一种碳纳米管封装石蜡相变材料的制备方法
【专利说明】
(一)
技术领域
[0001]本发明涉及一种绿色环保制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法，属于无机/有机材料复合的制备领域。
(二)
【背景技术】
[0002]石蜡由于其具有高的熔化潜热，在熔化点附近的高体膨胀量，化学惰性，无相变析出等特点，在相变储能，驱动等方面具有较好的应用前景。但石蜡的低热导率，导致其熔化时间(热响应)较长，限制了石蜡在上述领域的进一步发展。为改善石蜡的低热导率，一些学者尝试将纳米铜(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)、碳纳米管(Wang J ,Xie Η,Χ?ηZ.Thermal properties of paraffin based composites containing mult1-walledcarbon nanotubes [J].ThermochimicaActa，2009，488( 1-2): 39-42)、膨胀石墨(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)等高导热材料添加到石蜡中，形成石蜡基复合材料，结果表明，这些石蜡基复合材料的热导率能够显著提高。但是，上述方法均不能有效解决石蜡在工作时的泄漏问题。研究发现，石蜡的熔化时间与其尺寸的平方成正比，因此，如果把石蜡填充在高导热的碳纳米管内腔内，形成纳米封装相变材料，既可以提高石蜡的热导率，又可以有效解决其相变时的泄漏问题。
[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)提供了一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法:在超声作用下，将石蜡溶解在苯中，随后放入碳纳米管，继续超声振动，随着苯的蒸发，能够使石蜡持续进入到碳纳米管内腔中。但是，上述方法在操作过程中，由于苯的持续挥发，对环境造成严重污染。
[0004]本发明巧妙将碳纳米管加入到熔化液态石蜡和油胺的二元混合物中，在高速搅拌下，使石蜡填充到碳纳米管内腔中，制备了碳纳米管封装石蜡相变材料。该方法迄今还没有见到文献和专利公开报道。
(三)
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法。该方法无需加入苯等有毒溶剂，绿色环保，设备要求低，操作简单，成本低。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]—种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法，所述的制备方法为:
[0008](I)将油胺与石蜡混合，在温度为35?45°C，搅速为100?200转/分的条件下搅拌I?2h，得到油胺/石蜡二元混合物；
[0009](2)将碳纳米管加入到步骤(I)所得油胺/石蜡二元混合物中，在70?90°C，80?10KHz超声分散10?20min，得到反应混合物;所述反应混合物中，碳纳米管与油胺、石蜡的质量比为1:1?5:5?15;
[0010](3)将步骤(2)所得反应混合物加热至220?230°C，并在600?1000转/分的搅速下搅拌2?3h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷，先于90?10KHz超声分散3?5min，然后在10000?12000转/分的离心速率下离心3?lOmin，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料。
[0011]本发明所述的制备方法，优选所述反应混合物中，碳纳米管与油胺、石蜡的质量比为1:2?3:7?10。
[0012]本发明中，所述石蜡的熔点温度范围为52?70°C。所述的石蜡可选自熔点分别为52°C、54°C、56°C、58°C、60°C、62°C、64°C、66°C、68°C 或 70°C 的单一熔点石蜡，或者具有单一控温范围的混合蜡，或者由多种单一熔点石蜡调配而成，具有多种控温范围的混合蜡。
[0013]推荐步骤(3)中所述正己烷的体积用量以所述反应混合物的质量计为10?20mL/
g°
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在:
[0015]本发明方法制备碳纳米管封装石蜡相变材料，是在高速搅拌下，油胺修饰的熔化液态石蜡，通过持续自扩散，进入碳纳米管内腔，无需加入苯、水合肼等有毒化学试剂，制备工艺绿色环保，设备要求低，操作简单，成本低。
(四)
【附图说明】
[0016]图1是实施例1中制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片；
[0017]图2是实施例2中制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片；
[0018]图3是实施例3中制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片。
(五)
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
[0020]实施例1
[0021](I)将油胺(4g)与石蜡(20g，恪点60°C)混合，在35°C，100转/分的搅速下搅拌I小时，得到油胺/石蜡二元混合物。
