一种类水滑石的新用途的制作方法

本发明涉及一种类水滑石的新用途，属于相变储能材料技术领域。

背景技术：

相变储能材料是指在一定的温度范围内，利用材料本身结构变化或相态变化，向环境自动释放或吸收热量，从而达到控制环境温度的一类物质。具体相变过程为：当环境温度低于相变温度，材料释放储存的热量，以提高环境温度；当环境温度高于相变温度，材料吸收并储存热量，以降低环境温度。

相变储能材料分为固-固和固-液两种。固-固相变储能材料主要有多元醇类、高分子类和无机盐类。固-液相变储能材料主要有无机类：如结晶水合盐、熔融盐等系列材料；有机类：如高级脂肪烃类、脂肪酸类等系列材料，但这类材料存在过冷和沉淀现象，所以要添加增稠剂和成核剂。

具有相变功能的材料一般很难直接实际应用，多数情况下需要将其封装、共混、或者改性之后才可以加应用。常见的方法是将相变材料与主体材料相混合，以主体材料作为载体，将相变材料与某种支撑材料共混，借助物理作用，使二者之间比较牢固地结合在一起，制备成定形相变材料或者形状稳定的相变材料。例如采用石蜡作为相变储能介质，该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变化，使用过程中需要封装或吸附在载体材料中；采用陶粒作为吸附载体，采用陶瓷基作为高温相变材料的载体，采用石墨作为载体；以石蜡为相变材料，膨胀石墨为支撑结构，利用膨胀石墨为载体和多孔特性制备出不同的复合材料；不同孔隙结构的炭材料作为石蜡相变储能材料强化传热载体；以膨胀石墨为载体吸附不同配比的有机脂肪酸在将制备好的材料外包覆一层复合涂饰剂；这些材料在制备过程中存在使用寿命结束后环境污染问题，同时储能介质易从基体材料中析出问题，重要的是阻燃性能相对较低，限制其应用范围。

技术实现要素：

针对现有技术中相变储能材料存在的阻燃性技术问题，本发明提供一种类水滑石作为相变储能材料载体的新用途，类水滑石化学式为其中m²⁺为二价阳离子，m³⁺为三价阳离子，a^n-为层间阴离子，x为每摩尔类水滑石中三价阳离子m³⁺的摩尔分数，m为每摩尔类水滑石中层间结晶水的摩尔数；二价金属离子m²⁺为mg²⁺、cu²⁺、ca²⁺或mn²⁺；三价金属离子m³⁺为a1³⁺、cr³⁺、co³⁺或fe³⁺；阴离子a^n-为so4^2-。类水滑石是具层状双羟基复合金属氧化物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下具有可插层性和层间离子的可交换性，二价金属离子m²⁺和三价金属离子m³⁺组合形成二元、三元或四元类水滑石，半径接近的二价金属离子m²⁺和三价金属离子m³⁺可形成稳定的层板，阴离子a^n-进入层间；类水滑石作为相变储能材料的载体，类水滑石的插层组装使层间具有丰富的阻燃性物种和结晶水，在受热燃烧时，释放阻燃性气体so2起到隔绝氧气和降低材料表面温度的作用，达到阻燃的效果。

类水滑石作为相变储能材料载体的应用方法，具体步骤如下：

(1)将相变储能材料溶解于水中得到溶液a，然后加入类水滑石搅拌均匀得到溶液b；将溶液b加入到溶液a中，再加入水并混合均匀得到溶液c；

(2)步骤(1)的溶液c匀速升温至温度为120～200℃并恒温处理1～3h得到溶液d；

(3)在步骤(2)的溶液d中加入固化剂，在搅拌条件下匀速升温至温度为200～300℃并恒温处理5～10h得到溶液e；

(4)步骤(3)的溶液e冷却至室温，加入碳酸钠溶液并煮沸得到溶液f，冷却、水洗、干燥即得阻燃相变储能材料。

所述步骤(1)溶液a中相变储能材料的质量分数为30～50％，溶液b中类水滑石的质量分数为40～60％，溶液c中类水滑石与相变储能材料的质量和与水的质量比为1:(1～3)；类水滑石与相变储能材料的质量比为1:(5～8)；

所述步骤(1)相变储能材料为六水氯化钙(cacl2·6h2o)、六水氯化镁(mgcl2·6h2o)、三水氯化锌(zncl2·3h2o)、六水磷酸氢钾(k2hpo4·6h2o)、六水硝酸锰(mn(no3)2·6h2o)、六水硝酸钙(ca(no3)2·6h2o)、九水硝酸铝(al(no3)3·9h2o)、九水硝酸铬(gr(no3)3·9h2o)的任意比两种；

