一種高密度相變儲能材料的製備的製作方法
2023-05-12 03:08:11
本發明屬於新材料研發領域，具體涉及一種高密度相變儲能材料及其製備與應用。
背景技術：
：相變儲能是近代物理對能量儲存的理論認識，已經形成比較成熟的理論，但相變儲能材料的開發空間還很大。由於目前能源消耗的極速增長，和能源高效利用的迫切需要，對相變儲能材料的研究就顯得很重要，因為它是節省能源和利用能源的體現。儲能材料按儲能的方式大體分為：顯熱儲能、潛熱儲能和化學反應儲能三大類。相變儲能是一種潛熱儲能方式，它利用材料在相變過程中的熱效應來儲存和釋放能量。潛熱儲能按照相變的方式一般分為四類：固-固相變、固-液相變、固-氣相變、液-氣相變。傳統的相變儲能材料主要包括無機類的結晶水和鹽和熔融鹽，以及有機類化合物、有機類聚合物，如脂肪烴、多元醇類、芳香烴類醯胺類、聚烯烴類、聚多元醇類、聚烯醇類、聚烯酸類等。無機類如結晶水和鹽類通常是中、低溫相變儲能中比較多，有如下優點：使用範圍廣、導熱係數大、熔解熱較大、儲能密度大。同時存在如下缺點：一是過冷現象，二是相分離。有機類相變儲能材料，優點是在固體狀態時成型性較好，一般不容易出現過冷現象和相分離、材料的腐蝕性較小，性能比較穩定、毒性小，成本低；同時該類材料有如下缺點：導熱係數小，儲能密度小，並且有機物一般熔點交低，不適於高溫場合中應用，且易揮發、易燃燒甚至爆炸或被空氣中的氧氣緩慢氧化而老化。us4708812，cn1844269a，cn1903971a介紹了相變微膠囊，以有機聚合物作為囊壁材料將相變材料包裹密封，相變焓較大，但是相變時體積變化較大，反覆收縮和膨脹使材料使用壽命較短，而且芯殼之間為物理相互作用，仍會發生滲漏和相分離。技術實現要素：鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種高密度相變儲能材料及其製備與應用，所述相變儲能材料通過可逆的固-固相轉變實現能量的儲存和釋放，相變溫度在40～80℃，相變焓可達140j/g，材料儲能密度高，熱穩定性好，無液體滲漏和相分離，製備工藝簡單，無毒無害，在相變儲能材料方面有很好的利用價值。為實現上述目的及其他相關目的，本發明採用如下技術方案：本發明的第一方面提供一種高密度相變儲能材料，其原料含有如下重量份數的組分：聚氨酯40～70重量份；十水硫酸鈉30～60重量份；交聯劑1～5重量份；過氧化二異丙苯0.5～2重量份；二月桂酸二丁基錫0.5～1重量份；增稠劑1～6重量份；固化劑5～10重量份。優選地，所述聚氨酯的分子量範圍是1000-10000。更優選2000-4000。優選地，所述交聯劑選自異丁基三乙氧基矽烷、n,n-亞甲基雙丙烯醯胺中的任一種或多種的組合。優選地，所述增稠劑選自羥甲基纖維素鈉、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯醯胺中的任一種或多種的組合。更優選地，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量範圍是10000-15000。所述聚丙烯醯胺的分子量範圍是10000-15000。優先地，所述固化劑為三氟化硼乙腈、三甲基六亞甲基二胺、3-二乙胺基丙胺中的任一種或多種的組合。本發明的第二方面，還進一步提供了一種製備前述高密度相變儲能材料的方法，包括以下步驟：(1)將聚氨酯與交聯劑、過氧化二異丙苯、二月桂酸二丁基錫混合，製備聚氨酯預聚體；(2)將步驟(1)所得聚氨酯預聚體與十水硫酸鈉混合，再加入增稠劑和固化劑固化即得高密度相變儲能材料。優選地，步驟(1)中，將聚氨酯與交聯劑、過氧化二異丙苯、二月桂酸二丁基錫在70℃下混合6h，製備聚氨酯預聚體。優選地，步驟(2)中，聚氨酯預聚體和十水硫酸鈉在140～150℃條件下採用攪拌器混合，攪拌器轉速設為2000rpm，持續3h。優選地，步驟(2)中，加入固化劑後，採用通氮氣的方法進行固化。本發明的第三方面，還提供了前述高密度相變儲能材料在中在能量儲存和溫度控制領域中的用途。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明的相變儲能材料通過可逆的固-固相轉變實現能量的儲存和釋放，相變溫度在40-80℃，相變焓可達140j/g，材料儲能密度高，熱穩定性好，無液體滲漏和相分離，製備工藝簡單，無毒無害。