[发明专利]相变保温材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种相变保温材料及其制备方法和应用，所述相变保温材料包括气凝胶基体和填充于所述气凝胶基体的有机相变材料，所述气凝胶基体的生产原料包含海藻酸盐和蒙脱土。本发明提供的相变保温材料，兼具良好的保温性、力学性能和热稳定性，并且具有可降解、绿色环保、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及高分子及其复合材料领域，具体涉及一种相变保温材料及其制备方法和应用。

背景技术

相变保温材料能够利用相变组分的相转变(固-液、液-气等)过程，吸收或释放热量，实现良好的隔热保温功能，成为当今保温材料被研究和应用的发展趋势。

有机相变材料(如石蜡、硬脂酸、多元醇等)具有较高的相变焓，化学性质稳定，无毒且没有腐蚀性和小的过冷度，由于在储存和释放潜热时存在相态变化，通常需要特殊的封装容器来存放这些相变材料，或与其他支撑性材料制备成复合相变材料，以维持其相变过程的形态稳定。近几年来，微胶囊封装相变材料和定形相变材料成为研究的热点，然而微胶囊封装制备复合相变材料技术复杂，成本较高，不利于相变复合材料的实际应用；定形相变材料一般是用多孔支撑材料来吸附相变材料以保持相变材料形态稳定，常见的多孔支撑材料有膨润土、硅藻土、高聚物、气凝胶、泡沫金属等，其中，气凝胶具有较高的孔隙率和较为稳定的孔洞结构，适合用于附着有机相变材料。

例如，中国专利CN105199472B公开了一种气凝胶基保温相变涂料的制备方法，以硅烷、有机醛类、无水乙醇和盐酸为原料于一定的条件下制得改性纳米孔二氧化硅气凝胶，对该气凝胶在40～200℃条件下抽真空2～10h，将得到的基体材料分散于相变芯材均相溶液中，于10-120℃下搅拌2～24h，然后在40～80℃下干燥24～72h，得到改性二氧化硅气凝胶基复合相变材料，该复合相变材料是作为建筑用保温材料，该方案中使用的有机醛类、盐酸等毒性较大，易造成环境污染，制备工艺也较为复杂，生产和使用成本较高。

虽然气凝胶基相变保温材料已有一些相关报道，然而，现阶段所采用的气凝胶基本局限于二氧化硅气凝胶，且大部分气凝胶基相变保温材料存在着制备工艺复杂、成本高、不够环保等缺陷。

此外，不同应用场所对于相变保温材料的性能要求可能会有所不同，尤其对于一些对保温材料的保温性、力学强度、稳定性等综合性能要求较高、环保需求较高的场所，更亟待开发新的相变保温材料。比如，海洋复合软管(海上漂浮软管)是海上油田进行输送作业的重要设备，主要应用于浮式生产储油卸油装置(FPSO)、穿梭油轮之间的原油输送。近年来，随着海上油田开采技术的快速发展，原油输送频率逐年增加，海洋复合软管的需求量也大幅增加。由于海洋复合软管自身质量轻、浮力大，在海面上长期受到海流和海浪的作用，软管整体随之进行相应幅度和频率的震动，同时软管内部产生相应的张力，导致海洋复合软管容易出现不可预料的事故。海洋复合软管为特种橡胶复合输油管，其主体由内衬、帘线层、缠绕钢筋、保温层、漂浮层及外层复合而成，其中，保温层材料一般要求结构稳定、低导热、耐高温，漂浮层材料要求密度小、具有一定的抗形变能力等。目前，海洋复合软管的保温层和漂浮层主要是聚氨酯泡沫塑料，其保温性较为有限，并且聚氨酯材料不易降解，随着目前海洋复合软管的使用量和更换频率越来越高，非常容易造成大量的不可降解的白色垃圾污染。因此，对于适用于海洋复合软管的保护层材料，特别是保温材料有待进一步改进和探索。

鉴于上述，在保温材料领域，对于新型相变保温材料的开发具有重大意义，这也是本领域技术人员所面临的重要课题之一。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种相变保温材料，该材料以海藻酸盐/蒙脱土基气凝胶为基体复合有机相变材料，兼具良好的保温性、力学性能以及热稳定性，并且具有绿色环保、成本低等优点。

本发明还提供一种相变保温材料的制备方法，能够制备得到具有上述优异性能的相变保温材料，并且制备工艺简单，条件温和，原料廉价易得，成本低，绿色环保。