一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料及其制备方法，所述的复合定形相变材料各组分的质量百分比为：相变材料85～99.5％、有机凝胶因子0.5～15％。本发明以固液相变材料为工作物质，采用酰胺类有机小分子凝胶因子自组装形成的空间网络结构作为相变材料的支撑材料，可以获得高相变焓，低制备成本，制备工艺简单，应用性能良好的定形相变材料。
【专利说明】一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种定形相变材料及其制备方法，具体涉及一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，人们发现某些小分子有机化合物能在很低的浓度下(甚至低于lwt%)使大多数有机溶剂凝胶化，使整个体系形成类似粘弹性液体或固体的物质，称为分子凝胶或有机凝胶。这类小分子有机化合物被称为Gelator (暂译为凝胶因子)。制备有机凝胶方法简便:将凝胶因子在有机溶剂中加热溶解，再冷却至室温，凝胶因子在冷却过程中自发地聚集、组装成有序结构，形成三维网络体系，从而达到对溶剂的束缚作用，且该过程为热可逆过程。目前对于凝胶因子的研究主要集中在普通有机溶剂的凝胶化，而将凝胶因子应用于相变材料中的报道少见。 [0003]相变材料(PCMs)是利用物质在相变过程中的吸热和放热进行热能的储存和释放，从而能够实现温度调控的材料。相变材料在太阳能利用、航空航天、热负荷的移峰填谷、新型节能型建筑用材、废热回收及空调技术方面的应用越来越广泛，而开发成本低廉、热效率高的相变材料是未来节能材料发展的主要方向。
[0004]从现在应用普遍程度来看，相变储热材料主要使用的是固液相变储热材料和固固相变储热材料。固液相变材料主要优点是价廉易得，但是固液相变储热材料存在过冷和相分离现象，会导致储热性能恶化，易产生泄露、污染环境、腐蚀物品、封装容器价格高等缺点。固固相变材料在发生相变前后固体的晶格结构改变而放热吸热，与固液相变材料相t匕，固固相变材料具有更多优点:可以直接加工成型，不需容器盛放；固固相变材料膨胀系数较小，不存在过冷和相分离现象，毒性腐蚀性小，无泄露问题；同时组成稳定，相变可逆性好，使用寿命长，装置简单。但固固相变材料也存在相变潜热较低，价格较高的缺点。综合固液相变材料和固固相变材料的优缺点，出现了一大类形状稳定的固液相变材料，其由两部分构成:一是工作物质，利用它的固-液相变行为来进行储能，常用的主要是有机类相变材料。另一是载体基质，它起包覆和结构骨架的作用，一方面将处于无定形的固-液相变成份束缚包裹住，防止流动，另一方面能保持材料的固定形状和可加工性。
[0005]东南大学李敏(CN103059817A)将有机相变物质和固化剂在熔融状态下混合并生成预聚物，将预聚物浇注进入多孔石墨等大孔材料孔内，高于原料相变温度的条件下固化得到复合定形相变材料。其配方中有机相变物质的含量为50-85wt%，载体基质的含量相应为50~15wt%。中国科学院大连化学物理研究所孙立贤(CN102977858A)以脂肪酸混酸体系为相变材料，膨胀石墨为载体，当膨胀石墨占复合相变材料IOwt %时，该复合相变储热材料的相变温度为19.6°C，相变潜热为145.5kJ/kg，导热系数为0.723W.ML1.L1，用复合涂饰剂进一步定形后复合材料的相变温度为18.6°C，相变潜热为92.4kJ/kg。
[0006]兰州理工大学郭军红等(CN102417812A)以三聚氰胺-甲醛预聚物包覆正十四醇制备相变微胶囊，其中正十四醇乳液质量分数60~70%，三聚氰胺-甲醛预聚物质量分数30~40%。东华大学于伟东(CN1695788A)以乙烯基及双乙烯基类单体为外壳聚合物来源，以油溶性相变材料为核心，采用乳液聚合法制备相变储能微胶囊，其中相变材料质量百分数为10~30%。相变材料百分含量低，直接导致微胶囊相变材料的相变焓小。
[0007]中国科技大学叶宏等(SolarEnergy Materials and Solar Cells, 2000,64 (I):37)用双辊开炼机将石蜡和聚乙烯共混制备定形相变材料，石蜡质量含量为75%。华南理工大学肖敏等(太阳能学报，2001，22 (4):P427)将熔点56~58°C石蜡与热塑性弹性体组成复合相变材料，石蜡的质量分数为20~80%。
[0008]河北工业大学王家喜(CN102504092A)将有相变性能的脂肪酸或脂肪醇引入到高反应活性(甲基)丙烯酸上，得到的可聚合的酯作为相变部分，利用自由基共聚的方法制备了(甲基)丙烯酸酯类聚合物、(甲基)丙烯酸酯类_(甲基)丙烯酸的聚合物以及(甲基)丙烯酸酯类_(甲基)丙烯酸共聚物的季铵盐。得到的高分子固固相变贮能材料相变温度为29~52°C，相变焓可达96kJ/kg。
[0009]新疆大学哈丽丹.买买提(CN102321452A)以月桂酸纤维素酯和聚乙二醇为主料，在交联剂存在下，经溶液接枝聚合法合成交联型聚乙二醇/月桂酸纤维素酯相变储能材料。所得材料相变温度在19~60°C之间，相变焓可达194.7J/g。但采用该方法制备相变材料，工艺复杂，涉及溶剂回收等问题。
