無機核殼儲石蠟相變材料的膠囊儲能新材料及其製備方法與流程

2023-10-10 20:33:09 2

本發明涉及節能材料技術領域，具體涉及一種微膠囊化相變儲能材料及其製備方法。

背景技術：

近年來，科研人員嘗試用蒙脫石、珍珠巖、奧拓幫土等矽酸鹽礦物及白炭

黑與矽膠、炭黑、膨脹石墨、建築石膏、多孔陶瓷、混凝土、金屬材料等負載固定有機固——液相變材料石蠟、硬脂酸、癸酸、新戊二醇、正十八烷、環己烷等。

相變材料膠囊（包括相變材料納米膠囊、相變材料微膠囊及相變材料大膠囊）是以高分子材料、無機材料、金屬材料等保護性材料為囊壁，包裹相變材料製得的單一核殼結構的密封性顆粒。它最大的優點是密封性能優良，但製備工藝較複雜，難以大規模生產。

相變材料微膠囊（mcpcm）是採用微膠囊技術將固——液相變材料（芯材）用合成高分子材料或無機化合物（壁材）以物理或化學方法包覆起來製成的常態下穩定的固體微粒，這種固體微粒可在較窄的溫度範圍內吸收/釋放可觀的相變潛熱，具有較為顯著的蓄熱調溫功能。近幾年，為得到粒徑分布更均勻、囊壁更加堅韌、緻密性和阻燃性好、熱導率和親水性滿足要求、包封率更高、潛熱更大的mcpcm，國內外研究人員相繼採用一些新的成膜材料，製備方法和製備工藝也在不斷完善，各種產品質量評價手段得以應用。

目前，由無機物做膠囊殼材的相變材料微膠囊的製備方法還未有文獻公開。不同於以往的膠囊製備方法，此方法具有工藝簡單、成本低的優點，得到的產品相變過程中相變物質極少洩漏，相變穩定性好，潛熱高，具有良好的柔韌性、機械強度及抗滲透性。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有技術存在的不足，提供一種無機核殼儲石蠟相變材料的膠囊儲能新材料的製備方法，該方法工藝簡單、成本低，得到的產品相變過程中相變物質極少洩漏，相變穩定性好，潛熱高，具有良好的柔韌性、機械強度及抗滲透性。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種無機核殼儲石蠟相變材料的膠囊儲能新材料的製備方法，包括以下步驟：

1.向80-120重量份石蠟中加入0.8-1.2重量份甲基丙烯酸酯聚合物、15-25重量份苯乙烯、8-12重量份二乙烯基苯及0.5-0.8重量份偶氮二異丁腈，並混合均勻，得到液體狀混合石蠟；

2.將載體膨脹松脂巖或膨脹珍珠巖放於容器中，在真空的條件下加熱，加熱溫度控制在40℃-170℃，真空度小於-0.07mpa，低速攪拌，待釜內物料溫度升至大於35℃時，緩慢噴淋入步驟1得到的液體狀混合石蠟，液體狀混合石蠟的重量為載體的1-2倍，待全部噴入後，繼續在真空條件下攪拌，使得載體表面生成的聚合物膜吸附於孔道表面，起到閉孔作用；

3.加入潤溼劑，該潤溼劑由3-5重量份十二烷基磺酸鈉或吐溫80溶於適量的水中製成，在真空條件下低速攪拌，反應60分鐘後，升溫至80-120℃，靜置4小時以上，以使其在真空條件下繼續反應，讓潤溼劑充重量份潤溼步驟2得到的半成品；

4.加入酸性矽溶膠15-25重量份，低速攪拌，使酸性矽溶膠分布均勻；

5.將5-8重量份矽酸鈉與5-8重量份鋁酸鈉溶於適量水中，噴淋入步驟4得到的材料中，同時低速攪拌；

6.除去步驟5得到的材料的多餘水分；

7.置於真空烘箱中烘乾，得到成品。

所述石蠟的相變溫度為10℃-50℃的石蠟，所述石蠟的潛熱大於130j/g的熱焓值。

步驟2中選用的膨脹松脂巖、膨脹珍珠巖為80-120kg/m3。

在步驟6中，採用離心機或真空抽濾的方式進行除水。

本發明的有益效果是：本發明的方法工藝簡單、成本低，得到的產品相變過程中相變物質極少洩漏，相變穩定性好，潛熱高，具有良好的柔韌性、機械強度及抗滲透性。

具體實施方式

本發明為一種無機核殼儲石蠟相變材料的膠囊儲能新材料的製備方法，包括如下步驟：

1.向80-120重量份石蠟中加入0.8-1.2重量份甲基丙烯酸酯聚合物、15-25重量份苯乙烯、8-12重量份二乙烯基苯及0.5-0.8重量份偶氮二異丁腈，並混合均勻，得到液體狀混合石蠟。本發明選用相變溫度為10℃-50℃的石蠟，可以用上述範圍內的單一相變點石蠟，也可以選用兩種或多種相變點的石蠟複合得到多點相變蠟。再者，相變蠟還要具有潛熱大於130j/g的熱焓值。

