[發明專利]一種具有三明治夾層結構的相變儲能復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202011068727.5
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112194809B
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發明（設計）人: 石海峰;錢彭華;毛慧琴
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C09K5/06;C08L23/26;C08L33/20;C08K9/04;C08K9/02;C08K3/04
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本發明提供了一種具有三明治夾層結構的改性氧化石墨烯/梳狀聚合物相變儲能復合膜的制備方法，其中以聚乙二醇類單體功能化改性氧化石墨烯為上下基底膜，以“片狀嵌入結構”形式引入梳狀聚合物相變材料，通過將部分改性氧化石墨烯分散到梳狀聚合物溶液中進行滴涂的方式將粉末狀梳狀聚合物固定在改性石墨烯自組裝膜內，從而得到具有致密三明治夾層結構的復合膜。“片狀嵌入結構”不僅增強了層間的界面粘結強度還強化了各層間的界面相互作用。另外，相變材料的引入賦予復合材料熱存儲的特性。該過程操作簡單、成本低且層數、厚度可控，是一種綠色節能的生產工藝，應用范圍十分廣泛。

技術領域

本發明涉及到相變材料領域，具體是利用自組裝技術制備一種具有三明治夾層結構的改性氧化石墨烯/梳狀聚合物相變儲能復合膜。

背景技術

梳狀聚合物相變材料是以梳狀聚合物為結構單元，通過改變側鏈類型實現聚合物的的相變功能化。梳狀聚合物相變材料作為一種新型結構的有機儲能材料，由于其具備較高的熱焓值，較穩定的熱性能和固-液相轉變特性引起人們的廣泛關注。

自組裝一般是以氫鍵、靜電力、范德華力等非共價鍵作為驅動力形成的結構單元有序集合的過程。對氧化石墨烯而言，大量共軛結構的存在使得片層之間存在較強的π-π作用力，表面大量極性含氧官能團使其很容易與其他物質發生靜電力、氫鍵等相互作用。同時，具有一定強度和柔韌性的二維平面為氧化石墨烯形成組裝體創造了條件。

梳狀聚合物相變材料一般為粉末狀固體，在投入使用前需要載體進行封裝，但其加工性能差，為實際使用帶來了困難。中國發明專利(CN?106854456?A)公布了一種具有調溫節能作用的定型復合相變材料及其制備方法。該相變材料以膨脹石墨作為支撐材料，以三元脂肪酸為相變材料，通過壓縮制備了三元脂肪酸/膨脹石墨定型復合相變材料。但是該相變材料存在可循環使用性較差，容易發生相分離等現象，不能滿足實際應用的需求。另外，由于在使用過程中相變材料在發生固-液相轉變時易發生泄漏，這給相變復合材料提出了更高的要求，嚴重限制了相變材料在工業中的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有三明治夾層結構的改性氧化石墨烯/梳狀聚合物儲能相變材料及其制備方法，該方法具有操作簡單、成本低且層數、厚度可控、綠色無污染等特點，且制得的儲能相變材料具有較高的熱焓值、熱穩定性和可加工性能。

一種具有三明治結構的相變儲能復合膜的制備方法，包含以下幾個步驟：

(1)梳狀聚合物的制備

首先將聚(乙烯-g-馬來酸酐)或聚丙烯腈馬來酸酐或聚丙烯腈-丙烯酸-馬來酸酐的至少一種溶解于甲苯中，加入一定比例的烷基醇，攪拌至完全溶解，隨后加入作催化劑A，在氮氣保護下80℃反應8-10h。反應結束后，產物在蒸溜水中沉淀，過濾，得粗產物。在無水甲醇中反復洗滌3-4次后，于50℃真空烘箱中干燥至恒重，備用；

(2)改性氧化石墨烯的制備

在攪拌下將一定量的聚乙二醇類單體滴入氧化石墨烯分散液中，隨后加入含有一定量硝酸鈰銨的硝酸溶液(1mg?mL-1～3mg?mL-1)，聚合過程在60℃、氮氣保護下進行8h；最后，將原始懸浮液離心、洗滌5次以除去未反應的單體或殘留的均聚物。

(3)自組裝三明治復合膜的制備

①將步驟(2)得到的改性氧化石墨烯超聲分散在水中得到穩定的水分散液(5.0mgmL-1～15.0mg?mL-1)，將一定量的分散液置于直徑為50mm、孔徑為0.45μm的微孔有機濾紙上進行真空抽濾輔助自組裝，得到改性氧化石墨自組裝下層基底膜；

②將步驟(1)得到梳狀聚合物溶于有機溶劑中并加入一定量步驟(2)得到的改性氧化石墨烯得到混合分散液，于60℃熱臺上將一定量的分散液滴涂在基底膜上，得到梳狀聚合物相變材料夾層；