[发明专利]利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料

说明书

本发明公开了一种利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料，采用了化学改性的方法对二氧化硅表面进行修饰，接枝上小分子的聚乙二醇，使二氧化硅表面活性得到一定程度的降低，减弱了二氧化硅对聚乙二醇的限制作用，在一定程度保持大的相变焓的同时，很大程度的提高了材料的热传导系数。该发明以二氧化硅为骨架支撑材料，聚乙二醇为相变材料，将两种材料混合形成的复合相转变材料的热焓保持在100J/g以上，热传导系数比纯聚乙二醇提高达43.3％。该种材料节约成本，无毒无害，并且能有效的提高固液相转变材料热传导系数，具有非常良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及化学改性和相变储能材料领域，特别是利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料。

背景技术

相转变材料是一种在很小范围内可以存储和释放大量热能的功能材料相转变材料在很多方面都有很广阔的应用，例如，太阳能存储、智能保温的纺织品、电子器件的热防护、余热回收等。然而传统的相转变材料缺点非常明显，热传导系数低很大程度上见笑了热能的利用效率，此外，固-液相转变材料在存储热能时，容易发生泄露。

聚乙二醇拥有相当大的热焓，一致熔融的表现，并且有适当地熔点和很好的耐摩擦性，所以聚乙二醇作为一种固-液相转变材料具有非常广阔的前景。纳米二氧化硅是一种价格低廉、无毒、能增强其他材料的抗老化、化学性能，用途非常广泛，但是直接将二氧化硅加入到聚乙二醇中，虽然会增加其热传导系数，但相对的会大限度的限制其链段的自由活动，导致热焓减小很多。本发明首先对二氧化硅进行了改性，使得在保持高的热传导系数的同时，也保持了应有的高热焓，并且能够很好地防止固-液相变过程中的泄露。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用改性后二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法和相变材料。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种利用改性后的二氧化硅提高聚乙二醇相变材料性能的方法，具体方法如下：

二氧化硅表面的接枝改性：首先将纳米二氧化硅表面进行预处理活化，使得其表面活性羟基得以减少，做法是将纳米二氧化硅分散到一定体积的苯溶液中，在氮气保护下，加入一定量的氯化亚砜，在50～70摄氏度下反应4～5个小时，离心，将离心后产物在60～80摄氏度真空烘箱干燥20～24小时以上；然后，将处理后的二氧化硅通过溶液法与低分子量聚乙二醇(LMPEG)反应，并将LMPEG接枝到二氧化硅的表面，以此得到SiO₂-LMPEG；

改性后的二氧化硅和PEG6000复合相变材料的制备：将SiO₂-LMPEG和PEG6000分别溶解于去离子水中，在磁力搅拌下5～12小时，将制备的溶液混合，在磁力搅拌下5～12小时，然后将溶液在烘箱80～100摄氏度烘干10～12小时，最后将所得固体放到真空烘箱中60～80摄氏度20～24小时，便可得最终的复合相转变材料。

所述的方法，使用的纳米二氧化硅为市售的二氧化硅，粒径为20-200纳米，苯、聚乙二醇、氯化亚砜均为分析纯产品。

所述的方法，SiO₂-LMPEG与PEG6000的质量配比为5:95或10：90或15:85或20:80或25:75或30:70或40:60。

所述的方法，低分子量的聚乙二醇(LMPEG)的分子量为PEG200或PEG300或PEG400。

所述的方法，所述的溶液法制备SiO₂-LMPEG的方法如下：在氮气保护下将活化后的二氧化硅加入甲苯中溶解，接下来加入低分子量聚乙二醇(LMPEG)，磁力搅拌，65摄氏度下反应5个小时，最后，将反应后的溶液离心、洗涤，放入60摄氏度的真空烘箱干燥，即得改性后的二氧化硅粒子SiO₂-LMPEG。

所述的方法，磁力搅拌磁子转速为400r/min。