CN101117572A - 以凝胶为载体的复合相变蓄热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以凝胶为载体的复合相变蓄热材料、制备方法及应用。本发明的材料是由将占总质量60％－80％的相变蓄热材料复合到占总质量20％－40％的高分子凝胶载体中形成。该材料具有热塑性和较好的热稳定性，与同类高分子蓄热材料相比具有更高的相变焓。可用于建筑物的温控与节能，也可用于日用品的保温与节能领域，具有广阔的应用前景。

Description

以凝胶为载体的复合相变蓄热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及相变储能材料领域，具体涉及到以高分子凝胶为载体的复合相变蓄热材料。

背景技术

相变材料是目前广泛应用的储能材料，随着能源危机的到来，其在实际生活中的应用将更加广泛。按照相变方式的不同，相变材料可分为固-液相变材料和固-固相变材料。固-液相变材料是目前国内外最常用的，由于它在相变过程中有液相生成，因此必须用容器进行封装才能使用，否则会有液相泄漏导致污染环境的危险。同时，固-液相变材液料一般还存在过冷、相分离、储能性能衰退和封装容器价格高等缺点。常见的固-固相变材料有多元醇类和高分子类，其中多元醇类储能材料被加热到固-固相变温度以上，由晶态固体变成塑性晶体时，因后者有很大的蒸气压，易挥发损失，以致使用时仍需用容器密封，同样难以广泛应用。高分子类固-固相变材料具有贮热容量大、易加工成型等优点，因此成为相变储能材料中最有发展前途的领域。

高分子接枝交联类固-固相变材料性能稳定，一般可直接成型而不必用容器封装，但这类相变材料的相变焓一般不高。PEG(聚乙二醇)相变材料链结构简单，较易结晶，并可以通过调节相对分子质量来调节相变温度，起到提高焓值的作用，故具有较宽的应用范围，但PEG本身却是一种固-液相变材料，虽经各种处理后可将其转变为固-固相变材料，却仍有许多不足之处，中国专利CN1710012A应用聚乙二醇形成的共混物不具有热塑性，吸附在纤维表面的聚乙二醇量较少，影响储热故恒温时间短。此外，它的制备工艺复杂，使用的溶剂体系价格高且难以回收，致使该材料的成本相对较高。

因此，如何让相变材料与高分子材料网络骨架更好的复合，增加相变材料的稳定性、提高相变材料的焓值成为目前亟待解决的难题。

发明内容

本发明目的是针对现有固液相变蓄热材料在发生相变过程中由固体变成液体体积变化大、盛装困难的缺点，提供一种可以有效地防止相变蓄热材料液体泄漏的复合相变蓄热材料。

该材料由占总质量60～80％相变蓄热材料和占总质量20～40％的可溶胀的高分子凝胶载体组成；所述相变蓄热材料选自无机相变材料或有机相变材料或它们的混合物，所述的高分子凝胶载体选自丙烯酰胺类、丙烯酸类、丙烯酸酯类的均聚物或共聚物。

所述的无机相变材料选自十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠一种或几种，有机相变材料选自脂肪酸、石蜡及结晶型聚烯烃类中的一种或几种，或以上各成分的几种的混合。

根据不同的蓄热温度需要可以选择不同蓄热材料。

本发明的材料的制备过程为：

1)先通过聚合反应制备高分子凝胶载体，然后与所述相变蓄热材料通过自由基聚合法复合；

2)在相变蓄热材料存在的介质中加入制备凝胶载体所用单体、交联剂、引发剂等通过原位聚合的方式直接制备复合蓄热材料。

本发明的技术方案具备以下优点：

1)由于本发明的相变材料与高分子材料网络骨架能够很好地复合，因此可以增加相变材料的稳定性。本发明的复合相变蓄热材料具有热塑性，可以进行热加工，如可以进行热挤出和热压膜成型，易于和导热物质进行复合；

2)与同类的高分子蓄热材料相比，本发明的复合相变蓄热材料具有较高的相变焓，蓄热效果更佳，可用于建筑材料或建筑物的温控与节能、日用品的保温与节能等领域。

本发明的复合相变蓄热材料制备工艺简单，成本相对较低。

具体实施方式

实施例1

取N-异丙基丙烯酰胺1g、N，N-亚甲基双丙烯酰0.1g，过氧化苯甲酰0.06g，溶解在7ml的1，4-二氧六环中。溶解完全后，加入2.1g的棕榈酸和1.4g的月桂酸，在30℃水浴中搅拌至完全溶解。然后放在氮气保护下70℃的水浴中反应2小时。待反应完全后，将合成的样品取出，放在真空干燥箱中干燥一星期，控制温度在50-60℃，待样品质量恒重时取出即为所述相变材料。

