一种定形相变材料的制备方法技术

一种定形相变材料的制备方法，涉及以石蜡和烯烃类聚合物为原料制备定形相变材料技术。其特征是首先将１０－５０ｗｔ％烯烃类聚合物在炼胶机中塑炼成片，在室温－４０℃之间逐渐加入石蜡，直至石蜡的含量达９０－５０ｗｔ％。将混合物在粉碎机中粉碎后加入到挤出机中熔融挤出，挤出的熔体经水冷却后烘干即为定形相变材料。所述烯烃类聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的至少一种，所述石蜡为熔点在２５－７０℃之间的石蜡。利用本发明专利技术制备的定形相变材料，相变温度在２５－７０℃可调，相变焓最大可达１７５ｋＪ／ｋｇ，无小分子泄漏，无需封装，可直接使用。本发明专利技术采用聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等多种支撑材料，可适应不同用途的要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种相变材料的制备方法，特别涉及一种以石蜡和烯烃类聚合物为原料的定形相变材料的制备方法。常用的相变材料是通过固液相变进行能量的储存和释放的，由于储能时材料为液态，必需有容器密封封装，不仅容易泄漏，而且还增大了传热介质和相变材料间的热阻，且成本亦会相应提高，使得传统的相变材料在太阳能利用和建筑领域的推广应用存在一定的困难。在0-100摄氏度范围内，传统的固液相变材料多为结晶水合盐类，如CaCl2·6H2O，Na2SO4·10H2O。如专利“具有抑制剂的相变材料和其制备方法”(公开号1270201)采用的是金属硝酸盐和水的组合物。这类相变材料使用时需要封装，不仅容易泄漏，而且还增大了传热介质和相变材料间的热阻，成本也有相应提高。日本较早地在定形相变材料方面开展了研究，日本岗山大学的Inaba教授等(Heat andMass Transfer，32(1997)，p307)研究了石蜡和高密度聚乙烯体系的热物理性能。他们所采用的定形相变材料中，石蜡的含量为74wt％，熔点为54℃，相变焓为121.4kJ/kg(纯石蜡的相变焓为164kJ/kg)。法国的Xavier Py等人(Inter.J.Heat and Transfer，44(2001)，p2727)以膨胀石墨作为支撑材料，制备了石蜡-膨胀石墨定形相变材料，并研究了体系的热物理性能。他们所采用的石蜡熔点分别为70-80℃，18.1℃和-9℃，含量为65-95wt％。他们首先是将膨胀石墨放入铝制立方体模具中，用不同压力压到不同密度(50-350kg/m3)，然后将压好的石墨块浸入熔融的石蜡中，直至重量不再增加。这样制得的定形相变材料的导热系数可达4-70Wm-1K-1。对相变焓的结果没有报道。中国科技大学热能系的叶宏和葛新石(Solar Evergy Materials and Solar Cells，64(2000)，p37)制备了石蜡-高密度聚乙烯定形相变材料，石蜡的含量为70-75wt％，熔点为58-62℃，相变焓可达157kJ/kg(纯石蜡的相变焓为199kJ/kg)。他们首先将石蜡和高密度聚乙烯熔融，然后在高于高密度聚乙烯熔点的温度下将二者混合后，让混合物冷却。华南理工大学的肖敏和龚克成(太阳能学报，22(2001)，p247)制备了石蜡-SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)定形相变材料，石蜡的含量为20-80wt％，熔点56-58℃，相变焓可达165.2kJ/kg。具体方法是在双辊热炼机上，在100℃下将石蜡缓慢加入SBS中，混合热炼而成。为了提高材料的导热性能，还加入少量处理后的膨胀石墨。在已有技术中，一类是采用石蜡和高密度聚乙烯制备定形相变材料，其中石蜡的相变温度单一，石蜡含量不超过75％，相变焓最高达157kJ/kg；第二类是以石蜡为相变材料，采用SBS作为支撑材料，石蜡的相变温度单一，含量可达80％，相变焓亦有相应提高，达到165.2kJ/kg；第三类以石蜡为相变材料，采用膨胀石墨为支撑材料，其目的是提高定形相变材料的导热性。本专利技术提出的，以相变材料石蜡和支撑材料为原料，其特征在于该方法依次包括以下步骤(1)将10-50wt％支撑材料烯烃类聚合物在炼胶机中塑炼成片，在室温-40℃之间逐渐加入石蜡，直至石蜡的含量达90-50wt％，混炼至均匀，其中烯烃类聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的至少一种；(2)将混合物在塑料粉碎机中粉碎；(3)将粉碎后的混合物加入到塑料挤出机中，加热温度分别设定为料筒加热温度为90-150℃，螺杆部分加热温度为100-160℃，口模加热温度为90-150℃，进行熔融挤出；(4)将挤出的熔体经水冷却后烘干即为定形相变材料。在上述制备方法中，所述的相变材料石蜡为切片石蜡、半精炼石蜡或全精炼石蜡中任何一种。