脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法。相變儲能發光材料，其中心離子為一個稀土離子，與不同鏈長的脂肪酸經過配合反應制備得到，同時，利用電紡絲的方法，將脂肪酸相變儲能發光材料制備成相變發光納米纖維。該相變發光材料具有高儲能性、高效發光強度；制備的相變發光納米纖維可以應用于紡織領域的相變儲能發光纖維等領域，具有工業化的應用前景。其制備方法分為兩個步驟：（1）脂肪酸相變儲能發光材料的制備；（2）用電紡絲方法制備相變發光納米纖維。
【專利說明】脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種包含脂肪酸的相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法，具體包括脂肪酸相變發光材料的制備，及將脂肪酸相變發光材料在電紡絲的技術下形成納米形態的相變儲能發光材料。
【背景技術】
[0002]相變儲能材料是在其物相變化過程中，吸收環境的熱(冷)量，并在需要時向環境放出熱(冷)量，從而達到控制周圍環境溫度的目的。脂肪酸作為非石臘類有機化合物，比其他類型的相變材料具有更優越的性能，例如共熔和共結晶特點、高熔融焓、不燃性、固-液相變過程中體積膨脹率小、廉價易得以及經過大量的加速冷熱循環試驗后仍具有良好的熱穩定性和化學穩定性。一元飽和脂肪酸是直鏈烷烴和末端一個羧基構成的有機化合物，即CH3-(CH2)n-C00H。隨著碳原子數的不同，其熔點可在較寬的范圍內變化，大體上隨著碳鏈的增長，一元飽和脂肪酸的熔點也相應增加，熔解熱的變化基本呈逐漸增大的趨勢，適合的相變溫度和較大的相變潛熱是相變儲能材料的首要侯選依據。基于此，選擇十二酸(月桂酸)、十四酸(肉豆蘧酸)、十六酸(棕櫚酸)、十八酸(硬脂酸)作為基本相變儲能材料。
[0003]相變儲能發光材料是材料領域中很有發展前景的新型材料。含有稀土離子的發光材料使稀土離子作為一個有效率的發光中心在有機和無機材料中有著廣泛的應用。通過協調有機酸的羧基和稀土離子可以合成新型的脂肪酸相變發光材料。
[0004]納米材料的制備方法很多，其中較為可靠有效的方法是利用高壓靜電紡絲技術制備。它是將高分子溶液或熔融液通過靜電紡絲裝置可以制備出納米/亞微米級的纖維絲。該技術已是成熟的習用技術，本專利申請將利用這一習用技術創制新的納米相變發光纖維。
[0005]本發明的相變儲能發光材料是一種新型的材料，兼具了儲能和發光兩種材料的優勢；同時，提供了一種將相變儲能發光材料制備成納米纖維的方法。
【發明內容】
[0006]根據【背景技術】，本發明的目的在于提供一種相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法。該相變發光材料具有高儲能性、高效發光強度；制備的相變發光納米纖維可以應用于紡織領域的相變儲能發光纖維等領域，具有工業化的應用前景。
[0007]為了實現上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現的:
一種脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法，其特征在于，以脂肪酸為相變部分，與稀土離子配合制備得到相變儲能發光材料；同時，采用電紡絲的方法，將相變儲能發光材料與聚合物混合溶液紡絲得到相變發光納米纖維，并按下述方法制備:
(1)將0.2g稀土氧化物溶于1:1的鹽酸，加熱攪拌至溶液無色，將溶解后的溶液在85°C油浴下加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得稀土氯化物；
(2)將Immol稀土氯化物與5.0mL乙醇在燒杯中混合,在磁力攪拌機上攪拌至稀土氯化物溶解，形成溶液a ；
(3)將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b;
(4)將3mmol脂肪酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至脂肪酸溶解，形成溶液c;
(5)在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料；
相變發光納米纖維的制備過程:將聚合物溶于溶劑后，將相變發光材料加入其中，溶解后將混合溶液放入注射器內，將注射器針頭與高壓靜電發生器輸出端相連，在距針頭一定距離處放置接地的金屬接收屏，注射器與接收屏間距離可調，在接收屏上得到相變發光納米纖維。
[0008]優選的，所述的稀土離子具體為銪、鋱、釤、釓、鏑、銩、鐠這類稀土離子中的任意一種或幾種。
[0009]優選的，所述的脂肪酸選自月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸、硬脂酸中的任意一種。
[0010]優選的，所述的電紡絲過程中所用聚合物選自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、尼龍-6 (PA-6)、聚苯乙烯(PS)、聚氧化乙烯(ΡΕ0)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一種或幾種。
[0011]優選的，電紡絲過程中所用溶劑，具體為N，N 二甲基甲酰胺、甲酸、乙醇、丙酮、水中的一種或幾種。
[0012]優選的，紡絲條件為:溫度:25°C，濕度:20%，紡絲電壓為20KV，接收距離為10cm。
[0013]本發明所涉及的相變儲能發光材料同時兼具儲能和發光的優勢，具有較強的儲能作用，其相變焓在40-85kJ/kg，并具有高的光轉換效率、高效的熒光強度；同時，本發明利用納米技術制備新型的納米相變發光纖維，可將材料應用于相變發光服飾等紡織領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1例I的DSC曲線圖(相變材料的相變溫度和相變焓采用差示掃描量熱儀(DSC)測定);
圖2相變發光納米纖維電鏡圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
