CN110204751A - 一种相变材料柔性膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种相变材料柔性膜的制备方法，属于相变材料及其膜制备技术领域。该方法首先制备质量百分浓度为1～15％的聚乙烯醇水溶液，然后在聚乙烯醇水溶液中添加一定质量的碱和乳化剂，均匀混合形成水相。在水相中添加相变材料，高速分散形成基膜溶液，相变材料的添加量占水相质量的1～50％之间。将基膜溶液涂敷在玻璃基板上，然后进行烘干，即形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。该制备方法简单、膜厚可控、产品成本低、耗能少、无毒、可回收再利用、易实现大规模工业生产。所制备的相变材料柔性膜具有优异的可折叠弯曲性能，同时具备良好的储热性能，可广泛应用于各储能领域，解决了现有相变材料微胶囊只能通过乳液和粉末的形式进行填充和应用的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种相变材料柔性膜的制备技术，属于相变材料及其膜制备技术领域。
背景技术
近年来，随着传统化石燃料的枯竭和温室气体排放的增加，高效利用可再生能源的技术成为人们关注的焦点。相变材料作为储能材料，具有很高的应用价值，引起了人们的极大兴趣。
迄今为止，有关于相变材料在柔性方面应用的报道几乎很少。目前相变材料的包覆方法主要有定型和微胶囊化。将相变材料微胶囊化可以防止潜热蓄能(LHTES)系统相变过程中熔融PCM的泄漏，提高传热速率。微胶囊可以作为水分散体或粉体进行加工，应用在建筑材料中。V.V.Tyagi等人在文献“Development of phase change materials basedmicroencapsulated technology for buildings:A review”中综述了目前微胶囊相变材料在建筑材料中的广泛应用，例如混凝土中的PCM、PCM石膏墙板和微胶囊相变材料浆料等。Yanhong Ma等人在文献“Synthesis and characterization of microencapsulatedphase change materials with comb-like acrylic co-polymer shell as thermalenergy storage materials”介绍了将一定量的相变材料微胶囊与石膏或混凝土混合制备了具有良好蓄热性能的保温墙板，但是由于相变材料微胶囊的核壳结构，当在搅拌过程中承受一定的力或反复热循环后，壳体破裂往往导致相变材料的损失，会导致墙板保温性能减弱。Alkan C等人在文献“Preparation,Thermal Properties and Thermal Reliabilityof Form-Stable Paraffin/Polypropylene Composite for Thermal Energy Storage”中采用溶液浇铸法制备了具有良好热可靠性和化学稳定性的PA/PP复合材料。然而，这些传统的聚合物基定型PCM虽然具有较高的形状稳定性，但由于其无柔性，仍然面临着应用困难的挑战。Trigui等人在文献“Convective heat transfer characteristics ofmicroencapsulated phase change material suspensions in minichannels”介绍了微胶囊相变材料(MEPCM)悬浮液作为传热流体的应用，研究了微胶囊化相变材料(MEPCM)水基悬浮液在矩形铜微细管中的对流换热特性。但由于悬浮液中悬浮的MEPCM颗粒在微尺度内停留时间短，以及在悬浮液中运动不活跃限制了其应用。
目前关于相变材料的研究主要针对微乳液、微胶囊、以及粉末状的定型相变材料的研究，相变材料主要应用在热流体或者作为固体粉末填料应用。
发明内容
为了使相变材料的应用从粉体，乳液的传统方式中解放出来，本发明提出一种相变材料柔性膜的制备方法，以更加灵活的方式进行应用，从而有效拓宽相变材料的应用领域。
本发明的技术方案如下：
一种相变材料柔性膜的制备方法,其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)将聚乙烯醇溶解在去离子水中,形成质量百分浓度为1～15％均匀的聚乙烯醇水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中加入碱和乳化剂，均匀混合形成水相，碱和乳化剂的添加量分别为聚乙烯醇水溶液质量的1～2.5％和1～15％；
3)在水相中添加相变材料，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液，相变材料的添加量占水相质量的1～50％之间；
4)将基膜溶液涂敷在玻璃基板上，在温度为20～60℃条件下进行烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
优选地，所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：所述的聚乙烯醇的牌号为2488、2499、2399、2088、1799、1792、1788、1750、224、205、124、117和105中的一种或几种的混合；
优选地，所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：所述的相变材料为癸烷、十四烷、十五烷、十六烷、十八烷、月桂酸、棕榈酸、豆蔻酸、癸二酸、月桂酸甲酯、棕榈酸异丙酯、硬质酸异丙酯、硬脂酸丁脂、硼酸二甲酯、棕榈酸乙酯、硬脂酸甲酯和相变温度为5-80度的石蜡中一种或者几种的混合。
优选地，所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：烘干时间为2～8小时。
所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：所述的碱为氢氧化铯、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、尿素和氨水中的一种或几种的混合。所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、司盘20、吐温20、司盘40、吐温40、司盘60、吐温60、司盘80、吐温80、聚乙烯吡咯烷酮30、聚乙烯吡咯烷酮60、聚乙烯吡咯烷酮90、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、聚氧乙烯辛基苯酚醚-20、聚氧乙烯辛基苯酚醚-30、聚氧乙烯辛基苯酚醚-40、聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1792、聚乙烯醇1799、聚乙烯醇2088、聚乙烯醇2099、聚乙烯醇2399、聚乙烯醇2488、聚乙烯醇2499和聚乙烯醇2699中的一种或者几种的混合。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明所制备的相变材料柔性膜具有优异的可折叠弯曲性能，同时具备良好的储热性能，可广泛应用于各储能领域，解决了现有相变材料微胶囊只能通过乳液和粉末的形式进行填充和应用的缺点；同时发明的相变材料柔性膜制备工艺简单、操作方便、产品成本低、耗能少、无毒、无污染、可回收再利用、易实现大规模工业生产。
附图说明
图1为实施例1中所制备的相变材料柔性膜。
图2为实施例1中所制备的相变材料柔性膜的热分析曲线。
图3为实施例2中所制备的相变材料柔性膜。
图4为实施例2中所制备的相变材料柔性膜的热分析曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的说明。
