[發明專利]可編織石蠟/導熱材料/聚合物中空纖維膜復合相變材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711229964.3
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108130046A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 羅大軍;于杰;秦舒浩;何敏;崔振宇;張凱舟;邵會菊;韋福建
• 申請（專利權）人: 貴州省材料產業技術研究院
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 李亮;程新敏

本發明公開了一種可編織石蠟/導熱材料/聚合物中空纖維膜復合相變材料及其制備方法，包括中空纖維膜，在中空纖維膜壁內吸附滿石蠟，在中空纖維膜的內腔中充填有石蠟/導熱材料混合物。本發明具有以下優點：高封裝量：聚合物中空纖維膜壁孔隙高，可達到65％以上，中空部分所占整體體積比例大。所以石蠟/導熱材料/聚合物中空纖維膜復合相變材料石蠟封裝量可達85wt％；高導熱：石蠟/導熱材料熔融混合后封裝與膜中空部分，導熱材料起到導熱作用，可有效提高石蠟導熱率；可編織：由于中空纖維膜為直徑在0.3?3mm的纖維狀，拉伸強度高，可編織成網使用；耐腐蝕及價格低廉，易于工業化生產。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，尤其是一種可編織石蠟/導熱材料/聚合物中空纖維膜復合相變材料及其制備方法。

背景技術

目前，日益增長的能源消耗壓力越來越大。近些年來在太陽能、風能、潮汐能等清潔能源方面的研究和開發顯示了人們在尋找可替代能源方面做出的巨大的努力。另一方面，作為能量供應的重要方式之一的熱能，在我們的生活中也占據了舉足輕重的地位，節能減排的倡導就直接凸顯了開發新的高效儲能技術的巨大需求。目前，熱能存儲的方式主要包括顯熱存儲、化學反應熱存儲和潛熱存儲(相變儲能)。其中相變儲能是利用相變材料自身物態變化時(固-液、固-固和固-液氣)吸收或放出的大量的潛熱而進行的，具有較大的發展前景。相變儲能材料是一種能夠通過周圍環境溫度調節自身相變從而吸收環境中熱量或將自身儲存熱量釋放出來的新型功能材料，具有儲能密度大、溫度恒定和過程易控制等優點。它在太陽能存儲、建筑保溫、電力撘品逄罟葦、工業余熱和廢熱回收及航空航天等領域具有廣闊的應用前景。

在過去的幾十年里，不同種類的材料，包括石蠟，水合鹽，脂肪酸，有機和非有機化合物和聚合物的共晶體已被認為是潛在的相變儲能材料并被廣泛研究和使用。其中石蠟是精制石油的副產品，固態高級烷烴的混合物，主要成分的分子式可表示為C_nH_2n+2，其中n＝17～35。其主要組分為直鏈烷烴，還有少量帶個別支鏈的烷烴和帶長側鏈的單環環烷烴；短鏈烷烴的熔點較低，隨著炭鏈的增長熔點呈現先增長較快后逐漸減慢直至趨于一定值的規律變化。而隨著碳鏈的增長，烷烴的溶解熱也逐漸增大。另一方面，受空間的影響，奇數和偶數的碳原子所組成的烷烴其溶解熱也有差異，偶數碳原子烷烴的同系物有較高的溶解熱，當鏈達到一定的長度時，溶解熱趨于相等。石蠟是支鏈烷烴的混合物，相變過程中有著特殊的特性，在7～22℃范圍內C₇H₁₆以上的奇數烷烴和在C₂₀H₄₂以上的偶數烷烴都會產生兩次相變，溫度較低時先發生固-固相變，此次相變是圍繞其長軸旋轉而產生的，溫度略高時會再發生一次固-液相變，又由于石蠟是一種固-液相變相變材料，這些烷烴從固體到液體的相變過程的總潛熱接近于固-液相變時的溶解熱，它被看作是可利用的熱能。石蠟作為一種相變儲能材料具有很多優點，取材方便價格低廉，無毒，幾乎不存在腐蝕性，自成核，過冷結晶現象不明顯，熔化時蒸汽壓低，同時化學活性較低，化學性質穩定，不容易發生化學反應，呈中性，在溫度低于140℃時很難發生分解炭化，具有一定的強度和可塑性。但它也有一些顯著缺點，比如儲熱密度低，固-液相變過程體積變化大因此在其凝固時有一定的脫離基底材料器壁的趨勢，液態易泄露，密度小和導熱系數低等。針對其在應用中的缺陷，近些年來的研究主要集中在提高石蠟的封裝及導熱性能方面，從而達到擴大應用目的。

中空纖維膜因具有抗沖擊、耐磨性能好、耐腐蝕、單位膜面積大、分離效率高等優點而被廣泛應用在水處理、膜蒸餾、氣體分離及生物醫藥等領域。其中聚丙烯中空纖維膜由于聚丙烯材料是一種疏水性材料，在用于水處理過程中時，由于聚丙烯的疏水性既減小了膜水通量也加快了膜的污染。這限制了聚丙烯中空纖維膜的實際應用。PVDF內村膜則用于污水處理應用方面較多，其它領域也亟待拓展。但中空纖維膜除用于分離材料以外，同時也是一種高孔隙率的多孔材料。因此可考慮將其用于石蠟封裝。有以下幾點優勢：

(1)疏水性：石蠟屬于高疏水性有機物，聚丙烯與聚偏氟乙烯是疏水性材料，石蠟也是高疏水性材料。二者能夠很好的浸潤，不易發生脫離。