一种网络多孔聚合物基复合相变材料的制备方法技术

本发明专利技术属于复合相变材料领域，具体涉及一种多孔网络聚合物基复合相变材料的制备方法。其制备方法首先选择性的制备一种多孔网络材料基材，根据芯材的大小和种类对其进行配体的选择及材料表面极性的调控，然后将相变芯材配制成溶液，把制备好的多孔网络聚合物材料分散于配制好的相变材料溶液中，利用孔道的毛细作用力吸附相变材料，干燥后得到具有定型效果的多孔网络聚合物基复合相变材料。本发明专利技术的优点在于，所制备的复合相变材料不但可以有效避免相变芯材泄露的问题，而且具有芯材选材多样化、材料热稳定、储能密度大及循环性好等特点，并具有成本低且应用范围广的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种网络多孔聚合物基复合相变材料的制备方法
本专利技术属于复合相变材料领域，具体涉及一种多孔网络聚合物基复合相变材料的制备方法。
技术介绍
随着社会的不断发展以及传统化石能源的日渐枯竭，新型能源如太阳能、风能、海洋能、地热能替代传统能源成为能源开发、环境保护以及人类可持续发展的必经之路。然而这些新型能源和传统能源相比，往往存在着间歇性、波动性，受天气、时间以及地理位置的影响比较大，导致能量供需在时间和空间上的不匹配、不协调、不同步，造成能源使用的效率低下。因此，如何解决上述问题成为目前新型能源大规模应用的一大难题。相变储能技术由于可以通过相变储能材料的物相转换实现能量的存储和释放，是解决上述难题的有效途径。目前，相变储能技术已在航空航天、建筑节能控温、电力移峰填谷、工业余热回收再利用、太阳能利用等领域得到了广泛的应用。相变储能材料(PCMs)作为相变储能技术的核心材料目前应用最多的是固-液相变储能材料，通过相变材料固相与液相的相互转换实现能量的存储与释放。为防止液相的相变材料在使用过程中发生泄漏，传统的方法是先将相变材料密封在外在容器中，虽然该方法能够有效封装相变材料，但是外在的封装容器增加了相变材料与热源的热阻，降低了热量的传输，同时大幅增加了储能设备的比重，给大范围使用多造成不便。近来，以多孔材料作为载体，借助孔道间的毛细作用力，将相变材料吸附在多孔载体孔道内制备出复合型的相变材料则有效解决了上述问题。该类复合型相变材料不仅可以有效解决相变材料的泄漏问题，同时还提高了相变材料的能量储存密度和传热性能。常见的多孔载体主要包括金属泡沫、多孔陶瓷、天然多孔矿物(如膨润土、硅藻土)、介孔二氧化硅以及其他的一些多孔碳材料(如膨胀石墨、碳纳米管、活性炭、石墨烯)。然而，这些多孔材料密度大，吸附相变材料的能力有限；另外，多孔陶瓷存在抗热震性能差；碳纳米管和石墨烯等存在着价格昂贵，无法大规模生产，性价比低的缺点。这些多孔材料的缺陷严重影响其在相变领域中的推广使用。因此开发一种廉价的高孔隙率的多孔材料并将其应用于相变储能领域，对相变材料在生产和生活中的应用具有重要的意义。多孔网络聚合物(PNPs)是一种新型的共价有机骨架材料(COFs)，通过共价键而形成的三维网络多孔材料，该类材料有别于传统的COFs，这是因为传统的COFs的孔径分布主要集中在微孔到介孔区间，虽然具有很大的比表面积，但是也存在孔尺寸小和孔隙率低的缺陷，导致相变储能效率低下；而PNPs的孔径主要为大孔，尺寸在几到几十个微米，以三维网络的方式存在，该类材料具有非常大的孔隙率，由于制备PNPs的有机配体的选择范围很广，可以根据相变材料的性质进行调整，实现相变材料与PNPs表面更好的兼容，同时，该类材料是以共价键形式构成的骨架，具有很强的热稳定性。基于多孔网络聚合物材料以上的特点，非常需要开发一种新型多孔网络聚合物基复合相变材料，以有效克服现有复合相变材料储能密度低下，兼容性以及耐热性差、性价比低等缺点，使之具有更加广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过直接合成法制备一种多孔网络聚合物载体，并将其应用于复合相变材料中，该类复合相变材料不仅能够有效防止相变材料出现泄露，同时还具有芯材选材多样化、材料热稳定、储能密度大及循环性好，成本低且应用范围广的优势。