納米膠囊相變材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，特別是涉及一種納米膠囊相變材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微膠囊相變材料(MEPCM)和納米膠囊相變材料(NEPCM)是由以相變材料(PCM)為芯材，有機(jī)或無(wú)機(jī)材料為殼層的膠囊結(jié)構(gòu)組成的。這種膠囊結(jié)構(gòu)的主要作用是用來(lái)維持相變材料形狀并用來(lái)阻止其相轉(zhuǎn)變過(guò)程的泄漏。對(duì)于微米尺度下的MEPCM的研究，目前已經(jīng)有產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品問(wèn)世，主要應(yīng)用于建筑、太陽(yáng)能等領(lǐng)域，其微膠囊的殼層材料以有機(jī)聚合物為主。目前，市場(chǎng)上的主流膠囊產(chǎn)品粒徑通常都是微米級(jí)的，對(duì)于特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，比如功能熱流體，納米膠囊相變材料可以提高分散均勻性，強(qiáng)化傳熱性能。特別是當(dāng)相變材料膠囊應(yīng)用到電子封裝和醫(yī)學(xué)藥物運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域時(shí)，由于微通道很小，微膠囊尺寸相對(duì)較大，容易引起管道堵塞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)其被需要的性能，因而，像電子器件這種要求精密的領(lǐng)域，微膠囊結(jié)構(gòu)已不能滿足性能要求。
[0003]為了解決這類問(wèn)題，膠囊尺寸需要進(jìn)一步下降，于是就誕生了納米膠囊。有機(jī)聚合物為殼層的納米膠囊相變材料的制備可以有效改善微膠囊的缺陷，填補(bǔ)納米膠囊相變材料的空白。而且，納米膠囊在能量?jī)?chǔ)存領(lǐng)域、藥物運(yùn)輸、化學(xué)催化等方向具有微膠囊無(wú)法替代的作用，此外，納米膠囊在微通道、熱流體漿料等方面的應(yīng)用也有廣泛的前景。
[0004]相變材料納米膠囊封裝技術(shù)不僅克服了微膠囊相變材料應(yīng)用的局限性，而且在提高相變材料使用效率，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域方面具有廣闊的前景。納米膠囊不僅具有比微米級(jí)膠囊更優(yōu)良的貯熱性和溫控性能，而且由于其粒徑更小因而更容易分散到液體和固體中，所以在化學(xué)，藥物等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。F.Cournarie等合成了胰島素納米膠囊,并應(yīng)用于糖尿病老鼠研究。納米膠囊技術(shù)同樣可應(yīng)用于光敏材料的包覆，Mijeong Han合成了以苯乙烯為殼、光敏材料為芯的納米膠囊，直徑為50-150nm，并對(duì)其光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。另外，納米膠囊相變材料作為一種新型相變材料，其最大的優(yōu)點(diǎn)是，尺寸小導(dǎo)熱系數(shù)高，因而熱效率更高，具有更加優(yōu)越的散熱傳熱能力可以應(yīng)用到精密儀器設(shè)備領(lǐng)域，比如電子器件等，同時(shí)由于尺寸很小，其過(guò)冷現(xiàn)象可能也會(huì)增大，尤其是無(wú)機(jī)相變材料的納米膠囊，但是對(duì)于有機(jī)相變材料影響較小。納米膠囊相變材料作為一種新型的傳熱和蓄熱介質(zhì)，其顆粒微小且壁薄，能夠提高相變材料的熱傳遞和使用效率，而且也能夠改善傳統(tǒng)相變材料的加工性能。納米膠囊的顆粒小，粒徑均勻，可以很好地分散到固體和液體中制成性能更加優(yōu)異的功能材料。目前盡管微膠囊相變材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但是納米膠囊相變材料的研究還處于理論研究階段。與大膠囊和微膠囊相比，納米膠囊相變材料不但可以通過(guò)大的比表面積進(jìn)一步提高熱傳導(dǎo)效率，還可以減小相變過(guò)程中的體積變化帶來(lái)的膠囊結(jié)構(gòu)的破壞，進(jìn)一步提高膠囊材料的熱性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。尤其是在作為功能熱流體填料等方面，納米膠囊相變材料不但具有微膠囊和大膠囊所具有的性質(zhì)包括可以提高體系的對(duì)流熱傳導(dǎo)效率，具備潛熱吸收的功能，還可以解決微膠囊和大膠囊由于粒徑較大所帶來(lái)的體系分散的均勻度低，由于重力作用而容易出現(xiàn)沉降分層等問(wèn)題，從而提高體系的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。目前，納米膠囊的制備仍然處于實(shí)驗(yàn)室制備的水平，如何制備合成過(guò)程可控、粒度均勻、性能穩(wěn)定、可大批量生產(chǎn)的納米膠囊材料將成為特殊應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0005]有機(jī)聚合物作為殼層材料，可以提供具有一定彈性的致密結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)易的制備過(guò)程，高分子材料包覆相變材料具有包覆效率高，厚的包覆層有利于提高微膠囊相變材料的熱和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，微膠囊制備粒徑可控、粒度分布均勻、制備技術(shù)成熟等特點(diǎn)。
