[发明专利]一种聚乙二醇/聚乙烯亚胺复合固-固相变材料及其制备

说明书

本发明公开了一种聚乙二醇/聚乙烯亚胺复合固‑固相变材料，由聚乙二醇、硅烷偶联剂、聚乙烯亚胺，通过化学接枝反应制得；相变过程为固‑固相变，相变温度为31‑58℃，相变焓值为103‑151 J/g；在80‑120℃条件下，保温1‑2小时仍然保持稳定的固态，且没有小分子泄露。其制备过程如下：1）KH560‑PEG预聚物的制备；2）复合固‑固相变材料的制备，其中，制备过程中使用的溶剂均为水，且均在空气条件下进行。本发明具有以下优点：1、提供的新型固化剂成功解决相变过程中的液体泄漏问题，同时保持高相变焓值；2、提供的新型交联剂无需特殊气氛和有机溶剂，简化了实验条件，且无需催化剂，使得生产成本得到了降低。因此，本发明具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及相变储能材料技术领域，具体涉及一种聚乙二醇/聚乙烯亚胺复合固-固相变材料及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展和科技的不断进步，能源的需求量和消耗量都在逐年上升，因此，节能环保材料受到了广泛关注。相变材料指随着外界温度的变化，内部的物质状态同时发生改变，并会吸收或者释放大量潜热的物质，从而达到控制周围环境温度的目的。已用于太阳能利用、废热回收、智能空调建筑、农业温室大棚、电池热管理、服装保温、储能炊具和军事伪装等领域，近年应用范围不断扩大。根据相变材料在相变过程中的物态变化可分为固-固、固-液、固-气、液-气四种材料，固-固相变材料与固-气和固-液相变材料相比，相变过程中体积变化小、无液体产生，不需要用特别封装材料包装，所以在新能源开发和二次能源循环利用等方面具有显著的优势，成为相变材料的研究热点。

聚乙二醇是一种相变焓值高，过冷度低，相变温度适中，无毒的相变材料，但是由于聚乙二醇是典型的固-液相变材料，需要特殊的封装装置进行储存这个缺点限制了聚乙二醇的发展。为了有效解决上述问题，利用其物理缠结或化学交联作用，将相变材料与支撑材料（骨架）进行复合改性，可使相变材在相变前后维持原来的形状（固态），即形成所谓的定形相变材料。瞿兰兰公开了聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料的制备方法（瞿兰兰,孙希萍,王瑞芳. 聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料的制备方法，中国发明专利,CN110041891B,2020-10-30.），其是通过物理混合的方法将聚乙二醇和二氧化硅混合，物理混合的作用力不强，所以定型效果不稳定。

为了提高材料的稳定性，Shaokun Song等（Song S, Ai H, Zhu W, et al. Eco-friendly electrospun nanofibrous membranes with high thermal energy capacityand improved thermal transfer efficiency. Renewable Energy. 2020;148:504-11）利用静电纺丝的方法，提高复合材料结合稳定，得到了一种聚乙二醇/聚乙烯醇/银复合纤维。但是，该方法存在的技术问题是，由于非相变材料的添加比例较高，导致相变焓值大幅下降，仅有63~74 J/g。

另外，通过化学接枝的方法，也可以增强材料的稳定性。中国发明专利CN108251064B公开了一种改性凹凸棒石相变储能材料的制备方法，鄢冬茂等人通过化学接枝的方法将聚乙二醇与处理过的凹凸棒结合。该方法存在的技术问题是，反应过程需要氮气气氛，并且，该技术方案大量使用甲苯、丙酮等有机溶剂，存在环境污染问题。

同时，目前采用化学接枝法时，使用适当的固化剂，也可以有效改善复合材料的性能。现有技术Özgül Gök等利用化学接枝，发明了一种聚乙二醇/纤维素相变反应复合材料作为潜热蓄冷材料（Ö. Gök, C. Alkan, Y. Konuklu, Developing a poly(ethyleneglycol)/cellulose phase change reactive composite for cooling application,Solar Energy Materials and Solar Cells 191 (2019) 345-349.），其使用纤维素作为固化剂，该方法存在的技术问题是，纤维素与聚乙二醇的作用大，使得合成的复合相变材料的焓值只有78-92 J/g，所以在应用中受到了限制。