一种有机凝胶复合相变材料的制备方法技术

本发明专利技术属于复合相变材料领域，具体涉及一种有机凝胶复合相变材料的制备方法。其制备方法首先制备一种共价有机凝胶载体，根据芯材的大小和种类选择不同的配体，以更好的匹配所要负载的相变芯材；采用溶液浸渍法，将配置好的相变芯材溶液分散于有机凝胶载体材料，利用凝胶孔道的作用力吸附相变芯材，在较高温度下除去溶剂，得到共价有机凝胶复合相变材料。本发明专利技术的优点在于：1)开发一种新型有机凝胶复合相变材料；2)所制备的复合相变材料不但可以有效避免相变芯材泄露的问题，而且芯材选材广泛，储能密度高；适合不同温度区间储能及控温，应用范围广；3)用本发明专利技术制备的复合相变材料传热性能优异、循环稳定性好、工艺简单、适合规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于复合相变材料领域，具体涉及一种有机凝胶复合相变材料的制备方法。
技术介绍
：以太阳能、风能、地热能、海洋能等可再生能源取代传统化石能源是能源可持续发展的必由之路。目前，这些新能源有效利用率低下，供给与需求存在时间上的差异，限制了其实际应用。因此，开发新的储能技术实现新能源的高效合理利用变得尤为迫切。相变材料(PhaseChangeMaterials，PCMs)作为储能技术的核心和关键在相变过程中能够吸收/释放大量热能，可实现热能的存储以及能量在空间和时间的转移。然而，纯的相变材料(主要是固-液相变材料)存在如液相的泄漏及热导率低等问题，大大限制了其应用。通过发展复合相变材料将相变材料封装于壳层或多孔载体中是解决上述问题的有效途径。专利CN104194732A公布了一种硅藻土与石蜡复合相变材料的制备方法。CN103436240A公布了一种泡沫金属复合相变材料及其制备方法。在一定程度上，这些制备方法解决了相变材料在相变过程中的泄漏问题。但是所用的载体材料存在着比表面积小，孔体积小，孔径分布较窄等缺点，导致了复合相变材料负载量低、潜热值低，限制了其的实际应用。因此，开发一种具有高比表面积、高孔隙率的多孔材料对于相变储能材料应用具有重要意义。有机凝胶是一种三维交联网络聚合物，由交联网络和分散在网络空隙中的溶剂分子构成。其物理化学性质独特，是一类粘弹性非常好的“软物质”，兼具固体和液体的性质：其中交联网络起支撑作用，使凝胶能够像固体一样保持一定的形态；充满整个凝胶网络的溶剂分子，具有像液体一样的运动性和流动性，网络间的小分子物质可以自由扩散，可以进行凝胶内部或者与外部之间的能量、物质和信息的交换。此外，凝胶与共价有机框架结构(CovalentOrganicFramework，COF)类似，具有超大的比表面积和超高的孔隙率，利用这一特性，可以用其来吸附相变芯材，制备高负载量、高循环使用性的凝胶复合相变材料。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于开发了一种有机凝胶材料，并将其作为载体吸附相变芯材，制备有机凝胶复合相变材料。根据不同的相变材料，通过对配体的选择可有效调控凝胶与相变芯材的作用力，优化复合相变材料的储能效果，解决相变材料在相转变过程中的泄露问题。所得有机凝胶复合相变材料具有储能密度大，循环性好，价格低廉且应用范围广的优势。本专利技术的技术方案是：1)首先通过氨基与醛的缩合反应制备有机湿凝胶，溶剂分子在有机湿凝胶的网络结构中，占据着湿凝胶的孔隙；2)将相变材料用溶剂溶解后，加入到上述湿凝胶中并混合均匀，将上述混合物加热，随着溶剂分子的挥发，相变材料慢慢浸渍到凝胶网络结构中，从而得到有机凝胶复合相变材料。具体制备步骤为：(1)凝胶的制备：将醛和二胺配体加入到溶剂中配制成均相溶液，向溶液中加入一定量的1～5M的醋酸溶液，分散均匀后密封放入到40～150℃的烘箱中，保温24-72h，冷却后过滤并反复洗涤，得到有机湿凝胶。其中，醛：二胺配体：酸的摩尔比为：1～50:1～50:0～10。(2)共价有机凝胶复合相变材料的制备：称取一定量的可溶性相变材料并溶于相应溶剂中形成相变芯材，将相变芯材加入到盛有上述湿凝胶的容器中混合均匀，将上述混合物加热，去除溶剂使相变材料慢慢浸渍到凝胶网络结构中，即得到有机凝胶复合相变材料。可溶性相变材料和有机凝胶基体的质量比为1～100：1～100。步骤(1)所述的醛配体包括：四臂醛，对苯二甲醛，丁二醛，己二醛等的一种或几种。步骤(1)所述的二胺配体包括：对苯二胺，2,5-二甲基对苯二胺，2-氟-5-甲基-1,4-苯二胺，2-硝基对苯基二胺，2-氯-5-甲基-1,4-苯二胺，2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺，3,4'-二氨基二苯基甲烷，4,4’-二氨基二苯基甲烷，4,4'-二氨基二苯甲酮，4,4'-二氨基-3,3'-二甲基二苯甲烷，2,2-双(4-氨基苯基)丙烷，4,4'-亚甲基双(2,6-二甲基苯胺)，4-(4-氨基-2,5-二甲基苄基)-2,5-二甲基苯胺，1,1-双(4-氨基苯基)环己烷，4,4'-亚甲基双(2-乙基-6-甲基苯胺)，4,4'-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)，α,α'-双(4-氨基苯基)-1,4-二异丙基苯，1,4-亚苯基二[[4-(4-氨基苯氧基)苯基]甲酮]等的一种或几种。