[發明專利]一種淀粉膨脹石墨相變復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811399851.2
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109370535A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 張東;任婉婉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及一種淀粉膨脹石墨相變復合材料及其制備方法，包括中部的相變材料、包裹在相變材料外部的微膠囊以及連接在微膠囊外壁上的顆粒，相變材料為石蠟，微膠囊為改性淀粉與膨脹石墨的混合物，顆粒包括淀粉顆粒和膨脹石墨顆粒，微膠囊中膨脹石墨的質量分數為5％～12％。與現有技術相比，本發明具有優良的導熱性能和結構穩定性，且隨著膨脹石墨的增加，淀粉膨脹石墨相變復合材料的導熱系數逐漸增加。

技術領域

本發明涉及儲能以及能源轉變技術領域，具體涉及一種淀粉膨脹石墨相變復合材料及其制備方法。

背景技術

能源問題是21世紀人類面臨的重大問題，人類生產生活的每個方面都離不開能源。同時，隨著世界經濟的快速發展，人類對能源的需求越來越高。而地球上的能源是有限的，所以蓄熱節能材料對能源的合理利用和節約就顯得越來越有實際意義。熱能存儲系統的出現，不僅有利于減少對化石燃料的依賴，而且有助于能源的高效和良性地使用。在該系統里，熱能可以以顯熱和潛熱的方式進行存儲。相比于顯熱存儲，潛熱存儲所需要的材料相對體積更小。因此潛熱儲能受到了更多的關注。潛熱儲熱又稱相變儲熱。相變材料在相變過程中能吸收和釋放大量的相變潛熱，被廣泛應用于熱能存儲和溫度控制領域。按物質屬性的不同，相變材料可分為無機相變材料和有機相變材料。有機相變材料具有高相變潛熱、過冷度小、無相分離等優點，得到廣泛的應用，但有機相變材料存在熱導率小和易泄漏等問題。如今已經提出了不同的解決方案來克服這些問題。

針對相變材料泄露問題，目前解決辦法多為制備相變材料微膠囊。微膠囊將相變材料封裝，防止相變材料的泄露。Dao和Jeong使用濃度為5％石墨烯的溶液，制備石墨烯硬脂酸(SA)核殼復合微膠囊。熱導率相比SA增加26％的同時，相變材料泄露問題得到大大改善。張東等利用氧化石墨烯作為囊壁，將石蠟相變材料穩定的包覆在微膠囊復合材料中。針對相變材料的熱導率低的問題，最為廣泛的解決方法為增加熱導材料。例如金屬粉末、碳材料或者無機材料。另外制備三維導熱網絡結構，將相變材料浸入到導熱網絡中，亦可以有效的提高相變材料的導熱性能。最后，相變材料以微膠囊的形式與熱導率高的多孔材料復合，也可提高相變材料熱導率并且達到對相變材料進一步封裝的目的。

諸多研究已獲得的微膠囊相變復合材料的穩定性都不是很好，究其原因可能是因為微膠囊殼層較為單薄，相變材料在發生相變過程中，由于固液轉變造成的體積變化，導致微膠囊相變復合材料外殼破裂。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種導熱性能以及穩定性良好的淀粉膨脹石墨相變復合材料及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種淀粉膨脹石墨相變復合材料，該相變復合材料包括中部的相變材料、包裹在相變材料外部的微膠囊以及連接在微膠囊外壁上的顆粒，所述相變材料為石蠟，所述微膠囊為改性淀粉與膨脹石墨的混合物，所述顆粒包括淀粉顆粒和膨脹石墨顆粒，所述微膠囊中膨脹石墨的質量分數為5％～12％。

淀粉顆粒在沸騰過程中會發生分子結構的轉變，其中的直鏈分子盤旋成螺旋結構，極性脂質遷移到直鏈分子螺旋結構中形成穩定的復合結構。極性脂質通常由極性頭部和非極性尾部組成，因此這種復合物質具有雙親性，可作為表面活性劑發生乳化作用。其次，加入膨脹石墨時，由于化學結構相似性，淀粉復合物質以分子間作用力的形式和膨脹石墨結合。當加入相變材料時，淀粉于膨脹石墨的結合物一起作為微膠囊殼層包裹相變材料。淀粉的主要作用是為了形成兩性物質，可以發生乳化作用，從而能形成微膠囊結構。膨脹石墨的加入主要是為了提高相變材料的熱導率。隨著反應過程的進行，懸浮在水中的殘余淀粉以及膨脹石墨累積到微膠囊殼層以增加壁層厚度，這樣以來使得微膠囊的穩定性更為可靠，對增加相變材料的導熱性也有極大的幫助。