一种生物基热释放可控的定形相变材料及其制备与应用

本发明属于复合定形相变材料领域，特别是涉及通过交联反应等方法制备聚合物载体去负载相变材料合成可用于长期热能存储与转化、实现热释放可控的定形聚合物/相变材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类社会的高速发展，人们对能源的需求也是越来越大，而石油、煤、天然气等目前大量使用的传统化石能源是有限且不可再生的，但是在新能源的开发和利用中能量供需存在着时空上的不匹配和转换效率不高的问题，这些问题都是亟需解决的。

2、相变材料可以在相变过程中吸收或释放大量的潜热并保持温度基本恒定，目前已经广泛的应用的工业余热回收，节能建筑材料，电子器件热管理以及太阳能的利用等诸多领域。利用相变材料的过冷度大的特点可以将能量长时间存储起来，但是相变材料过冷状态的不稳定以及相变过程中的泄露问题严重影响实际应用。

3、本发明以离子交联的聚合物为载体通过负载高焓值及过冷度大的糖醇相变材料得到的生物基热释放可控的定形相变材料，可以将能量长期存储起来，并在需要时通过再加热或者外加机械力等方法进行能量的释放。材料良好的稳定性避免了能量长期存储时的不必要浪费以及相变时的泄露问题。因此，该材料在能量的长期储存上具有广泛的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种生物基热释放可控的定性相变材料及其制备方法，以解决上述背景技术中所提到的问题。

2、合成生物基热释放可控的定形相变材料包括以下步骤:

3、(1)先将聚合物加入到容器中，再加入水溶剂之后通过溶剂法在一定温度下持续搅拌一定时间配制成一定比例的溶液，之后再加入一定量的糖醇相变材料继续搅拌一定时间，最后按照一定的比例加入离子交联剂后继续搅拌至溶液均匀。

4、(2)将(1)中得到的产物倒入至培养皿中，并将培养皿放置在烘箱中将溶剂全部烘干，得到的产物即为生物基热释放可控的定形相变材料。

5、进一步地，所述步骤(1)中聚合物为海藻酸钠、壳聚糖、明胶等其中的一种或多种。

6、进一步地，所述步骤(1)中加入的聚合物的质量和溶剂水之间的比例为0.1g:40ml-0.8g:40ml,最优范围为0.3g:40ml-0.5g:40ml。

7、进一步地，所述步骤(1)中溶剂法的持续搅拌温度为60-110℃，其中最优范围为75-90℃。

8、进一步地，所述步骤(1)中聚合物加入后搅拌的时长为0.5h-3h，其中最优范围为1-1.5h。

9、进一步地，所述步骤(1)中糖醇相变材料为赤藓糖醇、甘露醇、半乳糖醇、木糖醇中的一种或者几种。

10、进一步地，所述步骤(1)中聚合物与所加的糖醇质量比例为5:95-30:70，其中最优范围为20：80-25:75。

11、进一步地，所述步骤(1)中加入糖醇后的搅拌温度为60-110℃，其中最优范围为75-90℃。

12、进一步地，所述步骤(1)中糖醇后搅拌时间为0.5h-3h，其中最优范围为1-1.5h。

13、进一步地，所述步骤(1)中加入的离子交联剂可以为氯化锶、氯化钙、碳酸钙中的一种或者两种。

14、进一步地，所述步骤(1)中加入的离子交联剂与聚合物的质量之比为1:19-5:15，其中最优范围为1:19-3:17。

15、进一步地，所述步骤(1)中离子交联剂加入后的搅拌温度为60-110℃，其中最优范围为75-90℃。

16、进一步地，所述步骤(1)中加入离子交联剂后溶液搅拌时间为0.5h-3h,最优范围为1-1.5h。

17、进一步地，所述步骤(2)中烘干溶剂所用的烘箱温度为80-140℃，时间为3-7h，其中110-120℃烘4-6h为最优。

18、进一步地，所述步骤(2)中得到的产物需进行泄漏试验，具体过程为将滤纸平铺在培养皿上，然后将产物置于滤纸上，并且培养皿放置在烘箱之中，在高于相变材料相变温度的10-30℃范围内进行加热，直至滤纸上无液体泄露即完成实验。

19、本发明以糖醇作为相变材料，以离子交联的高分子聚合物为支撑载体，通过溶剂法合成复合相变材料。可以在降温时不发生结晶，通过再加热或施加外界机械力达到热释放可控的目的，且该材料在熔融温度以上保持良好的定形可以避免糖醇在相变时发生泄露。本方法合成的生物基热释放可控的定形相变材料糖醇相变材料在有机相变材料中属于焓值较高的一类，因此该复合相变材料具有很高的相变潜热以及优秀的热稳定性，应用前景相当可观。

20、最终制得的相变材料为相变过程中不发生泄露，且在降温过程中不发生结晶，在重新加热过程中出现冷结晶现象的生物基热释放可控的定形相变材料。该材料具有优秀的储能性能以及定形效果。

21、本发明所涉及的制备方法简单，原料环保且便宜，操作要求低，所制得的生物基热释放可控的定形相变材料具有相变潜热高，长期储热稳定。此外对于热能的可控释放极大的扩充了其应用场景。

技术特征：

1.一种生物基热释放可控的定形相变材料的制备方法，其特征在于具有以下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚合物为海藻酸钠、壳聚糖、明胶等其中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中持续搅拌温度为60-110℃，其中最优范围为75-90℃；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中所用的糖醇相变材料为赤藓糖醇、甘露醇、半乳糖醇、木糖醇中的一种或者几种；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入糖醇后的搅拌温度为60-110℃，其中最优范围为75-90℃；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入的离子交联剂可以为氯化锶、氯化钙、碳酸钙中的一种或者两种；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中离子交联剂加入后的搅拌温度为60-110℃，其中最优范围为75-90℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中烘干溶剂所用的烘干温度为80-140℃，时间为3-7h，其中110-120℃烘4-6h为最优；

9.一种权利要求1-8所述的制备方法制得的生物基热释放可控的定形相变材料。

10.一种权利要求9所述相变材料的应用，其特征在于：相变材料产品可用作热能长期储存与可控释放相变储能的相变材料。

技术总结本发明公开了一种生物基热释放可控的定形相变材料及其制备方法。该方法以糖醇作为相变材料，以离子交联的高分子聚合物为支撑载体，通过溶剂法合成复合相变材料。本方法合成的生物基热释放可控的定形相变材料可以在降温时不发生结晶，通过再加热或施加外界机械力达到热释放可控的目的，且该材料在熔融温度以上保持良好的定形可以避免糖醇在相变时发生泄露。糖醇相变材料在有机相变材料中属于焓值较高的一类，因此该复合相变材料具有很高的相变潜热以及优秀的热稳定性，应用前景相当可观。技术研发人员：史全,陈杰,寇艳受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18