一種碳納米管封裝石蠟相變材料的制備方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種綠色環(huán)保制備碳納米管封裝石蠟相變材料的方法，屬于無機/有機材料復(fù)合的制備領(lǐng)域。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]石蠟由于其具有高的熔化潛熱，在熔化點附近的高體膨脹量，化學(xué)惰性，無相變析出等特點，在相變儲能，驅(qū)動等方面具有較好的應(yīng)用前景。但石蠟的低熱導(dǎo)率，導(dǎo)致其熔化時間(熱響應(yīng))較長，限制了石蠟在上述領(lǐng)域的進一步發(fā)展。為改善石蠟的低熱導(dǎo)率，一些學(xué)者嘗試將納米銅(Wu Shuying,Zhu Dongsheng,Zhang Xiurong,Huang Jin.Preparat1nand Melting/Freezing Characteristics of Cu/Paraffin Nanofluid as Phase-ChangeMaterial (PCM) [ J].Energy Fuels，2010，24:1894-1898)、碳納米管(Wang J ,Xie Η,Χ?ηZ.Thermal properties of paraffin based composites containing mult1-walledcarbon nanotubes [J].ThermochimicaActa，2009，488( 1-2): 39-42)、膨脹石墨(ZhangZhengguo,Zhang Ni,Peng Jing1Fang Xiaoming,Gao Xuenong,Fang Yutang.Preparat1nand thermal energy storage properties of paraffin/expanded graphite compositephase change material[J].Applied Energy，2012，12(I):426-431)等高導(dǎo)熱材料添加到石蠟中，形成石蠟基復(fù)合材料，結(jié)果表明，這些石蠟基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率能夠顯著提高。但是，上述方法均不能有效解決石蠟在工作時的泄漏問題。研究發(fā)現(xiàn)，石蠟的熔化時間與其尺寸的平方成正比，因此，如果把石蠟填充在高導(dǎo)熱的碳納米管內(nèi)腔內(nèi)，形成納米封裝相變材料，既可以提高石蠟的熱導(dǎo)率，又可以有效解決其相變時的泄漏問題。
[0003]文南犬(S.Sinha-Ray,R.P.Sahua，A.L.Yarin.Nano-encapsulated smart tunablephase change materials [J].Soft Matter, 2011,7:8823-8827)提供了一種制備碳納米管封裝石蠟相變材料的方法:在超聲作用下，將石蠟溶解在苯中，隨后放入碳納米管，繼續(xù)超聲振動，隨著苯的蒸發(fā)，能夠使石蠟持續(xù)進入到碳納米管內(nèi)腔中。但是，上述方法在操作過程中，由于苯的持續(xù)揮發(fā)，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。
[0004]本發(fā)明巧妙將碳納米管加入到熔化液態(tài)石蠟和油胺的二元混合物中，在高速攪拌下，使石蠟填充到碳納米管內(nèi)腔中，制備了碳納米管封裝石蠟相變材料。該方法迄今還沒有見到文獻和專利公開報道。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種制備碳納米管封裝石蠟相變材料的方法。該方法無需加入苯等有毒溶劑，綠色環(huán)保，設(shè)備要求低，操作簡單，成本低。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種制備碳納米管封裝石蠟相變材料的方法，所述的制備方法為:
[0008](I)將油胺與石蠟混合，在溫度為35?45°C，攪速為100?200轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌I?2h，得到油胺/石蠟二元混合物；
[0009](2)將碳納米管加入到步驟(I)所得油胺/石蠟二元混合物中，在70?90°C，80?10KHz超聲分散10?20min，得到反應(yīng)混合物;所述反應(yīng)混合物中，碳納米管與油胺、石蠟的質(zhì)量比為1:1?5:5?15;
[0010](3)將步驟(2)所得反應(yīng)混合物加熱至220?230°C，并在600?1000轉(zhuǎn)/分的攪速下攪拌2?3h，之后待反應(yīng)混合物自然冷卻至室溫，加入正己烷，先于90?10KHz超聲分散3?5min，然后在10000?12000轉(zhuǎn)/分的離心速率下離心3?lOmin，干燥后即得所述的碳納米管封裝石蠟相變材料。
[0011]本發(fā)明所述的制備方法，優(yōu)選所述反應(yīng)混合物中，碳納米管與油胺、石蠟的質(zhì)量比為1:2?3:7?10。
[0012]本發(fā)明中，所述石蠟的熔點溫度范圍為52?70°C。所述的石蠟可選自熔點分別為52°C、54°C、56°C、58°C、60°C、62°C、64°C、66°C、68°C 或 70°C 的單一熔點石蠟，或者具有單一控溫范圍的混合蠟，或者由多種單一熔點石蠟調(diào)配而成，具有多種控溫范圍的混合蠟。
[0013]推薦步驟(3)中所述正己烷的體積用量以所述反應(yīng)混合物的質(zhì)量計為10?20mL/
g°
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:
[0015]本發(fā)明方法制備碳納米管封裝石蠟相變材料，是在高速攪拌下，油胺修飾的熔化液態(tài)石蠟，通過持續(xù)自擴散，進入碳納米管內(nèi)腔，無需加入苯、水合肼等有毒化學(xué)試劑，制備工藝綠色環(huán)保，設(shè)備要求低，操作簡單，成本低。
(四)
【附圖說明】
