CN111187595A - 金属包覆有机相变储能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金属包覆有机相变储能材料及其制备方法，属于相变材料技术领域。该金属包覆有机相变储能材料包括由有机相变材料制成的内核和由金属材料制成的外壳，由金属材料制成的外壳包覆于由有机相变材料制成的内核的***；其中，有机相变材料为常温下呈固态的材料。该金属包覆有机相变储能材料制备时，由金属材料制成的外壳通过在有机相变材料的***化学镀金属的方式包覆到由有机相变材料制成的内核的***。其通过在相变有机材料外包覆金属的相变材料制备方法，可以有效的解决有机相变材料导热性差，使用过程中易泄露等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及相变材料技术领域，具体涉及一种金属包覆有机相变材料及其制备方法。
背景技术
相变储能材料又被称为潜热储能材料，可以将能量以相变潜热的形式储存起来，再根据使用要求，将储存的能量在需要的时候释放出来。相变储能材料主要分为有机相变储能材料、无机相变储能材料和金属相变储能材料。其中有机相变储能材料，如石蜡和脂肪酸类相变材料，作为高分子类材料，本身存在导热系数低、导热性能差、应用过程中易迁移、泄露等缺点，从而在一定程度上制约了相变材料的实际应用。因而提高相变材料的导热性能，密闭封装相变材料，使相变材料得到更广泛的应用成为了科研人员研究的热点。
现有技术中的相变储能材料多存在相变材料易泄露或者降低相变材料的储热性能的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种金属包覆有机相变材料及其制备方法，其通过在相变有机材料外包覆金属的相变材料制备方法，可以有效的解决有机相变材料导热性差，使用过程中易泄露等技术问题，从而更加适于实用。
为了解决上述第一个目的，本发明提供的金属包覆有机相变材料的技术方案如下：
本发明提供的金属包覆有机相变储能材料，其特征在于，包括由有机相变材料制成的内核和由金属材料制成的外壳，所述由金属材料制成的外壳包覆于所述由有机相变材料制成的内核的***；其中，
所述有机相变材料为常温下呈固态的材料。
本发明提供的金属包覆有机相变材料还可以采用以下技术方案进一步实现。
作为优选，所述有机相变材料选自石蜡、脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯中的一种或者几种的混合物；所述金属材料为铜或者镍。
作为优选，所述有机相变材料制成的内核是粉末颗粒或者微胶囊，其中，所述粉末颗粒的粒径、所述微胶囊的粒径的取值范围为10μm-100μm。
作为优选，所述由金属材料制成的外壳的厚度可调。
为了解决上述第二个目的，本发明提供的金属包覆有机相变材料的制备方法的技术方案如下：
本发明提供一种金属包覆有机相变储能材料的制备方法，所述由金属材料制成的外壳通过在所述有机相变材料的***化学镀金属的方式包覆到所述由有机相变材料制成的内核的***。
本发明提供的金属包覆有机相变材料的制备方法还可以采用以下技术方案进一步实现。
作为优选，所述金属包覆有机相变储能材料的制备方法包括以下步骤：
将所述有机相变材料分散在浓硫酸或者重铬酸钾溶液中浸泡10-30min后滤出，得到经过粗化处理的有机相变材料；
所述经过粗化处理的有机相变材料经过洗净，得到净化后的有机相变材料；
所述净化后的有机相变材料分散在氯化亚锡溶液中敏化处理，得到敏化后的有机相变材料；
所述敏化后的有机相变材料置于氯化钯溶液中活化，得到活化后的有机相变材料；
通过化学镀金属的方式在所述活化后的有机相变材料表面镀所述外壳，得到所述金属包覆有机相变储能材料。
作为优选，所述经过粗化处理的有机相变材料经过洗净，得到净化后的有机相变材料的过程中，所述洗净的步骤包括：
所述经过粗化处理的有机相变材料经过去离子水清洗，得到净化后的有机相变材料；或者，所述经过粗化处理的有机相变材料依次经过氢氧化钠溶液清洗、去离子水清洗，得到净化后的有机相变材料。
作为优选，所述通过化学镀金属的方式在所述活化后的有机相变材料表面镀所述外壳，得到所述金属包覆有机相变储能材料的过程中，化学镀介质包括硫酸铜溶液、硫酸镍溶液或者氯化镍溶液中的一种作为主盐。
本发明提供的金属包覆有机相变储能材料及其制备方法不是简单地通过有机相变材料与导热性能良好的材料共混来改良导热性能，而是通过在有机相变材料的粉末颗粒的表面包覆金属层，利用金属优良的导热特性，进而实现有机相变材料的快速吸热以及释放潜热，导热效果更好。此外，通过金属包覆层的密封作用，还可以有效地防止有机相变材料在后续的应用过程中发生泄漏问题，进而影响有机相变材料的调温性能。
具体实施方式
