡），一般而言本申请最优选择为温控范围为52～70℃的混合蜡，其具有最优使用效果。石蜡通常加热至高于熔点5～15℃后即可完全熔融，一般而言本申请为实现低能耗和能够完全熔融石蜡的目的，最优选温度为75℃。作为优选，步骤1）所述酸性调节剂包括但不仅限于乙酸、柠檬酸、碳酸、盐酸中的任意一种或多种；步骤1）所述调节pH值过程将pH值调节至1～3。所用的酸性调节剂均为常见的酸，其仅需满足能够控制四氯化锡水解速率及避免破坏所形成的二氧化锡即可。作为优选，步骤1）所述混合搅拌时长为0.5～2h。混合搅拌通常采用700～800r/min的转速进行乳化搅拌。作为优选，步骤2）所用可溶性锡盐的总锡含量与步骤1）所用石蜡的质量比为（0.2～0.75）：1；步骤2）所用尿素加入过量，加入至其产生沉淀即可；步骤2）所述可溶性锡盐包括但不仅限于五水四氯化锡、无水四氯化锡中的任意一种或多种；步骤2）所述反应在60～80℃恒温条件下进行，反应时长为0.5～1h。步骤2）的反应通常加以450～600r/min转速的搅拌，其能够促进反应并且确保反应完全，在步骤2）中，通过尿素的添加和乙醇的使用及步骤1）中pH值的调控，能够对四氯化锡的水解速率进行调控。作为优选，步骤3）所用碳纳米管的总质量为步骤1）所用石蜡总质量的1～5wt%。碳纳米管的添加量较少，当添加量过多会造成资源浪费，而当碳纳米管添加量低于1wt%时则无法起本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管修饰的相变微胶囊，其特征在于，所述相变微胶囊以石蜡为相变材料，以二氧化锡外包覆石蜡的外壳，利用原位沉积法在水乳液体系中制备得到；所述二氧化锡外壳经碳纳米管修饰。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管修饰的相变微胶囊，其特征在于，所述相变微胶囊以石蜡为相变材料，以二氧化锡外包覆石蜡的外壳，利用原位沉积法在水乳液体系中制备得到；所述二氧化锡外壳经碳纳米管修饰。2.一种如权利要求1所述的碳纳米管修饰的相变微胶囊的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下制备步骤：1）将石蜡加热至熔融并保持，将其与乳化剂和水混合搅拌并加入酸性调节剂调节pH值，至其均一稳定形成O/W乳液；2）将可溶性锡盐和尿素共溶于乙醇中，将其加入至O/W乳液中，反应得到混合液；3）向混合液中加入含碳纳米管的乙醇溶液并持续搅拌反应，得到前驱体液；4）将前驱体液置于加热条件下反应，过滤反应所得产物并清洗干燥，得到碳纳米管修饰的相变微胶囊。3.根据权利要求2所述的一种碳纳米管修饰的相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤1）所述石蜡为熔点为52～70℃的石蜡；步骤1）所述石蜡加热温度为57～85℃；步骤1）所述乳化剂为十二烷基硫酸钠；步骤1）所述乳化剂用量为石蜡质量的2～30wt%。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓春，刘函，徐斌，刘延君，陈晨，张林，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33