CN108218273A - 适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊及其制备方法，十二烷基硫酸钠、去离子水及正十八烷搅拌混合，制得油相；九水硅酸钠、去离水、纳米碳点搅拌均匀，用氨水调pH，制得水相；水相在搅拌过程中分散于油相中，搅拌滴加盐酸，直至pH值降为7，制得微纳米胶囊；微纳米胶囊在加热条件下加乙烯基三乙氧基硅烷，加热晶化处理，制得适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊。胶囊相变焓为180‑200J/g，储热温度为21.5‑23℃，所述胶囊的粒径为0.08‑0.10μm、导热系数为21‑23W/mK、力学性能为23‑25μN。本发明制备过程环保，胶囊包覆率高、物理化学稳定性高、适用于水泥基材料。

Description

适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊的制备方法。

背景技术

潜热存储材料在相转变过程中能够存储或释放大量潜热，具有较高的热物理性能。不同于传统显热存储，相变储能材料能够提供更高的储能密度，且热量存储是近似等温的过程，同时其材料具有可持续性，因此在建筑节能方面具有广泛的应用前景。此外，水泥基材料作为应用最广泛的建筑结构材料，能够有效复合其它材料，且具有较高的热交换面积，在解决日益凸显的建筑能耗增长问题方面具有巨大的潜力，然而应用过程中无法保证囊壁的物理及化学稳定性，有可能导致囊博破裂导致芯材渗出从而影响水泥基体的性能；此外潜热存储材料的热性能未得到充分发挥,，其原因一是由于传统的尺寸及高分子壁材导热性差的“基因缺陷”；一是由于储热粒子-基体的架空结构及基体的多孔性大幅降低了热量的传输效率。

CN105238361A公开了一种基于银/二氧化硅双层壁材的多功能微胶囊相变材料及其制备方法，将有机相变材料、硅源、含巯基官能团的修饰剂、乳化剂、溶剂混合搅拌得到乳液，滴加引发剂，获得含巯基的二氧化硅单层壁材微胶囊；再将微胶囊与银源、保护剂、还原剂混合，在氮气保护下，实现在微胶囊表面银离子自组装和还原反应，从而获得纳米银/二氧化硅双层壁材结构微胶囊相变材料。微胶囊粒径范围为2～10μm，

CN104861934A公开一种石墨烯改性有机壁材的有机相变材料微胶囊的制备方法。先以石墨烯改性的三聚氰胺-甲醛树脂为壁材，固体有机相变材料为芯材，通过聚合法制备相变微胶囊。获得的相变微胶囊虽热传导性能有所提高，但有机壁材硬度较差，并且在长期使用中，有机的壁材易老化失效。

CN103752234A公开了一种氧化石墨烯相变微胶囊的制备方法，是将氧化石墨烯、有机相变材料、水按一定质量比混合，通过调节溶液的pH值直接得到氧化石墨烯包覆的相变微胶囊。制备的相变微胶囊壁材定型效果差，并且存在片层的氧化石墨烯包覆存在包覆不完全的问题，在应用中存在液漏、可燃等安全隐患。

现有的现有的对有机相变材料进行无机壁材包覆制备微胶囊的技术，其缺点主要是由于无机壁材自身导热系数不高，而导致通过无机壁材包覆后，相变微胶囊与外界的热交换速率降低，同时使用石墨烯等材料成本非常昂贵，再者未经过晶化处理的无机壁材本身力学性能及化学稳定性能无法保证，根本无法在水泥基材料中应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种具有极高的焓值保有率、优异的热学性能及优异的物理化学稳定性能，可高效地控制芯材和壁材的比例及壁材的力学性能，且生产周期短、工艺简单，便于控制和工业生产的适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊及其制备方法。

本发明目的的实现方式为，适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊，由芯材和其外的壁材构成；所述芯材为相变材料正十八烷，所述壁材为纳米碳点掺杂九水硅酸钠石英；所述微纳米潜热存储胶囊的相变焓为180-200J/g，储热温度为21.5-23℃；所述胶囊的粒径为0.08-0.10μm、导热系数为21-23W/mK、力学性能为23-25μN。

适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊的制备方法，具体步骤如下：

1)取0.1-0.15g表面活性剂十二烷基硫酸钠、将熔化的芯材、175-200g去离子水及5g储热芯材正十八烷；在2500-3000rpm转速下搅拌3h，制得油相；

2)取5g含硅的无机物反应前驱体九水硅酸钠、80-90g去离水、15-20g纳米碳点搅拌均匀，并用氨水调节pH值至9-11，制得水相；

所述纳米碳点的尺寸为10nm；

3)将步骤2)制得的水相在搅拌过程中分散于步骤1)制得的油相中，搅拌速率为2500-3000rpm，按速率0.01mL/min滴加盐酸，直至pH值降为7，制得微纳米胶囊；

