[发明专利]介孔材料基复合相变蓄热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合相变蓄热材料，尤其是一种有机相变物质和载体基质复合的定形相变蓄热材料。

背景技术

能源危机和环境污染引发了人们对相变储能材料研究的高度关注，相变材料(Phase change material，PCM)具有独特的潜热性能，在相变化过程中，可以从环境吸收热量或向环境放出热量，从而达到热量存储和释放的目的。因此，广泛应用于热能储存领域(例如电力调峰，太阳能和热能的储存，空调储冷，工业余热利用)，温度调控领域(例如航天仪器，恒温纺织品，调温建筑控温，农业温室方面)，以及其它应用领域(例如用作军事工业中的伪装材料，多次记录和删除的光记录材料，以及家用电器、大功率电子元件的调控材料)。

相变材料种类繁多，根据相变材料的性质，一般分为无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。无机PCM主要有结晶水合盐、熔融盐、金属或合金等；有机PCM主要包括石蜡、脂酸类、聚乙二醇等有机物。无机PCM具有导热率高、熔解热较大等特点，但在使用过程中有腐蚀性，易发生“过冷”和“相分离”现象。与无机类相比，有机类PCM无“过冷”和“相分离”问题，且腐蚀性小，性能稳定，但固液相变时易泄漏。复合PCM多为有机和无机的混合物，具有克服单一无机或有机PCM存在的缺点，扩展应用范围。复合PCM中重要的一种为定形相变材料，是由工作物质和载体基质组成的复合材料，工作物质发生相变时其外形保持固体形状不变，此特性使其具有广阔的应用前景，在能源利用和材料科学领域成为人们研究的热点。

现有技术中制备复合相变材料所采用的载体基质有：含大量微孔的石膏、水泥、混凝土和网状孔形结构的石墨等，但是都存在着相变材料含量低(低于50wt％)、整体相变潜热不高、潜热利用效率低等缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种新型的复合相变材料，其相对于现有技术中复合相变材料具有相变材料的含量高、整体相变潜热高以及潜热利用效率高的优点。

本发明的另一目的是提供该新型复合相变材料的一种制备方法。

为实现上述目的，本发明的复合相变材料由有机相变物质和载体基质复合而成，其特征在于所述载体基质为介孔材料。

根据国际标准协会定义，材料孔径在2-50nm之间的材料称为介孔材料，小于2nm的材料称为微孔材料。本发明中所述的介孔材料指的即是孔径在2-50nm之间的材料，优选孔径在2-10nm的介孔材料。

作为本发明复合相变材料中载体基质的介孔材料可以是无机物也可以是有机物，有机相变物质和载体基质之间互不相溶和不发生反应。所述载体基质优选为无机介孔材料，例如：SBA-15介孔硅分子筛、MCM-41介孔硅分子筛、CMK-3介孔碳、活性碳等。

作为本发明复合相变材料中的有机相变物质是固-液相变材料，这类材料主要有石蜡类、脂肪酸类、酯类、醇类和高分子聚合物类等。

石蜡主要由直链烷烃混合而成，一般说来，其熔点和熔解热随碳链的增长而增大，这样可以得到一系列相变温度的贮热材料，但随着碳链的增长，熔点的增加值逐渐减小，最终将趋于一定值。石蜡作为相变贮能材料具有很多优点，如熔解热高、发生相变时蒸汽压低、结晶时自成核无析出、无过冷现象、化学性质稳定、无毒无刺激性气味、价格低等，但也存在导热性能较差等问题。

脂肪酸类材料常用的有癸酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸等。作为贮能相变材料，脂肪酸类表现出良好的循环熔融/结晶稳定的热性能，无过冷和析出现象、熔点适中等，但价格较高。

高分子聚合物类的相变贮能材料，如高密度聚乙烯、聚乙二醇等，它们既具有小分子有机相变材料的优点，又具有高分子材料特性，是近年来研究得较多的一类相变贮能材料。本发明优选分子量为1500-10000的聚乙二醇作为复合相变材料中的有机相变物质。

优选的，所述的有机相变材料在复合相变材料中的含量为30～90wt％，更优选的，所述的有机相变材料在复合材料中的含量为50～70wt％。

本发明中所述的复合相变材料可以采用载体基质与有机相变材料共混、浸渍、吸附制备而成。

更具体的，本发明中所述的复合相变材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将有机相变材料溶于有机溶剂中；

(2)在步骤(1)获得的溶液中加入介孔材料并搅拌分散；

(3)将步骤(2)获得的吸附有有机相变材料的介孔材料干燥，除去有机溶剂。

优选的，所述步骤(2)中的搅拌时间为0.5～5.0小时，使有机相变材料与介孔材料的孔隙表面充分接触并吸附其上。