本發明涉及相變儲能領域，是材料科學領域與能源科學領域的交叉領域，尤其涉及了一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料。

背景技術：

近年來，隨著人們環保意識的增加，能源的緊張和能源使用過程中環境污染的問題導致人們迫切開發使用新型能源，如太陽能、風能等間歇性清潔能源。并且，我國為了克服電力負荷峰谷差的嚴重現象，實施了電價政策以鼓勵民眾和工業使用低谷電力最終達到“移峰填谷”的目的。相變蓄冷材料作為能量的貯存體，能在電力負荷的低谷把能量儲存起來，再在電力負荷的高峰緩慢地釋放出能量等，在使用間歇性清潔能源和節能方面具有重要意義。

相變材料在固態(或液態)轉化為液態(或固態、氣態)的過程中會吸收或釋放大量的潛熱。這些釋放的潛熱能供用戶使用，如蔬菜、水果、藥品的冷鏈運輸等，從而控制了運輸過程中的溫度環境以及產品的質量等。

相變材料作為能量的貯存體，能較好的解決能源緊張問題，所以相變材料被廣泛用于各個行業中，但是目前的相變材料由于本身性能和使用不當易出現泄漏現象，且穩定性差，相變潛熱小，普遍存在過冷和相分離現象。

技術實現要素：

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料及其制備方法。

本發明提出一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：木質素系高吸水樹脂凝膠基材1-8份、主儲能劑87-98份，成核劑1-5份。

優選地，所述木質素系高吸水樹脂凝膠基材為木質素磺酸鎂原料、接枝單體、引發劑、交聯劑、酸堿中和劑和沉析劑。

優選地，所述接枝單體為丙烯酸和丙烯酰胺，所述引發劑為過硫酸鉀，所述交聯劑為N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺，所述酸堿中和劑為氫氧化鈉，所述沉析劑為無水乙醇。

優選地，所述主儲能劑為質量濃度為5％～15％的氯化銨和氯化鉀溶液中的一

種或兩種。

優選地，所述成核劑為浮石粉、硅藻土、氟化鋇中的一種或多種。

一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料的制備方法，具體步驟如下：

①準確稱取一定質量的丙烯酸置于刻度試管放入冰水浴中，緩慢滴加9mol/L的氫氧化鈉溶液將丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的濃度為1.5mol/L；

②向濃度為1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入濃度為1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，濃度為7.5×10^-4mol/L的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，密度為2.5g/L的木質素磺酸鎂溶液以及濃度為4.0×10^-3mol/L的過硫酸鉀溶液，反應10～15分鐘；

其中，丙烯酸溶液、丙烯酰胺溶液、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶液、木質素磺酸鎂溶液和過硫酸鉀溶液的體積比為2:2:1:3:2；

③將試管中的反應混合物轉移至裝有機械攪拌器、回流冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，水浴控溫，按55℃反應2.5小時，65℃反應2.5小時，75℃反應2.5小時進行反應；

④反應結束后，將所得淡黃色凝膠取出，切片，并用無水乙醇浸泡過夜；

⑤將所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，過篩，收集60～100目的樹脂即凝膠基材保存待用；

⑥將步驟⑤制得的凝膠基材與主儲能劑混合攪拌均勻后，加入成核劑，攪拌得到淡黃色的凝膠狀相變材料。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果在于：

本發明相變材料通過木質素磺酸鎂接枝丙烯酸和丙烯酰胺制得了具有增稠效果的木質素系高吸水樹脂凝膠基材，用于相變材料中，能改善相變材料的泄漏現象和相分離現象；所述相變材料原料來源廣泛，成本低，無毒無味，安全可靠，穩定性好，易生物降解，可在冷鏈運輸中推廣使用；所述相變材料的可調溫度范圍為-5℃～-10℃，相變潛熱為140～170J/g。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步解說。

實施例1

本發明提出的一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：木質素系高吸水樹脂凝膠基材1份、主儲能劑87份，成核劑1份。

其中主儲能劑為質量濃度為5％的氯化鉀溶液，成核劑為氟化鋇。

一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料的制備方法，具體步驟如下：

①準確稱取1.08g的丙烯酸置于刻度試管放入冰水浴中，緩慢滴加9mol/L的氫氧化鈉溶液10mL將丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的濃度為1.5mol/L；

②向10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL濃度為7.5×10^-4mol/L的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，15mL密度為2.5g/L的木質素磺酸鎂溶液以及10mL濃度為4.0×10^-3mol/L的過硫酸鉀溶液，反應10分鐘；

③將試管中的反應混合物轉移至裝有機械攪拌器、回流冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，水浴控溫，按55℃反應2.5小時，65℃反應2.5小時，75℃反應2.5小時進行反應；

④反應結束后，將所得淡黃色凝膠取出，切片，并用無水乙醇浸泡過夜；

⑤將所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，過篩，收集60～100目的樹脂即凝膠基材保存待用；

⑥將1份凝膠基材與87份質量濃度為5％的氯化鉀溶液混合，攪拌均勻后，加入1份氟化鋇，攪拌得到淡黃色的凝膠狀相變材料。

所得相變材料的相變溫度為-5.7℃，相變潛熱為169.8J/g。

實施例2

本發明提出的一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：木質素系高吸水樹脂凝膠基材4.5份、主儲能劑92.5份，成核劑3份。

其中主儲能劑為質量濃度為10％的氯化鉀溶液，成核劑為浮石粉。

一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料的制備方法，具體步驟如下：

①準確稱取1.08g的丙烯酸置于刻度試管放入冰水浴中，緩慢滴加9mol/L的氫氧化鈉溶液10mL將丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的濃度為1.5mol/L；

