一种相变复合材料及其制备方法和应用技术

公开一种相变复合材料，包括：膨胀石墨，和位于膨胀石墨的孔隙中及片层上的相变微胶囊；相变微胶囊包括囊壁和囊芯，囊壁包括壁材，囊芯包括芯材；壁材选自聚苯乙烯、聚氨酯、聚脲、聚丙烯酸酯中的任意一种或两种以上的组合；芯材为石蜡。还公开一种相变复合材料，其先由膨胀石墨充分吸附芯材和壁材单体形成复合物前体，然后在水、乳化剂、引发体系氧化剂和引发体系还原剂的作用下，在膨胀石墨的孔隙中及片层上原位生成具有核壳结构的相变微胶囊，从而制得相变复合材料。还公开一种前述相变复合材料的制备方法。本申请的相变复合材料成本低廉、环境友好、相变潜热高、包覆率高、导热性能好、能够有效地阻碍泄漏，并具有良好的热循环稳定性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种相变复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种相变复合材料及其制备方法和应用，特别是以石蜡为储能材料的相变复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，为缓解环境污染，促进可持续发展，相变材料(PCM)的应用研究已经扩展到了建筑节能、保温服装、储能炊具、军事伪装等方面。相变材料是指物质发生相变时能够吸收或释放热量而该物质本身温度保持不变或变化不大的一种材料。相变材料根据相变形式主要分为固
‑
固相变、固
‑
液相变、固
‑
气相变、液
‑
气相变材料；按照相变温度范围可分为高、中、低温相变材料；按照成分可分为有机、无机相变材料。其中，石蜡类有机固液相变材料具有储能密度高、相变温度区间窄、化学惰性好、成本低等优点而广受关注，但石蜡等有机物的导热系数低，在固液相变过程中易发生泄漏，且易燃，严重制约了其在储能中的应用。
[0003]微胶囊技术是一种用成膜材料包覆液体或固体，使之形成微米级或毫米级颗粒的技术。采用具有核壳结构的微胶囊技术，将相变材料封装在具有一定硬度的胶囊内形成相变材料微胶囊，是提高相变材料传热面积、控制体积变化、防止泄漏的有效途径。目前研究的相变微胶囊很难同时满足相变潜热高、包覆率高、导热性能好、不泄漏等要求。
[0004]专利文献1公开的储能微胶囊包括芯材和壁材，所述壁材为高分子聚合物，其特征在于，将相变材料通过真空熔融吸附到无机粉体中所制备的复合相变材料，焓值为80～90kJ/kg。这种复合相变材料严格来说不能叫做微胶囊，而且由于吸附和解吸是可逆的，因此不可避免地会存在相变材料泄漏的问题，限制了该复合相变材料的应用领域。其微胶囊制备过程是先吸附再包覆，因此吸附量有限，复合材料焓值较低，储热能力有限；且其并没有提及导热性能。
[0005]此外，许多高导热填料，如金属和各种碳材料(碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯等)被引入到胶囊壁材当中。例如，专利文献2在相变微胶囊的壁材中引入碳粉、铝粉、氮化铝粉及碳纤维等导热填料，用以提高其导热性能，但导热填料和相变微胶囊的密度差异较大，制备过程中易沉降，不易复合到微胶囊中。专利文献2中导热填料加入时机为包封反应进行1～2h之后，导热填料如碳粉、碳纤维的尺寸大，所得微胶囊的尺寸大于10μm；铝粉、氮化铝粉等与PCM的密度差异极大，不易被包封，专利文献2中也未提及颗粒的物理稳定性；如专利文献2提供的表格所示，导热填料由5％增加至30％时，热导率仅从0.32W/(m
·
k)提升到0.56W/(m
·
k)，导热填料添加量较大，而热导率的提升有限；同时，当导热填料的添加量达到30％时，焓值大幅降低。
[0006]专利文献3采用纳米铜和石墨烯纳米片提高相变微胶囊的导热性能，同样具有上述问题。且随着导热填料添加量的增加会导致相变焓值明显下降，胶囊发生团聚，用量过多时则不能形成微胶囊。此外，专利文献3中的芯材和壁材均设置有纳米铜和纳米石墨烯片，并期望改善3种特性：1)通过改变微胶囊颗粒的密度来改善其在基液中的悬浮稳定性(即不
发生分层)；2)改善导热性；3)改善过冷度；但其实施例中并没有上述效果改善的数据。
[0007]因此，迫切需要一种高焓值、高导热、高包覆率、低泄漏的相变复合材料及其制备方法。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献1CN107556973A公告文本
[0010]专利文献2CN104357019A公告文本
[0011]专利文献3CN106957635A公告文本

