[發明專利]一種相變復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110627259.9
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN115433546A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 楊睿;趙敏;尹林植;葉焱;韓東伯
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;C09K5/14
• 代理公司: 北京彩和律師事務所 11688
• 代理人: 閆桑田;郎雨

1.一種相變復合材料，其特征在于，其包括：

膨脹石墨，和

位于所述膨脹石墨的孔隙中及片層上的相變微膠囊；

所述相變微膠囊包括囊壁和囊芯，所述囊壁包括壁材，所述囊芯包括芯材。

2.根據權利要求1所述的相變復合材料，其特征在于，所述壁材選自聚苯乙烯、聚氨酯、聚脲、聚丙烯酸酯中的任意一種或兩種以上的組合；

優選地，所述聚丙烯酸酯選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸羥乙酯、聚1,4-丁二醇二丙烯酸酯、聚三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、聚季戊四醇四丙烯酸酯中的任意一種或兩種以上的組合，優選為聚甲基丙烯酸甲酯。

3.根據權利要求1或2所述的相變復合材料，其特征在于，所述芯材為石蠟；優選地，所述石蠟選自正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷、正二十二烷中的任意一種或兩種以上的組合。

4.一種相變復合材料，其特征在于，其通過下述方法制備得到：

首先由膨脹石墨充分吸附芯材和壁材單體形成復合物前體，然后在水、乳化劑、引發體系氧化劑和引發體系還原劑的作用下，在膨脹石墨的孔隙中及片層上原位生成具有核殼結構的相變微膠囊，從而制備得到所述相變復合材料。

5.根據權利要求4所述的相變復合材料，其特征在于，所述芯材為石蠟；優選地，所述石蠟選自正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷、正二十二烷中的任意一種或兩種以上的組合。

6.根據權利要求4或5所述的相變復合材料，其特征在于，所述壁材單體選自苯乙烯、二異氰酸酯、多元醇、脂肪胺、丙烯酸酯中的任意一種或兩種以上的組合；

優選地，所述二異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、甲基環己基二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯中的任意一種或兩種以上的組合；

優選地，所述多元醇選自聚乙二醇、聚四氫呋喃、聚丙二醇中的一種或兩種以上的組合；

優選地，所述脂肪胺選自含有2～10個碳原子的多元胺或/和叔胺化合物中的一種或兩種以上的組合；

優選地，所述丙烯酸酯選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯中的任意一種或至少兩種的組合，優選為甲基丙烯酸甲酯；

更優選地，所述壁材單體為甲基丙烯酸甲酯。

7.根據權利要求4～6中任一項所述的相變復合材料，其特征在于，所述引發體系氧化劑選自過氧化苯甲酰、過氧化氫、過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉中的任意一種或兩種以上的組合；

優選地，所述引發體系氧化劑為過硫酸銨。

8.根據權利要求4～7中任一項所述的相變復合材料，其特征在于，所述引發體系還原劑選自氯化亞鐵、硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、亞硫酸氫鉀中的任意一種或兩種以上的組合；

優選地，所述引發體系還原劑優選為亞硫酸氫鈉。

9.根據權利要求4～8中任一項所述的相變復合材料，其特征在于，所述芯材的質量占芯材和壁材單體質量總和的40％～95％，優選為50％～80％，更優選為70％～80％；

優選地，所述膨脹石墨的質量占膨脹石墨、芯材和壁材單體三者質量總和的4％～30％，優選為5％～10％，更優選為8％～10％；

優選地，所述水的質量為所述芯材和壁材單體質量總和的3～15倍，優選為6～10倍，更優選為8～10倍；

優選地，所述乳化劑的質量為所述壁材單體質量的15％～25％，優選為18％～23％，更優選為19％～21％；

優選地，所述引發體系氧化劑的質量為所述壁材單體的質量的2％～6.5％，優選為3％～6.5％，更優選為4％～5.5％；

優選地，所述引發體系還原劑的質量與所述引發體系氧化劑的質量比為0.25～1:1，優選為0.5～0.75:1，更優選為0.75:1。

10.一種相變復合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

制備油相：將芯材和壁材單體互溶形成油相；

制備復合物前體：將所述油相與膨脹石墨混合，使所述膨脹石墨吸附所述油相，得到復合物前體；

制備水相：將乳化劑溶于水形成水相；

聚合反應：將所述復合物前體與所述水相混合，加入引發體系氧化劑和引發體系還原劑，所述引發體系氧化劑和引發體系還原劑進入所述膨脹石墨的孔隙中，引發聚合反應，在所述膨脹石墨的孔隙中及片層上原位生成相變微膠囊，得到膨脹石墨與相變微膠囊的復合物；

后處理：將所述膨脹石墨與相變微膠囊的復合物進行過濾、洗滌、干燥至恒重，得到所述相變復合材料。