本发明提供的一种相变材料柔性膜的制备方法,其具体工艺步骤如下：
1)将聚乙烯醇溶解在去离子水中,形成质量百分浓度为1～15％均匀的聚乙烯醇水溶液；所述的聚乙烯醇可选用牌号为2488、2499、2399、2088、1799、1792、1788、1750、224、205、124、117和105中的一种或几种的混合；
2)在聚乙烯醇水溶液中加入碱和乳化剂，均匀混合形成水相，碱和乳化剂的添加量分别为聚乙烯醇水溶液质量的1～2.5％和1～15％；所述的碱可为氢氧化铯、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、尿素和氨水中的一种或几种的混合；所述的乳化剂可为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、司盘20、吐温20、司盘40、吐温40、司盘60、吐温60、司盘80、吐温80、聚乙烯吡咯烷酮30、聚乙烯吡咯烷酮60、聚乙烯吡咯烷酮90、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、聚氧乙烯辛基苯酚醚-20、聚氧乙烯辛基苯酚醚-30、聚氧乙烯辛基苯酚醚-40、聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1792、聚乙烯醇1799、聚乙烯醇2088、聚乙烯醇2099、聚乙烯醇2399、聚乙烯醇2488、聚乙烯醇2499和聚乙烯醇2699中的一种或者几种的混合；
3)在水相中添加相变材料，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液，相变材料的添加量占水相质量的1～50％之间；所述的相变材料可为癸烷、十四烷、十五烷、十六烷、十八烷、月桂酸、棕榈酸、豆蔻酸、癸二酸、月桂酸甲酯、棕榈酸异丙酯、硬质酸异丙酯、硬脂酸丁脂、硼酸二甲酯、棕榈酸乙酯、硬脂酸甲酯和相变温度为5-80度的石蜡中一种或者几种的混合；
4)将一定量的基膜溶液涂敷在玻璃基板上，在温度为20～60℃条件下进行烘干，烘干时间优选为2～8小时，即可形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
下面通过几个具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
1)配置质量百分浓度为1％的聚乙烯醇1750水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加氢氧化钠和十二烷基苯磺酸钠，氢氧化钠和十二烷基苯磺酸钠的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的2％和4％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加月桂酸甲酯和相变温度为5度的石蜡，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；月桂酸甲酯和石蜡的添加量占水相质量的1％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在20℃，8小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜如图1所示，膜厚约为1mm，热分析曲线如图2所示，结晶焓为51.29J/g,熔融焓为51.60J/g。
实施例2
1)配置质量百分浓度为3％的聚乙烯醇1788水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加氢氧化钾和十二烷基硫酸钠，氢氧化钾和十二烷基硫酸钠的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的1.2％和3％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加豆蔻酸和相变温度为19度的石蜡，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；豆蔻酸和石蜡的添加量占水相质量的5％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在30℃，6小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜如图3所示，膜厚约为1.5mm，热分析曲线如图4所示，结晶焓为25.86J/g,熔融焓为27.61J/g。
实施例3
1)配置质量百分浓度为6％的聚乙烯醇1799水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加氨水和聚乙烯醇2488，氨水和聚乙烯醇2488的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的1.4％和6％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加棕榈酸乙酯和十六烷，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；棕榈酸乙酯和十六烷的添加量占水相质量的10％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在40℃，4小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜膜厚约为1mm，结晶焓为41.38J/g,熔融焓为43.95J/g。
实施例4
1)配置质量百分浓度为9％的聚乙烯醇1792水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加尿素和聚乙烯醇2099，尿素和聚乙烯醇2099的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的1.6％和9％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加棕榈酸和十五烷，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；棕榈酸和十五烷的添加量占水相质量的15％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在50℃，3小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜膜厚约为2mm，结晶焓为19.86J/g,熔融焓为20.75J/g。
实施例5
1)配置质量百分浓度为12％的聚乙烯醇2088水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加碳酸钠和聚乙烯醇1792，碳酸钠和聚乙烯醇1792的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的1.8％和12％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加十五烷和十八烷，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；十五烷和十八烷的添加量占水相质量的20％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在60℃，2小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜膜厚约为2.5mm，结晶焓为53.60J/g,熔融焓为54.15J/g。
实施例6：
