[发明专利]一种GN@纤维素基固-固相变材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种GN@纤维素基固‑固相变材料及其制备方法和应用。方法包括：(1)纤维素溶解；(2)均相接枝改性：将卤代酰卤单体与纤维素反应，得到纤维素酯；(3)ATRP法反应：将步骤2)得到的纤维素酯、GN和溶剂B分散均匀后，加入配体、催化剂和烷基丙烯酸酯反应得到反应混合物；(4)纯化：将步骤3)得到的反应混合物纯化后得到GN@纤维素‑g‑聚烷基丙烯酸酯共聚物。共聚物熔融挤出纺丝，得到固‑固相变纤维。共聚物静电纺丝，得到薄膜。本方法以纤维素纤维为基体，通过酰化反应接枝卤素官能团，再通过ATRP在纤维素骨架上接枝烷基丙烯酸酯，以石墨烯为增强材料，无需后期加工，制备柔性、高导热性、高热焓值的纤维，利于二次加工。

技术领域

本发明属于相变材料技术领域，具体是一种GN@纤维素基固-固相变材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着资源的消耗带来的环境问题，如何利用好可再生可降解资源和能源是解决环境和能源问题的最有效方法之一。而相变储能材料(PCM)正是一种能够实现将热能有效回收利用的功能性材料。

相变储能材料是在某一特定的温度下，能够从一种状态转变到另一种状态的物质，物质的分子迅速由有序向无序的转变(反之亦然)，同时伴随着吸热和放热的现象。目前，液-固相变材料是最常用的，但相变过程中有液相产生，必须进行容器密封或封装，因而限制了液-固相变材料的应用。固-固相变材料是在一种高熔点的大分子骨架上利用化学键接枝另一种低熔点的高分子作为支链的共聚物，相变温度适宜，使用寿命长，便于加工，是目前相变材料开发研究的热点。

纤维素是一种无处不在的可再生、可降解的自然资源，被广泛用作骨架材料。然而，天然存在的纤维素很难溶于水或普通有机溶剂，在熔融前分解，造成加工性差。纤维素的溶解需要利用特定的溶剂破坏纤维素单元之间的氢键得到纤维溶液，过程复杂，溶解成本高，制备的纤维素后期还要面临加工等一系列问题。石墨烯(GN)作为一种二维平面结构具有优异的热传导性能，不仅可以提高相变材料的导热性能，而且可以促进相变材料的成核性从而提高其相变焓值。

而对于相变材料作为清洁的、可循环使的材料，用于纺织、建筑材料和太阳能蓄热等技术，还存在诸多缺陷和不足，例如纤维素聚相变材料的导热性低，石墨烯基相变材料柔韧性和制备后不宜二次加工成型等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种GN@纤维素基固-固相变材料及其制备方法和应用。

本发明解决所述相变材料技术问题的技术方案是，提供一种GN@纤维素基固-固相变材料，其特征在于该相变材料的中文名称是：GN@纤维素-g-聚烷基丙烯酸酯；@表示共混；-g-表示接枝；纤维素-g-聚烷基丙烯酸酯的结构式是：

其中，n＝12-22；m的数值为1,2,3…；R₁＝H or CH₃；

本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是，提供一种所述GN@纤维素基固-固相变材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)纤维素溶解：将纤维素溶解于溶剂A中，得到纤维素溶液；

(2)均相接枝改性：将卤代酰卤单体与纤维素反应，得到纤维素酯；

(3)ATRP法反应：将步骤2)得到的纤维素酯、GN和溶剂B加入到容器中超声分散均匀后，加入配体、催化剂和烷基丙烯酸酯在50～90℃的惰性气体环境下反应4～8h，得到反应混合物；

所述配体、催化剂、纤维素酯中卤素和烷基丙烯酸酯的摩尔比为1:1:1～5:20～1000；所述GN的质量占纤维素酯和烷基丙烯酸酯的总质量的0.1～20％；