本發(fā)明涉及一種微膠囊化定型相變材料的制備方法，屬于相變材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在我國建筑已逐漸成為能耗的主體之一，建筑能耗目前占國民經(jīng)濟總能耗的25%左右，且呈遞增趨勢，而且據(jù)測試，50%左右的建筑總能耗是通過墻體造成的。采用目前廣泛應(yīng)用的外墻外保溫和內(nèi)墻內(nèi)保溫技術(shù)雖然可以降低能量的消耗，但由于材料本身的熱容量有限，不能充分地將能量進(jìn)行儲存利用，因而限制了建筑的節(jié)能能力。相變材料是一種應(yīng)用前景十分廣闊的環(huán)保節(jié)能型智能材料。它具有獨特的潛熱性能。應(yīng)用于建筑中既可以降低室內(nèi)溫度波動，又可以緩解建筑物的能量供求在時間和強度上不匹配的矛盾，能明顯提高建筑節(jié)能水平，對節(jié)能和環(huán)保有重要的意義。 把相變材料應(yīng)用到建筑材料構(gòu)件中，目前主要有以下幾種方法，一是先將相變材料封裝于適當(dāng)?shù)娜萜鲀?nèi)，然后再置于圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，二是先將合適的相變材料封裝于聚乙烯、粘土等載體基質(zhì)內(nèi)形成顆粒狀定型相變材料，然后摻入到建筑材料中，三是將直接熔化的相變材料滲透進(jìn)多孔隙的建筑材料中。其中將相變材料封裝于載體基質(zhì)內(nèi)形成顆粒狀定型相變材料的方法具有儲熱穩(wěn)定性好，工藝較簡單，對基體材料的腐蝕破壞作用小等優(yōu)點，引起了國內(nèi)外的廣泛重視和研究。

目前，在定型相變材料領(lǐng)域中，相變蓄能介質(zhì)主要為石蠟、脂肪酸及其低共熔混合物，而支撐包覆材料主要為HDPE，少量采用SBS（苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物）和膨脹石墨等。但是目前的技術(shù)或手段也存在問題，高分子支撐包覆材料和相變材料的導(dǎo)熱性能都比較差，這會造成定型相變材料的蓄放熱速率較低，進(jìn)而導(dǎo)致吸放熱不充分、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度不及時、相變材料的浪費等問題，同時與建筑材料相容性方面存在不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對傳統(tǒng)的定型相變材料導(dǎo)熱性能比較差，導(dǎo)致吸放熱不充分，且與建筑材料的相容性差的問題，提供了一種以脂肪酸和石蠟作為相變材料，經(jīng)摻雜石墨的聚乙烯包覆進(jìn)行微膠囊化后，再經(jīng)二氧化硅進(jìn)一步包覆來制備微膠囊化定型相變材料的方法，本發(fā)明首先以皂腳為原料，經(jīng)皂化、酸解后得到脂肪酸，然后與石蠟混合得到相變材料，脂肪酸可降低石蠟的熔點，再將乙烯單體插入石墨片層中，經(jīng)聚合使石墨片層分離，石墨摻雜到聚合物中，增加聚合物的導(dǎo)熱性，再經(jīng)乳液反應(yīng)，使聚合物包埋相變材料，再以正硅酸乙酯為原料，經(jīng)堿作用使二氧化硅沉積在聚合物表面形成包膜，二氧化硅與建筑材料的相容性好，最后經(jīng)干燥即可得到微膠囊化定型相變材料，本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料導(dǎo)熱性能優(yōu)越，與建筑材料的相容性好，不會影響建筑材料的相關(guān)力學(xué)性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取300～400g皂腳加入到盛有400～500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液的燒杯中，將燒杯置于油浴鍋中，控制溫度在90～100℃，磁力攪拌皂化3～4h后，再向燒杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH為5.8～6.2，繼續(xù)攪拌反應(yīng)30～40min，反應(yīng)結(jié)束，收集產(chǎn)物，待產(chǎn)物溫度降至25～30℃后，向產(chǎn)物中加入300～400mL乙醚，攪拌混合1～3min后，靜置分層，收集上層有機相，并將上層有機相移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至上層有機相原體積的1/3，得到濃縮液；

