树枝形有机纳米复合相变储热材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种树枝形有机纳米复合相变储热材料及其制备方法，包括如下步骤：(1)将丙烯酸甲酯和相变材料，加入乙二胺和甲醇的混合溶液，反应，静置，收集下层液体，结晶，收集结晶物；(2)将乙二胺和相变材料，加入步骤(1)的产物，反应，静置，收集下层液体，结晶，收集结晶物；(3)将丙烯酸甲酯和相变材料，加入步骤(2)的产物，反应，静置，收集下层液体，结晶，收集结晶物；(4)将乙二胺和相变材料，加入步骤(3)的产物，反应，静置，收集下层液体结晶，收集结晶物，获得树枝形有机纳米复合相变储热材料。本发明专利技术储能密度高，温度控制恒定，节能效果显著，而且与聚合物基体相容性好，在航空航天等众多领域均具有重要的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机纳米复合相变储热材料及其制备方法。
技术介绍
随着能源和环境问题日愈凸显，节能减排备受国际社会关注，能源有效利用和能量存储是实现节能减排的重要手段。相变储能技术是利用材料的相变潜热来实现能量的吸收、存储和释放，在能源有效利用和节能领域成为研究热点之一。自20世纪60年代以来各国研究人员对固液相变储能的理论及应用进行了深入的研究。相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或者向外界环境放出热量)，从而达到控制环境温度和能量利用目的的材料。利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。相变储能技术的关键难点有一是相变材料在发生固液相变后存在着液相的流动泄漏问题，特别是对于无机水合盐类相变材料还存在的腐蚀性问题；二是有机小分子相变物质的长期储藏问题；三是相变过程的换热效率问题。据日本三菱公司Ismail的研究结果，物体的相变过程完成的时间与其等效半径的平方成正比，相变物质体积越小，其相变过程的换热效率就越高，完成的时间就越短。即，减小相变物质的体积是改善相变过程换热效率的有效方法。目前，同济大学的张东等(CN20081020M04，一种相变储能纳米胶囊粉体的制备方法及其应用)所报道的纳米相变储能胶囊粉体，虽然储能效率高，但是和聚合物基体的相容性差，需要进一步的改进。树枝形聚合物是近几年诞生并得到迅速发展的、在材料科学领域里迅速升起的一颗新星。由于其高度支化的结构和独特的单分散性使这类化合物具有特殊的性质和功能。 与线性大分子相比，树枝形聚合物的合成采用多步重复的方法，在逐步增长的过程中，每一步的相对分子质量是精确可控制的，并可根据不同的用途选择不同的分子代数；树枝形聚合物具有高度的几何对称性，使其成为功能亚微细粒球的理想模型；树枝形聚合物具有内部多孔的三维结构，表面富集大量的端基，使大分子具有较佳的反应活性；树枝形聚合物内部具有大量的空腔，有利于分子催化反应的进行；由于具有精确的分子结构，树枝形聚合物难以结晶，也无链缠绕，因而溶解性、兼容性大大提高；此外，由于高度支化的拓扑形态，使得树枝形分子在三维空间中具有近似的球形结构，其尺寸一般在几纳米至几十纳米之间， 是典型的纳米材料。因此，树枝形聚合物独特的结构使其有望成为解决上述瓶颈问题的突破口。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，以克服现有材料的缺陷。本专利技术的树枝形有机纳米复合相变储热材料的制备方法，包括如下步骤(1)将丙烯酸甲酯和相变材料，加入乙二胺和甲醇的混合溶液，60 80°C反应 24 36h，静置，收集下层液体，蒸馏除去其中的甲醇，将蒸馏后的产品溶于丙酮中，在0 10°C下结晶10 20h，收集结晶物，获得0. 5代树枝形有机纳米复合相变储热材料；所说的相变材料为Na2SO4 · IOH2O, CaCl2 · 6H20、Na2CO3 · 10H20、新戊二醇、季戊四醇、石蜡或硬脂酸等；乙二胺甲醇=1 2 4，优选1 3，摩尔比；乙二胺丙烯酸甲酯=1 6 8，优选1 7，摩尔比；乙二胺相变材料=1 0. 2 0. 4，优选1 0. 3，摩尔比；(2)将乙二胺和相变材料，加入步骤(1)的产物，80 100°C反应36 48h，静置， 收集下层液体，蒸馏除去其中的甲醇和乙二胺，将蒸馏后的产品溶于丙酮中，在0 10°C下结晶20 30h，收集结晶物，获得1代树枝形有机纳米复合相变储热材料；所说的相变材料为Na2SO4 · IOH2O, CaCl2 · 6H20、Na2CO3 · 10H20、新戊二醇以及季戊四醇、石蜡或硬脂酸等；步骤(1)的产物乙二胺=1 7 9，优选1 8，摩尔比。