所述步骤(3)固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、二丙烯三胺、二甲胺基丙胺中的任意比两种，溶液e中固化剂的质量分数为5～10％；

所述溶液f中碳酸钠的质量分数为5～10％。

本发明的有益效果：

(1)本发明以类水滑石作为相变储能材料载体，可解决现有相变储能材料使用寿命结束导致环境污染问题以及解决储能介质易从基体材料中析出和阻燃性能较低的问题；

(2)本发明以类水滑石作为相变储能材料载体，利用类水滑石可插层性及层间元素的可调变性，将相变储能材料插入类水滑石层间，能在高温下促进类水滑石形成连续致密的碳层，与类水滑石产生明显阻燃协同效应，改善粒子的分散性，有效调节粒子界面性能，降低导热系数，增大其阻燃性能；

(3)本发明以类水滑石作为相变储能材料载体，其负载方法简单；

(4)本发明以类水滑石作为相变储能材料载体负载制备的阻燃相变储能材料过冷度小。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1：类水滑石作为相变储能材料载体的应用方法，具体步骤如下：

(1)将相变储能材料六水氯化钙(cacl2·6h2o)和三水氯化锌(zncl2·3h2o)溶解于水中得到溶液a，然后加入类水滑石搅拌均匀得到溶液b；将溶液b加入到溶液a中，再加入水并混合均匀得到溶液c；其中类水滑石为x为每摩尔类水滑石中三价阳离子a1³⁺的摩尔分数，m为每摩尔类水滑石中层间结晶水的摩尔数；溶液a中相变储能材料的质量分数为30％，溶液b中类水滑石的质量分数为40％，溶液c中类水滑石与相变储能材料的质量和与水的质量比为1:1；类水滑石与相变储能材料的质量比为1:5；

(2)步骤(1)的溶液c匀速升温至温度为120℃并恒温处理1h得到溶液d；

(3)在步骤(2)的溶液d中加入固化剂(乙二胺和二乙烯三胺)，在搅拌条件下匀速升温至温度为200℃并恒温处理5h得到溶液e；其中溶液e中固化剂(乙二胺和二乙烯三胺)的质量分数为5％；

(4)步骤(3)的溶液e冷却至室温，加入碳酸钠溶液并煮沸得到溶液f，冷却、水洗、真空干燥即得阻燃相变储能材料；其中溶液f中碳酸钠的质量分数为5％；

本实施例的相变储能材料使类水滑石结构层之间充填了结晶水和硫酸根，受热时通过分解释放出大量的水蒸气和二氧化硫，在带走了燃烧时产生的热量外，释放出的二氧化硫覆盖在燃烧物表面，隔绝氧气，具有更好的阻燃效果；同时ca²⁺和zn²⁺离子形成的混盐体系利用类水滑石的插层组装特性解决了单纯无机水合盐相变储能材料在相变过程中的过冷大和相分离问题。

实施例2：类水滑石作为相变储能材料载体的应用方法，具体步骤如下：

(1)将相变储能材料六水氯化镁(mgcl2·6h2o)和九水硝酸铝(al(no3)3·9h2o)溶解于水中得到溶液a，然后加入类水滑石搅拌均匀得到溶液b；将溶液b加入到溶液a中，再加入水并混合均匀得到溶液c；其中类水滑石为x为每摩尔类水滑石中三价阳离子cr³⁺的摩尔分数，m为每摩尔类水滑石中层间结晶水的摩尔数；溶液a中相变储能材料的质量分数为40％，溶液b中类水滑石的质量分数为50％，溶液c中类水滑石与相变储能材料的质量和与水的质量比为1:2；类水滑石与相变储能材料的质量比为1:6；

(2)步骤(1)的溶液c匀速升温至温度为150℃并恒温处理2h得到溶液d；

(3)在步骤(2)的溶液d中加入固化剂(二乙烯三胺和二丙烯三胺)，在搅拌条件下匀速升温至温度为250℃并恒温处理6h得到溶液e；其中溶液e中固化剂(二乙烯三胺和二丙烯三胺)的质量分数为10％；