所述油相和水相的体积比为50-60；

4)将步骤3)制得的微纳米胶囊在加热条件下加入偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，于85℃环境下晶化处理，制得适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊；

所述乙烯基三乙氧基硅烷与九水硅酸钠的质量比为0.1:100。

本发明制得的胶囊具有极高的焓值保有率、较高的导热系数，优异的物理化学稳定性能；可以高效地控制芯材和壁材的比例以及壁材的力学性能，且生产周期短、工艺简单，便于控制，能够在水泥基材料中发挥优异的效果。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明：

实施例1

1)取0.1g表面活性剂十二烷基硫酸钠、200g去离子水及5g储热材料正十八烷；在2500rpm转速下搅拌3h，制得油相；

2)取5g九水硅酸钠、80g去离水、15g纳米碳点搅拌均匀，并用氨水调节pH值至10，制得水相；

3)将步骤2)制得的水相在搅拌过程中分散于步骤1)制得的油相中，油相和水相的体积比为55，搅拌速率为2500rpm，按速率0.01mL/min滴加盐酸，直至pH值降为7，制得微纳米胶囊；

4)将步骤3)制得的微纳米胶囊在加热条件下加0.005g乙烯基三乙氧基硅烷，85℃环境下晶化处理，制得适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊。

本实施例制备得到的微纳米胶囊所述微纳米潜热存储胶囊的相变焓为180J/g，储热温度为22℃，平均粒径为0.08μm，导热系数为22W/mK，力学性能为24μN。

实施例2

1)取0.15g表面活性剂十二烷基硫酸钠、175g去离子水及5g储热材料正十八烷；在3000rpm转速下搅拌3h，制得油相；

2)取5g九水硅酸钠、90g去离水、20g纳米碳点搅拌均匀，并用氨水调节pH值至11，制得水相；

3)将步骤2)制得的水相在搅拌过程中分散于步骤1)制得的油相中，油相和水相的体积比为50，搅拌速率为2500rpm，按速率0.01mL/min滴加盐酸，直至pH值降为7，制得微纳米胶囊；

4)将步骤3)制得的微纳米胶囊在加热条件下加0.005g乙烯基三乙氧基硅烷，85℃环境下晶化处理，制得适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊。

本实施例制备得到的微纳米胶囊所述微纳米潜热存储胶囊的相变焓为190J/g，储热温度为21.5℃，平均粒径为0.09μm，导热系数为21W/mK，力学性能为23μN。

实施例3

1)取0.12g表面活性剂十二烷基硫酸钠、190g去离子水及5g储热材料正十八烷；在2750rpm转速下搅拌3h，制得油相；

2)取5g九水硅酸钠、85g去离水、18g纳米碳点搅拌均匀，并用氨水调节pH值至9，制得水相；

3)将步骤2)制得的水相在搅拌过程中分散于步骤1)制得的油相中，油相和水相的体积比为60，搅拌速率为3000rpm，按速率0.01mL/min滴加盐酸，直至pH值降为7，制得微纳米胶囊；

4)将步骤3)制得的微纳米胶囊在加热条件下加0.005g乙烯基三乙氧基硅烷，85℃环境下晶化处理，制得适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊。

本实施例制备得到的微纳米胶囊所述微纳米潜热存储胶囊的相变焓为200J/g，储热温度为23℃，平均粒径为0.10μm，导热系数为23W/mK，力学性能为25μN。

Claims (2)

1.适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊，其特征在于：由芯材和其外的壁材构成；所述芯材为相变材料正十八烷，所述壁材为纳米碳点掺杂九水硅酸钠石英；所述微纳米潜热存储胶囊的相变焓为180-200J/g，储热温度为21.5-23℃；所述胶囊的粒径为0.08-0.10μm、导热系数为21-23W/mK、力学性能为23-25μN。

2.权利要求1所述的适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

1)取0.1-0.15g表面活性剂十二烷基硫酸钠、将熔化的芯材、175-200g去离子水及5g储热芯材正十八烷；在2500-3000rpm转速下搅拌3h，制得油相；

2)取5g含硅的无机物反应前驱体九水硅酸钠、80-90g去离水、15-20g纳米碳点搅拌均匀，并用氨水调节pH值至9-11，制得水相；

所述纳米碳点的尺寸为10nm；

3)将步骤2)制得的水相在搅拌过程中分散于步骤1)制得的油相中，搅拌速率为2500-3000rpm，按速率0.01mL/min滴加盐酸，直至pH值降为7，制得微纳米胶囊；

所述油相和水相的体积比为50-60；

4)将步骤3)制得的微纳米胶囊在加热条件下加入偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，于85℃环境下晶化处理，制得适用于水泥基材料的微纳米潜热存储胶囊；

所述乙烯基三乙氧基硅烷与九水硅酸钠的质量比为0.1:100。