[0006]傳統(tǒng)的微米膠囊相變材料制備中，涉及到的實(shí)驗(yàn)過(guò)程相對(duì)較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)條件的要求也比較高，此外大多數(shù)的研究中制備膠囊結(jié)構(gòu)的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)程慢，而且制備出的膠囊的粒徑分布范圍廣，表面形貌不均一等缺點(diǎn)。
[0007]傳統(tǒng)的納米膠囊相變材料的制備方法中，為了保證聚合物單體聚合完全，需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間(超過(guò)24小時(shí))。傳統(tǒng)的納米膠囊相變材料的制備方法，制備時(shí)間較長(zhǎng)并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]基于此，有必要提供一種適合大規(guī)模生產(chǎn)的納米膠囊相變材料的制備方法。
[0009]一種納米膠囊相變材料的制備方法，包括如下步驟:
[0010]按照質(zhì)量比為2:3?1:2將相變材料和丙烯酸類酯混合均勻，得到第一混合液，其中，所述相變材料為相變溫度在20V?30°C之間的烷烴類相變材料；
[0011]向所述第一混合液中加入乳化劑溶液對(duì)所述第一混合液進(jìn)行乳化，得到分散均勻的第二混合液，其中，所述乳化劑溶液中的乳化劑與所述第一混合液的質(zhì)量比為1:16?1:40 ；
[0012]向所述第二混合液中加入引發(fā)劑溶液，混勻后得到第三混合液，調(diào)節(jié)所述第三混合液的溫度為82°C?85°C并保溫20min?50min，接著調(diào)節(jié)所述第三混合液的溫度為80°C?83°C并保溫直至充分反應(yīng)，降低至室溫后得到粗產(chǎn)物，其中，所述引發(fā)劑溶液中的引發(fā)劑與所述第一混合液的質(zhì)量比為1:16?I:40 ;以及
[0013]對(duì)所述粗產(chǎn)物進(jìn)行提純處理，得到所述納米膠囊相變材料。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，所述相變材料為液體石蠟。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，所述丙烯酸類酯為甲基丙烯酸甲酯。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中,所述乳化劑為十二燒基苯磺酸鈉。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，向所述第一混合液中加入乳化劑溶液對(duì)所述第一混合液進(jìn)行乳化的操作為:向所述第一混合液中加入乳化劑溶液后混勻，10?20min后再次混勻，接著將反應(yīng)體系加熱至50?70°C，保溫10?20min同時(shí)進(jìn)行機(jī)械攪拌，接著將反應(yīng)體系加熱至80?83°C，保溫20?50min同時(shí)進(jìn)行機(jī)械攪拌，形成分散均勻的乳白色微乳液即為所述第二混合液。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，向所述第一混合液中加入乳化劑溶液對(duì)所述第一混合液進(jìn)行乳化的操作為:向所述第一混合液中加入乳化劑溶液，接著高速剪切混合油相和水相形成分散均勻的乳白色微乳液即為所述第二混合液。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，所述引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨或偶氮二異丁腈。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，所述乳化劑和所述引發(fā)劑的質(zhì)量比為1:1。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)所述粗產(chǎn)物進(jìn)行提純處理的操作為:向所述粗產(chǎn)物中加入飽和NaCl溶液進(jìn)行破乳，靜置至分層后保留乳液，對(duì)所述乳液進(jìn)行清洗和干燥，得到所述納米膠囊相變材料。
[0022]這種納米膠囊相變材料的制備方法采用界面聚合反應(yīng)法制備納米膠囊相變材料，通過(guò)控制聚合反應(yīng)發(fā)生的條件，一方面保證了丙烯酸類酯的充分聚合，另一方面大大降低了反應(yīng)的時(shí)間。相對(duì)于傳統(tǒng)的納米膠囊相變材料的制備方法，這種納米膠囊相變材料的制備方法制備時(shí)間較短并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為一實(shí)施方式的納米膠囊相變材料的制備方法的流程圖；
[0024]圖2為實(shí)施例1制備的納米膠囊相變材料的SEM照片；
[0025]圖3為實(shí)施例1制備的納米膠囊相變材料破裂后的SEM照片；
[0026]圖4為實(shí)施例1制備的納米膠囊相變材料的粒徑分布圖；
[0027]圖5為實(shí)施例1制備的納米膠囊相變材料的DSC曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0029]如圖1所示的一實(shí)施方式的納米膠囊相變材料的制備方法，包括如下步驟:
[0030]S10、按照質(zhì)量比為2:3?1:2將相變材料和丙烯酸類酯混合均勻，得到第一混合液。
[0031 ] 相變材料為相變溫度在20V?30°C之間的烷烴類相變材料。
[0032]具體的，相變材料可以為液體石蠟。本實(shí)施方式中，相變材料為相變溫度為20°C的液體石蠟。
[0033]丙烯酸類酯可以為甲基丙烯酸甲酯。
[0034]相變材料和丙烯酸類酯混合均勻的操作可以采用超聲分散實(shí)現(xiàn)。
[0035]S20、向SlO得到的第一混合液中加入乳化劑溶液對(duì)第一混合液進(jìn)行乳化，得到分散均勻的第二混合液。
[0036]乳化劑溶液中的乳化劑與第一混合液的質(zhì)量比為1:16?1:40。
[0037]乳化劑溶液的濃度可以為15g/L?35g/L。
[0038]乳化劑