本专利技术的技术方案是：1)首先制备一种多孔网络聚合物载体，根据芯材的大小和种类选择不同的配体，以更好的匹配所要负载的相变芯材；2)采用溶液浸渍法，将多孔网络聚合物载体材料分散于配制好的含有相变芯材的溶液中，利用多孔材料的孔道结构吸附相变材料，在高于相变温度下除去溶剂，得到多孔网络聚合物基复合相变材料。具体制备步骤为：(1)多孔网络聚合物的制备：将四臂醛和二胺配体加入到溶剂中配制成均相溶液，向溶液中加入一定量的1～5M的醋酸溶液，分散均匀后密封放入到40～150℃的烘箱中，保温24-72h，冷却后过滤洗涤，在40～150℃下干燥2～72h后得到多孔网络聚合物材料。其中，四臂醛：二胺配体：酸的摩尔比为：1～50:1～50:0～10。(2)复合相变材料的制备：将步骤(1)制备的多孔网络聚合物基材分散于10～50ml的含有可溶性相变材料的溶剂中，待分散均匀后，在40～500℃下干燥24～72h，得到多孔网络聚合物基复合相变材料。可溶性相变材料和多孔网络聚合物基体的质量比为1～100：1～100。步骤(1)所述的二胺配体包括对苯二胺、2,5-二甲基对苯二胺、2-氟-5-甲基-1,4-苯二胺、2-硝基对苯基二胺、2-氯-5-甲基-1,4-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、3,4'-二氨基二苯基甲烷、4，4’-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯甲酮、4,4'-二氨基-3,3'-二甲基二苯甲烷、2,2-双(4-氨基苯基)丙烷、4,4'-亚甲基双(2,6-二甲基苯胺)、4-(4-氨基-2,5-二甲基苄基)-2,5-二甲基苯胺、1,1-双(4-氨基苯基)环己烷、4,4'-亚甲基双(2-乙基-6-甲基苯胺)、4,4'-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)、α,α'-双(4-氨基苯基)-1,4-二异丙基苯、1,4-亚苯基二[[4-(4-氨基苯氧基)苯基]甲酮]等其中的一种或几种。步骤(1)和步骤(2)所述溶剂包括无水乙醇、无水甲醇、水、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、乙腈、甲苯、1,4二氧六环、N,N二甲基甲酰胺、N,N二乙基甲酰胺等其中的一种或几种。步骤(2)所述的可溶性相变材料包括：多元醇类，具体包括聚乙二醇(平均分子量为1000-20000)、季戊四醇、新戊二醇等；脂肪酸类，具体包括硬脂酸(十八酸)、肉豆蔻酸(十四酸)、棕榈酸(十六酸)、癸酸(十酸)、月桂酸(十二酸)、十五烷酸、癸二酸等；石蜡类，具体包括石蜡-58、石蜡-52、石蜡-54、石蜡-56等；聚氧乙烯醚类，具体包括c16e2、brij-52、brij-56、brij-58、brij-58(r)、brij(r)-52、brij(r)-56、brij(r)-58等；直链烷烃类，具体包括正十烷、正十四烷、正十六烷、正十八烷等；结晶水合盐类，具体包括十水碳酸钠、十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、六水氯化钙、三水醋酸钠、五水硫代硫酸钠等；可溶性相变材料的选择为以上材料中的一种或几种。本专利技术的优点在于：1)通过一步直接合成法开发一种新型多孔网络聚合物材料，该类多孔材料合成方法简单，产量大，后处理工艺方便、适合规模化生产；2)该类多孔网络聚合物材料密度低，孔隙率大，耐热性能好。以此材料为载体得到的复合相变材料不但可以有效避免相变芯材泄露的问题，而且芯材选材广泛，储能密度高，循环稳定性好，适合不同温度区间储能及控温，应用范围广。