[发明专利]形状稳定相变材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种低密度、高相变焓值的形状稳定相变储热（蓄冷）材料，解决了相变材料使用过程中的易泄露和不耐形变的缺点。本发明分为两部分：一方面对现有胶凝材料进行重新设计，采用低成本的自身模板法，以热固性高分子材料作为胶凝材料，制备高负载量的形状稳定相变材料，从而实现相变材料具有较大的相变焓值；另一方面，采用具有“栅格”且耐迁移的复合包装材料装载上述相变材料，进一步提高相变材料体系的耐迁移和抗形变特性，从而整体上实现相变储热（蓄冷）材料的轻量化和高相变焓值。

技术领域

本发明属于相变储热(蓄冷)领域，具体涉及相变储热(蓄冷)材料的凝胶化制备和耐迁移、抗形变的柔性相变储热(蓄冷)材料。

背景技术

在相变储热(蓄冷)材料应用中，为了满足不同应用领域的要求，已经发现诸多相变材料可以满足不同应用领域的温度要求。如应用于低温保鲜领域的相变材料有相变温度为-30～24℃的无机盐溶液、石蜡、聚乙二醇(PEG)、有机醇等；应用于空调节能、建筑恒温环境中，有无机盐水合物、石蜡、PEG、有机酸等。这些相变储热(蓄冷)材料在相变前后均存在固液转变，因此这些相变材料统称为固液相变材料。未经任何包覆(负载)和凝胶化改性的固液相变材料在相变温度以上为液体，在使用过程中为了防止固液相变材料出现泄漏，目前主要采用以下三类方式：通过塑料容器或袋子封装固液相变材料、通过物理吸附或增容固液相变材料制备成形状稳定相变材料、通过化学反应将具有反应活性的固液相变材料如PEG通过聚氨酯合成转变为固固相变材料。然而，目前上述方法如塑料容器封装相变材料存在额外的容器重量、增加运输成本、容器回收利用性差、导致使用成本高等缺点。采用柔性聚乙烯塑料袋封装无机相变蓄冷剂如冰袋已经得到广泛应用；虽然解决了塑料容器的问题，但是目前该类聚乙烯柔性包装应用于有机相变材料如石蜡、有机醇等固液相变材料封装时，聚乙烯等柔性包装材料对其阻隔性差，储存及使用过程中有机相变材料分子一直向外渗透，容易对运输物产生污染。严重时渗透出来的有机小分子相变材料在静电作用下也会产生火灾等隐患。另外，现有的柔性聚乙烯封装袋抗形变性能差，特别是对于装载密封大量相变材料后，受重力影响，易出现下端聚集大量液体，上端仅少量相变材料的问题，不利于相变材料的均匀分布，引起温度分布不均匀等问题，导致部分医药品失效。采用吸附剂如多孔材料或高比表面粉末材料吸附固液相变材料制备成形状稳定相变材料虽然可以解决固液相变材料的泄露问题，但是传统廉价的多孔材料如膨胀石墨、二氧化硅、木粉等材料对固液相变材料的负载量低(通常只有100～200％)，导致该类方法制备的形状稳定相变材料焓值低。近年来，为了提高固液相变材料的负载量实现高相变焓值，以牺牲模板法、冰模板-冷冻干燥法等制备的介孔碳材料、石墨烯等无机气凝胶材料陆续报道出来，并具有很高的固液相变材料负载量(＞1000％)，同时具有几乎与固液相变材料相当的相变焓值。但是上述材料存在制造成本高昂、无法实现产业化应用等缺点。实际上形状稳定相变材料中当固液相变材料负载量超过900％以后，其相变焓值已经和原固液相变材料几乎一致，继续提高负载量，相变焓值的提升空间已经不大，且过大的负载量导致材料受挤压后，固液相变材料犹如海绵里的水一样会明显泄露。固固相变材料虽然也可以很好解决固液相变材料的泄露，但也存在相变焓值低等问题，这主要是由于固液相变材料接枝到分子链上，受交联体系的影响，相变分子链段结晶受阻，结晶不完善。

因此开发一种具有负载量高(＞400％)、阻隔性优良、抗形变的封装形状稳定相变材料体系对于相变储热(蓄冷)体系，特别是对于目前医药品、水果、海鲜等冷链运输具有重要意义。

发明内容