[发明专利]一种改性石墨烯相变微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性石墨烯相变微胶囊及其制备方法，属于相变材料微胶囊领域。

技术背景

全球经济的快速增长使得人类对能源的需求日益加大，化石能源的枯竭不可避免。因此，减少对化石燃料的依赖，提高能源利用率，开发环境友好型材料是当前人类面临的重要课题。

相变储能材料因其在相变的过程中能够吸收或释放大量的热，可以起到控温和储能的作用，能够解决能量供求在时间和空间上分配不平衡的矛盾，是提高能源利用率的有效手段。尽管相变材料有着广阔的应用前景，但是大多数相变材料在加热和冷却过程中会出现体积变化、腐烛性、易泄漏等问题而限制其应用，解决该问题的关键就是对相变材料进行封装。其中，微胶囊技术是应用最为广泛的一种封装技术，微胶囊技术(Microencapsulation Technology)是一种用成膜材料把固体或液体包覆成具有核壳结构微粒的方法。这种核壳结构微粒可在小温度范围内吸收或释放可观的相变潜热，具有较显著的蓄热调温功能。微胶囊技术克服了相变物质的应用局限性，提高了相变材料的使用效率，拓宽了相变材料的应用领域。目前，其已广泛应用于医药、化工和农业等领域。

石墨烯是一种二维纳米结构的新型材料，其厚度仅为0.335nm，石墨烯近乎完美的结构使得其具有众多奇特的电学、热学、力学等性能；较高的导热系数(5000W/(m.K))使得它被广泛用于增强相变微胶囊的导热性能，利用改性石墨烯作为相变微胶囊的外壳，在用量很少的情况下大大提高了相变微胶囊的导热系数，为节约能源提供了新的方向。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种改性石墨烯相变微胶囊及其制备方法，该相变微胶囊将改性石墨烯作为导热增强材料直接用作微胶囊的壁材，既解决了芯材添加导热增强材料导致相变焓减少的问题，又解决了相变材料在应用过程中的泄漏问题，且该改性石墨烯相变微胶囊的制备方法简单，反应条件温和。

技术方案：本发明提供了一种改性石墨烯相变微胶囊，该相变微胶囊为规则球形，具有核壳结构，所述的核壳结构由壁材和芯材以及连接壁材和芯材的乳化剂组成，其中壁材为改性石墨烯，芯材为相变材料，且乳化剂、改性石墨烯和相变材料三者之间的质量比为(0.1～1.0):(0.01～0.5):10。

其中：

所述的改性石墨烯为表面接枝有胺基的石墨烯，该改性石墨烯通过乙二胺还原氧化石墨烯得到。

所述的相变材料为石蜡、脂肪酸、十四醇、十六醇或聚乙二醇。

本发明还提供了一种改性石墨烯相变微胶囊的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将乳化剂溶解于去离子水中，搅拌后加入相变材料，超声得到乳液；；

2)将改性石墨烯溶解于去离子水中，调节PH为1～4，超声得到改性石墨烯溶液；

3)将步骤2)得到的改性石墨烯溶液加入步骤1)得到的乳液中，超声分散，得到改性石墨烯相变微胶囊制剂；

4)将步骤3)得到的改性石墨烯相变微胶囊制剂冷却、洗涤、干燥得到改性石墨烯相变微胶囊。

其中：

所述的乳化剂、改性石墨烯和相变材料的质量比为(0.1～1.0)：(0.01～0.5):10。

所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠、琥珀酸酯磺酸盐、脂肪醇硫酸酯单乙醇胺盐或烷基醇聚氧乙烯醚。

步骤1)所述超声的条件为55～60℃下，100～150W超声2～3h。

步骤2)所述超声的条件为100～150W超声10～60min，所述的调节PH用的试剂为盐酸，浓度为0.1mol/L～0.0001mol/L。

步骤3)所述的超声分散得条件为100～150W超声时长10～60min。

步骤4)所述的洗涤为无水乙醇、去离子水交替清洗各三次，所述干燥为50～70℃下干燥24～48小时。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：