CN116496763A - 复合相变材料及其制备方法和调节相变材料相变温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及特种材料技术领域，尤其是涉及一种复合相变材料及其制备方法和调节相变材料相变温度的方法。复合相变材料，包括按重量份数计的如下组分：相变材料30~80份、支撑材料15~55份、增柔助剂3~20份和超高分子量聚乙烯0.1~10份。本发明通过在相变材料的体系中添加一定量的超高分子量聚乙烯，能够与复合相变材料的支撑材料产生协同效应，可有效调节相变材料的相变温度，并提高相变调温纤维力学性能，使相变材料的相变温度满足不同应用场景的需求，并节省了重新合成或调配相变材料的工序，满足商业化生产的要求。
Description
技术领域
本发明涉及特种材料技术领域，尤其是涉及一种复合相变材料及其制备方法和调节相变材料相变温度的方法。
背景技术
相变材料（phase change material，简称PCM），是指在物质发生相变时，可吸收或释放大量能量（即相变焓）的一类材料。由于相变材料是利用潜热储能，储热密度大，并且在相变过程中本身温度基本不变，易于管理，随着全球节能意识的提高，相变材料的这一特性引起了研究人员的重视，相变储热技术在储能领域越来越受重视。
相变材料种类很多，依照不同分类方法可以被分为很多种，相变材料的理论研究也日趋成熟，然而，适合于各个领域使用的相变材料的种类却很有限。如何研发出不同场合使用、相变潜热高、无毒、无腐蚀的满足商业化生产的相变材料仍然使科研工作者们今后努力的方向。
由于不同的应用场景所需要的相变材料的相变温度不同，而现有相变材料的相变温度不能满足所有应用场景的需求，这就需要合成或调配新的相变材料。但是，并不是所有相变材料都能通过合成或者调配得到。
因此，为了满足商业化生产，亟需一种可有效调节相变材料相变温度的方法和产品。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的在于提供复合相变材料，可有效调节其相变温度，以适应不同的应用场景。
本发明的另一目的在于提供复合相变材料的制备方法。
本发明的又一目的在于提供调节相变材料相变温度的方法。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
复合相变材料，包括按重量份数计的如下组分：相变材料30~80份、支撑材料15~55份、增柔助剂3~20份和超高分子量聚乙烯0.1~10份。
在本发明的具体实施方式中，所述复合相变材料包括按重量份数计的如下组分：相变材料40~60份、支撑材料25~55份、增柔助剂4~18份和超高分子量聚乙烯0.1~2份。
在本发明的具体实施方式中，所述复合相变材料包括按质量百分比计为0.08%~5%的超高分子量聚乙烯。
在本发明的具体实施方式中，所述相变材料的相变温度为-10~60℃。进一步的，所述相变材料包括石蜡、十八烷、棕榈酸甲酯、硬脂酸乙酯、十四醇、硬脂酸甲酯、月桂酸、聚乙二醇、聚氨酯、十八醇、硬脂酸和棕榈酸中的任一种或多种。
在本发明的具体实施方式中，所述支撑材料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁烯对苯二酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸乙酯、间苯二甲酸酯磺酸钠共聚物、丙烯酸酯共聚物、聚对苯二甲酸丙二酯、聚乙烯醇、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇缩乙醛、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸丁酯、三元乙丙树脂、天然橡胶、乙烯基弹性体和丙烯基弹性体中的任一种或多种。
在本发明的具体实施方式中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为150万~1000万，分子量分布为3~10。
本发明还提供了上述任意一种所述复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合后，进行熔融造粒。
本发明还提供了上述任意一种所述复合相变材料在制备相变调温纤维、相变调温片材和/或相变调温母粒中的应用。
本发明还提供了调节相变材料相变温度的方法，包括如下步骤：
在相变材料的体系中加入超高分子量聚乙烯，通过调节超高分子量聚乙烯的加入量，调节相变材料的体系的相变温度；
所述超高分子量聚乙烯的加入量为0.07wt%~17wt%。
在本发明的具体实施方式中，所述超高分子量聚乙烯的加入量为0.08wt%~5wt%。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的复合相变材料中，各组分之间相互作用，改善了相变材料各项性能以及调节了复合相变材料的相变温度；
（2）本发明的复合相变材料的制备方法，工艺简单，利于产品的商业化；