[0022](2)将碳纳米管(2g)加入到步骤(I)所得油胺/石蜡二元混合物中，在75°C，90KHz超声分散15min，得到反应混合物。
[0023](3)将步骤(2)所得反应混合物加热至220°C，并在800转/分的搅拌速度下搅拌2h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超声分散5min，然后在12000转/分的离心速率下离心5min，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料2.10g。
[0024]图1是本实施例制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片。
[0025]实施例2
[0026](I)将油胺(6g)与石蜡(20g，恪点60°C)混合，在35°C，100转/分的搅速下搅拌I小时，得到油胺/石蜡二元混合物。
[0027](2)将碳纳米管(2g)加入到步骤(I)所得油胺/石蜡二元混合物中，在75°C，90KHz超声分散15min，得到反应混合物。
[0028](3)将步骤(2)所得反应混合物加热至220°C，并在600转/分的搅拌速度下搅拌2h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超声分散5min，然后在12000转/分的离心速率下离心5min，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料2.15g。
[0029]图2是本实施例制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片。
[0030]实施例3
[0031](1)将油胺(58)与石蜡(15，熔点60°0混合，在35°(3，100转/分的搅速下搅拌1小时，得到油胺/石蜡二元混合物。
[0032](2)将碳纳米管(2g)加入到步骤(I)所得油胺/石蜡二元混合物中，在75°C，90KHz超声分散15min，得到反应混合物。
[0033](3)将步骤(2)所得反应混合物加热至230°C，并在1000转/分的搅拌速度下搅拌2h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷(300mL)，先于95KHz超声分散5min，然后在12000转/分的离心速率下离心5min，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料2.20go
[0034]图3是本实施例制得的碳纳米管封装石蜡相变材料的透射电镜照片。
【主权项】
1.一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法，其特征在于，所述的制备方法为: (I)将油胺与石錯混合，在温度为35?45°C，搅速为100?200转/分的条件下搅拌I?2h，得到油胺/石蜡二元混合物； ⑵将碳纳米管加入到步骤⑴所得油胺/石蜡二元混合物中，在70?90°C，80?10KHz超声分散10?20min，得到反应混合物;所述反应混合物中，碳纳米管与油胺、石蜡的质量比为I: I?5: 5?15; (3)将步骤(2)所得反应混合物加热至220?230°C，并在600?1000转/分的搅速下搅拌2?3h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷，先于90?10KHz超声分散3?5min，然后在10000?12000转/分的离心速率下离心3?lOmin，干燥后即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应混合物中，碳纳米管与油胺、石蜡的质量比为1:2?3:7?10。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石蜡的熔点温度范围为52?70°C。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的石蜡选自熔点分别为52°C、54°C、56°C、58°C、60°C、62°C、64°C、66°C、68°C或70°C的单一熔点石蜡，或者由两种以上单一熔点石蜡以任意比例调配而成的混合蜡。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述正己烷的体积用量以所述反应混合物的质量计为1?20mL/g。
【专利摘要】本发明提供了一种制备碳纳米管封装石蜡相变材料的方法，所述的制备方法为：先将油胺与石蜡混合，搅拌得到油胺/石蜡二元混合物，再加入碳纳米管，超声分散得到反应混合物，将反应混合物加热至220～230℃，并在600～1000转/分的搅速下搅拌2～3h，之后待反应混合物自然冷却至室温，加入正己烷，依次经超声分散、离心、干燥，即得所述的碳纳米管封装石蜡相变材料；本发明方法是在高速搅拌下，油胺修饰的熔化液态石蜡通过持续自扩散，进入碳纳米管内腔，无需加入苯、水合肼等有毒化学试剂，制备工艺绿色环保，设备要求低，操作简单，成本低。
【IPC分类】C09K5/06
【公开号】CN105505327
【申请号】CN201510847153
【发明人】徐斌, 周静, 王博诣, 楼白杨
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月26日