本發(fā)明屬于新材料研發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種混合相變儲(chǔ)能材料及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

相變儲(chǔ)能是近代物理對(duì)能量?jī)?chǔ)存的理論認(rèn)識(shí)，已經(jīng)形成比較成熟的理論，但相變儲(chǔ)能材料的開發(fā)空間還很大。由于目前能源消耗的極速增長(zhǎng)，和能源高效利用的迫切需要，對(duì)相變儲(chǔ)能材料的研究就顯得很重要，因?yàn)樗枪?jié)省能源和利用能源的體現(xiàn)。儲(chǔ)能材料按儲(chǔ)能的方式大體分為：顯熱儲(chǔ)能、潛熱儲(chǔ)能和化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能三大類。相變儲(chǔ)能是一種潛熱儲(chǔ)能方式，它利用材料在相變過(guò)程中的熱效應(yīng)來(lái)儲(chǔ)存和釋放能量。潛熱儲(chǔ)能按照相變的方式一般分為四類：固-固相變、固-液相變、固-氣相變、液-氣相變。傳統(tǒng)的相變儲(chǔ)能材料主要包括無(wú)機(jī)類的結(jié)晶水和鹽和熔融鹽，以及有機(jī)類化合物、有機(jī)類聚合物，如脂肪烴、多元醇類、芳香烴類酰胺類、聚烯烴類、聚多元醇類、聚烯醇類、聚烯酸類等。

無(wú)機(jī)類如結(jié)晶水和鹽類通常是中、低溫相變儲(chǔ)能中比較多，有如下優(yōu)點(diǎn)：使用范圍廣、導(dǎo)熱系數(shù)大、熔解熱較大、儲(chǔ)能密度大。同時(shí)存在如下缺點(diǎn)：一是過(guò)冷現(xiàn)象，二是相分離。有機(jī)類相變儲(chǔ)能材料，優(yōu)點(diǎn)是在固體狀態(tài)時(shí)成型性較好，一般不容易出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象和相分離、材料的腐蝕性較小，性能比較穩(wěn)定、毒性小，成本低；同時(shí)該類材料有如下缺點(diǎn)：導(dǎo)熱系數(shù)小，儲(chǔ)能密度小，并且有機(jī)物一般熔點(diǎn)較低，不適于高溫場(chǎng)合中應(yīng)用，且易揮發(fā)、易燃燒甚至爆炸或被空氣中的氧氣緩慢氧化而老化。

us4708812，cn1844269a，cn1903971a介紹了相變微膠囊，以有機(jī)聚合物作為囊壁材料將相變材料包裹密封，相變焓較大，但是相變時(shí)體積變化較大，反復(fù)收縮和膨脹使材料使用壽命較短，而且芯殼之間為物理相互作用，仍會(huì)發(fā)生滲漏和相分離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的混合相變儲(chǔ)能材料及其制備與應(yīng)用，所述相變儲(chǔ)能材料通過(guò)可逆的固-液相轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放，相變溫度在40-60℃，相變焓可達(dá)240j/g，材料儲(chǔ)能密度高，熱穩(wěn)定性好，無(wú)液體滲漏和相分離，制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)毒無(wú)害，在相變儲(chǔ)能材料方面有很好的利用價(jià)值。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一方面提供一種混合相變儲(chǔ)能材料，其原料含有如下重量份數(shù)的組分：2，2-二甲基-丙醇55～58重量份；硼砂25～30重量份；交聯(lián)劑2～4重量份；增稠劑2～6重量份。

優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑選自甲苯二異氰酸酯、丙烯酸羥乙酯或甲基丙烯酸羥乙酯中的任一種或多種的組合。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述甲苯二異氰酸酯選自2，4-甲苯二異氰酸酯或2，6-甲苯二異氰酸酯。

優(yōu)選地，所述增稠劑選自聚乙烯醇或聚乙烯蠟中的任一種或多種的組合。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述聚乙烯醇的分子量范圍是16000～20000。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述聚乙烯蠟的分子量范圍是2000～3000。

本發(fā)明的第二方面，還進(jìn)一步提供了一種制備前述混合相變儲(chǔ)能材料的方法，包括以下步驟：

(1)將2，2-二甲基-丙醇與交聯(lián)劑混合，制備2，2-二甲基-丙醇預(yù)聚體；

(2)將步驟(1)所得2，2-二甲基-丙醇預(yù)聚體與硼砂混合，再加入增稠劑，固化即得混合相變儲(chǔ)能材料。

優(yōu)選地，步驟(1)中，混合時(shí)，是在在50℃～65℃下混合4h～6h。

優(yōu)選地，步驟(2)中，2，2-二甲基-丙醇預(yù)聚體和硼砂在95～105℃條件下混合。

優(yōu)選地，步驟(2)中，2，2-二甲基-丙醇預(yù)聚體和硼砂混合時(shí)，在高速攪拌器中混合，攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)定為1800rpm～2300rpm，持續(xù)3h～4h。