（3）本发明通过在相变材料的体系中添加一定量的超高分子量聚乙烯，能够与复合相变材料的支撑材料产生协同效应，可有效调节相变材料的相变温度，使相变材料的相变温度满足不同应用场景的需求，并节省了重新合成或调配相变材料的工序，满足商业化生产的要求。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
复合相变材料，包括按重量份数计的如下组分：相变材料30~80份、支撑材料15~55份、增柔助剂3~20份和超高分子量聚乙烯0.1~10份。
虽然现有的相变材料种类较多，但是在某一应用场景下的适宜的相变材料的选择性却较少，甚至没有；并且，即便相变温度满足特定应用场景的要求，但是相变材料的加工性能也可能无法满足特定应用场景的要求，导致无相变温度及加工性能适宜的相变材料可用。本发明通过采用超高分子量聚乙烯与复合相变材料的支撑材料相互作用，超高分子量聚乙烯由于具有超长的分子链和较强的结晶能力，与支撑材料通过缠绕、穿插、结晶微区等方式，改变了相变材料的结晶状态，在可以提高相变调温纤维力学性能的基础上，有效调节其相变温度，以适应不同应用场景。
如在不同实施方式中，所述复合相变材料中各组分的用量分别可以示例性的如下：
相变材料可以为30份、35份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份等；
支撑材料可以为15份、16份、18份、20份、22份、25份、28份、30份、32份、35份、38份、40份、42份、45份、48份、50份、52份、55份等；
增柔助剂可以为3份、5份、8份、10份、12份、15份、18份、20份等；
超高分子量聚乙烯可以为0.1份、0.2份、0.5份、0.6份、0.8份、1份、2份、4份、5份、6份、8份、10份等。
在本发明的优选实施方式中，所述复合相变材料包括按重量份数计的如下组分：相变材料40~60份、支撑材料25~55份、增柔助剂4~18份和超高分子量聚乙烯0.1~2份。
通过采用上述配比的各组分，更有助于发挥超高分子量聚乙烯与复合相变材料的支撑材料中各组分的协同作用，进而更有利于对复合相变材料的性能的优化。
在本发明的具体实施方式中，所述复合相变材料包括按质量百分比计为0.08%~5%的超高分子量聚乙烯。
如在不同实施方式中，所述复合相变材料中，超高分子量聚乙烯的质量百分比可以示例性的为0.08%、0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%等。
在本发明的优选实施方式中，所述复合相变材料，包括按质量百分比计为0.08%~1%的超高分子量聚乙烯。
在本发明的具体实施方式中，所述相变材料的相变温度为-10~60℃。进一步的，所述相变材料包括石蜡、十八烷、棕榈酸甲酯、硬脂酸乙酯、十四醇、硬脂酸甲酯、月桂酸、聚乙二醇、聚氨酯、十八醇、硬脂酸和棕榈酸中的任一种或多种。
在实际操作中，相变材料的种类可根据实际应用需求进行调整选择，以得到具有适宜的相变温度的复合相变材料。
在本发明的具体实施方式中，所述支撑材料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁烯对苯二酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸乙酯、间苯二甲酸酯磺酸钠共聚物、丙烯酸酯共聚物、聚对苯二甲酸丙二酯、聚乙烯醇、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇缩乙醛、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸丁酯、三元乙丙树脂、天然橡胶、乙烯基弹性体和丙烯基弹性体中的任一种或多种。
在本发明的具体实施方式中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为150万~1000万，分子量分布为3~10。
如在不同实施方式中，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量可以示例性的为150万、200万、300万、400万、500万、600万、700万、800万、900万、1000万等；分子量分布可以示例性的为3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10等。
在本发明的具体实施方式中，所述增柔助剂包括白油、肉豆蔻酸异丙酯、肉豆蔻酸丁酯和肉豆蔻酸异辛酯中的任一种或多种。
本发明还提供了上述任意一种所述复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：将各组分按比例混合后，进行熔融造粒。
在本发明的具体实施方式中，可采用双螺杆挤出机进行所述造粒。所述双螺杆挤出机的参数可以包括：进料段的温度为150~170℃，熔融段的温度为190~210℃，计量段的温度为170~190℃；螺杆转速为140~160转/min；切刀转速为50~70转/min；得到的复合相变材料为粒径为3~5mm的粒料。
