一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜及制备方法技术

本发明专利技术提供一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜及制备方法，其制备步骤：将相变材料加入芳纶纳米纤维分散液中，在高于相变材料熔点的温度下加热，使相变材料熔化，搅拌得到芳纶纳米纤维包覆相变材料的Pickering乳液；将得到的Pickering乳液冷却，使相变芯材凝固，得到壁材为芳纶纳米纤维、芯材为相变材料的微胶囊。接着真空过滤、干燥得到芳纶纳米纤维包覆相变材料的薄膜。本发明专利技术制备的相变储热薄膜可防止相变材料在相变中泄漏的同时，利用芳纶纳米纤维自身特性赋予复合材料阻燃、耐温性能、优异的机械强度和出色的紫外屏蔽与抗老化性能；此外，本发明专利技术的相变储热薄膜应用于热能存储领域和温度调控等领域，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及聚合物纳米材料和相变储热复合材料领域，具体涉及一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜及制备方法。

技术介绍

[0002]随着环境污染的日益严重和能源短缺的不断加剧，开发存储能源愈发重要。相变材料在恒温相变过程中吸收或释放大量热能，对解决能源供求在时间和空间的不平衡矛盾有重要作用，广泛应用于太阳能储存和利用、电力“移峰填谷”、建筑节能、热管理等领域。在各种相变材料中，有机固
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液相变材料因储热密度高、过冷度小、体积变化小等优点受到广泛关注。然而，固
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液相变材料在相变过程容易泄漏，导致性能劣化污染环境。研究发现，将相变材料微胶囊化封装，能防止相变材料发生渗漏，还有助于扩大热交换面积，提高热能存储效率。因此，发展相变材料微胶囊封装技术具有重要意义。
[0003]乳液模板法是将相变材料微胶囊化常用的方法。其是将相变材料作为油相，利用乳化剂得到乳液后实现对相变材料的均匀包覆。Pickering乳液是一种使用固体粒子代替传统表面活性剂来稳定油水界面的清洁型乳液。有研究报道，高长径比和两亲性的纳米纤维素(CNFs)能够在界面处形成致密的二维界面网络，用作Pickering乳液的稳定剂，具有优异稳定性能和模板化结构。以纤维素纳米晶和纳米纤维素作为乳化剂，得到的相变微胶囊潜热值和包覆率均较高(中国专利CN109925985A，中国专利CN113337252A)。但是，此方法制备时需涉及复杂的聚合反应，且最终产品大多是颗粒或粉体，应用受到限制，另外纤维素本身易燃、耐温性差、易吸湿变形、化学稳定性较弱等特点限制了相变复合材料在恶劣环境下的使用寿命。
[0004]随着相变材料应用的拓展，对材料的性能要求越来越高，建立高性能、阻燃、整体相变材料对相变材料在高端领域的应用具有重要意义。芳纶纳米纤维(ANFs)是纳米尺度的芳香族聚酰胺纤维，与CNFs类似，具有高长径比、高比表面积、毛细管力强、亲疏水性适中等特点，有望作为Pickering的乳化剂来稳定相变材料。ANFs还具有芳纶纤维高强、高模、耐酸碱、耐高温、阻燃等优良特性，是构筑高性能、阻燃相变材料良好的基材。与此同时，ANFs还具有优异的成膜性能，其薄膜具有致密的网络结构，有利于包覆相变材料，防止其在相变过程中的泄漏。Pickering乳液模板法是制备相变复合材料的一种高效、清洁的方法，能克服现有浸渍复合工艺存在的漏液问题，但迄今利用Pickering乳液模板法制备ANFs基整体相变薄膜尚未报道。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的主要目的在于一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜及制备方法，通过选用高性能芳纶纳米纤维(ANFs)作为Pickering乳液稳定剂，相变材料作为芯材，利用乳液模板法包覆相变材料，制备芳纶纳米
纤维整体储热薄膜。防止相变材料在相变中泄漏的同时，利用芳纶纳米纤维自身特性赋予复合材料阻燃、耐温性能、优异的机械强度和出色的紫外屏蔽与抗老化性能。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)将相变材料加入芳纶纳米纤维分散液中，加热使相变材料熔化，充分搅拌后得到芳纶纳米纤维包覆相变材料的Pickering乳液；
[0009](2)将步骤(1)中得到的芳纶纳米纤维包覆相变材料的Pickering乳液冷却凝固，得到壁材为芳纶纳米纤维、芯材为相变材料的微胶囊，再经真空过滤、干燥后得到芳纶纳米纤维基相变储热薄膜。
[0010]优选的，所述步骤(1)中芳纶纳米纤维的分散液采用碱溶法和mPEG共聚法中的一种方法制备得到。