在上述制备方法中，所述的相变材料为熔点在25-70℃之间的石蜡。采用本专利技术制备的定形相变材料，相变过程可逆，相变温度在25-70℃可调，相变焓最大可达175kJ/kg，材料在相变前后保持固体状态，无小分子泄漏，无需封装，可直接使用。由于本专利技术选用一系列具有不同熔点的石蜡，因而相变温度可调。本专利技术在采用高密度聚乙烯为支撑材料时，石蜡的含量可以达到90％，相变焓可达174.8kJ/kg；此外，本专利技术还采用了低密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等多种支撑材料，从成本和易得的角度提供了多种选择，为适应不同用途的要求提供了选择的可能。定形相变材料的相变温度和相变焓测定可采用示差扫描量热仪(DSC)，在N2保护下，升温速率5℃/min，测量温度范围为室温-200℃，测得主吸热峰的峰顶对应的温度即为相变温度，在峰的起始温度和终止温度之间，吸热峰与基线包围的面积对应的热量即为相变焓。(2)将混合物在塑料粉碎机中粉碎。(3)将粉碎后的混合物加入到塑料挤出机中，设定料筒加热温度分别为90℃，螺杆部分加热温度为100℃，口模加热温度为90℃，螺杆转速为25-30r/min。(4)将挤出的熔体经水冷却后烘干。测得相变温度为60.18℃，相变焓为144.4kJ/kg。(2)将混合物在塑料粉碎机中粉碎。(3)将粉碎后的混合物加入到塑料挤出机中，设定料筒加热温度分别为150℃，螺杆部分加热温度为160℃，口模加热温度为150℃，螺杆转速为25-30r/min。(4)将挤出的熔体经水冷却后烘干。测得相变温度为50.72℃，相变焓为79.57kJ/kg。(2)将混合物在塑料粉碎机中粉碎。(3)将粉碎后的混合物加入到塑料挤出机中，设定料筒加热温度分别为120℃，螺杆部分加热温度为130℃，口模加热温度为120℃，螺杆转速为25-30r/min。(4)将挤出的熔体经水冷却后烘干。测得相变温度为60.54℃，相变焓为174.8kJ/kg。权利要求1.，以相变材料石蜡和支撑材料为原料，其特征在于该方法依次包括以下步骤(1)将10-50wt％支撑材料烯烃类聚合物在炼胶机中塑炼成片，在室温-40℃之间逐渐加入石蜡，直至石蜡的含量达90-50wt％，混炼至均匀，其中烯烃类聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的至少一种；(2)将混合物在塑料粉碎机中粉碎；(3)将粉碎后的混合物加入到塑料挤出机中，加热温度分别设定为料筒加热温度为90-150℃，螺杆部分加热温度为100-160℃，口模加热温度为90-150℃，进行熔融挤出；(4)将挤出的熔体经水冷却后烘干即为定形相变材料。2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的相变材料石蜡为切片石蜡、半精炼石蜡或全精炼石蜡中任何一种。3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的相变材料为熔点在25-70℃之间的石蜡。全文摘要,涉及以石蜡和烯烃类聚合物为原料制备定形相变材料技术。其特征是首先将10－50wt%烯烃类聚合物在炼胶机中塑炼成片,在室温－40℃之间逐渐加入石蜡,直至石蜡的含量达90－50wt%。将混合物在粉碎机中粉碎后加入到挤出机中熔融挤出,挤出的熔体经水冷却后烘干即为定形相变材料。所述烯烃类聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的至少一种,所述石蜡为熔点在25－70℃之间的石蜡。利用本专利技术制备的定形相变材料,相变温度在25－70℃可调,相变焓最大可达175kJ/kg,无小分子泄漏,无需封本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定形相变材料的制备方法，以相变材料石蜡和支撑材料为原料，其特征在于：该方法依次包括以下步骤：（１）将１０－５０ｗｔ％支撑材料烯烃类聚合物在炼胶机中塑炼成片，在室温－４０℃之间逐渐加入石蜡，直至石蜡的含量达９０－５０ｗｔ％，混炼至均匀 ，其中烯烃类聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯中的至少一种；（２）将混合物在塑料粉碎机中粉碎；（３）将粉碎后的混合物加入到塑料挤出机中，加热温度分别设定为料筒加热温度为９０－１５０℃，螺杆部分加热温度为１００－１６０℃，口模加热温度为９ ０－１５０℃，进行熔融挤出；（４）将挤出的熔体经水冷却后烘干即为定形相变材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨睿，张寅平，秦鹏华，贾俊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]