一种高热导率有机相变储能材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高热导率有机相变储能材料的制备方法，属于材料制备技术领域。本发明从废弃的赤藓糖醇生产母液中提取赤藓糖醇作为有机相变材料，用富含氟元素的鳕鱼和含氟表面活性剂对碳纳米管进行复合改性，最后负载赤藓糖醇，即得高热导率有机相变储能材料，本发明制备的高热导率有机相变储能材料热导率达到8.99～9.34W/m·k，导热性好；且稳定性高，密度大，可广泛应用于建筑保温材料等领域；同时充分利用了废弃的赤藓糖醇生产母液，资源重回收利用，节约了成本，制备步骤简单。
【专利说明】
一种高热导率有机相变储能材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种高热导率有机相变储能材料的制备方法，属于材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002 ]相变储能材料(PCM)作为一种新兴的功能材料，其工作原理是:利用材料的相变过程，吸收(或释放)相变潜热，来实现对环境中能量的吸收(或释放)，进而可以储热或制冷，从而实现储能的目标。一种适宜的相变材料，不仅需要材料具有较高的熔化焓、高热导率以及适宜的相变温度，还需要材料在物理性能、化学性能甚至经济成本上满足一定的条件:
(I)物理性能:过冷度低、相变时密度变化小；(2)化学性能:化学稳定性、无相分离、与载体材料相容性好、无毒、无污染、不易燃等；(3)经济方面:来源丰富、成本低廉。在建筑中使用PCM材料可以提高建筑物热容量，减小室内温度的波动幅度，改善室内环境，充分利用太阳能和夜间低价电能，从而提高建筑节能及室内舒适度。
[0003]目前常用的有机相变材料主要包括石蜡，高级脂肪烃，脂肪酸，酯和多元醇等，这类材料的种类多，具有对封装材料无腐蚀;过冷度低，甚至无过冷;且具有较高的热稳定性和化学稳定性(在长期工作过程中基本不发生分解、老化、相分离等现象)，但是存在着电导系数小，密度小，单位体积储热能力差，相变时出现漏液等问题，而采用碳纳米管作为增强体，在添加量较低的水平下也不足以将相变复合材料热导率提高到令人满意的程度。原因在于，虽然碳纳米管自身的热导率很高，但在相变复合材料中的界面热阻却很大，再加上二者在相变复合材料中无法形成有效的导热网络、团聚现象严重等因素目前还没有得到有效的解决，使得碳纳米管暂无法被用作合适的高导热填料。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题:针对目前常见的有机相变材料性能稳定，但是存在着电导系数小，热导率低，相变时会出现漏液等问题，以碳纳米管负载有机相变材料可以提高其热导率，但是二者复合无法形成有效的导热网络并且团聚现象严重的缺陷，提供了一种从废弃的赤藓糖醇生产母液中提取赤藓糖醇作为有机相变材料，用富含氟元素的鳕鱼和含氟表面活性剂对碳纳米管进行复合改性，最后负载赤藓糖醇，即得高热导率有机相变储能材料的方法。本发明制备的相变储能材料储能能力好，热导率高，稳定性好，碳纳米管负载有机相变材料，既增加了有机相变材料的电导率和热导率，又避免其相变时会出现漏液的问题，含氟表面活性剂对碳纳米管的改性也使团聚现象得以解决，可广泛应用于建筑保温等领域。
[0005 ]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案:
(I)取废弃的赤藓糖醇生产母液，将其通入陶瓷罐中，静置沉淀3?5天后，去除下层沉淀杂质，将除杂后的母液装入真空浓缩罐中，在900?100Pa下浓缩至原体积的1/3，得母液浓缩物； (2)向上述母液浓缩物中加入其质量I?2%的赤藓糖醇作为晶种，用搅拌机进行搅拌，在搅拌的过程中逐滴滴加浓缩物总体积3?5%质量浓度为80%甲醇溶液，滴加完毕后移入4?6°C的冰水浴中，静置结晶过夜，最后用离心机以4000?5000r/min转速分离得到沉淀，自然风干后得到赤藓糖醇晶体，备用；