步骤(1)和步骤(2)所述溶剂包括：无水乙醇，无水甲醇，水，二氯甲烷，三氯甲烷，四氢呋喃，乙腈，甲苯，1,4二氧六环，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二乙基甲酰胺等其中的一种或几种。步骤(2)所述的可溶性相变材料包括：多元醇类，具体包括聚乙二醇(平均分子量为1000-20000)，季戊四醇，新戊二醇等；脂肪酸类，具体包括硬脂酸，肉豆蔻酸，棕榈酸，癸酸，月桂酸，十五烷酸、癸二酸等；石蜡类，具体包括石蜡-58等；聚氧乙烯醚，具体包括c16e2；brij-52；brij-56；brij-58；brij-58(r)；brij(r)-52；brij(r)-56；brij(r)-58；直链烷烃，具体包括正十烷，正十四烷，正十六烷，正十八烷；结晶水和盐类，具体包括十水碳酸钠，十水硫酸钠，十二水磷酸氢钠，六水氯化钙，三水醋酸钠，五水硫代硫酸钠。本专利技术的优点在于：1)开发一种新型有机凝胶复合相变材料；2)所制备的复合相变材料不但可以有效避免相变芯材泄露的问题，而且芯材选材广泛，储能密度高；适合不同温度区间储能及控温，应用范围广；3)用本专利技术制备的复合相变材料传热性能优异、循环稳定性好、工艺简单、适合规模化生产。附图说明图1是本专利技术实施案例1得到Cog-4CH3干凝胶、PEG6000以及PEG6000负载量为85％的PEG6000Cog-4CH3复合相变材料的FT-IR图。图2是本专利技术实施案例1得到Cog-4CH3干凝胶、PEG6000和PEG6000负载量为85％时PEG6000Cog-4CH3复合相变材料的XRD图。图3是本专利技术实施案例1得到Cog-4CH3干凝胶、PEG6000和PEG6000负载量为85％时PEG6000Cog-4CH3复合相变材料的TGA图。图4是本专利技术实施案例1得到PEG6000和PEG6000负载量为85％时PEG6000Cog-4CH3复合相变材料的DSC图。图5是本专利技术实施案例2得到Cog-CH3干凝胶、PEG4000和PEG4000负载量为85％时PEG6000Cog-CH3复合相变材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机凝胶复合相变材料的制备方法，其特征在于：1)首先通过氨基与醛的缩合反应制备有机湿凝胶，溶剂分子在有机湿凝胶的网络结构中，占据着湿凝胶的孔隙；2)将相变材料用溶剂溶解后，加入到上述湿凝胶中并混合均匀，将上述混合物加热，随着溶剂分子的挥发，相变材料慢慢浸渍到凝胶网络结构中，从而得到有机凝胶复合相变材料；具体制备步骤为：(1)凝胶的制备：将醛和二胺配体加入到溶剂中配制成均相溶液，向溶液中加入一定量的1～5M的醋酸溶液，分散均匀后密封放入到40～150℃的烘箱中，保温24‑72h，冷却后过滤并反复洗涤，得到有机湿凝胶；其中，醛：二胺配体：醋酸的摩尔比为：1～50:1～50:0～10；(2)共价有机凝胶复合相变材料的制备：称取一定量的可溶性相变材料并溶于相应溶剂中形成相变芯材，将相变芯材加入到盛有步骤(1)所述有机湿凝胶的容器中混合均匀，将混合物加热，去除溶剂使相变材料慢慢浸渍到凝胶网络结构中，即得到有机凝胶复合相变材料；可溶性相变材料和有机凝胶基体的质量比为1～100：1～100。

【技术特征摘要】
1.一种有机凝胶复合相变材料的制备方法，其特征在于：1)首先通过氨基
与醛的缩合反应制备有机湿凝胶，溶剂分子在有机湿凝胶的网络结构中，占据着
湿凝胶的孔隙；2)将相变材料用溶剂溶解后，加入到上述湿凝胶中并混合均匀，
将上述混合物加热，随着溶剂分子的挥发，相变材料慢慢浸渍到凝胶网络结构中，
从而得到有机凝胶复合相变材料；
具体制备步骤为：
(1)凝胶的制备：
将醛和二胺配体加入到溶剂中配制成均相溶液，向溶液中加入一定量的
1～5M的醋酸溶液，分散均匀后密封放入到40～150℃的烘箱中，保温24-72h，
冷却后过滤并反复洗涤，得到有机湿凝胶；其中，醛：二胺配体：醋酸的摩尔比
为：1～50:1～50:0～10；
(2)共价有机凝胶复合相变材料的制备：
称取一定量的可溶性相变材料并溶于相应溶剂中形成相变芯材，将相变芯材
加入到盛有步骤(1)所述有机湿凝胶的容器中混合均匀，将混合物加热，去除
溶剂使相变材料慢慢浸渍到凝胶网络结构中，即得到有机凝胶复合相变材料；可
溶性相变材料和有机凝胶基体的质量比为1～100：1～100。
2.如权利要求1所述一种有机凝胶复合相变材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述的醛配体包括：四臂醛、对苯二甲醛、丁二醛、己二醛中的
一种或几种。
3.如权利要求1所述一种有机凝胶复合相变材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述的二胺配体包括：对苯二胺、2,5-二甲基对苯二胺、2-氟-5-甲基-1,4-
苯二胺、2-硝基对苯基二胺、2-氯-5-甲基-1,4-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、
3,4'-二氨基二苯基甲烷、4,...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭丽，杨明，汤甲，王戈，高鸿毅，王静静，齐悦，陈星宇，余方，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11