一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料及其制備方法，所述的復合定形相變材料各組分的質量百分比為：相變材料85～99.5％、有機凝膠因子0.5～15％。本發(fā)明以固液相變材料為工作物質，采用酰胺類有機小分子凝膠因子自組裝形成的空間網(wǎng)絡結構作為相變材料的支撐材料，可以獲得高相變焓，低制備成本，制備工藝簡單，應用性能良好的定形相變材料。
【專利說明】一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定形相變材料及其制備方法，具體涉及一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，人們發(fā)現(xiàn)某些小分子有機化合物能在很低的濃度下(甚至低于lwt%)使大多數(shù)有機溶劑凝膠化，使整個體系形成類似粘彈性液體或固體的物質，稱為分子凝膠或有機凝膠。這類小分子有機化合物被稱為Gelator (暫譯為凝膠因子)。制備有機凝膠方法簡便:將凝膠因子在有機溶劑中加熱溶解，再冷卻至室溫，凝膠因子在冷卻過程中自發(fā)地聚集、組裝成有序結構，形成三維網(wǎng)絡體系，從而達到對溶劑的束縛作用，且該過程為熱可逆過程。目前對于凝膠因子的研究主要集中在普通有機溶劑的凝膠化，而將凝膠因子應用于相變材料中的報道少見。 [0003]相變材料(PCMs)是利用物質在相變過程中的吸熱和放熱進行熱能的儲存和釋放，從而能夠實現(xiàn)溫度調(diào)控的材料。相變材料在太陽能利用、航空航天、熱負荷的移峰填谷、新型節(jié)能型建筑用材、廢熱回收及空調(diào)技術方面的應用越來越廣泛，而開發(fā)成本低廉、熱效率高的相變材料是未來節(jié)能材料發(fā)展的主要方向。
[0004]從現(xiàn)在應用普遍程度來看，相變儲熱材料主要使用的是固液相變儲熱材料和固固相變儲熱材料。固液相變材料主要優(yōu)點是價廉易得，但是固液相變儲熱材料存在過冷和相分離現(xiàn)象，會導致儲熱性能惡化，易產(chǎn)生泄露、污染環(huán)境、腐蝕物品、封裝容器價格高等缺點。固固相變材料在發(fā)生相變前后固體的晶格結構改變而放熱吸熱，與固液相變材料相t匕，固固相變材料具有更多優(yōu)點:可以直接加工成型，不需容器盛放；固固相變材料膨脹系數(shù)較小，不存在過冷和相分離現(xiàn)象，毒性腐蝕性小，無泄露問題；同時組成穩(wěn)定，相變可逆性好，使用壽命長，裝置簡單。但固固相變材料也存在相變潛熱較低，價格較高的缺點。綜合固液相變材料和固固相變材料的優(yōu)缺點，出現(xiàn)了一大類形狀穩(wěn)定的固液相變材料，其由兩部分構成:一是工作物質，利用它的固-液相變行為來進行儲能，常用的主要是有機類相變材料。另一是載體基質，它起包覆和結構骨架的作用，一方面將處于無定形的固-液相變成份束縛包裹住，防止流動，另一方面能保持材料的固定形狀和可加工性。
[0005]東南大學李敏(CN103059817A)將有機相變物質和固化劑在熔融狀態(tài)下混合并生成預聚物，將預聚物澆注進入多孔石墨等大孔材料孔內(nèi)，高于原料相變溫度的條件下固化得到復合定形相變材料。其配方中有機相變物質的含量為50-85wt%，載體基質的含量相應為50~15wt%。中國科學院大連化學物理研究所孫立賢(CN102977858A)以脂肪酸混酸體系為相變材料，膨脹石墨為載體，當膨脹石墨占復合相變材料IOwt %時，該復合相變儲熱材料的相變溫度為19.6°C，相變潛熱為145.5kJ/kg，導熱系數(shù)為0.723W.ML1.L1，用復合涂飾劑進一步定形后復合材料的相變溫度為18.6°C，相變潛熱為92.4kJ/kg。
[0006]蘭州理工大學郭軍紅等(CN102417812A)以三聚氰胺-甲醛預聚物包覆正十四醇制備相變微膠囊，其中正十四醇乳液質量分數(shù)60~70%，三聚氰胺-甲醛預聚物質量分數(shù)30~40%。東華大學于偉東(CN1695788A)以乙烯基及雙乙烯基類單體為外殼聚合物來源，以油溶性相變材料為核心，采用乳液聚合法制備相變儲能微膠囊，其中相變材料質量百分數(shù)為10~30%。相變材料百分含量低，直接導致微膠囊相變材料的相變焓小。
[0007]中國科技大學葉宏等(SolarEnergy Materials and Solar Cells, 2000,64 (I):37)用雙輥開煉機將石蠟和聚乙烯共混制備定形相變材料，石蠟質量含量為75%。華南理工大學肖敏等(太陽能學報，2001，22 (4):P427)將熔點56~58°C石蠟與熱塑性彈性體組成復合相變材料，石蠟的質量分數(shù)為20~80%。
[0008]河北工業(yè)大學王家喜(CN102504092A)將有相變性能的脂肪酸或脂肪醇引入到高反應活性(甲基)丙烯酸上，得到的可聚合的酯作為相變部分，利用自由基共聚的方法制備了(甲基)丙烯酸酯類聚合物、(甲基)丙烯酸酯類_(甲基)丙烯酸的聚合物以及(甲基)丙烯酸酯類_(甲基)丙烯酸共聚物的季銨鹽。得到的高分子固固相變貯能材料相變溫度為29~52°C，相變焓可達96kJ/kg。
[0009]新疆大學哈麗丹.買買提(CN102321452A)以月桂酸纖維素酯和聚乙二醇為主料，在交聯(lián)劑存在下，經(jīng)溶液接枝聚合法合成交聯(lián)型聚乙二醇/月桂酸纖維素酯相變儲能材料。所得材料相變溫度在19~60°C之間，相變焓可達194.7J/g。但采用該方法制備相變材料，工藝復雜，涉及溶劑回收等問題。
