本发明专利技术公开了聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的制备方法，包括：室温下使得聚乙二醇在去离子水和有机溶剂的混合液中溶解，再向该混合溶液中加入钛源反应得到。本发明专利技术方法工艺简单，全程在室温下进行即可，本发明专利技术制得的聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料相变焓高，具有良好的封装效果和导热能力，产品运输简单，有效解决材料在使用过程中出现的液相泄漏的问题。
Preparation of polyethylene glycol / titanium dioxide composite phase change energy storage material
The invention discloses a preparation method of a polyethylene glycol/titanium dioxide composite phase change energy storage material, including: dissolving the polyethylene glycol in a mixture of deionized water and organic solvent at room temperature, and then adding a titanium source to the mixture solution. The polyethylene glycol/titanium dioxide composite phase change energy storage material prepared by the invention has high phase change enthalpy, good packaging effect and thermal conductivity, simple product transportation, and effectively solves the problem of liquid leakage in the use process of the material.
【技术实现步骤摘要】
聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的制备方法
本专利技术属于相变储能领域，具体涉及聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的制备方法。
技术介绍
从20世纪70年代起，能源问题和环境问题逐渐引起人们的广泛关注，因而人们开始研究如何节约能源和提高能源利用率。目前，相变储能材料的使用是提高能源利用率的有效途径。聚乙二醇(PEG)是一种很有前途的相变储能材料，它具有合适的相变温度和潜热、存储容量高的优点，而且无毒，有良好的生物相容性、生物降解性、亲水性、易于化学改性的特点。但聚乙二醇在相变过程中有液相产生，具有一定的流动性。因此目前一般制成聚乙二醇基定形相变材料，以聚乙二醇为储热材料，与封装材料(即载体基质)相结合，在相变前后维持原固体形状，不发生流动。随着研究的深入，人们发现定形相变材料除具有相变物质的储热功能外，其封装材料的特殊物理化学功效也值得深入开发，从而开发具有双功能的复合相变储能材料。二氧化钛具有无毒、化学稳定光电转换效率高、光催化活性强、杀菌性能好等很多特殊的物化功效，用途非常广泛，以二氧化钛作为载体基质制备的相变储能材料在能源和环境等方面具有巨大的潜在应用价值。长春工业大学康海杨的题为“聚乙二醇复合相变材料的制备与性能研究”的硕士学位论文(2012年)公开了一种PEG/TiO2复合相变材料的制备方法，具体过程为：称取3.0gPEG，溶于20ml的乙醇中；另称取8.5g的酞酸丁酯，溶于10ml乙醇中；将两种溶液合并，超声处理3min，使其均匀混合，高速搅拌中用2mol/L的盐酸调节pH至2.0，持续搅拌3h，滴加氨水，静置18h，溶胶变为淡黄色透明凝胶，真空干燥24h，得到淡黄色固体。制备得到的PEG/TiO2复合相变材料的相变焓分别为：47.92J/g、59.65J/g、70.07J/g、72.39J/g，与单独的相应分子量的PEG的相变焓相比，分别降低了69.97J/g、59.78J/g、56.89J/g、63.33J/g。可见，由该方法制备的PEG/TiO2复合相变材料导致热焓减小很多。究其原因，主要是钛源水解太快极难控制所造成的。正如我们所知，钛酸丁酯极易水解，甚至打开钛酸丁酯的瓶子，就能在瓶口观察到白烟，这是其与空气中水蒸气水解产生的。钛源水解太快会导致沉淀迅速形成，从而不能形成很好的溶胶，就无法得到密封性能良好和热焓合适的PEG/TiO2复合相变材料。这也正是PEG/TiO2复合相变材料的制备方法上尚未解决的难点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的制备方法，该制备方法通过对制备参数的控制，实现了钛源的可控水解和缩聚，从而获得具有较高相变焓的聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料，具有良好的封装效果和导热能力，有效解决材料在使用过程中出现的液相泄漏的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将去离子水、N,N-二甲基甲酰胺和异丙醇混合后，向其中加入数均相对分子量为6000的聚乙二醇，在350～1200r/min的转速下均匀搅拌0.5～10小时；(2)再向其中加入钛酸四丁酯，在350～1200r/min的转速下均匀搅拌0.5～10小时，得到透明溶液；(3)然后，将所述透明溶液进行离心分离，将离心所得上清液弃去，取离心所得沉淀进行洗涤，然后在40～80℃干燥，得到聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料；其中，去离子水、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇、聚乙二醇和钛酸四丁酯的质量比为(0.80～1.75)：(0.30～0.65)：(0.30～0.65)：(0.7～2.2)：1。