（2）稱取100～200g52#石蠟和200～300g54#石蠟加入到燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中，控制溫度在70～80℃，攪拌熔融40～50min后，再向燒杯中加入100～150g上述濃縮液，攪拌混合15～20min，得到混合料；

（3）稱取80～100g石墨加入到球磨機中球磨40～50min后，過100～120目篩，收集過篩物，取40～50g過篩物加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，向燒瓶中加入200～300mL四氯化碳和100～200mL水，并向燒瓶中通入120～140mL乙烯，攪拌混合15～20min后，再向燒瓶中加入50～60g上述混料和1～3g月桂醇聚氧乙烯醚，攪拌混合5～10min；

（4）將上述燒瓶置于水浴鍋中，控制溫度在80～90℃，再向燒瓶中加入0.3～0.5g過硫酸銨，攪拌反應(yīng)2～3h后，移入超聲波振蕩儀中，以40～45KHz的頻率超聲分散15～20min后，移入離心機中，在4000～5000r/min的轉(zhuǎn)速下離心10～15min，收集沉淀；

（5）取100～120g上述沉淀加入到盛有700～800mL水的燒杯中，向燒杯中加入1～3g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、3～5g十二烷基苯磺酸鈉和30～40g正硅酸乙酯，攪拌混合15～20min后，將燒杯移入水浴鍋中，控制溫度在70～80℃，再向燒杯中加入100～200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液，攪拌反應(yīng)1～2h后過濾，收集濾渣，并置于烘箱中烘干，即可得到微膠囊化定型相變材料。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：將本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料添加至混凝土砂漿中，控制添加的量為混凝土砂漿質(zhì)量的0.1～0.3%，待添加完成后，對其進(jìn)行攪拌直至混合均勻后，進(jìn)行澆筑即可。經(jīng)檢測，與使用傳統(tǒng)的定型相變材料相比，本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料導(dǎo)熱性能優(yōu)越，相變焓達(dá)到130.14～135.25kJ/kg，相變溫度為20～40℃，且其與混凝土砂漿的相容性好，混凝土力學(xué)性能未受影響。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料導(dǎo)熱性能優(yōu)越，相變焓達(dá)到130.14～135.25kJ/kg，相變溫度為20～40℃；

（2）本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料與建筑材料的相容性好，不會影響建筑材料的相關(guān)力學(xué)性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

具體實施方式

首先稱取300～400g皂腳加入到盛有400～500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液的燒杯中，將燒杯置于油浴鍋中，控制溫度在90～100℃，磁力攪拌皂化3～4h后，再向燒杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH為5.8～6.2，繼續(xù)攪拌反應(yīng)30～40min，反應(yīng)結(jié)束，收集產(chǎn)物，待產(chǎn)物溫度降至25～30℃后，向產(chǎn)物中加入300～400mL乙醚，攪拌混合1～3min后，靜置分層，收集上層有機相，并將上層有機相移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至上層有機相原體積的1/3，得到濃縮液；稱取100～200g52#石蠟和200～300g54#石蠟加入到燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中，控制溫度在70～80℃，攪拌熔融40～50min后，再向燒杯中加入100～150g上述濃縮液，攪拌混合15～20min，得到混合料；接著稱取80～100g石墨加入到球磨機中球磨40～50min后，過100～120目篩，收集過篩物，取40～50g過篩物加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，向燒瓶中加入200～300mL四氯化碳和100～200mL水，并向燒瓶中通入120～140mL乙烯，攪拌混合15～20min后，再向燒瓶中加入50～60g上述混料和1～3g月桂醇聚氧乙烯醚，攪拌混合5～10min；將上述燒瓶置于水浴鍋中，控制溫度在80～90℃，再向燒瓶中加入0.3～0.5g過硫酸銨，攪拌反應(yīng)2～3h后，移入超聲波振蕩儀中，以40～45KHz的頻率超聲分散15～20min后，移入離心機中，在4000～5000r/min的轉(zhuǎn)速下離心10～15min，收集沉淀；最后取100～120g上述沉淀加入到盛有700～800mL水的燒杯中，向燒杯中加入1～3g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、3～5g十二烷基苯磺酸鈉和30～40g正硅酸乙酯，攪拌混合15～20min后，將燒杯移入水浴鍋中，控制溫度在70～80℃，再向燒杯中加入100～200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液，攪拌反應(yīng)1～2h后過濾，收集濾渣，并置于烘箱中烘干，即可得到微膠囊化定型相變材料。