在实际操作中，可根据后续对复合相变材料的形态要求，进行不同工艺处理。如需求为相变调温纤维，则可采用纺丝设备进行后续工艺。
本发明还提供了上述任意一种所述复合相变材料在制备相变调温纤维、相变调温片材和/或相变调温母粒中的应用。
本发明还提供了调节相变材料相变温度的方法，包括如下步骤：
在相变材料的体系中加入超高分子量聚乙烯，通过调节超高分子量聚乙烯的加入量，调节相变材料的体系的相变温度；
所述超高分子量聚乙烯的加入量为0.07wt%~17wt%。
如在不同实施方式中，所述超高分子量聚乙烯的加入量可以示例性的为0.07wt%、0.08wt%、0.1wt%、0.2wt%、0.5wt%、0.8wt%、1wt%、2wt%、4wt%、5wt%、6wt%、8wt%、10wt%、12wt%、15wt%、17wt%等。
其中，所述超高分子量聚乙烯的加入量是指超高分子量聚乙烯的用量占最终得到的体系的质量的百分比。
在本发明的优选实施方式中，所述超高分子量聚乙烯的加入量为0.08wt%~5wt%。
在本发明的具体实施方式中，所述相变材料的体系包括：相变材料30~80份、支撑材料15~55份、增柔助剂3~20份。
进一步的，所述相变材料的体系还包括抗氧剂。所述抗氧剂的用量可根据实际需求进行调整。
本发明通过在相变材料的体系中添加一定量的超高分子量聚乙烯，能够与复合相变材料的支撑材料产生协同效应，可有效调节相变材料的相变温度，并提高相变调温纤维力学性能，使相变材料的相变温度满足不同应用场景的需求，并节省了重新合成或调配相变材料的工序，满足商业化生产的要求。
实施例1
本实施例提供了复合相变材料及其制备方法，其中，所述复合相变材料包括：月桂酸500g、高密度聚乙烯100g、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物230g、白油160g、超高分子量聚乙烯10g和抗氧剂1076 3.4g。所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为350万，分子量分布为5。
所述复合相变材料的制备方法包括：将上述各组分在高速混合机内混合，至相变材料完全溶解；然后将混合后的物料通过双螺杆挤出机造粒，螺杆的进料段的温度为160℃，熔融段的温度为200℃，计量段的温度为180℃，螺杆转速控制在150转/min。随后水下切粒，切刀转速为60转/min，得粒径为3~5mm的复合相变材料粒料，再采用单螺杆纺丝设备得到相变调温纤维。
其中，设置单螺杆各段温度在140~200℃之间，螺杆转速控制在150~250rpm，喷丝孔直径为0.1~0.4mm，得到相变调温纤维。
实施例2
本实施例参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
本实施例的复合相变材料包括：月桂酸500g、高密度聚乙烯100g、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物235g、白油160g、超高分子量聚乙烯5g和抗氧剂1076 3.4g。
实施例3
本实施例参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
本实施例的复合相变材料包括：月桂酸500g、高密度聚乙烯100g、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物239g、白油160g、超高分子量聚乙烯1g和抗氧剂1076 3.4g。
实施例4
本实施例参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
本实施例的复合相变材料包括：十八烷500g、聚丙烯100g、乙烯-辛烯共聚物300g、白油45g、超高分子量聚乙烯5g和抗氧剂1076 5g。
实施例5
本实施例参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
本实施例的复合相变材料包括：十八醇250g、硬脂酸250g、聚丙烯100g、乙烯-辛烯共聚物300g、白油45g、超高分子量聚乙烯5g和抗氧剂1076 5g。
实施例6
本实施例参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别仅在于：超高分子量聚乙烯的参数不同。本实施例的超高分子量聚乙烯重均分子量为800万，分子量分布为6.5。
实施例7
本实施例参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别仅在于：超高分子量聚乙烯的参数不同。本实施例的超高分子量聚乙烯重均分子量为600万，分子量分布为5.5。
比较例1
比较例1参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