2.將載體膨脹松脂巖或膨脹珍珠巖放於容器中，在真空的條件下加熱，加熱溫度控制在40℃-170℃，真空度小於-0.07mpa，低速攪拌，待釜內物料溫度升至大於35℃時，緩慢噴淋入步驟1得到的液體狀混合石蠟，液體狀混合石蠟的重量為載體的1-2倍，待全部噴入後，繼續在真空條件下攪拌，隨著聚合反應的進行，單體在石蠟內部聚合，在相分離的作用下遷移至載體表面，在珍珠巖表面及孔隙間形成儲能膠囊，載體表面生成的聚合物膜吸附於孔道表面，起到閉孔作用。膨脹松脂巖、膨脹珍珠巖為開孔或半開孔的顆粒，顆粒大小及開孔程度不同，所能載入的相變蠟的量也不同。全開孔的珍珠巖骨架較軟，不耐磨，全開孔的珍珠巖骨架較半開孔的硬，耐磨但載蠟量偏小，故本發明所用的膨脹松脂巖、膨脹珍珠巖為80-120kg/m3。

3.由步驟2得到的半成品可以進行氧化矽氧化鋁無機膜的表面包覆。由於該半成品是疏水的，與親水材料沒有親和性，無法進行包覆，因此需要採用潤溼劑對其進行表面潤溼。加入潤溼劑，該潤溼劑由3-5重量份十二烷基磺酸鈉或吐溫80溶於適量的水中製成，在真空條件下低速攪拌，反應60分鐘後，升溫至80-120℃，靜置4小時以上，以使其在真空條件下繼續反應，讓潤溼劑充重量份潤溼步驟2得到的半成品。

4.加入酸性矽溶膠15-25重量份，低速攪拌，使酸性矽溶膠分布均勻。

5.將5-8重量份矽酸鈉與5-8重量份鋁酸鈉溶於適量水中，噴淋入步驟4得到的材料中，同時低速攪拌。

6.對步驟5得到的材料採用離心機或真空抽濾的方式進行除水，除去多餘水分。

7.置於60℃的真空烘箱中烘乾，乾燥2小時，去除材料表面的水份，得到成品。

實施例1

1.取150克25℃的石蠟，向石蠟中加入1.5克甲基丙烯酸酯聚合物、30克苯乙烯、15克二乙烯基苯及0.9克偶氮二異丁腈混合均勻。

2.取100克2-3mm膨脹松脂巖，放於三口燒瓶中，水浴控制在40℃，開啟真空、低速攪拌。待釜內物料溫度升高到大於35℃時，噴淋入步驟1中得到的液體狀混合石蠟，緩慢噴入，全部噴入後開始計時，繼續真空攪拌100分鐘。

3.向步驟2得到的材料中加入5克十二烷基磺酸鈉，真空攪拌反應60分鐘後升溫到100℃，真空反應4小時。

4.向步驟3得到的材料中加入酸性矽溶膠30克，低速攪拌30分鐘。

5.準備矽酸鈉與鋁酸鈉各10克，溶於50克水中。待酸性矽溶膠分布均勻後，將其噴入步驟4得到的材料中，待全部加入後繼續攪拌15分鐘。

6.將步驟5得到的材料取出後真空抽濾出多餘的水份，放於60℃的真空烘箱中，乾燥2小時，得到成品。

實施例2

1.取120克30℃的石蠟，向石蠟中加入1.2克甲基丙烯酸酯聚合物、22克苯乙烯、12克二乙烯基苯及0.75克偶氮二異丁腈混合均勻。

2.取90克2-3mm膨脹松脂巖，放於三口燒瓶中，水浴控制在170℃，開啟真空、低速攪拌。待釜內物料溫度升高到大於35℃時，噴淋入步驟1中得到的液體狀混合石蠟，緩慢噴入，全部噴入後開始計時，繼續真空攪拌100分鐘。

