CN109233749A - 一种高导热相变储能新材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导热相变储能新材料，包括以下重量份的组分：相变储能材料70‑110份、多元醇酯类基础油6‑10份、低温抗氧化剂2‑6份、高温抗氧化剂1‑5份、阻焦剂2‑4份、硅烷偶联剂4‑12份、导热填料10‑22份、水1‑5份。本发明提供的相变储能材料导热系数高，稳定性好，能够提高能源的利用效率，该发明制得的相变储能材料在经过多次重复使用之后依然具有保温性。

Description

一种高导热相变储能新材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及相变储能材料技术领域，具体为一种高导热相变储能新材料及其制备方法。

背景技术

储热相变材料是近年来国内外在能源利用和材料科学方面开发研究十分活跃的领域，相变材料在其物相变化过程中，可以从环境吸收能量或向环境释放能量，从而达到能量储存和释放目的，利用此特性不仅可以制造出各种提高能源利用率的设施，同时可以调整控制周围环境的温度，并且可以多次重复使用。但是相变储能材料在经过多次重复使用之后易导致材料相变保温性的丧失。

公开号为CN102031090A的专利申请，公开了一种具有相变储能功能的相变石墨粉及其制备方法。该相变石墨粉采用石墨和无机盐相变材料，通过石墨插层、膨化、浸渍、蒸发、粉碎、包覆过程制备获得，其中无机盐相变材料分布于石墨孔隙中；无机盐相变材料为无机盐水合物或高温无机盐相变材料。该发明使用无机盐水合物做相变材料。虽然无机盐水合物价格比较低廉，但是在使用时会出现相分离、过冷等现象，不适合长期使用。

公开号为CN102002343A的专利申请，公开了一种相变储能微胶囊及其制备方法和应用，尤其涉及一种核芯材料为相变储能材料的蓄热保温微胶囊及其制备方法和应用。该微胶囊由核芯、内层核壳和外层核壳组成，核芯材料为有机相变材料；内层核壳以乙烯基单体为聚合单体，通过界面聚合包裹核芯；外层核壳以醚化蜜胺树脂预聚体为聚合单体，通过原位聚合包裹内层核壳。但是用微胶囊法封装会导致生产成本大大增加，提高了使用的门槛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热相变储能新材料，以解决上述背景中提出的问题。

一种高导热相变储能新材料，包括以下重量份的组分：相变储能材料70-110份、多元醇酯类基础油6-10份、低温抗氧化剂2-6份、高温抗氧化剂1-5份、阻焦剂2-4份、硅烷偶联剂4-12份、导热填料10-22份、水1-5份。

优选的，所述相变储能材料由棕榈酸和硬脂酸经熔融混合而成，其质量百分比为：棕榈酸65-75％，硬脂酸25％-35％。

优选的，所述低温抗氧化剂为4，4-亚甲基双2，6-二叔丁苯对甲酚，高温抗氧化剂为辛基丁基二苯胺。

优选的，所述阻焦剂中硫代磷酸酯烷基苯磺酸二胺盐的含量为75-95％。

优选的，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷的一种或两种及其以上组合。

优选的，所述导热填料为碳纤维、石墨烯、氧化锌、氮化铝、氮化硼、金粉和银粉中的一种或两种及其以上组合，导热填料的粒径范围为5-25μm。

制备一种高导热相变储能新材料的方法，包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点10-18℃，加热时间为10-30分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为50-90r/min，搅拌时间为5-13分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

优选的，步骤(4)中真空处理的条件为放入真空机内2-3个标准大气压下，烘干处理的条件为放入60-80℃的烘箱内，时间为20-30min。

优选的，包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点12-16℃，加热时间为15-25分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为60-80r/min，搅拌时间为7-11分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

优选的，包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点14℃，加热时间为20分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为70r/min，搅拌时间为9分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

本发明的有益效果：

(1)、本发明提供的相变储能材料导热系数高，稳定性好，能够提高能源的利用效率，导热填料提高了相变储能材料的导热性能，导热填料以及多元醇酯类基础油的添加防止相变材料的泄露，该发明制得的相变储能材料在经过多次重复使用之后依然具有保温性。

(2)、本发明在相变储能材料中加入多元醇酯类基础油，使得相变储能材料的抗氧化性提高，使用寿命长，降低了使用成本。

(3)、本发明在相变储能材料中添加了低温抗氧化剂、高温抗氧化剂以及阻焦剂，使得制备的相变储能材料具有很高的抗氧化性，相变温度稳定，且制备方法简单、成本较低，有利于大范围使用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

一种高导热相变储能新材料，包括以下重量份的组分：相变储能材料70份、多元醇酯类基础油6份、低温抗氧化剂2份、高温抗氧化剂1份、阻焦剂2份、硅烷偶联剂4份、导热填料10份、水1份。

