本發明專利技術涉及一種三元脂肪酸?二氧化硅復合定性相變材料的制備方法，以脂肪酸為相變芯材，并根據適用溫度范圍選擇三元低共融物脂肪酸的種類，利用具有三維網絡結構的二氧化硅為無機載體對芯材進行封裝束縛，從而得到相變溫度和潛熱有所不同的復合定形相變材料。載體的支撐作用可以保證相變材料的不流動性和可加工性，可確保其在相變過程中不發生滲漏現象，因此整個復合材料仍能保持其固體的形狀和性能，從而保證了復合定形相變材料的儲能穩定性質。本發明專利技術的復合定形相變材料潛熱高且相變溫度可調，無明顯相分離現象，可廣泛應用于建筑節能材料、調溫服裝、太陽能利用、醫療材料和余熱回收等領域。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及相變儲能材料和多孔基體材料制備技術交叉領域，涉及一種三元脂肪酸-二氧化硅復合定形相變材料的制備方法，具體涉及熔融混合結合超聲振蕩制備脂肪酸低共熔物，以及利用溶膠-凝膠工藝將液態相變材料均勻分散于Si-O-Si無機網絡結構中進一步制備出復合定形相變材料。
技術介紹
脂肪酸是自然界存在最廣泛的一類固-液相變材料，其具相變潛熱大、無毒和環?？裳h使用等優點從而具有較廣闊的應用領域。然而單一脂肪酸的熔點往往較高，可根據最低共熔點理論，將兩種或者多種脂肪酸按照一定配比進行混合，從而得到更適合中低溫領域的脂肪酸低共熔物，拓寬了其使用范圍和提高了經濟價值。然而脂肪酸在相變過程中易發生液相物質滲漏從而降低儲能性質，因此可利用載體材料對其進行負載從而制備復合定形相變材料，這樣既限制了液態相變材料的流動同時其力學性和穩定性均可得到明顯改善。目前，如何將脂肪酸封裝定形是其作為相變儲能材料研究領域中備受關注的課題，因此選擇和利用適宜的載體將脂肪酸有效地包覆并固定是目前研發工作的關鍵。常見的定形技術主要包括熔融混合與超聲振蕩結合法,微膠囊法,溶膠凝膠法和化學接枝法等。熔融混合與超聲振蕩結合法的工藝簡單，但因載體與芯材之間僅靠簡單的物理吸附作用結合，其封裝穩定性一般。微膠囊法粒徑小可增大總體散熱面積且可加工性強，但工藝復雜且膠囊化效率較低。化學接枝法封裝穩定性好但導熱性能差且不利于蓄熱放熱的快速響應。溶膠-凝膠法是目前使用較為廣泛并可在常溫實現功能附著的一種濕式化學法。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服單一脂肪酸相變溫度過高和適用范圍窄的缺點，而提供了一種三元脂肪酸-二氧化硅復合定形相變材料的制備方法。本專利技術的技術方案是：一種三元脂肪酸-二氧化硅復合定性相變材料的制備方法，其具體步驟如下：⑴將三種長鏈脂肪酸按照計算比例稱量加入容器中，塞緊橡膠塞密封后置于50～60℃水浴中加熱25-30min，待混合物完全熔融混合后超聲分散，從而得到三元低共熔物脂肪酸，然后放入烘箱中備用；⑵將前驅體、無水乙醇以及去離子水按比例混合均勻后，將混合液pH調整至3～4之間，并通過磁力攪拌機攪拌均勻；⑶隨后將反應體系pH調整至6～8，將熔融態的三元低共熔物脂肪酸混入，并水浴中攪拌后再次超聲分散；⑷將上述混合溶液分別密封置于無水乙醇中老化24-28h，溫度控制在48-50℃，用正己烷進行溶劑置換以替代殘留部分乙醇溶劑；⑸加入改性劑對復合凝膠表面進行改性處理，然后將該凝膠置于烘箱中烘至恒重，最終得到三元脂肪酸-二氧化硅復合相變材料。