(3)取I?2条鳕鱼，人工剔骨后将鱼肉切块，放入铁锅中加入鱼块总体积3?5倍的去离子水，加热升温至100?105°C保温熬制2?3h后过滤，分离去除滤渣，得到滤液；
(4)按固液比为1:6将碳纳米管浸入上述滤液中，搅拌均匀得混合液，再依次向混合液中加入其总体积5?8%全氟丁酸和混合液总质量I?3%的含氟烷基磺酸钠，搅拌均匀后装入发酵罐，于25?35 °C下自然发酵改性3?5天；
(5)发酵结束后过滤分离得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗20?30min，得到改性后的碳纳米管，称取I?2kg上述备用的赤藓糖醇晶体装入烧杯中，移入120?130°C的油浴锅中加热至其熔化，得液态赤藓糖醇；
(6)再将300?400g改性后的碳纳米管装入不锈钢网笼中并浸入液态赤藓糖醇中，保温浸渍3?5天，提起网笼置于120?130°C的保温箱中继续处理I?2h，除去附着在碳纳米管表面的赤藓糖醇，最后取出网笼自然冷却，待碳纳米管负载的赤藓糖醇凝固后即得高热导率有机相变储能材料。
[0006]本发明制备的高热导率有机相变储能材料热导率达到8.99?9.34W/m.k，是单一赤藓糖醇热导率的20倍以上，相变潜热为280.5?295.6J/g。
[0007]本发明的应用方法:首先按质量比2:1:1，将水泥、上述制备的高热导率有机相变储能材料和去离子水混合搅拌均匀后，得到水泥储能浆料，再将两块尺寸相同的石膏板平行插入墙板模具内，将制备的水泥储能浆料填充至两块石膏板之间，同时将凹凸槽和侧面倒边构造复合，通过凝结和养护28?30天后，脱模，得到夹心厚度为55?65mm的相变储能墙板，经检测，该相变储能墙板相变温度为28.3?35.4°C。
[0008]本发明与其他方法相比，有益技术效果是:
(I)本发明制备的高热导率有机相变储能材料热导率达到8.99?9.34W/m.k，导热性好；
(2 )本发明制备的高热导率有机相变储能材料稳定性高，密度大，可广泛应用于建筑保温材料等领域；
(3)本发明充分利用了废弃的赤藓糖醇生产母液，资源重回收利用，节约了成本，且制备步骤简单。
【具体实施方式】
[0009]首先取废弃的赤藓糖醇生产母液，将其通入陶瓷罐中，静置沉淀3?5天后，去除下层沉淀杂质，将除杂后的母液装入真空浓缩罐中，在900?100Pa下浓缩至原体积的1/3，得母液浓缩物;再向上述母液浓缩物中加入其质量I?2%的赤藓糖醇作为晶种，用搅拌机进行搅拌，在搅拌的过程中逐滴滴加浓缩物总体积3?5%质量浓度为80%甲醇溶液，滴加完毕后移入4?6°C的冰水浴中，静置结晶过夜，最后用离心机以4000?5000r/min转速分离得到沉淀，自然风干后得到赤藓糖醇晶体，备用;接着取I?2条鳕鱼，人工剔骨后将鱼肉切块，放入铁锅中加入鱼块总体积3?5倍的去离子水，加热升温至100?105°C保温熬制2?3h后过滤，分离去除滤渣，得到滤液;再按固液比为1:6将碳纳米管浸入上述滤液中，搅拌均匀得混合液，再依次向混合液中加入其总体积5?8%全氟丁酸和混合液总质量I?3%的含氟烷基磺酸钠，搅拌均匀后装入发酵罐，于25?35°C下自然发酵改性3?5天;待发酵结束后过滤分离得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗20?30min，得到改性后的碳纳米管，称取I?2kg上述备用的赤藓糖醇晶体装入烧杯中，移入120?130°C的油浴锅中加热至其熔化，得液态赤藓糖醇；最后再将300?400g改性后的碳纳米管装入不锈钢网笼中并浸入液态赤藓糖醇中，保温浸渍3?5天，提起网笼置于120?130°C的保温箱中继续处理I?2h，除去附着在碳纳米管表面的赤藓糖醇，最后取出网笼自然冷却，待碳纳米管负载的赤藓糖醇凝固后即得高热导率有机相变储能材料。
[0010]实例I
