一种相变复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种相变复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)提供介孔二氧化硅，其中所述介孔二氧化硅包括多个通道；(2)通过多巴胺对所述介孔二氧化硅进行改性，使多巴胺附于所述介孔二氧化硅的通道内；(3)将经多巴胺改性的介孔二氧化硅浸渍于聚乙二醇溶液中，使聚乙二醇固载于介孔二氧化硅的通道内而作为芯材，得到相变复合材料，其中所述聚乙二醇与多巴胺中的氨基和邻苯二酚官能团形成氢键而实现与所述介孔二氧化硅紧密结合。本发明专利技术还涉及一种相变复合材料。

Phase change composite material and preparation method thereof

The invention relates to a preparation method of a composite phase change material, which comprises the following steps: (1) provide mesoporous silica, wherein the mesoporous silica comprises a plurality of channels; (2) by modification of the mesoporous silica by dopamine, dopamine that attached to the mesoporous silica channel; (3) the mesoporous silica impregnated in dopamine modified polyethylene glycol solution, the peg immobilized on mesoporous silica channel as the core material, get the composite phase change material, wherein the polyethylene glycol and dopamine in amino and catechol groups form hydrogen bonds and tightly combined with the mesoporous silica. The invention also relates to a phase change composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种相变复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种相变复合材料及其制备方法。
技术介绍
相变材料(PCMs)因具有储能密度大、输出温度与热量稳定及相变温度范围广等优点，是目前最具发展潜力的储能载体之一。相变材料被广泛应用于建筑节能、太阳能光热系统、工业余热利用、电子器件散热、空调系统和相变控温日用品等领域。聚乙二醇(PEG)因具有相变焓高、相变温度可调、无毒害、耐腐蚀和可生物降解等优点，更适合用于建筑储能材料，是当前最具应用前景的相变材料之一。但PEG相变材料在应用时存在导热性能差和易泄漏等问题。以介孔二氧化硅为载体合成定形相变材料，是解决上述问题的有效途径。已有研究结果表明，介孔二氧化硅可提高PEG的负载量，制备的定形相变材料具有良好的机械强度、导热性能和热稳定性，并且相变焓随PEG负载量的增加而升高。但介孔二氧化硅表面的硅羟基与PEG分子中的氧原子作用形成的氢键(H-O)阻碍了PEG分子的热运动，导致其相变过程中结晶率降低，相变焓减小。为解决这一问题，研究者将氨基(-NH2)和甲基(-CH3)嫁接到介孔氧化硅(SBA-15)表面与PEG复合制备定形相变材料PEG2000/NH2-SBA-15-CH3。虽然官能团-NH2和-CH3的存在提高了其相变焓，但是，在介孔氧化硅无机材料表面嫁接官能团-NH2和-CH3这一有机改性的过程中，通常需要进行有机溶剂回流。这不仅能耗高，而且甲苯等有毒溶剂易残留于孔道中形成二次污染，另外改性过程繁琐、周期长。