一种聚多巴胺包覆的乳液型定形相变材料及其制备方法

1.本发明属于有机固液相变材料技术领域，涉及一种聚多巴胺包覆的乳液型定形相变材料及其制备方法，具体是一种聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料及其制备方法。


背景技术：

2.为实现我国双碳目标，减少化石燃料的使用，太阳能作为替代化石燃料的理想可再生能源，具有许多突出的优势。太阳光谱的整个波长范围可以通过光热转换产生热能。相变材料(pcms)作为重要的太阳能热能存储介质，已成为节能系统不可缺少的材料，其中聚乙二醇(peg)由于高储能密度、无毒、熔化温度范围广、相分离较少和理想的循环稳定性而被研究用于制造高性能和多功能复合pcms。然而，液态泄漏、固有的低导热系数和光吸收能力弱等因素严重阻碍了其在太阳能储能系统中的发展。
3.本发明利用聚丙烯酰胺(pam)乳液封装聚乙二醇生成核壳结构，可以达到加载尽可能多的原始pcms而尽量不泄漏的目的，但有机材料固有的低导热性仍是应用的一大挑战。因此，在上述乳液颗粒的壳层结构中引入膨胀石墨，一方面利用膨胀石墨的多孔结构的强吸附性进一步避免泄漏，另一方面膨胀石墨的高导热性可以为peg提供连续的传热通道，有利于提高复合pcms的传热效率。另外，本发明利用聚多巴胺(pda)在紫外、可见光和近红外范围内具有很强的光吸收能力的优点，将其附着在聚丙烯酰胺壳层表面可以提高核壳结构对光的吸收和热转换能力。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料及其制备方法，该制备方法利用聚丙烯酰胺对聚乙二醇进行包覆，形成稳定的乳液型相变材料，再通过聚多巴胺和膨胀石墨的协同使得乳液型定形相变材料实现太阳能利用效率及热传导效果的双重提升。
5.为了实现上述目的，本发明公开了一种聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，包括如下步骤：
6.(1)制备水相
7.分别称取一定质量的n，n-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和吐温85，然后将上述四种物质转移到烧杯中，之后将一定体积的去离子水倒入该烧杯中，再将该烧杯超声，超声结束后，将烧杯中的水溶液作为水相，备用；
8.(2)制备油相
9.称取一定质量的聚乙二醇，将其倒入烧杯中，再将烧杯加热使聚乙二醇熔融，将熔融的聚乙二醇作为油相，备用；
10.(3)制备膨胀石墨溶液；
11.(4)制备膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料；
12.(5)制备聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。
13.进一步的，步骤(3)中，将一定量的膨胀石墨(eg)研磨均匀，按步骤(2)中聚乙二醇(peg)用量的1％～5％称取研磨均匀的膨胀石墨并将其加入到无水乙醇中，之后在60℃条件下超声处理，超声结束后得到膨胀石墨溶液。
14.进一步的，步骤(4)中，
15.(4-1)将步骤(1)中盛放水相的烧杯放入转子并置于水浴恒温振荡器中，设置水浴温度、搅拌速度，将步骤(2)得到的油相加入到正在搅拌的水相中，滴加完毕后得到o/l乳液，继续搅拌，然后加入步骤(3)得到的膨胀石墨溶液，之后继续搅拌，得到膨胀石墨-聚乙二醇/乳液；
16.(4-2)向膨胀石墨-聚乙二醇/乳液中加入过硫酸铵，搅拌均匀，之后将该乳液迅速倒入烧杯中，再向其中滴加n，n，n，n-四甲基乙二胺，迅速搅拌均匀后，将该烧杯封口后放入鼓风恒温干燥箱中干燥，从而使丙烯酰胺聚合固化；
17.(4-3)干燥结束后，得到产物a，将产物a取出并放入真空冷冻干燥机中冷冻，冷冻结束后，将产物a置于滤纸上并放入烘箱中，使产物a中未包封的聚乙二醇全部流出，得到膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料。