首先取废弃的赤藓糖醇生产母液，将其通入陶瓷罐中，静置沉淀5天后，去除下层沉淀杂质，将除杂后的母液装入真空浓缩罐中，在100Pa下浓缩至原体积的1/3，得母液浓缩物；再向上述母液浓缩物中加入其质量2%的赤藓糖醇作为晶种，用搅拌机进行搅拌，在搅拌的过程中逐滴滴加浓缩物总体积5%质量浓度为80%甲醇溶液，滴加完毕后移入6 °C的冰水浴中，静置结晶过夜，最后用离心机以5000r/min转速分离得到沉淀，自然风干后得到赤藓糖醇晶体，备用;接着取2条鳕鱼，人工剔骨后将鱼肉切块，放入铁锅中加入鱼块总体积5倍的去离子水，加热升温至105°C保温熬制3h后过滤，分离去除滤渣，得到滤液;再按固液比为1:6将碳纳米管浸入上述滤液中，搅拌均匀得混合液，再依次向混合液中加入其总体积8%全氟丁酸和混合液总质量3%的含氟烷基磺酸钠，搅拌均匀后装入发酵罐，于35°C下自然发酵改性5天;待发酵结束后过滤分离得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗30min，得到改性后的碳纳米管，称取2kg上述备用的赤藓糖醇晶体装入烧杯中，移入130°C的油浴锅中加热至其熔化，得液态赤藓糖醇;最后再将400g改性后的碳纳米管装入不锈钢网笼中并浸入液态赤藓糖醇中，保温浸渍5天，提起网笼置于130°C的保温箱中继续处理2h，除去附着在碳纳米管表面的赤藓糖醇，最后取出网笼自然冷却，待碳纳米管负载的赤藓糖醇凝固后即得高热导率有机相变储能材料。
[0011]首先按质量比2:1:1，将水泥、上述制备的高热导率有机相变储能材料和去离子水混合搅拌均匀后，得到水泥储能浆料，再将两块尺寸相同的石膏板平行插入墙板模具内，将制备的水泥储能浆料填充至两块石膏板之间，同时将凹凸槽和侧面倒边构造复合，通过凝结和养护30天后，脱模，得到夹心厚度为65mm的相变储能墙板，经检测，该相变储能墙板相变温度为35.4 °C。
[0012]实例2
首先取废弃的赤藓糖醇生产母液，将其通入陶瓷罐中，静置沉淀3天后，去除下层沉淀杂质，将除杂后的母液装入真空浓缩罐中，在900Pa下浓缩至原体积的1/3，得母液浓缩物；再向上述母液浓缩物中加入其质量1%的赤藓糖醇作为晶种，用搅拌机进行搅拌，在搅拌的过程中逐滴滴加浓缩物总体积3%质量浓度为80%甲醇溶液，滴加完毕后移入4 °C的冰水浴中，静置结晶过夜，最后用离心机以4000r/min转速分离得到沉淀，自然风干后得到赤藓糖醇晶体，备用;接着取I条鳕鱼，人工剔骨后将鱼肉切块，放入铁锅中加入鱼块总体积3倍的去离子水，加热升温至100°C保温熬制2h后过滤，分离去除滤渣，得到滤液;再按固液比为1:6将碳纳米管浸入上述滤液中，搅拌均匀得混合液，再依次向混合液中加入其总体积5%全氟丁酸和混合液总质量1%的含氟烷基磺酸钠，搅拌均匀后装入发酵罐，于25°c下自然发酵改性3天;待发酵结束后过滤分离得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗20min，得到改性后的碳纳米管，称取Ikg上述备用的赤藓糖醇晶体装入烧杯中，移入120°C的油浴锅中加热至其熔化，得液态赤藓糖醇;最后再将300g改性后的碳纳米管装入不锈钢网笼中并浸入液态赤藓糖醇中，保温浸渍3天，提起网笼置于120°C的保温箱中继续处理lh，除去附着在碳纳米管表面的赤藓糖醇，最后取出网笼自然冷却，待碳纳米管负载的赤藓糖醇凝固后即得高热导率有机相变储能材料。
[0013]首先按质量比2:1:1，将水泥、上述制备的高热导率有机相变储能材料和去离子水混合搅拌均匀后，得到水泥储能浆料，再将两块尺寸相同的石膏板平行插入墙板模具内，将制备的水泥储能浆料填充至两块石膏板之间，同时将凹凸槽和侧面倒边构造复合，通过凝结和养护28天后，脱模，得到夹心厚度为55mm的相变储能墙板，经检测，该相变储能墙板相变温度为28.3 °C。
[0014]实例3
