[发明专利]硅溶胶定形的石蜡复合相变储能材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及复合相变储能材料的制备，特别涉及利用硅溶胶定形的石蜡复合相变储能材料的制备方法。

技术背景

相变材料作为一种能量转换与储存材料的研究始于20世纪40年代，2001年由美国等开展的Annex17计划(先进相变储能和化学储能技术与材料)进一步推动了该领域的研究。相变材料的工作原理是通过材料物相变化过程中伴随的能量变化，实现对环境的热(冷)量的吸收与放出，从而达到能量储存与控制周围环境温度之目的。近年来，能源危机、精密电子器件的散热等问题日愈成为世界上人们关注的热点，推动了相变材料在太阳能储存、能量利用与转换、废热与废冷利用、电站电力调峰、体系温度控制等技术领域内的研究，许多研究成果已经获得了实际应用。

相变材料种类很多，根据目前的实际应用情况，按照相变材料的相变的特点，可将它们分为：固-液相变材料、固-气相变材料、固-固相变材料、液-气相变材料等四大类。其中，固-液相变材料具有来源丰富、价格低廉、使用相对比较方便、储能密度高等优点，成为在实际研究和应用中采用最多的-类相变储能材料。但是，与其它类型的相变储能材料相比，固-液相变材料使用时需要特殊的容器。以及，无机化合物类的固-液相变材料容易产生过冷、相分离等现象；有机化合物类的固-液相变材料的热传导性能较差，且具有可燃性等特性。使得固-液相变材料存在实际中的应用受到了限制。

目前，在固液相变材料中，研究与应用得最多的是石蜡类材料，这是由于石蜡具有化学稳定性好，价格低廉等特性有关。但石蜡类使用前要经过定形处理后才便于应用。对石蜡类相变材料的定形化技术主要有包埋、微囊化等，使用的材料为高分子化合物、SiO₂(或硅凝胶)、多孔性无机材料(如石膏)等。如杨睿等(专利公开号：CN1369537)，将石蜡与烯烃类聚合物组成的混合体系，在炼胶机中塑炼成片后冷却成型，最后获得了相变潜热为175J/g的定形复合相变储能材料；文献[3]中采用的化学接枝方法，获得了以聚乙二醇为相变功能单元的复合相变储能材料。这些发明与技术解决了固-液相变材料应用时必需特殊容器的难题，也基本上解决了固-液相变材料在使用过程中的过冷、相分离等问题，扩大了该类相变储能材料的应用领域与范围。但是，用有机类载体获得的复合相变储能材料具有相变潜热相对较低，导热率低、可燃烧性高、基体材料老化等缺点。Chen等(United States Patent：4，504，402)利用微囊化技术，以沥青为囊材，包裹无机类固-液相变材料，获得了微囊化的复合相变储能材料；但微囊化方法的制备技术工艺复杂、可控性较差，固-液相变时产生体积效应对材料的稳定性具有较大的负面影响，直接影响到材料的应用。清华大学唐国翌等人发明的SiO₂包覆相变材料的制备方法使用的原料为正硅酸乙酯，通过水解获得产品，但正硅酸乙酯价格高且毒性大；这些缺点的存在影响了石蜡类高性能复合相变储能材料的获得与实际应用。

发明内容

本发明提供一种经济、简便、实用的以多聚硅酸为定形材料、石蜡为相变材料，制备定形复合相变储能材料的方法。只需要简更换产生相变的功能单元(即相变材料的种类)，就可以获得满足不同实际需要的不同复合相变储能材料。

本发明的基本原料为硅溶胶、石蜡、沉淀剂、特殊添加剂等。制备方法为，先将石蜡类物质加入到硅溶胶中，然后加入必要的添加剂，加热混合体系，快速搅拌让体系形成乳液状。调节体系的pH值或者加入沉淀试剂，让石蜡与多聚硅酸的混合物从体系中析出。最后经过过滤、干燥等工艺过程，就可获得硅溶胶定形的石蜡类定形复合相变储能材料。

本发明的制备方法包括以下步骤：

步骤1、配制SiO₂含量为5～20％质量的硅溶胶(如硅水溶胶)。

步骤2、在步骤1获得的硅溶胶中，放入石蜡、表面活性剂、特种添加剂。

步骤3、加热步骤2获得的混合体系，当温度升至高于石蜡熔点后停止加热并保温，然后不断搅拌直至体系形成乳液。

步骤4、在维持步骤3所得的乳液体系温度下向乳液中加入沉淀剂、pH值调节剂，将体系的pH值调节到6～9之间，继续搅拌直至白色沉淀全部析出，然后陈化放置。

步骤5、将步骤4获得的白色沉淀物过滤、洗涤、干燥后即得硅溶胶定形的石蜡复合相变储能材料。

需要说明的是：

为提高步骤2获得的乳液体系的稳定性，步骤2中可添加稳定剂，通过调节获得乳液体系的黏度来提高乳液体系的稳定性。所添加的稳定剂可以是：聚乙烯醇、淀粉、明胶、琼脂或蜂胶等。