Page 97 - 《精细化工》2021年第4期

第 4 期 鄢冬茂，等: PEG/APS-SiO 2 /O-CNTs 导热增强相变材料的制备及性能 ·731·

18.25%的稀盐酸调节 pH 至 2 左右，25 ℃恒温水浴 比，由于羟基与羰基之间易形成分子内氢键，使
中搅拌 5 min，逐滴加入 20.0 g TEOS。60 ℃恒温水 得 O-CNTs 中羰基（—C==O）的伸缩振动峰向低
–1
浴反应 20 min，得到黏度较低的硅溶胶。将固体 波数移动。3200~3400 cm 的吸收峰表明存在羟基
PEG-6000 加入三口烧瓶中，加热熔化后，加入一定 （—OH）的伸缩振动。显然，经过强酸氧化后，
量的 O-CNTs，充分搅拌使混合均匀，将悬浮液倒入 多壁碳纳米管引入了许多含氧官能团，如—OH、
上述硅溶胶中，搅拌 20 min 使之充分混合。滴加 —C==O 等。
50 g/L 的 Na 2 CO 3 溶液调节 pH 至 7~8，渐渐形成均
匀的硅凝胶。将凝胶取出，45 ℃烘干，粉碎，得到
PEG/APS-SiO 2 /O-CNTs 复 合相变 材料 。对比 样
PEG/APS-SiO 2 的制法相同，只是不加 O-CNTs。PEG
和 O-CNTs 的用量和所得产物中 PEG 和 O-CNTs 的
质量分数见表 1。其中，PEG 和 O-CNTs 的质量分
数为其加入量除以产物质量。

表 1 PEG 和 O-CNTs 的用量
Table 1 Dosage of PEG and O-CNTs

投料量/g 产物质量 w(PEG)/ w(O-CNTs)/ 图 1 O-CNTs（a）和 CNTs（b）的 FTIR 谱图
% %
PEG O-CNTs /g Fig. 1 FTIR spectra of O-CNTs (a) and CNTs (b)

CM1 20 0.2 33.33 60.0 0.60
CNTs 和 O-CNTs 的 SEM 图见图 2。
CM2 45 0.2 57.03 78.9 0.35

CM3 55 0.2 67.07 82.0 0.30
PEG/AP
S-SiO 2 54 0 67.50 80.0 0

1.4 结构表征与性能测试
定形效果测试：将制得的定形相变储能材料粉
碎并用红外压片机压制成直径 1 cm 的薄片，放在显

微熔点仪的热台上加热，调节升温速度，采用数码 图 2 CNTs（a）和 O-CNTs（b）的 SEM 图
拍照技术在不同温度下拍照，测定材料的定形效果。 Fig. 2 SEM images of CNTs (a) and O-CNTs (b)

SEM 测试：用玛瑙研钵将样品研成粉末状，取少许
从图 2 可以看出，未处理的 CNTs（图 2a）呈
样品放在导电胶上，拍摄电镜照片。XRD 测试：扫
现团聚缠绕状态，由于 CNTs 具有较高的表面能及
描角度 20°~80°，铜靶 K α1 ，精度 0.01°。红外光谱
大曲率，导致其容易团聚，分散性较差。氧化后的
（FTIR）：KBr 压片。差示扫描量热分析（DSC）：
CNTs（图 2b）中能明显看到 CNTs 的缠绕程度有所
升/降温范围是 10~90 ℃，升降温速度均为 5 ℃/min，
减弱，部分 CNTs 长度减少，说明混酸氧化能够将
氮气氛围。导热系数测试：采用压片机趁热（80 ℃）
CNTs 截断。主要原因为 CNTs 的反应活性较低，但
将 5.0 g 样品压制成直径为 3 cm的片，冷却至 25 ℃，
是在管壁和顶端部位存在的碳五元环/七元环处于
在导热系数测定仪中测量其导热系数，测量 3 次取
亚稳态，环上的碳原子活性高容易被氧化，混酸氧
平均值。热红外成像测试：将材料放在加热板上加
化从这些部位开始，氧化到一定程度，端头就被切
热到熔点以上温度（80 ℃）后降温至 20 ℃，对整
断，在 CNTs 的侧壁及端口处接上含氧官能团。
个过程进行热红外成像仪拍照。
CNTs 和 O-CNTs 在乙醇和水中分散 10 和
60 min 后的情况见图 3。其中，C1、C2 分别表示
2 结果与讨论
CNTs（C1）和 O-CNTs（C2）分散在乙醇中；H1、
2.1 O-CNTs 的表征 H2 分别表示 CNTs（H1）和 O-CNTs（H2）分散在
CNTs 和 O-CNTs 的 FTIR 谱图见图 1。 水中。
–1
由图 1 可以看出，O-CNTs 除了在 1445 cm 左 从图 3 可以看出，与 CNTs 相比，O-CNTs 在水
–1
右有—C==C—的伸缩振动峰之外，1662 cm 左右的 中的分散性得到明显改善。一方面是因为在强酸作
吸收峰表明有羰基（—C==O）的伸缩振动存在，羧 用下，CNTs 被截断，使得 CNTs 的长径比减小，这
–1
酸中羰基的伸缩振动峰在 1760 cm 左右，与之相 也从 SEM 图中可看出；另一方面，O-CNTs 表面丰