[0010]中国科学院广州化学研究所郭元强等(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.)将不同分子量的PEG和纤维素、纤维素衍生物、壳聚糖等用溶剂溶解后溶液共混制备出复合PEG固态相变材料。当共混物中纤维素、纤维素衍生物、壳聚糖等支撑材料质量比高于15%时，共混物才表现出固态相变行为。郭元强、梁学海专利(CN1165174A ;CN1261095A)通过溶液共混或熔融共混法将含有羟基、氨基、羧基、羰基、酰基的聚合度为100~3000的极性高分子和分子量为140~200000结晶性或热塑性高分子及有机酸复合制备固固相变材料。该材料相变焓普遍偏低最高为150J/g。
[0011]中国科学院广州化学研究所姜勇等(CN1247216A ；CN1247217A ；CN1616588A ；CN1710012A)以一端或两端含有活性基团的聚乙二醇、交联剂和高分子骨架材料组成固-固相变储能材料。所选用的高分子骨架材料包含纤维素等天然高分子、纳米纤维素和聚烯烃等合成高分子。由于接枝上的聚乙二醇数目受骨架材料分子上所含羟基数目限制，故其相变焓大小也将受到限制。
[0012]已报道的定形相变材料制备中，作为支撑材料的载体基质的质量百分含量较高，相变工作物质的质量百分含量偏低，必然造成相变焓的降低；而普遍采用的接枝、共混或微胶囊化等复杂的制备工艺，也将使制备的相变材料成本相对提高。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，开发出一种高相变焓，低制备成本，制备工艺简单，应用性能良好的具有凝胶因子超分子网络结构作为支撑的定形相变材料。
[0014]为实现本发明的目的，总的发明构思为:将酰胺类有机凝胶因子加入到相变材料中，加热搅拌至完全溶解制成透明混合物，倒入模具中，自然冷却过程中有机凝胶因子通过非共价键作用自组装成超分子网络结构，对相变材料形成束缚作用，使相变材料在相变温度以上宏观上不呈现液体流动性质，从而制得定形相变材料。
[0015]本发明是通过如下方式实现的:
[0016]一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料，其组分的质量百分比为:相变材料85~99.5%、有机凝胶因子0.5~15%。
[0017]所述的相变材料优选含量为90~99%，有机凝胶因子优选含量为I~10%。
[0018]所述的相变材料选自:碳原子数为18~600的烷烃石蜡、地蜡或蜂蜡、碳原子数为8~30的高级脂肪酸或脂肪酸酯、碳原子数为8~30的高级脂肪醇、聚乙二醇、聚乙烯或聚丙烯中的一种或一种以上的混合物。
[0019]所述的相变材料优选为液体石蜡、固体石蜡、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、棕榈酸、肉豆蘧酸、月桂酸、癸酸、聚乙二醇、聚乙烯或聚丙烯中的一种或一种以上的混合物。
[0020]所述的有机凝胶因子是酰胺类有机小分子凝胶因子，其化学结构式为:
[0021]
【权利要求】
1.一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料，其组分的质量百分比为:相变材料85~99.5%、有机凝胶因子0.5~15%。
2.根据权利要求1所述的一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料，其特征是所述的相变材料优选含量为90~99%，有机凝胶因子优选含量为I~10%。
3.根据权利要求1或2所述的一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料，其特征是所述的相变材料选自:碳原子数为18~600的烷烃石蜡、地蜡或蜂蜡、碳原子数为8~30的高级脂肪酸或脂肪酸酯、碳原子数为8~30的高级脂肪醇、聚乙二醇、聚乙烯或聚丙烯中的一种或一种以上的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料，其特征是所述的相变材料优选为液体石腊、固体石腊、正十八烧、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、棕榈酸、肉豆蘧酸、月桂酸、癸酸、聚乙二醇、聚乙烯或聚丙烯中的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料，其特征是所述的有机凝胶因子是酰胺类有机小分子凝胶因子，其化学结构式为:
6.一种酰胺类凝胶因子复合定形相变材料的制备方法: (1)按质量百分比称取相变材料85~99.5%、有机凝胶因子0.5~15% ; (2)将所述的有机凝胶因子加入到所述的相变材料中，加热搅拌至完全溶解制成透明混合物； (3)将所述的透明混合物自然冷却得到复合定形相变材料。
【文档编号】C09K5/06GK103773321SQ201410025232
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】张海良, 吴铛 申请人:湘潭大学