3.向步驟2得到的材料中加入4.5克十二烷基磺酸鈉，真空攪拌反應60分鐘後，升溫到80℃，真空反應4小時。

4.向步驟3得到的材料中加入酸性矽溶膠22.5克，低速攪拌30分鐘。

5.準備矽酸鈉與鋁酸鈉各7.5克，溶於50克水中，待酸性矽溶膠分布均勻後，將其噴入步驟4得到的材料中，待全部加入後，繼續攪拌15分鐘。

6.將步驟5得到的材料取出後真空抽濾出多餘的水份，放於60℃的真空烘箱中，乾燥2小時，得到成品。

實施例3

1.取180克26℃的石蠟，向石蠟中加入1.8克甲基丙烯酸酯聚合物、37.5克苯乙烯、18克二乙烯基苯及1.2克偶氮二異丁腈混合均勻。

2.取105克1-2mm的膨脹松脂巖，放於三口燒瓶中，水浴控制在100℃，開啟真空、低速攪拌。待釜內物料溫度升高到大於35℃時，噴淋入步驟1中得到的液體狀混合石蠟，緩慢噴入，全部噴入後開始計時，繼續真空攪拌100分鐘。

3.向步驟2得到的材料中加入7.5克十二烷基磺酸鈉，真空攪拌反應60分鐘後，升溫到120℃，真空反應4小時。

4.向步驟3得到的材料中加入酸性矽溶膠37.5克，低速攪拌30分鐘。

5.準備矽酸鈉與鋁酸鈉各12克，溶於50克水中，待酸性矽溶膠分布均勻後，將其噴入步驟4得到的材料中，待全部加入後繼續攪拌15分鐘。

6.將步驟5得到的材料取出後真空抽濾出多餘的水份，放於60℃的真空烘箱中，乾燥2小時，得到成品。

實施例4

1.取30克35℃的石蠟、60克30℃的石蠟、60克25℃的石蠟，向石蠟中加入1.5克甲基丙烯酸酯聚合物、30克苯乙烯、15克二乙烯基苯及0.9克偶氮二異丁腈混合均勻。

2.取100克1-2mm膨脹松脂巖，放於三口燒瓶中，水浴控制在40℃，開啟真空、低速攪拌。待釜內物料溫度升高到大於35℃時，噴淋入步驟1中得到的液體狀混合石蠟，緩慢噴入，全部噴入後開始計時，繼續真空攪拌100分鐘。

3.向步驟2得到的材料中加入5克十二烷基磺酸鈉，真空攪拌反應60分鐘後，升溫到100℃，真空反應4小時。

4.向步驟3得到的材料中加入酸性矽溶膠30克，低速攪拌30分鐘。

5.準備矽酸鈉與鋁酸鈉各10克，溶於50克水中，待酸性矽溶膠分布均勻後，將其噴入步驟4得到的材料中，待全部加入後繼續攪拌15分鐘。

6.將步驟5得到的材料取出後真空抽濾出多餘的水份，放於60℃的真空烘箱中，乾燥2小時，得到成品。

實施例5

1.取70克30℃的石蠟和80克25℃的石蠟，向石蠟中加入1.5克甲基丙烯酸酯聚合物、30克苯乙烯、15克二乙烯基苯、0.9克偶氮二異丁腈混合均勻。

2.取100克2-3mm膨脹松脂巖，放於三口燒瓶中，水浴控制在40℃，開啟真空、低速攪拌，待釜內物料溫度升高到大於35℃時，噴淋入步驟1中得到的液體狀混合石蠟，緩慢噴入，全部噴入後開始計時，繼續真空攪拌100分鐘。

3.向步驟2得到的材料中加入5克十二烷基磺酸鈉，真空攪拌反應60分鐘後，升溫到100℃，真空反應4小時。

4.向步驟3得到的材料中加入酸性矽溶膠30克，低速攪拌30分鐘。

5.準備矽酸鈉與鋁酸鈉各10克，溶於50克水中。待酸性矽溶膠分布均勻後，將其噴入步驟4得到的材料中，待全部加入後繼續攪拌15分鐘。

6.將步驟5得到的材料取出後真空抽濾出多餘的水份，放於60℃的真空烘箱中，乾燥2小時，得到成品。

實施例1-5製得的產品相變過程中相變物質極少洩漏，相變穩定性好，潛熱高，具有良好的柔韌性、機械強度及抗滲透性。

最後應當說明的是，以上內容僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護範圍的限制，本領域的普通技術人員對本發明的技術方案進行的簡單修改或者等同替換，均不脫離本發明技術方案的實質和範圍。