CN106867467B - 利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料 - Google Patents

利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料，采用了化学改性的方法对二氧化硅表面进行修饰，接枝上小分子的聚乙二醇，使二氧化硅表面活性得到一定程度的降低，减弱了二氧化硅对聚乙二醇的限制作用，在一定程度保持大的相变焓的同时，很大程度的提高了材料的热传导系数。该发明以二氧化硅为骨架支撑材料，聚乙二醇为相变材料，将两种材料混合形成的复合相转变材料的热焓保持在100J/g以上，热传导系数比纯聚乙二醇提高达43.3％。该种材料节约成本，无毒无害，并且能有效的提高固液相转变材料热传导系数，具有非常良好的应用前景。

Description

利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相 变材料
技术领域
本发明涉及化学改性和相变储能材料领域，特别是利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料。
背景技术
相转变材料是一种在很小范围内可以存储和释放大量热能的功能材料相转变材料在很多方面都有很广阔的应用，例如，太阳能存储、智能保温的纺织品、电子器件的热防护、余热回收等。然而传统的相转变材料缺点非常明显，热传导系数低很大程度上见笑了热能的利用效率，此外，固-液相转变材料在存储热能时，容易发生泄露。
聚乙二醇拥有相当大的热焓，一致熔融的表现，并且有适当地熔点和很好的耐摩擦性，所以聚乙二醇作为一种固-液相转变材料具有非常广阔的前景。纳米二氧化硅是一种价格低廉、无毒、能增强其他材料的抗老化、化学性能，用途非常广泛，但是直接将二氧化硅加入到聚乙二醇中，虽然会增加其热传导系数，但相对的会大限度的限制其链段的自由活动，导致热焓减小很多。本发明首先对二氧化硅进行了改性，使得在保持高的热传导系数的同时，也保持了应有的高热焓，并且能够很好地防止固-液相变过程中的泄露。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种利用改性后的二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法，具体方法如下：
二氧化硅表面的接枝改性：首先将纳米二氧化硅表面进行预处理活化，使得其表面活性羟基得以减少，做法是将纳米二氧化硅分散到一定体积的苯溶液中，在氮气保护下，加入一定量的氯化亚砜，在50～70摄氏度下反应4～5个小时，离心，将离心后产物在60～80摄氏度真空烘箱干燥20～24小时以上；然后，将处理后的二氧化硅通过溶液法与低分子量聚乙二醇(LMPEG)反应，并将LMPEG接枝到二氧化硅的表面，以此得到SiO2-LMPEG；
改性后的二氧化硅和PEG6000复合相变材料的制备：将SiO2-LMPEG和PEG6000分别溶解于去离子水中，在磁力搅拌下5～12小时，将制备的溶液混合，在磁力搅拌下5～12小时，然后将溶液在烘箱80～100摄氏度烘干10～12小时，最后将所得固体放到真空烘箱中60～80摄氏度20～24小时，便可得最终的复合相转变材料。
所述的方法，使用的纳米二氧化硅为市售的二氧化硅，粒径为20-200纳米，苯、聚乙二醇、氯化亚砜均为分析纯产品。
所述的方法，SiO2-LMPEG与PEG6000的质量配比为5:95或10：90或15:85或20:80或25:75或30:70或40:60。
所述的方法，低分子量的聚乙二醇(LMPEG)的分子量为PEG200或PEG300或PEG400。
所述的方法，所述的溶液法制备SiO2-LMPEG的方法如下：在氮气保护下将活化后的二氧化硅加入甲苯中溶解，接下来加入低分子量聚乙二醇(LMPEG)，磁力搅拌，65摄氏度下反应5个小时，最后，将反应后的溶液离心、洗涤，放入60摄氏度的真空烘箱干燥，即得改性后的二氧化硅粒子SiO2-LMPEG。
所述的方法，磁力搅拌磁子转速为400r/min。
根据任一所述方法制备的聚乙二醇相变材料。
与原有的聚乙二醇固-液相转变材料相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过对纳米二氧化硅表面进行改性，成功将低分子量的聚乙二醇接枝到二氧化硅表面，使得二氧化硅与有机烷烃、二醇类相容性得到提升，减弱了其对相转变材料的限制作用。
2、通过表面改性后的纳米二氧化硅，与分子量6000的聚乙二醇混合后，明显地提高了聚乙二醇的热传导系数，并且使得热焓的焓值保持在100J/g以上。
3、本发明使用与生物相容性好的二氧化硅和聚乙二醇，整个过程无毒无污染、成本低，效果好，得到的产品热稳定性也得到很高的提高。
附图说明
图1为本发明方法制备改性二氧化硅和复合材料的方法示意图；
图2为本发明方法制备得到的复合相变材料的DSC曲线；
图3为本发明方法制备得到的复合相变材料的热传导系数的图形；
图4为本发明方法制备得到的复合相变材料的TGA曲线；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示本发明公开了一种利用改性二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法，其方法步骤如下：