在相變儲能材料方面有很好的利用價值。具體實施方式下面結合具體實施例進一步闡述本發明，應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的保護範圍。以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。實施例1本實施例的高密度相變儲能材料，其原料含有如下重量份數的組分：聚氨酯(分子量2000)40重量份；十水硫酸鈉30重量份；交聯劑異丁基三乙氧基矽烷1重量份；增稠劑羥甲基纖維素鈉2重量份；引發劑dcp過氧化二異丙苯0.5重量份；催化劑二月桂酸二丁基錫0.5重量份；固化劑三氟化硼乙腈5重量份。製備方法：將聚氨酯(分子量2000)取40重量份，與交聯劑異丁基三乙氧基矽烷1重量份，引發劑dcp過氧化二異丙苯0.5重量份；催化劑二月桂酸二丁基錫0.5重量份混合,在70℃下混合6h，製備聚氨酯預聚體。然後將形成的聚氨酯預聚體在140℃下與十水硫酸鈉30重量份在高速攪拌器中攪拌混合均勻，攪拌器轉速設為2000rpm，持續3h後，再加入增稠劑羥甲基纖維素鈉2重量份、固化劑三氟化硼乙腈5重量份數在低溫下固化，可選擇製冷劑通氮氣的方法進行低溫固化。固化完成即得所要的相變儲能材料。實施例2本實施例的高密度相變儲能材料，其原料含有如下重量份數的組分：聚氨酯(分子量3000)70重量份；十水硫酸鈉60重量份；交聯劑n,n-亞甲基雙丙烯醯胺5重量份；增稠劑聚乙烯吡咯烷酮(分子量10000～15000)6重量份；引發劑dcp過氧化二異丙苯2重量份；催化劑二月桂酸二丁基錫1重量份；固化劑三甲基六亞甲基二胺10重量份數。製備方法：將聚氨酯(分子量3000)取70重量份，與交聯劑n,n-亞甲基雙丙烯醯胺5重量份，引發劑dcp過氧化二異丙苯2重量份；催化劑二月桂酸二丁基錫1重量份混合,在70℃下混合6h，製備聚氨酯預聚體。然後將形成的聚氨酯預聚體在150℃下與十水硫酸鈉60重量份在高速攪拌器中攪拌混合均勻，攪拌器轉速設為2100rpm，持續3h後，再加入增稠劑聚乙烯吡咯烷酮(分子量10000～15000)6重量份、固化劑三甲基六亞甲基二胺10重量份在低溫下固化，可選擇製冷劑通氮氣的方法進行低溫固化。固化完成即得所要的相變儲能材料。實施例3本實施例的高密度相變儲能材料，其原料含有如下重量份數的組分：聚氨酯(分子量4000)55重量份；十水硫酸鈉45重量份；交聯劑異丁基三乙氧基矽烷2.5重量份；增稠劑聚丙烯醯胺(分子量10000～15000)1重量份數；引發劑dcp過氧化二異丙苯1重量份數；催化劑二月桂酸二丁基錫0.8重量份數；固化劑3-二乙胺基丙胺8重量份數。製備方法：將聚氨酯(分子量4000)取55重量份，與交聯劑異丁基三乙氧基矽烷2.5重量份，引發劑dcp過氧化二異丙苯1重量份；催化劑二月桂酸二丁基錫0.8重量份混合,在80℃下混合6h，製備聚氨酯預聚體。然後將形成的聚氨酯預聚體在140℃下與十水硫酸鈉45重量份在高速攪拌器中攪拌混合均勻，攪拌器轉速設為2000rpm,持續3h後，在加入增稠劑聚丙烯醯胺(分子量10000～15000)1重量份數、固化劑3-二乙胺基丙胺8重量份數在低溫下固化，可選擇製冷劑通氮氣的方法進行低溫固化。固化完成即得所要的相變儲能材料。實施例4通過上述實施例所得材料，進行實驗測試結果如下：測試項目·實施例1實施例2實施例3測試標準熔融溫度(℃)81.278.679.5iso11357-3-1999結晶溫度(℃)72.172.774.2iso11357-3-1999熔化潛熱(kj/kg)140.3143.9136.1iso11357-3-1999氧化誘導時間(min)39.140.745.9iso11357-6-2002材料收縮率(％)0.971.431.56iso2577導熱係數w/(m.k)21.619.722.2astmc1113綜上所述，本發明中製得的一種相變儲能材料儲能密度高、熱穩定好，所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術領域：
中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。當前第1頁12