[发明专利]一种石蜡‑疏水性聚倍半硅氧烷气凝胶复合定形相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉定形相变材料制备技术领域，具体涉及一种石蜡-疏水性聚倍半硅氧烷气凝胶复合定形相变材料及其制备方法。

背景技术

相变材料具有在特定温度或温度范围内相变温度发生物质相态变化，并伴随着相变过程吸收或释放出大量的相变潜热，可用来储热或蓄冷，在建筑节能、太阳能利用、电力调峰等方面具有广阔的应用前景。石蜡作为相变材料具有较高的相变潜热，无过冷现象，在使用过程中无需加入成核剂，化学性能稳定，价格便宜且易得。但是石蜡熔化后容易泄露，限制了石蜡的进一步使用。

目前，为了解决石蜡作为相变材料在使用过程中易发生渗漏的缺点，主要通过制备定形相变材料来提高石蜡的抗渗漏能力。利用高分子熔融混炼封装相变材料具有较好的封装效果，如Inaba（Heat and Transfer，1997，32,307）等研究了高密度聚乙烯封装熔点为54℃的石蜡，其中石蜡的含量为74%。中国专利CN104893672A公开了一种高密度聚乙烯/石蜡复合相变材料及制备方法，石蜡的含量为高密度聚乙烯载体的20~60wt%。但是高分子载体存在体积变化大，不耐高温和易燃的缺点。通过多孔基材制备相变复合材料是另一种防泄露的有效手段，中国专利CN103131395A公开了一种石蜡-石墨泡沫复合定形相变材料，复合材料中石蜡的含量为60~72wt%。中国专利CN105505327A公开了一种碳纳米管封装石蜡相变材料，复合相变材料中石蜡的含量优选为64~77wt%。但是石墨泡沫、碳纳米管制备需要高温，工艺复杂，能耗高，且相变材料的负载量较低（<80wt%）。

气凝胶是一种具有三维纳米多孔结构的新材料，具有低密度(0.003~0.8g·cm^-3)，高孔隙率(80~99.8%)等优异性质，在航空航天、化工、节能建筑、军事、通讯、电子、冶金等领域有着十分广阔的应用前景。由于气凝胶具有独特的结构特点，可以很容易的实现相变芯材的负载。但是传统气凝胶的制备需要超临界干燥，成本高昂，工艺复杂，限制了其实际应用。中国专利CN105195068A公开了一种改性二氧化硅气凝胶基复合相变材料的制备方法，通过表面改性在常压干燥下制备出二氧化硅气凝胶载体，然后将气凝胶载体分散在相变芯材的溶液中，最后干燥得到复合相变材料。但是该制备方法采用致癌的有机醛类为表面改性剂，并需要有机溶剂进行多次的溶剂交换，过程繁琐。

因此，仍然需要一种工艺简单、效率高的生产方法制备高负载量的复合定形相变材料，推动复合定形相变材料的实际应用。

发明内容

本发明提供一种石蜡-疏水性聚倍半硅氧烷气凝胶复合定形相变材料及其制备方法，本发明有效解决了现有高分子载体存在体积变化大，不耐高温和易燃的问题，采用石墨泡沫、碳纳米管制备时需要高温，工艺复杂，能耗高，且相变材料的负载量较低等问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种石蜡-疏水性聚倍半硅氧烷气凝胶复合定形相变材料，其特征在于：所述复合定形相变材料包括石蜡、疏水聚倍半硅氧烷气凝胶，石蜡作为相变芯材，疏水聚倍半硅氧烷气凝胶作为支撑载体；其中石蜡含量为80%~96wt%，疏水聚倍半硅氧烷气凝胶含量为4%~20wt%，复合相变材料的焓值160~190J·g^-1。

本发明进一步解决的技术改进方案是：

所述疏水聚倍半硅氧烷气凝胶的接触角为90~180°，密度为0.07~0.26g·cm^-3，孔隙率为85%~96%，孔径分布为20~1200 nm。

本发明通过以下技术方案实现：

一种石蜡-疏水性聚倍半硅氧烷气凝胶复合定形相变材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤；

1）将石蜡加热熔化，使其温度达到100~180℃；

2）将疏水聚倍半硅氧烷气凝胶浸入步骤1）制得的熔化的石蜡液体中，使石蜡充满疏水聚倍半硅氧烷气凝胶的孔隙，冷却后得到石蜡-疏水聚倍半硅氧烷气凝胶复合定形相变材料。

本发明进一步解决的技术改进方案是：

所述疏水聚倍半硅氧烷气凝胶的制备方法包括如下步骤：

1）将含烷基基团的三烷氧基硅烷与蒸馏水混合搅拌得到透明溶液，其中含烷基基团的三烷氧基硅烷的含量为16wt%～32wt%；

2）将步骤1）制得的透明溶液加入浓氨水调节溶液的pH值为9.5～11.5使溶液凝胶化得到凝胶；

3）将步骤2）制得的凝胶浸泡于蒸馏水在40～70℃范围内老化10～20 h，