CN114407163A - 一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法，首先将加热融化后的聚乙二醇‑2000与石蕊溶液混合，制得材料浸渍液，在将漂白刨花木片置于混合溶液中，真空浸渍20‑40min，然后去除刨花木片表面附着物，再置于70‑90℃烘箱中烘至绝干；最后将刨花木片取出，加入占刨花木片总质量10‑30％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于140‑160℃、压力在1‑1.5MPa的压机中热压8‑15min，获得pH感应相变储能刨花板。本发明制备的相变储能木材不仅具有蓄热储能的能力，同时具有酸碱度响应能力。

Description

一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法
技术领域
本发明涉及新型储能材料应用领域，具体地说，涉及一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法。
背景技术
经济与社会的快速发展带来了前所未有的能源消耗，节能和可持续发展问题受到了全世界的关注。其中，在发达国家，建筑耗能占据总耗能的33％，随着我国经济的快速发展，城镇化进程的不断推进，导致了我国建筑耗能也逐年增大，建筑耗能的比例占总耗能的比例从1970年至2018年已上升了17.45％，占全国能源消费比例27.45％，经计算，我国建筑耗能的比例最终将升至全国总耗能的50％左右。庞大的建筑能耗成为国民经济的巨大负担，而我国绿色低碳建筑材料的研发起步较晚，建筑材料保温隔热性能较差，能耗较高以及普及率较低。相变储能材料是指随环境温度变化而改变自身物理状态，进而吸收或者释放大量潜热的物质，且自身温度保持不变，是绝佳的绿色节能材料，因此被广泛的应用于节能、太阳能开发和电子设备等领域。根据相变状态，相变材料主要分为固-液、固-固、液-汽相变材料，其中固-液相变材料与其它两种相比具有潜热高、温度适宜等优点，因此应用最为广泛。但目前的相变储能木材还存在响应酸碱度能力较差的问题，
发明内容
本发明的目的在于提供一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法。本发明制备的相变储能木材不仅具有蓄热储能的能力，同时具有酸碱度响应能力。
本发明的技术方案如下：一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法，按下述步骤进行：
步骤一、将2-3mol/L的氢氧化钠溶液和0.2-0.6mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的15-25％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的5-15％，并配置0.05-0.2mol/L的亚氯酸钠溶液备用；
步骤二、按质量份将50-100份的刨花木片置于800-1200份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，再更换新的混合溶液重复上述步骤5-8次；
步骤三、将步骤二得到的刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂；
步骤四、将步骤三得到的刨花木片放入质量份为800-1200份的亚氯酸钠溶液中，在70-90℃加热15-30分钟，制备出漂白后的刨花木片；
步骤五、将加热融化后的聚乙二醇-2000与石蕊溶液混合，制得材料浸渍液，其中，融化后的聚乙二醇可完全覆盖木刨花，石蕊溶液质量为刨花木片质量的0.5-1％；
步骤六、将步骤四得到的漂白刨花木片置于步骤五的混合溶液中，真空浸渍20-40min，然后去除刨花木片表面附着物，再置于70-90℃烘箱中烘至绝干；
步骤七、将步骤六中的刨花木片取出，加入占刨花木片总质量10-30％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于140-160℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压8-15min，获得pH感应相变储能刨花板。
上述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，步骤一中，将2.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.4mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的20％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的10％，并配置0.1mol/L的亚氯酸钠溶液备用。
前述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，步骤二中，按质量份将70份的刨花木片置于1000份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，再更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次。
前述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，步骤三中，刨花木片用去离子水煮沸，直至清洗液酸碱值趋于中性。
前述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，步骤四中，将步骤三得到的刨花木片放入质量份为1000份的亚氯酸钠溶液中，在80℃加热20分钟。
前述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，步骤五中，石蕊溶液质量为刨花木片质量的0.7％。
前述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，步骤六中，在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次，然后取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干。
前述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，步骤七中，加入占刨花木片总质量20％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于150℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压10min。
前述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，步骤二中所用的刨花木片为杨木刨花木片。
与现有技术相比，本发明利用木材具有的天然多孔结构，以刨花木材为载体，通过真空浸渍法将聚乙二醇和石蕊浸渍到漂白后的木刨花中，使其均匀填充在木材内部的导管与纤维中，由此使木材不仅具有蓄热储能的能力，同时具有酸碱度响应能力。本发明可以有效吸附浸渍进入木材的聚乙二醇，并通过自身多层级孔隙结构防止其泄露。本发明以石蕊作为pH响应的表达物，将石蕊和聚乙二醇进行结合，优化其参数配比工艺，使得石蕊和聚乙二醇能够分布在木材的内部，具有蓄热储能的能力强，酸碱度响应能力好的优点。
