一种相变储能复合材料及其制备方法和袋制品与流程

本发明属于有机相变材料，尤其涉及一种相变储能复合材料及其制备方法和袋制品。

背景技术：

1、相变储能材料，是指发生从一种物态到另一种物态的相变时，能吸收或释放大量潜热而本身温度保持不变的材料。在能源和环境问题凸显的当今社会中，相变储能材料可以缓解能量供需在时间-空间上的矛盾。发展高性能的相变储能材料对提升我国生态节能产业、军用民用工业等具有重要的理论和应用价值。相变储能材料可分为无机相变材料和有机相变材料。与无机相变材料相比，有机相变材料具有相变潜热大、热稳定性好、无毒无味、体积变化小、过冷度小或无过冷度、无相分离、原料易得等优势，具有广泛的应用前景。有机相变材料包括长链烷烃，脂肪醇，脂肪酸类等。

2、然而，有机相变材料在发生固-液相转变时，存在容易泄露的问题，因而在保证有机相变材料基本性能的同时，解决有机相变材料泄露问题对于其实际应用具有重要的意义。专利cn101822962b公开了一种以非异氰酸酯聚氨酯为囊壁的相变储能胶囊制备方法，包括：(1)取有机相变材料，以海藻酸盐、聚乙烯等为基材制成定形相变材料颗粒；(2)将制得的定形相变材料颗粒加入有机多元胺单体或低聚物中浸泡，取出风干；(3)将得到的经表面处理的定形相变材料颗粒10份，在搅拌条件下，投入到用乙酸乙酯稀释的环碳酸酯单体溶液12-25份中，并在30-70℃下反应，所述定形相变材料颗粒的表面生成非异氰酸酯聚氨酯层，将产物过滤、洗涤，风干即得相变储能胶囊。然而，该专利制备工艺繁琐且复杂，原料及工艺成本较高，不利于普及推广应用。

3、专利cn101117572b公开了一种以凝胶为载体的复合相变蓄热材料及其制备方法，该材料由占总质量60-80％相变蓄热材料和占总质量20-40％的可溶胀的高分子凝胶载体组成，可以有效地防止相变蓄热材料液体泄漏。该复合相变蓄热材料主要通过两种工艺过程制备：1)加入反应单体、交联剂、引发剂通过自由基聚合反应先制取凝胶载体，然后将凝胶与所述相变蓄热材料通过机械混合或溶液吸附的方式复合；2)在所述相变蓄热材料存在的溶液中加入凝胶载体制备所用的单体、交联剂、引发剂通过原位聚合的方式直接制备复合相变蓄热材料。然而，该专利提供的复合相变蓄热材料力学性能和定型性较差，使用寿命有限。

4、因此，如何得到蓄热储能效果好、制备及封装工艺简单，流动性、定型性、力学性能等综合性能良好的相变储能材料，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种相变储能复合材料及其制备方法和袋制品，既发挥相变储能复合材料良好的保温/保冷等综合性能，又可显著改善现有相变材料使用过程中容易泄露、阻燃性差等问题。

2、第一方面，本发明提供一种相变储能复合材料，以重量百分比计，包含以下原料组分：

3、

4、优选的，所述相变材料包含有机相变材料，选自石蜡、脂肪酸、脂肪醇、酯类中的至少一种。

5、优选的，所述树脂基材选自聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(pet)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯三段式嵌段共聚物(sebs)、聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚碳酸酯(pc)中的至少一种。

6、优选的，所述凝胶原料包含海藻酸钠、羧甲基纤维素钠(cmc-na)、明胶、壳聚糖(cts)、多糖、透明质酸中至少一种，凝胶原料重量百分含量优选1-4％；所述相变储能复合材料还包含重量百分含量0.04-3.5％的交联剂。

7、优选的，所述交联剂包含金属盐类交联剂，所述金属盐类交联剂包含铝离子、钙离子、铁离子、锌离子中的至少一种。

8、优选的，所述短切纤维重量百分含量为0.5-3％，选自玻璃纤维、碳纤维、石英纤维中的至少一种。

9、优选的，所述相变储能复合材料还包含重量百分含量0.1-1％的防霉抗菌剂。本发明所使用的防霉抗菌剂为医疗食品卫生等领域常用的市售防霉抗菌剂，使用目的是保持相变储能复合材料的防霉抗菌性，延长其安全使用时间。

