一種復合定形相變材料及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種復合定形相變材料及其制備方法。具體的說是一種具有一定相變潛熱，并且在溫度高于其相變溫度時外觀仍呈固態(tài)且形狀穩(wěn)定的復合定形相變材料，其骨架材料為聚苯胺，起潛熱儲熱作用的相變材料為長鏈脂肪酸。該復合定形相變材料的相變潛熱可根據需要調整長鏈脂肪酸的用量使其在33～172J/g范圍內可調。其制備方法為：1）將長鏈脂肪酸類有機相變材料和苯胺在表面活性劑的作用下分散到水中形成乳液；2）在0～25℃下加入引發(fā)劑引發(fā)苯胺的聚合反應；3）反應完成后經過濾、洗滌并干燥得到復合定形相變材料。通過這種方法制得的定形相變材料，具有制備工藝簡單，成本低，在溫度高于其相變點時仍保持固態(tài)且形狀穩(wěn)定的優(yōu)點，可廣泛用于太陽能熱利用、智能化自動空調建筑物、玻璃暖房、相變蓄能型空調、控溫器材等多種場合。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及定形相變材料及其制備方法，具體的說是一種具有一定相變潛熱，并且在溫度低于或高于其相變溫度時均呈固態(tài)且形狀穩(wěn)定的復合定形相變材料及其制備方法。
技術介紹
能源是人類生存和社會發(fā)展的基礎，目前人們可以利用的能源可以分為兩類化石能源和可再生能源。其中化石能源占了人類所用能源的絕大部分。隨著社會的發(fā)展，人們對能源的需求也在快速增長。能源危機已經成為了制約社會發(fā)展的最主要因素之一。于是人們紛紛把目光投向節(jié)能和可再生能源領域。在人們的生產生活活動中，能量的最終使 用形式絕大部分為熱能。因此，熱能的存儲就成為了節(jié)能和開發(fā)可再生能源的一個重要研究領域。相變材料通過材料在兩相之間發(fā)生相變而吸收或釋放大量的熱能，從而起到儲存熱能的作用。因此，相變材料作為熱能存儲的物質基礎引起了人們的廣泛興趣。此外，在實際生產和生活中的許多能源形式，如太陽能、工業(yè)余熱、廢熱及電網的谷期電能等，都存在著一個供給與需求之間的時間差。如果不能將這些能量儲存起來將造成極大的浪費。而使用相變材料可以將這些能量先以熱能的形式儲存起來，然后再在需要的時候穩(wěn)定的供給人們使用，為節(jié)能和開發(fā)可再生能源提供了一條便捷的途徑。相變材料在吸收或釋放熱能而發(fā)生相變的過程中，其本身的溫度幾乎不變或變化很小，因此相變材料還可以被于控溫器件領域。相變材料中研究最多、來源最廣、價格最便宜、最具實際應用前景的是固-液相變材料，它通過材料在固、液兩相之間轉變以實現熱能的存儲。但是固-液相變材料存在著一個嚴重問題，即材料在使用過程中會重復地以液體的形式存在，所以必須要解決材料的封裝問題，導致材料的實際應用極為不便。為此，研究者們提出了將其制成定形相變材料的辦法。當溫度高于其相變點時，定形相變材料在宏觀上仍然表現為固態(tài)且形狀穩(wěn)定，從而解決了相變材料的封裝難題。此外，對固-液相變材料進行改性進時要加入各種填料，而相變材料在使用過程中重復的以液體的形式存在會不可避免地造成填料與相變材料分離而失去改性的作用。定形相變材料中的支撐材料網絡可以阻止填料與相變材料分離，起到穩(wěn)定材料性能的作用。因此，定形相變材料已經成為相變儲熱材料的研究熱點。定形相變材料的研究已有近二十年的歷史。人們使用各種方法，利用多種原材料，制備了多種定形相變材料，概括起來有兩類第一類是將固-液相變材料吸附在蒙脫土等固態(tài)多孔材料內而得到，此類定形相變材料存在不承壓，易泄漏，支撐材料選擇范圍窄，孔隙利用率低，導熱性能各向異性等不足；第二類是將固-液相變材料通過包覆或軟硬嵌段的方法封裝在高分子支撐材料內而得到，此類定形相變材料來源廣泛，不易泄漏，體積儲能密度高，導熱性能各向同性，便于應用。聚苯胺是一類導電高分子材料，它具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，而且其制備過程簡單，可作為一種優(yōu)良的骨架材料應用到定形相變材料領域。但目前尚未見到本專利技術所涉及的聚苯胺/脂肪酸類定形相變材料的報導。
技術實現思路
