嵌入式导热增强相变储能微胶囊及其制备方法_2

文档序号:8480320阅读:来源:国知局
法。本发明实施例相变储能微胶囊制备方法工艺如图3所示,其包括如下步骤:
[0032]步骤S01.配制含鳞片石墨的油相混合物:将熔点在10-70°C的油溶性相变材料、二异氰酸酯单体和鳞片石墨在所述油溶性相变材料熔点以上的温度进行混料处理,得到油相混合物;
[0033]步骤S02.将油相混合物配制成乳液:将所述油相混合物与阴离子型乳化剂的水溶液混合后于所述油溶性相变材料熔点以上的温度进行乳化处理,获得乳液;
[0034]步骤S03.向乳液中加入有机胺单体进行聚合反应:将有机胺单体水溶液加入所述乳液中,使所述有机胺单体扩散至所述乳液液滴表面进行聚合反应,生成含鳞片石墨的聚脲包覆的相变微胶囊;
[0035]步骤S04.将生成的相变微胶囊进行洗涤、干燥处理:将含有所述相变微胶囊的聚合反应溶液进行固液分离、洗涤和干燥处理。
[0036]具体地,上述步骤SOl中,所述油溶性有机相变材料、鳞片石墨和二异氰酸酯单体三者是按照质量比为100:(1-4): (40-90)的比例进行物料混合处理,通过调整三者的比例,从而间接调整鳞片石墨在相变储能微胶囊中的含量,从而实现调节相变储能微胶囊传热性能和以便制备一系列掺杂不同质量分数和不同尺寸鳞片石墨的相变储能微胶囊。同时控制微胶囊壳体与相变复合芯材的比例,从而控制相变储能微胶囊的力学性能、相变储能性能。
[0037]在一实施例中,该二异氰酸酯单体选用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的至少一种。
[0038]油相混合物中的油溶性相变材料和鳞片石墨可以是如上文本发明相变储能微胶囊中所述的油溶性相变材料和鳞片石墨,为了节约篇幅,在此不再赘述。
[0039]另外,在配制油相混合物的过程中,混料处理的方式只要是能将油溶性相变材料、二异氰酸酯单体和鳞片石墨均匀分散即可,如果搅拌,超声等方式均可,当然其他搅拌方式也是在本发明公开的范围之内。
[0040]上述步骤S02中,当油相混合物与阴离子型乳化剂的水溶液进行乳化处理后,油相混合物会形成均匀分散的微小乳液。为了获得稳定的乳液,在一实施例中,所述油相混合物加入到所述阴离子型乳化剂的水溶液中的量为5% -20%。
[0041]在另一实施例中,所述乳化处理的条件为2000-10000r/min转速下搅拌5_30min或 500-1000r/min 转速下搅拌 30_60min。
[0042]在又一实施例中,所述阴离子型乳化剂选用苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐(SMA)、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
[0043]另外,该步骤S02中乳化处理的温度是如上述步骤SOl中熔点为10_70°C的油溶性相变材料的熔点以上的温度。阴离子型乳化剂水溶液的质量浓度可以控制为0.5-3.0%。
[0044]上述步骤S03中,当有机胺单体加入步骤S02中的乳液中后,有机胺单体会扩散至乳液液滴表面,在聚合反应条件下,该有机胺单体与乳液液滴中的二异氰酸酯单体发生聚合反应,从而生成聚脲微胶囊壳体,将油溶性相变材料包覆在其内,由于鳞片石墨与二异氰酸酯单体是均匀分散在乳液液滴中,因此该鳞片石墨会掺杂在聚脲微胶囊壳体和油溶性相变材料中。
[0045]在一实施例中,所述有机胺单体选用乙二胺、二乙烯三胺、聚醚胺中的至少一种;其中,聚醚胺可以是平均分子量为200-2000中的至少一种;这样该有机胺单体能与乳液液滴中的二异氰酸酯单体有效发生聚合反应生成聚脲化合物。
[0046]在另一实施例中,所述有机胺单体加入只所述乳液中的量为二异氰酸酯单体质量的0.5-2倍。通过控制有机胺单体的加入量实现对有机胺单体与二异氰酸酯单体两者比例的控制,以获得力学性能优异的聚脲微胶囊壳体,以提高相变储能微胶囊的结构稳定性能。
[0047]在一实施例中,聚合反应的温度控制为40_90°C。在进一步实施例中,聚合反应伴随搅拌,搅拌速度为300-500r/min。
[0048]在另一实施例中,有机胺单体水溶液是缓慢加入乳液中的,如可以采用滴加的方式加入,以赋予有机胺单体充分的扩散时间,使得充分富集在乳液液滴表面。在一具体实施例中,该有机胺单体水溶液的质量浓度可以控制在10-60 %。