實例1

首先稱取400g皂腳加入到盛有500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液的燒杯中，將燒杯置于油浴鍋中，控制溫度在100℃，磁力攪拌皂化4h后，再向燒杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH為6.2，繼續(xù)攪拌反應(yīng)40min，反應(yīng)結(jié)束，收集產(chǎn)物，待產(chǎn)物溫度降至30℃后，向產(chǎn)物中加入400mL乙醚，攪拌混合3min后，靜置分層，收集上層有機相，并將上層有機相移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至上層有機相原體積的1/3，得到濃縮液；稱取200g52#石蠟和300g54#石蠟加入到燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中，控制溫度在80℃，攪拌熔融50min后，再向燒杯中加入150g上述濃縮液，攪拌混合20min，得到混合料；接著稱取100g石墨加入到球磨機中球磨50min后，過120目篩，收集過篩物，取50g過篩物加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，向燒瓶中加入300mL四氯化碳和200mL水，并向燒瓶中通入140mL乙烯，攪拌混合20min后，再向燒瓶中加入60g上述混料和3g月桂醇聚氧乙烯醚，攪拌混合10min；將上述燒瓶置于水浴鍋中，控制溫度在90℃，再向燒瓶中加入0.5g過硫酸銨，攪拌反應(yīng)3h后，移入超聲波振蕩儀中，以45KHz的頻率超聲分散20min后，移入離心機中，在5000r/min的轉(zhuǎn)速下離心15min，收集沉淀；最后取120g上述沉淀加入到盛有800mL水的燒杯中，向燒杯中加入3g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、5g十二烷基苯磺酸鈉和40g正硅酸乙酯，攪拌混合20min后，將燒杯移入水浴鍋中，控制溫度在80℃，再向燒杯中加入200mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液，攪拌反應(yīng)2h后過濾，收集濾渣，并置于烘箱中烘干，即可得到微膠囊化定型相變材料。

將本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料添加至混凝土砂漿中，控制添加的量為混凝土砂漿質(zhì)量的0.3%，待添加完成后，對其進(jìn)行攪拌直至混合均勻后，進(jìn)行澆筑即可。經(jīng)檢測，與使用傳統(tǒng)的定型相變材料相比，本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料導(dǎo)熱性能優(yōu)越，相變焓達(dá)到135.25kJ/kg，相變溫度為40℃，且其與混凝土砂漿的相容性好，混凝土力學(xué)性能未受影響。

實例2

首先稱取300g皂腳加入到盛有400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液的燒杯中，將燒杯置于油浴鍋中，控制溫度在90℃，磁力攪拌皂化3h后，再向燒杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH為5.8，繼續(xù)攪拌反應(yīng)30min，反應(yīng)結(jié)束，收集產(chǎn)物，待產(chǎn)物溫度降至25℃后，向產(chǎn)物中加入300mL乙醚，攪拌混合1min后，靜置分層，收集上層有機相，并將上層有機相移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至上層有機相原體積的1/3，得到濃縮液；稱取100g52#石蠟和200g54#石蠟加入到燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中，控制溫度在70℃，攪拌熔融40min后，再向燒杯中加入100g上述濃縮液，攪拌混合15min，得到混合料；接著稱取80g石墨加入到球磨機中球磨40min后，過100目篩，收集過篩物，取40g過篩物加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，向燒瓶中加入200mL四氯化碳和100mL水，并向燒瓶中通入120mL乙烯，攪拌混合15min后，再向燒瓶中加入50g上述混料和1g月桂醇聚氧乙烯醚，攪拌混合5min；將上述燒瓶置于水浴鍋中，控制溫度在80℃，再向燒瓶中加入0.3g過硫酸銨，攪拌反應(yīng)2h后，移入超聲波振蕩儀中，以40KHz的頻率超聲分散15min后，移入離心機中，在4000r/min的轉(zhuǎn)速下離心10min，收集沉淀；最后取100g上述沉淀加入到盛有700mL水的燒杯中，向燒杯中加入1g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、3g十二烷基苯磺酸鈉和30g正硅酸乙酯，攪拌混合15min后，將燒杯移入水浴鍋中，控制溫度在70℃，再向燒杯中加入100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液，攪拌反應(yīng)1h后過濾，收集濾渣，并置于烘箱中烘干，即可得到微膠囊化定型相變材料。

