一種熱性能優(yōu)異的固-固相變材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱性能優(yōu)異的固?固相變材料及其制備方法，屬于相變材料技術(shù)領(lǐng)域。解決了如何制備一種熱學(xué)性能優(yōu)異、穩(wěn)定性好的相變材料的問題。該制備方法是先將羥丙基纖維素溶于溶劑中，得到羥丙基纖維素溶液；惰性氣氛下，將縛酸劑、長(zhǎng)鏈脂肪酸、對(duì)甲苯磺酰氯依次加入羥丙基纖維素溶液中，得到混合溶液，攪拌下，40?100℃聚合反應(yīng)12?120h，經(jīng)過濾、提純，即得到相變材料；混合溶液中，對(duì)甲苯磺酰氯和長(zhǎng)鏈脂肪酸的摩爾濃度分別為羥丙基纖維素中羥基摩爾濃度的1?10倍，縛酸劑的摩爾濃度為對(duì)甲苯磺酰氯摩爾濃度的1?10倍。該制備方法簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，制備的相變材料熱學(xué)性能優(yōu)異、穩(wěn)定性好。
【專利說(shuō)明】
一種熱性能優(yōu)異的固-固相變材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種熱性能優(yōu)異的固-固相變材料及其制備方法，屬于相變材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，能源逐漸成為人類賴以生存的基礎(chǔ)，但是能源的供應(yīng)和需求在很多情況下都有很強(qiáng)的時(shí)間依賴性，為了提高能源利用效率、保護(hù)環(huán)境、解決熱能供給與需求失配的矛盾，相變蓄熱技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，成為世界范圍內(nèi)研究的熱點(diǎn)，因此相變儲(chǔ)能材料應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]相變材料(Phase Change Materials，PCMs)是一類隨溫度變化而改變物理性質(zhì)從而進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存和溫度調(diào)控的物質(zhì)，其有多種分類方式，通常按相變形式和相變過程將其分為固-氣相變材料、液-氣相變材料、固-液相變材料和固-固相變材料。固-氣相變和液-氣相變兩種相變方式在相變過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，并伴隨材料體積的變大，因此盡管它們有很大的相變潛熱，在實(shí)際應(yīng)用中仍很少被選用。固-液相變材料和固-固相變材料是目前關(guān)注的重點(diǎn)。結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、長(zhǎng)鏈脂肪烴類、長(zhǎng)鏈脂肪醇類等都是應(yīng)用較廣泛的固-液相變材料，它們作為研究相對(duì)成熟的一類相變材料，已經(jīng)發(fā)展了很多可以利用的品種。但是，它們?cè)谙嘧冞^程中會(huì)產(chǎn)生大量的液體，液體泄漏會(huì)腐蝕污染環(huán)境，因此極大地限制了此類相變材料在實(shí)際中的應(yīng)用，必須將其封裝在固定的容器中或者吸附于某些介質(zhì)內(nèi)才能使用。固-固相變材料與其相比具有直接使用、體積變化小、無(wú)過冷相分離現(xiàn)象及無(wú)毒、無(wú)腐蝕、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。但由于對(duì)固-固相變材料研究的時(shí)間相對(duì)較短，熱性能仍有待提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種熱性能優(yōu)異的固-固相變材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一、將羥丙基纖維素溶于溶劑中，得到羥丙基纖維素溶液；
[0007]步驟二、在惰性氣氛保護(hù)下，將縛酸劑、長(zhǎng)鏈脂肪酸、對(duì)甲苯磺酰氯(TSC1)依次加入步驟一的羥丙基纖維素溶液中，攪拌下，40°C-100°C聚合反應(yīng)12-120h，經(jīng)過濾、提純，SP可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料；
[0008]所述混合溶液中對(duì)甲苯磺酰氯的摩爾濃度為羥丙基纖維素中羥基摩爾濃度的1-10倍；
[0009]所述縛酸劑為有機(jī)胺類、吡啶類或者碳酸鉀，混合溶液中縛酸劑的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的1-10倍；
[0010]所述長(zhǎng)鏈脂肪酸的結(jié)構(gòu)式為CnH2n+1⑶OH，11為12以上的整數(shù)，混合溶液中長(zhǎng)鏈脂肪酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素中羥基摩爾濃度的1-10倍。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟一中，溶劑為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或者N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)0
[0012]優(yōu)選的，所述步驟一中，羥丙基纖維素溶液的濃度為I%-20%。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟二中，惰性氣氛為氮?dú)狻?br>[0014]優(yōu)選的，所述步驟二中，聚合反應(yīng)的溫度為50_60°C，時(shí)間為24_48h。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟二中，攪拌速度為200-1200轉(zhuǎn)/分。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟二中，過濾、提純的過程是:先將反應(yīng)后的混合溶液倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾，然后采用索式提取法對(duì)過濾收集的產(chǎn)物進(jìn)行純化。
[0017]優(yōu)選的，η為18以上的整數(shù)。
