一种改性EPP负载型复合相变材料及其制备方法与流程

一种改性epp负载型复合相变材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于复合材料及其制备领域，涉及一种改性epp负载型复合相变材料及其制备方法。


背景技术：

2.相变材料是一种以相变潜热形式储存和释放热量的储能材料，具有储能密度高、相变温度恒定和应用成本低等优点，在太阳能利用、保温织物、建筑墙板、工业废热和余热回收等领域有良好的应用前景。然而，单一相变材料存在过冷、易相分离和液相泄露等固有缺陷，将其与大比表面积的多孔载体复合，形成定形复合相变材料是解决相变材料固有缺陷，拓展其应用领域的重要手段。相变材料的分类相变材料主要包括无机pcm、有机pcm和复合pcm三类。其中，无机类pcm主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等;有机类pcm主要包括石蜡、醋酸和其他有机物;复合相变储热材料的应运而生，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。但是混合相变材料也可能会带来相变潜热下降，或在长期的相变过程中容易变性等缺点。
3.epp是发泡聚丙烯的缩写（expanded polypropylene），是一种新型泡沫塑料的简称。epp以其密度小，比强度高，抗击性好，隔热性与隔音性好等特点得到广泛应用。由于其内部具有发达的孔道结构，能够大量负载相变材料，从而提高复合相变材料的焓值。同时，epp较小的孔隙提供的毛细作用力有利于相变材料泄漏问题的解决。然而，聚丙烯材料与相变材料亲和性不足的问题仍然是导致相变材料泄漏的一个因素。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了提升epp与相变材料的亲和性，以解决相变材料的泄漏问题，同时提升相变材料的负载量，提升复合相变材料的焓值，而提供一种高负载量复合相变材料的制备方法。
5.一种改性epp负载型复合相变材料，它是由下述方法制备的：1）将聚丙烯70-90份、溶剂140份、改性剂1-3份、无机矿物添加剂1-5份、稳定剂1-2份、分散剂1-3份、抗氧剂1-4份混合，搅拌100~150分钟；去除所述溶剂，紫外光照射8~12分钟，再微波处理3~7分钟；造粒，得改性聚丙烯颗粒；2）将改性聚丙烯颗粒100份与发泡液1-10份在80-110℃下发泡，制备改性epp载体；3）将相变材料加热融化，再将步骤2）制备的改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持40-80分钟，滤掉多余相变材料，得改性epp负载型复合相变材料；所述溶剂为甲苯或二甲苯；所述改性剂为亚甲基双丙烯酰胺；所述无机矿物添加剂为纳米地开石粉或纳米电气石粉；
所述稳定剂为油酸；所述分散剂为聚丙烯酰胺、甲基戊醇、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或者几种；所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂164；所述发泡液为戊烷；所述相变材料为聚乙二醇-4000；所述的聚丙烯70份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、无机矿物添加剂2份、油酸2份、分散剂2份、抗氧剂4份、发泡剂5份；所述的聚丙烯80份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、无机矿物添加剂3份、油酸1份、分散剂3份、抗氧剂1份、发泡剂1份；所述的聚丙烯90份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺3份、无机矿物添加剂1份、油酸2份、分散剂1份、抗氧剂3份、发泡剂10份；所述的聚丙烯80份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、无机矿物添加剂5份、油酸1份、分散剂3份、抗氧剂2份、发泡剂8份；所述的聚丙烯70份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺3份、无机矿物添加剂4份、油酸1份、分散剂3份、抗氧剂3份、发泡剂7份；所述的聚丙烯90份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、无机矿物添加剂3份、油酸1份、分散剂1份、抗氧剂2份、发泡剂6份；所述的聚丙烯80份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、无机矿物添加剂5份、油酸1份、分散剂2份、抗氧剂1份、发泡剂3份；所述的聚丙烯80份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、无机矿物添加剂1份、油酸2份、分散剂3份、抗氧剂4份、发泡剂4份；步骤1）所述的搅拌10分钟；紫外光照射10分钟；在500w下微波处理5分钟。
6.本发明提供了一种改性epp负载型复合相变材料，它是由下述方法制备的：将聚丙烯70-90份、溶剂140份、改性剂1-3份、无机矿物添加剂1-5份、稳定剂1-2份、分散剂1-3份、抗氧剂1-4份混合，搅拌100~150分钟；去除所述溶剂，紫外光照射8~12分钟，再微波处理3~7分钟；造粒；将改性聚丙烯颗粒100份与发泡液1-10份在80-110℃下发泡，制备改性epp载体；将相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持40-80分钟，滤掉多余相变材料，得改性epp负载型复合相变材料；有益效果：本发明利用epp发达的孔结构，做为负载有机相变材料的载体，提升复合相变材料的潜热值；为进一步提升epp载体对有机相变材料的负载效果，提升聚丙烯与有机相变材料的亲和性，使用有机改性剂以提升聚丙烯与有机相变材料的界面吸附效果，以解决相变材料的泄漏问题；无机矿物添加剂的使用能有效提高epp材料的热稳定性，确保在复合相变材料使用过程中载体结构保持稳定。
附图说明
7.图1 改性epp内部结构扫描电镜照片。
具体实施方式
8.实施例1 改性epp负载型复合相变材料的制备
取聚丙烯70份、甲苯140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、纳米地开石粉2份、油酸2份、聚丙烯酰胺2份、抗氧剂1010 4份进行机械搅拌120分钟；减压蒸发溶剂后，对混合物进行紫外光照射10分钟，之后再将混合物使用500w微波处理5分钟；使用螺杆挤出机进行造粒，制备改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒100份与戊烷5份加入反应釜中，在110℃下发泡，制备改性epp载体；将聚乙二醇-4000相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持50分钟，滤掉多余相变材料便得到这种改性epp负载型复合相变材料。
