一种生物基苯并噁嗪有机相变材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种生物基苯并噁嗪有机相变材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：使包含生物质酚类化合物、生物质胺类化合物和多聚甲醛的均匀混合反应体系进行无溶剂曼尼希反应，制得生物基苯并噁嗪有机相变材料。本发明专利技术采用的原料是来自自然界丰富可再生的生物质资源，且反应产量高，产物纯度高；利用苯并恶嗪的分子设计灵活性将多种生物质的优点结合到一个分子中，在实现相变温度可调节的同时，可以在过热条件下构造触发机构，防止火焰蔓延，从而获得到优秀的阻燃性能；本发明专利技术提供的生物基苯并噁嗪有机相变材料表现出优秀的储热/放热能力，潜热在70～150J/g之间，同时具有比商品类似物更好的热稳定性和阻燃性能。具有比商品类似物更好的热稳定性和阻燃性能。具有比商品类似物更好的热稳定性和阻燃性能。

【技术实现步骤摘要】
一种生物基苯并噁嗪有机相变材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于相变储能材料领域，具体涉及一种生物基苯并噁嗪有机相变材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着越来越多的热能浪费以及化石资源的日渐枯竭，利用相变材料进行潜热蓄热是一种经济、可行、绿色的储热技术。因为其具有储热容量可逆、价格适中、使用过程中不会对环境造成污染等优点。其中，有机固液相变材料因其储能密度高、热稳定性好、过冷度低等优点而备受关注。目前，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耐久性差、不可持续性的生产和易燃等缺点。同时，由于石蜡是石油炼制过程的产物，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研究者们的新研究方向。
[0003]关于上述问题，本领域研究人员采用了不同的策略。一方面，使用生物质可以增强可持续的制造，例如植物和动物油，脂肪酸和生物正十二烷醇等[E.Oro,A.de Gracia,A.Castell,M.M.Farid and L.F.Cabeza,Applied Energy,2012,99,513
‑
533.]。然而，制备过程中通常涉及复杂的化学转化和多个合成步骤。另一方面，设计复合材料可以改善相变材料的热稳定性和阻燃能力，例如涂层和微胶囊化[B.Kazanci，K.Cellat and H.Paksoy，Rsc Advances，2020，10，24134
‑
24144.]。然而，伴随而来的是困难的制造程序和界面问题。因此，具有可持续、安全和便捷的相变材料仍然面临着巨大的挑战。
[0004]苯并恶嗪是近年来发展迅速的一种新型的热固性树脂，它不仅保持了传统酚醛树脂优异的热性能、阻燃性和电绝缘性，还拥有传统树脂所不具备的优良性能如灵活的分子设计性，低吸水性，更优良的力学性能和热稳定性能等[Liu J,Wang S,Peng Y,et al.Advances in sustainable thermosetting resins:From renewable feedstock to high performance and recyclability[J].Progress in Polymer Science,2021,113:101353.]。因此，如何结合可再生原料和苯并恶嗪化学相互的优势，获得一种可持续、高效的相变材料，而且可以实现良好的热管理，能有效实现“绿色+绿色”的可持续战略，已然成为业界研究人员长期以来一直努力的方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种相变温度可调节、优秀的热稳定性、高阻燃性能、生物基可再生的新型苯并噁嗪类的有机相变材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种生物基苯并噁嗪有机相变材料，它具有式(1)所式结构：
[0008][0009]其中，R为生物质酚类化合物的残基，m为2～18。
[0010]本专利技术实施例还提供了一种生物基苯并噁嗪有机相变材料的制备方法，其包括：
[0011]使包含生物质酚类化合物、生物质胺类化合物和多聚甲醛的均匀混合反应体系进行无溶剂曼尼希反应，制得生物基苯并噁嗪有机相变材料；
[0012]其中，所述生物质酚类化合物包括腰果酚、漆酚、愈创木酚、大豆苷元、丁香酚、阿魏酸和香草醛等中的任意一种。