一、相變儲能發光材料的制備過程
將0.2g氧化銪溶于1:1的鹽酸,加熱攪拌至溶液無色,將溶解后的氯化銪溶液在85°C油浴下在加加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得EuCl3.6H20。
[0016]將ImmolEuCl3.6H20與5.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至EuCl3.6H20溶解，形成溶液a ;
將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b;
將3mmol月桂酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合,在磁力攪拌機上攪拌至月桂酸溶解,形成溶液C;
在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料A-1。
[0017]制得的相變發光材料的相變溫度為50.36°C，相變焓為83.27kJ/kg，見附圖1。
[0018]二、相變發光納米纖維的制備過程
電紡絲的過程；將聚合物溶于溶劑后，將相變發光材料加入其中，溶解后將混合溶液放入注射器內，將注射器針頭與高壓靜電發生器輸出端相連，在距針頭一定距離處放置接地的金屬接收屏，注射器與接收屏間距離可調，在接收屏上得到相變發光納米纖維。紡絲條件為:溫度:25°C，濕度:20%，紡絲電壓為20KV，接收距離為10cm。
[0019]實施例2
將0.2g氧化銪溶于1:1的鹽酸,加熱攪拌至溶液無色,將溶解后的氯化銪溶液在85°C油浴下在加加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得EuCl3.6H20。
[0020]將ImmolEuCl3.6H20與5.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至EuCl3.6H20溶解，形成溶液a ;
將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b;
將3mmol肉豆蘧酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至肉豆蘧酸溶解，形成溶液c;
在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料A-2.相變發光納米纖維的制備過程同實施例1中的電紡絲過程。
[0021]實施例3
一、相變儲能發光材料的制備過程
將0.2g氧化銪溶于1:1的鹽酸,加熱攪拌至溶液無色,將溶解后的氯化銪溶液在85°C油浴下在加加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得EuCl3.6H20。
[0022]將ImmolEuCl3.6H20與5.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至EuCl3.6H20溶解，形成溶液a ;
將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b;
將3mmol棕櫚酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至棕櫚酸溶解，形成溶液c;
在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料A-3。
[0023]相變發光納米纖維的制備過程同實施例1中的電紡絲過程。
[0024]實施例4
一、相變儲能發光材料的制備過程
將0.2g氧化銪溶于1:1的鹽酸,加熱攪拌至溶液無色,將溶解后的氯化銪溶液在85°C油浴下在加加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得EuCl3.6H20。
[0025]將ImmolEuCl3.6H20與5.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至EuCl3.6H20溶解，形成溶液a ;
將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b;
將3mmol硬脂酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至硬脂酸溶解，形成溶液c;
在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料A-4.相變發光納米纖維的制備過程同實施例1中的電紡絲過程。
[0026]實施例5
將0.2g氧化鋱溶于1:1的鹽酸，加熱攪拌至溶液無色，將溶解后的氯化鋱溶液在85°C油浴下在加加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得TbCl3.6H20。
[0027]將ImmolTbCl3.6H20與5.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至TbCl3.6H20溶解，形成溶液a ;
將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b;
將3mmol月桂酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合,在磁力攪拌機上攪拌至月桂酸溶解,形成溶液c;
在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料B-1.相變發光納米纖維的制備過程同實施例1中的電紡絲過程。
[0028]實施例6
將0.2g氧化鋱溶于1:1的鹽酸，加熱攪拌至溶液無色，將溶解后的氯化鋱溶液在85°C油浴下在加加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得TbCl3.6H20。