18.进一步的，步骤(5)中，分别称取一定质量的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料、盐酸多巴胺、量取一定体积的tris-hcl缓冲溶液，并将这三种物质加入到烧瓶中，然后在室温条件下机械搅拌；搅拌结束后，将上述烧瓶中得到的混合物离心后弃去上层清液，得到下层沉淀物，用去离子水对沉淀物离心洗涤，再在室温条件下干燥后得到聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。
19.进一步的，在步骤(1)中，分别称取0.4g n，n-亚甲基双丙烯酰胺，1.6g丙烯酰胺，0.1g聚乙烯吡咯烷酮和0.3g吐温85，然后将上述四种物质转移到烧杯中，再量取5ml去离子水倒入该烧杯中，最后将该烧杯超声30min，超声结束后，将该烧杯中的水溶液作为水相，备用。
20.进一步的，在步骤(2)中，称取5g分子量为2000的聚乙二醇，将其倒入烧杯中，再将该烧杯放入65℃的鼓风恒温干燥箱中加热，将加热后熔融的聚乙二醇作为油相，备用。
21.进一步的，步骤(3)中，无水乙醇的体积为10ml，超声处理时间为30min。
22.进一步的，步骤(4)中，
23.(4-1)将步骤(1)中盛放水相的烧杯放入转子并置于水浴恒温振荡器中，设置水浴温度为65℃、搅拌转速为1500r/min，将步骤(2)得到的油相逐滴加入到正在搅拌的水相中，滴加完毕后得到o/l乳液，用保鲜膜包封烧杯口并继续搅拌30min，之后在搅拌的同时逐滴加入步骤(3)得到的膨胀石墨溶液，滴加结束后保持转速不变，设置温度为65℃，继续搅拌30min，最终得到膨胀石墨-聚乙二醇/乳液；
24.(4-2)向膨胀石墨-聚乙二醇/乳液中加入0.03g过硫酸铵，搅拌均匀，之后将该乳液迅速倒入烧杯中，再向其中滴加3滴n，n，n，n-四甲基乙二胺，迅速搅拌均匀后，将该烧杯封口后放入50℃的鼓风恒温干燥箱中干燥10min，从而使丙烯酰胺聚合固化；
25.(4-3)干燥结束后，得到产物a，将产物a取出并放入并转移到培养皿上，将培养皿放入真空冷冻干燥机中冷冻12h，冷冻结束后，将产物a置于滤纸上并放入65℃的烘箱中，使产物a中未包封的聚乙二醇全部流出，期间不断更换滤纸直至所更换的滤纸上无湿渍，最终
得到膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料。
26.进一步的，步骤(5)中，取三颈烧瓶，将搅拌棒从三颈烧瓶的其中一个连接口放入三颈烧瓶中，另一个连接口连接冷凝管，冷凝管中通冷凝水，然后分别称取3g膨胀石墨-聚乙二醇/pam定形相变材料、1g盐酸多巴胺，量取300ml ph＝8.4的三羟甲基氨基甲烷-盐酸(tris-hcl)缓冲溶液，并将这三种物质加入到三颈烧瓶中，然后在室温条件下机械搅拌24h，搅拌速度为200-600r/min；搅拌结束后，将上述烧瓶中得到的混合物以5000rpm离心5min，然后弃去上层清液，得到下层沉淀物，用去离子水对沉淀物离心洗涤，再在室温条件下干燥24h得到聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。
27.步骤(1)中，丙烯酰胺作为聚合单体，n，n-亚甲基双丙烯酰胺起交联作用，吐温85作为水包油型乳化剂，聚乙烯吡咯烷酮作为助乳化剂；超声是为了使溶质完全溶解于去离子水中。
28.步骤(3)中，超声处理是为了将膨胀石墨均匀地分散在无水乙醇中。
29.步骤(4-1)中，油相滴加完毕后继续搅拌的目的是使所得的o/l乳液，即水包油乳液变得更加均匀稳定；加入膨胀石墨溶液后继续搅拌的目的是使膨胀石墨均匀地分散在乳液中。
30.步骤(4-2)中，将烧杯中乳液干燥使得丙烯酰胺聚合固化便可得到形状稳定的定形相变材料。
31.步骤(4-3)中，将产物a放入真空冷冻干燥机中冷冻的目的是将定形相变材料中的水分冻干。
32.步骤(5)中膨胀石墨-聚乙二醇/pam定形相变材料、盐酸多巴胺在tris-hcl缓冲溶液中氧化聚合；在上述氧化聚合过程中，溶液的粘性比较大，因此采用机械搅拌，而且控制搅拌速度为200-600r/min，速度太小则容易聚合粘到一起，速度太大则容易导致反应物飞溅。
