一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫的制备方法与流程

1.本发明涉及一种聚苯乙烯泡沫的制备方法，更具体的说，是关于一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫材料的制备方法。


背景技术：

2.近年来，以聚苯乙烯泡沫板、聚乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫隔热板制备的轻质墙体材料因其优良的隔热性能在建筑领域中的应用越来越广泛。但由于它们低的储热能力导致室内温度波动加剧，舒适度降低。同时，它们无法较高效率的利用太阳能，因而限制了它们的进一步发展。相变材料在环境温度变化时，发生相态转变从而具有吸收、储存和释放热量(相变热)的功能，因而结合了相变材料的隔热保温板在太阳能利用、废热回收、智能建筑等领域有广泛的应用前景。
3.制备相变储能保温泡沫材料的方法主要有浸渍法、微胶囊法、混合发泡法三种，最初的研究主要为浸渍法，但是所得到的产品孔隙度极低，严重影响了隔热效果。微胶囊法尽管获得了高的孔隙度，但是壳部分占用大量的体积却不能提供热焓。而通过树脂基体与相变储能材料直接混合并发泡的混合发泡法因有望同时获得高相变焓以及高比例孔隙度而受到越来越多的关注。
4.目前，混合发泡法在制备相变储能泡沫材料的过程中一般会用到有机溶剂或者化学发泡剂，这导致环境污染。另外，合成过程的复杂性会导致高的生产成本。