[0029]將ImmolTbCl3.6H20與5.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至TbCl3.6H20溶解，形成溶液a ;
將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b;
將3mmol肉豆蘧酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至肉豆蘧酸溶解，形成溶液c;
在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料B-2.相變發光納米纖維的制備過程同實施例1中的電紡絲過程。
[0030]實施例7
將0.2g氧化鋱溶于1:1的鹽酸，加熱攪拌至溶液無色，將溶解后的氯化鋱溶液在85°C油浴下在加加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得TbCl3.6H20。
[0031 ] 將ImmolTbCl3.6H20與5.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至TbCl3.6H20溶解，形成溶液a ;
將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b; 將3mmol棕櫚酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至棕櫚酸溶解，形成溶液c;
在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料B-3.相變發光納米纖維的制備過程同實施例1中的電紡絲過程。
[0032]實施例8
將0.2g氧化鋱溶于1:1的鹽酸，加熱攪拌至溶液無色，將溶解后的氯化鋱溶液在85°C油浴下在加加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得TbCl3.6H20。
[0033]將ImmolTbCl3.6H20與5.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至TbCl3.6H20溶解，形成溶液a ;
將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b;
將3mmol硬脂酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至硬脂酸溶解，形成溶液c;
在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料B-4.相變發光納米纖維的制備過程同實施例1中的電紡絲過程。
【權利要求】
1.一種脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法，其特征在于，以脂肪酸為相變部分，與稀土離子配合制備得到相變儲能發光材料；同時，采用電紡絲的方法，將相變儲能發光材料與聚合物混合溶液紡絲得到相變發光納米纖維，并按下述方法制備: (1)將0.2g稀土氧化物溶于1:1的鹽酸，加熱攪拌至溶液無色，將溶解后的溶液在85°C油浴下加熱至完全蒸干，蒸干后可見一層白色薄膜在燒杯底部，即得稀土氯化物； (2)將Immol稀土氯化物與5.0mL乙醇在燒杯中混合,在磁力攪拌機上攪拌至稀土氯化物溶解，形成溶液a ； (3)將Immol鄰菲羅啉與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至鄰菲羅啉溶解，形成溶液b; (4)將3mmol脂肪酸與10.0mL乙醇在燒杯中混合，在磁力攪拌機上攪拌至脂肪酸溶解，形成溶液c; (5)在50°C下，將溶液a與溶液b混合；加入溶液C，得到混合溶液d，攪拌24小時后，室溫下再攪拌48小時，過濾，所得沉淀物放入烘箱中干燥，得到相變發光材料； 相變發光納米纖維的制備過程:將聚合物溶于溶劑后，將相變發光材料加入其中，溶解后將混合溶液放入注射器內，將注射器針頭與高壓靜電發生器輸出端相連，在距針頭一定距離處放置接地的金屬接收屏，注射器與接收屏間距離可調，在接收屏上得到相變發光納米纖維。
2.如權利要求1所述的脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法，其特征在于，所述的稀土離子具體為銪、鋱、釤、釓、鏑、銩、鐠這類稀土離子中的任意一種或幾種。
3.如權利要求1所述的脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法，其特征在于，所述的脂肪酸選自月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸、硬脂酸中的任意一種。
4.如權利要求1所述的脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法，其特征在于，所述的電紡絲過程中所用聚合物選自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、尼龍-6 (PA-6)、聚苯乙烯(PS)、聚氧化乙烯(ΡΕ0)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一種或幾種。
5.如權利要求1所述的脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法，其特征在于，電紡絲過程中所用溶劑，具體為N，N 二甲基甲酰胺、甲酸、乙醇、丙酮、水中的一種或幾種。
6.如權利要求1所述的脂肪酸相變儲能發光材料及其納米纖維的制備方法，其特征在于，紡絲條件為:溫度:25°C，濕度:20%，紡絲電壓為20KV，接收距離為10cm。
【文檔編號】D01F1/10GK103938288SQ201410142063
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】師奇松, 靳昕怡, 張鳴春 申請人:北京石油化工學院