[0018]本發(fā)明還提供上述制備方法制備的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0020]本發(fā)明的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法簡(jiǎn)單易行，適合工業(yè)化生產(chǎn)，制備的相變材料的熱學(xué)性能優(yōu)異，穩(wěn)定性好，所得相變材料熔融溫度能夠達(dá)到50.9°C，熔融焓值達(dá)到86.lj/g，結(jié)晶溫度達(dá)到46.TC，結(jié)晶焓值達(dá)到81.8J/g。且通過調(diào)節(jié)長(zhǎng)鏈脂肪酸的鏈長(zhǎng)，反應(yīng)物用料的多少，反應(yīng)時(shí)間等，能夠得到不同取代度的材料，適用于不同環(huán)境下使用。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例中所提及的物質(zhì)均可通過商購(gòu)方式獲得。
[0022]實(shí)施例1
[0023]熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法:首先將羥丙基纖維素溶于DMAc中，得到羥丙基纖維素濃度為4%的混合溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向混合溶液中依次滴加吡啶、十六烷酸的DMAc溶液和TSCl的DMAc溶液，滴加后，體系中吡啶的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的3倍，十六烷酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，TSCl的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，以350轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，在60 °C下反應(yīng)24h。采用沉淀法，將反應(yīng)后的混合物倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾收集的產(chǎn)物采用索式提取(甲醇)進(jìn)行純化，即可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
[0024]經(jīng)檢測(cè)，所得相變材料熔融溫度為27.7°C，熔融焓值60.3J/g，結(jié)晶溫度為17.3°C，結(jié)晶焓值57.2J/g，說(shuō)明本發(fā)明制得的相變材料具有很好的熱穩(wěn)定性。
[0025]實(shí)施例2
[0026]熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法:首先將羥丙基纖維素溶于DMAc中，得到羥丙基纖維素濃度為4%的混合溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向混合溶液中依次滴加吡啶、十二烷酸的DMAc溶液和TSCl的DMAc溶液，滴加后，體系中吡啶的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的3倍，十二烷酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，TSCl的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，以350轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，在60 °C下反應(yīng)24h。采用沉淀法，將反應(yīng)后的混合物倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾收集的產(chǎn)物采用索式提取(甲醇)進(jìn)行純化，即可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
[0027]經(jīng)檢測(cè)，所得相變材料熔融溫度為-17.6°C，熔融焓值23.1J/g，結(jié)晶溫度為-21.7°C，結(jié)晶焓值23.5J/g。
[0028]實(shí)施例3
[0029]熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法:首先將羥丙基纖維素溶于DMAc中，得到羥丙基纖維素濃度為4%的混合溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向混合溶液中依次滴加吡啶、十二烷酸的DMAc溶液和TSCl的DMAc溶液，滴加后，體系中吡啶的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的3倍，十二烷酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，TSCl的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，以350轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，在60 °C下反應(yīng)24h。采用沉淀法，將反應(yīng)后的混合物倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾收集的產(chǎn)物采用索式提取(甲醇)進(jìn)行純化，即可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
[0030]經(jīng)檢測(cè)，所得相變材料熔融溫度為5.TC，熔融焓值37.6J/g，結(jié)晶溫度為-2.4°C，結(jié)晶焓值33.6 J/g。
[0031 ] 實(shí)施例4
[0032]熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法:首先將羥丙基纖維素溶于DMAc中，得到羥丙基纖維素濃度為4%的混合溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向混合溶液中依次滴加吡啶、十八烷酸的DMAc溶液和TSCl的DMAc溶液，滴加后，體系中吡啶的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的3倍，十八烷酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，TSCl的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，以350轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，在60 °C下反應(yīng)24h。采用沉淀法，將反應(yīng)后的混合物倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾收集的產(chǎn)物采用索式提取(甲醇)進(jìn)行純化，即可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
[0033]經(jīng)檢測(cè)，所得相變材料熔融溫度為40.8°C，熔融焓值76.51^，結(jié)晶溫度為34.9°〇，結(jié)晶焓值73.2 J/g。
