[发明专利]一种胶囊/聚合物定形相变储能材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种胶囊/聚合物定形相变储能材料及其制备方法，主要步骤如下：以氧化石墨烯（GO）和碳纳米管作为导热填料，采用原位聚合法制备六亚甲基二异氰酸酯（HDI）‑低熔点石蜡烃混合囊芯脲醛树脂囊壁微胶囊，HDI在胶囊与支撑基体间形成界面柔性层改善胶囊/聚合物定形相变材料的界面性能；在弱酸性条件下，以GO作为颗粒分散剂，超声作用下，将聚合物粉末分散在水溶液中；通过调节体系PH值和离子强度调控胶囊的Zeta电位，使其与聚合物带有不同表面电荷，从而使微胶囊均匀地分散在聚合物颗粒周围，得到均匀分散的胶囊/聚合物颗粒分散液，将其过滤烘干，并经注塑以得到分散及界面性能良好的胶囊/聚合物定形相变材料。

技术领域

本发明涉及一种定形相变储能材料的制备，特别是一种胶囊/聚合物定形相变储能材料及其制备方法。

背景技术

对于直接将相变材料和支撑基体混合得到的定形相变材料而言，虽可以保证在相变材料发生相变前后都保持一定的形状，但是在长期使用过程中，作为分散相的相变材料，如石蜡，会逐渐向表面迁移并损失，从而影响材料的热性能。

王学晨等（王学晨，张兴祥，吴世臻，牛建津。化学工业与工程，2005，21（4）：149-152）将相变材料微胶囊化后再和聚乙烯支撑基体进行熔融挤出得到了一种新形的定形相变材料，有效地解决了相变材料泄露的问题，但是对于胶囊形定形相变复合材料而言，微胶囊的形貌、粒径大小及分布，特别是微胶囊和基体之间的界面形态直接影响复合材料的力学和热学性能。Su等（Junfeng Su,Yunhui Zhao,Xinyu Wang,et al. Composite: Part A,2012,43:325-332. Xinyu Wang, Junfeng Su,et al. Polymer Composites ,2011,32(9):1432-1450.）采用扫描电镜及三维热成像技术对相变材料微胶囊与环氧树脂基体介质间界面结构变化与传热规律进行了研究，发现相变胶囊与树脂基体直接热膨胀系数的不匹配以及它们之间较弱的界面粘结是造成复合材料导热性能及力学性能下降的主要因素。因此改善胶囊与树脂基体间的界面粘合对提高定形相变复合材料的性能至关重要。

熔融共混法是最简单且适用面最广的一种混合方法，几乎所有的微胶囊和大多数基体树脂都可以通过此方法制备成相应的聚合物基复合材料。但是微胶囊的粒径很小，且在熔融挤出过程中，很难和支撑基体均匀混合，并且在熔融挤出过程中因为其高剪切容易造成微胶囊破裂，从而影响了胶囊/聚合物定形相变储能材料的性能。因此提高微胶囊和聚合物基体的分散均匀性对提高定形相变复合材料的性能至关重要。

发明内容

发明的目的是提供一种制备胶囊/聚合物定形相变储能材料的方法，可以充分提高胶囊和聚合物材料的界面性能以及分散性能。

为提高胶囊和聚合物材料的界面及分散性能，本发明提供的胶囊/聚合物定形相变储能材料制备方法包括如下步骤：

步骤一：混合囊芯微胶囊的制备

（1）取摩尔比为1:（1.8~1.9）的尿素和甲醛溶液混合，加入分散有0.5%-3%的碳纳米管的氧化石墨烯溶液，用氢氧化钠（NaOH）和盐酸（HCl）溶液调节pH至8.0-8.5之间，使该混合液在70℃恒温水浴条件下搅拌反应1h，制得含有氧化石墨烯和碳纳米管的尿素-甲醛预聚体，其中，甲醛溶液的质量百分比浓度为37%，分散碳纳米管的氧化石墨烯浓度为2mg/ml；

（2）称取占尿素质量分数10%的间苯二酚于烧杯中，加入一定量氧化石墨烯分散液，将按照步骤（1）制得的尿素-甲醛预聚体冷却至室温后加入到该混合液中，用柠檬酸调节pH至1.55-1.7之间后搅拌均匀；

（3）用干燥洁净的量筒量取HDI溶液，再量取低熔点石蜡烃，混合均匀后，加到按照步骤（2）中制得的混合液中后，于600r/min转速下乳化10min，得到HDI-低熔点石蜡烃和预聚体的乳状液，其中HDI和低熔点石蜡烃的体积比为1:9~2:8；