专利名称：相变储能复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属相变储能技术领域，具体涉及一种采用可再生资源作为相变储能介质、载体及包封材料，得到具有可再生、环境兼容性好的相变储能复合材料及其制备方法。
背景技术：
相变储能材料的研究对于合理利用能源、隔热降温、改善仪器和设备的性能、提高经济效益等都十分重要。相变储能材料与显热储能相比，具有储能密度高、体积小、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点。目前相变储能材料已经应用于太阳能利用、节能建筑材料和构件、废热余热的回收利用、冷藏系统、保温服装、军事等领域。相变储能材料种类很多，按物质种类可分为有机相变材料和无机相变材料，按相变过程形态可分为固-液相变材料、固-固相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料等。
目前研究应用较多的相变储能介质材料主要有水合无机盐类、有机类等，公开号为CN1465648的专利采用无机含水结晶盐作为相变储能介质、公开号为CN1482204的专利采用结晶性的烷基碳氢化合物作为相变储能介质、公开号为CN1844269的专利采用石蜡作为相变储能介质，这些相变储能介质均为非可再生材料；由于相变材料相变过程中的状态及体积的变化，相变材料使用过程中大都需要封装或吸附在载体材料中，公开号为CN1475543的专利采用陶粒作为吸附载体、公开号为CN1803965的专利采用陶瓷基作为高温相变材料的载体、公开号为CN1869573的专利采用石墨作为载体，该类型载体材料均为非可再生材料，使用寿命结束后几乎均不能被环境自降解，导致环境污染；由于相变材料在使用过程中会出现储能介质从基体材料中析出的问题，影响相变储能复合材料的使用效果和使用寿命，近年来开发出来的采用高分子聚合物包封相变储能材料，制备定形相变材料和相变储能微囊，如公开号为CN1161364的专利采用密胺树脂作为微囊壁材、公开号为CN1715359的专利采用动物蛋白缩醛作为微囊壁材、公开号为CN1695787的专利采用乙烯基及双乙烯基类自由基单体为外壳聚合物来源、等等，这些材料在自然界中均不能在短时间内降解。因此，开发可再生、具备环境相容性的储能介质、载体及包封材料，对相变储能的发展具有重要的作用和意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有相变储能介质和载体的不足，提供一种可再生、环境相容性好、使用寿命结束后可被环境自行降解的相变储能复合材料。
本发明的另一个目的是提供所述相变储能复合材料的制备方法。
本发明的包括相变储能介质、载体和包封材料，其特点是所述相变储能介质、载体和包封材料由天然可再生、环境相容性好的材料制备得到。
作为优选方案，所述的相变储能介质为天然油脂或天然烷烃。
所述的相变储能介质为亚羊脂酸、羊脂酸、硬脂酸、初租酸或月桂酸。
所述载体为稻秆、麦秸秆或玉米秸秆。
所述的包封材料为阿拉伯胶、明胶或海藻酸钠。
所述的相变储能复合材料的制备方法包括以下步骤(1)载体预处理，包括切割、灭菌、干燥；(2)在带有抽真空装置的吸附釜中进行真空吸附储能介质；(3)将包封材料溶液喷涂到步骤(2)吸附了储能介质的载体上；固化；干燥。
作为优选方案，步骤(3)中所述固化选用氯化钙水溶液作为固化剂，固化温度为8-10℃，固化时间为1h，氯化钙水溶液浓度为0.25mol/L。
