[发明专利]树枝形有机纳米复合相变储热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机纳米复合相变储热材料及其制备方法。

背景技术

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(CN200810202404，一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。

发明内容

本发明的目的是提供一种树枝形有机纳米复合相变储热材料及其制备方法，以克服现有材料的缺陷。

本发明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℃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℃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Na₂SO₄·10H₂O、CaCl₂·6H₂O、Na₂CO₃·10H₂O、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℃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℃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Na₂SO₄·10H₂O、CaCl₂·6H₂O、Na₂CO₃·10H₂O、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。