[发明专利]一种高相变焓的相变复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高相变焓的相变复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）纳米花状介孔有机硅的合成；（2）以纳米花状介孔有机硅为载体制备定形相变复合材料。本发明以纳米花状介孔有机硅为载体固定PEG制备定形相变复合材料，改善了PEG分子的结晶行为，提高定形相变复合材料的相变焓；经GO修饰后的PEG，形成交联网络，提高了相变复合材料的稳定性；GO填充于PEG的网络内部，形成填充结构，从而有效改善相变复合材料的热流变行为及结晶行为。

技术领域

本发明涉及储能材料合成领域，尤其是涉及一种高相变焓的相变复合材料的制备方法。

背景技术

相变复合材料（PCMs）因具有储能密度大、输出温度与热量稳定及相变温度范围广等优点，是目前最具发展潜力的储能载体之一，被广泛应用于建筑节能、太阳能光热系统、工业余热利用、电子器件散热、空调系统和相变控温日用品等领域。根据PCMs的化学组成，分为有机和无机两类。其中，有机相变复合材料因具有价格低廉、化学稳定性和热稳定性好、无过冷和相分离现象、腐蚀性和毒性较小等优点，成为当前研究和使用中最受关注的相变复合材料。聚乙二醇（PEG）因具有相变焓高、相变温度可调、无毒害、耐腐蚀和可生物降解等优点，使其更适合用于建筑储能材料，是当前最具应用前景的有机相变复合材料之一。但PEG作为芯材仍存在导热性能差和易泄漏等问题，以无机多孔材料为载体合成定形相变复合材料，是解决上述问题的有效途径。

在众多无机材料中，介孔氧化硅因具有较大的比表面积和孔容积、较强的吸附性、良好的热稳定性和机械强度，被认为是最有前途的有机相变复合材料载体之一。例如一种在中国专利上公开的一种有机硅纳米复合材料及其制备方法，其公开号为CN103289098A，由以下质量百分比的组分制成：氨基硅烷5~25，表面活性剂3~20，丁二酸酐15~30，聚乙二醇30~55。但介孔氧化硅表面的硅羟基与PEG分子中的氧原子作用形成的氢键（H-O）阻碍了PEG分子的热运动，导致其相变过程中结晶率降低，相变焓减小。

在诸多纳米材料中，氧化石墨烯（GO）是一种具有多种优异性能的二维纳米材料，其比表面积大、力学强度高，其边缘具有羧基，表面具有羟基、环氧基等亲水基团，可与多种聚合物链段形成较强的相互作用。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术介孔氧化硅表面的硅羟基与PEG分子中的氧原子作用形成的氢键（H-O）阻碍了PEG分子的热运动，导致其相变过程中结晶率降低，相变焓减小的问题，提供一种高相变焓的相变复合材料的制备方法，采用纳米花状介孔有机硅为载体固定PEG制备定形相变复合材料，有利于改善PEG分子的结晶行为，提高定形相变复合材料的相变焓。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高相变焓的相变复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）纳米花状介孔有机硅的合成：将0.5-2g十六烷基三甲基溴化铵、0.5-2g正丁醇和3-6g环己烷加入80-150g浓度为0.3-0.6M的尿素水溶液中并搅拌均匀后，将0.5-1.6g正硅酸乙酯和0.1-0.6g 1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷混合液逐滴加入，再于60-80℃下持续搅拌反应12-48h，洗涤，得到未去除模板剂的纳米花状有机硅，将未去除模板剂的纳米花状有机硅用丙酮溶剂去除模板剂，然后用乙醇清洗并干燥，得到纳米花状介孔有机硅；

（2）以纳米花状介孔有机硅为载体制备定形相变复合材料：将纳米花状介孔有机硅加入PEG乙醇溶液中，在60-70℃下反应1-20h,再干燥15-30h，得到以纳米花状介孔有机硅为载体的定形相变复合材料，即所述相变复合材料。本发明技术方案通过合成纳米花状介孔有机硅，并以其为载体固定PEG制备定形相变复合材料，纳米花状介孔有机硅具有辐射状介孔孔道，有利于PEG分子进入其孔道内部，提高负载量；此外，纳米花状有机硅表面分布有C-Si键和C-C键，能够改善有机硅表面与PEG分子的相互作用，进而改善PEG分子的结晶行为，提高定形相变复合材料的相变焓。