33.步骤(5)中三颈烧瓶的其中一个连接口连接冷凝管，冷凝管中通冷凝水的作用是为了防止聚合过程中过热，影响聚合反应最终生成的产物。
34.本发明的目的还在于提供一种按照上述任意一种制备方法制得的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。
35.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
36.本发明利用聚丙烯酰胺对聚乙二醇进行包覆，聚丙烯酰胺内层作为保护壳为pcms内芯提供了紧密的封装和良好的保护，有效地防止了其熔融状态下的泄漏。再通过聚多巴胺和石墨的协同使得乳液型相变材料实现太阳能利用效率及热传导效果的双重提升，促进微胶囊系统的太阳能吸收和光热转换。具体是通过向乳液中添加膨胀石墨并利用盐酸多巴胺包覆，使最终得到的定形相变材料具有储热和吸光两种性能。膨胀石墨在增强定形相变材料的热稳定性及材料的强度的同时，能够减小定形相变材料的渗漏情况，同时可以显著提高定形相变材料的导热性能。通过聚多巴胺包覆提高定形相变材料的光热转换能力，与膨胀石墨协同形成乳液壳层的导热通路，使得定形相变材料具有优异的光吸收能力和光热储存性能。
37.(2)本发明制备成本低廉，易于作为储热流体推广使用。
附图说明
38.图1为本发明实施例聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料(pda@eg-peg/pam)制备方法的技术路线图；
39.图2为实施例2所制备的eg-peg/pam、pda@eg-peg/pam以及对比例1所制备的peg/pam的傅里叶红外光谱图；
40.图3为实施例2所制备的eg-peg/pam以及pda@eg-peg/pam的xrd图；
41.图4为实施例2所制备的pda@eg-peg/pam的热稳定性图，其中图(a)为1次循环及100次循环后的吸热焓图，图(b)为1次循环及100次循环后的放热焓图；
42.图5为聚乙二醇和实施例2所制备的pda@eg-peg/pam在不同太阳光照时长下的热红外成像图，其中每幅图中位于上方的是peg，位于下方的是pda@eg-peg/pam。
具体实施方式
43.为了更好地理解本发明的内容，下面将结合具体实施例和附图来进一步阐述本发明。以下实施例以本发明的技术为基础实施，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
44.实施例1：
45.(1)制备水相
46.用电子天平分别称取0.4g n，n-亚甲基双丙烯酰胺，1.6g丙烯酰胺，0.1g聚乙烯吡咯烷酮和0.3g吐温85，然后将上述四种物质转移到100ml烧杯中，再用量筒量取5ml去离子水倒入该烧杯中，最后将该烧杯放入超声波清洗仪中超声溶解30min，使其中的溶质完全溶解于去离子水中，将该烧杯中超声溶解后的水溶液作为水相，备用。
47.(2)制备油相
48.称取5g分子量为2000的聚乙二醇，将其倒入100ml烧杯中，再将该烧杯放入65℃的鼓风恒温干燥箱中加热从而使聚乙二醇熔融，将熔融的聚乙二醇作为油相，备用。
49.(3)制备膨胀石墨溶液
50.将一定量的膨胀石墨(eg)用研钵研磨均匀，按步骤(2)中聚乙二醇用量的1％称取研磨均匀的膨胀石墨并将其加入到10ml无水乙醇中，之后在60℃条件下超声处理30min，得到膨胀石墨溶液，备用。
51.(4)制备膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料
52.(4-1)将步骤(1)中盛放水相的烧杯放入转子并置于水浴恒温振荡器中，设置搅拌转速为1500r/min、温度为65℃，将步骤(2)得到的油相，即熔融的聚乙二醇用胶头滴管逐滴加入到上述正在搅拌的水相中，滴加完毕后，得到水包油乳液，记为o/l乳液，用保鲜膜包封烧杯口并继续搅拌30min，之后在搅拌的同时用胶头滴管逐滴加入步骤(3)得到的膨胀石墨溶液，滴加结束后保持转速不变，设置温度为65℃，继续搅拌30min，使膨胀石墨均匀地分散在o/l乳液中，最终得到膨胀石墨-聚乙二醇/乳液，记为eg-peg/乳液。