技术实现思路

[0012]为了克服现有技术的缺陷，本申请采用膨胀石墨、相变材料和聚合物单体为原料，其中膨胀石墨为吸附基质，提供一种新的相变复合材料及其制备方法，制备的相变复合材料同时具有高焓值、高导热、高包覆率、低泄漏的特点。
[0013]本申请的具体技术方案如下：
[0014]1.一种相变复合材料，其特征在于，其包括：
[0015]膨胀石墨，和
[0016]位于所述膨胀石墨的孔隙中及片层上的相变微胶囊；
[0017]所述相变微胶囊包括囊壁和囊芯，所述囊壁包括壁材，所述囊芯包括芯材。
[0018]2.根据项1所述的相变复合材料，其特征在于，所述壁材选自聚苯乙烯、聚氨酯、聚脲、聚丙烯酸酯中的任意一种或两种以上的组合；
[0019]优选地，所述聚丙烯酸酯选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚1,4
‑
丁二醇二丙烯酸酯、聚三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚季戊四醇四丙烯酸酯中的任意一种或两种以上的组合，优选为聚甲基丙烯酸甲酯。
[0020]3.根据项1或2所述的相变复合材料，其特征在于，所述芯材为石蜡；优选地，所述石蜡选自正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷、正二十二烷中的任意一种或两种以上的组合。
[0021]4.根据项1～3中任一项所述的相变复合材料，其特征在于，所述膨胀石墨的膨胀倍数为150～400倍。
[0022]5.根据项1～4中任一项所述的相变复合材料，其特征在于，所述相变微胶囊为球形，其直径为200～300nm。
[0023]6.一种相变复合材料，其特征在于，其通过下述方法制备得到：
[0024]首先由膨胀石墨充分吸附芯材和壁材单体形成复合物前体，然后在水、乳化剂、引发体系氧化剂和引发体系还原剂的作用下，在膨胀石墨的孔隙中及片层上原位生成具有核壳结构的相变微胶囊，从而制备得到所述相变复合材料。
[0025]7.根据项6所述的相变复合材料，其特征在于，所述芯材为石蜡；优选地，所述石蜡选自正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷、正二十二烷中的任意一种或两种以上的组合。
[0026]8.根据项6或7所述的相变复合材料，其特征在于，所述壁材单体选自苯乙烯、二异氰酸酯、多元醇、脂肪胺、丙烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合；
[0027]优选地，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或两种以上的组合；
[0028]优选地，所述多元醇选自聚乙二醇、聚四氢呋喃、聚丙二醇中的一种或两种以上的组合；
[0029]优选地，所述脂肪胺选自含有2～10个碳原子的多元胺或/和叔胺化合物中的一种或两种以上的组合；
[0030]优选地，所述丙烯酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、1,4
‑
丁二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合，优选为甲基丙烯酸甲酯；
[0031]更优选地，所述壁材单体为甲基丙烯酸甲酯。
[0032]9.根据项6～8中任一项所述的相变复合材料，其特征在于，所述乳化剂选自O本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变复合材料，其特征在于，其包括：膨胀石墨，和位于所述膨胀石墨的孔隙中及片层上的相变微胶囊；所述相变微胶囊包括囊壁和囊芯，所述囊壁包括壁材，所述囊芯包括芯材。2.根据权利要求1所述的相变复合材料，其特征在于，所述壁材选自聚苯乙烯、聚氨酯、聚脲、聚丙烯酸酯中的任意一种或两种以上的组合；优选地，所述聚丙烯酸酯选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚1,4
‑
丁二醇二丙烯酸酯、聚三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚季戊四醇四丙烯酸酯中的任意一种或两种以上的组合，优选为聚甲基丙烯酸甲酯。3.根据权利要求1或2所述的相变复合材料，其特征在于，所述芯材为石蜡；优选地，所述石蜡选自正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷、正二十二烷中的任意一种或两种以上的组合。4.一种相变复合材料，其特征在于，其通过下述方法制备得到：首先由膨胀石墨充分吸附芯材和壁材单体形成复合物前体，然后在水、乳化剂、引发体系氧化剂和引发体系还原剂的作用下，在膨胀石墨的孔隙中及片层上原位生成具有核壳结构的相变微胶囊，从而制备得到所述相变复合材料。5.根据权利要求4所述的相变复合材料，其特征在于，所述芯材为石蜡；优选地，所述石蜡选自正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷、正二十二烷中的任意一种或两种以上的组合。6.根据权利要求4或5所述的相变复合材料，其特征在于，所述壁材单体选自苯乙烯、二异氰酸酯、多元醇、脂肪胺、丙烯酸酯中的任意一种或两种以上的组合；优选地，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或两种以上的组合；优选地，所述多元醇选自聚乙二醇、聚四氢呋喃、聚丙二醇中的一种或两种以上的组合；优选地，所述脂肪胺选自含有2～10个碳原子的多元胺或/和叔胺化合物中的一种或两种以上的组合；优选地，所述丙烯酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、1,4
‑
丁二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨睿，赵敏，尹林植，叶焱，韩东伯，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：