[发明专利]一种脲类凝胶因子复合定形相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定形相变材料及其制备方法，具体涉及一种脲类凝胶因子复合定形相变材料及其制备方法。

背景技术

相变材料(PCMs)是利用材料在相变过程中伴随的大量吸热和放热效应进行能量储存和温度调控的物质的统称。相变材料在建筑节能、道路交通、现代农业温室、太阳能利用、食品的冷藏和运输、医疗保健、电子设备散热、运动员降温和保暖服饰、特殊控温服装、航天科技、军事红外伪装、电力移峰填谷、工业余热储存利用、热能回收等诸多领域具有广阔的应用前景。

按相变过程的形态分类，相变材料可分为固-液相变、固-固相变、固-气相变、液-气相变四种相变材料。目前发展较快、研究和应用较多的是固-液相变材料和固-固相变材料。固-液相变材料的主要优点是价廉易得，相变焓值较高。但其在相变中有液相产生，具有一定的流动性，因此必须有容器盛装且容器必须密封，以防止泄漏而腐蚀或污染环境，并且容器对相变材料而言必须是惰性的，这一缺点很大地束缚了固-液相变材料在实际中的应用。固-固相变材料与固-液相变材料相比有很多优点：一是无需容器盛装，使用方便；二是性能稳定，使用寿命长；三是膨胀系数较小，体积变化小。但固-固相变材料种类较少，相变焓较小，导热性能差，也束缚了其在实际中的应用。综合固-液相变材料和固-固相变材料的优缺点，出现了一大类形状稳定的固-液相变材料，其主要由两部分构成：一是工作物质，一般为有机固-液相变材料，利用其固-液相变来实现能量的储存和释放。另一是载体基质(或称支撑材料)，它的主要作用在于当工作物质发生相变后，在体系中起骨架支撑作用，抑制材料的流动和变形，使定形相变材料宏观上保持形状固定。目前，制备定形相变材料的方法主要有微胶囊法、无机材料吸附法和高分子材料固定法。

微胶囊法是将固-液相变材料通过成膜材料包覆成具有核-壳结构微粒的一种方法，所制得的微粒称为微胶囊，由囊壁和囊芯两部分构成，在相变过程中，囊芯发生固-液相变，而囊壁保持为固态。因此，该类相变材料在宏观上表现为固态微粒，无液体泄漏。微胶囊相变材料一般以石蜡、脂肪酸、聚乙二醇(PEG)等固-液相变材料作为囊芯，聚合物或者无机材料为囊壁。兰州理工大学郭军红等(CN102417812A)以三聚氰胺-甲醛预聚物包覆正十四醇制备相变微胶囊，其中正十四醇质量分数为60～70％，三聚氰胺-甲醛预聚物质量分数为30～40％。东华大学于伟东(CN1695788A)以乙烯基及双乙烯基类单体为外壳聚合物来源，以油溶性相变材料为核心，采用乳液聚合法制备相变储能微胶囊，其中相变材料质量百分数为10～30％。

无机材料吸附法是将固-液相变材料在高温或真空下吸入无机材料载体的层状结构或大比表面积微孔中。在相变材料发生固-液相变时，液体被固定在微孔或层间，液体不会流出，使得这种定形相变材料在宏观上表现为固体状态。选用的无机材料载体主要有膨胀石墨、蛭石、埃洛石、膨胀珍珠岩、硅藻土、蒙脱土、活性炭等。东南大学李敏(CN103059817A)将有机相变物质和固化剂在熔融状态下混合并生成预聚物，将预聚物浇注进入多孔石墨等大孔材料孔内，高于原料相变温度的条件下固化得到复合定形相变材料，其配方中有机相变物质的含量为50～85％，载体基质的含量相应为50～15％。中国科学院大连化学物理研究所孙立贤(CN102977858A)以脂肪酸混酸体系为相变材料，膨胀石墨为载体，当膨胀石墨占复合相变材料10％时，该复合相变储热材料的相变温度为19.6℃，相变潜热为145.5kJ/kg，导热系数为0.723W·m^-1·K^-1，用复合涂饰剂进一步定形后复合材料的相变温度为18.6℃，相变潜热为92.4kJ/kg。