专利名称：一种76－83℃的复合定形相变材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种石蜡作为主储热剂，高密度聚乙烯HDPE作包封支撑材料，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SEBS作封装吸油材料，膨胀石墨EG作导热填料的复合定形相变材料及制备方法。
背景技术：
能源是人类生存和发展的基础。随着科学技术的发展，人类对能源的需求日益增加，但同时对能源的利用率却不高，使得能源的供给渐趋紧张。用于工业余热回收、相变蓄能电暖器、节能空调等领域的储能技术，不仅可以减少能耗，而且还可以使电力系统达到“削峰填谷”的作用。所谓“削峰填谷”是指把用电负荷从用电高峰转移到当日或季节用电低谷中去。其中相变储能具有储能密度大、储能能力大、温度恒定、过程易控制、可以多次重复使用等优点，成为最具发展潜力、目前应用最多和最重要的储热方式。其中，固-液相变材料具有贮能密度大、贮能过程近似恒温、体积变化小、过程易控制等优点得到各国科学家的广泛重视。但传统的固-液相变材料在使用时会发生固态-液态的相互转化，必须使用专门的容器封装，增加了传热介质与相变材料之间的热阻，降低了传热效率，成本也提高了。为解决这些问题，近几年来，一些科学工作者采用一些技术，使得固-液相变材料在发生相变时仍保持原来的形状，从而具有了固-固相变材料的性能。肖敏等人(Energy Conversion & Management，2002，48(1)P103)研究了石蜡和热塑性弹性体SBS和石墨组成的复合相变材料；采用双辊混炼机将熔点为56-58℃的石蜡和SBS密炼均匀，石蜡的质量分数为0.20-0.80。秦鹏华等人(清华大学学报(自然科学版)，2003，43(6)833-835)制备了石蜡/高(低)密度聚乙烯定形相变材料，采用熔点为60-62℃的石蜡与高密度聚乙烯或低密度聚乙烯共混制得，其中石蜡的质量分数为0.7-0.9。叶宏等人(Solar Energy Materials &Solar Cells，2000，64(1)37-44)将石蜡与高密度聚乙烯共混熔融，冷却后制成形状稳定的具有一定强度的相变材料，其中含石蜡70-75％。但到目前为止，可以用于较高温度环境下，封装效果良好的定性相变材料还没有得到很大的进展。
发明内容
本发明的目的在于，使用熔点在76-81.6℃，相变潜热在200-220kJ/kg的石蜡作为主储热材料，采用高吸油材料对其进行封装以解决相变材料的渗漏问题，制备一种可以用于较高温度如锅炉中的定性相变储能材料。本方法采用具有高吸油性的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)作为封装材料，SEBS的网络结构的结合能相当高，比SBS具有更优良的稳定性、耐热性，且与石蜡的相容性极好，同枝状的HDPE一起将石蜡封装住，从而阻挡了石蜡的渗出。
本发明的组成是质量百分含量为66-80％，熔点为76-81.6℃，相变潜热为200-220kJ/kg的石蜡，11-15％高密度聚乙烯，4-12％氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SEBS，及3-7％膨胀石墨。
本发明的特征在于，采用吸油性更强的SEBS作为封装材料，用以下步骤制备1)取质量百分比含量为66-80％，熔点为76-81.6℃相变潜热高达200-220kJ/kg的石蜡放入反应釜中加热熔融，加热液蜡温度至100-120℃；2)取质量百分比含量为11-15％的高密度聚乙烯加入液蜡中，加热至140-160℃，以100-120r/min的转速搅拌，直至石蜡与高密度聚乙烯熔为一体，成为粘稠液体；3)取质量百分比含量为4-12％的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，加入到液蜡与高密度聚乙烯的共混物中，搅拌至熔融；4)加入质量百分比含量为3-7％的膨胀石墨，搅拌至均匀；5)将混合物取出放入模具中，以200-300kPa的压力压制成板状，冷却后取出。
本发明利用SEBS的高吸油性能，采用先用高密度聚乙烯将石蜡初步封装起来，再用SEBS的高吸油性将石蜡更好地封装起来的方法制备出一种相变温度在76-84℃的定形相变材料。SEBS和高密度聚乙烯可以形成高度交联的三维网络结构，将石蜡封装住，使石蜡在加热时也不会渗漏，并能维持一定形状，可以直接放入加热流体清水中。经过多次热循环试验也无石蜡渗漏，失重率低于2％，材料性能稳定。