9.实施例2 改性epp负载型复合相变材料的制备取聚丙烯80份、甲苯140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、纳米地开石粉3份、油酸1份、甲基戊醇3份、抗氧剂1010 1份进行机械搅拌120分钟；减压蒸发溶剂后，对混合物进行紫外光照射10分钟，之后再将混合物使用500w微波处理5分钟；使用螺杆挤出机进行造粒，制备改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒100份与戊烷1份加入反应釜中，在100℃发泡，制备改性epp载体；将聚乙二醇-4000相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持60分钟，滤掉多余相变材料便得到这种改性epp负载型复合相变材料。
10.实施例3 改性epp负载型复合相变材料的制备取聚丙烯90份、二甲苯140份、亚甲基双丙烯酰胺3份、纳米电气石粉1份、油酸2份、脂肪酸聚乙二醇酯1份、抗氧剂164 3份进行机械搅拌120分钟；减压蒸发溶剂后，对混合物进行紫外光照射10分钟，之后再将混合物使用500w微波处理5分钟；使用螺杆挤出机进行造粒，制备改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒100份与戊烷10份加入反应釜中，在90℃发泡，制备改性epp载体；将聚乙二醇-4000相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持40分钟，滤掉多余相变材料便得到这种改性epp负载型复合相变材料。
11.实施例4 改性epp负载型复合相变材料的制备取聚丙烯80份、甲苯140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、纳米电气石粉5份、油酸1份、脂肪酸聚乙二醇酯3份、抗氧剂164 2份进行机械搅拌120分钟；减压蒸发溶剂后，对混合物进行紫外光照射10分钟，之后再将混合物使用500w微波处理5分钟；使用螺杆挤出机进行造粒，制备改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒100份与戊烷8份加入反应釜中，在80℃发泡，制备改性epp载体；将聚乙二醇-4000相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持80分钟，滤掉多余相变材料便得到这种改性epp负载型复合相变材料。
12.实施例5 改性epp负载型复合相变材料的制备取聚丙烯70份、二甲苯140份、亚甲基双丙烯酰胺3份、纳米地开石粉4份、油酸1份、聚丙烯酰胺3份、抗氧剂1010 3份进行机械搅拌120分钟；减压蒸发溶剂后，对混合物进行紫外光照射10分钟，之后再将混合物使用500w微波处理5分钟；使用螺杆挤出机进行造粒，制
备改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒100份与戊烷7份加入反应釜中，在80℃发泡，制备改性epp载体；将聚乙二醇-4000相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持80分钟，滤掉多余相变材料便得到这种改性epp负载型复合相变材料。
13.实施例6 改性epp负载型复合相变材料的制备取聚丙烯90份、二甲苯140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、纳米电气石粉3份、油酸1份、脂肪酸聚乙二醇酯1份、抗氧剂164 2份进行机械搅拌120分钟；减压蒸发溶剂后，对混合物进行紫外光照射10分钟，之后再将混合物使用500w微波处理5分钟；使用螺杆挤出机进行造粒，制备改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒100份与戊烷6份加入反应釜中，在110℃发泡，制备改性epp载体；将聚乙二醇-4000相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持50分钟，滤掉多余相变材料便得到这种改性epp负载型复合相变材料。
14.实施例7 改性epp负载型复合相变材料的制备取聚丙烯80份、甲苯140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、纳米电气石粉5份、油酸1份、甲基戊醇2份、抗氧剂1010 1份进行机械搅拌120分钟；减压蒸发溶剂后，对混合物进行紫外光照射10分钟，之后再将混合物使用500w微波处理5分钟；使用螺杆挤出机进行造粒，制备改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒100份与戊烷3份加入反应釜中，在100℃发泡，制备改性epp载体；将聚乙二醇-4000相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持40分钟，滤掉多余相变材料便得到这种改性epp负载型复合相变材料。
15.实施例8 改性epp负载型复合相变材料的制备取聚丙烯80份、二甲苯140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、纳米地开石粉1份、油酸2份、甲基戊醇3份、抗氧剂164 4份进行机械搅拌120分钟；减压蒸发溶剂后，对混合物进行紫外光照射10分钟，之后再将混合物使用500w微波处理5分钟；使用螺杆挤出机进行造粒，制备改性聚丙烯颗粒；将改性聚丙烯颗粒100份与戊烷4份加入反应釜中，在90℃发泡，制备改性epp载体；将聚乙二醇-4000相变材料加热融化，再将改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持70分钟，滤掉多余相变材料便得到这种改性epp负载型复合相变材料。
16.实施例9 改性epp负载型复合相变材料性能测试对实施例1~8制备的改性epp负载型复合相变材料进行性能测试，结果如下表。从结果中可以看出，采用实施方案获得的改性epp负载型复合相变材料在测试条件下均无泄漏情况，说明改性epp与相变材料聚乙二醇-4000具有良好的亲和性，改性epp载体孔隙率较高（超过89%），大约85%以上的体积用于负载相变材料，导热系数与纯聚乙二醇-4000相差不大，熔融焓值较高。其中，实施例4获得的复合相变材料具有最高的载体负载率和熔融焓，已经非常接近纯聚乙二醇-4000相变材料的熔融焓，且epp负载并没有降低复合相变材料的导
热系数，因此是一种性能优异的复合相变材料。
17.注：聚乙二醇-4000的熔融焓为154.74 j/g，导热系数为0.324 w/mk。