本申请人经过深入的研究，采用自然界的天然油脂，例如亚羊脂酸、羊脂酸、硬脂酸、初租酸、月桂酸等作为相变储能介质。对部分天然油脂的热分析表明，油脂随温度的升高会发生相变、熔化、晶型转变等变化，这些变化均能引起吸热或放热效应，从而达到储能、释能的目的。对部分饱和脂肪酸潜热和比热容测试表明，天然油脂具有较大的相变潜热，例如月桂酸固-液相变潜热为183kJ/kg、花生酸固-液相变潜热为227kJ/kg，相对大部分的无机水合盐、有机高聚物相变储能材料油脂具有更大的相变潜热储能量。同时，由于天然油脂取至于自然界的生物，材料的来源广泛，是一种可再生的相变储能介质，且天然油脂具备良好的环境相容性，不会对环境造成污染，是一种绿色材料。
申请人在自然界中选取到价廉物美的可再生载体材料，它们是自然界中大量存在的具备高孔隙率结构植物，如稻秆、玉米秸秆、小麦秸秆等，其天然的孔隙结构能够吸附大量的储能介质，且和天然油脂具有很好的相容性，同时这类植物可再生、来源广泛、成本低廉、使用寿命结束后不会造成环境污染，因此是良好的储能介质载体。相比于其他封装材料，如铝合金管，塑料管等，稻秆、玉米秸秆等的体积密度小，可减轻相变储能材料的整体重量；同时，由于基体刚度小，可方便做成不同的形状。目前我国各类农作物秸秆的年产量约为6亿吨，玉米秸秆2.24亿吨、小麦秸秆1.40亿吨、水稻秸秆1.15亿吨，可收集利用的约为4.8亿吨，具有广泛的物质来源，大规模的使用这类物质，可以变费为宝增加农副产品的附加价值，推动农业经济的发展，具有良好的社会效益。
本申请人经过深入地研究，选取自然界中的天然高分子材料作为可再生包封材料。所述天然高分子材料例如阿拉伯胶、明胶、海藻酸钠，其中海藻酸钠是从海带中提取的一种亲水性天然聚合物，具有羧基1，4型葡萄糖苷键的糖醛酸的钠盐聚合物，按照已有技术，海藻酸钠在通过与其他物质作用后，可以形成网状结构包封相变储能介质，例如海藻酸钠与碱土金属盐离子在一定条件下作用，定量地转变为不溶于水的具有链结构的海藻酸碱土金属盐包覆在被包封物表面形成胶囊。该类天然高分子材料可再生、来源广泛、成本低廉、具备良好的环境相容性，使用寿命结束后能被环境自降解，是一类理想的包封材料。
本发明的有益效果是提供了一种新的相变储能复合材料，储能性能佳，稳定性好，可再生，对环境无污染；采用的原料是自然界大量存在的天然材料，来源广泛，成本低，可大大提高生产厂家的效益；生产制备过程简单，成本低，具有很好的市场应用前景，迎合了环保的大趋势。
具体实施例方式
实施例1(1)载体预处理选用稻秆作为载体，首先切割成长度为3-5cm的短秆，然后用水洗涤，常规高温灭菌后，干燥载体待用。
(2)真空吸附储能介质选用月桂酸作为储能介质。将经预处理后的稻秆放置在带有抽真空装置的装有月桂酸的吸附釜中，载体装入后抽真空进行吸附，30min后停止抽真空，然后将吸附有储能介质的载体取出，经热风喷吹载体表面粘附的月桂酸后待用。
(3)载体包封配置浓度为4％的海藻酸钠溶液，然后将海藻酸钠溶液采用已有技术与装置喷涂到吸附了月桂酸的稻秆上，然后将载体置于浓度为0.25mol/L、温度为10℃的氯化钙水溶液中固化1h，待固化结束后，取出干燥即得可再生复合相变储能材料。
将制备得到的相变储能微囊置于Lecia研究级偏关显微镜(USD28500[ST2004H0803]透射和反射偏光显微镜)下观察复合材料切片的显微图像，可以看出，相变材料和吸附基体材料结合紧密，且充填了所有的孔隙。
从复合材料的相变过程的显微图像可看出相变过程中界面结合紧密无界面脱离现象，说明该定形相变材料具有很好的热稳定性。
实施例2(1)载体预处理选用麦秸杆作为载体，首先切割成长度为3-5cm的短秆，然后用水洗涤，经采用高温灭菌后，干燥载体待用。