53.(4-2)向eg-peg/乳液中加入0.03g过硫酸铵，搅拌均匀，之后将该乳液迅速倒入50ml烧杯中，再向其中滴加3滴n，n，n，n-四甲基乙二胺，迅速搅拌均匀后，将该烧杯用保鲜膜封口后放入50℃的鼓风恒温干燥箱中干燥10min，从而使丙烯酰胺聚合固化后得到形状稳定的定形相变材料。
54.(4-3)干燥结束后，得到产物a，将产物a取出并转移到培养皿上，将培养皿放入真空冷冻干燥机中冷冻12h，冷冻结束后，将产物a置于滤纸上并放入65℃的烘箱中，使产物a中未包封的聚乙二醇全部流出，期间不断更换滤纸直至所更换的滤纸上无湿渍，最终得到膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料，记为eg-peg/pam定形相变材料。
55.(5)制备聚多巴胺包覆膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料
56.取三颈烧瓶，将搅拌棒从三颈烧瓶的其中一个连接口放入三颈烧瓶中，另一个连接口连接冷凝管，冷凝管中通冷凝水，然后分别称取3g步骤(4)得到的eg-peg/pam定形相变材料、1g盐酸多巴胺、量取300ml ph＝8.4的tris-hcl缓冲溶液，并将这三种物质加入到三颈烧瓶中，然后在室温条件下机械搅拌24h，搅拌速度为500r/min；搅拌结束后，将上述三颈烧瓶中得到的混合物在台式高速离心机中以5000rpm离心5min，弃去上层清液，得到下层沉淀物，用去离子水对沉淀物离心洗涤，再在室温条件下干燥24h得到聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料，记为pda@eg-peg/pam，该材料为灰黑色粉末。
57.实施例2：
58.按照实施例1的制备工艺，步骤(3)中按步骤(2)中聚乙二醇用量的3％称取研磨均匀的膨胀石墨，其他同实施例1。
59.实施例3：
60.按照实施例1的制备工艺，步骤(3)中按步骤(2)中聚乙二醇用量的5％称取研磨均匀的膨胀石墨，其他同实施例1。
61.实施例4：
62.按照实施例1的制备工艺，步骤(3)中按步骤(2)中聚乙二醇用量的7％称取研磨均匀的膨胀石墨，其他同实施例1。
63.对比例1：
64.(1)制备水相
65.用电子天平分别称取0.4g n，n-亚甲基双丙烯酰胺，1.6g丙烯酰胺，0.1g聚乙烯吡咯烷酮和0.3g吐温85，然后将上述四种物质转移到100ml烧杯中，再用量筒量取5ml去离子水倒入该烧杯中，最后将该烧杯放入超声波清洗仪中超声溶解30min，一直到其中的溶质完全溶解于去离子水中停止超声，将该烧杯中超声溶解后的水溶液作为水相，备用。
66.(2)制备油相
67.称取5g分子量为2000的聚乙二醇，将其倒入100ml烧杯中，再将该烧杯放入65℃的鼓风恒温干燥箱中加热从而使聚乙二醇熔融，将熔融的聚乙二醇作为油相，备用。
68.(3)制备聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料
69.将步骤(1)中盛放水相的烧杯放入转子并置于水浴恒温振荡器中，设置搅拌转速为1500r/min、温度为65℃，将步骤(2)得到的油相，即熔融的聚乙二醇用胶头滴管逐滴加入到上述正在搅拌的水相中，滴加完毕后，得到水包油乳液，记为o/l乳液，用保鲜膜包封烧杯口并继续搅拌1h。向o/l乳液中加入0.03g过硫酸铵，搅拌均匀，之后将该乳液迅速倒入50ml烧杯中，再向其中滴加3滴n，n，n，n-四甲基乙二胺，迅速搅拌均匀后，将该烧杯用保鲜膜封口后放入50℃的鼓风恒温干燥箱中干燥10min，从而使丙烯酰胺聚合固化后得到形状稳定的定形相变材料。干燥结束后，得到产物a，将产物a取出并转移到培养皿上，将培养皿放入
真空冷冻干燥机中冷冻12h，目的是将产物a中的水分冻干，冷冻结束后，将产物a置于滤纸上并放入65℃的烘箱中，使产物a中多余的聚乙二醇全部流出，期间不断更换滤纸直至所更换的滤纸上无湿渍，最终得到形态稳定的聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料，记为peg/pam定形相变材料。
70.对比例1与实施例1所用制备方法相同，区别在于制备过程中没有添加膨胀石墨以及后续没有采用聚多巴胺进行包覆。