優(yōu)選地，步驟(2)中，固化時(shí)，可選用通氮?dú)獾姆椒ㄟM(jìn)行固化。

本發(fā)明的第三方面，還提供了前述混合相變儲(chǔ)能材料在能量?jī)?chǔ)存和溫度控制領(lǐng)域中的用途。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的相變儲(chǔ)能材料通過(guò)可逆的固-液相轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放，相相變溫度在40-60℃，相變焓可達(dá)240j/g，材料儲(chǔ)能密度高，熱穩(wěn)定性好，無(wú)液體滲漏和相分離，制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)毒無(wú)害，成本低廉。在相變儲(chǔ)能材料方面有很好的利用價(jià)值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加 以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的混合相變儲(chǔ)能材料，其原料含有如下重量份數(shù)的組分：2，2-二甲基-丙醇55重量份；硼砂25重量份；交聯(lián)劑：2，4-甲苯二異氰酸酯2重量份；增稠劑：聚乙烯醇(分子量16000)2重量份數(shù)。

制備方法：將2，2-二甲基-丙醇55重量份，與交聯(lián)劑：2，4-甲苯二異氰酸酯2重量份混合，在50℃下混合6h，制備2，2-二甲基-丙醇預(yù)聚體。然后將形成的2，2-二甲基-丙醇預(yù)聚體在95℃下與硼砂25重量份在高速攪拌器中攪拌混合均勻，攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)為2000rpm，持續(xù)3h后，再加入增稠劑：聚乙烯醇(分子量16000)2重量份在低溫下固化，可選擇制冷劑通氮?dú)獾姆椒ㄟM(jìn)行低溫固化。固化完成即得所要的相變儲(chǔ)能材料。

此外，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例中的聚乙烯醇的分子量還可以是20000。所述交聯(lián)劑還可以采用2，6-甲苯二異氰酸酯。均可達(dá)到相同的效果。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的混合相變儲(chǔ)能材料，其原料含有如下重量份數(shù)的組分：2，2-二甲基-丙醇56重量份；硼砂28重量份；交聯(lián)劑：丙烯酸羥乙酯3重量份；增稠劑：聚乙烯蠟(分子量2000)3重量份數(shù)。

制備方法：將2，2-二羧甲基-丙醇56重量份；與交聯(lián)劑：丙烯酸羥乙酯3重量份混合,在60℃下混合4h，制備2，2-二羧甲基-丙醇預(yù)聚體。然后將形成的2，2-二羧甲基-丙醇預(yù)聚體在105℃下與硼砂28重量份在高速攪拌器中攪拌混合均勻，攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)為1800rpm，持續(xù)4h后，再加入增稠劑：聚乙烯蠟(分子量2000)3重量份在低溫下固化，可選擇制冷劑通氮?dú)獾姆椒ㄟM(jìn)行低溫固化。固化完成即得所要的相變儲(chǔ)能材料。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的混合相變儲(chǔ)能材料，其原料含有如下重量份數(shù)的組分：2，2-二甲基-丙醇58重量份；硼砂30重量份；交聯(lián)劑：甲基丙烯酸羥乙酯4重量份；增稠劑：聚乙烯蠟(分子量3000)6重量份數(shù)。

制備方法：2，2-二羧甲基-丙醇58重量份；與交聯(lián)劑：甲基丙烯酸羥乙酯4重量份混合，在65℃下混合6h，制備2，2-二羧甲基－丙醇預(yù)聚體。然后將形成的2，2-二羧甲基-丙 醇預(yù)聚體在105℃下與硼砂30重量份在高速攪拌器中攪拌混合均勻，攪拌器轉(zhuǎn)速設(shè)為2300rpm，持續(xù)4h后，再加入增稠劑：聚乙烯蠟(分子量3000)6重量份在低溫下固化，可選擇制冷劑通氮?dú)獾姆椒ㄟM(jìn)行低溫固化。固化完成即得所要的相變儲(chǔ)能材料。

實(shí)施例4

將上述實(shí)施例1～3制備所得材料，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如下：

綜上所述，本發(fā)明中制得的一種相變儲(chǔ)能材料儲(chǔ)能密度高、熱穩(wěn)定好，所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。