[发明专利]一种无柔性间隔基侧链液晶聚合物复合定形相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合定形相变材料及其制备方法，具体涉及一种无柔性间隔基侧链液晶聚合物复合定形相变材料及其制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的物质基础，随着社会的发展，能源日益短缺，而能源的利用率却不高，如何解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾，提高能源利用效率具有重要的研究意义和应用价值。相变材料(PCM，Phase Change Materials)在相变过程中伴随的大量吸热和放热效应，使其具有热能贮存和温度调控功能，可被广泛应用于太阳能利用、余热废热回收、智能化自动空调建筑物、玻璃暖房、相变蓄能型空调、电器恒温、保温服装、储能炊具等民用和军用领域，而且应用范围正在不断扩大。

相变材料按相变时相态变化分为固液相变材料和固固相变材料，其中固液相变材料为较常见的相变材料，具有较高的相变焓值，种类丰富，价格低廉，但其缺点也很明显：达到相变温度以上后呈现液态，容易发生泄漏与腐蚀现象，需要容器存装，带来成本的提高。传统的固固相变材料多为多元醇和无机盐类，此类材料相变焓值较低，且易发生过冷和塑晶的现象。

目前的研究较多地关注制备一种复合的相变材料，即制备一种工作物质和载体基质复合的定型相变材料。其中工作物质多为固液相变材料，是提供相变潜热的主体材料；载体基质起包覆和结构骨架的作用，一方面将处于无定形的固-液相变组分束缚包裹住，防止流动，另一方面能保持材料的固定形状和可加工性。当复合相变材料处于相变温度时，其内部的相变组分发生固-液相变，吸附和释放热量，而载体组分仍维持固体形态，从而保证复合材料在宏观上仍为固体，表观形态不变。

清华大学的中国专利(CN 1369537A)公开了以石蜡和烯烃类聚合物为原料制备定型相变材料，工艺为：先将烯烃类聚合物在炼胶机中塑炼成片，加入熔融的石蜡，然后挤出、水冷、烘干定型，该方法适用于熔点在25-70℃的石蜡，所得到的定型相变材料的相变温度为25-70℃，按照这个方法操作，使用炼胶机对烯烃聚合物和相变材料进行塑炼，在实际操作中难度较大，而挤出后的水冷和烘干定型也不利于连续操作。北京化工大学的中国专利(CN 1754937A)通过聚烯烃与吸油材料的共同支撑，借助热挤冷压技术，适用于各熔点范围的相变材料，确保了相变材料与支撑材料之间良好的相容性。其选用的吸油材料为质轻多孔的无机材料。此方法虽然拓宽了相变材料的选择范围，但添加组分多，工艺复杂，加入无机吸油材料后，相变材料吸附在多孔结构内，使得复合材料不具有再加工性，不利于产品的回收利用。

中国专利(CN 103980862A)将44～54％的甲基丙烯酸甲酯、0.01～1％的聚合引发剂、45～55％的熔融脂肪酸熔融聚合制备了相变温度范围为20-35℃，相变潜热为90-140J/g的定形相变材料。该方法所得相变材料相变潜热较低。中南大学的中国专利(CN 101117572A)将占总质量60～80％的相变蓄热材料复合到占总质量20～40％的高分子凝胶载体中，所述的高分子凝胶载体选自丙烯酰胺类、丙烯酸类、丙烯酸酯类的均聚物或共聚物。该方法将单体、交联剂、引发剂等通过原位聚合的方式直接制备复合蓄热材料，工艺较为简单，但添加组分比例过高(大于20％)，降低了材料的储热能力，同时后续处理工艺涉及溶剂的挥发回收问题。

大连工业大学的中国专利(CN 101709104B)以脂肪酸(烃)、聚乙二醇等有机相变材料为工作物质，以纯N-羟甲基丙烯酰胺为网络剂单体，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以过硫酸铵为引发剂，以乙醇为溶剂，进行溶液聚合，生成三维网络凝胶作为定形载体，制备了基于键和、物理吸附和网络限域多重作用的定形相变复合材料，该方法可以制备相变材料含量为50～75％的定形相变复合材料，相变焓最大为110J/g。该方法制备凝胶的工序期长，形成的化学凝胶为不可逆凝胶，再加工后一旦被破坏，则不再具备定形作用，且定形载体比例过高(大于25％)，相变焓值损失较大。

中国科学院广州化学所的中国专利(CN 1247216A、CN 1247217A、CN 1616588A)采用紫外光引发自由基聚合的方法，将聚乙二醇接枝到纤维素纳米晶或其衍生物的骨架材料上，提高PEG晶体的完善性，进而提高其在熔融过程与结晶过程的相变焓，达到高效储能的目的，所制备的材料相变焓可达112J/g。但其所使用的溶剂体系和交联剂有毒、价格高且难以回收，除了增加生产成本外，其后处理也会对环境造成恶劣的影响。