[0049]上述步骤S04中,对聚合反应的溶液进行固液分离,并收集滤饼。固液分离没有特别要求,只要是能将步骤S03中生成相变微胶囊与反应溶液分离即可。对滤饼洗涤可以采用去离子水洗涤。干燥处理可以采用真空干燥、冷冻干燥或室温下晾干或晒干等方式。
[0050]由上述分析可知,本发明实施例相变储能微胶囊制备方法采用二异氰酸酯单体与有机胺单体在油溶性相变材料微粒表面采用界面聚合法生成聚合聚脲化合物壳层,从而有效提高了本发明相变储能微胶囊的力学性能,将鳞片石墨均匀分散在油相材料中,这样在聚合反应过程中使得鳞片石墨能够均匀且牢固的分布在相变复合芯材和微胶囊壳体中,起到良好的热传导作用,同时也能灵活鳞片石墨,以便制备一系列掺杂不同质量分数和不同尺寸鳞片石墨的相变储能微胶囊。另外,通过将鳞片石墨事先与油溶性相变材料混合,从而显著提高了本发明相变储能微胶囊制备方法的效率,使其工艺易控制,从而使得制备的相变储能微胶囊结构和性能稳定。另外,上文本发明实施例相变储能微胶囊制备方法避免采用甲醛单体等其他能释放有害气体的原料,从而有效保证了生产的安全性,且环保。
[0051]以下通过多个实施例来举例说明上述相变储能微胶囊及其制备方法。
[0052]实施例1
[0053]一种相变储能微胶囊及其制备方法,该相变储能微胶囊结构如图1、2所示,其包括微胶囊壳体和设置在所述微胶囊壳体内的相变复合芯材。其中,所述相变复合芯材包括熔点为10_70°C油溶性有机相变材料和掺杂在所述油溶性有机相变材料中的鳞片石墨;所述微胶囊壳体为掺杂有鳞片石墨的聚脲化合物。
[0054]相变储能微胶囊制备方法如下:
[0055]Sll首先在50ml烧杯中加入熔点在28°C的相变储能腊7g、异佛尔酮二异氰酸酯3g和800目鳞片石墨0.lg,升温至40-60°C,磁力搅拌至混合均勾,超声分散30分钟,作为油相备用。
[0056]S12在10ml烧杯中加入1.5g苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐(SMA)和50ml去离子水,混匀后加入步骤Sll的油相混合物,在50°C下以5000r/min的转速分散20分钟,得到水包油乳液。
[0057]S13将步骤S12的乳液转入250ml三颈烧瓶中,恒温60°C,缓慢滴入4.6g 二亚乙基三胺(DETA),引发油-水界面聚合反应,形成相变微胶囊。
[0058]S14将步骤S13所得微胶囊混合液趁热过滤、用去离子水和乙醇反复洗涤2?3次,将滤饼冷冻干燥24h,得到粉末状鳞片石墨嵌入型相变储能微胶囊,平均粒径约30 μ m,微胶囊相变潜热为177.4J/g。
[0059]将本实施例1制备的相变储能微胶囊分别在光学显微镜、扫描电子显微镜下的观测,其光学显微镜照片如图1所示,SEM图片如图2所示。从图1中可以看出通过界面聚合反应形成包覆层,鳞片石墨或镶嵌或贯穿于微胶囊中形成无机导热通道。由图2可看出,相变储能微胶囊呈球形,且其表面呈现类似于高尔夫球的网状结构,分散性良好。
[0060]实施例2
[0061]一种相变储能微胶囊及其制备方法,该相变储能微胶囊结构如图1、2所示,其结构如同实施例1中的相变储能微胶囊。
[0062]相变储能微胶囊制备方法如下:
[0063]S21首先在50ml烧杯中加入熔点在28°C的相变储能腊7g、甲苯二异氰酸酯3g和800目鳞片石墨0.3g,升温至40-60°C,磁力搅拌至混合均匀,超声分散30分钟,作为油相备用。
[0064]S22在10ml烧杯中加入1.5g十二烧基苯磺酸钠和50ml去离子水,混勾后加入步骤S21的油相混合物,在50°C下以5000r/min的转速分散20分钟,得到水包油乳液。
[0065]S23将步骤S22的乳液转入250ml三颈烧瓶中,恒温90°C,缓慢滴入4.6g乙二胺,引发油-水界面聚合反应,形成相变微胶囊。
[0066]S24将步骤S23所得微胶囊混合液趁热过滤、用去离子水和乙醇反复洗涤2?3次,将滤饼冷冻干燥24h,得到粉末状鳞片石墨嵌入型相变储能微胶囊,平均粒径约30 μ m,微胶囊相变潜热为170.8J/
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