二氧化硅表面的接枝改性：将3.0g纳米二氧化硅分散到25mL的苯溶液中，在氮气保护下，加入25mL的氯化亚砜，在65摄氏度下反应4个小时，离心，将离心后产物在60摄氏度真空烘箱干燥24小时。这一步反应是将纳米二氧化硅表面进行预处理活化，使得其表面活性羟基得以减少。然后，将处理后的二氧化硅通过溶液法与PEG400反应，并将PEG400接枝到二氧化硅的表面，以此得到最终产物SiO2-PEG400。
改性后的二氧化硅和PEG6000复合相变材料的制备：将SiO2-PEG400和PEG6000分别溶解于去离子水中，在磁力搅拌下10小时，将制备的溶液混合成不同的质量比溶液，在磁力搅拌下5小时，然后将不同质量比的溶液在烘箱100摄氏度烘干12小时，最后将所得固体放到真空烘箱中60摄氏度24小时，便可得最终的复合相转变材料。
其中，使用的二氧化硅为市售的二氧化硅，粒径为20-200纳米，苯、聚乙二醇、氯化亚砜均为分析纯产品。
其中，配置不同质量比的溶液中SiO2-PEG400与PEG6000的质量配比为5:95或10：90或15:85或20:80或25:75或30:70或40:60。
其中，所述的溶液法制备SiO2-PEG400的方法如下：
在氮气保护下将2.0g活化后的二氧化硅加入20mL甲苯中溶解，接下来加入20mLPEG400，磁力搅拌，65摄氏度下反应5个小时，最后，将反应后的溶液离心、洗涤，放入60摄氏度的真空烘箱干燥，即得改性后的二氧化硅粒子SiO2-PEG400。
其中，整个反应过程中均用到磁力搅拌，磁力搅拌磁子转速为400r/min。
通过对相变材料的DSC差热分析，见图2，其中a为纯PEG6000，b为25％SiO2,c为25％SiO2-LMPEG；所制备的相转变材料熔融峰在59-61℃之间，熔融焓均在100J/g以上，而未改性二氧化硅与PEG复合材料的熔融焓在100J/g以下(由DSC测试仪附带的软件分析得到熔融焓)。
通过热传导系数的分析，见图3，热传导系数有很大的提升，在25％SiO2-LMPEG时，热传导系数就已经提升43.3％，而加入二氧化硅的复合相转变材料的热传导系数没有和本方法制得的材料性能好。
通过热失重分析(TGA)，见图4，a为纯PEG6000，b为10％SiO2-LMPEG，c为25％SiO2-LMPEG；可以看出本发明所制备的相转变材料的热稳定性有很大的提高，起始热失重温度提高20℃以上。
实施例2
二氧化硅表面的接枝改性：将3.0g纳米二氧化硅分散到25mL的苯溶液中，在氮气保护下，加入25mL的氯化亚砜，在65摄氏度下反应4个小时，离心，将离心后产物在60摄氏度真空烘箱干燥24小时。这一步反应是将纳米二氧化硅表面进行预处理活化，使得其表面活性羟基得以减少。然后，将处理后的二氧化硅通过溶液法与PEG300反应，并将PEG300接枝到二氧化硅的表面，以此得到最终产物SiO2-PEG300。
改性后的二氧化硅和PEG6000复合相变材料的制备：将SiO2-PEG300和PEG6000分别溶解于去离子水中，在磁力搅拌下10小时，将制备的溶液混合成不同的质量比溶液，在磁力搅拌下5小时，然后将不同质量比的溶液在烘箱100摄氏度烘干12小时，最后将所得固体放到真空烘箱中60摄氏度24小时，便可得最终的复合相转变材料。
其中，配置不同质量比的溶液中SiO2-PEG300与PEG6000的质量配比为5:95或10：90或15:85或20:80或25:75或30:70或40:60。
其中，所述的溶液法制备SiO2-PEG300的方法如下：
在氮气保护下将2.0g活化后的二氧化硅加入20mL甲苯中溶解，接下来加入20mLPEG300，磁力搅拌，65摄氏度下反应5个小时，最后，将反应后的溶液离心、洗涤，放入60摄氏度的真空烘箱干燥，即得改性后的二氧化硅粒子SiO2-PEG300。
实施例3
二氧化硅表面的接枝改性：将2.0g纳米二氧化硅分散到25mL的苯溶液中，在氮气保护下，加入25mL的氯化亚砜，在65摄氏度下反应4个小时，离心，将离心后产物在60摄氏度真空烘箱干燥24小时。这一步反应是将纳米二氧化硅表面进行预处理活化，使得其表面活性羟基得以减少。然后，将处理后的二氧化硅通过溶液法与PEG200反应，并将PEG200接枝到二氧化硅的表面，以此得到最终产物SiO2-PEG200。
改性后的二氧化硅和PEG6000复合相变材料的制备：将SiO2-PEG200和PEG6000分别溶解于去离子水中，在磁力搅拌下10小时，将制备的溶液混合成不同的质量比溶液，在磁力搅拌下5小时，然后将不同质量比的溶液在烘箱100摄氏度烘干12小时，最后将所得固体放到真空烘箱中60摄氏度24小时，便可得最终的复合相转变材料。
其中，配置不同质量比的溶液中SiO2-PEG200与PEG6000的质量配比为5:95或10：90或15:85或20:80或25:75或30:70或40:60。
其中，所述的溶液法制备SiO2-PEG200的方法如下：
在氮气保护下将2.0g活化后的二氧化硅加入20mL甲苯中溶解，接下来加入20mLPEG200，磁力搅拌，65摄氏度下反应5个小时，最后，将反应后的溶液离心、洗涤，放入60摄氏度的真空烘箱干燥，即得改性后的二氧化硅粒子SiO2-PEG200。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用改性后的二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法，其特征在于，具体方法如下：