相变储能材料由棕榈酸和硬脂酸经熔融混合而成，其质量百分比为：棕榈酸65％，硬脂酸35％。

低温抗氧化剂为4，4-亚甲基双2，6-二叔丁苯对甲酚，高温抗氧化剂为辛基丁基二苯胺。

阻焦剂中硫代磷酸酯烷基苯磺酸二胺盐的含量为75％。

硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷的一种或两种及其以上组合。

导热填料为碳纤维、石墨烯、氧化锌、氮化铝、氮化硼、金粉和银粉中的一种或两种及其以上组合，导热填料的粒径范围为5μm。

制备一种高导热相变储能新材料的方法，包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点10℃，加热时间为10分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为50r/min，搅拌时间为5分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

步骤(4)中真空处理的条件为放入真空机内2个标准大气压下，烘干处理的条件为放入60℃的烘箱内，时间为20min。

实施例2

一种高导热相变储能新材料，包括以下重量份的组分：相变储能材料80份、多元醇酯类基础油7份、低温抗氧化剂3份、高温抗氧化剂2份、阻焦剂2.5份、硅烷偶联剂6份、导热填料13份、水2份。

相变储能材料由棕榈酸和硬脂酸经熔融混合而成，其质量百分比为：棕榈酸68％，硬脂酸32％。

低温抗氧化剂为4，4-亚甲基双2，6-二叔丁苯对甲酚，高温抗氧化剂为辛基丁基二苯胺。

阻焦剂中硫代磷酸酯烷基苯磺酸二胺盐的含量为80％。

硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷的一种或两种及其以上组合。

导热填料为碳纤维、石墨烯、氧化锌、氮化铝、氮化硼、金粉、银粉中的一种或两种及其以上组合，导热填料的粒径范围为10μm。

制备一种高导热相变储能新材料的方法，包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点12℃，加热时间为15分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为60r/min，搅拌时间为7分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

步骤(4)中真空处理的条件为放入真空机内2.3个标准大气压下，烘干处理的条件为放入65℃的烘箱内，时间为23min。

实施例3

一种高导热相变储能新材料，包括以下重量份的组分：相变储能材料90份、多元醇酯类基础油8份、低温抗氧化剂4份、高温抗氧化剂3份、阻焦剂3份、硅烷偶联剂8份、导热填料16份、水3份。

相变储能材料由棕榈酸和硬脂酸经熔融混合而成，其质量百分比为：棕榈酸70％，硬脂酸30％。

低温抗氧化剂为4，4-亚甲基双2，6-二叔丁苯对甲酚，高温抗氧化剂为辛基丁基二苯胺。

阻焦剂中硫代磷酸酯烷基苯磺酸二胺盐的含量为85％。

硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷的一种或两种及其以上组合。

导热填料为碳纤维、石墨烯、氧化锌、氮化铝、氮化硼、金粉和银粉中的一种或两种及以上组合，导热填料的粒径范围为20μm。

制备一种高导热相变储能新材料的方法，包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点14℃，加热时间为20分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为70r/min，搅拌时间为9分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

步骤(4)中真空处理的条件为放入真空机内2.5个标准大气压下，烘干处理的条件为放入70℃的烘箱内，时间为25min。

实施例4

一种高导热相变储能新材料，包括以下重量份的组分：相变储能材料100份、多元醇酯类基础油9份、低温抗氧化剂5份、高温抗氧化剂4份、阻焦剂3.5份、硅烷偶联剂10份、导热填料19份、水4份。

相变储能材料由棕榈酸和硬脂酸经熔融混合而成，其质量百分比为：棕榈酸72％，硬脂酸28％。

低温抗氧化剂为4，4-亚甲基双2，6-二叔丁苯对甲酚，高温抗氧化剂为辛基丁基二苯胺。

阻焦剂中硫代磷酸酯烷基苯磺酸二胺盐的含量为90％。

硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷的一种或两种及其以上组合。

导热填料为碳纤维、石墨烯、氧化锌、氮化铝、氮化硼、金粉、银粉中的一种或两种及其以上组合，导热填料的粒径范围为20μm。

制备一种高导热相变储能新材料的方法，包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点16℃，加热时间为25分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为80r/min，搅拌时间为11分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

步骤(4)中真空处理的条件为放入真空机内2.8个标准大气压下，烘干处理的条件为放入75℃的烘箱内，时间为28min。

实施例5

一种高导热相变储能新材料，包括以下重量份的组分：相变储能材料110份、多元醇酯类基础油10份、低温抗氧化剂6份、高温抗氧化剂5份、阻焦剂4份、硅烷偶联剂12份、导热填料22份、水5份。

