[發明專利]利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相變材料性能的方法和相變材料

有效

• 申請號: 201710242651.5
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106867467B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王瑤;崔學偉;唐建國;劉繼憲;黃林軍;焦吉慶;王彥欣;王薇
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明公開了一種利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相變材料性能的方法和相變材料，采用了化學改性的方法對二氧化硅表面進行修飾，接枝上小分子的聚乙二醇，使二氧化硅表面活性得到一定程度的降低，減弱了二氧化硅對聚乙二醇的限制作用，在一定程度保持大的相變焓的同時，很大程度的提高了材料的熱傳導系數。該發明以二氧化硅為骨架支撐材料，聚乙二醇為相變材料，將兩種材料混合形成的復合相轉變材料的熱焓保持在100J/g以上，熱傳導系數比純聚乙二醇提高達43.3％。該種材料節約成本，無毒無害，并且能有效的提高固液相轉變材料熱傳導系數，具有非常良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及化學改性和相變儲能材料領域，特別是利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相變材料性能的方法和相變材料。

背景技術

相轉變材料是一種在很小范圍內可以存儲和釋放大量熱能的功能材料相轉變材料在很多方面都有很廣闊的應用，例如，太陽能存儲、智能保溫的紡織品、電子器件的熱防護、余熱回收等。然而傳統的相轉變材料缺點非常明顯，熱傳導系數低很大程度上見笑了熱能的利用效率，此外，固-液相轉變材料在存儲熱能時，容易發生泄露。

聚乙二醇擁有相當大的熱焓，一致熔融的表現，并且有適當地熔點和很好的耐摩擦性，所以聚乙二醇作為一種固-液相轉變材料具有非常廣闊的前景。納米二氧化硅是一種價格低廉、無毒、能增強其他材料的抗老化、化學性能，用途非常廣泛，但是直接將二氧化硅加入到聚乙二醇中，雖然會增加其熱傳導系數，但相對的會大限度的限制其鏈段的自由活動，導致熱焓減小很多。本發明首先對二氧化硅進行了改性，使得在保持高的熱傳導系數的同時，也保持了應有的高熱焓，并且能夠很好地防止固-液相變過程中的泄露。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相變材料性能的方法和相變材料。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種利用改性后的二氧化硅提高聚乙二醇相變材料性能的方法，具體方法如下：

二氧化硅表面的接枝改性：首先將納米二氧化硅表面進行預處理活化，使得其表面活性羥基得以減少，做法是將納米二氧化硅分散到一定體積的苯溶液中，在氮氣保護下，加入一定量的氯化亞砜，在50～70攝氏度下反應4～5個小時，離心，將離心后產物在60～80攝氏度真空烘箱干燥20～24小時以上；然后，將處理后的二氧化硅通過溶液法與低分子量聚乙二醇(LMPEG)反應，并將LMPEG接枝到二氧化硅的表面，以此得到SiO₂-LMPEG；

改性后的二氧化硅和PEG6000復合相變材料的制備：將SiO₂-LMPEG和PEG6000分別溶解于去離子水中，在磁力攪拌下5～12小時，將制備的溶液混合，在磁力攪拌下5～12小時，然后將溶液在烘箱80～100攝氏度烘干10～12小時，最后將所得固體放到真空烘箱中60～80攝氏度20～24小時，便可得最終的復合相轉變材料。

所述的方法，使用的納米二氧化硅為市售的二氧化硅，粒徑為20-200納米，苯、聚乙二醇、氯化亞砜均為分析純產品。

所述的方法，SiO₂-LMPEG與PEG6000的質量配比為5:95或10：90或15:85或20:80或25:75或30:70或40:60。

所述的方法，低分子量的聚乙二醇(LMPEG)的分子量為PEG200或PEG300或PEG400。

所述的方法，所述的溶液法制備SiO₂-LMPEG的方法如下：在氮氣保護下將活化后的二氧化硅加入甲苯中溶解，接下來加入低分子量聚乙二醇(LMPEG)，磁力攪拌，65攝氏度下反應5個小時，最后，將反應后的溶液離心、洗滌，放入60攝氏度的真空烘箱干燥，即得改性后的二氧化硅粒子SiO₂-LMPEG。

所述的方法，磁力攪拌磁子轉速為400r/min。