(4)步骤(3)的溶液e冷却至室温，加入碳酸钠溶液并煮沸得到溶液f，冷却、水洗、真空干燥即得阻燃相变储能材料；其中溶液f中碳酸钠的质量分数为10％；

本实施例的相变储能材料使类水滑石结构层之间充填了结晶水和硫酸根，受热时通过分解释放出大量的水蒸气和二氧化硫，在带走了燃烧时产生的热量外，释放出的二氧化硫覆盖在燃烧物表面，隔绝氧气，具有更好的阻燃效果。同时mg²⁺和al³⁺离子形成的混盐体系利用类水滑石的插层组装特性解决了单纯无机水合盐相变储能材料在相变过程中的过冷大和相分离问题。

实施例3：类水滑石作为相变储能材料载体的应用方法，具体步骤如下：

(1)将相变储能材料六水硝酸钙(ca(no3)2·6h2o)和六水氯化镁(mgcl2·6h2o)溶解于水中得到溶液a，然后加入类水滑石搅拌均匀得到溶液b；将溶液b加入到溶液a中，再加入水并混合均匀得到溶液c；其中类水滑石为x为每摩尔类水滑石中三价阳离子al³⁺的摩尔分数，m为每摩尔类水滑石中层间结晶水的摩尔数；溶液a中相变储能材料的质量分数为50％，溶液b中类水滑石的质量分数为60％，溶液c中类水滑石与相变储能材料的质量和与水的质量比为1:3；类水滑石与相变储能材料的质量比为1:7；

(2)步骤(1)的溶液c匀速升温至温度为200℃并恒温处理3h得到溶液d；

(3)在步骤(2)的溶液d中加入固化剂(二丙烯三胺和二甲胺基丙胺)，在搅拌条件下匀速升温至温度为250℃并恒温处理8h得到溶液e；其中溶液e中固化剂(二丙烯三胺和二甲胺基丙胺)的质量分数为10％；

(4)步骤(3)的溶液e冷却至室温，加入碳酸钠溶液并煮沸得到溶液f，冷却、水洗、真空干燥即得阻燃相变储能材料；其中溶液f中碳酸钠的质量分数为5％；

本实施例的相变储能材料使类水滑石结构层之间充填了结晶水和硫酸根，受热时通过分解释放出大量的水蒸气和二氧化硫，在带走了燃烧时产生的热量外，释放出的二氧化硫覆盖在燃烧物表面，隔绝氧气，具有更好的阻燃效果。同时ca²⁺和mg²⁺离子形成的混盐体系利用类水滑石的插层组装特性在解决了单纯无机水合盐相变储能材料在相变过程中的过冷大和相分离问题。

实施例4：类水滑石作为相变储能材料载体的应用方法，具体步骤如下：

(1)将相变储能材料九水硝酸铬(gr(no3)3·9h2o)和六水硝酸锰(mn(no3)2·6h2o)溶解于水中得到溶液a，然后加入类水滑石搅拌均匀得到溶液b；将溶液b加入到溶液a中，再加入水并混合均匀得到溶液c；其中类水滑石为x为每摩尔类水滑石中三价阳离子fe³⁺的摩尔分数，m为每摩尔类水滑石中层间结晶水的摩尔数；溶液a中相变储能材料的质量分数为40％，溶液b中类水滑石的质量分数为50％，溶液c中类水滑石与相变储能材料的质量和与水的质量比为1:3；类水滑石与相变储能材料的质量比为1:8；

(2)步骤(1)的溶液c匀速升温至温度为150℃并恒温处理3h得到溶液d；

(3)在步骤(2)的溶液d中加入固化剂(乙二胺和二甲胺基丙胺)，在搅拌条件下匀速升温至温度为300℃并恒温处理10h得到溶液e；其中溶液e中固化剂(乙二胺和二甲胺基丙胺)的质量分数为5％；

(4)步骤(3)的溶液e冷却至室温，加入碳酸钠溶液并煮沸得到溶液f，冷却、水洗、真空干燥即得阻燃相变储能材料；其中溶液f中碳酸钠的质量分数为10％；

本实施例的相变储能材料使类水滑石结构层之间充填了结晶水和硫酸根，受热时通过分解释放出大量的水蒸气和二氧化硫，在带走了燃烧时产生的热量外，释放出的二氧化硫覆盖在燃烧物表面，隔绝氧气，具有更好的阻燃效果；同时gr³⁺和mn²⁺离子形成的混盐体系利用类水滑石的插层组装特性解决了单纯无机水合盐相变储能材料在相变过程中的过冷大和相分离问题。