图1为差热量热扫描仪测得的实施例1的相变曲线。
其中Peak值为为相变峰处的温度，Peak Height为此处的热流值，Area为积分面积，Delta H为该样品的相变潜热，Onset值为开始发生相变时的温度，End值为相变完成时的温度。
具体实施例方式
实施例1将800g熔点为81.6℃，相变潜热为209.1kJ/kg的石蜡放入反应釜中，于100-120℃加热熔化，将150g的高密度聚乙烯放入其中，将温度升至140-160℃，以100r/min的转速搅拌直至石蜡与高密度聚乙烯融为一体，成为粘稠液体，加入100g的SEBS，搅拌均匀，最后加入50g膨胀石墨，搅拌均匀。将共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用300kPa的压力压制成型。待冷却后，从模具中取出，即制得定形相变材料。使用美国PE公司的Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的溶解曲线的峰值为82.31℃，相变潜热为149.2kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相变材料放入88℃热水中浸泡200小时，材料无明显变形，烘干后称重，失重率低于0.5％；测量材料的相变潜热变化低于10％。
实施例2将800g熔点为81.6℃，相变潜热为212.5kJ/kg的石蜡放入反应釜中，于100-120℃加热熔化，将100g的高密度聚乙烯放入其中，将温度升至140-160℃，以120r/min的转速搅拌直至石蜡与高密度聚乙烯融为一体，成为粘稠液体，加入50g的SEBS，搅拌均匀，最后加入50g膨胀石墨，搅拌均匀。将共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用200kPa的压力压制成型。待冷却后，从模具中取出，即制得定形相变材料。使用美国PE公司的Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的溶解曲线的峰值为81.62℃，相变潜热为168.8。截取30*30*10mm大小的定形相变材料放入88℃热水中浸泡200小时，材料无明显变形，烘干后称重，失重率低于0.5％，测量材料的相变潜热变化低于10％。
实施例3将800g熔点为81.6℃，相变潜热为212.5kJ/kg的石蜡放入反应釜中，于100-120℃加热熔化，将150g的高密度聚乙烯放入其中，将温度升至140-160℃，以120r/min的转速搅拌直至石蜡与高密度聚乙烯融为一体，成为粘稠液体，加入50g的SEBS，搅拌均匀，最后加入50g膨胀石墨，搅拌均匀。将共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用300kPa的压力压制成型。待冷却后，从模具中取出，即制得定形相变材料。使用美国PE公司的Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的溶解曲线的峰值为83.83℃，相变潜热为153.0kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相变材料放入88℃热水中浸泡200小时，材料无明显变形，烘干后称重，失重率低于2％，测量材料的相变潜热变化低于10％。
实施例4将800g熔点为81.6℃，相变潜热为209.1kJ/kg的石蜡放入反应釜中，于100-120℃加热熔化，将120g的高密度聚乙烯放入其中，将温度升至140-160℃，以110r/min的转速搅拌直至石蜡与高密度聚乙烯融为一体，成为粘稠液体，加入60g的SEBS，搅拌均匀，最后加入40g膨胀石墨，搅拌均匀。将共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用200kPa的压力压制成型。待冷却后，从模具中取出，即制得定形相变材料。使用美国PE公司的Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的溶解曲线的峰值为81.21℃，相变潜热为164.4kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相变材料放入88℃热水中浸泡200小时，材料无明显变形，烘干后称重，失重率低于1％，测量材料的相变潜热变化低于10％。
