一种具有蓄热功能的凝胶材料及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及相变材料制备技术领域，具体涉及一种具有蓄热功能的凝胶材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.为了提高能源利用率，相变材料因其在相变过程中吸收或释放大量潜热的高热能储存能力而备受关注。相变材料可在电子散热、节能建筑、太阳热能储存和医疗设备等领域中起到关键性的作用。在节能建筑这一应用当中，建筑的围护结构利用太阳光进行蓄热的研究还比较欠缺，尤其是玻璃窗户。因此，结合相变材料得到一个新的技术方案当前已有新的技术投入到节能建筑当中，而二氧化硅气凝胶是最普遍使用的一种，二氧化硅气凝胶虽然可以对外界进行隔热，能减少围护结构的室内热环境能耗，但其无法将热能储存起来，而且二氧化硅气凝胶是属于超低导热物质，因此它的应用被限制在部分领域，未能发挥凝胶所具备的优点。同时，现有的技术制备凝胶，整个溶胶
‑
凝胶过程所需时间较长，常使用酸碱作为催化剂，而且凝胶内容易混入杂质。因此，改进现有的技术，由烷烃类和醇类组成的基液具有良好的相变焓值，而本发明配合玻璃窗户使用所制备的凝胶具有导热性强、泄露性低、柔性强和良好的蓄热功能，在应用到实际的工程中，多次循环后仍然能够保持凝胶的强热稳定性。根据技术和材料的综合利用，通过传感控制设计和机械设计，控制玻璃窗户的关闭形式，同时为制备利用凝胶进行蓄热的玻璃窗提供了可能，拥有蓄热功能的玻璃窗户具有广阔的应用前景和环保意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的之一是提供一种具有蓄热功能的凝胶材料的制备方法。
4.本发明的目的之二是提供由上述制备方法制得的具有蓄热功能的凝胶材料。
5.本发明的目的之三是提供上述凝胶材料的应用。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一方面，本发明提供一种具有蓄热功能的凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
8.将直链烷烃类有机物和/或醇类有机物作为溶剂，得到一元或二元的有机溶液；
9.将所述的有机溶液加入极性溶剂中，搅拌，充分混合形成基液，然后在20
‑
30℃、搅拌条件下分批次添加高分子交联剂，得到粘流态流体；
10.将所述的粘流态流体静置冷却，形成凹凸不平的块状物；
11.将块状物先高温加热再自然冷却，得到表面光滑的有机凝胶。
12.优选地，所述的直链烷烃类有机物选自正十四烷、正十六烷、正十八烷、正二十烷中的一种或两种，所述的醇类有机物选自十四醇、十五醇、十六醇、十七醇、十八醇的一种或两种。
13.优选地，所述的高分子交联剂选自聚丙烯、聚(苯乙烯
‑
b
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异戊二烯
‑
b
‑
苯乙烯)(sebs)和烯烃嵌段共聚物(obc)中的一种或两种。
14.优选地，所述的极性溶剂选自四氢呋喃、乙酸乙酯和n,n
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二甲基甲酰胺中的一种。
15.优选地，所述有机溶液的加入量为所述有机凝胶质量的85％
‑
90％，所述高分子交联剂加入量为所述有机凝胶质量的10％
‑
15％。
16.优选地，块状物的加热温度为70℃，加热时间为24h。
17.另一方面，本发明还提供由上述制备方法制得的具有蓄热功能的凝胶材料。
18.另一方面，本发明还提供上述凝胶材料在制备玻璃窗户中的应用。该有机凝胶具有蓄热功能，使得其在建筑围护结构中的玻璃窗户具有巨大的利用价值，且多次循环后仍然能够保持凝胶的强热稳定性。
19.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
20.1、本发明制备的具有蓄热功能的相变凝胶有着优异的柔韧性，在到达一定的加热温度时具有较好的透光性。
21.2、本发明制备的相变凝胶不容易泄露，且能够具有很好的形状稳定性，在多次循环后还具备较大的焓值。
附图说明
22.图1为本发明实施例1制备的凝胶实物图；
23.图2为本发明实施例1制备的凝胶50次循环前后的dsc图；
24.图3为本发明实施例1制备的凝胶焓值数据；
25.图4为本发明实施例1制备的凝胶泄露性测试图；
26.图5为本发明实施例2制备的凝胶实物图；
27.图6为本发明实施例2制备的凝胶50次循环前后的dsc图；
28.图7为本发明实施例2制备的凝胶焓值数据；
29.图8为本发明实施例2制备的凝胶热重测试图；
30.图9为本发明实施例2制备的凝胶蓄热性能图；
31.图10为本发明实施例3制备的凝胶dsc图；
32.图11为本发明实施例3制备的凝胶焓值数据；
33.图12为本发明实施例3制备的凝胶拉伸前后对比图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
35.本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，均为市售即可。
36.本发明提供一种具有蓄热功能的凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
37.将直链烷烃类有机物和/或醇类有机物作为溶剂，得到一元或二元的有机溶液；
