[发明专利]一种纳米铜/石蜡温敏复合材料的制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种温敏复合材料，特别涉及一种新型热驱动功能纳米温敏复合材料，即纳米铜/石蜡温敏复合材料的制备方法。

（二）背景技术

铜/石蜡功能复合材料兼具金属的导热性和聚合物的热膨胀性，且有无定形特点，可作为温敏材料、膨胀材料等用以制造驱动、传动和控制元件，在工程中有很大的应用前景。目前，铜/石蜡功能复合材料一般采用将铜粉加入到热蜡液中进行机械混合的方式，来制备此类温敏复合材料。专利2008100593302公开了一种感温蜡混合物的配制，但是由机械混合制备的此类铜/石蜡温敏复合材料受热时，石蜡发生固-液相变产生热膨胀性，在微米级铜粉和热蜡液悬殊比重差异等因素的影响下，温敏复合材料容易发生分层现象，破环温敏复合材料的导热网链，导致材料导热性能的降低。

也有文献（Wu Shuying,Zhu Dongsheng,Zhang Xiurong,Huang Jin.Preparation and Melting/Freezing Characteristics of Cu/Paraffin Nanofluid as Phase-Change Material(PCM)[J].Energy Fuels,2010,24:1894-1898.）报道，采用两步法将纳米铜粉直接加入到热蜡液中，制备出此类温敏复合材料，但纳米铜粉容易氧化，收集和保存非常困难。此外，铜粉的大小、形状等也将直接影响温敏复合材料的导热性能。

本发明巧妙的选择热蜡液作为油浴介质，在氮气保护下直接热分解Cu(HCOO)₂配合物，单步制备纳米Cu均匀分散于石蜡基体的温敏复合材料。省去了纳米铜粉的收集和存放环节；同时，利用分散稳定剂的静电位阻稳定效应和空间位阻效应使纳米铜粉分散于石蜡基体中，利用纳米铜粉在热蜡液中的布朗运动改善因悬殊比重差异而引起的粒子沉淀；纳米铜粉的微运动又增强粒子与石蜡基体间的能量传递过程，增大温敏复合材料的导热系数，提高温敏复合材料的导热性能。

(三）发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种新的纳米温敏复合材料的制备方法，特别是选择有机配体（优选正辛胺）与四水甲酸铜构成甲酸铜配合物，将上述配合物作为前驱体与石蜡及分散稳定剂（优选油酸）均匀混合，在氮气保护下直接热分解单步制备纳米铜/石蜡温敏复合材料，省去了纳米铜粉的收集和存放环节；同时，利用分散稳定剂的静电位阻稳定效应和空间位阻效应使纳米铜粉分散于石蜡基体中，利用纳米铜在热蜡液中的布朗运动改善因悬殊比重差异而引起的粒子沉淀；纳米铜粉的微运动又增强粒子与石蜡基体间的能量传递过程，增大温敏复合材料的导热系数，提高温敏复合材料的导热性能。

本发明采用的技术方案是：

一种纳米铜/石蜡温敏复合材料的制备方法，所述方法按如下步骤进行：（1）将有机配体与四水甲酸铜混合，在35~45℃、100~200转/分的条件下于搅拌机中搅拌1~2小时，获得甲酸铜配合物；所述有机配体为能与甲酸铜形成配位化合物的有机胺、有机磷或有机醇；所述四水甲酸铜的质量占有机配体与四水甲酸铜总投料质量的15~65%；（2）将步骤（1）获得的甲酸铜配合物与石蜡及分散稳定剂混合制成混合物，加热温度为57~85℃（优选75℃）（即石蜡熔点+5~15℃），在100~200转/分的搅拌速度下连续搅拌5~10小时，获得反应混合物；所述分散稳定剂为油酸或十二烷基苯磺酸钠；所述混合物中分散稳定剂、甲酸铜配合物及石蜡的质量终浓度分别为5~10%、15~45%和50~80%；（3）将步骤（2）的反应混合物在氮气保护下，加热至140~180℃，20~100转/分的搅拌速度下搅拌10~30分钟，获得所述纳米铜/石蜡温敏复合材料。

进一步，步骤（1）所述有机配体优选为下列之一：正辛胺、三苯基磷或正辛醇，最优选正辛胺。

进一步，步骤（2）所述分散稳定剂优选为油酸。

再进一步，步骤（2）所述混合物中分散稳定剂、甲酸铜配合物及石蜡的质量终浓度分别优选为8~10%、20~40%和55~75%。