71.图1为本发明实施例聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料(pda@eg-peg/pam)制备方法的技术路线图。
72.其中，pam聚合反应的化学反应方程式如下：
[0073][0074]
pda聚合反应的化学反应方程式如下：
[0075][0076]
图2为实施例2所制备的eg-peg/pam、pda@eg-peg/pam以及对比例1所制备的peg/pam的傅里叶红外光谱图，从图2可知添加了石墨的eg-peg/pam复合材料的o-h、c-h等官能团均未发生改变，说明石墨的添加未改变聚合乳液的结构；eg-peg/pam进一步被pda包覆后，pda@eg-peg/pam出现了n＝n官能图，说明pda已成功包覆。
[0077]
图3为实施例2所制备的eg-peg/pam以及pda@eg-peg/pam的xrd图，其中2θ＝19.4和2θ＝23.6处衍射峰为peg晶体峰，由于pam、pda均为非晶性质，说明实施例2所制备的eg-peg/pam以及pda@eg-peg/pam中均包覆了大量的peg。
[0078]
图4为实施例2所制备的pda@eg-peg/pam的热稳定性图，其中图(a)为pda@eg-peg/pam循环1次及100次后的吸热图，图(b)为pda@eg-peg/pam循环1次及100次的放热图；其中将待测材料从室温加热到70℃，再从70℃冷却到室温，该过程记为循环1次，采用dsc分析仪分别测试循环1次及循环100次后，材料的吸热焓和放热焓值；从图4可知pda@eg-peg/pam复
合定形相变材料的热稳定性良好，循环100次后，吸热焓和放热焓只降低了5.1％及9.8％，说明该材料具备长期应用的能力。
[0079]
将聚乙二醇和实施例2所制备的pda@eg-peg/pam分别压成直径为0.8cm、高为0.4cm的小圆片，放置在同一个培养皿上，然后将该培养皿暴露在辐照强度为300mw/cm2的模拟太阳光下，利用红外热成像仪记录这两种材料的温度变化，每过60s记录一次样品的亮度变化。
[0080]
图5为聚乙二醇和实施例2所制备的pda@eg-peg/pam在不同太阳光照时长下的热红外成像实物图，其中每幅图中位于上方的是peg，位于下方的是pda@eg-peg/pam，图5中图(1)为初始得到的热红外成像实物图，图(1)～(8)依次为两两间隔60s的热红外成像实物图，从图5可知随着时间的延长，peg的温度增加缓慢，而pda@eg-peg/pam有明显的光亮变化，是因为有pda的吸光作用和eg的强热传导能力，使得该复合材料整体升温速度较快，能够实现热量的快速传导和储存。
[0081]
表1为本发明实施例1～4制备的eg-peg/pam及对比例1制备的peg/pam的乳液包封率(e
en
)数据，其中δh
m,pcm
为对比例1的peg/pam及不同实施例下eg-peg/pam的吸热焓；δh
m,peg
为peg的吸热焓。
[0082][0083]
表1乳液包封率
[0084] e
en
(％)peg/pam(对比例1)61.23％eg-peg/pam(实施例1)71.01％eg-peg/pam(实施例2)71.64％eg-peg/pam(实施例3)57.22％eg-peg/pam(实施例4)48.50％
[0085]
从表1可以看出，实施例1、2的包封率比对比例1的包封率大，说明添加少量eg形成的孔隙能够在聚丙烯酰胺壳层形成毛细管作用力，相比于纯pam外壳能够包封更多的peg；随着膨胀石墨添加量的增加，eg-peg/pam的包封率先增加后减小，这是因为膨胀石墨多为大孔结构，比例增加会造成壳层部分通孔，致使孔道内的peg流失。
[0086]
表2为peg、本发明实施例1～4及对比例1所制备的不同组成复合材料的吸热焓、放热焓数据。
[0087]
表2不同组成复合材料的吸、放热焓
[0088] 吸热焓(j/g)放热焓(j/g)peg209.8207.36peg/pam(对比例1)128.47129.85eg-peg/pam(实施例1)148.99110.94eg-peg/pam(实施例2)150.32141.52eg-peg/pam(实施例3)120.06113.94eg-peg/pam(实施例4)101.7797.768
