DMDBS凝胶态相变材料的制备与性能研究.pdf

陶乃敏等:十八醇/ DMDBS凝胶态相变材料的制备与性能研究
1943
文章编号:1001-9731(2013)13-1943-05
十八醇/ DMDBS凝胶态相变材料的制备与性能研究
陶乃敏,田妥',宋健,冯荣秀',徐恒启2
(1.天津大学化工学院,天津300072;2.沈阳工业大学石油化工学院,辽宇辽阳111003)
摘要:研究了凝胶因子在醇类复合相变材料中的成三维网状结构而成凝胶1的。二(3,4-二甲基苄又)山
应用,以十八醇为储能材料,以ニ(3,4-ニ甲基苄叉)山梨醇(1,3:2,4-di(3,4- dimethylbenzylidene) sorbi
梨醇( DMDBS)为凝胶因子制备了一种新的凝胶态复tol, DMDBS)是山梨醇的一种衍生物,可用作低分子
合相变材料,得到的复合相变材料具有较高的储能密量有机凝胶因子,其结构式如图1所示。
度,相变材料的含量可达到94.2%。所制备的复合相
变材料不易发生泄漏, DMDBS添加量为3%时,复合
CH3
相变材料的凝胶解缔温度为17.4~189.8℃,远高于
H3c
十八醇的熔点。DSC结果表明,复合相变材料的熔融
Hac
焓变和凝固焓变分别为184.4和180.9J/g。经过100
次热循环实验后,复合相变材料的相变温度没有明显
图1 DMDBS的结构式
变化,焓变値略有降低。通过SEM观察了复合相变材
Fig 1 Structure of DMDBS
料和干凝胶的表面形态。通过添加膨胀石墨(EG)提
本文研究了凝胶因子在醇类复合相变材料中的应
高了复合PCM的导热性,使升温和降温时间分别缩用,用十八醇作为储能材料,添加凝胶因子 DMDBS制
短了54.75%和56.36%。
备了一种新的凝胶态定形相变材料,得到的复合相变
关键词:相变材料;凝胶因子;ニ(3,4-二甲基芋又)材料具有较高的储能密度,且不易发生泄漏,并通过添
山梨醇;十八醇;膨胀石墨
加膨胀石墨(〈 exfoliated graphite,EG)提高了其导热性
中图分类号:TB34
文献标识码:A能。
DOI:10.3969/.issn.,1001-9731.2013.13.030
2实验
2.1原料
潜热储能是一种非常高效的热能储存方式。近年
十八醇(1- octadecanol,OD),分析纯,熔
来,由于具有较高的储热能力和储热过程中的等温特点55.7℃,相变焓210.9J/g,北京化学试剂公司;膨胀
性,相变材料( phase change materials,PCMs)在太阳石墨,工业级,平均粒径200pm,膨胀率200mL/g,山
能储热方面的应用受到了广泛的关注12。有机相变东淄博利伟石墨责任有限公司;正已烷,分析纯,天津
材料如石蜡]、脂肪酸“】、酯类?等,有非常优良的性市江天化工技术有限公司; DMDBS,工业级,烟台只楚
能,如合适的相变温度、高澘热、化学和物理稳定性等。合成化学有限公司,其它试剂均为分析纯试剂,没有进
但是,它们也存在导热性较差,相变过程中容易泄漏的
步处理。
缺点,以及封装上的问题。一些文献用几种不同的2.2复合相变材料的制备
方法制备了复合定形相变材料,如添加聚合物作为支
将适量的十八醇加热至60C,使其全部熔化,再
撑材料2,SiO2吸附哪和微胶囊方法11?。虽加入配比量的 DMDBS,加热,使 DMDBS完全溶于十
然可以将相变材料封装使其不泄露,但是,由于封装的八醇中,冷却至室温,即得到十八醇/ DMDBS复合相
效率较低,制备的复合PCM中储能材料的含量较低,变材料。
储能密度较小。
为了提高复合相变材料的导热性能,向其中添加
低分子量有机凝胶因子( low molecular mass or了膨胀石墨。其制备方法如下:向一定量的膨胀石墨
ganic gelators,LMOG)可以在相对较低质量分数下中加人正已烷,超声震荡30min,再加入十八醇,加热
通过聚集、自组装使一些有机溶剂凝胶化,LMOG继续超声30min,得到分散均匀的悬浮液,加热至
分子通过氢鍵、ππ堆积、范德华力等非共价键作用形68℃,蒸出溶剂,再加人配比量的 DMDBS,加热使
基金项目:国家自然科学基金资助项目(21276188)
收到初稿日期:2012-10-20
收到修改稿日期:2013-04-15
通讯作者:徐恒启
作者简介:陶乃敏(1989-),男,安徽滁州人,在读硕士,师承宋健教授,从事凝胶因子在相变材料中的应用研究。
材
2013年第13期(44)卷
DMIDBS完全溶于十八醇中,自然冷却至室温,即得到作中,研究了凝胶因子使相变材料凝胶的机理,凝胶因
十八醇/ DMDBS/EG复合相变材料1
子在相变材料中形成三维网状结构2?。 DMDBS形成
2.3性能测试
的三维网状结构将十八醇束缚,降低了其流动性。
通过落球法2?测试复合相变材料的凝胶解缔温3.2泄漏量测试
度,用熔点仪以3C/min的速率升温,小钢球(0.51g,
用马弗炉测定了不同添加量的复合PCMs在(86
9=0.36cm)刚好没入液体中即为凝胶初始解缔温度士1)C下泄漏量的变化,测试结果如图3所示
(Td);小钢球落入试管底部时的温度即为凝胶全部解
100
缔温度(Td)。将制备好的复合定形相变材料在(86士
1)℃条件下恒温处理24h,分别称量样品处理前后的
60
质量M1、M2,通过式(1)计算得到相变材料的泄漏
量2
M-M
leakage( wt%)
采用美国TA公司差示扫描量热仪Q20测定相
DMDBS additive
变材料的热性能,升降温速率5℃/min,测试温度范围图3不同添加量的复合相变材料泄漏量变化曲线
为0~80℃。使用深圳英飞凌科技有限公司的Fig3 Relationship between1 tetradecanol leakage
TDAM7034温度采集模块(带有铂电阻PT-100)采集
and the amount of DMDBS additive
复合相变材料从25C升温到70℃,再冷却到25℃的温
从图3可以看出,添加了凝胶因子以后,复合相变
度变化数据。用日本日立公司的场发射扫描电镜材料的泄漏量降低,并随添加量的增加而降低,当添加
SEMS-4800对凝胶态复合相变材料和干凝胶的微观量为3%时,泄漏量为14.91%,添加量高于3%时,继
结构进行测试。
续添加凝胶因子,泄漏量变化不大,添加15%时泄漏
2.4热循环测试
量为3.13%。由于三维网状结构的存在,当温度高于
向玻璃试管中加入10.0g复合相变材料,用带有十八醇的熔点时,复合PCM仍能保持固体形态。随
热电偶的橡皮塞塞住管口,把试管放入油浴中加热至着 DMDBS用量的增加,三维网状结构的密度变大,当
八醇的熔点以上(65C),然后冷却至0℃左右,完成添加量>3%时,网状结构的密度足够将十八醇完全束
一个热循环过程,包括一个熔化和结晶过程。在经过缚,因此继续增加 DMDBS的添加量,复合相变材料的
100次循环后,对复合相变材料进行DSC测试分析
泄漏量变化不大。
3结果与分析
3.3差示扫描量热分析
通过DSC对不同添加量的复合