[发明专利]一种纳米碳掺杂定型相变储能涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米碳掺杂定型相变储能涂层的制备方法，包括：聚乙二醇硅羟基化改性；亲水硅烷偶联分散剂的合成；纳米碳材料的分散与复合；相变储能涂料的制备等。该方法简便易行，可以通过喷涂、浸涂、刷涂等多种工艺施工，亦可通过浇筑方法得到相变储能型材。涂料反应活性高，施工后可迅速成膜，易于大规模制备。涂层传热速率快、稳定性好。在建筑物保温，织物储能、设备保温等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及相变储能涂料与储能涂层的制备，具体涉及纳米碳材料掺杂的定型相变储能材料，属于新材料技术领域。

背景技术

能量的存储与高效利用对于人类社会发展意义重大。热能是能量的一种重要直接形式，加强热能的管理与利用，不但能节约能源，而且还可以减少废热带来的环境问题。相变储能材料可以通过自身相变，将热能储存和释放出来，是一种重要的能量调节材料，可以解决热能需求与供应不平衡的矛盾。

基于化学组分可以将相变储能材料分为有机、无机两大类。一般来说，有机相变储能材料由于低腐蚀性、无过冷现象，相对于无机材料更具优势。常用的有机物包括石蜡、多元醇、聚乙二醇等。由于材料吸收热量会发生相态的转变，容易导致相变材料泄露流失，因此以石蜡等作为相变材料时需要进行封装，但泄露的风险仍无法避免。相比之下，聚乙二醇高分子由于分子链两端带有羟基，可以通过高反应活性试剂进行修饰，再通过加入另一组分进行交联，进而可以形成整体结构，实现材料在较高温下仍保持外形不变。

聚乙二醇作为相变材料已有相关研究，例如专利CN201110399977.1报道将聚乙二醇吸附到多孔材料的孔隙中，进而将表面交联封孔做成微胶囊，用于建筑内墙保温；专利CN201811577653.0报道将甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯聚合作为支撑骨架，得到定型性好的相变储能材料；文献Energy Storage Materials 2021，34，508-514报道用甲苯二异氰酸酯改性聚乙二醇，之后在80℃条件下用三聚氰胺进行交联得到定型相变储能材料。然而，总结发现将相变储能材料的前驱体以涂料形式应用目前还鲜有报道。最主要原因是，聚乙二醇改性后反应活性不够，除此之外还需要加入其它组分交联剂，施工比较困难。

将相变材料以涂料形式应用，一方面可以增加施工的灵活度，另一方面还可以拓宽材料的应用范围。例如，可以通过喷涂的方法将相变前驱体负载到织物表面，制备保温纤维、保温衣物；也可以通过浸涂的方法，在不规则表面构建保温储能涂层等。如果将具有高导热性能的纳米碳材料掺杂到复合材料中，还可以增加材料的热导率，使吸热和放热更为迅速。同时，纳米碳材料还可以起到一定的骨架支撑作用，使材料在高温下有更好的形貌保持特性。因此，制备纳米碳材料掺杂的具有高反应活性的相变储能涂料，进而得到高热导率、高焓值的相变储能涂层具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是通过硅烷偶联剂对聚乙二醇进行改性，得到具有多硅羟基高反应活性的相变储能涂料。在涂料中掺杂由硅烷偶联分散剂分散的纳米碳材料，一方面增加涂层的交联密度，另一方面增加涂层的热导率，得到高储能密度、高导热系数、高热稳定性的相变储能涂层。涂料施工工艺简单，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种纳米碳掺杂定型相变储能涂层，制备方法，包括如下步骤：

步骤一、用硅烷偶联剂对聚乙二醇进行改性，使其分子链两端带多个硅羟基；

步骤二、合成亲水硅烷偶联分散剂，并制备纳米碳材料分散液；

步骤三、将步骤一所得产物与步骤二所得分散液混合，得到复合涂料；

步骤四、将步骤三所得涂料施工，得到相变储能涂层。

上述的一种纳米碳掺杂定型相变储能涂层，步骤一具体为，在聚乙二醇和甲苯的混合液中，40℃条件下加入硅烷偶联剂和催化剂二月桂酸二丁基锡进行反应6h，反应结束后减压去除甲苯，在80℃条件下用HCl水解5h，冷却得到成膜原液。改性后的分子典型结构如下：