[0016]圖1是實施例1中制得的碳納米管封裝石蠟相變材料的透射電鏡照片；
[0017]圖2是實施例2中制得的碳納米管封裝石蠟相變材料的透射電鏡照片；
[0018]圖3是實施例3中制得的碳納米管封裝石蠟相變材料的透射電鏡照片。
(五)
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。
[0020]實施例1
[0021](I)將油胺(4g)與石蠟(20g，恪點60°C)混合，在35°C，100轉(zhuǎn)/分的攪速下攪拌I小時，得到油胺/石蠟二元混合物。
[0022](2)將碳納米管(2g)加入到步驟(I)所得油胺/石蠟二元混合物中，在75°C，90KHz超聲分散15min，得到反應(yīng)混合物。
[0023](3)將步驟(2)所得反應(yīng)混合物加熱至220°C，并在800轉(zhuǎn)/分的攪拌速度下攪拌2h，之后待反應(yīng)混合物自然冷卻至室溫，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超聲分散5min，然后在12000轉(zhuǎn)/分的離心速率下離心5min，干燥后即得所述的碳納米管封裝石蠟相變材料2.10g。
[0024]圖1是本實施例制得的碳納米管封裝石蠟相變材料的透射電鏡照片。
[0025]實施例2
[0026](I)將油胺(6g)與石蠟(20g，恪點60°C)混合，在35°C，100轉(zhuǎn)/分的攪速下攪拌I小時，得到油胺/石蠟二元混合物。
[0027](2)將碳納米管(2g)加入到步驟(I)所得油胺/石蠟二元混合物中，在75°C，90KHz超聲分散15min，得到反應(yīng)混合物。
[0028](3)將步驟(2)所得反應(yīng)混合物加熱至220°C，并在600轉(zhuǎn)/分的攪拌速度下攪拌2h，之后待反應(yīng)混合物自然冷卻至室溫，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超聲分散5min，然后在12000轉(zhuǎn)/分的離心速率下離心5min，干燥后即得所述的碳納米管封裝石蠟相變材料2.15g。
[0029]圖2是本實施例制得的碳納米管封裝石蠟相變材料的透射電鏡照片。
[0030]實施例3
[0031](1)將油胺(58)與石蠟(15，熔點60°0混合，在35°(3，100轉(zhuǎn)/分的攪速下攪拌1小時，得到油胺/石蠟二元混合物。
[0032](2)將碳納米管(2g)加入到步驟(I)所得油胺/石蠟二元混合物中，在75°C，90KHz超聲分散15min，得到反應(yīng)混合物。
[0033](3)將步驟(2)所得反應(yīng)混合物加熱至230°C，并在1000轉(zhuǎn)/分的攪拌速度下攪拌2h，之后待反應(yīng)混合物自然冷卻至室溫，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超聲分散5min，然后在12000轉(zhuǎn)/分的離心速率下離心5min，干燥后即得所述的碳納米管封裝石蠟相變材料2.20go
[0034]圖3是本實施例制得的碳納米管封裝石蠟相變材料的透射電鏡照片。
【主權(quán)項】
1.一種制備碳納米管封裝石蠟相變材料的方法，其特征在于，所述的制備方法為: (I)將油胺與石錯混合，在溫度為35?45°C，攪速為100?200轉(zhuǎn)/分的條件下攪拌I?2h，得到油胺/石蠟二元混合物； ⑵將碳納米管加入到步驟⑴所得油胺/石蠟二元混合物中，在70?90°C，80?10KHz超聲分散10?20min，得到反應(yīng)混合物;所述反應(yīng)混合物中，碳納米管與油胺、石蠟的質(zhì)量比為I: I?5: 5?15; (3)將步驟(2)所得反應(yīng)混合物加熱至220?230°C，并在600?1000轉(zhuǎn)/分的攪速下攪拌2?3h，之后待反應(yīng)混合物自然冷卻至室溫，加入正己烷，先于90?10KHz超聲分散3?5min，然后在10000?12000轉(zhuǎn)/分的離心速率下離心3?lOmin，干燥后即得所述的碳納米管封裝石蠟相變材料。2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)混合物中，碳納米管與油胺、石蠟的質(zhì)量比為1:2?3:7?10。3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述石蠟的熔點溫度范圍為52?70°C。4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述的石蠟選自熔點分別為52°C、54°C、56°C、58°C、60°C、62°C、64°C、66°C、68°C或70°C的單一熔點石蠟，或者由兩種以上單一熔點石蠟以任意比例調(diào)配而成的混合蠟。5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述正己烷的體積用量以所述反應(yīng)混合物的質(zhì)量計為1?20mL/g。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備碳納米管封裝石蠟相變材料的方法，所述的制備方法為：先將油胺與石蠟混合，攪拌得到油胺/石蠟二元混合物，再加入碳納米管，超聲分散得到反應(yīng)混合物，將反應(yīng)混合物加熱至220～230℃，并在600～1000轉(zhuǎn)/分的攪速下攪拌2～3h，之后待反應(yīng)混合物自然冷卻至室溫，加入正己烷，依次經(jīng)超聲分散、離心、干燥，即得所述的碳納米管封裝石蠟相變材料；本發(fā)明方法是在高速攪拌下，油胺修飾的熔化液態(tài)石蠟通過持續(xù)自擴散，進入碳納米管內(nèi)腔，無需加入苯、水合肼等有毒化學(xué)試劑，制備工藝綠色環(huán)保，設(shè)備要求低，操作簡單，成本低。
【IPC分類】C09K5/06
【公開號】CN105505327
【申請?zhí)枴緾N201510847153
【發(fā)明人】徐斌, 周靜, 王博詣, 樓白楊
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月26日