CN106750036A - 一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料及其制备方法，包括按照重量份计的如下组份：木质素系高吸水树脂凝胶基材1‑8份、主储能剂87‑98份，成核剂1‑5份。本发明相变材料通过木质素磺酸镁接枝丙烯酸和丙烯酰胺制得了具有增稠效果的木质素系高吸水树脂凝胶基材，用于相变材料中，能改善相变材料的泄漏现象和相分离现象；所述相变材料原料来源广泛，成本低，无毒无味，安全可靠，稳定性好，易生物降解，可在冷链运输中推广使用；所述相变材料的可调温度范围为‑5℃～‑10℃，相变潜热为140～170J/g。
Description
技术领域
本发明涉及相变储能领域，是材料科学领域与能源科学领域的交叉领域，尤其涉及了一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料。
背景技术
近年来，随着人们环保意识的增加，能源的紧张和能源使用过程中环境污染的问题导致人们迫切开发使用新型能源，如太阳能、风能等间歇性清洁能源。并且，我国为了克服电力负荷峰谷差的严重现象，实施了电价政策以鼓励民众和工业使用低谷电力最终达到“移峰填谷”的目的。相变蓄冷材料作为能量的贮存体，能在电力负荷的低谷把能量储存起来，再在电力负荷的高峰缓慢地释放出能量等，在使用间歇性清洁能源和节能方面具有重要意义。
相变材料在固态(或液态)转化为液态(或固态、气态)的过程中会吸收或释放大量的潜热。这些释放的潜热能供用户使用，如蔬菜、水果、药品的冷链运输等，从而控制了运输过程中的温度环境以及产品的质量等。
相变材料作为能量的贮存体，能较好的解决能源紧张问题，所以相变材料被广泛用于各个行业中，但是目前的相变材料由于本身性能和使用不当易出现泄漏现象，且稳定性差，相变潜热小，普遍存在过冷和相分离现象。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料及其制备方法。
本发明提出一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：木质素系高吸水树脂凝胶基材1-8份、主储能剂87-98份，成核剂1-5份。
优选地，所述木质素系高吸水树脂凝胶基材为木质素磺酸镁原料、接枝单体、引发剂、交联剂、酸碱中和剂和沉析剂。
优选地，所述接枝单体为丙烯酸和丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述酸碱中和剂为氢氧化钠，所述沉析剂为无水乙醇。
优选地，所述主储能剂为质量浓度为5％～15％的氯化铵和氯化钾溶液中的一
种或两种。
优选地，所述成核剂为浮石粉、硅藻土、氟化钡中的一种或多种。
一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①准确称取一定质量的丙烯酸置于刻度试管放入冰水浴中，缓慢滴加9mol/L的氢氧化钠溶液将丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的浓度为1.5mol/L；
②向浓度为1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入浓度为1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，浓度为7.5×10-4mol/L的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，密度为2.5g/L的木质素磺酸镁溶液以及浓度为4.0×10-3mol/L的过硫酸钾溶液，反应10～15分钟；
其中，丙烯酸溶液、丙烯酰胺溶液、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液、木质素磺酸镁溶液和过硫酸钾溶液的体积比为2:2:1:3:2；
③将试管中的反应混合物转移至装有机械搅拌器、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，水浴控温，按55℃反应2.5小时，65℃反应2.5小时，75℃反应2.5小时进行反应；
④反应结束后，将所得淡黄色凝胶取出，切片，并用无水乙醇浸泡过夜；
⑤将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即凝胶基材保存待用；
⑥将步骤⑤制得的凝胶基材与主储能剂混合搅拌均匀后，加入成核剂，搅拌得到淡黄色的凝胶状相变材料。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
本发明相变材料通过木质素磺酸镁接枝丙烯酸和丙烯酰胺制得了具有增稠效果的木质素系高吸水树脂凝胶基材，用于相变材料中，能改善相变材料的泄漏现象和相分离现象；所述相变材料原料来源广泛，成本低，无毒无味，安全可靠，稳定性好，易生物降解，可在冷链运输中推广使用；所述相变材料的可调温度范围为-5℃～-10℃，相变潜热为140～170J/g。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
本发明提出的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：木质素系高吸水树脂凝胶基材1份、主储能剂87份，成核剂1份。
其中主储能剂为质量浓度为5％的氯化钾溶液，成核剂为氟化钡。
一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①准确称取1.08g的丙烯酸置于刻度试管放入冰水浴中，缓慢滴加9mol/L的氢氧化钠溶液10mL将丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的浓度为1.5mol/L；
②向10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL浓度为7.5×10-4mol/L的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，15mL密度为2.5g/L的木质素磺酸镁溶液以及10mL浓度为4.0×10-3mol/L的过硫酸钾溶液，反应10分钟；