pda@eg-peg/pam(实施例2)153.69148.14
[0089]
由表2可知，在膨胀石墨和聚多巴胺的协同作用下，材料的储热能力显著提升，其中实施例2添加3％的膨胀石墨及聚多巴胺包覆的乳液体系，吸热焓达到153.69j/g，比peg/pam的吸热焓提高了19.6％，同时其放热焓达到148.14j/g，比peg/pam的放热焓提高了14.1％，这是因为提高了载体的传热速率，有利于热流的快速传递，而使得焓值得以提高。
[0090]
以上所述仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：(1)制备水相分别称取一定质量的n，n-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮和吐温85，然后将上述四种物质转移到烧杯中，之后将一定体积的去离子水倒入该烧杯中，再将该烧杯超声，超声结束后，将烧杯中的水溶液作为水相，备用；(2)制备油相称取一定质量的聚乙二醇，将其倒入烧杯中，再将烧杯加热使聚乙二醇熔融，将熔融的聚乙二醇作为油相，备用；(3)制备膨胀石墨溶液；(4)制备膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料；(5)制备聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。2.如权利要求1所述的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，将一定量的膨胀石墨研磨均匀，按步骤(2)中聚乙二醇用量的1％～5％称取研磨均匀的膨胀石墨并将其加入到无水乙醇中，之后在60℃条件下超声处理，超声结束后得到膨胀石墨溶液。3.如权利要求1所述的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，(4-1)将步骤(1)中盛放水相的烧杯放入转子并置于水浴恒温振荡器中，设置水浴温度、搅拌速度，将步骤(2)得到的油相加入到正在搅拌的水相中，滴加完毕后得到o/l乳液，继续搅拌，然后加入步骤(3)得到的膨胀石墨溶液，之后继续搅拌，得到膨胀石墨-聚乙二醇/乳液；(4-2)向膨胀石墨-聚乙二醇/乳液中加入过硫酸铵，搅拌均匀，之后将该乳液迅速倒入烧杯中，再向其中滴加n，n，n，n-四甲基乙二胺，迅速搅拌均匀后，将该烧杯封口后放入鼓风恒温干燥箱中干燥，从而使丙烯酰胺聚合固化；(4-3)干燥结束后，得到产物a，将产物a取出并放入真空冷冻干燥机中冷冻，冷冻结束后，将产物a置于滤纸上并放入烘箱中，使产物a中未包封的聚乙二醇全部流出，得到膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料。4.如权利要求1所述的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，分别称取一定质量的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料、盐酸多巴胺，量取一定体积的tris-hcl缓冲溶液，并将这三种物质加入到烧瓶中，然后在室温条件下机械搅拌；搅拌结束后，将上述烧瓶中得到的混合物离心后弃去上层清液，得到下层沉淀物，用去离子水对沉淀物离心洗涤，再在室温条件下干燥后得到聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。5.如权利要求1所述的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，分别称取0.4g n，n-亚甲基双丙烯酰胺，1.6g丙烯酰胺，0.1g聚乙烯吡咯烷酮和0.3g吐温85，然后将上述四种物质转移到烧杯中，再量取5ml去离子水倒入该烧杯中，最后将该烧杯超声30min，超声结束后，将该烧杯中的水溶液作为水相，备用。