將本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料添加至混凝土砂漿中，控制添加的量為混凝土砂漿質(zhì)量的0.1%，待添加完成后，對其進(jìn)行攪拌直至混合均勻后，進(jìn)行澆筑即可。經(jīng)檢測，與使用傳統(tǒng)的定型相變材料相比，本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料導(dǎo)熱性能優(yōu)越，相變焓達(dá)到130.14kJ/kg，相變溫度為20℃，且其與混凝土砂漿的相容性好，混凝土力學(xué)性能未受影響。

實例3

首先稱取350g皂腳加入到盛有450mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液的燒杯中，將燒杯置于油浴鍋中，控制溫度在95℃，磁力攪拌皂化3h后，再向燒杯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH為6.1，繼續(xù)攪拌反應(yīng)35min，反應(yīng)結(jié)束，收集產(chǎn)物，待產(chǎn)物溫度降至27℃后，向產(chǎn)物中加入350mL乙醚，攪拌混合2min后，靜置分層，收集上層有機相，并將上層有機相移入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至上層有機相原體積的1/3，得到濃縮液；稱取150g52#石蠟和250g54#石蠟加入到燒杯中，將燒杯置于水浴鍋中，控制溫度在75℃，攪拌熔融45min后，再向燒杯中加入120g上述濃縮液，攪拌混合17min，得到混合料；接著稱取90g石墨加入到球磨機中球磨45min后，過110目篩，收集過篩物，取45g過篩物加入到帶有溫度計和回流裝置的三口燒瓶中，向燒瓶中加入250mL四氯化碳和150mL水，并向燒瓶中通入130mL乙烯，攪拌混合17min后，再向燒瓶中加入55g上述混料和2g月桂醇聚氧乙烯醚，攪拌混合7min；將上述燒瓶置于水浴鍋中，控制溫度在85℃，再向燒瓶中加入0.4g過硫酸銨，攪拌反應(yīng)3h后，移入超聲波振蕩儀中，以42KHz的頻率超聲分散17min后，移入離心機中，在4500r/min的轉(zhuǎn)速下離心12min，收集沉淀；最后取110g上述沉淀加入到盛有750mL水的燒杯中，向燒杯中加入2g硅烷偶聯(lián)劑KH-550、4g十二烷基苯磺酸鈉和35g正硅酸乙酯，攪拌混合17min后，將燒杯移入水浴鍋中，控制溫度在75℃，再向燒杯中加入150mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液，攪拌反應(yīng)1h后過濾，收集濾渣，并置于烘箱中烘干，即可得到微膠囊化定型相變材料。

將本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料添加至混凝土砂漿中，控制添加的量為混凝土砂漿質(zhì)量的0.2%，待添加完成后，對其進(jìn)行攪拌直至混合均勻后，進(jìn)行澆筑即可。經(jīng)檢測，與使用傳統(tǒng)的定型相變材料相比，本發(fā)明制備的微膠囊化定型相變材料導(dǎo)熱性能優(yōu)越，相變焓達(dá)到133.48kJ/kg，相變溫度為30℃，且其與混凝土砂漿的相容性好，混凝土力學(xué)性能未受影響。