月桂酸500g、高密度聚乙烯100g、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物230g、白油160g和抗氧剂1076 3.4g。
比较例2
比较例2参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
月桂酸500g、高密度聚乙烯110g、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物230g、白油160g和抗氧剂1076 3.4g。
比较例3
比较例3参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
十八烷500g、聚丙烯100g、乙烯-辛烯共聚物305g、白油45g和抗氧剂1076 5g。
比较例4
比较例4参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
十八醇250g、硬脂酸250g、聚丙烯100g、乙烯-辛烯共聚物305g、白油45g和抗氧剂1076 5g。
比较例5
比较例5参考实施例1的复合相变材料及其制备方法，区别在于：复合相变材料的组成不同。
月桂酸500g、高密度聚乙烯100g、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物220g、白油160g、超高分子量聚乙烯20g和抗氧剂1076 3.4g。
实验例1
对各实施例和比较例制得的各相变调温纤维的熔点、凝固点和相变焓值、拉伸强度进行测试，测试结果见表1。
表1 不同相变调温纤维测试结果
从上述测试结果可知，本发明通过超高分子量聚乙烯与其余组分配合，能够有效调节复合相变材料的相变温度，相变温度调节范围高，且力学性能好，可以造粒纺丝，使相变材料的相变温度满足不同应用场景的需求，并节省了重新合成或调配相变材料的工序，满足商业化生产的要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.复合相变材料，其特征在于，包括按重量份数计的如下组分：
相变材料30~80份、支撑材料15~55份、增柔助剂3~20份和超高分子量聚乙烯0.1~10份。
2.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，包括按重量份数计的如下组分：相变材料40~60份、支撑材料25~55份、增柔助剂4~18份和超高分子量聚乙烯0.1~2份。
3.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，包括按质量百分比计为0.08%~5%的超高分子量聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述相变材料的相变温度为-10~60℃；
所述相变材料包括石蜡、十八烷、棕榈酸甲酯、硬脂酸乙酯、十四醇、硬脂酸甲酯、月桂酸、聚乙二醇、聚氨酯、十八醇、硬脂酸和棕榈酸中的任一种或多种。
5.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述支撑材料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丁烯对苯二酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸乙酯、间苯二甲酸酯磺酸钠共聚物、丙烯酸酯共聚物、聚对苯二甲酸丙二酯、聚乙烯醇、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇缩乙醛、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸丁酯、三元乙丙树脂、天然橡胶、乙烯基弹性体和丙烯基弹性体中的任一种或多种。
6.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为150万~1000万，分子量分布为3~10。
7.权利要求1~6任一项所述的复合相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按比例混合后，进行熔融造粒。
8.权利要求1~6任一项所述的复合相变材料在制备相变调温纤维、相变调温片材和/或相变调温母粒中的应用。
9.调节相变材料相变温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
在相变材料的体系中加入超高分子量聚乙烯，通过调节超高分子量聚乙烯的加入量，调节相变材料的体系的相变温度；
所述超高分子量聚乙烯的加入量为0.07wt%~17wt%。
10.根据权利要求9所述的调节相变材料相变温度的方法，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的加入量为0.08wt%~5wt%。
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