[發(fā)明專利]一種氧化石墨烯改性石蠟微膠囊相變材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410435848.7
• 申請(qǐng)日: 2014-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN104212416B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸洪彬;張秋香;陳建華;唐偉;王金鑫;陸玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海安南京大學(xué)高新技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C09K5/06
• 分類號(hào): C09K5/06;B01J13/18;C08F220/14;C08F220/18;C08F220/06;C08F2/32
• 代理公司: 江蘇銀創(chuàng)律師事務(wù)所32242
• 代理人: 程龍進(jìn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能高分子材料領(lǐng)域，特別涉及到一種氧化石墨烯改性石蠟微膠囊相變材料的制備方法。

背景技術(shù)

相態(tài)儲(chǔ)能-放能材料（PCMs）具有自動(dòng)吸放熱的特點(diǎn)，能夠有效地將溫度控制在特定的溫度范圍內(nèi)，目前正逐漸應(yīng)用在建筑節(jié)能領(lǐng)域、保溫材料等領(lǐng)域。而微膠囊相變材料（MicroPCMs）就是利用微膠囊技術(shù)，把相變材料包覆而形成尺寸在1μm-1000μm的微粒復(fù)合相變材料。MicroPCMs能有效的解決PCMs泄露問題，防止了相變物質(zhì)與周圍環(huán)境的反應(yīng)，提高了相變材料的使用效率，同時(shí)增大了傳熱表面積，是一種高應(yīng)用價(jià)值的材料。目前常用的微膠囊的包裹材料常選用三聚氰胺-甲醛樹脂、脲醛樹脂，這些包裹壁材存在韌性不足、易開裂等問題；也有少量研究里用丙烯酸酯來改進(jìn)材料性能，雖然壁材性能得到提升，但壁材對(duì)芯材包裹率低、自身導(dǎo)熱性能差，造成生產(chǎn)成本高、實(shí)用性降低，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了相變材料的推廣應(yīng)用。

石墨烯作為目前材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)，石墨烯兼有石墨和碳納米管的優(yōu)良特點(diǎn)，如突出的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能、力學(xué)強(qiáng)度等；而氧化石墨烯由于其表面接枝多種含氧基團(tuán)（C=O，C-OOH，C-OH等），這些基團(tuán)可以與聚合物工具形成納米級(jí)“石墨-聚合物”復(fù)合材料，結(jié)合了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，形成高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度與高韌性的復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前微膠囊存在的諸多缺點(diǎn)，提供一種氧化石墨烯改性石蠟微膠囊相變材料的制備方法，利用氧化石墨烯的高比表面積及高導(dǎo)熱率提高包裹材料的導(dǎo)熱系數(shù)；利用殼材共聚負(fù)電性單體，芯材以陽離子乳化劑乳化，從而提供了提供包裹動(dòng)力，提高效率包裹效率；采用反相乳化法制備出O/W型高分散、高穩(wěn)定的相變石蠟乳液，然后通過核殼型原位聚合原理，形成核殼結(jié)構(gòu)的微膠囊相變材料。相比于傳統(tǒng)石蠟微膠囊，本方法制備的石蠟微膠囊，導(dǎo)熱性及包裹壁材得到了很大提升，提高了核/殼比例，增大了相變材料的熱焓，而且產(chǎn)率也得到很大提升，達(dá)到了70%以上，具有良好的實(shí)用經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種氧化石墨烯改性石蠟微膠囊相變材料的制備方法，包括以下步驟：

1、氧化石墨烯的制備：在磁力攪拌器上，低溫冰水浴，所述低溫冰水浴的溫度在0-4℃，攪拌速度為300-500rpm，反應(yīng)時(shí)間為1.5h，向其中加入石墨、濃酸及強(qiáng)氧化劑，對(duì)石墨進(jìn)行初步氧化；中溫水浴，所述中溫水浴溫度在35-40℃，攪拌速度為300-500rpm，反應(yīng)時(shí)間為2h，再逐次緩慢加入高錳酸鉀，所述高錳酸鉀分三次加入，在低溫初步氧化階段加入1/3，在中溫氧化階段，分兩次加入剩余的高錳酸鉀，保持?jǐn)嚢瑁桓邷厮。龈邷厮囟仍?0-90℃，攪拌速度為300-500rpm，反應(yīng)時(shí)間為4h，完成對(duì)石墨的深度氧化；加入去離子水，其中石墨與去離子水的質(zhì)量比為1:(60-80)，水解反應(yīng)之后，加入30Vol％過氧化氫中和未反應(yīng)的高錳酸鉀，以溶液呈亮黃色為終點(diǎn)，然后加入10Vol％的鹽酸溶液，30Vol％過氧化氫與10Vol％鹽酸的質(zhì)量比為1:(1.5-2)，真空抽濾，用去離子水洗滌至pH值為7，經(jīng)60℃干燥、研磨得到氧化石墨烯，將制備的氧化石墨烯加入到去離子水中，超聲分散1h左右，得到1-5%的氧化石墨烯溶液待用；

2、石蠟乳液的制備：在攪拌釜中加入石蠟、非離子乳化劑和離子型乳化劑，升高溫度至65-75℃，加入在去離子水中分散好的石墨，在500-1000r/min攪拌速度下攪拌0.5-1h，得到O/W型石蠟乳液；

3、石蠟微膠囊乳液的制備：在500-1000轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速率下，將水溶性引發(fā)劑加入到石蠟乳液中溶解并升溫至65℃時(shí)開始緩慢滴加單體，繼續(xù)升溫至75-85℃，進(jìn)行反應(yīng)，單體滴加完成后保溫2-4h，出料；

4、后處理：真空抽濾，石油醚洗，水洗，在40-50℃真空干燥，氣流粉碎機(jī)粉碎后得到石蠟微膠囊粉末。

進(jìn)一步地，配方中所述的石墨為天然鱗片石墨粒度為32-200目。

進(jìn)一步地，配方中所述的強(qiáng)酸為98％的濃硫酸，所述的強(qiáng)氧化劑為硝酸鈉、高錳酸鉀。

進(jìn)一步地，石墨、濃硫酸、硝酸鈉和高錳酸鉀的質(zhì)量比為1:(25-75):(0.5-1):(6-18)。

進(jìn)一步地，配方中所述的石蠟為德國RUBITHERM產(chǎn)相變石蠟（相變點(diǎn)34℃、44℃與54℃）中的至少一種。