[发明专利]一种分段储热复合相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种分段储热复合相变材料及其制备方法；按质量百分比计，原料包含以下组分：水合盐相变材料15‑50％，成核剂0.5‑3％，乳化剂1‑2.5％，有机相变材料55‑80％。制备时，将有机相变材料加热熔化，保持温度高于该有机相变材料相变温度1‑10℃，加入乳化剂后，搅拌得到均匀混合物；加热水合盐相变材料至熔化，加入成核剂，控制水合盐相变材料的温度与混合物温度一致，搅拌使水合盐相变材料和成核剂混合均匀；搅拌下将两物质混合，得到油包水型的相变乳液，得固态的分段储热复合相变材料；本发明材料两次相变的相变潜热之和达到162.7‑204.7J/g，且克服了水合盐熔化后产生的自由水的挥发问题。

技术领域

本发明涉及相变储热材料领域，特别是涉及一种可分段储热的复合相变材料及其制备方法。

背景技术

相变材料是一类重要的能源材料，在建筑节能、工业废热回收利用、太阳能、机房降温、工业和家庭供暖方面应用广泛。相变材料在相变过程中吸收或释放大量的热量，具有储热密度高，狭窄的相变温度范围等优势，在能量储存领域扮演了重要角色。

相变材料主要分为有机相变材料和无机相变材料。在中低温度范围内应用的无机相变材料主要是水合盐材料。例如，三水醋酸钠、十水硫酸钠等、六水氯化镁、八水氢氧化钡等。水合盐作为相变材料具有储热密度大，导热系数高，价格低等优点，但水合盐通常面临相分离以及熔化后的泄漏问题。解决相分离和泄漏问题，通常是在水合盐中加入增粘剂或将水合盐与多孔吸附材料复合制备定型相变材料。例如中国发明专利2015100405233以石墨泡沫或膨胀石墨为吸附材料，采用真空吸附制备了水合盐复合固-固相变储能材料，制备的相变材料彻底解决了相分离问题，具有过冷度小，导热性能好等优点。尽管该方法可以解决水合盐作为相变材料的相分离和泄漏问题，但是由于水合盐在吸热发生相变后产生自由水，自由水易挥发，导致部分材料多次循环后无法重结晶，储热能力降低。

对于确定的相变材料，通常其相变发生在相对狭窄的温度范围内。尽管在相变时在恒定的温度吸收或释放大量的热量，但当温度低于或高于相变温度时，受外界热量的影响，材料的温度变化极快。也就是当未达到或超过相变材料的相变温度时，相变材料作为温度稳定介质的作用有限。若某种相变材料可以在两个温度发生相变，不仅可以克服相变材料温度在高于或低于其相变温度时温度变化过快的问题，而且可以拓宽单一相变材料的应用范围。

中国发明专利申请2015102066436公开了一种低发射率、多相变点的红外相变微胶囊及其制备方法，主要采用一定比例甲醛、尿素、三乙醇胺、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、片状铝粉或铜粉、氯化钠、正己烷、石蜡、水合盐、柠檬酸和去离子水为原料，制备了一种具有多相变点、低发射率的红外隐身相变胶囊。该发明制备的微胶囊以无机水合盐及石蜡为复合芯材，同时将低发射率的片状金属粉包裹于改性脲醛树脂微胶囊中，得到具有低发射率和多相变点的控温能力、潜热值大的红外隐身相变胶囊，是适合于军事建筑设施、车辆等武器装备的红外隐身涂层材料。但该发明的重点在于低发射率和多相变点，虽然多相变点是通过石蜡和水合无机盐两种物质的组合来实现的，但两种物质仅仅是混合在一起，充当了相变微胶囊的囊芯。除了囊芯之外，该发明制备的相变微胶囊采用改性脲醛树脂微囊壁，囊壁是没有相变储热能力的，仅起到保护和封闭囊芯的作用，因而材料的相变储热能力有待提高。