優選步驟(1)中所述的長鏈脂肪酸為三元體系，具體配比如下：癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸的質量比為1：(0.5-0.6)：(0.3-0.4)，癸酸-月桂酸-棕櫚酸的質量比為1：(0.5-0.6)：(0.1-0.2)，癸酸-肉豆蔻酸-棕櫚酸的質量比為1：(0.3-0.4)：(0.2-0.25)，月桂酸-肉豆蔻酸-棕櫚酸的質量比為1：(0.6-0.7)：(0.3-0.4)。優選步驟(2)中所述的前驅體為正硅酸四乙酯；前驅體：無水乙醇：去離子水按照1:(4～6):(6～8)的質量比例混合；磁力攪拌機轉速為350-400r/min，攪拌時間為28-30min。優選步驟(3)中所述的水浴溫度為55-60℃，攪拌時間為55-60min。優選步驟(3)中三元脂肪酸體系摻量為相變材料質量的40-65％。優選步驟(5)中所述的改性溫度為48-50℃，改性時間為10-12h；所述的烘箱溫度為55-60℃。優選述改性劑為三甲基氯硅烷或正己烷中的一種，改性劑摻入量為復合凝膠質量的10～15％。有益效果：⑴長鏈脂肪酸作相變芯材具有成本低、無毒、熱穩定性好、相變過程中無過冷和相分離現象、相變潛熱高且來源廣泛易得，實際使用中可以選擇不同種類脂肪酸按照不同質量比例進行復配從而得到相變溫度可調且更適合于常溫領域應用要求的三元脂肪酸混合物。另外，三元脂肪酸低共熔物的制備過程簡單、安全、省時易得。⑵施羅德公式對于三元相變體系的組成配比和熱物性預測較準確(本專利技術中的四組三元脂肪酸低共熔物的估算值與DSC測試數值之間的偏差，相變潛熱＜20J/g，相變溫度＜5℃)，由于首先要根據應用領域選擇合適相變溫度，因此在實際對脂肪酸低共熔物的制備和應用的具有一定參考作用。⑶二氧化硅作為比表面積大且多孔隙的三維結構載體，能夠將相變芯材均勻牢固地嵌鎖其骨架內部，有效緩解了固-液相變材料在相變過程中的滲漏。⑷疏水處理過的二氧化硅凝膠結構具有良好疏水功能，保證了載體的完整結構及其對于芯材有機脂肪酸的牢固束縛。⑸本專利技術的三元脂肪酸/二氧化硅復合定形相變材料，相變潛熱高且熱穩定性好，可以通過改變相變芯材的種類和質量配比來調控其相變溫度得到滿足應用條件的復合材料。附圖說明圖1為本專利技術實施例1的LA-MA-PA/二氧化硅復合相變材料的實物圖；圖2為本專利技術實施例1的LA-MA-PA/二氧化硅復合相變材料的SEM圖；圖3為本專利技術實施例1的LA-MA-PA/二氧化硅復合相變材料的DSC圖。具體實施方式下面通過實施例進一步說明本專利技術。實施例1首先，利用電子天平分別稱取月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)和棕櫚酸(PA)按照1:0.7:0.38的共晶質量進行配比，加入試管中蓋好橡膠塞密封待混合物完全熔融混合后在60℃水浴中加熱25min然后超聲分散。正硅酸四乙酯、無水乙醇和去離子水按照TEOS:H2O:EtOH＝1:5:7的比例混合后，加入鹽酸將溶液pH調整至3，并經磁力攪拌機(轉速為350r/min)均勻攪拌30min。加入稀氨水調整反應體系pH至7，將熔融態的LA-MA-PA三元低共熔物脂肪酸混入，并于60℃水浴中攪拌58min后再次超聲分散。將混合溶液分別密封置于正硅酸四乙酯/無水乙醇混合液中各老化24h，老化溫度為48℃，用正己烷進行溶劑置換以替代殘留部分乙醇溶劑。加入占復合凝膠質量10％的三甲基氯硅烷對復合凝膠表面進行改性處理，其中改性溫度和時間分別為50℃和10h。將該凝膠置于60℃烘箱中烘至恒重，得到相變溫度30.0℃且為潛熱為99.3J/g的LA-MA-PA/二氧化硅復合相變材料。