相变储能材料由棕榈酸和硬脂酸经熔融混合而成，其质量百分比为：棕榈酸75％，硬脂酸25％。

低温抗氧化剂为4，4-亚甲基双2，6-二叔丁苯对甲酚，高温抗氧化剂为辛基丁基二苯胺。

阻焦剂中硫代磷酸酯烷基苯磺酸二胺盐的含量为95％。

硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷的一种或两种及其以上组合。

导热填料为碳纤维、石墨烯、氧化锌、氮化铝、氮化硼、金粉和银粉中的一种或两种及其以上组合，导热填料的粒径范围为25μm。

制备一种高导热相变储能新材料的方法，包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点18℃，加热时间为30分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为90r/min，搅拌时间为13分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

步骤(4)中真空处理的条件为放入真空机内3个标准大气压下，烘干处理的条件为放入80℃的烘箱内，时间为30min。

对比例组

对比例1

本发明涉及一种高导热相变储能新材料及其制备方法，与实施例1相比，去掉组分中的导热填料，其余组分和步骤均与实施例1相同。

对比例2

本发明涉及一种高导热相变储能新材料及其制备方法，与实施例1相比，去掉组分中的多元醇酯类基础油，其余组分和步骤与实施例1相比。

对比例3

本发明为中国专利(公开号CN102031090A的专利申请)制备的相变石墨粉。

以下表格为实施例1-5以及对比例1-3的性能测试：

从上述表格中可以看出，本实施例1-5中在PCM吸热放热循环500次后能量密度较高，对比例1-3中的能量密度较低，本实施例1-5具备较高的稳定性，对比例1-3中的相变储能材料损失严重，基本丧失了储能的功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高导热相变储能新材料，其特征在于：包括以下重量份的组分：相变储能材料70-110份、多元醇酯类基础油6-10份、低温抗氧化剂2-6份、高温抗氧化剂1-5份、阻焦剂2-4份、硅烷偶联剂4-12份、导热填料10-22份、水1-5份。

2.根据权利要求1所述的一种高导热相变储能新材料，其特征在于：所述相变储能材料由棕榈酸和硬脂酸经熔融混合而成，其质量百分比为：棕榈酸65-75％，硬脂酸25％-35％。

3.根据权利要求1所述的一种高导热相变储能新材料，其特征在于：所述低温抗氧化剂为4，4-亚甲基双2，6-二叔丁苯对甲酚，高温抗氧化剂为辛基丁基二苯胺。

4.根据权利要求1所述的一种高导热相变储能新材料，其特征在于：所述阻焦剂中硫代磷酸酯烷基苯磺酸二胺盐的含量为75-95％。

5.根据权利要求1所述的一种高导热相变储能新材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷或丁二烯基三乙氧基硅烷的一种或两种及其以上组合。

6.根据权利要求1所述的一种高导热相变储能新材料，其特征在于：所述导热填料为碳纤维、石墨烯、氧化锌、氮化铝、氮化硼、金粉和银粉中的一种或两种及其以上组合，导热填料的粒径范围为5-25μm。

7.制备根据权利要求1-6所述的任一一种高导热相变储能新材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点10-18℃，加热时间为10-30分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为50-90r/min，搅拌时间为5-13分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

8.根据权利要求7所述的制备一种高导热相变储能新材料的方法，其特征在于：所述步骤(4)中真空处理的条件为放入真空机内2-3个标准大气压下，烘干处理的条件为放入60-80℃的烘箱内，时间为20-30min。

9.根据权利要求7所述的制备一种高导热相变储能新材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点12-16℃，加热时间为15-25分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为60-80r/min，搅拌时间为7-11分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。

10.根据权利要求7所述的制备一种高导热相变储能新材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、称取上述重量份的组分，将相变储能材料与多元醇酯类基础油在反应釜中混合，旋转、搅拌该混合液形成油相；

(2)、向步骤(1)得到的油相加入水并进行搅拌，使其形成乳液状，加热该乳液，加入低温抗氧化剂和高温抗氧化剂进行搅拌，加热的温度高于相变储能材料的熔点14℃，加热时间为20分钟，得到混合乳液A；

(3)、将硅烷偶联剂逐滴加入步骤(2)得到的混合乳液A中，搅拌该混合溶液，搅拌速度为70r/min，搅拌时间为9分钟，使其进行反应；

(4)、将阻焦剂和导热填料加入步骤(3)得到的混合液并旋转、搅拌该混合溶液，将得到的混合溶液放入真空机内进行真空处理，然后将真空处理后的混合溶液放入烘箱内进行烘干处理，即可获得高导热相变储能新材料。