一种具有内部热通道的相变材料微胶囊及其制备方法技术

在微胶囊壁材预聚体制备过程中添加石墨烯、氧化石墨烯、炭黑及碳纳米管等高导热材料，使其在微胶囊的壁材中分散；同时将高导热纳米材料与相变材料进行混合，实现高导热材料在相变材料微胶囊芯材中的分散；并利用氧化石墨烯或改性氧化石墨烯作为分散剂，制备水包油乳液，经原位聚合制得的相变材料微胶囊内部形成连续交联导热通道，提高其导热性。

A phase change material microcapsule with internal heat channel and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有内部热通道的相变材料微胶囊及其制备方法
本专利技术涉及相变材料微胶囊
，具体是一种具有内部热通道的相变材微胶囊及其制备方法。
技术介绍
相变储能材料在相变过程中吸收或释放大量的热量，可实现能量的储存、利用和温度的控制，有助于提高能源使用效率，可被广泛应用于节能储能、建筑材料、航空航天以及热管理等领域。而相变材料微胶囊是一种有效的热能储存材料，它以相变材料为芯材，成膜材料为壁材制备而成。相变材料微胶囊有效的解决相变材料泄露问题，防止了相变物质与周围环境的反应，提高了相变材料的使用效率，同时增大了传热表面积，是一种高应用价值的材料，但导热系数低是制约其应用的关键问题。本专利技术利用原位聚合法制备高导热相变材料微胶囊及其制备方法。目前，已有多项专利利用添加高导热材料来增强相变材料微胶囊导热性。专利201710220760.7在壁材和芯材中均添加了纳米铜和纳米石墨烯片；专利201711097673.3在芯材中添加了纳米二氧化钛、纳米铜和纳米氧化铝。专利201711101732.X中在微胶囊外部包覆改性氧化石墨烯增强其导热性；专利201710148400.0以氧化石墨烯和碳纳米管作为导热填料，采用原位聚合法制得壁材中掺杂碳纳米管和氧化石墨烯的相变材料微胶囊；专利201610456325.X将改性氮化硼、碳纳米管或氧化石墨烯等纳米颗粒加入相变材料微胶囊的壁材和芯材中；专利201410006689.9将氧化石墨烯作为一种表面活性剂和导热增强材料壁材，来提高微胶囊的导热系数。以上文献或将相变材料微胶囊用氧化石墨烯包裹；或将氧化石墨烯等2D纳米材料做为导热填料添加到壁材和芯材中；或在微胶囊壁材、芯材中添加导热增强材料；或利用氧化石墨烯作为表面活性剂与导热增强材料制备相变材料微胶囊。而本专利技术可以在相变材料微胶囊的壁材和芯材中同时添加纳米导热材料，且利用双亲性氧化石墨烯作为表面活性剂在壁材与芯材界面形成高导热层，并在微胶囊内部形成连续交联导热通道，进一步提高相变材料微胶囊的导热系数。
技术实现思路
本专利技术针对微胶囊现有技术存在的导热系数低的问题，提供一种具有内部热通道的相变材微胶囊及其制备方法。本专利技术利用原位聚合法制备高导热相变材料微胶囊。在微胶囊壁材预聚体制备过程中添加石墨烯、氧化石墨烯、炭黑及碳纳米管等高导热材料，使其作为导热材料在微胶囊的壁材中分散；同时将石墨烯、氧化石墨烯、炭黑及碳纳米管等高导热纳米材料与相变材料进行混合，实现高导热材料在相变材料微胶囊芯材中的分散；并利用氧化石墨烯或改性氧化石墨烯作为分散剂，制备水包油乳液。所制得的微胶囊在其壁材、芯材及界面处实现高导热材料分布的连续性，在微胶囊内部形成连续交联导热通道，提高其导热性。本专利技术提供的制备方法包括如下步骤：1）微胶囊壁材预聚体制备：称取尿素和37%的甲醛溶液，在去离子水中混合，将溶液pH值调节到8.5-9，加热升温至70℃，以200rpm的搅拌速度混合，反应1小时，加入壁材质量0.1-10%的纳米导热填料进行超声分散，制备的预聚体溶液备用；2）高导热石蜡芯材制备：将石蜡融化后加入石蜡质量0.1-10%的石墨烯/氧化石墨烯/炭黑/碳纳米管等导热材料，超声分散均匀，形成纳米导热强化相变材料；3）水包油乳液的制备：取氧化石墨烯分散液，与步骤(2)制得的石墨烯-石蜡相变材料混合，在温度为70℃的恒温水浴箱，以7000rpm的搅拌速度，搅拌10min,从而制得水包油乳液；4）微胶囊制备：将步骤（1）制得的预聚体溶液加入步骤(3)制得的水包油乳液中，并将pH值降低到3-4，在500rpm的搅拌速度和70℃的温度下反应4小时。将反应所得的微胶囊进行过滤，烘干后得到相变材料微胶囊。优选地，所述步骤(1)中以尿素和37%的甲醛溶液作为反应单体或以三聚氰胺与37%的甲醛溶液、尿素-三聚氰胺-甲醛共缩聚树脂等为作为反应单体。优选地，所述步骤(1)中所述的导热填料为碳纳米管、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯、纳米石墨等材料的一种或多种。优选地，所述步骤(2)中以氧化石墨烯、石墨烯、碳纳米管等为芯材导热填充材料。