本專利技術提供了一種新的粉末狀的復合定形相變材料及其制備方法。該復合定形相變材料以聚苯胺為骨架材料，長鏈脂肪酸為相變儲熱材料，可根據需要調整長鏈脂肪酸的用量來調整其相變儲熱能力。該復合定形相變材料的制備方法簡單，原料易得，是一種優(yōu)良的定形相變材料。為達到上述目的，本專利技術采取如下技術方案。一種粉末狀的復合定形相變材料，其骨架材料為聚苯胺，起潛熱儲熱作用的相變材料為長鏈脂肪酸；當溫度高于長鏈脂肪酸熔點時，該復合定形相變材料外觀仍呈固態(tài)且形狀穩(wěn)定；該復合定形相變材料的相變潛熱可根據需要調整長鏈脂肪酸的用量使其在33 172 J/g范圍內可調。 所述相變材料為辛酸、癸酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸、二十酸、二十二酸、二十四酸或二十六酸中的一種；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨。所述復合定形相變材料按如下方法制備得到在高于相變材料熔點5 20°C的溫度下，將相變材料在攪拌和表面活性劑的作用下分散到水中形成乳液；再加入苯胺和濃鹽酸或只加入苯胺，然后繼續(xù)攪拌分散成穩(wěn)定乳液，將該乳液在攪拌下冷卻到O 25°c并保持此溫度，然后在攪拌下加入過硫酸銨水溶液引發(fā)苯胺的聚合反應，反應2 12小時后經過濾、洗滌并干燥得到復合定形相變材料。所述復合定形相變材料中相變材料的含量為相變材料與苯胺質量之和的20-90% ；所述穩(wěn)定乳液中水的含量為有機相變材料和苯胺用量之和的30 35倍(質量比)，表面活性劑的用量為所用水量的O. 06 5%(質量比),濃鹽酸的用量為所用水量的O. 8 I. 2%(體積比)。所述將有機相變材料在攪拌和表面活性劑的作用下分散到水中形成乳液所需時間為I 2小時，加入苯胺和濃鹽酸或只加入苯胺后繼續(xù)攪拌分散成穩(wěn)定乳液所需時間為O. 5 I小時。所述加入的過硫酸銨水溶液濃度為O. 075 O. 59g/mL ;加入量為制備乳液時用水量的7. 8 12% (體積比)。所述將溫度高于相變材料熔點5 20°C的乳液冷卻到O 25°C時，要采用O 20°C的低溫水或冰水混合物來使乳液冷卻并且要持續(xù)攪拌乳液。本專利技術具有如下優(yōu)點。本專利技術提供了一種新的粉末狀的定形相變材料，可根據需要壓制成各種形狀，其相變潛熱可根據需要通過調整長鏈脂肪酸的用量而變化，環(huán)境穩(wěn)定性好，可根據使用溫度的不同選擇不同的長鏈脂肪酸作為相變儲熱材料，該定形相變材料的制備方法簡單，成本較低，所用原料均廉價易得。利用本專利技術可有效地改善有機相變材料的性能，拓展其應用范圍。具體實施方式實施例I。I)制備乳液取2. 6g的十六酸,O. 08g的十六燒基三甲基溴化銨與90mL水混合，放入68°C的水浴中，攪拌I小時后加入O. 4g苯胺和ImL濃鹽酸,再攪拌I小時得到穩(wěn)定乳液。2)乳液的冷卻保持攪拌速度不變，將68°C的熱水浴換成冰水浴，直到乳液溫度降到O 5°C。3)引發(fā)聚合反應保持乳液的溫度在O 5°C，劇烈攪拌下將含O. 98g過硫酸銨的7mL水溶液緩慢滴加到乳液中，20分鐘內加完，持續(xù)攪拌，反應12小時。4)分離純化產品將反應完成后的混合物過濾,將濾餅用水洗滌,然后將濾餅于60°C烘干即得復合定形相變材料。 5)儲熱測試對所述復合定形相變材料的熱能儲存性能測試在美國TA公司生產的Q2000型差示掃描量熱儀(DSC)上進行，具體操作過程為稱取I. 5 4mg的復合定形相變材料放入樣品坩堝中，在20 100°C的溫度范圍內，以10°C /min的升溫速率進行掃描；然后使用儀器自帶的程序對實驗結果進行處理，測得復合定形相變材料的起始相變溫度為61. 47°C，相變峰值溫度為64. 89°C，相變潛熱為172. 3J/g。6)穩(wěn)定性檢驗將復合定形相變材料用壓片機在IMPa的壓力下壓制成一個圓柱體，放入70°C的恒溫箱，12小時后觀察圓柱體形狀未發(fā)生改變且沒有液體匯漏。實施例2。I)制備乳液取I. 8g的十六酸,O. 054g的十六燒基三甲基溴化銨與90mL水混合，放入70°C的水浴中,攪拌I小時后加入I. 2g苯胺和I. ImL濃鹽酸,再攪拌I小時得到穩(wěn)定乳液。2)乳液的冷卻保持攪拌速度不變，將70°C的熱水浴換成冰水浴，直到乳液溫度降到O 5°C。3)引發(fā)聚合反應保持乳液的溫度在O 5°C，劇烈攪拌下將含2. 91g過硫酸銨的IOmL水溶液緩慢滴加到乳液中，2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種粉末狀的復合定形相變材料，其特征在于：其骨架材料為聚苯胺，起潛熱儲熱作用的相變材料為長鏈脂肪酸；當溫度高于相變材料的熔點時，該復合定形相變材料外觀仍呈固態(tài)且形狀穩(wěn)定；該復合定形相變材料的相變潛熱可根據需要調整長鏈脂肪酸的用量使其在33～172？J/g范圍內可調。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：曾巨瀾，朱芙蓉，肖忠良，曹忠，張玲，嚴文佩，鄭雙好，
申請(專利權)人：長沙理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：