一种新型固-固相变储能材料的制备方法

本发明属于相变材料制备，本发明涉及一种新型固-固相变储能材料的制备方法。

背景技术：

1、随着人类社会的发展，能源问题越来越重要。在各种提升能源效率的手段中，储热技术受到了人们的特别关注。相变材料作为一种优良的功能性储能材料,可在凝固态到熔融态的相变过程中可逆地储存热能并释放大量潜热。由于其储能容量大、储能密度高、相变温度恒定、经济效益高等优点,且能很好地满足能源供求在时空上相匹配的要求,在可再生能源的开发和高效使用方面展现出巨大的潜力。

2、根据相变材料的相变方式可以分为：固-气相变材料、固-液相变材料、液-气相变材料和固-固相变材料。固-气相变材料和液-气相变材料的相变潜热高，但是在发生相变转变时，会有气体产生，储存装置要求严格高，难以运输和储存，因此实际应用少；固-液相变材料具有体积变化小、相变温度适中、较高相变潜热的特点，固-固相变材料是通过晶型转变来完成热量储存，发生相变时具有体积变化小的优点，但其相变温度过高限制了其应用；是目前相变材料研究的一个热点。

3、固-液相变材料由于其优异的热力学性能，目前被广泛地研究，但是由于其在相变温度超过熔点时存在泄漏的问题，在实际应用中受到了限制。本发明通过化学接枝法来制备形状稳定的固-固相变材料，以解决相变产生的泄漏问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种新型固-固相变储能材料的制备方法，本发明的目的在于选择利用聚乙二醇单甲醚和木质素作为原材料，以甲苯-2,4-二异氰酸酯为交联剂，通过化学键把聚乙二醇单甲醚和木质素连接起来，合成一种形状稳定的新型固-固相变储能材料。所制备的相变材料相变温度可调，相变焓大，且反应工艺简单，容易控制。

2、本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种新型固-固相变储能材料的制备方法，以聚乙二醇单甲醚为相变材料，甲苯-2,4-二异氰酸酯为交联剂，木质素为支撑材料，二月桂酸二丁基锡为催化剂，丙酮为溶剂，通过化学接枝法制备出如式(i)所示的固-固相变储能材料，制备反应如下所示：

4、

5、上述新型固-固相变储能材料的制备方法，具体包括以下步骤：

6、(1)准备原料：按照聚乙二醇单甲醚、木质素的质量比为9:1～5:5，聚乙二醇单甲醚与甲苯-2,4-二异氰酸酯的摩尔比为1:1.1，称取聚乙二醇单甲醚、木质素以及甲苯-2,4-二异氰酸酯；

7、(2)将聚乙二醇单甲醚溶于溶剂中，和甲苯-2,4-二异氰酸酯在氮气保护下反应，反应温度40℃，反应时间2h，得到带有一个活性端-nco的聚乙二醇单甲醚溶液；

8、(3)将木质素溶于溶剂中，通过恒压滴液漏斗加入到步骤(2)中得到的聚乙二醇单甲醚溶液中，反应温度升至50℃，氮气保护下反应2～10h，得到具有固-固相变形态的共聚物溶液；

9、(4)将步骤(3)所得的共聚物溶液挥发溶剂，放入真空干燥箱干燥，即得到固-固相变材料。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(1)中，聚乙二醇单甲醚的分子量为1000～2000da。

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(1)中，使用的木质素为市售产品由玉米秸秆中提取的木质素(工厂厂家为山东龙力基团)。

12、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(2)中，溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的任意一种。溶剂体积优选为10ml。

13、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(3)中，木质素相对于溶剂的质量分数为10wt％。

14、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(3)中，溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的任意一种。

15、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(4)中，挥发溶剂的快速方法是：以丙酮作为溶剂时：将共聚物的溶液倒入培养皿中，放入鼓风干燥箱中50℃恒温10-12h。以n,n-二甲基甲酰胺作为溶剂时：将共聚物的溶液倒入培养皿中，放入鼓风干燥箱中50℃恒温24-48h。以二甲基亚砜作为溶剂时：将共聚物的溶液倒入培养皿中，放入鼓风干燥箱中50℃恒温24-48h。

16、本发明通过化学接枝法制备固-固相变储能材料时，反应分两步进行，第一步是将聚乙二醇单甲醚和甲苯-2,4-二异氰酸酯反应，通过限制特定摩尔比得到带有一个活性端-nco的聚乙二醇单甲醚溶液；第二步是在第一步的基础上加入木质素，通过木质素上的羟基与-nco基团反应来完成接枝共聚。

17、本发明与现有技术相比的有益效果是：

18、(1)本发明选择了市场上易于购买和保存运输、价格便宜的原材料，不需要额外的封装或包裹处理。

19、(2)本发明限定了具体的聚乙二醇单甲醚、木质素之间的配比，反应温度及时间等工艺条件和化学工艺方法，使聚乙二醇单甲醚和木质素之间的反应过程简单，条件易于控制。

20、(3)本发明制备的固-固相变储能材料相变温度可调，相变焓大，可溶性好，具有广阔的应用范围。

21、(4)该制备反应方法具有效率高、选择性好、反应条件温和以及反应过程简单等优点。

22、(5)为了解决其相变过程中会发生泄漏的问题，本发明通过化学接枝法将其接枝到骨架材料木质素上，来制备形状稳定的相变材料，即宏观固-固相变材料，微观固-液相变材料，能在相转变过程中不会发生泄漏。

技术特征：

1.一种固-固相变储能材料的制备方法，其特征是，以聚乙二醇单甲醚为相变材料，甲苯-2,4-二异氰酸酯为交联剂，木质素为支撑材料，二月桂酸二丁基锡为催化剂，丙酮为溶剂，通过化学接枝法制备出如式(i)所示的固-固相变储能材料，制备反应如下所示：

2.如权利要求1所示的一种固-固相变储能材料的制备方法，其特征是，具体包括以下步骤：

3.如权利要求2所示的一种固-固相变储能材料的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中，聚乙二醇单甲醚的分子量为1000～2000da。

4.如权利要求3所示的一种固-固相变储能材料的制备方法，其特征是，所述步骤(2)中，溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的任意一种。

5.如权利要求4所示的一种固-固相变储能材料的制备方法，其特征是，所述步骤(3)中，木质素相对于溶剂的质量分数为10wt％。

6.如权利要求5所示的一种固-固相变储能材料的制备方法，其特征是，所述步骤(3)中，溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的任意一种。

7.如权利要求6所示的一种固-固相变储能材料的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中，挥发溶剂的快速方法是：将共聚物的溶液倒入培养皿中，放入鼓风干燥箱中50℃恒温10-12h。

技术总结
本发明属于相变材料制备技术领域，公开了一种新型固‑固相变储能材料的制备方法。以聚乙二醇单甲醚为相变材料，甲苯‑2,4‑二异氰酸酯为交联剂，木质素为支撑材料，二月桂酸二丁基锡为催化剂，丙酮为溶剂，通过化学接枝法制备出固‑固相变储能材料，该制备反应方法具有效率高、选择性好、反应条件温和以及反应过程简单等优点。本发明制备的固‑固相变储能材料相变温度可调，相变焓大，可溶性好，具有广阔的应用范围。

技术研发人员：陈淑花,任子萌,张晶,钟和香
受保护的技术使用者：大连大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13