技术特征：
1.一种改性epp负载型复合相变材料，它是由下述方法制备的：1）将聚丙烯70-90份、溶剂140份、改性剂1-3份、无机矿物添加剂1-5份、稳定剂1-2份、分散剂1-3份、抗氧剂1-4份混合，搅拌100~150分钟；去除所述溶剂，紫外光照射8~12分钟，再微波处理3~7分钟；造粒，得改性聚丙烯颗粒；2）将改性聚丙烯颗粒100份与发泡液1-10份在80-110℃下发泡，制备改性epp载体；3）将相变材料加热融化，再将步骤2）制备的改性epp载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持40-80分钟，滤掉多余相变材料，得改性epp负载型复合相变材料。2.根据权利要求1所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述溶剂为甲苯或二甲苯；所述改性剂为亚甲基双丙烯酰胺；所述无机矿物添加剂为纳米地开石粉或纳米电气石粉；所述稳定剂为油酸；所述分散剂为聚丙烯酰胺、甲基戊醇、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或者几种；所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂164；所述发泡液为戊烷；所述相变材料为聚乙二醇-4000。3.根据权利要求2所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述的聚丙烯70份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、无机矿物添加剂2份、油酸2份、分散剂2份、抗氧剂4份、发泡剂5份。4.根据权利要求2所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述的聚丙烯80份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、无机矿物添加剂3份、油酸1份、分散剂3份、抗氧剂1份、发泡剂1份。5.根据权利要求2所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述的聚丙烯90份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺3份、无机矿物添加剂1份、油酸2份、分散剂1份、抗氧剂3份、发泡剂10份。6.根据权利要求2所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述的聚丙烯80份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、无机矿物添加剂5份、油酸1份、分散剂3份、抗氧剂2份、发泡剂8份。7.根据权利要求2所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述的聚丙烯70份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺3份、无机矿物添加剂4份、油酸1份、分散剂3份、抗氧剂3份、发泡剂7份。8.根据权利要求2所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述的聚丙烯90份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、无机矿物添加剂3份、油酸1份、分散剂1份、抗氧剂2份、发泡剂6份。9.根据权利要求2所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述的聚丙烯80份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺1份、无机矿物添加剂5份、油酸1份、分散剂2份、抗氧剂1份、发泡剂3份。10.根据权利要求2所述的一种改性epp负载型复合相变材料，其特征在于：所述的聚丙烯80份、溶剂140份、亚甲基双丙烯酰胺2份、无机矿物添加剂1份、油酸2份、分散剂3份、抗氧剂4份、发泡剂4份。

技术总结
本发明公开了一种改性EPP负载型复合相变材料，制备方法为：将聚丙烯70-90份、溶剂140份、改性剂1-3份、无机矿物添加剂1-5份、稳定剂1-2份、分散剂1-3份、抗氧剂1-4份混合，搅拌100~150分钟；去除所述溶剂，紫外光照射8~12分钟，再微波处理3~7分钟；造粒；将改性聚丙烯颗粒100份与发泡液1-10份在80-110℃下发泡，制备改性EPP载体；将相变材料加热融化，再将改性EPP载体在真空条件下浸渍在液态相变材料中，保持40-80分钟，滤掉多余相变材料，得改性EPP负载型复合相变材料；该材料具有较高的相变材料负载量，较低的相变材料泄漏率，有效拓宽相变材料的应用领域。变材料的应用领域。


技术研发人员：薛兵 李芳菲 夏茂盛 雒锋
受保护的技术使用者：吉岳新材料科技(江苏)有限公司
技术研发日：2022.03.12
技术公布日：2023/9/23