[發明專利]一種多元復合固-固相變材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110388277.2
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102492396A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 張鴻;王倩倩;相恒學;孫狄克;劉輝;楊淑瑞
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: C09K5/02
• 分類號: C09K5/02;C08F290/06;C08F220/58;C08J3/24;C08J3/075
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅

技術領域

本發明涉及相變儲能材料技術領域，具體涉及一種多元復合的固-固相變材料及其制備方法。

背景技術

蓄熱調溫纖維的發展不僅實現了能量的循環利用、緩解了能源危機，而且其功能性也滿足了人們日益增長的物質需求。目前用作蓄熱調溫纖維的相變材料多集中于相變焓較高的固-液相變，然而其固有的液相轉變引發了封裝難的技術問題，即便是發展最為成熟的微膠囊法也因為成本過高而難于為大眾所接受。從蓄熱調溫纖維的制備方法上講，目前的應用多見的是濕法紡絲，而相對環境友好、工藝簡單的傳統熔紡技術的應用少見報道。尋找新的固液相變材料的固載方法、合成出耐熱性好的適合于熔融紡絲的復合相變材料，是眾多研究者努力的方向。為了解決這一問題，本發明提出制備一種多元復合的固-固相變材料，復合材料中相變工作物質分兩種，一種是鍵合型固定的PEGA，一種為互穿網絡固定的PEG，同時，該相變材料耐熱性高，應用前景廣泛。例如，可以通過熔融紡絲的方法制備蓄熱調溫纖維。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實現固-固相轉變的相變材料的制備方法及用此方法制備的相變材料。此方法是以丙烯酸聚乙二醇酯(PEGA)和N-羥甲基丙烯酰胺(NMA)的單體，以N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，以聚乙二醇(PEG)為互穿網絡組份，通過自由基聚合反應制備了PEGA-NMA/PEG多元蓄熱復合材料。通過PEGA和NMA的共聚反應實現對PEG的鍵合型固載，在交聯劑的作用下形成互穿網絡，實現對共混組分PEG的網絡固載，是一種新型的復合相變材料。此方法實現固-固相轉變，提高了相變材料的耐熱性，應用領域廣泛，例如：可作為熔融紡絲用蓄熱功能添加劑制備蓄熱調溫纖維；可以用作塑料產業的加工助劑制備蓄熱調溫的塑料制品；用作蓄熱功能助劑應用在建筑領域；用作蓄熱助劑應用在太陽能領域等。

本發明可以通過以下技術方案實現：

一種多元復合的固-固相變材料的制備方法，具體制備步驟如下：丙烯酸聚乙二醇酯、N-羥甲基丙烯酰胺、聚乙二醇溶于去離子水中，在超聲分散中充分分散混合均勻，加入交聯劑和引發劑，將體系溫度升至70～80℃，反應2～5h，形成具有交聯網絡結構的水凝膠，將水凝膠于35℃干燥，即得到多元復合的PEGA-NMA/PEG固-固相變材料；其中，

所述交聯劑為N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，交聯劑用量為PEGA、NMA、PEG三者總質量的2％～4％；

所述引發劑為過硫酸銨或有機過氧類引發劑，引發劑用量為PEGA、NMA、PEG三者總質量的1.5％；

所述PEGA和NMA的質量比為7∶3～9∶1；

所述PEG質量為PEGA和NMA總質量的40％～60％；

所述去離子水的體積(ml)與PEGA、NMA二者總質量(g)的比為6∶1～10∶1。

本發明中，有機過氧類引發劑優選過氧化苯甲酰；更優選的引發劑采用過硫酸銨；

優選的方案中，交聯反應溫度為75℃。

所述干燥方法為真空干燥、鼓風干燥、冷凍干燥中的一種。

本發明中使用的原料丙烯酸聚乙二醇酯可由市場購買，也可按公開號為CN102093552的專利中公開的方法制備。

本發明方法制備的固-固相變材料，其結晶焓值可控制在67.85J/g～107.48J/g，結晶溫度在34.66℃～43.07℃之間，而且在300℃以下具有良好的熱穩定性，可以較好的應用在相變纖維的熔體紡絲中。

本發明通過PEGA和NMA的共聚反應實現對PEG化學固載的同時，在交聯劑的作用下形成互穿網絡，實現對PEG的共混型網絡固載，通過對共聚比例、共混比例等試驗條件的控制，實現對相變溫度和相變焓的控制，以滿足不同的實際要求。本發明中，優選分子量4000的PEG作為互傳網絡組分。

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)本發明方法制備的固-固相變材料是一種多元復合體系，相變工作物質包括PEGA和PEG兩種組份，其中PEGA通過化學反應以鍵合方式實現，是永久定形，PEG通過互穿網絡形式物理共混，通過網絡間互穿纏結、分子間氫鍵作用、交聯網絡限域等多重定形。

(2)本發明制備的相變材料，共混組分的引入保持了材料原有的相變性能，緩解了化學反應導致的材料相變性能的下降問題，互穿網絡的形成實現了對大分子量聚乙二醇的網絡固載，解決了其高溫下液態流失的問題。

(3)本發明制備的相變材料耐熱性好，可適用于高溫加工領域，工藝簡單。