该材料在常温下呈淡黄色的固体，具有热塑性，相变后仍能保持足够强度和韧性。其相变温度为52℃，相变焓为105J/g，材料在150℃的失重率为1.03％。

实施例2

取N-异丙基丙烯酰胺0.95g、丙烯酰胺0.5g、N，N-亚甲基双丙烯酰0.1g、过氧化苯甲酰0.06g，溶解在7ml的1，4-二氧六环中。溶解完全后，加入2.1g的棕榈酸和1.4g的月桂酸，在30℃水浴中搅拌至完全溶解。然后放在70℃的水浴中反应。待反应进行1小时溶液开始底部开始反应并凝胶化，而上部仍然是透明液体时，加入1g十二水磷酸氢二钠，在磁力的水浴中搅拌30min，待整个反应物混合均匀，停止搅拌，继续反应1小时。

待反应完全后，放在真空干燥箱中干燥一星期，控制温度在50-60℃，后放在30℃真空干燥箱干燥一星期，取出所述相变材料。

该材料在常温下为白色坚硬固体，具有热塑性，在高于相变温度时仍保持原来的形状且不发生泄漏，其相变温度为50℃和62℃，相变焓为162J/g，材料在150℃的失重率为1.13％。

实施例3

取N-异丙基丙烯酰胺1g、N，N-亚甲基双丙烯酰0.1g，过氧化苯甲酰0.06g，溶解在7ml的1，4-二氧六环中。溶解完全后，加入1.2g的棕榈酸和0.8g的月桂酸，在30℃水浴中搅拌至完全溶解。然后放在70℃的水浴中反应2小时。待反应完全后，将合成的样品取出，放在真空干燥箱中干燥一星期，控制温度在50-60℃，待样品质量恒重时取出。

该材料具有热性，在相变前后没有泄漏现象，相变温度为37℃，相变焓为88J/g，材料在150℃的失重率为1.43％。

实施例4

取N-异丙基丙烯酰胺1g、N，N-亚甲基双丙烯酰0.1g，过氧化苯甲酰0.06g，溶解在7ml的1，4-二氧六环中。溶解完全后，加入3.5克石蜡，在30℃水浴中搅拌至完全溶解。然后放在氮气保护下70℃的水浴中反应2小时。待反应完全后，将合成的样品取出，放在真空干燥箱中干燥一星期，控制温度在50-60℃，待样品质量恒重时取出即为所述相变材料。

实施例5

取N-异丙基丙烯酰胺0.95g、丙烯酰胺0.5g、N，N-亚甲基双丙烯酰0.1g、过氧化苯甲酰0.06g，溶解在7ml的1，4-二氧六环中。溶解完全后，加入2.1g的棕榈酸和1.4g的月桂酸，在30℃水浴中搅拌至完全溶解。然后放在氮气保护下70℃的水浴中反应2小时。待反应完全后，将合成的样品取出，放在真空干燥箱中干燥一星期，控制温度在50-60℃，待样品质量恒重时取出即为所述相变材料。

实施例6：

取丙烯酸4ml、N，N-亚甲基双丙烯酰0.12g、过硫酸钾0.1g、亚硫酸氢钠0.1g溶解于20ml的水中，然后向溶液中加入十水硫酸钠2g，待完全溶解后在500W的红外灯下反应20min形成凝胶后，置于30-40℃真空干燥箱中干燥两星期左右，待样品恒重时取出即为所述相变材料。

实施例7：

取丙烯酸2ml、N，N-亚甲基双丙烯酰0.06g、过硫酸钾0.05g、亚硫酸氢钠0.05g溶解于20ml的水中，待溶液完全溶解后，在500W的红外灯下反应20min后取出，在50℃的恒温真空干燥箱中干燥至恒重后取出，置于20％的磷酸氢二钠溶液中溶胀至平衡，然后再置于30℃的真空干燥箱中干燥至恒重，取出所述相变材。

Claims (4)

1.一种以凝胶为载体的复合相变蓄热材料，其特征在于，该材料由占总质量60～80％相变蓄热材料和占总质量20～40％的可溶胀的高分子凝胶载体组成；所述相变蓄热材料选自无机相变材料或有机相变材料或它们的混合物，所述的高分子凝胶载体选自丙烯酰胺类、丙烯酸类、丙烯酸酯类的均聚物或共聚物。

2.根据权利要求1所述的一种以凝胶为载体的复合相变蓄热材料，其特征在于，无机相变材料选自十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠一种或几种，有机相变材料选自脂肪酸、石蜡及结晶型聚烯烃类中的一种或几种。

3.权利要求1所述的一种以凝胶为载体的复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，加入反应单体、交联剂、引发剂通过自由基聚合反应先制取凝胶载体，然后将凝胶与所述相变蓄热材料通过机械混合或溶液吸附的方式复合。

4.权利要求1所述的一种以凝胶为载体的复合相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，在所述相变蓄热材料存在的溶液中加入凝胶载体制备所用的单体、交联剂、引发剂通过原位聚合的方式直接制备复合相变蓄热材料。