因此，寻找操作简便、条件温和、无毒害并且成本低的改性方法用于定形相变材料的制备，是亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种操作简便、条件温和、无毒害并且成本低的相变复合材料及其制备方法，通过该制备方法得到的相变复合材料具有较高的相变焓，并可避免液相泄漏。本专利技术提供一种相变复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)提供介孔二氧化硅，其中所述介孔二氧化硅包括多个通道；(2)通过多巴胺对所述介孔二氧化硅进行改性，使多巴胺附于所述介孔二氧化硅的通道内；(3)将经多巴胺改性的介孔二氧化硅浸渍于聚乙二醇溶液中，使聚乙二醇固载于介孔二氧化硅的通道内而作为芯材，得到相变复合材料，其中所述聚乙二醇与多巴胺中的氨基和邻苯二酚官能团形成氢键而实现与所述介孔二氧化硅紧密结合。其中，步骤(1)中，介孔二氧化硅可通过购买或以下制备方法得到：将含模板剂的溶液与硅源混合，并使所述硅源水解，得到带有模板剂的介孔二氧化硅，其中模板剂为鞣酸；将带有模板剂的介孔二氧化硅中的模板剂通过水洗去除，得到介孔二氧化硅。其中，所述将含模板剂的溶液与硅源混合，并使所述硅源水解，得到带有模板剂的介孔二氧化硅具体过程如下：首先将模板剂溶于第一溶剂中得到第一混合液，其中所述第一溶剂为乙醇；然后向第一混合液加入碱，并于第一温度下搅拌第一时间，得到第二混合液，其中所述碱为浓氨水；再向第二混合液加入硅源，使所述硅源发生水解反应，得到含有模板剂的介孔二氧化硅。其中，所述硅源为为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯中的至少一种，所述模板剂、碱、硅源的摩尔比为0.1:30:0.1～0.1:50:0.15，所述第一混合液中所述模板剂的摩尔浓度为0.032mol/L，所述加入的碱的摩尔浓度为13.4mol/L～15.0mol/L，所述第一温度为20摄氏度～25摄氏度，所述第一时间为2小时，所述水解反应的温度为20摄氏度～25摄氏度，所述水解反应的时间为30分钟～45分钟。其中，步骤(1)中所述介孔二氧化硅的通道的尺寸为5纳米～14纳米。其中，在步骤(2)中通过多巴胺对所述介孔二氧化硅进行改性具体如下：将多巴胺溶于磷酸缓冲溶液中，其中所述磷酸缓冲溶液的pH为8.0；再加入介孔二氧化硅，搅拌得到经多巴胺改性的介孔二氧化硅。其中，所述多巴胺与所述磷酸缓冲溶液的比例为1g:1L。其中，步骤(3)中将经多巴胺改性的介孔二氧化硅浸渍于聚乙二醇溶液中，得到相变复合材料具体为：将经多巴胺改性的介孔二氧化硅置于真空环境，并加入聚乙二醇溶液，于55摄氏度～65摄氏度的温度下搅拌3小时～5小时；然后干燥，得到相变复合材料。其中，聚乙二醇溶液中的溶剂为乙醇，所述聚乙二醇溶液中的聚乙二醇与经多巴胺改性的介孔二氧化硅的质量比为1:1～9:1。本专利技术还提供一种采用上述制备方法得到的相变复合材料，其包括作为芯材的聚乙二醇和作为载体的经多巴胺改性的介孔二氧化硅，所述聚乙二醇通过与多巴胺中的氨基和邻苯二酚官能团形成氢键而实现与所述介孔二氧化硅紧密结合。与现有技术相比较，本专利技术提供的相变复合材料的制备方法中，通过先对介孔二氧化硅进行改性，使多巴胺负载于介孔二氧化硅的通道内，然后再将聚乙二醇通过与多巴胺中的氨基以及邻苯二酚官能团形成氢键而固载于介孔二氧化硅的通道内，得到相变复合材料。该制备方法中，多巴胺改性二氧化硅的过程以及固载聚乙二醇的过程，均未采用有机溶剂，也无需进行回流等操作，能耗低，而且没有甲苯等有毒溶剂残留于孔道中，不会形成二次污染，无毒害，另外改性过程简单、周期短、条件温和，且成本低。该制备方法适合大规模的工业化生产。该得到的相变复合材料中，聚乙二醇作为芯材，经多巴胺改性的介孔二氧化硅作为载体，聚乙二醇通过与多巴胺中的氨基和邻苯二酚基团之间形成氢键结合，增强了其与介孔二氧化硅之间的作用力，因而聚乙二醇的结晶行为可得到调控，最终该得到的相变复合材料的相变焓、导热性和热稳定性可得到较大的提高，并且可防止聚乙二醇液相泄漏。附图说明图1为本专利技术实施例3中采用的介孔氧化硅SBA-15的扫描电镜(SEM)照片。图2为本专利技术实施例3所得到的相变复合材料的SEM照片。