[0010]中國科學院廣州化學研究所郭元強等(Macromoleculesl995，28:6551-6555 ；Journal of Macromolecular Science, Part B:Physics.1995,34(3):239-248 ;Journalof Macromolecular Science, Part B:Physics.1999,38(4):449-459.)將不同分子量的PEG和纖維素、纖維素衍生物、殼聚糖等用溶劑溶解后溶液共混制備出復合PEG固態(tài)相變材料。當共混物中纖維素、纖維素衍生物、殼聚糖等支撐材料質量比高于15%時，共混物才表現(xiàn)出固態(tài)相變行為。郭元強、梁學海專利(CN1165174A ;CN1261095A)通過溶液共混或熔融共混法將含有羥基、氨基、羧基、羰基、?；木酆隙葹?00~3000的極性高分子和分子量為140~200000結晶性或熱塑性高分子及有機酸復合制備固固相變材料。該材料相變焓普遍偏低最高為150J/g。
[0011]中國科學院廣州化學研究所姜勇等(CN1247216A ；CN1247217A ；CN1616588A ；CN1710012A)以一端或兩端含有活性基團的聚乙二醇、交聯(lián)劑和高分子骨架材料組成固-固相變儲能材料。所選用的高分子骨架材料包含纖維素等天然高分子、納米纖維素和聚烯烴等合成高分子。由于接枝上的聚乙二醇數(shù)目受骨架材料分子上所含羥基數(shù)目限制，故其相變焓大小也將受到限制。
[0012]已報道的定形相變材料制備中，作為支撐材料的載體基質的質量百分含量較高，相變工作物質的質量百分含量偏低，必然造成相變焓的降低；而普遍采用的接枝、共混或微膠囊化等復雜的制備工藝，也將使制備的相變材料成本相對提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，開發(fā)出一種高相變焓，低制備成本，制備工藝簡單，應用性能良好的具有凝膠因子超分子網(wǎng)絡結構作為支撐的定形相變材料。
[0014]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，總的發(fā)明構思為:將酰胺類有機凝膠因子加入到相變材料中，加熱攪拌至完全溶解制成透明混合物，倒入模具中，自然冷卻過程中有機凝膠因子通過非共價鍵作用自組裝成超分子網(wǎng)絡結構，對相變材料形成束縛作用，使相變材料在相變溫度以上宏觀上不呈現(xiàn)液體流動性質，從而制得定形相變材料。
[0015]本發(fā)明是通過如下方式實現(xiàn)的:
[0016]一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料，其組分的質量百分比為:相變材料85~99.5%、有機凝膠因子0.5~15%。
[0017]所述的相變材料優(yōu)選含量為90~99%，有機凝膠因子優(yōu)選含量為I~10%。
[0018]所述的相變材料選自:碳原子數(shù)為18~600的烷烴石蠟、地蠟或蜂蠟、碳原子數(shù)為8~30的高級脂肪酸或脂肪酸酯、碳原子數(shù)為8~30的高級脂肪醇、聚乙二醇、聚乙烯或聚丙烯中的一種或一種以上的混合物。
[0019]所述的相變材料優(yōu)選為液體石蠟、固體石蠟、正十八烷、十八醇、十六醇、十四醇、十二醇、正癸醇、硬脂酸、硬脂酸丁酯、甘油硬脂酸酯、棕櫚酸、肉豆蘧酸、月桂酸、癸酸、聚乙二醇、聚乙烯或聚丙烯中的一種或一種以上的混合物。
[0020]所述的有機凝膠因子是酰胺類有機小分子凝膠因子，其化學結構式為:
[0021]
【權利要求】
1.一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料，其組分的質量百分比為:相變材料85~99.5%、有機凝膠因子0.5~15%。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料，其特征是所述的相變材料優(yōu)選含量為90~99%，有機凝膠因子優(yōu)選含量為I~10%。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料，其特征是所述的相變材料選自:碳原子數(shù)為18~600的烷烴石蠟、地蠟或蜂蠟、碳原子數(shù)為8~30的高級脂肪酸或脂肪酸酯、碳原子數(shù)為8~30的高級脂肪醇、聚乙二醇、聚乙烯或聚丙烯中的一種或一種以上的混合物。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料，其特征是所述的相變材料優(yōu)選為液體石臘、固體石臘、正十八燒、十八醇、十六醇、十四醇、十二醇、正癸醇、硬脂酸、硬脂酸丁酯、甘油硬脂酸酯、棕櫚酸、肉豆蘧酸、月桂酸、癸酸、聚乙二醇、聚乙烯或聚丙烯中的一種或一種以上的混合物。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料，其特征是所述的有機凝膠因子是酰胺類有機小分子凝膠因子，其化學結構式為:
6.一種酰胺類凝膠因子復合定形相變材料的制備方法: (1)按質量百分比稱取相變材料85~99.5%、有機凝膠因子0.5~15% ; (2)將所述的有機凝膠因子加入到所述的相變材料中，加熱攪拌至完全溶解制成透明混合物； (3)將所述的透明混合物自然冷卻得到復合定形相變材料。
【文檔編號】C09K5/06GK103773321SQ201410025232
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日:2014年1月17日
【發(fā)明者】張海良, 吳鐺 申請人:湘潭大學