[发明专利]一种相变调温涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种相变调温涂料及其制备方法，首先将氧化石墨烯水溶液进行雾化干燥和热膨胀处理，得到具有中孔结构的石墨烯微球，随后使相变材料融化并充分渗入石墨烯微球的腔体中，得到具有核壳结构的相变微球。通过压滤的方法将相变微球表面多余的相变材料除去，采用机械混合的方法与涂料的各组分混合均匀，即可得到相变调温涂料。本发明通过采用石墨烯空心球包裹相变材料，极大降低了相变材料在使用过程中的泄漏，可显著提高使用寿命。石墨烯的高导热性可有效促进环境与涂层的热交换，可涂层的热量储存与释放。此外，石墨烯本身具有高导电、抗菌和远红外发射特性，可赋予涂料多种新功能。

技术领域

本发明属于涂料领域，尤其涉及一种相变调温涂料及其制备方法。

背景技术

如今，传统涂料的装饰和简单的保护作用早已满足不了现代工业的发展，它要求现代涂料不但要有装饰或保护作用，还要兼具其他一种或多种功能，比如隔热保温、耐高温、耐特殊介质腐蚀、自洁性、高绝缘性、高耐磨性、防火性等。这时，功能性特种涂料就应运而生了，随着现代科技的发展，对功能性涂料的要求也越来越高，高性能相互叠加的涂料受到越来越多的关注。相变调温涂料是利用相变材料在相变过程中具备吸收或释放大量热量而达到调温的目的。然而，直接将相变材料加入涂料配方中进行简单混合，在使用过程中会出现相变材料渗出，相变功能衰减的缺陷，因此需要通过包覆、限制运动等手段将相变材料牢牢保留在涂层之中。

常规相变调温涂料通常存在传热慢、调温速率慢等缺点，这是由于涂料各组分和相变包覆材料均不是高导热材料。石墨烯作为一种二维碳纳米材料，因其优异的力、电、热、磁、光学等性能，自问世以来收到了广泛的关注。这种二维导热纳米材料可以有效对相变材料进行包覆，并提供导电导热通道，因而是一种极具潜力的相变材料包裹材料。目前有两种主流的石墨烯/相变复合材料的制备思路，一种是简单将石墨烯用作导热添加剂，与相变微胶囊一起与聚合物复合，如专利201510690957.8《一种石墨烯基导热硅胶相变复合材料及其制备方法》；另一种是使用石墨烯包裹相变材料，如专利201711101732.X《改性氧化石墨烯包覆的复合相变材料的制备方法》采用表面活性剂处理氧化石墨烯来包覆相变材料。然而，这两种方法都有极大的缺陷，前者仅仅提升了材料整体的导热性，而相变性能并未得到提升，后者则使用了改性石墨烯和氧化石墨烯等来包覆相变材料，不仅难以保证相变材料的有效包覆，而且无法提升材料整体导热性。除此之外，石墨烯的引入往往伴随着相变材料相变焓的降低(Carbon.2016；100:693-702.)。因此，实现有效包覆的同时，提升导热率和不降低相变焓是实现相变储能性能的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种相变调温涂料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种相变调温涂料，其特征在于，包含如下组分：石墨烯相变微球、填料、乳液、分散剂、成膜助剂、消泡剂、增稠剂、水。所述石墨烯相变微球具有核壳结构，壳层为石墨烯空心微球，核为相变材料。石墨烯相变微球在涂料中的质量占比在5.9％-15.9％之间。

进一步地，填料为高岭土、钛白粉、碳酸钙、蒙脱土和二氧化硅中的至少一种，粒径为2-10μm；所述的乳液为苯丙胶乳、纯丙乳液、丁苯乳液、醋丙乳液、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一种；所述分散剂为多聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种；所述的增稠剂为羧甲基纤维素；所述成膜助剂为苯甲醇。

进一步地，所述石墨烯相变微球通过以下步骤制备得到：

(1)通过雾化干燥法将尺寸为1～50微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为3～6。

(2)将步骤(1)得到氧化石墨烯微球置于管式炉中，升至1000℃以上，保温1h得到石墨烯空心微球。升温速度在5℃/min以上。

(3)将100质量份相变材料和5～10质量份石墨烯空心微球混合，加热至相变材料融化后搅拌10～60min，静置真空脱泡1h，随后通过压滤、冷却得到石墨烯相变微球。