[发明专利]一种本体阻燃型天然相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种本体阻燃型天然相变材料的制备方法，以三氯氧磷或苯磷酰二氯作为磷改性剂，制备一系列具有本体阻燃性能的相变材料；通过热失重测试发现，含磷基团改变了相变材料的热失重行为，由改性前的完全气化变为热分解，残炭由0%增加到6～16%，保持了较高的相变潜热，热释放速率降低了12～56%，与常用的阻燃剂有较好的协同作用。

技术领域

本发明涉及一种本体阻燃型相变材料及其制备方法，属于节能环保领域。

背景技术

世界各国对节能和环保的日益重视推动了潜热储能材料市场的快速发展；据Research and Markets的市场调查报告显示，2013年潜热储能材料的市场容量为29亿元，根据前期市场信息预计潜热储能材料的市场将以年20.1%的增长率于2018年达72.5亿元，欧洲和北美是最主要的潜热储能材料生产和消费市场。从成分构成看，有机潜热储能材料占据了最大的市场份额，而在有机潜热储能材料中，主要来源于石油工业副产物的产品在目前又占据了绝大部分，基于天然油脂的潜热储能材料（比如脂肪醇、脂肪酸等）凭借其独有的可生物降解、无毒、相对低燃烧性等突出优势，将会取得迅速发展。

和其它有机相变材料一样，应用天然相变材料，尤其是在建筑节能和调温中应用，阻燃性显得尤其重要。目前对相变材料的阻燃改性主要是在物理添加阻燃剂。但是，目前常用的有机相变材料都属于小分子，比如二十烷、硬脂酸、十六醇，分子量较小，在达到其分解温度前都会先气化。从热失重曲线来看，有机相变材料在150～200度就开始失重，在200～250度完全气化，均低于溴系、磷系等常规阻燃剂的分解温度。

发明内容

基于上述的问题，本发明的目的在于改变天然相变材料热失重行为，增加其热稳定性，促进分解成炭，提高其与阻燃剂相互作用，提升其阻燃性能，较少阻燃剂的用量。

为了达到以上目的，本发明以十六醇、十八醇等高级脂肪醇作为相变材料，以三氯氧磷或苯膦酰二氯作为磷改性剂，制备一系列具有本体阻燃性能的相变材料；通过热失重测试发现，含磷基团改变了相变材料的热失重行为，由改性前的完全气化变为热分解，残炭由0%增加到6～16%，热释放速率降低了12～57%，并保持了较好的储能密度。

本发明新型本体阻燃型天然相变材料的制备方法包括以下步骤：

（1）在-5～20℃条件下，将磷改性剂溶解在溶剂中；

（2）在氮气条件下，在步骤（1）溶液中加入天然相变材料，其中天然相变材料与磷改性剂的摩尔比为1：1～3：1；待天然相变材料完全溶解后，采用阶段升温的方式进行反应，反应完成后，降低温度至室温，加入甲醇或乙醇并与未反应完的磷改性剂反应，最后60℃下干燥即制得本体阻燃型天然相变材料。

所述磷改性剂为三氯氧磷或苯膦酰二氯。

所述天然相变材料为癸醇、十四醇、十六醇或十八醇。

所述步骤（1）中的溶剂为甲苯、乙腈、二氯甲烷或三氯甲烷。

所述阶段升温的方式是在25～29℃下反应3～4.5h，然后在30～39℃下反应2～3h，最后在40～45℃下反应1～1.5h。

本发明另一目的是提供上述方法制得的本体阻燃型天然相变材料。

本发明制备的新型本体阻燃型天然相变材料，大大加强了相变材料与阻燃剂的相互作用，提升了整体的阻燃性，克服了传统阻燃技术的缺陷。

附图说明

图1为实施例1和2的热失重曲线；

图2为实施例1的DSC曲线；

图3为实施例2的DSC曲线；

图4为实施例3的热失重曲线；

图5为实施例3的DSC曲线；