一種透明的柔性的纖維素材料基固-固相變膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種儲能材料領(lǐng)域的纖維素基固-固相變材料及其制備方法，具體涉 及一種透明的柔性的纖維素材料基固-固相變膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變材料(Phase Change Materials，簡稱PCMs)是在相變過程中通過吸熱和放熱 效應具有熱能存貯和溫度調(diào)控的物質(zhì)。由于該類材料具有在相變過程中近似恒溫，體系溫 度可以控制等特點，使其在緩解能源危機、提高能源利用率等方面得到了廣泛的應用。其中 最常用的相變材料為聚乙二醇(PEG)，這是由于其工業(yè)化程度高，價格便宜，且化學結(jié)構(gòu)簡 單，容易結(jié)晶，相轉(zhuǎn)變潛熱高在170-190J/g左右，熱滯后效應低。PEG作為相變材料的優(yōu)點是 相變溫度可通過相對分子質(zhì)量來調(diào)節(jié)，因此具有較寬的應用范圍。純PEG本身是一種固-液 相轉(zhuǎn)變材料，限制了其在相變材料中的應用，PEG經(jīng)過處理改性后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣?固相轉(zhuǎn)變 材料。薄膜狀態(tài)的材料具有剪切、粘貼、彎曲等性能，可大大拓寬材料的應用范圍，但目前固 固相變儲能材料加工困難，尤其很難制備成薄膜狀態(tài)。所以國內(nèi)胡思前等對通過物理共混 法制備PEG-CTS的固固相變儲能薄膜材料進行了研究，數(shù)據(jù)顯示，該種膜機械性能欠佳，脆 性較大。
[0003] 羥烷基非離子型纖維素醚，包括羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素 等纖維素醚，與羧甲基纖維素系列的離子型纖維素醚具有不同的特性，其抗酸、抗鹽性強。 羥烷基非離子型纖維素醚普遍具有良好的水溶性、成膜性與透明性，將其水或有機溶劑的 溶液涂布于玻璃板上，經(jīng)干燥后即成為無色、透明而堅韌的薄膜;其還具有良好的耐濕性， 在高濕度下，仍保持固體狀態(tài)。
[0004] 隨著通訊器材、航空器件與光電器件微型化、智能化與功能化，迫切需要解決相變 材料難以成型加工、透明性不好、柔性差、不易裁剪等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了提供一種工藝簡單，成膜性好，透光率高，力學性能優(yōu)良，易 裁剪、柔軟可折疊、儲能性能突出、生產(chǎn)環(huán)境友好、且具有非常高的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力的透明 的柔性的纖維素材料基固-固相變膜及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0007] -種透明的柔性的纖維素材料基固-固相變膜包括如下重量百分比組分：
[0008] 羥烷基非離子型纖維素醚 50 %~80 %
[0009] 聚乙二醇 20% ~50%
[0010] 纖維素基納米纖維 1%~4%。
[0011]所述的纖維素基納米纖維可以為纖維素納米纖維，也可以為改性纖維素納米纖 維，優(yōu)選為氧化纖維素通過超生粉碎作用剝離而成的纖維素基納米纖維。納米纖維即纖維 直徑1 nm到1 OOnm之間的纖維。
[0012] 進一步優(yōu)選的，所述的羥烷基非離子型纖維素醚為羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、 羥丙基甲基纖維素中的一種或幾種混合。
[0013] 進一步優(yōu)選的，所述的羥烷基非離子型纖維素醚為鏈段碳原子數(shù)不小于2的纖維 素醚。也就是所述的羥烷基非離子型纖維素醚的的羥烷基上羥基所在的主鏈的碳原子數(shù)不 小于2,例如羥烷基-CH(CH3)-OH上羥基所在的主鏈上碳原子數(shù)為1，CH3屬于羥基所在主鏈 的支鏈碳，所以該基團就屬于羥烷基上羥基所在的主鏈的碳原子數(shù)小于2的情況，也即不屬 于鏈段碳原子數(shù)不小于2的情形。
[0014] 進一步的，所述的羥烷基非離子型纖維素醚的分子量為100000~150000,且其在 去離子水中的溶解度不小于3.5g/100g。
[0015] 進一步的，所述的聚乙二醇的分子量為4000~20000。
[0016] 進一步的，所述纖維素基納米纖維的直徑為6~8nm，長度為800~lOOOnm。
[0017] 上述相變膜的制備方法包括步驟：
[0018] a.配置膜液:在容器中加入纖維素基納米纖維懸浮液，加入去離子水，在25~35°C 攪拌下，緩緩加入聚乙二醇粉末，充分攪拌保證粉末全部溶解，得到透明無顆?；旌弦海?加入羥烷基非離子型纖維素醚，在25~35°C下攪拌均勻形成透明混合液，25~35°C下，靜置 脫泡，形成無泡透明的混合液；
[0019] b.成膜:將無泡透明的混合液澆鑄至塑料模具中，50°C干燥，形成均勻透明薄膜， 冷卻至室溫后揭膜，即可得到相變膜。
[0020] 進一步的，所述的纖維素基納米纖維懸浮液的固含量不低于0.15%，溶劑為去離 子水。
[0021] 更進一步的，所述步驟b中干燥成膜后的相變膜的厚度為0.10~0.12mm。該厚度下 所制備的膜的斷裂性能及透光率綜合性能最佳。
[0022] 進一步優(yōu)選的，所述步驟b中干燥成膜的過程中不鼓風。即控制成膜的速率適中， 也避免表層氧化使得制備的膜質(zhì)量和性能得到保證。
[0023]本發(fā)明具有如下有益效果：
[0024] 1.本發(fā)明以聚乙二醇相變材料為相變基質(zhì)材料，以羥烷基非離子型纖維素醚為主 要添加劑，以纖維素基納米纖維為改性劑，通過模具鑄膜的方法將共混材料制備的透明的 柔性的纖維素材料基固-固相變膜，工藝簡單，成膜性好，從根本上解決了傳統(tǒng)固-固相變材 料難以制成薄膜狀態(tài)，或通過靜電紡絲等復雜工藝制備薄膜材料的困境。通過添加不同分 子量及不同組分的聚乙二醇可有效控制固-固相變膜的相變溫度及相變焓。
[0025] 2.本發(fā)明制備的透明的柔性的纖維素材料基固-固相變膜，通過添加纖維素基納 米纖維對其增強改性，使乳白色的固-固相變膜變?yōu)橥该?，同時大大提高了固-固相變膜的 力學性能。
[0026] 3.本發(fā)明制備的透明的柔性的纖維素材料基固-固相變膜，透光率高，力學性能優(yōu) 良，儲能性能突出，環(huán)境友好，且具有非常高的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，應用前景非常廣闊。
【附圖說明】
[0027] 圖1為實施例1制備的膜的實物圖；
[0028] 圖2為實施例2制備的膜的實物圖；
[0029] 圖3為實施例2制備的膜的實物折疊彎曲圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。所述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施 例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變 化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在