技术实现要素：

5.针对以上问题，本发明提供了一种相变储能保温泡沫材料的制备方法，用以解决现有技术中生产过程复杂且环境污染的问题。
6.本发明提供了一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫的制备方法，所述方法包括：
7.将单体(苯乙烯(st)、二乙烯基苯(dvb))、乳化剂、石蜡和石蜡乳化剂混合制成油相，其中，温度控制在石蜡熔点与引发剂分解温度之间；
8.去离子水构成水相；
9.再将引发剂按溶解性溶于油相或水相中；
10.将水相逐滴加入油相中，搅拌，形成油包水型乳液；
11.以所述乳液为模板，在引发剂分解温度之上引发其中的单体聚合后将水除去得到相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫。
12.作为本发明的一个实施方案，所述乳化剂为司盘80(span80),司盘60(span60)，聚醚pluronic f127和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(p123)中的一种或几种。
13.作为本发明的一个实施方案，所述引发剂为过硫酸钾(kps)，过氧化苯甲酰(bpo)和偶氮二异丁腈(aibn)中的一种或几种。
14.作为本发明的一个实施方案，温度控制在石蜡熔点与引发剂分解温度之间包括：40-55℃；更包括40-45℃、45-50℃、50-55℃等。
15.作为本发明的一个实施方案，在引发剂分解温度之上的聚合温度包括：65-75℃；更包括65-66℃、66-68℃、68-70℃、70-72℃、71-73℃、73-75℃等。
16.作为本发明的一个实施方案，所述的苯乙烯添加量占单体总质量的20％～99％。
17.作为本发明的一个实施方案，所述的乳化剂添加量为单体总质量的20％～30％。
18.作为本发明的一个实施方案，所述的石蜡与石蜡乳化剂的质量比为4:0.8-1.5。石蜡乳化剂浓度过低会导致乳液无法形成，浓度过高会增加成本。
19.作为本发明的一个实施方案，所述石蜡乳化剂为市售的石蜡乳化剂，生产商包括但不限于临沂绿森(58号石蜡乳化剂)。石蜡乳化剂的作用是乳化石蜡/水体系，如不添加石蜡乳化剂，则无法形成含有石蜡的乳液体系；也无法实现本发明的目的。
20.作为本发明的一个实施方案，所述石蜡的添加量控制在油相总重量的40％以内，如果超出则会导致相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫的孔隙度明显降低，在石蜡熔点之上10℃并暴露120h后的石蜡泄露率明显增加。
21.作为本发明的一个实施方案，所述的去离子水占乳液体积分数的30％～90％。
22.作为本发明的一个实施方案，所述的引发剂为单体总质量的1％～10％。
23.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
24.本发明以乳液模板法一步合成相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫，合成过程简单，而且未使用有机溶剂以及化学发泡剂，这有益于节能环保。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1为实施例2所得的相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫扫描电镜图。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
28.本发明提供了一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫的制备方法，利用乳液模板法一步制备，通过自由基聚合得到相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫。
29.具体技术方案如下，包括以下步骤：
30.将苯乙烯、二乙烯基苯、乳化剂、石蜡和石蜡乳化剂混合制成油相，其中，温度控制在石蜡熔点与引发剂分解温度之间，苯乙烯和乳化剂分别为单体质量分数的20％～99％以及20％～30％，石蜡与石蜡乳化剂的质量比为4：0.8-1.5，石蜡添加量控制在油相总重量的40％以内。再将引发剂按溶解性溶于油相或水相中后，将水相逐滴加入油相中，搅拌，形成油包水型乳液。以该乳液为模板，在引发剂分解温度之上引发其中的单体聚合后将水除去得到相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫。其中，去离子水占乳液体积分数的30％～90％，引发剂为单体总质量的1％～10％。
31.原料乳化剂为司盘80(span80),司盘60(span60)，聚醚pluronic f127和聚氧乙
烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(p123)中的一种。
32.原料石蜡乳化剂为市售的石蜡乳化剂，生产商包括但不限于临沂绿森(58号石蜡乳化剂)。
33.原料引发剂为过硫酸钾(kps)，过氧化苯甲酰(bpo)和偶氮二异丁腈(aibn)中的一种。
34.实施例1
35.本实施例提供一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫制备方法，包括如下步骤：
36.首先将st、dvb、span80、石蜡(熔点21.5℃，潜热值121j/g)和石蜡乳化剂按质量分数5:7:3:4:1(石蜡占20wt％)在40℃条件下混合制成油相。然后将含kps(单体质量分数6wt％)的去离子水(总体系的78wt％)逐滴加入油相中。继续搅拌20分钟后，得到乳液。将乳液转移到模具中并在66℃下聚合并真空干燥得到相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫，其表示为epspw1，扫描电镜图如图1。所述的epspw1变相潜热值17j/g，孔隙度91.2％，在31.5℃下暴露120h的石蜡质量损失率为0.5％。
37.实施例2
38.本实施例提供一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫制备方法，包括如下步骤：
39.首先将st、dvb、span80、石蜡(熔点47.4℃，潜热值134j/g)和石蜡乳化剂按质量分数10：10：5：12：3(石蜡占30wt％)在55℃条件下混合制成油相。然后含kps(单体质量分数6wt％)的去离子水(总体系的78wt％)逐滴加入油相中。继续搅拌20分钟后，得到乳液。将乳液转移到模具中并在75℃下聚合并真空干燥得到相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫，其表示为epspw2。所述的epspw2变相潜热值32j/g，孔隙度85.1％，在57.4℃下暴露120h的石蜡质量损失率为1.1％。
40.实施例3
41.本实施例提供一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫制备方法，包括如下步骤：
42.首先将st、dvb、聚醚pluronic f127、石蜡(熔点46.2℃，潜热值132j/g)和石蜡乳化剂按质量分数27：9：8：28：8(石蜡占35wt％)在55℃条件下混合制成油相。然后含kps(单体质量分数8wt％)的去离子水(总体系的60wt％)逐滴加入油相中。继续搅拌20分钟后，得到乳液。将乳液转移到模具中并在74℃下聚合并真空干燥得到相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫，其表示为epspw3。所述的epspw3变相潜热值39j/g，孔隙度83.5％，在56.2℃下暴露120h的石蜡质量损失率为1.7％。
43.对比例1
44.本对比例提供一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫制备方法，包括如下步骤：
45.首先将st、dvb、span80、石蜡(熔点21.5℃，潜热值121j/g)和石蜡乳化剂单体按质量分数5：7：3：14：1(石蜡占45wt％)在40℃条件下混合制成油相。然后含kps(单体质量分数6wt％)的去离子水(总体系的78wt％)逐滴加入油相中。继续搅拌20分钟后，得到乳液。将乳液转移到模具中并在66℃下聚合并真空干燥得到相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫，其表示为epspw4。所述的epspw4变相潜热值47j/g，孔隙度63.4％，在31.5℃下暴露120h的石蜡质量损失率为9.7％。
46.对比例2
47.本对比例提供一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫制备方法，包括如下步骤：
48.首先将st、dvb、span80、石蜡(熔点47.4℃，潜热值134j/g)和tween20、稳定剂硬脂酸胺质量分数10：10：4：12：4：1(石蜡约占30wt％)在55℃条件下混合制成油相。然后含kps(单体质量分数6wt％)的去离子水(总体系的78wt％)逐滴加入油相中。继续搅拌20分钟后，得到乳液。将乳液转移到模具中并在75℃下聚合并真空干燥得到相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫，其表示为epspw5。所述的epspw5变相潜热值31j/g，孔隙度83.2％，在57.4℃下暴露120h的石蜡质量损失率为2.1％。
49.对比例3
50.本对比例提供一种相变储能聚苯乙烯闭孔泡沫制备方法，包括如下步骤：
51.首先将st、dvb、span80、石蜡(熔点21.5℃，潜热值121j/g)按质量分数5:7:4:4(石蜡占20wt％)在40℃条件下混合制成油相。然后将含kps(单体质量分数6wt％)的去离子水(总体系的78wt％)逐滴加入油相中。继续搅拌20分钟后，得到乳液。将该乳液静置10分钟后，出现了明显的分层现象，即破乳。说明无石蜡乳化剂，将无法形成乳液。
52.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。