[發明專利]一種利用腈綸廢絲制備定形相變材料的方法

無效

• 申請號: 201010202979.2
• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101851336A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 郭靜;相恒學
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: C08G81/02
• 分類號: C08G81/02;C08G65/48;C08F20/44;C08F8/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 畢進

技術領域

本發明涉及相變儲能材料技術領域，具體涉及一種利用腈綸廢絲制備定形相變材料的方法。

背景技術

當前，世界各國經濟發展共同面臨著兩大難題，一是能源危機，二是環境污染。我國是腈綸(學名聚丙烯腈纖維)生產和消費大國，目前國內市場腈綸消耗總量為130萬噸左右，每年產生的廢舊腈綸總量在10萬噸左右，若不對其加以回收利用，一方面會造成環境污染，另一方面會造成資源的浪費，因此加強廢舊腈綸的回收利用，變廢為寶，不僅可以實現資源的再生，而且也減少環境污染，實現可持續發展，是一項成本低、效益高、資源充足的新興項目，具有廣闊的發展前景。

與其它熱塑性聚合物不同，腈綸因結構的原因不能通過熱熔融重新造粒再生、也不能用熱裂解的方法來回收單體，但其分子結構中存在活潑的氰基(-CN)，可以利用氰基轉化，對腈綸加以回收和利用。已有報道將廢舊腈綸水解獲得聚丙烯酸或聚丙烯酸鈉，用于制備高吸水樹脂、離子交換纖維、鉆井添加劑等，但鮮見將其用于制備相變材料的報道。

相變材料可以在不同的溫度下，激發啟動吸熱或放熱，當溫度高于某一閾值時，材料相變而吸熱，使溫度不再升高；溫度低于某一閾值時，材料相變而放熱，使溫度不再降低，這種在可逆相變過程中對能量的儲存和釋放作用可以有效的緩解能源的供求問題，對工業廢熱和余熱的回收利用，提高能源的利用率有重要意義。

聚乙二醇(PEG)相變焓高、熱滯后效應低、無相分離、溫度選擇范圍寬，是一種性能優異的高分子相變材料。文獻所報道的PEG基的固-液相變材料，如PEG與無機粒子、聚丙烯(PP)等物質共混，可以獲得相變材料，但存在相變物質滲漏等問題。本發明制備的相變材料是將結晶PEG的鏈端通過化學反應接枝在熔點較高、強度大、結構穩定的骨架高分子腈綸的水解產物(簡稱HPAN)上，因此在受熱時，低熔點的結晶性PEG支鏈發生從晶態到無定形態的相變，而尚未融化的高熔點的HPAN主鏈作為骨架材料支撐起整個材料的結構，并且限制了低熔點PEG的宏觀流動性，使材料在整體上仍保持固體狀態。這種相變材料相變過程形態穩定，熱儲能性及耐久性優良，是極具市場發展前景的相變材料，可以在紡織服裝、建筑節能材料及某些特殊領域如軍工、航空航天等領域獲得應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種利用腈綸廢絲制備定形相變材料的技術與方法，目的有兩個方面：一是提供一種腈綸廢絲綜合利用技術；二是提供一種儲能材料。本發明的相變材料除具備普通定形相變材料的特點外，還具有較高的焓值、較好的保溫性能。因此它可以作為一種新的相變材料廣泛的應用在蓄熱及節能領域。

本發明實現的具體步驟如下：

第一步、在130℃～150℃下，將腈綸廢絲在5％～15％的堿液中水解2～3h，通過乙醇沉淀，用鹽酸調節pH至6～7，獲得腈綸水解產物(HPAN)。

第二步、在A反應器中將腈綸水解產物進行溶脹、溶解；B反應器中加入聚乙二醇、擴鏈劑、催化劑及溶劑，在80～90℃攪拌30～60分鐘后，將A反應器中已經溶解、溶脹的腈綸水解產物倒入B反應器；反應5～15分鐘后，反應器中出現白色絮狀沉淀，該白色絮狀沉淀即為接枝共聚物(HPAN-g-PEG)的沉淀形式，其具有定形相變特征。

所獲得的定形相變材料的結構見附圖1。

其中，聚乙二醇的數均分子量為2000～10000。

擴鏈劑為酞酸四丁酯(TBT)，酞酸四丁酯的用量與相變材料的質量比為1∶4.17～1∶12.5。

催化劑為二月桂酸二丁基錫，催化劑的用量為擴鏈劑質量的1.75％～1.875(TBT)％。

在本發明中，第一步中，考慮成本和環保，腈綸廢絲的堿解溫度為130～150℃，堿濃度為5％～10％。

第二步中所述聚乙二醇數均分子量為2000～6000，最好為4000～6000，以保證所制備相變材料有較高的相變焓值及相宜的相變溫度。

與其它已公開的定形相變儲能材料及制備方法相比，本發明有以下優點：

1、本發明的定形相變材料的支撐材料選擇腈綸廢絲水解產物，解決了腈綸廢絲回收利用難題，實現了資源再利用，降低了環境污染。

2、本發明所制備的定形相變材料的相變焓較高，超過100J/g。