图3为本专利技术实施例3中纯PEG、介孔氧化硅SBA-15、改性介孔材料Dop-SBA15和相变复合材料PEG/Dop-SBA15的傅里叶红外光谱图(曲线a对应于纯PEG；曲线b对应于介孔氧化硅SBA-15；曲线c对应于改性介孔材料Dop-SBA15；曲线d对应于相变复合材料PEG/Dop-SBA15)。图4为本专利技术实施例3中纯PEG、介孔氧化硅SBA-15、改性介孔材料Dop-SBA15和相变复合材料PEG/Dop-SBA15的广角X射线衍射图谱(曲线a对应于纯PEG；曲线b对应于改性介孔材料Dop-SBA15；曲线c对应于相变复合材料PEG/Dop-SBA15)。图5为本专利技术实施例3中纯PEG和相变复合材料PEG/Dop-SBA15、对比例的相变材料PEG/Dop-SBA15的差示扫描量热变化曲线图谱(曲线a对应于纯PEG；曲线b对应于实施例3相变复合材料PEG/Dop-SBA15；曲线c对应于对比例的相变材料PEG/Dop-SBA15)。如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将对本专利技术提供的相变复合材料及其制备方法作进一步说明。本专利技术提供一种相变复合材料的制备方法，其包括以下几个步骤：S1，提供介孔二氧化硅，其中所述介孔二氧化硅包括多个通道；S2，通过多巴胺对所述介孔二氧化硅进行改性，使多巴胺附于所述介孔二氧化硅的通道内；以及S3，将经多巴胺改性的介孔二氧化硅浸渍于聚乙二醇溶液中，使聚乙二醇固载于介孔二氧化硅的通道内而作为芯材，得到相变复合材料，其中所述聚乙二醇与多巴胺中的氨基和邻苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)提供介孔二氧化硅，其中所述介孔二氧化硅包括多个通道；(2)通过多巴胺对所述介孔二氧化硅进行改性，使多巴胺附于所述介孔二氧化硅的通道内；(3)将经多巴胺改性的介孔二氧化硅浸渍于聚乙二醇溶液中，使聚乙二醇固载于介孔二氧化硅的通道内而作为芯材，得到相变复合材料，其中所述聚乙二醇与多巴胺中的氨基和邻苯二酚官能团形成氢键而实现与所述介孔二氧化硅紧密结合。

【技术特征摘要】
1.一种相变复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)提供介孔二氧化硅，其中所述介孔二氧化硅包括多个通道；(2)通过多巴胺对所述介孔二氧化硅进行改性，使多巴胺附于所述介孔二氧化硅的通道内；(3)将经多巴胺改性的介孔二氧化硅浸渍于聚乙二醇溶液中，使聚乙二醇固载于介孔二氧化硅的通道内而作为芯材，得到相变复合材料，其中所述聚乙二醇与多巴胺中的氨基和邻苯二酚官能团形成氢键而实现与所述介孔二氧化硅紧密结合。2.如权利要求1所述的相变复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，介孔二氧化硅通过以下制备方法得到：将含模板剂的溶液与硅源混合，并使所述硅源水解，得到带有模板剂的介孔二氧化硅，其中模板剂为鞣酸；将带有模板剂的介孔二氧化硅中的模板剂通过水洗去除，得到介孔二氧化硅。3.如权利要求2所述的相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述将含模板剂的溶液与硅源混合，并使所述硅源水解，得到带有模板剂的介孔二氧化硅具体过程如下：首先将模板剂溶于第一溶剂中得到第一混合液，其中所述第一溶剂为乙醇；然后向第一混合液加入碱，并于第一温度下搅拌第一时间，得到第二混合液，其中所述碱为浓氨水；再向第二混合液加入硅源，使所述硅源发生水解反应，得到含有模板剂的介孔二氧化硅。4.如权利要求3所述的相变复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅源为正硅酸乙酯或正硅酸甲酯中的至少一种，所述模板剂、碱、硅源的摩尔比为0.1:30:0.1～0.1:50:0.15，所述第一混合液中所述模板剂的摩尔浓度为0.032mol/L，所述加入的碱的摩尔浓度为13.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈妍，高军凯，张雄杰，杜金涛，雷浩，李磊，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33