[发明专利]一种相变材料纳米胶囊的制备方法

说明书

本发明公开了一种相变材料纳米胶囊的制备方法，其特征在于在前期乳化工艺中采用了双亲性的纳米碟片作界面稳定粒子，并辅以阴离子型表面活性剂的稳定作用。具体为：加热相变材料使之完全熔解形成油相；将表面活性剂按比例加入到水溶液中形成水相；将双亲性纳米碟片按比例加入到乙醇溶液中形成乙醇相。将以上三相按比例混合，轻微震荡即可形成相变材料的纳米乳液。将纳米乳液体系置于囊壁的合成工艺条件下，即可完成相变材料纳米胶囊的合成。本发明提及的制备方法不需采取任何机械外力即可完成，工艺简单，操作方便；制备的相变材料纳米胶囊形貌规整、表面光滑、粒径均匀，且通过改变纳米碟片与表面活性剂配比可有效控制纳米胶囊的粒径。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种利用双亲性纳米碟片和表面活性剂协同作用制备相变材料纳米胶囊的方法。

背景技术

近年来，随着微电子技术、燃料电池、运输业、工业制造业、航空航天、建筑、纺织、军事、能源利用以及通讯等工业的飞速发展，给传热领域提出了新的课题。这些领域都涉及到相变材料蓄热的问题，但由于相变材料在使用中存在着一些致命缺陷(如：腐蚀性、不稳定性、过冷、传热性能差等)，限制了其在工业上的大规模应用。将相变材料胶囊化是有效的改性方法之一。目前，最常用的胶囊化相变材料粒径在微米尺寸，微胶囊技术指将固体颗粒、液体、气体或空壳作为胶囊的芯材，用成膜材料在其外部形成一层连续而极薄包囊的过程。其制备技术起源于20世纪50年代，在70年代中期得到迅猛发展，在此期间出现了许多微胶囊化产品和工艺，并广泛应用于医药、食品、涂料、油墨、添加剂等多个领域。如作为热流体强化的潜热型微胶囊，可极大地强化流体的传热性能，但仍有其不足之处：容易引起磨损、堵塞等不良结果。若将胶囊的粒径降至纳米尺寸，即纳米胶囊相变材料，这些问题将有所改善。自20世纪70年代末Narty等首先提出纳米胶囊概念以来，人们对纳米胶囊药物的研究较多，而对纳米胶囊相变材料研究相对较少，其起步也较晚。

Zhang等报道了以正十八烷为囊芯，三聚氰胺-甲醛树脂为囊壁材料，原位聚合制备了平均粒径为770nm的纳米胶囊相变材料。Luo等应用细乳液聚合法合成了以石蜡为囊芯、聚苯乙烯为囊壁，平均粒径为100nm的胶囊。Park等通过细乳液聚合法合成了以石蜡为核、聚苯乙烯为壳的稳定球形纳米胶囊，通过DSC冻融循环实验表明，具有良好的热稳定性和释放性能，相变热最高可达145kJ·kg^-1。此外，Momoda等报道了以花生酸、三羟甲基乙烷等相变材料为囊芯，有机硅高聚物为囊壁的纳米胶囊，该功能热流体可应用于燃料电池内液。纳米胶囊化相变材料技术不仅克服了微胶囊相变材料应用的局限性，而且在提高相变材料使用效率，拓宽应用领域方面具有广阔的应用前景。

目前已有的纳米胶囊制备方法普遍存在操作复杂，成本高，其最终制备的相变胶囊颗粒大小不一,不适合工业大批量生产。本发明介绍了一种新型的纳米胶囊制备方法，不需采取任何机械外力即可完成，工艺简单，操作方便；制备的相变材料纳米胶囊形貌规整、表面光滑、粒径均匀，且通过改变纳米碟片与表面活性剂配比可有效控制纳米胶囊的粒径。

发明内容

本发明针对以上不足，在相变材料纳米胶囊的前期乳化工艺中采用双亲性纳米碟片和表面活性剂，利用二者的协同作用包裹相变材料形成纳米乳液。此方法使得相变材料的乳化步骤得以简化，不需要采用任何机械外力即可完成。同时，即使没有外力的强烈剪切，相变材料纳米胶囊的粒径分布仍然均匀，且胶囊粒径大小可以调控。

本发明的技术方案如下:

(一)双亲性纳米碟片的制备：合成粒径大小为300nm左右的碟片材料α-磷酸锆，按一定的摩尔比分别取改性材料十八烷基异氰酸酯与碟片材料α-磷酸锆。以有机溶剂甲苯作为溶剂，氮气环境90℃的高温下反应24小时。然后离心洗涤干燥得到改性碟片。以水为溶剂，按照摩尔比1:1加入四丁基氢氧化胺进行插层剥离，得到单层的双亲性碟片粒子磷酸锆(α-ZrP-ODI)水溶液。