有鉴于此，本发明提供了一种金属包覆有机相变材料及其制备方法，其通过在相变有机材料外包覆金属的相变材料制备方法，可以有效的解决有机相变材料导热性差，使用过程中易泄露等技术问题，从而更加适于实用。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的金属包覆有机相变材料及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
实施例1
本发明实施例中所采用的有机相变材料为石蜡粉末，熔点在40℃，导热率0.12W/(m·K)，粒径在10-50μm之间。通过400g/L浓硫酸对石蜡粉末颗粒的表面进行粗化处理10min；
将上述石蜡粉末颗粒经去离子水清洗去除表面杂质后，均匀地分散在氯化亚锡溶液中敏化35℃3min；
之后将上述石蜡粉末颗粒再在氯化钯溶液中活化35℃3min；
最后以水合硫酸铜为主盐，以甲醛为还原剂，EDTA为络合剂在石蜡粉末颗粒表面镀铜，化学镀时间在30min。将经过化学镀后的石蜡粉末颗粒清洗后，滤出干燥，就得到了单一铜金属包覆石蜡有机相变材料，铜金属镀层厚度在0.8μm左右，铜金属包覆石蜡有机相变材料的导热率为2.57W/(m·K)。
实施例2
本发明实施例中所采用的有机相变材料为石蜡粉末，导热率0.12W/(m·K)，熔点在40℃，粒径在10-50μm之间。通过400g/L浓硫酸对石蜡粉末颗粒的表面进行粗化处理10min；
将上述石蜡粉末颗粒经去离子水清洗去除表面杂质后，均匀地分散在氯化亚锡溶液中敏化35℃3min；
之后将上述石蜡粉末颗粒再在氯化钯溶液中活化35℃3min；
最后以水合硫酸铜为主盐，以甲醛为还原剂，EDTA为络合剂在石蜡粉末颗粒表面镀铜，化学镀时间在40min。将经过化学镀后的石蜡粉末颗粒清洗后，滤出干燥，就得到了单一铜金属包覆石蜡有机相变材料，铜金属镀层厚度1.2μm左右，铜金属包覆石蜡有机相变材料的导热率为3.51W/(m·K)。
实施例3
以正十二醇为芯材，尿醛树脂为壁材的相变微胶囊，微胶囊粒径在30-100μm。通过350g/L浓硫酸对相变微胶囊的表面进行粗化处理10min；
将上述相变微胶囊经去离子水清洗去除表面杂质后，均匀地分散在氯化亚锡溶液中敏化35℃4min；
之后将上述相变微胶囊再在氯化钯溶液中活化35℃4min；
最后以水合硫酸铜为主盐，以甲醛为还原剂，EDTA为络合剂在相变微胶囊表面镀铜，化学镀时间在40min。将经过化学镀后的相变微胶囊清洗后，滤出干燥，就得到了单一铜金属包覆相变微胶囊机相变材料，镀层厚度1.0μm左右，导热率为2.98W/(m·K)。
对比例：以正十二醇为芯材，尿醛树脂为壁材的相变微胶囊，微胶囊粒径在30-100μm，没有进行金属包覆的相变微胶囊导热率为0.18W/(m·K)。
实施例4
芯材分别为石蜡与正十四醇，壁材为三聚氰胺甲醛树脂的相变微胶囊，微胶囊粒径在20-100μm。通过350g/L重铬酸钾溶液对上述两种相变微胶囊的表面进行粗化处理12min；
将上述相变微胶囊经去离子水清洗去除表面杂质后，均匀地分散在氯化亚锡溶液中敏化35℃5min；
之后将上述相变微胶囊再在氯化钯溶液中活化35℃5min；
最后以水合硫酸铜为主盐，以甲醛为还原剂，EDTA为络合剂在相变微胶囊表面镀铜，化学镀时间在35min。将经过化学镀后的相变微胶囊清洗后，滤出干燥，就得到了单一铜金属包覆相变微胶囊机相变材料，镀层厚度1.0μm左右，导热率为3.43W/(m·K)。
对比例：芯材分别为石蜡与正十四醇，壁材为三聚氰胺甲醛树脂的相变微胶囊，微胶囊粒径在20-100μm，没有进行金属包覆的相变微胶囊导热率为0.20W/(m·K)。
实施例5
本发明实施例中所采用的有机相变材料为石蜡粉末，导热率0.12W/(m·K)，熔点在40℃，粒径在10-50μm之间。通过400g/L重铬酸钾溶液对石蜡粉末颗粒的表面进行粗化处理20min；
将上述石蜡粉末颗粒经去离子水清洗去除表面杂质后，均匀地分散在氯化亚锡溶液中敏化35℃3min；
之后将上述石蜡粉末颗粒再在氯化钯溶液中活化35℃3min；
最后经浓度为30g/L硫酸镍溶液、浓度25g/L柠檬酸钠、浓度5g/L次磷酸二氢钠，5g/L硼砂在石蜡粉末颗粒表明镀镍，化学镀时间在30min。将经过化学镀后的石蜡粉末颗粒清洗后，滤出干燥，就得到了单一镍金属包覆石蜡有机相变材料，镀层厚度1.0μm左右，单一镍金属包覆石蜡有机相变材料的导热率为1.35W/(m·K)。
实施例6