优选地，所述步骤(3)中以氧化石墨烯为分散液或以改性的氧化石墨烯为分散液。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。附图1为氧化石墨烯包覆的石蜡-炭黑水包油分散液显微照片。附图2为相变材料微胶囊照片。图中：1、氧化石墨烯分散的油水界面，2、石蜡，3、炭黑。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：相变材料微胶囊的制备步骤如下：步骤一，微胶囊壁材预聚体溶液的制备：称取尿素1.5g和37%的甲醛溶液3.2g，在去离子水中混合，将溶液pH值调节到8.5-9，加热升温至70℃，在200rpm的搅拌速度下反应1小时，而后加入壁材质量1%的碳纳米管干粉进行超声分散，制备的预聚体溶液备用。步骤二，碳黑/石蜡芯材制备：将10g石蜡融化，而后加入石蜡质量10%的碳黑，超声分散均匀，制备的炭黑-石蜡相变材料备用。步骤三，水包油乳液的制备：在温度为70℃的烧杯中加入制备好的炭黑-石蜡相变材料，芯材融化后加入5mg/ml的氧化石墨烯分散液2ml，以7000rpm的搅拌速度搅拌10分钟，从而制得水包油乳液，如图1所示。步骤四，微胶囊制备：将预聚体的溶液倒入水包油乳液中，并将pH值降低到3-4，在500rpm的搅拌速度和70℃的温度下反应4小时，反应所得的微胶囊进行过滤、烘干后得到相变材料微胶囊，如图2所示。实施例2：步骤一，微胶囊壁材预聚体溶液的制备：称取尿素1.5g和37%的甲醛溶液3.2g，在去离子水中混合，将溶液pH值调节到8.5-9，加热升温至70℃，在200rpm的搅拌速度下反应1小时，而后加入壁材质量0.1%的氧化石墨烯干粉进行超声分散，制备的预聚体溶液备用。步骤二，石墨烯/石蜡芯材制备：将10g石蜡融化，而后加入石蜡质量0.1%的石墨烯，超声分散均匀，形成石墨烯-石蜡相变材料备用。步骤三，利用KH550改性的氧化石墨烯：称取12.5mgKH550溶液，加入5ml无水乙醇，轻轻晃动烧杯1min，加入50g去离子水，10ml氧化石墨烯分散液（5mg/ml）。将混合液升温至90℃，搅拌反应6h，得到改性氧化石墨烯溶液。步骤四，水包油乳液的制备：在温度为70℃的烧杯中加入制备好的石墨烯-石蜡相变材料，芯材融化后加入5mg/ml的氧化石墨烯分散液2ml，以7000rpm的搅拌速度搅拌10分钟，从而制得水包油乳液。步骤五，微胶囊制备：将预聚体的溶液倒入水包油乳液中，将pH值降低到4，在500rpm的搅拌速度和70℃的温度下保持4小时，将反应所得的微胶囊进行过滤、烘干后得到相变材料微胶囊。实施例3：步骤一，微胶囊壁材预聚体溶液的制备：称取三聚氰胺2g和37%的甲醛溶液3.2g，在去离子水中混合，将溶液pH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有内部热通道的相变材料微胶囊的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1) 微胶囊壁材预聚体复合高导热材料的制备：在制备的微胶囊壁材聚体中加入壁材质量0.1-10%的高导热材料，制备的复合预聚体溶液备用;/n(2) 高导热石蜡芯材制备：将石蜡融化后加入石蜡质量0.1-10%的高导热材料，超声分散均匀，形成纳米导热强化相变材料;/n(3) 将步骤(2)制得的纳米导热强化相变材料融化，加入适量的水与双亲性纳米材料，进行高速分散，从而制得水包油乳液;/n(4) 将步骤(1)制得的预聚体加入步骤(3)制得的水包油乳液中，并将pH值降低到3-4，在500 rpm的搅拌速度和70℃的温度下反应4小时，制备相变材料微胶囊。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有内部热通道的相变材料微胶囊的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)微胶囊壁材预聚体复合高导热材料的制备：在制备的微胶囊壁材聚体中加入壁材质量0.1-10%的高导热材料，制备的复合预聚体溶液备用;
(2)高导热石蜡芯材制备：将石蜡融化后加入石蜡质量0.1-10%的高导热材料，超声分散均匀，形成纳米导热强化相变材料;
(3)将步骤(2)制得的纳米导热强化相变材料融化，加入适量的水与双亲性纳米材料，进行高速分散，从而制得水包油乳液;
(4)将步骤(1)制得的预聚体加入步骤(3)制得的水包油乳液中，并将pH值降低到3-4，在500rpm的搅拌速度和...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏伟光，秦士友，胡如响，王富强，李满成，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37