[發(fā)明專利]一種無溶劑固–固相變儲能材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110159365.5
• 申請日: 2011-06-14
• 公開（公告）號: CN102276843A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦宗益;余厚詠;劉彥男;周哲
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: C08G81/00
• 分類號: C08G81/00;C09K5/06
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá);謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于相變儲能材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種無溶劑固-固相變儲能材料的制備方法。?

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國和世界多國的能源日益匱乏。降低能耗，已經(jīng)成為加快轉(zhuǎn)變我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要任務(wù)。這是一個在速度與效率的翅膀下狂飆突進(jìn)的時代，然而經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的沖突日益加劇，從國家到企業(yè)，“綠色低碳、節(jié)能減排”已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。那些資源可再生的相變儲能材料的出現(xiàn)很大程度上解決了能源危機(jī)問題，這是因為相變材料(PCM)是以吸收或放出大量熱量以達(dá)到能量儲存為目的，常用于緩解能量供求雙方在時間、強(qiáng)度及地點上不匹配的有效方式。其中聚乙二醇(PEG)是研究比較成熟的一類優(yōu)良的固-液相變材料，具有相變焓較高，相變溫度范圍較寬，生物可降解，生物相容性好，親水性好，易于化學(xué)改性等優(yōu)點，但由于其在相變過程中會出現(xiàn)液體狀態(tài)，須用容器密封，因此增加了生成的成本，而且也會因液相的泄漏造成腐蝕或環(huán)境污染的危險。這些缺點極大地限制了其在實際生活中的廣泛運(yùn)用。對聚乙二醇進(jìn)行化學(xué)改性是一種制備固-固相變材料極為有效的方法(CN101967697A；CN101565606A；CN101289609A；CN101386683A；CN101037590A；CN1247216A；CN1247217A；CN1616588)。?

纖維素是自然界中存在的來源最廣泛，取之不盡，用之不竭的可再生資源。特別是那些由纖維素天然原料制成纖維素納米晶由于其尺寸小，且具有比纖維素更多的活性羥基。此外，其可作為一種納米級的成核劑，提高PEG晶體的完善性，進(jìn)而提高其在熔融過程與結(jié)晶過程的相變焓，達(dá)到高效儲能的目的(CN1710012A；CN101967697A)。丁恩勇研究小組(CN1710012A)在有毒的有機(jī)溶劑體系中，如丙酮、氯仿、二甲基甲酰胺、甲苯等溶劑，他們采用紫外光引發(fā)自由基聚合的方法，將聚乙二醇接枝到纖維素納米晶或其衍生物的骨架材料上，所制備的材料相變焓可達(dá)112J/g。但其所使用的溶劑體系有毒、價格高且難以回收，以及高毒性的丙烯酰氯類、二異氰酸酯類等交聯(lián)劑的使用除了增加生產(chǎn)成本外，其后處理也會對環(huán)境造成惡劣的影響。?

為了解決上述溶劑與交聯(lián)劑毒性的問題，秦宗益研究小組以水為溶劑，無毒的草酸等羧二酸為偶聯(lián)劑，在催化劑和脫水劑作用下，將聚乙二醇接枝到纖維素納米晶骨架上(CN101967697A)；所制備的材料相變焓最大可達(dá)130J/g以上。但不足的是本發(fā)明所用工序復(fù)雜(分兩步制備接枝共聚物)，需要用大量的溶劑制備產(chǎn)物與去除催化劑與脫水劑，?不但制備過程耗時，而且增加了制作成本。此外，在生產(chǎn)和使用相變材料過程中如何向著綠色環(huán)保方向發(fā)展，實現(xiàn)無污染生產(chǎn)并解決相變材料使用后對環(huán)境的二次污染也十分必要。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無溶劑固-固相變儲能材料的制備方法，該方法操作步驟簡單，成本低，原料可降解，無需溶劑，環(huán)保，適合工業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明所得的固-固相變儲能材料，表現(xiàn)出較強(qiáng)的儲能能力與適宜的相變溫度及高的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，有廣闊的應(yīng)用前景。?

本發(fā)明的一種無溶劑固-固相變儲能材料的制備方法，包括：?

在80-120℃下，將纖維素納米晶與偶聯(lián)劑依次加入聚乙二醇的熔融液中，超聲分散0.1～2h，得分散的纖維素納米晶懸浮液；然后加入催化劑，得反應(yīng)混合液，再在氮氣保護(hù)下機(jī)械攪拌反應(yīng)1-48h，加醇終止反應(yīng)，將所得產(chǎn)物水洗，離心，最后干燥，即可得到無溶劑固-固相變儲能材料聚乙二醇接枝纖維素納米晶的接枝共聚物。?

所述的纖維素納米晶為棒狀或橢圓狀，其直徑為10-500nm，長徑比為10-100，所含的活性基團(tuán)是羥基。?

所述的偶聯(lián)劑為草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸或己二酸，所含的活性基團(tuán)是羧基，能夠?qū)⒗w維素納米晶和聚乙二醇以共價鍵連接起來。?

所述的聚乙二醇(PEG)為儲能功能基團(tuán)，其相對分子質(zhì)量是200-20000，所含的活性基團(tuán)是羥基。?

所述的纖維素納米晶、偶聯(lián)劑與聚乙二醇間的質(zhì)量比為1∶0.5-10∶20-100。?

所述的催化劑為二丁基二月桂酸錫(DBTL)、4-二甲氨基吡啶(DMAP)、辛酸亞錫(Sn(Oct)₂)或二乙酸二丁基錫(DBTA)，其中催化劑占分散的纖維素納米晶懸浮液總質(zhì)量的0.1-5％。?

所述的加醇終止中所用的醇為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇，其與反應(yīng)混合液的體積比為1-10∶1。?