实施例5将800g熔点为81.6℃，相变潜热为212.5kJ/kg的石蜡放入反应釜中，于100-120℃加热熔化，将120g的高密度聚乙烯放入其中，将温度升至140-160℃，以100r/min的转速搅拌直至石蜡与高密度聚乙烯融为一体，成为粘稠液体，加入80g的SEBS，搅拌均匀，最后加入50g膨胀石墨，搅拌均匀。将共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用200kPa的压力压制成型。待冷却后，从模具中取出，即制得定形相变材料。使用美国PE公司的Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的溶解曲线的峰值为82.37℃，相变潜热为163.7kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相变材料放入88℃热水中浸泡200小时，材料无明显变形，烘干后称重，失重率低于2％，测量材料的相变潜热变化低于10％。
实施例6将800g熔点为76℃，相变潜热为216.9kJ/kg的石蜡放入反应釜中，于100-120℃加热熔化，将180g的高密度聚乙烯放入其中，将温度升至140-160℃，以120r/min的转速搅拌直至石蜡与高密度聚乙烯融为一体，成为粘稠液体，加入140g的SEBS，搅拌均匀，最后加入80g膨胀石墨，搅拌均匀。将共混物取出放入140*140*10mm的模具中，用300kPa的压力压制成型。待冷却后，从模具中取出，即制得定形相变材料。使用美国PE公司的Pyris Diamond示差扫描量热仪测得材料的溶解曲线的峰值为76.72℃，相变潜热为142.6kJ/kg。截取30*30*10mm大小的定形相变材料放入88℃热水中浸泡200小时，材料无明显变形，烘干后称重，失重率低于1％，测量材料的相变潜热变化低于10％。
权利要求
1.一种76-83℃的复合定形相变材料，其特征在于，组成是质量百分含量为66-80％，熔点为76-81.6℃，相变潜热为200-220kJ/kg的石蜡，11-15％高密度聚乙烯，4-12％氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物SEBS，及3-7％膨胀石墨。
2.根据权利要求1所述的复合定形相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下各步骤1)取质量百分比含量为66-80％，熔点为76-81.6℃相变潜热高达200-220kJ/kg的石蜡放入反应釜中加热熔融，加热液蜡温度至100-120℃；2)取质量百分比含量为11-15％的高密度聚乙烯加入液蜡中，加热至140-160℃，以100-120r/min的转速搅拌，直至石蜡与高密度聚乙烯熔为一体，成为粘稠液体；3)取质量百分比含量为4-12％的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，加入到液蜡与高密度聚乙烯的共混物中，搅拌至熔融；4)加入质量百分比含量为3-7％的膨胀石墨，搅拌至均匀；5)将混合物取出放入模具中，以200-300kPa的压力压制成板状，冷却后取出。
全文摘要
一种76－83℃的复合定形相变材料及制备方法属于相变储热材料领域。本发明用高吸油率的氢化苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物SEBS作封装吸油材料，熔点为76－81.6℃，相变潜热为200－220kJ/kg的石蜡作为主储能材料。组成是质量百分含量为66－80％的石蜡，11－15％高密度聚乙烯，4－12％SEBS，及3－7％膨胀石墨。本发明按上述质量百分含量取石蜡放入反应釜中加热熔化；将高密度聚乙烯加入到液蜡中搅拌至熔为一体后，加入SEBS继续搅拌至熔融；最后按上述比例加入膨胀石墨EG，搅拌至均匀；取出放入模具中，使用200－300kPa的压力压制成板状，冷却后取出。本发明制备的可用于较高温度锅炉中的材料无需容器封装，能直接接触传热介质水，在高于熔点的热水中浸泡200小时后，失重率低于2％，相变潜热变化低于10％。
文档编号C09K5/06GK1782018SQ20051011670
公开日2006年6月7日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月28日
发明者夏定国, 方春香, 焦庆影, 陈超, 于志辉, 戚道铎 申请人:北京工业大学