[發明專利]復合納米膠囊相變材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310288981.X
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103342991A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 孫蓉;吳曉琳;符顯珠;湯艷豐
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;C08F120/14;C08F2/44;C08K5/01;C08K3/36;C01B33/18
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術領域

本發明涉及相變材料技術領域，特別是涉及一種復合納米膠囊相變材料及其制備方法。

背景技術

微膠囊相變材料（Micro-encapsulated?phase?change?material，MEPCM）和納米膠囊相變材料（Nano-enhanced?phase?change?materials，NEPCM）是由以相變材料（Phase?Change?Material，PCM）為芯材，以有機聚合物或無機材料為殼層的膠囊結構。這種膠囊結構是用來維持相變材料形狀并用來阻止其相轉變過程的泄漏。

對于微膠囊相變材料的研究，目前已經有產業化的產品問世，如BASF公司已經有銷售相關產品，主要應用于建筑、太陽能等領域。其殼層材料以高分子有機聚合物為主。然而，高分子有機聚合物具有導熱性能差、化學和機械穩定性差等缺陷。

對于納米膠囊相變材料的研究，目前市場上還沒有產業化的納米膠囊相變材料產品問世。相對于微膠囊相變材料，納米膠囊相變材料由于尺寸更小而更具優勢，尤其是在功能熱流體等特殊環境的應用，納米膠囊相變材料不但可以提高體系的對流熱傳導效率，具備潛熱吸收的功能，還可以提高體系分散的均勻度，降低膠囊由于重力作用而導致的沉降分層，從而提高體系的長期循環穩定性。在能量儲存領域，納米膠囊相變材料在微通道、漿體等方面的應用是不可替代的。

近些年，有機和無機復合材料作為殼層材料引起了越來越多的關注。這種殼層材料將有機材料和無機材料的性能優勢很好地結合優化，能夠提高微膠囊相變材料和納米膠囊相變材料的結構和性能的穩定性。

然而，目前，對于有機和無機復合微膠囊材料的研究也只處于初級試探性實驗階段。有機和無機復合微膠囊材料的制備一般是先使單體發生聚合反應后再進行酯類水解的分步制備方法制備相變微膠囊。該方法制備的膠囊粒徑分布范圍很寬，平均粒徑在10μm左右，且膠囊存在明顯的體積凹陷現象。采用這種方法難以制備得到納米尺寸的復合納米膠囊材料，如何制備穩定性較高的納米膠囊相變材料將成為特殊應用領域的研究熱點。

發明內容

基于此，有必要提供一種穩定性較高的復合納米膠囊相變材料。

進一步，提供一種復合納米膠囊相變材料的制備方法。

一種復合納米膠囊相變材料，所述復合納米膠囊相變材料是以油相的石蠟為核，聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅復合材料為殼的納米膠囊，所述納米膠囊的一次粒徑為50～150納米，平均粒徑為50～400納米。

在其中一個實施例中，所述聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅復合材料與所述油相的石蠟的質量比為16:9～2:1。

在其中一個實施例中，所述油相的石蠟為相變溫度為20～30℃的石蠟。

一種復合納米膠囊相變材料的制備方法，包括如下步驟：

按質量比為6:9:1～10:15:4混合油相的石蠟、甲基丙烯酸甲酯和正硅酸乙酯得到混合物；

將所述混合物均勻分散后，在1000～1500轉/分鐘的攪拌速度下水浴加熱至60～80℃，然后加入乳化劑進行乳化；

在85℃下，向乳化后的混合物加入過硫酸銨的水溶液，以1000～1500轉/分鐘的攪拌速度攪拌15～30分鐘后，于速度為1000～1500轉/分鐘的攪拌條件及80～85℃水浴反應1～5小時，分離純化得到復合納米膠囊相變材料，所述復合納米膠囊相變材料是以油相的石蠟為核，聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅復合材料為殼的納米膠囊，所述納米膠囊的一次粒徑為50～100納米，平均粒徑為50～400納米。

在其中一個實施例中，所述加入乳化劑進行乳化的步驟是向所述加熱至60～80℃的混合物加入十二烷基苯磺酸鈉的水溶液，在1000～1500轉/分鐘的攪拌速度下于60～80℃下乳化10～20分鐘，然后在1000～1500轉/分鐘的攪拌速度下于80～85℃繼續乳化10～20分鐘。

在其中一個實施例中，所述十二烷基苯磺酸鈉的質量與所述油相的石蠟、甲基丙烯酸甲酯和正硅酸乙酯的質量之和的比值為1:13～1:25。

在其中一個實施例中，所述攪拌使采用片狀不銹鋼進行攪拌。

在其中一個實施例中，所述過硫酸銨的質量與所述油相的石蠟、甲基丙烯酸甲酯和正硅酸乙酯的質量之和的比值為1:16.6～1:25。

在其中一個實施例中，所述分離純化的步驟為：反應結束后，將反應液降至室溫，向室溫的反應液加入飽和氯化鈉水溶液，靜置30～60分鐘后，分層，取分層的乳液，用蒸餾水洗滌所述乳液3～6次，將洗滌后的乳液干燥后得到復合納米膠囊相變材料。