[发明专利]一种纤维素基柔性储热复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纤维素基的柔性储热复合材料及其制备方法，属于包括以下步骤：将油相和水相混合均匀，得到水包油型高内相乳液，其中，所述油相为有机相变材料；所述水相包括水溶性乳化剂、纤维素悬浮液和水，向上述高内相乳液中加入交联剂和催化剂，通过加热可使纤维素乳液实现界面聚合，在界面处形成交联聚合物，再经加热干燥和冷冻干燥后获得储热复合材料。这种储热复合材料的外形可通过聚合时盛放高内相乳液模具实现控制，其内部具有纳米纤维结构，加热干燥后的材料储热密度达200J/g，而冷冻干燥后的材料储热密度可高达250J/g，在室温和40℃以上时具有柔性，可卷曲折叠，导热性能良好。

技术领域

本发明属于储热复合材料制备技术领域，尤其是指一种纤维素基柔性储热复合材料及其制备方法。

背景技术

随着日益增长的能源消耗，需要开发更有效的方法来存储能量。相变材料是一种在结晶和熔化过程中表现出大量潜热的物质，由于其温度变化小且具有优良的能量存储和释放性能而受到人们的关注。PCMs可以提高热能的利用效率，已被应用于节能建筑、太阳能储能、热调节纺织品和电子冷却中。为了防止PCMs在实际应用中泄漏，通常对其进行封装和定形。根据大小，封装通常分为纳米(1μm)，微观(1-1000μm)，宏观(1 mm)。微米和纳米封装的相变材料具有良好的结构稳定性和较高的比表面积，因而具有相对较高的传热面积。然而，微纳米封装体系中PCM含量较低，限制了PCM的封装能力(潜热量)。乳液模板多孔聚合物，通常被称为polyHIPEs，由乳液中的连续相合成的聚合物。近年来，已研发出闭孔结构的polyHIPEs，这种结构有利于封装PCM。由于可以同时实现形状稳定和封装，最终得到的PCM封装的单体通常具有高封装能力和高表面体积比。如论文(Puupponen S,Mikkola V,Ala-Nissila T,A,Novel microstructured polyol–polystyrene composites forseasonal heat storage,Appl.Energy 172(2016)96-106；Gui H,Zhang T,Guo Q,Closed-cell,emulsion-templated hydrogels for latent heat storage applications,Polym.Chem.(2018)3970-3973；Zhang T,Xu Z,Chi H,Zhao Y,Closed-cell,phase changematerial-encapsulated monoliths from a reactive surfactant-stabilized highinternal phase emulsion for thermal energy storage,ACS Appl.Polym.Mater.2(2020)2578-2585)以往的研究表明，复合材料的封装效率高、可重复使用性好、稳定性好，有利于潜热的储存。然而，由于聚苯乙烯的脆性，这些PCMs封装的聚苯乙烯复合材料往往是脆性的，这种脆性可能会阻碍其应用且降解性差。

纤维素纳米纤维(CNF)是从木材或农业副产品中生成的材料，由于其资源丰富、可再生、可生物降解、高长宽比和高活性表面基团等优点，在制备多孔材料(通常是气凝胶)方面具有很广泛的应用。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中如何提高复合材料的柔性。

为解决上述技术问题，一种纤维素基柔性储热复合材料及其制备方法。本发明采用高内相乳液封装制备了纤维素基柔性相变储能的材料，利用该方法制备的相变储能材料具有柔性好、储热大、绿色可持续、操作方法简单等优点。

一种纤维素基柔性储热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将油相加入水相中混匀得到水包油型乳液；其中，所述油相为有机相变材料；所述水相为水溶性乳化剂、纤维素悬浮液和水的混合液；为了获得水包油型乳液，需将油相缓慢的加入水相中，并在乳化剂的作用下得到水包油型乳液。

若将水相加入油相中则无法得到水包油型乳液，且乳液极不稳定，易出现破乳、分层等现象。