附图说明
图1为石蕊溶液在不同pH下的颜色变化示意图；
图2为仅浸渍聚乙二醇-2000的刨花板在不同pH下的变色情况示意图；
图3为实施例2中的pH感应相变储能刨花板在不同pH下的变色情况示意图；
图4为实施例3中的pH感应相变储能刨花板在不同pH下的变色情况示意图；
图5为pH感应相变储能刨花板的SEM示意图，(a)为刨花木板的电镜图，(b)为经漂白处理的刨花板电镜图(c)为浸渍聚乙二醇-2000与石蕊后的刨花板电镜图，(a),(b)(c)中的插入图为相应实物图，(d)，(e)(f)是分别放大了(a),(b)(c)的扫描电镜图，(g)，(h)，(i)是分别放大了(d)，(e)(f)的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例可以使本领域普通技术人员更全面的理解本发明。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
步骤一、将2mol/L的氢氧化钠溶液和0.5mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合为1000mL的混合液，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的18％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的12％，并配置0.08mol/L的亚氯酸钠溶液备用；
步骤二、按质量份将80g的杨木刨花木片置于1000ml的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，再更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次；
步骤三、将步骤二得到的刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂，方法是用去离子水煮沸，直至测定的清洗液酸碱值趋于中性；
步骤四、将步骤三得到的刨花木片放入质量份为1000ml的亚氯酸钠溶液中，在75℃加热30分钟，制备出漂白后的刨花木片；
步骤五、将加热融化后的聚乙二醇-2000与石蕊溶液混合，制得材料浸渍液，其中，融化后的聚乙二醇可完全覆盖木刨花，石蕊溶液质量为刨花木片质量的1％；
步骤六、将步骤四得到的漂白刨花木片置于步骤五的混合溶液中，在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次，然后取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干；
步骤七、将步骤六中的刨花木片取出，加入占刨花木片总质量25％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于150℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压12min，获得pH感应相变储能刨花板。
实施例2：一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
步骤一、将3mol/L的氢氧化钠溶液和0.3mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合为1000mL的混合液，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的25％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的8％，并配置0.15mol/L的亚氯酸钠溶液备用；
步骤二、按质量份将100g的杨木刨花木片置于1000ml的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，再更换新的混合溶液重复上述步骤5-8次；
步骤三、将步骤二得到的刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂，方法是用去离子水煮沸，直至测定的清洗液酸碱值趋于中性；
步骤四、将步骤三得到的刨花木片放入质量份为1000ml的亚氯酸钠溶液中，在85℃加热25分钟，制备出漂白后的刨花木片；
步骤五、将加热融化后的聚乙二醇-2000与石蕊溶液混合，制得材料浸渍液，其中，融化后的聚乙二醇可完全覆盖木刨花，石蕊溶液质量为刨花木片质量的0.6％；
步骤六、将步骤四得到的漂白刨花木片置于步骤五的混合溶液中，在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次，然后取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干；
步骤七、将步骤六中的刨花木片取出，加入占刨花木片总质量15％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于155℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压8min，获得pH感应相变储能刨花板。
实施例3：一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
步骤一、将2.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.4mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合为1000mL的混合液，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的20％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的10％，并配置0.1mol/L的亚氯酸钠溶液备用；
步骤二、按质量份将70g的杨木刨花木片置于1000ml的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，再更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次；
步骤三、将步骤二得到的刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂，方法是用去离子水煮沸，直至测定的清洗液酸碱值趋于中性；
步骤四、将步骤三得到的刨花木片放入质量份为1000ml的亚氯酸钠溶液中，在80℃加热20分钟，制备出漂白后的刨花木片；
步骤五、将加热融化后的聚乙二醇-2000与石蕊溶液混合，制得材料浸渍液，其中，融化后的聚乙二醇可完全覆盖木刨花，石蕊溶液质量为刨花木片质量的0.7％；
步骤六、将步骤四得到的漂白刨花木片置于步骤五的混合溶液中，在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次，然后取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干；
步骤七、将步骤六中的刨花木片取出，加入占刨花木片总质量20％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于150℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压10min，获得pH感应相变储能刨花板。