[0013]在一些实施例中，所述生物质酚类化合物包括腰果酚、漆酚、愈创木酚、大豆苷元、丁香酚、阿魏酸和香草醛等中的任意一种。
[0014]在一些实施例中，所述生物质胺类化合物可以是脂肪伯胺中任意一种。
[0015]进一步地，所述生物质胺类化合物所含碳链中碳的个数为2～18。
[0016]在一些实施例中，所述曼尼希反应的温度为75～120℃，反应时间为5～24h。
[0017]本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的生物基苯并噁嗪有机相变材料。
[0018]进一步地，所述生物基苯并噁嗪有机相变材料的潜热为70～150J/g。
[0019]进一步地，所述生物基苯并噁嗪有机相变材料的50％失重温度(T
d50％
)为350～450℃。
[0020]进一步地，所述生物基苯并噁嗪有机相变材料的热释放速率峰值(pHRR)为250～300W/g。
[0021]本专利技术实施例还提供了所述的生物基苯并噁嗪有机相变材料于极端环境中的应用。
[0022]较之现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0023](1)本专利技术选用天然易得的生物基原料通过简单的无溶剂一锅法Mannich反应合成一种新型的含有苯并噁嗪结构的有机相变材料，其多方面的优点使其有可能发展成为一种新型的相变材料，该绿色无溶剂反应容易获得可观的产率和较高的原子经济性；
[0024](2)本专利技术提供的生物基苯并噁嗪有机相变材料的分子设计灵活性使其很容易将多种生物质的优点结合到一个分子中，优良的固有阻燃性和化学稳定性使其有可能应用于极端环境；
[0025](3)本专利技术在实现相变温度可调节的同时，由于热固性的特点，很容易在过热条件下构造触发机构，防止火焰蔓延；
[0026](4)由于苯并恶嗪结构的存在，在保持相当的储热密度的同时，本专利技术提供的生物基苯并噁嗪有机相变材料还表现出比商品类似物更好的热稳定性(50％失重温度最高增加了65.1％)和阻燃性能(热释放速率最高减少了39.4％)。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本专利技术实施例2所制得的生物基苯并噁嗪有机相变材料的1H NMR图；
[0029]图2是本专利技术实施例2所制得的生物基苯并噁嗪有机相变材料的
13
C NMR图；
[0030]图3是本专利技术实施例2、实施例3、实施例4所制得的生物基苯并噁嗪有机相变材料的差式扫描量热图；
[0031]图4是本专利技术实施例2、实施例3、实施例4所制得的生物基苯并噁嗪有机相变材料的热重分析图。
具体实施方式
[0032]如前所述，鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是将生物质酚类化合物、生物质胺类化合物和多聚甲醛通过无溶剂Mannich反应制得生物基苯并噁嗪相变材料。通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本专利技术。本文中揭示本专利技术的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本专利技术的示范性，本专利技术可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基苯并噁嗪有机相变材料，其特征在于，所述生物基苯并噁嗪有机相变材料具有式(1)所式结构：其中，R为生物质酚类化合物的残基，m为2～18。2.根据权利要求1所述的生物基苯并噁嗪有机相变材料，其特征在于：所述生物质酚类化合物包括腰果酚、漆酚、愈创木酚、大豆苷元、丁香酚、阿魏酸和香草醛中的任意一种。3.根据权利要求1所述的生物基苯并噁嗪有机相变材料，其特征在于：所述生物基苯并噁嗪有机相变材料的潜热为70～150J/g，50％失重温度为350～450℃，热释放速率峰值为250～300W/g。4.一种生物基苯并噁嗪有机相变材料的制备方法，其特征在于包括：使包含生物质酚类化合物、生物质胺类化合物和多聚甲醛的均匀混合反应体系进行无溶剂曼尼希反应，制得生物基苯并噁嗪有机相变材料；其中，所述生物质酚类化合物包括腰果酚、漆酚、愈创木酚、大豆苷元、丁香酚、阿魏酸和香草醛中的任意一种。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敬楷，吴刘一顺，刘小青，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：