10、第二方面，本发明还提供一种针对所述包含有机相变材料的复合材料的制备方法，包括如下步骤：

11、(1)将相变材料、树脂基材以及可选的短切纤维混合，于80-180℃加热搅拌2-10min，造粒得到相变母粒；

12、(2)将步骤(1)得到的相变母粒、凝胶原料、水以及可选的防霉抗菌剂，搅拌混合均匀；

13、(3)加入可选的交联剂搅拌均匀，并静置至充分凝胶化，得到所述相变储能复合材料。

14、通过使相变材料，优选有机相变材料与树脂基体，以及短切纤维混合分散造粒，得到均匀稳定、力学性能较好的相变母粒，提升产品整体的稳定性和耐用性。

15、第三方面，为了优选性和示例性展示本发明前述相变储能复合材料的应用前景，本发明进一步提供了一种封装有所述相变储能复合材料的袋制品，所述袋制品为热水袋、加热坐垫、降温坐垫、降温枕头、降温凉席、宠物冰垫中的一种。

16、优选的，加热后，所述相变储能复合材料使所述热水袋、加热坐垫的温度保持在40-65℃，3-5h；或者使降温坐垫、降温枕头、降温凉席、宠物冰垫的温度保持在20-32℃，3-5h。

17、本发明的优点至少包括：

18、1)本发明相变储能复合材料，特别是含有机相变材料、树脂基体以及凝胶原料等合理配比的复合材料，整体均匀性好，使用简单，安全稳定。材料组成方面，利用有机相变材料相变潜热大、热稳定性好、无毒无味、体积变化小、过冷度小或无过冷度、无相分离、原料易得等优势，并将其与相容性较好的树脂基材均匀混合，特别添加短切纤维增强体，有效改善复合材料的储能均匀性、稳定性和耐用性；从结构方面，将相变母粒稳定分散在经过交联的凝胶中，安全稳定，省去现有技术对相变材料进行复杂包衣等处理保护的工艺，提高生产效率，降低成本。

19、2)将具有有机相变材料的相变母粒与凝胶材料配合，有效改善复合材料的流动性和使用舒适度，复合材料中所持有的水分，有利于提高复合材料整体的导热和阻燃功能。

20、3)本发明的相变储能复合材料包含树脂基材等原材料，具有热塑性，方便进行挤出等热加工，且原材料各组分易于混合/复合，制备工艺简单，成本相对较低。

技术特征：

1.一种相变储能复合材料，其特征在于，以重量百分比计，包含以下原料组分：

2.如权利要求1所述的相变储能复合材料，其特征在于，所述相变材料包含有机相变材料，选自石蜡、脂肪酸、脂肪醇、酯类中的至少一种。

3.如权利要求1或2所述的相变储能复合材料，其特征在于，所述树脂基材选自聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯三段式嵌段共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯中的至少一种。

4.如权利要求3所述的相变储能复合材料，其特征在于，所述凝胶原料包含海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、明胶、壳聚糖、多糖、透明质酸中至少一种，所述相变储能复合材料还包含重量百分含量0.04-3.5％的交联剂。

5.如权利要求4所述的相变储能复合材料，其特征在于，所述交联剂包含金属盐类交联剂，所述金属盐类交联剂包含铝离子、钙离子、铁离子、锌离子中的至少一种。

6.如权利要求4或5所述的相变储能复合材料，其特征在于，所述短切纤维重量百分含量为0.5-3％，选自玻璃纤维、碳纤维、石英纤维中的至少一种。

7.如权利要求4或5所述的相变储能复合材料，其特征在于，所述相变储能复合材料还包含重量百分含量0.1-1％的防霉抗菌剂。

8.一种如权利要求1-7所述相变储能复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.一种封装有权利要求1-7所述相变储能复合材料的袋制品，其特征在于，所述袋制品为热水袋、加热坐垫、降温坐垫、降温枕头、降温凉席、宠物冰垫中的一种。

10.如权利要求9所述的袋制品，其特征在于，加热后，所述相变储能复合材料使所述热水袋、加热坐垫的温度保持在40-65℃，3-5h；或者使降温坐垫、降温枕头、降温凉席、宠物冰垫的温度保持在20-32℃，3-5h。

技术总结
本发明涉及一种相变储能复合材料及其制备方法和袋制品，以重量百分比计，包含以下原材料组分：相变材料25‑81％、树脂基材2.5‑45％、短切纤维0‑4.5％、凝胶原料0.5‑5％、水10‑49％。制备工艺中，将树脂基材与相变材料相容造粒，进一步与凝胶原料等混合，得到凝胶化、高相变潜热的相变储能复合材料。本发明将该相变储能复合材料用于生产热水袋、加热坐垫、降温坐垫等袋制品，使热水袋、加热坐垫温度保持在40‑65℃，3‑5h；或者使降温坐垫等的温度保持在20‑32℃，3‑5h，既发挥复合材料良好的保温/保冷性能，又可显著改善现有相变材料使用过程中容易泄露、阻燃性差等问题。

技术研发人员：林文添,张学松,霍晗
受保护的技术使用者：中科优选新材料（浙江）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25