②向10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL濃度為7.5×10^-4mol/L的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，15mL密度為2.5g/L的木質素磺酸鎂溶液以及10mL濃度為4.0×10^-3mol/L的過硫酸鉀溶液，反應12分鐘；

③將試管中的反應混合物轉移至裝有機械攪拌器、回流冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，水浴控溫，按55℃反應2.5小時，65℃反應2.5小時，75℃反應2.5小時進行反應；

④反應結束后，將所得淡黃色凝膠取出，切片，并用無水乙醇浸泡過夜；

⑤將所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，過篩，收集60～100目的樹脂即凝膠基材保存待用；

⑥將4.5份凝膠基材與92.5份質量濃度為10％的氯化鉀溶液混合，攪拌均勻后，加入3份浮石粉，攪拌得到淡黃色的凝膠狀相變材料。

所得相變材料的相變溫度為-8.9℃，相變潛熱為165.9J/g。

實施例3

本發明提出的一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：木質素系高吸水樹脂凝膠基材8份、主儲能劑98份，成核劑5份。

其中主儲能劑為質量濃度為15％的氯化銨溶液和質量濃度為5％的氯化鉀溶液，成核劑為硅藻土。

一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料的制備方法，具體步驟如下：

①準確稱取1.08g的丙烯酸置于刻度試管放入冰水浴中，緩慢滴加9mol/L的氫氧化鈉溶液10mL將丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的濃度為1.5mol/L；

②向10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL濃度為7.5×10^-4mol/L的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，15mL密度為2.5g/L的木質素磺酸鎂溶液以及10mL濃度為4.0×10^-3mol/L的過硫酸鉀溶液，反應15分鐘；

③將試管中的反應混合物轉移至裝有機械攪拌器、回流冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，水浴控溫，按55℃反應2.5小時，65℃反應2.5小時，75℃反應2.5小時進行反應；

④反應結束后，將所得淡黃色凝膠取出，切片，并用無水乙醇浸泡過夜；

⑤將所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，過篩，收集60～100目的樹脂即凝膠基材保存待用；

⑥將8份凝膠基材與98份濃度為質量15％的氯化銨溶液和質量濃度為5％的氯化鉀溶液混合，攪拌均勻后，加入5份硅藻土，攪拌得到淡黃色的凝膠狀相變材料。

所得相變材料的相變溫度為-9.3℃，相變潛熱為148.6J/g。

實施例4

本發明提出的一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：木質素系高吸水樹脂凝膠基材5份、主儲能劑93份，成核劑2份。

其中主儲能劑為質量濃度為15％的氯化銨溶液，成核劑為浮石粉。

一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料的制備方法，具體步驟如下：

①準確稱取1.08g的丙烯酸置于刻度試管放入冰水浴中，緩慢滴加9mol/L的氫氧化鈉溶液10mL將丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的濃度為1.5mol/L；

②向10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL濃度為7.5×10^-4mol/L的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，15mL密度為2.5g/L的木質素磺酸鎂溶液以及10mL濃度為4.0×10^-3mol/L的過硫酸鉀溶液，反應10分鐘；

③將試管中的反應混合物轉移至裝有機械攪拌器、回流冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，水浴控溫，按55℃反應2.5小時，65℃反應2.5小時，75℃反應2.5小時進行反應；

④反應結束后，將所得淡黃色凝膠取出，切片，并用無水乙醇浸泡過夜；

⑤將所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，過篩，收集60～100目的樹脂即凝膠基材保存待用；

⑥將5份凝膠基材與93份質量濃度為13％的氯化銨溶液混合，攪拌均勻后，加入2份浮石粉，攪拌得到淡黃色的凝膠狀相變材料。

所得相變材料的相變溫度為-7.5℃，相變潛熱為154.2J/g。

實施例5

本發明提出的一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料，包括按照重量份計的如下組份：木質素系高吸水樹脂凝膠基材7份、主儲能劑90份，成核劑3份。

其中主儲能劑為質量濃度為13％的氯化鉀溶液和濃度為5％的氯化銨溶液混合，成核劑為硅藻土。

一種木質素系高吸水樹脂凝膠低溫相變材料的制備方法，具體步驟如下：

①準確稱取1.08g的丙烯酸置于刻度試管放入冰水浴中，緩慢滴加9mol/L的氫氧化鈉溶液10mL將丙烯酸中和至中和度60％，得到丙烯酸的濃度為1.5mol/L；

②向10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酸溶液中依次加入10mL濃度為1.5mol/L的丙烯酰胺溶液，5mL濃度為7.5×10^-4mol/L的N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺溶液，15mL密度為2.5g/L的木質素磺酸鎂溶液以及10mL濃度為4.0×10^-3mol/L的過硫酸鉀溶液，反應13分鐘；

③將試管中的反應混合物轉移至裝有機械攪拌器、回流冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，水浴控溫，按55℃反應2.5小時，65℃反應2.5小時，75℃反應2.5小時進行反應；

④反應結束后，將所得淡黃色凝膠取出，切片，并用無水乙醇浸泡過夜；

⑤將所得物置于真空干燥箱中50℃干燥至恒重，粉碎，過篩，收集60～100目的樹脂即凝膠基材保存待用；

⑥將7份凝膠基材與90份質量濃度為13％的氯化鉀溶液和濃度為5％的氯化銨溶液混合，攪拌均勻后，加入3份硅藻土，攪拌得到淡黃色的凝膠狀相變材料。

所得相變材料的相變溫度為-9.1℃，相變潛熱為150.7J/g。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。