實施例2首先，利用電子天平分別稱取月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)和棕櫚酸(PA)按照1:0.64:0.35的共晶質量進行配比，加入試管中蓋好橡膠塞密封待混合物完全熔融混合后在60℃水浴中加熱25min然后超聲分散。正硅酸四乙酯、無水乙醇和去離子水按照TEOS:H2O:EtOH＝1:5:7的比例混合后，加入鹽酸將溶液pH調整至3，并經磁力攪拌機(轉速為350r/min)均勻攪拌30min。加入稀氨水調整反應體系pH至7，將熔融態的LA-MA-PA三元低共熔物脂肪酸混入，并于60℃水浴中攪拌58min后再次超聲分散。將混合溶液分別密封置于正硅酸四乙酯/無水乙醇混合液中各老化24h，老化溫度為48℃，用正己烷進行溶劑置換以替代殘留部分乙醇溶劑。加入占復合凝膠質量10％的正己烷對復合凝膠表面進行改性處理，其中改性溫度和時間分別為50℃和10h。將該凝膠置于60℃烘箱中烘至恒重，得到相變溫度25.0℃且為潛熱為98.2J/g的LA-MA-PA/二氧化硅復合相變材料。實施例3首先，利用本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種三元脂肪酸?二氧化硅復合定性相變材料的制備方法，其具體步驟如下：⑴將三種長鏈脂肪酸按照計算比例稱量加入容器中，塞緊橡膠塞密封后置于50～60℃水浴中加熱25?30min，待混合物完全熔融混合后超聲分散，從而得到三元低共熔物脂肪酸，然后放入烘箱中備用；⑵將前驅體、無水乙醇以及去離子水按比例混合均勻后，將混合液pH調整至3～4之間，并通過磁力攪拌機攪拌均勻；⑶隨后將反應體系pH調整至6～8，將熔融態的三元低共熔物脂肪酸混入，并水浴中攪拌后再次超聲分散；⑷將上述混合溶液分別密封置于無水乙醇中老化24?28h，溫度控制在48?50℃，用正己烷進行溶劑置換；⑸加入改性劑對復合凝膠表面進行改性處理，然后將該凝膠置于烘箱中烘至恒重，最終得到三元脂肪酸?二氧化硅復合相變材料。
【技術特征摘要】
1.一種三元脂肪酸-二氧化硅復合定性相變材料的制備方法，其具體步驟如下：⑴將三種長鏈脂肪酸按照計算比例稱量加入容器中，塞緊橡膠塞密封后置于50～60℃水浴中加熱25-30min，待混合物完全熔融混合后超聲分散，從而得到三元低共熔物脂肪酸，然后放入烘箱中備用；⑵將前驅體、無水乙醇以及去離子水按比例混合均勻后，將混合液pH調整至3～4之間，并通過磁力攪拌機攪拌均勻；⑶隨后將反應體系pH調整至6～8，將熔融態的三元低共熔物脂肪酸混入，并水浴中攪拌后再次超聲分散；⑷將上述混合溶液分別密封置于無水乙醇中老化24-28h，溫度控制在48-50℃，用正己烷進行溶劑置換；⑸加入改性劑對復合凝膠表面進行改性處理，然后將該凝膠置于烘箱中烘至恒重，最終得到三元脂肪酸-二氧化硅復合相變材料。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的長鏈脂肪酸為三元體系，具體配比如下：癸酸-月桂酸-肉豆蔻酸的質量比為1：(0.5-0.6)：(0.3-0.4)，癸酸-月桂酸-棕櫚酸的質量比為1：(0.5-0...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李東旭，李琳，張樹鵬，王立國，
申請(專利權)人：南京工業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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