[发明专利]一种高导热中温定形相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合定形相变储热材料的制备，具体的说是一种以纳米碳材料为导热填料的具有很高相变潜热和导热性能，并且在温度低于或高于其相变温度时均呈固态且形状稳定的中温复合定形相变储热材料及其制备方法。

背景技术

当前人们使用的能源主要为化石能源如石油和煤炭等。但是化石能源高昂的价格以及日益严重的环境问题，使人们越来越重视清洁能源的开发利用和能源的高效利用。其中，清洁能源的杰出代表是太阳能，而工业余（废）热回收利用则是一种提高能源利用效率的有效手段。

太阳能是最佳的清洁能源之一，它取之不尽，用之不竭，本身无任何污染。太阳能的开发利用可分为光－化学转换、光－电转换和光－热转换三种。其中光－热转换，也就是太阳能热利用，具有转化效率高，无污染的优点。但是由于太阳辐射的波动，同时由于太阳能的获取与热能使用通常会存在时间与空间差，因此必须解决热能存储的问题。最常用的方法是使用相变储热材料。热能是人们利用最多的能源形式，人们的生产生活中，许多活动或过程都要利用热能。因此，实现生产生活过程中的余（废）热回收是实现热能高效利用的重要手段。其中，工业余（废）热具有温度较高，热能品位高，热能产生量大的特点。但是通常工业余（废）热的产生与热能的利用也存在时间和空间上差。因此，要实现工业余（废）热回收利用也要解决热能存储的问题，同样，使用相变储热材料是解决热能存储问题的首选。

太阳能吸收式制冷直接利用太阳辐照产生的热能驱动，换言之，是直接将太阳能转化为冷能，在制冷时不会使环境变得更热。而使用化石能源制冷则会使环境变得更热。因此在太阳能热利用领域，太阳能吸收式制冷正越来越得到人们的重视，太阳能吸收式制冷要求制冷系统的热源温度在80℃以上。在工业余（废）热回收利用领域，80℃以上的热源温度也较为常见。因此，理想的应用于太阳能吸收式制冷和工业余（废）热回收利用的相变材料的相变温度也应该处理该温度范围内。

糖醇类物质的固液相变温度在83～190度之间，且具有高的相变潜热，非常适合用于太阳能吸收式制冷系统和工业余（废）热回收利用系统的热能存储。而且它是一类环境友好型材料，在食品添加剂领域已被应用于甜味剂。但是作为固液相变材料，它的实际使用必须解决封装的问题，手段之一就是将其制成定形相变材料。当温度高于定形相变材料的相变点时，它在宏观上仍然表现为固态，便于其应用。此外，在定形相变材料中，支撑材料的含量可以很低，可以维持其具有尽量高的相变潜热；且材料的制备过程通常比较简单，这是定形相变材料相比于微胶囊相变材料的主要优势。聚苯胺是一类导电高分子材料，制备过程非常简单，同时它具有优良的环境稳定性和热稳定性，在热解之前（通常在250度左右开始高分子骨架的热解）不会软化。考虑到它的热稳定性，当将其应用于糖醇类定形相变材料的支撑材料时，相比其他高分子材料，聚苯胺具有明显的优势。

此外，应用于热能存储的相变材料应该具有好的导热性能，以便于快速吸收热能。有机类定形相的导热系数通常较低，而纳米碳材料具有导热系数高，比表面积高，长径比大的特点，是一种理想的导热增强填料。为此，本发明公开了一种以聚苯胺为支撑材料，以糖醇为相变储热材料，以纳米碳材料为导热填料的定形相变材料及其制备方法。通过该方法制备的复合定形相变材料，导热填料被支撑材料锚固，不会在相变材料的使用过程中沉降分离而影响其性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高导热性能和高相变潜热的复合定形相变储热材料及其制备方法。该复合定形相变材料以聚苯胺为支撑材料，以糖醇为相变储热材料，以纳米碳材料为导热填料；其制备方法简单，是一种优良的相变材料，可用于太阳能吸收式制冷、工业废热回收等领域。而且复合定形相变储热中的导热填料被支撑材料锚固，不会在材料的使用过程中沉降分离而影响其性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高导热高潜热复合定形相变储热材料的制备方法，具体过程为：先制得纳米碳材料的无水乙醇分散液，再加入一定量糖醇、表面活性剂和一定量无水乙醇，并将混合物在50～75℃下搅拌回流使糖醇和表面活性剂全部溶解；在剧烈搅拌下将溶液降至室温得到稳定悬浮液；往该悬浮液中加入苯胺和酸液并搅拌混合均匀后，将混合物温度降至0～15℃，然后加入过氧化苯甲酰引发苯胺的聚合反应，反应16～30小时后经过滤、有机溶剂洗涤并干燥得到复合定形相变储热材料。