[0034]實(shí)施例5
[0035]熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法:首先將羥丙基纖維素溶于DMAc中，得到羥丙基纖維素濃度為4%的混合溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向混合溶液中依次滴加吡啶、二十烷酸的DMAc溶液和TSCl的DMAc溶液，滴加后，體系中吡啶的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的3倍，二十烷酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，TSCl的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的2倍，以350轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，在60 °C下反應(yīng)24h。采用沉淀法，將反應(yīng)后的混合物倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾收集的產(chǎn)物采用索式提取(甲醇)進(jìn)行純化，即可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
[0036]經(jīng)檢測(cè)，所得相變材料熔融溫度為50.9°C，熔融焓值86.lj/g，結(jié)晶溫度為46.1°C，結(jié)晶焓值81.8 J/g。
[0037]實(shí)施例6
[0038]熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法:首先將羥丙基纖維素溶于DMF中，得到羥丙基纖維素濃度為I %的混合溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向混合溶液中依次滴加三乙胺、二十烷酸的DMF溶液和TSCl的DMF溶液，滴加后，體系中吡啶的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的I倍，二十烷酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的I倍，TSCl的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的I倍，以200轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，在40 °C下反應(yīng)12h。采用沉淀法，將反應(yīng)后的混合物倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾收集的產(chǎn)物采用索式提取(甲醇)進(jìn)行純化，即可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
[0039]實(shí)施例7
[0040]熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法:首先將羥丙基纖維素溶于DMF中，得到羥丙基纖維素濃度為20%的混合溶液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，向混合溶液中依次滴加碳酸鉀的DMF溶液、十八烷酸的DMF溶液和TSCl的DMF溶液，滴加后，體系中吡啶的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的10倍，十八烷酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的10倍，TSCl的摩爾濃度為羥丙基纖維素摩爾濃度的1倍，以1200轉(zhuǎn)/分的攪拌速度，在100°C下反應(yīng)120h。采用沉淀法，將反應(yīng)后的混合物倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾收集的產(chǎn)物采用索式提取(甲醇)進(jìn)行純化，即可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、將羥丙基纖維素溶于溶劑中，得到羥丙基纖維素溶液； 步驟二、在惰性氣氛保護(hù)下，將縛酸劑、長(zhǎng)鏈脂肪酸、對(duì)甲苯磺酰氯依次加入步驟一的羥丙基纖維素溶液中，得到混合溶液，攪拌下，40 0C-1OO0C聚合反應(yīng)12-120h，經(jīng)過濾、提純，即可得到熱性能優(yōu)異的固-固相變材料； 所述混合溶液中對(duì)甲苯磺酰氯的摩爾濃度為羥丙基纖維素中羥基摩爾濃度的ι-?ο倍； 所述縛酸劑為有機(jī)胺類、吡啶類或者碳酸鉀，混合溶液中縛酸劑的摩爾濃度為TSCl摩爾濃度的1-10倍； 所述長(zhǎng)鏈脂肪酸的結(jié)構(gòu)式為CnH2n+1COOH，n為12以上的整數(shù)，混合溶液中長(zhǎng)鏈脂肪酸的摩爾濃度為羥丙基纖維素中羥基摩爾濃度的1-10倍。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，溶劑為N，N-二甲基甲酰胺或者N，N-二甲基乙酰胺。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，羥丙基纖維素溶液的濃度為I %-20%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，惰性氣氛為氮?dú)狻?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，聚合反應(yīng)的溫度為50-60°C，時(shí)間為24-48h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，攪拌速度為200-1200轉(zhuǎn)/分。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，過濾、提純的過程是:先將反應(yīng)后的混合溶液倒入體積比為1:1的水和甲醇混合溶液中沉淀，過濾，然后采用索式提取法對(duì)過濾收集的產(chǎn)物進(jìn)行純化。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法，其特征在于，η為18以上的整數(shù)。9.權(quán)利要求1-8任何一項(xiàng)所述的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料的制備方法制備的熱性能優(yōu)異的固-固相變材料。
【文檔編號(hào)】C09K5/02GK105907374SQ201610265100
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】陳曦, 劉凌志, 門永鋒
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所