38.将所述的有机溶液加入极性溶剂中，搅拌，充分混合形成基液，然后在20
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30℃、搅拌条件下分批次添加高分子交联剂，得到粘流态流体；
39.将所述的粘流态流体静置冷却，形成凹凸不平的块状物；
40.将块状物先高温加热再自然冷却，得到表面光滑的有机凝胶。
41.本发明以特定烷烃类或醇类有机溶液和高分子交联剂配合，得到性能多元化的具有蓄热性能的凝胶，通过测试，得到玻璃窗内蓄热效果和透光性最好的凝胶成分。例如：当
正十八烷、十四醇或正十八烷/正十四烷二元有机溶液分别和四氢呋喃作为基液，sebs作为高分子交联剂，两者保证了凝胶的柔性、热稳定性、蓄热性和透光性。
42.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的利用凝胶进行蓄热的玻璃窗的制备方法进行完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，因此本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
43.实施例1
44.1.1基液的制备
45.配制17.4g的一元有机溶液，其中一元有机溶液为正十八烷，加入30ml的极性溶剂四氢呋喃，将两者倒入容量瓶内，并放入带有磁性的搅拌子，然后把装有基液的容量瓶放在加热搅拌台上，将温度调至30℃，转速为500转每分钟，使两种溶剂充分混合。
46.1.2制备粘流态物质
47.在搅拌过程中，逐次添加完2.6g的高分子交联剂sebs到容量瓶内，并让其搅拌24h，形成粘流态物质。
48.1.3挥发极性溶剂
49.将粘流态物质倒置培养皿中，经过24h的冷却后，大部分四氢呋喃已挥发，培养皿内形成凹凸不平的块状物质。
50.1.4制备光滑的有机凝胶
51.将凹凸不平的块状物质放入70℃烘箱中，加热24小时后再让其自然冷却，形成表面光滑的凝胶。
52.图1为本实施例正十八烷制备的有机凝胶实物图，如图1所示，其在加热过程中具有很好的透光性。图2为正十八烷凝胶的50次循环前后的dsc图，如图2所示，其在50次循环前后具有好的热稳定性。图3提供了焓值数据，如图3所示，其50次循环前后相变焓值损失保持在5％以内。图4为正十八烷凝胶的泄露性测试图，如图4所示，十八烷凝胶从25℃开始，以1℃/min的升温速率，35min后达到60℃，还能保持原状，其泄漏量很少。
53.实施例2
54.1.1基液的制备
55.配制17.4g的一元有机溶液，其中一元有机溶液为十四醇，加入30ml的极性溶剂四氢呋喃，将两者倒入容量瓶内，并放入带有磁性的搅拌子，然后把装有基液的容量瓶放在加热搅拌台上，将温度调至30℃，转速为500转每分钟，使两种溶剂充分混合。
56.1.2制备粘流态物质
57.在搅拌过程中，逐次添加完2.6g的高分子交联剂sebs到容量瓶内，并让其搅拌24h。
58.1.3挥发极性溶剂
59.将粘流态物质倒置培养皿中，经过24h的冷却后，大部分四氢呋喃已挥发，培养皿内形成凹凸不平的块状物质。
60.1.4制备光滑的有机凝胶
61.将凹凸不平的块状物质放入70℃烘箱中，加热24小时后再让其自然冷却，形成表面光滑的凝胶。
62.图5为本实施例十四醇制备的有机凝胶实物图，如图5所示，其在加热过程中具有
很好的透光性。图6为十四醇凝胶的50次循环前后的dsc图，如图6所示，其在50次循环前后具有好的热稳定性。图7提供了焓值数据，如图7所示，其50次循环前后相变焓值损失保持在5％以内。图8为纯十四醇、sebs和十四醇凝胶的热重测试图，由图8可知，纯十四醇和sebs是属于物理混合。图9为十四醇凝胶应用在玻璃的蓄热性能图，由图9可知，当十四醇凝胶应用在双层玻璃中，其玻璃外表面和内表面有着一定的温差，起到隔热的效果，在达到其相变温度之时，玻璃内表面温度会出现一个平台，此时十四醇凝胶正处于相变储热的一个阶段，并且能够维持一段时间。
63.实施例3
64.1.1基液的制备
65.配制17.4g的二元有机溶液，其中二元有机溶液为正十四烷和正十八烷，正十四烷的质量为15.66g，正十八烷的质量为1.74g，加入30ml的极性溶剂四氢呋喃，将两者倒入容量瓶内，并放入带有磁性的搅拌子，然后把装有基液的容量瓶放在加热搅拌台上，将温度调至30℃，转速为500转每分钟，使溶剂充分混合。
66.1.2制备粘流态物质
67.在搅拌过程中，逐次添加完2.6g的高分子交联剂sebs到容量瓶内，并让其搅拌24h。
68.1.3挥发极性溶剂
69.将粘流态物质倒置培养皿中，经过24h的冷却后，大部分四氢呋喃已挥发，培养皿内形成凹凸不平的物质。
70.1.4制备光滑的有机凝胶
71.将凹凸不平的物质放入70℃烘箱中，加热24小时后再让其自然冷却，形成表面光滑的凝胶。
72.图10为本实施例十四烷和十八烷按照9:1的比例制备的有机凝胶的dsc图。图11为十四烷和十八烷按照9:1的比例制备的有机凝胶的相变焓值数据，如图11所示，十四烷和十八烷按照9:1的比例制备的有机凝胶可以调至接近0℃的凝胶，且还具有较大的焓值。图12为十四烷和十八烷按照9:1的比例制备的有机凝胶拉伸前后对比图，如图12所示，该实施例的有机凝胶在常温下是透明的，并且100mm长的凝胶可以拉伸到250mm长，其具备优异的柔性。
73.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。