在本专利技术的一些具体实例中，步骤(1)中，转速为750r/min。在本专利技术的一些具体实例中，步骤(2)中，转速为750r/min。在本专利技术的一些具体实例中，步骤(3)中，干燥时间为24～96小时。本专利技术中，整个制备过程(除干燥之外)均在室温条件下进行，室温通常是指10～40℃。本专利技术还提供了由上述方法制备得到的聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料。本专利技术中，将适当用量的数均相对分子量为6000的聚乙二醇加入到去离子水、N,N-二甲基甲酰胺和异丙醇溶剂中，具有长的zigzag链状结构的PEG变为环状网络结构的聚合物，溶液粘度增加，由于水和溶剂醇之间存在着分子间氢键作用，这样一来，水就处于溶剂分子的包围之中。当适当用量的钛酸四丁酯加入其中后，反应物分子需要冲破溶剂分子的包围相互碰撞，而异丙醇溶剂和PEG形成的空间位阻，大大延缓了钛酸四丁酯水解形成微核的进程，并减缓了反应物分子的扩散速度；再一方面，质子惰性溶剂N,N-二甲基甲酰胺的存在，对去离子水起到稳定的作用，从而减缓了去离子水的离解并与钛酸四丁酯反应。因此，钛酸四丁酯的快速水解得以有效避免，另一方面，由于发生水解的位点分散在环状网络结构中，从而使得其缩聚速率可控，进而在环状网络结构中形成三维网络结构的钛溶胶，二者在网络中分散均匀，干燥后，钛溶胶成为纳米二氧化钛。由于纳米二氧化钛空隙之间的毛细吸附作用，纳米二氧化钛将PEG封装在其内部；由于网络结构的网络限域，PEG分子或部分链段运动受到限制，限制了PEG的宏观流动；由于键合作用以及二氧化钛表面的钛羟基(Ti-OH)与聚乙二醇端羟基(CH2-OH)间的氢键作用，牢牢的将聚乙二醇嵌入到二氧化钛的网状多孔结构中。所以，在PEG熔融温度以上时，PEG整个分子链也不能自由运动导致材料宏观上仍然呈现固态，表现为固-固相变过程，聚乙二醇液体不会渗漏出来。由本专利技术方法制备得到的聚乙二醇/二氧化钛相变储能材料中，聚乙二醇作为储能材料，在常温下为结晶态；二氧化钛作为无机基质载体，在测试范围内不发生相变。所述聚乙二醇/二氧化钛相变储能材料的相变焓可高于120J/g，具有良好的封装效果，没有发生聚乙二醇渗透。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：(1)本专利技术制备方法工艺简单，原料简单易操作，全程几乎在室温下进行即可，适合工业生产。(2)本专利技术方法所制得的复合相变储能材料，在保证高储能性能的同时，又对工作介质聚乙二醇进行良好封装，使聚乙二醇发生相变的同时储能材料在宏观上呈现固体的形态，有效的防止聚乙二醇的泄漏，性能稳定。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的EDX曲线图。图2为本专利技术实施例1制备得到的聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的XRD曲线图。图3a和3b为本专利技术实施例1制备得到的聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料在不同放大倍数下的扫描电镜照片。图4为本专利技术实施例1制备得到的聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的透射电镜照片。图5为本专利技术实施例1制备得到的聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的DSC曲线图。图6为对比例1制备得到的聚乙二醇/二氧化钛复合材料的DSC曲线图。图7为对比例2制备得到的聚乙二醇/二氧化钛复合材料的DSC曲线图。具体实施方式为了更好地说明本专利技术，便于理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细说明。应理解，下述的实施实例仅用于说明本专利技术，并不代表或限制本专利技术的权利保护范围，本专利技术的保护范围以权利要求书为准。以下实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将去离子水、N,N‑二甲基甲酰胺和异丙醇混合后，向其中加入数均相对分子量为6000的聚乙二醇，在350～1200r/min的转速下均匀搅拌0.5～10小时；(2)再向其中加入钛酸四丁酯，在350～1200r/min的转速下均匀搅拌0.5～10小时，得到透明溶液；(3)然后，将所述透明溶液进行离心分离，将离心所得上清液弃去，取离心所得沉淀进行洗涤，然后在40～80℃干燥，得到聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料；其中，去离子水、N,N‑二甲基甲酰胺、异丙醇、聚乙二醇和钛酸四丁酯的质量比为(0.80～1.75)：(0.30～0.65)：(0.30～0.65)：(0.7～2.2)：1。
【技术特征摘要】
1.聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将去离子水、N,N-二甲基甲酰胺和异丙醇混合后，向其中加入数均相对分子量为6000的聚乙二醇，在350～1200r/min的转速下均匀搅拌0.5～10小时；(2)再向其中加入钛酸四丁酯，在350～1200r/min的转速下均匀搅拌0.5～10小时，得到透明溶液；(3)然后，将所述透明溶液进行离心分离，将离心所得上清液弃去，取离心所得沉淀进行洗涤，然后在40～80℃干燥，得到聚乙二醇/二氧化钛复合相变储能材料；其中，去离子...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟兰兰，王瑞芳，李炳蒙，邹超，刘若望，兰云军，柴玉叶，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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