一种低温有机相变储能材料，以及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种低温有机相变储能材料，该相变材料包括一种或多种有机羧酸酯，酯键两侧的碳链R1和R2，R1包括C10～C24烷基碳链，R2包括C1～C8烷基碳链，其相变温度介于‑25～60℃之间，相变潜热为100～250kJ/kg，该低温有机相变储能材料的相变温度较低、相变潜热高、脂溶性好、相变温度范围广、生物基可再生，在多领域有良好的应用。

A low temperature organic phase change energy storage material, its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种低温有机相变储能材料，以及其制备方法和应用
本专利技术属于相变储能材料领域，具体涉及一种低温有机相变储能材料的制备及其应用。
技术介绍
随着新时代全球工业的转型升级，以及化石燃料的日趋枯竭，提高能源利用率与开发可再生能源开始成为全世界的焦点。相变材料(phasechangematerial,简称PCM)因其具有通过自身相态变化进行吸收和释放大量能量的特性而成为国内外能源材料研究的新热点。而有机相变材料具有储能密度大、价格低廉、过冷度较低、熔化后蒸汽压低、无相分离现象等优点，是一类储能性能稳定的环境友好型的相变材料，在诸如能源、建筑、航天、化工等行业内均表现出相当巨大的开发潜力。目前国内外研究的相变材料主要集中在固－液相变材料，包括结晶水合盐类无机相变材料，以及石蜡、多元醇和聚合物等。有机相变材料的优点是不易发生相分离及过冷现象、材料的腐蚀性小、毒性小等，但同时也存在相变潜热小，热导率低，相变过程中传热性能差，且易挥发、易燃烧、易老化等缺点(KenisarinMMetal,RenewableSustainableEnergyRev,2009,14,955)。目前有机类相变材料材料种类较少，且不具有成熟的制备工艺。市面上所用有机相变材料主要为石蜡类有机相变材料，然而石蜡类相变材料也存在热导率低，生物相容性差，易燃等缺点。同时由于石蜡是石油炼制中的产物，属于不可再生能源。因此寻找可再生的性能优异的相变材料，是实行可持续发展与环境保护理念的新研究方向。与石蜡不同，脂肪酸类是为数不多的可再生的相变材料，是实行可持续发展与环境保护理念的新研究方向。常用的脂肪酸类相变材料有十八酸(硬脂酸)、十六酸(棕榈酸)、十四酸(豆蔻酸)等(TangXHetal,EnergyandBuildings,2015,109,353-360)。脂肪酸类相变材料具有相变潜热高，化学和热稳定性好、无毒害，对基体材料无腐蚀性等优点，几乎不会发生过冷现象等优点，这使得脂肪酸类相变材料被广泛用于太阳能储能与建筑物恒温等领域。然而脂肪酸类相变材料缺点为相变温度较高(十四酸(52～54℃)，十六酸(63℃)，十八酸(67～69℃))，不适宜在需要低温相变的领域(如冷藏、服装等领域)使用。此外，脂肪酸类相变材料难溶于极性和非极性有机溶剂，这使得其封装、包覆存在困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种相变潜热高、脂溶性好、相变温度范围广、生物基可再生的新型脂肪酸酯类和油酯类的有机相变材料。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种低温有机相变储能材料，该相变材料包括一种或多种有机羧酸酯，有机羧酸酯的分子结构为：式(Ⅰ)中R1包括C10～C24烷基碳链，R2包括C1～C8烷基碳链，其相变温度介于-40～60℃之间，相变潜热为100～250kJ/kg。在某些方面，R1烷基碳链为直链，R2烷基碳链为直链或支链，R1或R2烷基碳链进一步被0～3个独立的卤素原子、羧基或氨基基团取代。在某些方面，R1烷基碳链为饱和碳链。在某些方面，R1烷基碳链为含有碳碳双键的不饱和碳链。具体的，以5℃/min的加热速率时，DSC相变焓值大于100J/g；以5℃/min的加热速率时，DSC相变焓值大于150J/g；以5℃/min的加热速率测量时，DSC相变焓值大于200J/g。具体的，采用无机材料作为成核剂，有机羧酸酯相变材料过冷度在5～20℃之间可调，无机材料为纳米铜、TiO2或石墨。本专利技术提供一种如上述任一种低温有机相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：1)脂肪酸和有机醇混合均匀；2)在有机酸或无机酸的催化下加热脱水制得；其中反应温度60～120℃，反应时间6～24h；脱水剂为氧化钙、五氧化二磷、无水硫酸钠、分子筛中的一种或多种。本专利技术还提供一种包含上述的低温有机相变储能材料作为囊芯的微胶囊。本专利技术还提供一种用于空调蓄冷或冷链运输的蓄冷剂，包括上述蓄冷微胶囊。本专利技术还提供一种调温纤维，该调温纤维上附着上述的低温有机相变储能材料。