步骤(1)的产物相变材料=1 0. 3 0. 5，优选1 0. 4，摩尔比。(3)将丙烯酸甲酯和相变材料，加入步骤(2)的产物，100 120°C反应48 60h， 静置，收集下层液体，蒸馏除去其中的甲醇，将蒸馏后的产品溶于丙酮中，在0 10°C下结晶30 40h，收集结晶物，获得1. 5代树枝形有机纳米复合相变储热材料；所说的相变材料为Na2SO4 · IOH2O, CaCl2 · 6H20、Na2CO3 · 10H20、新戊二醇、季戊四醇、石蜡或硬脂酸等；步骤O)的产物丙烯酸甲酯=1 8 10，优选1 9，摩尔比；步骤⑵的产物相变材料=1 0. 4 0. 6，优选1 0. 5，摩尔比；(4)将乙二胺和相变材料，加入步骤( 的产物，120 140°C反应60 72h，静置， 收集下层液体，蒸馏除去其中的甲醇和乙二胺，将蒸馏后的产品溶于丙酮中，在0 10°C下结晶40 50h，收集结晶物，获得树枝形有机纳米复合相变储热材料；所说的相变材料为Na2SO4 · IOH2O, CaCl2 · 6H20、Na2CO3 · 10H20、新戊二醇、季戊四醇、石蜡或硬脂酸等；步骤(3)的产物乙二胺=1 8 10，优选1 9，摩尔比。步骤(3)的产物相变材料=1 0. 5 0. 7，优选1 0. 6，摩尔比。本专利技术的方法制备的树枝形有机纳米复合相变储热材料，以树枝状大分子内部的纳米空腔作为载体包囊相变材料，其优点在于，与聚合物基体相容性好，储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、换热效率高、易于控制等优点，在航空航天、太阳能利用、采暖和空调、供电系统优化、医学工程、军事工程、蓄热建筑等众多领域具有重要的应用价值和广阔的前景。具体实施例方式采用差示扫描量热法测试最终的树枝形有机纳米复合相变储热材料的相变潜热；采用透射电镜法观察最终的树枝形有机纳米复合材料的粒子尺寸。实施例1将Imol乙二胺和2mol甲醇加入到带有磁力搅拌子、回流冷凝管和温度计的三口瓶中，30°C搅拌条件下，搅拌40min，使乙二胺完全溶解。加入6mol丙烯酸甲酯和0. 2mol Nei2SO4 ·IOH20,80°C反应24h后，将反应混合物转入分液漏斗中，静置lh，分出下层液体，用甲醇洗下层液体。在80°C和150 的压力下进行减压蒸馏除去残存的甲醇。将蒸馏后的产品溶于IOOmL丙酮中，置于0°C的冰箱中结晶20h，负压过滤、干燥， 得白色晶体，即0. 5代树枝形有机纳米复合相变储热材料。将Imol 0. 5代相变储热材料加入到带有磁力搅拌子、回流冷凝管和温度计的三口瓶中，加入7mol乙二胺和0. 3mol Na2SO4 ·IOH20,100°C反应36h后，将反应混合物转入分液漏斗中，静置池，分出下层液体，用甲醇洗涤下层液体。在70°C和250 的压力下进行减压蒸馏除去过量甲醇和原料乙二胺。将蒸馏后的产品溶于150mL丙酮中，置于0°C的冰箱中结晶30h，负压过滤、干燥， 得白色晶体，即1代树枝形有机纳米复合相变储热材料。将Imol 1代相变储热材料加入到带有磁力搅拌子、回流冷凝管和温度计的三口瓶中。加入8mol丙烯酸甲酯和0. 4mol Na2SO4 · IOH20,120°C反应48h后，将反应混合物转入分液漏斗中，静置池，分出下层液体，用甲醇洗下层液体。在60°C和300 的压力下进行减压蒸馏除去过量甲醇和原料丙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．树枝形有机纳米复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）将丙烯酸甲酯和相变材料，加入乙二胺和甲醇的混合溶液，反应，静置，收集下层液体，除去其中的甲醇后的产品在丙酮中结晶，收集结晶物；（２）将乙二胺和相变材料，加入步骤（１）的产物，反应，静置，收集下层液体，除去其中的甲醇和乙二胺后的产品在丙酮中结晶，收集结晶物；（３）将丙烯酸甲酯和相变材料，加入步骤（２）的产物，反应，静置，收集下层液体，除去其中的甲醇的产品在丙酮中结晶，收集结晶物；（４）将乙二胺和相变材料，加入步骤（３）的产物，反应，静置，收集下层液体，除去其中的甲醇和乙二胺后的产品在丙酮中结晶，收集结晶物，获得树枝形有机纳米复合相变储热材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王锦成，陈思浩，郭燕，徐楠，徐善中，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：31