(2)真空吸附储能介质选用亚羊脂酸作为储能介质。将经预处理后的麦秸杆放置在带有抽真空装置的装有亚羊脂酸的吸附釜中，载体装入后抽真空进行吸附，30min后停止抽真空，然后将吸附有储能介质的载体取出，经热风喷吹载体表面粘附的亚羊脂酸后待用。
(3)载体包封配置浓度为4％的明胶溶液，然后将明胶溶液采用已有技术与装置喷涂到吸附了亚羊脂酸的麦秸杆上，然后将载体置于浓度为0.25mol/L、温度为10℃的氯化钙水溶液中固化1h，待固化结束后，取出干燥即得可再生复合相变储能材料。
实施例3在步骤(2)中，分别采用了羊脂酸、硬脂酸、初租酸作为储能介质，都取得了理想的实验效果。
(1)载体预处理选用玉米秸秆作为载体，首先切割成长度为3-5cm的短秆，然后用水洗涤，经采用常规高温灭菌后，干燥载体待用。
(2)真空吸附储能介质将经预处理后的玉米秸秆放置在带有抽真空装置的装有储能介质的吸附釜中，载体装入后抽真空进行吸附，30min后停止抽真空，然后将吸附有储能介质的载体取出，经常规热风喷吹载体表面粘附的储能介质后待用。
(3)载体包封配置浓度为4％的阿拉伯胶溶液，然后将阿拉伯胶溶液采用已有技术与装置喷涂到吸附了储能介质的玉米秸秆上，然后将载体置于浓度为0.25mol/L、温度为10℃的氯化钙水溶液中固化1h，待固化结束后，取出干燥即得可再生复合相变储能材料。
将制备得到的相变储能微囊置于Lecia研究级偏关显微镜(USD28500[ST2004H0803]透射和反射偏光显微镜)下观察复合材料切片的显微图像，显示相变材料和吸附基体材料结合紧密，且充填了所有的孔隙。
复合材料的相变过程的显微图像显示，相变过程中界面结合紧密无界面脱离现象，说明该定形相变材料具有很好的热稳定性。
权利要求
1.一种相变储能复合材料，包括相变储能介质、载体和包封材料，其特征是所述相变储能介质、载体和包封材料由天然可再生、环境相容性好的材料制备得到。
2.根据权利要求1所述的相变储能复合材料，其特征是所述的相变储能介质为天然油脂或天然烷烃。
3.根据权利要求1或2所述的相变储能复合材料，其特征是所述的相变储能介质为亚羊脂酸、羊脂酸、硬脂酸、初租酸或月桂酸。
4.根据权利要求3所述的相变储能复合材料，其特征是所述载体为稻秆、麦秸秆或玉米秸秆。
5.根据权利要求4所述的相变储能复合材料，其特征是所述的包封材料为阿拉伯胶、明胶或海藻酸钠。
6.权利要求1-5之一所述的相变储能复合材料的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)载体预处理，包括切割、灭菌、干燥；(2)在带有抽真空装置的吸附釜中进行真空吸附储能介质；(3)将包封材料溶液喷涂到步骤(2)吸附了储能介质的载体上；固化；干燥。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是步骤(3)中所述固化选用氯化钙水溶液作为固化剂，固化温度为8-10℃，固化时间为1h，氯化钙水溶液浓度为0.25mol/L。
全文摘要
本发明公开了一种相变储能复合材料，该相变储能复合材料以天然可再生、环境相容性好的材料作为相变储能介质、载体和包封材料。本发明同时公开了所述相变储能复合材料的制备方法。本发明的复合材料稳定性好，可再生，对环境无污染，生产制备过程简单，成本低，具有很好的推广应用价值和环保意义。
文档编号C09K5/06GK101050353SQ20071002794
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月11日 优先权日2007年5月11日
发明者胡小芳, 胡大为 申请人:华南理工大学