[發明專利]CNTs改性PAN相變材料微膠囊復合薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710549437.4
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107383734B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 辛長征;秦愛文;李俊
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: C08L33/20
• 分類號: C08L33/20;C08L39/06;C08K9/10;C08K5/01;C08K7/24;C08J5/18;C09K5/06
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 王金

本發明公開了一種CNTs改性PAN相變材料微膠囊復合薄膜的制備方法，依次按以下步驟進行：第一是將足量的PAN粉末研細并恒溫干燥；第二是將N?甲基吡咯烷酮和正十九烷相變微膠囊倒入燒杯并超聲分散；再加入羧基化CNTs超聲分散；第三是在水浴鍋升溫時加入聚乙烯吡咯烷酮和的PAN，第四是將攪拌；第五是靜置脫泡；第六是制膜。本發明通過加入適量的羧基化CNTs，相比使用其它種類的CNTs或其它含量的CNTs，能夠使薄膜的熱焓效率或者孔隙率得到最大化，得到相應最佳性能的薄膜材料。本發明通過加入羧基化CNTs，提高了的制備薄膜材料的水通量和孔隙率，并使制備的薄膜具有良好的比表面積、孔體積和孔徑。

技術領域

本發明涉及相變材料微膠囊技術領域，尤其涉及一種相變材料微膠囊的復合薄膜。

背景技術

隨著經濟發展和人口規模的持續增長，能源匱乏問題日益凸顯。雖然人們對能源短缺問題越來越關注，節能意識也不斷加強，科研學者們一直致力于研發新的節能技術，但是普遍成本比較高，操作難度大，節能效果有限。面對嚴峻的能源匱乏問題，研發出高效、低成本、簡單易行的能量儲存技術是關鍵所在。

早在二十世紀初期，一些研究學者就開始著手研究能量儲存技術，希望能夠解決能源供給與需求之間的不平衡，以此來應對日益凸顯的能源匱乏問題。其中，相變儲熱技術一直是能量儲存領域的一大熱點。相變儲熱技術是利用相變材料的相變過程來吸收或釋放大量熱量，其吸/放熱過程中材料幾乎保持恒溫，體積變化極小且能量密度大。目前相變材料的應用領域十分寬廣，尤其是在紡織、建筑、軍事等方面均收到了很好的效果。

相變微膠囊是利用高分子聚合物將相變材料包覆形成納米級的具有核－殼結構的新型節能環保儲能材料。相變微膠囊有效地解決了相變材料易泄露的問題，極大改善了其在實際應用中的局限性。相變微膠囊的穩定性更佳，不容易發生過冷和相分離現象。相變微膠囊粒徑較小且壁薄，使得傳熱速率和使用效率大大增加。

目前，研究學者們大多通過改變囊壁和芯材的用料與制備方法來制備新型的相變微膠囊。Fan等將不同比例的易揮發性物質環己烷添加到正十八烷中作為囊芯，以三聚氰胺-甲醛樹脂為壁材，制備出耐熱溫度可達265.0℃的相變微膠囊。Wei等通過界面聚合法合成了一種蓄熱調溫相變微膠囊，所得微膠囊呈球形，耐一定濃度的酸堿、無水乙醇和丙酮，其相變潛熱為118.0J/g，且相變溫度接近人體舒適溫度范圍。柳思等制備了一種以聚甲基丙烯酸甲酯為壁材，正十八烷和十六烷為芯材的微膠囊。結果表明，芯材在聚合過程中被包裹完好，微膠囊開始熔化時的溫度為20.7℃，凝固溫度為21.7℃，熔融熱和凝固熱分別為99.2J/g和-101.4J/g，包裹率高達46％，并且粒徑分散性較好，可應用于調溫蓄熱紡織用品。

聚丙烯腈(PAN)是通過單體丙烯腈發生自由基聚合反應得到的，呈白色粉末狀，密度是1.14～1.15g/cm3。其分子結構為：[CH2＝CH—CN]n，其軟化點為267℃，分解溫度為230℃。聚丙烯腈具有良好的耐熱性、耐光以及耐候性，適合用來作復合材料的基質。

碳納米管(CNTs)是一種新型納米材料，結構是由單層或多層石墨層卷曲形成的兩端封閉而中空的圓柱體。碳納米管分為兩種，即單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管的尺寸小，長徑比大，強度高并且耐強酸強堿，可以和聚合物共混制備功能多樣，性能優良的高分子材料。因此自1991年被發現以來，其一直是復合材料的熱門研究領域。

碳納米管添加到聚合物中對其結構和性能都有很大的影響，尤其是對熱能儲存方面。就此，很多學者從多方面展開對碳納米管改性相變材料的研究工作。王永鳳等證明在芯材中添加石墨和納米材料，能較大程度地改善了相變微膠囊的導熱性。馬雷等將碳納米管分散到聚丙烯腈中，研究表明其放熱峰型明顯變寬。王建國等制備出多壁碳納米管/聚丙烯復合材料，研究表明碳納米管的體積百分含量達23％時，復合材料熱導率為0.337W·m^-1·K^-1。

發明內容