③将试管中的反应混合物转移至装有机械搅拌器、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，水浴控温，按55℃反应2.5小时，65℃反应2.5小时，75℃反应2.5小时进行反应；
④反应结束后，将所得淡黄色凝胶取出，切片，并用无水乙醇浸泡过夜；
⑤将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即凝胶基材保存待用；
⑥将1份凝胶基材与87份质量浓度为5％的氯化钾溶液混合，搅拌均匀后，加入1份氟化钡，搅拌得到淡黄色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-5.7℃，相变潜热为169.8J/g。
实施例2
本发明提出的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：木质素系高吸水树脂凝胶基材4.5份、主储能剂92.5份，成核剂3份。
其中主储能剂为质量浓度为10％的氯化钾溶液，成核剂为浮石粉。
一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①准确称取1.08g的丙烯酸置于刻度试管放入冰水浴中，缓慢滴加9mol/L的氢氧化钠溶液10mL将丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的浓度为1.5mol/L；
②向10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL浓度为7.5×10-4mol/L的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，15mL密度为2.5g/L的木质素磺酸镁溶液以及10mL浓度为4.0×10-3mol/L的过硫酸钾溶液，反应12分钟；
③将试管中的反应混合物转移至装有机械搅拌器、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，水浴控温，按55℃反应2.5小时，65℃反应2.5小时，75℃反应2.5小时进行反应；
④反应结束后，将所得淡黄色凝胶取出，切片，并用无水乙醇浸泡过夜；
⑤将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即凝胶基材保存待用；
⑥将4.5份凝胶基材与92.5份质量浓度为10％的氯化钾溶液混合，搅拌均匀后，加入3份浮石粉，搅拌得到淡黄色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-8.9℃，相变潜热为165.9J/g。
实施例3
本发明提出的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：木质素系高吸水树脂凝胶基材8份、主储能剂98份，成核剂5份。
其中主储能剂为质量浓度为15％的氯化铵溶液和质量浓度为5％的氯化钾溶液，成核剂为硅藻土。
一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①准确称取1.08g的丙烯酸置于刻度试管放入冰水浴中，缓慢滴加9mol/L的氢氧化钠溶液10mL将丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的浓度为1.5mol/L；
②向10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL浓度为7.5×10-4mol/L的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，15mL密度为2.5g/L的木质素磺酸镁溶液以及10mL浓度为4.0×10-3mol/L的过硫酸钾溶液，反应15分钟；
③将试管中的反应混合物转移至装有机械搅拌器、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，水浴控温，按55℃反应2.5小时，65℃反应2.5小时，75℃反应2.5小时进行反应；
④反应结束后，将所得淡黄色凝胶取出，切片，并用无水乙醇浸泡过夜；
⑤将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即凝胶基材保存待用；
⑥将8份凝胶基材与98份浓度为质量15％的氯化铵溶液和质量浓度为5％的氯化钾溶液混合，搅拌均匀后，加入5份硅藻土，搅拌得到淡黄色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-9.3℃，相变潜热为148.6J/g。
实施例4
本发明提出的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：木质素系高吸水树脂凝胶基材5份、主储能剂93份，成核剂2份。
其中主储能剂为质量浓度为15％的氯化铵溶液，成核剂为浮石粉。
一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①准确称取1.08g的丙烯酸置于刻度试管放入冰水浴中，缓慢滴加9mol/L的氢氧化钠溶液10mL将丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的浓度为1.5mol/L；
②向10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL浓度为7.5×10-4mol/L的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，15mL密度为2.5g/L的木质素磺酸镁溶液以及10mL浓度为4.0×10-3mol/L的过硫酸钾溶液，反应10分钟；