选取硬脂酸粉末，熔点67℃左右，经4g/L氢氧化钠溶液皂洗后，再经去离子水洗净，而后经600mL/L浓硫酸、30g/L重铬酸钾于35℃搅拌粗化20min，再经去离子水洗净。采用浓度为35g/L的氯化亚锡溶液敏化处理20min，经去离子水冲洗。再用0.5g/L浓度的氯化钯处理，用少量去离子水冲洗。之后再用浓度32g/L次亚磷酸钠溶液做还原处理25秒后过滤，去离子水冲洗。还原处理后的硬脂酸粉末，放入浓度40g/L的氯化镍和25g/L的醋酸钠镀液中，搅拌60min，滤出，并经去离子水冲洗，得到表面包覆单一金属镍的硬脂酸有机相变材料，镀层厚度1.8μm左右，导热率从0.21W/(m·K)提高到2.36W/(m·K)。
实施例7
以石蜡为芯材，三聚氰胺甲醛树脂为壁材制备的相变微胶囊，经5g/L氢氧化钠溶液皂洗后，再经去离子水洗净，而后经500mL/L浓硫酸、30g/L重铬酸钾32℃搅拌粗化25min，再经去离子水洗净。采用浓度为35g/L的氯化亚锡溶液敏化处理20min，经去离子水冲洗。再用0.5g/L浓度的氯化钯处理，经磁力搅拌，用少量去离子水冲洗。之后再用浓度30g/L次亚磷酸钠溶液做还原处理30秒后过滤，去离子水冲洗。还原处理后的相变微胶囊，放入浓度30g/L的硫酸镍和28g/L的醋酸钠镀液中，搅拌60min，滤出，并经去离子水冲洗，得到表面包覆单一金属镍的相变微胶囊材料，镀层厚度1.5μm，，导热率从0.18W/(m·K)提高到2.25W/(m·K)。
对比例：以石蜡为芯材，三聚氰胺甲醛树脂为壁材制备的相变微胶囊，没有进行金属包覆的相变微胶囊导热率为0.18W/(m·K)。
本发明实施例在进行化学镀的过程中，将硫酸铜溶液或者硫酸镍、氯化镍等含镍盐溶液中的铜离子、镍离子还原出来，包覆在有机相变材料粉末颗粒或相变微胶囊的表面上，金属包覆层的厚度可以通过调节化学镀镀液浓度、化学镀时间来调控，进而改善金属包覆有机相变材料的导热特性以及密封特性。其中，化学镀镀液浓度越高，化学镀持续时间越长，金属镀层的厚度越厚。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种金属包覆有机相变储能材料，其特征在于，包括由有机相变材料制成的内核和由金属材料制成的外壳，所述由金属材料制成的外壳包覆于所述由有机相变材料制成的内核的***；其中，
所述有机相变材料为常温下呈固态的材料。
2.根据权利要求1所述的金属包覆有机相变储能材料，其特征在于，
所述有机相变材料选自石蜡、脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯中的一种或者几种的混合物；
所述金属材料为铜或者镍。
3.根据权利要求1所述的金属包覆有机相变储能材料，其特征在于，所述有机相变材料制成的内核是粉末颗粒或者微胶囊，其中，所述粉末颗粒的粒径、所述微胶囊的粒径的取值范围为10μm-100μm。
4.根据权利要求1所述的金属包覆有机相变储能材料，其特征在于，所述由金属材料制成的外壳的厚度可调。
5.权利要求1-4中任一所述的金属包覆有机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述由金属材料制成的外壳通过在所述有机相变材料的***化学镀金属的方式包覆到所述由有机相变材料制成的内核的***。
6.根据权利要求5所述的金属包覆有机相变储能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述有机相变材料分散在浓硫酸或者重铬酸钾溶液中浸泡10-30min后滤出，得到经过粗化处理的有机相变材料；
所述经过粗化处理的有机相变材料经过洗净，得到净化后的有机相变材料；
所述净化后的有机相变材料分散在氯化亚锡溶液中敏化处理，得到敏化后的有机相变材料；
所述敏化后的有机相变材料置于氯化钯溶液中活化，得到活化后的有机相变材料；
通过化学镀金属的方式在所述活化后的有机相变材料表面镀所述外壳，得到所述金属包覆有机相变储能材料。
7.根据权利要求6所述的金属包覆有机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述经过粗化处理的有机相变材料经过洗净，得到净化后的有机相变材料的过程中，所述洗净的步骤包括：
所述经过粗化处理的有机相变材料经过去离子水清洗，得到净化后的有机相变材料；
或者，
所述经过粗化处理的有机相变材料依次经过氢氧化钠溶液清洗、去离子水清洗，得到净化后的有机相变材料。
8.根据权利要求6所述的金属包覆有机相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述通过化学镀金属的方式在所述活化后的有机相变材料表面镀所述外壳，得到所述金属包覆有机相变储能材料的过程中，
化学镀介质包括硫酸铜溶液、硫酸镍溶液或者氯化镍溶液中的一种作为主盐。
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