[0011]优选的，所述碱溶法制备芳纶纳米纤维分散液的具体过程为：将芳纶纤维加入到氢氧化钾、二甲基亚砜和去离子水的混合溶剂体系中，在室温下搅拌裂解芳纶纤维得到芳纶纳米纤维分散液；所述芳纶纤维为对位芳纶纤维和杂环芳纶纤维中的至少一种；所述芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜与去离子水的质量比为(1.0～7.5)：500：(1.50～11.25)：20。
[0012]优选的，所述mPEG共聚法制备芳纶纳米纤维分散液的具体过程为：在甲氧基聚乙二醇的辅助下，采用聚合单体对苯二胺和对苯二甲酰氯通过聚合反应制备得到芳纶纳米纤维分散液，所述甲氧基聚乙二醇、聚合单体对苯二胺与对苯二甲酰氯的摩尔比为(0.25～3):1:(1～1.1)，所述对苯二甲酰氯的浓度为0.2～0.6mol/L。
[0013]优选的，所述步骤(1)中芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.5～2.0mg/mL；所述芳纶纳米纤维分散液中的芳纶纳米纤维的直径为8～15nm、长度为3～8μm。
[0014]优选的，所述步骤(1)中相变材料的添加量占芳纶纳米纤维包覆相变材料的Pickering乳液整体固含量的10％～80％。
[0015]优选的，所述步骤(1)中的相变材料为十六醇、十八醇、十六烷、十八烷和相变石蜡中的至少一种。
[0016]优选的，所述步骤(2)中的干燥温度为60～80℃，干燥时间为10～30min，冷却温度为
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5～25℃。
[0017]一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜，由上述的制备方法制得。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0019]本专利技术提供一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜及制备方法，通过选用高性能芳纶纳米纤维(ANFs)作为Pickering乳液稳定剂，相变材料作为芯材，利用乳液模板法包覆相变材料，制备芳纶纳米纤维整体储热薄膜。同时，本专利技术制备的相变储热薄膜可防止相变材料在相变中泄漏的同时，利用芳纶纳米纤维自身特性赋予复合材料阻燃、耐温性能、优异的机械强度和出色的紫外屏蔽与抗老化性能；此外，本专利技术的相变储热薄膜应用于热能存储领域和温度调控等领域，具有广泛的应用前景。
[0020]进一步，针对相变材料在实际使用中的泄漏问题，提出以芳纶纳米纤维作为乳化
剂通过乳液模板法建立相变薄膜封装体系。此方法改善了芳纶纳米纤维与相变材料结合的弊端，同时实现了相变材料的稳定包覆和快速封装，成分简单，制备容易，有规模化制备前景。
[0021]进一步，区别于目前大多数粉体或颗粒状相变微胶囊，本专利技术最终为整体薄膜材料，在解决泄漏的同时，还能够直接应用于能量存储和温度调控等领域。
[0022]进一步，芳纶纳米纤维既作为稳定剂制备微胶囊，同时还作为成膜剂，实现对相变材料的包覆，为直接利用芳纶纳米纤维在Pickering乳液中制备整体材料提供了可能性。另外，芳纶纳米纤维还能够提供阻燃、耐温性能、优异的机械强度和出色的紫外屏蔽与抗老化性能。改善了相变材料在高温、高湿等恶劣使用环境的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将相变材料加入芳纶纳米纤维分散液中，加热使相变材料熔化，充分搅拌后得到芳纶纳米纤维包覆相变材料的Pickering乳液；(2)将步骤(1)中得到的芳纶纳米纤维包覆相变材料的Pickering乳液冷却凝固，得到壁材为芳纶纳米纤维、芯材为相变材料的微胶囊，再经真空过滤、干燥后得到芳纶纳米纤维基相变储热薄膜。2.根据权利要求1所述的一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜的方法，其特征在于，所述步骤(1)中芳纶纳米纤维分散液采用碱溶法或mPEG共聚法制备得到。3.根据权利要求2所述的一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜的方法，其特征在于，所述碱溶法制备芳纶纳米纤维分散液的具体过程为：将芳纶纤维加入到氢氧化钾、二甲基亚砜和去离子水的混合溶剂体系中，在室温下搅拌裂解芳纶纤维得到芳纶纳米纤维分散液；所述芳纶纤维为对位芳纶纤维和杂环芳纶纤维中的至少一种；所述芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜与去离子水的质量比为(1.0～7.5)：500：(1.50～11.25)：20。4.根据权利要求2所述的一种Pickering乳液法制备芳纶纳米纤维基相变储热薄膜的方法，其特征在于，所述mPEG共聚法制备芳纶纳米纤维分散液的具体过程为：在甲氧基聚乙二醇的辅助下，采用聚合单体对苯二胺和对苯二甲酰氯通过聚合反应制备得到芳纶...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭蕉君，李芳芳，张美云，阮绍卫，杨斌，宋顺喜，聂景怡，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：