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的多孔网络聚合物SBQD的扫描电镜照片。图2为本专利技术实施例1中制备得到的多孔网络聚合物基复合相变材料PEG-6000@SBQD的扫描电镜照片。图3为本专利技术实施例1中得到的负载不同质量百分比PEG-6000的多孔网络聚合物基复合相变材料PEG-6000@SBQD的红外图。图4为本专利技术实施例2得到的多孔网络聚合物SBQDB的扫描电镜照片。具体实施方式下面结合具体的实施方式对本专利技术的技术方案做进一步说明。配体四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔网络聚合物基复合相变材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：1)多孔网络聚合物的制备将四臂醛和二胺配体加入到溶剂中配制成均相溶液，向溶液中加入一定量的1~5M的醋酸溶液，分散均匀后密封放入到40~150 ℃的烘箱中，保温24‑72 h，冷却后过滤洗涤，在40~150 ℃下干燥2~72 h后得到多孔网络聚合物材料，其中，四臂醛：二胺配体：酸的摩尔比为：1~50: 1~50: 0~10；2) 复合相变材料的制备    将步骤1)制备的多孔网络聚合物基材分散于10～50 ml的含有可溶性相变材料的溶剂中，待分散均匀后，在40~500℃下干燥24~72 h，得到多孔网络聚合物基复合相变材料，可溶性相变材料和多孔网络聚合物基体的质量比为1~100：1~100。

【技术特征摘要】
1.一种多孔网络聚合物基复合相变材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：1)多孔网络聚合物的制备将四臂醛和二胺配体加入到溶剂中配制成均相溶液，向溶液中加入一定量的1～5M的醋酸溶液，分散均匀后密封放入到40～150℃的烘箱中，保温24-72h，冷却后过滤洗涤，在40～150℃下干燥2～72h后得到多孔网络聚合物材料，其中，四臂醛：二胺配体：酸的摩尔比为：1～50:1～50:0～10，其中四臂醛：二胺配体：酸的摩尔比不取1～50:1～50:0；2)复合相变材料的制备将步骤1)制备的多孔网络聚合物基材分散于10～50ml的含有可溶性相变材料的溶剂中，待分散均匀后，在40～500℃下干燥24～72h，得到多孔网络聚合物基复合相变材料，可溶性相变材料和多孔网络聚合物基体的质量比为1～100：1～100；所述四臂醛的结构式为：2.如权利要求1所述的多孔网络聚合物基复合相变材料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的二胺配体包括对苯二胺、2,5-二甲基对苯二胺、2-氟-5-甲基-1,4-苯二胺、2-硝基对苯基二胺、2-氯-5-甲基-1,4-苯二胺、2,3,5,6-四甲基-1,4-苯二胺、3,4'-二氨基二苯基甲烷、4，4’-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯甲酮、4,4'-二氨基-3,3'-二甲基二苯甲烷、2,2-双(4-氨基苯基)丙烷、4,4'-亚甲基双(2,6-二甲基苯胺)、4-(4-氨基-2,5-二甲基苄基)-2,5-二甲基苯胺、1,1-双(4-氨基苯基)环己烷、4,4'-亚甲基双(2-乙基-6-甲基苯胺)、4,4'-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)、α,α'-双(4-氨基苯基)-1,4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王戈，汤甲，杨明，金召奎，谭丽，王静静，安迪，底巴罗，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11