需要说明的是：本专利技术所述的相变材料的相变是固态和液态之间的转变，属于固-液相变材料，其相变温度在-40～60℃之间，因此属于低温相变材料；相变潜热是指相变材料从某一相转为另一相所吸入或放出的热量。固态转变到液态的过程中吸收能量称为溶解潜热，液态转变到固态的过程中放出的热量称为凝固热。本专利技术还采用摇瓶法测试有机羧酸酯相变材料脂溶性，结果表明有机羧酸酯基本没有分布在水相中，显示出良好的脂溶性。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1)在有机相变材料中使用无机材料作为成核剂，改善有机分子构象，能有效降低有机羧酸酯过冷度，使有机羧酸酯相变材料过冷度在5～20℃之间可调。2)本专利技术提供的新型有机相变材料，均为生物基且可再生的相变材料，这类材料简单易得，相变潜热高(100～250J/g)，相变温度范围广，具有化学和热稳定性好、无毒害、对基体材料无腐蚀性。3)本专利技术提供的新型有机相变材料，具有较低的相变温度，可制备成温度调节制品，用于空调蓄冷，冷链运输，还可应用于太阳能的热存储、建筑中的储能、纺织品储能控温领域和电子封装材料领域。4)本专利技术提供的新型有机相变材料种类繁多可以满足不同工况要求，生产工艺操作简易、重现性好，可实现大规模生产。附图说明图1十六烷酸甲酯熔化DSC曲线的第1次测量；图2十六烷酸甲酯熔化DSC曲线的第100次测量；图3十六烷酸甲酯凝固DSC曲线的第1次测量；图4十六烷酸甲酯凝固DSC曲线的第100次测量；图5油酸甲酯熔化DSC曲线的第1次测量；图6油酸甲酯熔化DSC曲线的第100次测量；图7葵酸乙酯添加成核剂前的DSC曲线；图8葵酸乙酯添加成核剂后的DSC曲线；具体实施方式以下通过实施例对本专利技术作进一步的阐述，但不限制本专利技术。凡是不背离本专利技术构思的改变或等同替代均包括在本专利技术的保护范围之内。本专利技术提供相变材料的表征方法，通过差示扫描量热法(DSC)测量。相变温度等于DSC测量的峰值温度，相变焓等于DSC测量的归一化积分。实施例1饱和碳链有机羧酸酯相变材料的合成以十六烷酸乙酯为例，三口烧瓶中，加入10g葵酸与过量的乙醇，室温下剧烈机械搅拌，氮气保护，缓慢滴加2ml稀硫酸，溶液澄清时加热至70℃，搅拌回流反应10h，同时加入无水硫酸钠作为脱水剂，过量的乙醇通过蒸馏的方法蒸出，最终得到无色液体。所得葵酸乙酯的相变温度为-20℃，焓值为212.5J/g。实施例2不同饱和碳链长度的相变材料的合成与实施例1类似，更换不同碳链长的脂肪酸原料，如但不限于辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸、十九烷酸、二十烷酸、二十一烷酸、二十二烷酸、二十三烷酸、二十四烷酸，还包括官能化脂肪酸如12-羟基十八烷酸。所得相变材料的相变温度在-40～60℃之间，焓值在100～250J/g。实施例3不同饱和碳链长度的相变材料的合成与实施例1类似，更换不同的醇原料，如但不限于甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、正己醇、正葵醇、正辛醇，还包括官能团化的醇如6-氨基己醇。所得相变材料的相变温度在-25～40℃之间，焓值在150～220J/g。实施例4不饱和碳链有机羧酸酯相变材料的合成以油酸甲酯为例，三口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温有机相变储能材料，其特征在于：该相变材料包括一种或多种有机羧酸酯，有机羧酸酯的分子结构为：

【技术特征摘要】
1.一种低温有机相变储能材料，其特征在于：该相变材料包括一种或多种有机羧酸酯，有机羧酸酯的分子结构为：式(Ⅰ)中R1包括C10～C24烷基碳链，R2包括C1～C8烷基碳链，该低温有机相变储能材料相变温度介于-40～60℃之间，相变潜热为100～250kJ/kg。2.根据权利要求1所述的低温有机相变储能材料，其特在在于：所述R1烷基碳链为直链，R2烷基碳链为直链或支链，R1或R2烷基碳链进一步被0～3个独立的卤素原子、羧基或氨基基团取代。3.根据权利要求1所述的低温有机相变储能材料，其特在在于：所述R1烷基碳链为饱和碳链。4.根据权利要求1所述的低温有机相变储能材料，其特在在于：所述R1烷基碳链为含有碳碳双键的不饱和碳链。5.根据权利要求1所述的低温有机相变储能材料，其特征在于：以5℃/min的加热速率时，DSC相变焓值大于100J/g；以5℃/min的加热速率时，DSC相变焓值大于150J/g；以5...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻学锋，吴列，康翼鸿，黄浩，
申请(专利权)人：武汉中科先进技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42