本发明以石蕊作为pH响应的表达物，石蕊是一种弱的有机酸，在酸碱溶液的不同作用下，发生共轭结构的改变而变色，如图1所示。为了验证本发明制备的pH感应相变储能刨花板针对不同pH的变色能力，申请人将仅浸渍聚乙二醇-2000的刨花板，实施例2中的pH感应相变储能刨花板和实施例3中pH感应相变储能刨花板进行了实验。得到如图2所示的仅浸渍聚乙二醇-2000的刨花板在不同pH下的变色情况，如图3所示的实施例2中的pH感应相变储能刨花板在不同pH下的变色情况和如图4所示的实施例3中的pH感应相变储能刨花板在不同pH下的变色情况。对比图2-4可以明显看出，图2中仅浸渍聚乙二醇-2000的刨花板在不同pH下是无颜色变化，而本发明实施例2和实施例3中制备的pH感应相变储能刨花板在不同pH下的存在明显的变色情况，具有良好的响应能力。
进一步地，申请人以最优选的实施例3中的成品进行示例，对制备过程中的pH感应相变储能刨花板进行SEM电镜图观察，得到如图5所示的SEM电镜示意图。图5中(a)为刨花木板的电镜图，(b)为经漂白处理的刨花板电镜图(c)为浸渍聚乙二醇-2000与石蕊后的刨花板电镜图，(a),(b)(c)中的插入图为相应实物图，(d)，(e)(f)是分别放大了(a),(b)(c)的扫描电镜图，(g)，(h)，(i)是分别放大了(d)，(e)(f)的扫描电镜图。从图5中的(a)(d)(g)中可以看出，木材是一种多孔材料，具有蜂窝状结构和丰富的管道结构，有潜力成为相变材料的载体。在经过漂白(图5中的(b)，(e)，(h))后，可以看出木材内部的管道皱索与变形，形成了良好的内部空间。在经过浸渍处理后，聚乙二醇-2000与石蕊成功地浸渍到木材中(图5中的(c)，(f),(I))，,并且主要分布在木材的管道皱索与变形所形成的内部空间中，具有良好的相容性。
综上所述，本发明以三聚氰胺、尿素和甲醛为原料合成微胶囊壁材，正十八烷烃为芯材制备相变微胶囊，并将其浸渍到木材中，真空干燥固化，获得相变储能木材，再将相变储能木材浸渍在醋酸铜溶液中，二次真空浸渍，可以使得相变微胶囊成功地浸渍到木材中，并且主要分布在木材的导管内。本发明通过在木材内部还原铜络合物后，使得木材细胞腔被铜所包覆的微胶囊有效填充，木材与铜之间没有明显的界面过渡区，使木材与铜之间具有良好相容性，实现铜离子在木材导管与纤维内部原位沉积，赋予木材优异的蓄热储能的能力与各向异性的高导热性能，实现热能的高效利用与定性传输。

Claims (9)

1.一种pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
步骤一、将2-3mol/L的氢氧化钠溶液和0.2-0.6mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的15-25％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的5-15％，并配置0.05-0.2mol/L的亚氯酸钠溶液备用；
步骤二、按质量份将50-100份的刨花木片置于800-1200份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，再更换新的混合溶液重复上述步骤5-8次；
步骤三、将步骤二得到的刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂；
步骤四、将步骤三得到的刨花木片放入质量份为800-1200份的亚氯酸钠溶液中，在70-90℃加热15-30分钟，制备出漂白后的刨花木片；
步骤五、将加热融化后的聚乙二醇-2000与石蕊溶液混合，制得材料浸渍液，其中，融化后的聚乙二醇可完全覆盖木刨花，石蕊溶液质量为刨花木片质量的0.5-1％；
步骤六、将步骤四得到的漂白刨花木片置于步骤五的混合溶液中，真空浸渍20-40min，然后去除刨花木片表面附着物，再置于70-90℃烘箱中烘至绝干；
步骤七、将步骤六中的刨花木片取出，加入占刨花木片总质量10-30％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于140-160℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压8-15min，获得pH感应相变储能刨花板。
2.根据权利要求1所述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤一中，将2.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.4mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的20％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的10％，并配置0.1mol/L的亚氯酸钠溶液备用。
3.根据权利要求1所述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤二中，按质量份将70份的刨花木片置于1000份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，再更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次。
4.根据权利要求1所述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤三中，刨花木片用去离子水煮沸，直至清洗液酸碱值趋于中性。
5.根据权利要求1所述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤四中，将步骤三得到的刨花木片放入质量份为1000份的亚氯酸钠溶液中，在80℃加热20分钟。
6.根据权利要求1所述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤五中，石蕊溶液质量为刨花木片质量的0.7％。
7.根据权利要求1所述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤六中，在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次，然后取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干。
8.根据权利要求1所述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤七中，加入占刨花木片总质量20％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于150℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压10min。
9.根据权利要求1所述的pH响应型相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤二中所用的刨花木片为杨木刨花木片。
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