[發明專利]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

• 申請號: 201410435848.7
• 申請日: 2014-08-30
• 公開（公告）號: CN104212416B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 陸洪彬;張秋香;陳建華;唐偉;王金鑫;陸玉
• 申請（專利權）人: 海安南京大學高新技術研究院
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;B01J13/18;C08F220/14;C08F220/18;C08F220/06;C08F2/32
• 代理公司: 江蘇銀創律師事務所32242
• 代理人: 程龍進

技術領域

本發明屬于功能高分子材料領域，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

相態儲能-放能材料（PCMs）具有自動吸放熱的特點，能夠有效地將溫度控制在特定的溫度范圍內，目前正逐漸應用在建筑節能領域、保溫材料等領域。而微膠囊相變材料（MicroPCMs）就是利用微膠囊技術，把相變材料包覆而形成尺寸在1μm-1000μm的微粒復合相變材料。MicroPCMs能有效的解決PCMs泄露問題，防止了相變物質與周圍環境的反應，提高了相變材料的使用效率，同時增大了傳熱表面積，是一種高應用價值的材料。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材料性能，雖然壁材性能得到提升，但壁材對芯材包裹率低、自身導熱性能差，造成生產成本高、實用性降低，這些缺點嚴重影響了相變材料的推廣應用。

石墨烯作為目前材料科學研究的熱點，石墨烯兼有石墨和碳納米管的優良特點，如突出的導熱、導電性能、力學強度等；而氧化石墨烯由于其表面接枝多種含氧基團（C=O，C-OOH，C-OH等），這些基團可以與聚合物工具形成納米級“石墨-聚合物”復合材料，結合了兩種材料的優點，形成高導熱、高強度與高韌性的復合材料。

發明內容

本發明針對目前微膠囊存在的諸多缺點，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熱率提高包裹材料的導熱系數；利用殼材共聚負電性單體，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，形成核殼結構的微膠囊相變材料。相比于傳統石蠟微膠囊，本方法制備的石蠟微膠囊，導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，而且產率也得到很大提升，達到了70%以上，具有良好的實用經濟價值。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：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，反應時間為1.5h，向其中加入石墨、濃酸及強氧化劑，對石墨進行初步氧化；中溫水浴，所述中溫水浴溫度在35-40℃，攪拌速度為300-500rpm，反應時間為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，保持攪拌；高溫水浴，所述高溫水浴溫度在80-90℃，攪拌速度為300-500rpm，反應時間為4h，完成對石墨的深度氧化；加入去離子水，其中石墨與去離子水的質量比為1:(60-80)，水解反應之后，加入30Vol％過氧化氫中和未反應的高錳酸鉀，以溶液呈亮黃色為終點，然后加入10Vol％的鹽酸溶液，30Vol％過氧化氫與10Vol％鹽酸的質量比為1:(1.5-2)，真空抽濾，用去離子水洗滌至pH值為7，經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/分鐘的攪拌速率下，將水溶性引發劑加入到石蠟乳液中溶解并升溫至65℃時開始緩慢滴加單體，繼續升溫至75-85℃，進行反應，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，氣流粉碎機粉碎后得到石蠟微膠囊粉末。

進一步地，配方中所述的石墨為天然鱗片石墨粒度為32-200目。

進一步地，配方中所述的強酸為98％的濃硫酸，所述的強氧化劑為硝酸鈉、高錳酸鉀。

進一步地，石墨、濃硫酸、硝酸鈉和高錳酸鉀的質量比為1:(25-75):(0.5-1):(6-18)。

進一步地，配方中所述的石蠟為德國RUBITHERM產相變石蠟（相變點34℃、44℃與54℃）中的至少一種。