[發明專利]一種纖維素基柔性儲熱復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110603910.9
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113337252B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 張濤;盧錦濤;趙燕
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 蘇張林

本發明提供了一種纖維素基的柔性儲熱復合材料及其制備方法，屬于包括以下步驟：將油相和水相混合均勻，得到水包油型高內相乳液，其中，所述油相為有機相變材料；所述水相包括水溶性乳化劑、纖維素懸浮液和水，向上述高內相乳液中加入交聯劑和催化劑，通過加熱可使纖維素乳液實現界面聚合，在界面處形成交聯聚合物，再經加熱干燥和冷凍干燥后獲得儲熱復合材料。這種儲熱復合材料的外形可通過聚合時盛放高內相乳液模具實現控制，其內部具有納米纖維結構，加熱干燥后的材料儲熱密度達200J/g，而冷凍干燥后的材料儲熱密度可高達250J/g，在室溫和40℃以上時具有柔性，可卷曲折疊，導熱性能良好。

技術領域

本發明屬于儲熱復合材料制備技術領域，尤其是指一種纖維素基柔性儲熱復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著日益增長的能源消耗，需要開發更有效的方法來存儲能量。相變材料是一種在結晶和熔化過程中表現出大量潛熱的物質，由于其溫度變化小且具有優良的能量存儲和釋放性能而受到人們的關注。PCMs可以提高熱能的利用效率，已被應用于節能建筑、太陽能儲能、熱調節紡織品和電子冷卻中。為了防止PCMs在實際應用中泄漏，通常對其進行封裝和定形。根據大小，封裝通常分為納米(1μm)，微觀(1-1000μm)，宏觀(1 mm)。微米和納米封裝的相變材料具有良好的結構穩定性和較高的比表面積，因而具有相對較高的傳熱面積。然而，微納米封裝體系中PCM含量較低，限制了PCM的封裝能力(潛熱量)。乳液模板多孔聚合物，通常被稱為polyHIPEs，由乳液中的連續相合成的聚合物。近年來，已研發出閉孔結構的polyHIPEs，這種結構有利于封裝PCM。由于可以同時實現形狀穩定和封裝，最終得到的PCM封裝的單體通常具有高封裝能力和高表面體積比。如論文(Puupponen S,Mikkola V,Ala-Nissila T,A,Novel microstructured polyol–polystyrene composites forseasonal heat storage,Appl.Energy 172(2016)96-106；Gui H,Zhang T,Guo Q,Closed-cell,emulsion-templated hydrogels for latent heat storage applications,Polym.Chem.(2018)3970-3973；Zhang T,Xu Z,Chi H,Zhao Y,Closed-cell,phase changematerial-encapsulated monoliths from a reactive surfactant-stabilized highinternal phase emulsion for thermal energy storage,ACS Appl.Polym.Mater.2(2020)2578-2585)以往的研究表明，復合材料的封裝效率高、可重復使用性好、穩定性好，有利于潛熱的儲存。然而，由于聚苯乙烯的脆性，這些PCMs封裝的聚苯乙烯復合材料往往是脆性的，這種脆性可能會阻礙其應用且降解性差。

纖維素納米纖維(CNF)是從木材或農業副產品中生成的材料，由于其資源豐富、可再生、可生物降解、高長寬比和高活性表面基團等優點，在制備多孔材料(通常是氣凝膠)方面具有很廣泛的應用。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中如何提高復合材料的柔性。

為解決上述技術問題，一種纖維素基柔性儲熱復合材料及其制備方法。本發明采用高內相乳液封裝制備了纖維素基柔性相變儲能的材料，利用該方法制備的相變儲能材料具有柔性好、儲熱大、綠色可持續、操作方法簡單等優點。

一種纖維素基柔性儲熱復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將油相加入水相中混勻得到水包油型乳液；其中，所述油相為有機相變材料；所述水相為水溶性乳化劑、纖維素懸浮液和水的混合液；為了獲得水包油型乳液，需將油相緩慢的加入水相中，并在乳化劑的作用下得到水包油型乳液。

若將水相加入油相中則無法得到水包油型乳液，且乳液極不穩定，易出現破乳、分層等現象。