[發明專利]一種復合定形相變材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210355649.6
• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN102888211A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明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且形狀穩定的復合定形相變材料及其制備方法。

背景技術

能源是人類生存和社會發展的基礎，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展的最主要因素之一。于是人們紛紛把目光投向節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能和開發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定的供給人們使用，為節能和開發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且形狀穩定，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，它具有優良的環境穩定性和熱穩定性,而且其制備過程簡單，可作為一種優良的骨架材料應用到定形相變材料領域。但目前尚未見到本發明所涉及的聚苯胺/脂肪酸類定形相變材料的報導。

發明內容

本發明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，是一種優良的定形相變材料。

為達到上述目的，本發明采取如下技術方案。

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且形狀穩定；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℃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，然后繼續攪拌分散成穩定乳液，將該乳液在攪拌下冷卻到0～25℃并保持此溫度，然后在攪拌下加入過硫酸銨水溶液引發苯胺的聚合反應，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0.06～5%（質量比），濃鹽酸的用量為所用水量的0.8～1.2%（體積比）。