首先取废弃的赤藓糖醇生产母液，将其通入陶瓷罐中，静置沉淀4天后，去除下层沉淀杂质，将除杂后的母液装入真空浓缩罐中，在950Pa下浓缩至原体积的1/3，得母液浓缩物；再向上述母液浓缩物中加入其质量1%的赤藓糖醇作为晶种，用搅拌机进行搅拌，在搅拌的过程中逐滴滴加浓缩物总体积4%质量浓度为80%甲醇溶液，滴加完毕后移入5 °C的冰水浴中，静置结晶过夜，最后用离心机以4500r/min转速分离得到沉淀，自然风干后得到赤藓糖醇晶体，备用;接着取2条鳕鱼，人工剔骨后将鱼肉切块，放入铁锅中加入鱼块总体积4倍的去离子水，加热升温至102°C保温熬制2h后过滤，分离去除滤渣，得到滤液;再按固液比为1:6将碳纳米管浸入上述滤液中，搅拌均匀得混合液，再依次向混合液中加入其总体积7%全氟丁酸和混合液总质量2%的含氟烷基磺酸钠，搅拌均匀后装入发酵罐，于30°C下自然发酵改性4天;待发酵结束后过滤分离得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗25min，得到改性后的碳纳米管，称取Ikg上述备用的赤藓糖醇晶体装入烧杯中，移入125°C的油浴锅中加热至其熔化，得液态赤藓糖醇;最后再将350g改性后的碳纳米管装入不锈钢网笼中并浸入液态赤藓糖醇中，保温浸渍4天，提起网笼置于125°C的保温箱中继续处理lh，除去附着在碳纳米管表面的赤藓糖醇，最后取出网笼自然冷却，待碳纳米管负载的赤藓糖醇凝固后即得高热导率有机相变储能材料。
[0015]首先按质量比2:1:1，将水泥、上述制备的高热导率有机相变储能材料和去离子水混合搅拌均匀后，得到水泥储能浆料，再将两块尺寸相同的石膏板平行插入墙板模具内，将制备的水泥储能浆料填充至两块石膏板之间，同时将凹凸槽和侧面倒边构造复合，通过凝结和养护29天后，脱模，得到夹心厚度为60mm的相变储能墙板，经检测，该相变储能墙板相变温度为29.3 °C。
【主权项】
1.一种尚热导率有机相变储能材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)取废弃的赤藓糖醇生产母液，将其通入陶瓷罐中，静置沉淀3?5天后，去除下层沉淀杂质，将除杂后的母液装入真空浓缩罐中，在900?100Pa下浓缩至原体积的1/3，得母液浓缩物； (2)向上述母液浓缩物中加入其质量I?2%的赤藓糖醇作为晶种，用搅拌机进行搅拌，在搅拌的过程中逐滴滴加浓缩物总体积3?5%质量浓度为80%甲醇溶液，滴加完毕后移入4?6°C的冰水浴中，静置结晶过夜，最后用离心机以4000?5000r/min转速分离得到沉淀，自然风干后得到赤藓糖醇晶体，备用； (3)取I?2条鳕鱼，人工剔骨后将鱼肉切块，放入铁锅中加入鱼块总体积3?5倍的去离子水，加热升温至100?105°C保温熬制2?3h后过滤，分离去除滤渣，得到滤液； (4)按固液比为1:6将碳纳米管浸入上述滤液中，搅拌均匀得混合液，再依次向混合液中加入其总体积5?8%全氟丁酸和混合液总质量I?3%的含氟烷基磺酸钠，搅拌均匀后装入发酵罐，于25?35 °C下自然发酵改性3?5天； (5)发酵结束后过滤分离得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗20?30min，得到改性后的碳纳米管，称取I?2kg上述备用的赤藓糖醇晶体装入烧杯中，移入120?130°C的油浴锅中加热至其熔化，得液态赤藓糖醇； (6)再将300?400g改性后的碳纳米管装入不锈钢网笼中并浸入液态赤藓糖醇中，保温浸渍3?5天，提起网笼置于120?130°C的保温箱中继续处理I?2h，除去附着在碳纳米管表面的赤藓糖醇，最后取出网笼自然冷却，待碳纳米管负载的赤藓糖醇凝固后即得高热导率有机相变储能材料。
【文档编号】C09K5/06GK106085369SQ201610484010
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】陈建峰, 薛培龙, 林茂平
【申请人】陈建峰