6.如权利要求1所述的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，称取5g分子量为2000的聚乙二醇，将其倒入烧杯中，再将该烧杯放入65℃的鼓风恒温干燥箱中加热，将加热后熔融的聚乙二醇作为油相，备用。7.如权利要求2所述的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，无水乙醇的体积为10ml，超声处理时间为30min。8.如权利要求3所述的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，(4-1)将步骤(1)中盛放水相的烧杯放入转子并置于水浴恒温振荡器中，设置水浴温度为65℃、搅拌转速为1500r/min，将步骤(2)得到的油相逐滴加入到正在搅拌的水相中，滴加完毕后得到o/l乳液，用保鲜膜包封烧杯口并继续搅拌30min，之后在搅拌的同时逐滴加入步骤(3)得到的膨胀石墨溶液，滴加结束后保持转速不变，设置温度为65℃，继续搅拌30min，最终得到膨胀石墨-聚乙二醇/乳液；(4-2)向膨胀石墨-聚乙二醇/乳液中加入0.03g过硫酸铵，搅拌均匀，之后将该乳液迅速倒入烧杯中，再向其中滴加3滴n，n，n，n-四甲基乙二胺，迅速搅拌均匀后，将该烧杯封口后放入50℃的鼓风恒温干燥箱中干燥10min，从而使丙烯酰胺聚合固化；(4-3)干燥结束后，得到产物a，将产物a取出并放入并转移到培养皿上，将培养皿放入真空冷冻干燥机中冷冻12h，冷冻结束后，将产物a置于滤纸上并放入65℃的烘箱中，使产物a中未包封的聚乙二醇全部流出，期间不断更换滤纸直至所更换的滤纸上无湿渍，最终得到膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料。9.如权利要求4所述的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，取三颈烧瓶，将搅拌棒从三颈烧瓶的其中一个连接口放入三颈烧瓶中，另一个连接口连接冷凝管，冷凝管中通冷凝水，然后分别称取3g膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料、1g盐酸多巴胺，量取300ml ph＝8.4的tris-hcl缓冲溶液，并将这三种物质加入到三颈烧瓶中，然后在室温条件下机械搅拌24h，搅拌速度为200-600r/min；搅拌结束后，将上述烧瓶中得到的混合物以5000rpm离心5min，然后弃去上层清液，得到下层沉淀物，用去离子水对沉淀物离心洗涤，再在室温条件下干燥24h得到聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。10.如权利要求1～9任一项所述制备方法制得的聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。

技术总结
本发明涉及一种聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料及其制备方法，先分别制备包含丙烯酰胺的水相、熔融的聚乙二醇作为油相、膨胀石墨溶液，再使用这些原料制备膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺定形相变材料，之后在包含盐酸多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液中，盐酸多巴胺在PAM外壳原位氧化聚合沉积聚多巴胺层，得到聚多巴胺包覆的膨胀石墨-聚乙二醇/聚丙烯酰胺乳液型定形相变材料。本发明利用聚丙烯酰胺对聚乙二醇进行包覆，形成稳定的乳液型相变材料，再通过聚多巴胺和膨胀石墨的协同使得乳液型相变材料实现太阳能利用效率及热传导效果的双重提升，使得到的定形相变材料具有储热和吸光性能。到的定形相变材料具有储热和吸光性能。到的定形相变材料具有储热和吸光性能。


技术研发人员：吕喜风 李旭 梁鹏举 陈俊毅 戴勋
受保护的技术使用者：塔里木大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/12