③将试管中的反应混合物转移至装有机械搅拌器、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，水浴控温，按55℃反应2.5小时，65℃反应2.5小时，75℃反应2.5小时进行反应；
④反应结束后，将所得淡黄色凝胶取出，切片，并用无水乙醇浸泡过夜；
⑤将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即凝胶基材保存待用；
⑥将5份凝胶基材与93份质量浓度为13％的氯化铵溶液混合，搅拌均匀后，加入2份浮石粉，搅拌得到淡黄色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-7.5℃，相变潜热为154.2J/g。
实施例5
本发明提出的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：木质素系高吸水树脂凝胶基材7份、主储能剂90份，成核剂3份。
其中主储能剂为质量浓度为13％的氯化钾溶液和浓度为5％的氯化铵溶液混合，成核剂为硅藻土。
一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：
①准确称取1.08g的丙烯酸置于刻度试管放入冰水浴中，缓慢滴加9mol/L的氢氧化钠溶液10mL将丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的浓度为1.5mol/L；
②向10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL浓度为1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL浓度为7.5×10-4mol/L的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，15mL密度为2.5g/L的木质素磺酸镁溶液以及10mL浓度为4.0×10-3mol/L的过硫酸钾溶液，反应13分钟；
③将试管中的反应混合物转移至装有机械搅拌器、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，水浴控温，按55℃反应2.5小时，65℃反应2.5小时，75℃反应2.5小时进行反应；
④反应结束后，将所得淡黄色凝胶取出，切片，并用无水乙醇浸泡过夜；
⑤将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即凝胶基材保存待用；
⑥将7份凝胶基材与90份质量浓度为13％的氯化钾溶液和浓度为5％的氯化铵溶液混合，搅拌均匀后，加入3份硅藻土，搅拌得到淡黄色的凝胶状相变材料。
所得相变材料的相变温度为-9.1℃，相变潜热为150.7J/g。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料，其特征在于，包括按照重量份计的如下组份：木质素系高吸水树脂凝胶基材1-8份、主储能剂87-98份，成核剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，所述木质素系高吸水树脂凝胶基材为木质素磺酸镁原料、接枝单体、引发剂、交联剂、酸碱中和剂和沉析剂。
3.根据权利要求2所述的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，所述接枝单体为丙烯酸和丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述酸碱中和剂为氢氧化钠，所述沉析剂为无水乙醇。
4.根据权利要求1所述的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，所述主储能剂为质量浓度为5％～15％的氯化铵和氯化钾溶液中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，所述成核剂为浮石粉、硅藻土、氟化钡中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种木质素系高吸水树脂凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
①准确称取一定质量的丙烯酸置于刻度试管放入冰水浴中，缓慢滴加9mol/L的氢氧化钠溶液将丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的浓度为1.5mol/L；
②向浓度为1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入浓度为1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，浓度为7.5×10-4mol/L的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液，密度为2.5g/L的木质素磺酸镁溶液以及浓度为4.0×10-3mol/L的过硫酸钾溶液，反应10～15分钟；
其中，丙烯酸溶液、丙烯酰胺溶液、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液、木质素磺酸镁溶液和过硫酸钾溶液的体积比为2:2:1:3:2；
③将试管中的反应混合物转移至装有机械搅拌器、回流冷凝管、温度计的四口烧瓶中，水浴控温，按55℃反应2.5小时，65℃反应2.5小时，75℃反应2.5小时进行反应；
④反应结束后，将所得淡黄色凝胶取出，切片，并用无水乙醇浸泡过夜；
⑤将所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，过筛，收集60～100目的树脂即凝胶基材保存待用；
⑥将步骤⑤制得的凝胶基材与主储能剂混合搅拌均匀后，加入成核剂，搅拌得到淡黄色的凝胶状相变材料。
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