1)配置质量百分浓度为15％的聚乙烯醇2099水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵，氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的2％和15％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加癸二酸和相变温度为37度的石蜡，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；癸二酸和石蜡的添加量占水相质量的25％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在20℃，8小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜膜厚约为4mm，结晶焓为22.38J/g,熔融焓为23.45J/g。
实施例7
1)配置质量百分浓度为15％的聚乙烯醇2499水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加氢氧化钾和吐温80，氢氧化钾和吐温80的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的2.5％和15％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加十六烷和相变温度为48度的石蜡，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；十六烷和石蜡的添加量占水相质量的50％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在30℃，6小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜膜厚约为3.5mm，结晶焓为17.57J/g,熔融焓为19.35J/g。
实施例8
1)配置质量百分浓度为12％的聚乙烯醇224水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加氢氧化钠和聚乙烯吡咯烷酮60，氢氧化钠和聚乙烯吡咯烷酮60的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的1.5％和12％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加月桂酸和相变温度为80度的石蜡，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；月桂酸和石蜡的添加量占水相质量的45％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在40℃，4小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜膜厚约为2mm，结晶焓为37.28J/g,熔融焓为39.15J/g。
实施例9
1)配置质量百分浓度为10％的聚乙烯醇124水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加碳酸钠和司盘60，碳酸钠和司盘60的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的1％和10％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加十四烷和棕榈酸乙酯，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；十四烷和棕榈酸乙酯的添加量占水相质量的40％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在50℃，3小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜膜厚约为3.5mm，结晶焓为20.45J/g,熔融焓为21.67J/g。
实施例10
1)配置质量百分浓度为5％的聚乙烯醇205水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中添加氨水和聚氧乙烯辛基苯酚醚-40，氨水和聚氧乙烯辛基苯酚醚-40的添加量分别占聚乙烯醇水溶液质量的1.2％和5％，均匀混合形成水相；
3)在水相中添加硼酸二甲酯和月桂酸，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液；硼酸二甲酯和月桂酸的添加量占水相质量的35％；
4)将一定量基膜溶液均匀涂敷在玻璃基板上，在60℃，2小时条件下烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
所制备的相变材料聚乙烯醇柔性膜膜厚约为1.5mm，结晶焓为48.63J/g,熔融焓为50.14J/g。
Claims (6)
1.一种相变材料柔性膜的制备方法,其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)将聚乙烯醇溶解在去离子水中,形成质量百分浓度为1～15％均匀的聚乙烯醇水溶液；
2)在聚乙烯醇水溶液中加入碱和乳化剂，均匀混合形成水相，碱和乳化剂的添加量分别为聚乙烯醇水溶液质量的1～2.5％和1～15％；
3)在水相中添加相变材料，并在高速分散机下分散得到均匀的乳液，形成基膜溶液，相变材料的添加量占水相质量的1～50％之间；
4)将基膜溶液涂敷在玻璃基板上，在温度为20～60℃条件下进行烘干，形成负载相变材料的聚乙烯醇柔性膜。
2.按照权利要求1所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的聚乙烯醇的牌号为2488、2499、2399、2088、1799、1792、1788、1750、224、205、124、117和105中的一种或几种的混合。
3.按照权利要求1所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述的相变材料为癸烷、十四烷、十五烷、十六烷、十八烷、月桂酸、棕榈酸、豆蔻酸、癸二酸、月桂酸甲酯、棕榈酸异丙酯、硬质酸异丙酯、硬脂酸丁脂、硼酸二甲酯、棕榈酸乙酯、硬脂酸甲酯和相变温度为5-80度的石蜡中一种或者几种的混合。
4.按照权利要求1所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤4)中的烘干时间为2～8小时。
5.按照权利要求1-4任一权利要求所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的碱为氢氧化铯、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、尿素和氨水中的一种或几种的混合。
6.按照权利要求1-4任一权利要求所述的一种相变材料柔性膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、司盘20、吐温20、司盘40、吐温40、司盘60、吐温60、司盘80、吐温80、聚乙烯吡咯烷酮30、聚乙烯吡咯烷酮60、聚乙烯吡咯烷酮90、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、聚氧乙烯辛基苯酚醚-20、聚氧乙烯辛基苯酚醚-30、聚氧乙烯辛基苯酚醚-40、聚乙烯醇1788、聚乙烯醇1792、聚乙烯醇1799、聚乙烯醇2088、聚乙烯醇2099、聚乙烯醇2399、聚乙烯醇2488、聚乙烯醇2499和聚乙烯醇2699中的一种或者几种的混合。
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