二氧化硅表面的接枝改性：首先将纳米二氧化硅表面进行预处理活化，使得其表面活性羟基得以减少，做法是将纳米二氧化硅分散到一定体积的苯溶液中，在氮气保护下，加入一定量的氯化亚砜，在50～70摄氏度下反应4～5个小时，离心，将离心后产物在60～80摄氏度真空烘箱干燥20～24小时以上；然后，将处理后的二氧化硅通过溶液法与低分子量聚乙二醇(LMPEG)反应，并将LMPEG接枝到二氧化硅的表面，以此得到SiO2-LMPEG；低分子量的聚乙二醇(LMPEG)的分子量为PEG200或PEG300或PEG400；
改性后的二氧化硅和PEG6000复合相变材料的制备：将SiO2-LMPEG和PEG6000分别溶解于去离子水中，在磁力搅拌下5～12小时，将制备的溶液混合，在磁力搅拌下5～12小时，然后将溶液在烘箱80～100摄氏度烘干10～12小时，最后将所得固体放到真空烘箱中60～80摄氏度20～24小时，便可得最终的复合相转变材料；
使用的纳米二氧化硅为市售的二氧化硅，粒径为20-200纳米，苯、聚乙二醇、氯化亚砜均为分析纯产品；
SiO2-LMPEG与PEG6000的质量配比为5:95或10：90或15:85或20:80或25:75或30:70或40:60；
所述的溶液法制备SiO2-LMPEG的方法如下：在氮气保护下将活化后的二氧化硅加入甲苯中溶解，接下来加入低分子量聚乙二醇(LMPEG)，磁力搅拌，65摄氏度下反应5个小时，最后，将反应后的溶液离心、洗涤，放入60摄氏度的真空烘箱干燥，即得改性后的二氧化硅粒子SiO2-LMPEG；
磁力搅拌磁子转速为400r/min。
2.如权利要求1所述方法制备的聚乙二醇相变材料。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107602795A (zh) * 2017-09-18 2018-01-19 武汉纺织大学 接枝共聚制备固固相转变材料的方法
CN109400916B (zh) * 2018-09-29 2021-01-12 青岛大学 一种SiO2接枝聚合物的发光水凝胶材料及其制备方法
CN112999884B (zh) * 2021-04-02 2022-07-22 上海电气集团股份有限公司 渗透汽化膜及其制备方法以及涂装废水的处理方法
CN117476902B (zh) * 2023-11-24 2024-04-02 湖北美赛尔科技有限公司 一种超低温高循环稳定性的硅基负极材料及其锂离子电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101058719A (zh) * 2006-11-22 2007-10-24 电子科技大学 一种复合相变材料及制备方法
CN103509525A (zh) * 2012-06-17 2014-01-15 何丽红 一种定形复合相变储能材料及其制备方法
CN104830278A (zh) * 2015-05-20 2015-08-12 沈阳化工研究院有限公司 一种改性二氧化硅定型相变储能材料及其制备方法
CN105195068A (zh) * 2015-09-18 2015-12-30 南京逸柔蒂雯新材料科技有限公司 一种改性二氧化硅气凝胶基复合相变材料的制备方法
CN106554754A (zh) * 2015-09-29 2017-04-05 李博琪 聚乙二醇/纳米二氧化硅复合相变材料的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101058719A (zh) * 2006-11-22 2007-10-24 电子科技大学 一种复合相变材料及制备方法
CN103509525A (zh) * 2012-06-17 2014-01-15 何丽红 一种定形复合相变储能材料及其制备方法
CN104830278A (zh) * 2015-05-20 2015-08-12 沈阳化工研究院有限公司 一种改性二氧化硅定型相变储能材料及其制备方法
CN105195068A (zh) * 2015-09-18 2015-12-30 南京逸柔蒂雯新材料科技有限公司 一种改性二氧化硅气凝胶基复合相变材料的制备方法
CN106554754A (zh) * 2015-09-29 2017-04-05 李博琪 聚乙二醇/纳米二氧化硅复合相变材料的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《不同聚合物对纳米SiO2表面改性的研究进展》;陈兴芬等;《高分子通报》;20140623(第3期);第75-80页 *
《聚乙二醇/二氧化硅复合相变材料的制备与性能研究》;郑超;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20140115(第01期);第B020-53页 *
《聚乙二醇/纳米二氧化硅杂化材料的制备与表征》;王玲远等;《中国科技论文在线精品论文》;20091130;第2卷(第22期);第1-6页 *

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