[發明專利]水性聚氨酯相變儲能材料

在審

• 申請號: 201410141321.3
• 申請日: 2014-04-05
• 公開（公告）號: CN103992461A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 洪偉;王杰林;張衡;米飛;張渤;趙秀宏;高建文;楊曉軍;李青山
• 申請（專利權）人: 秦皇島出入境檢驗檢疫局煤炭檢測技術中心
• 主分類號: C08G18/76
• 分類號: C08G18/76;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/34;C08G18/32;C08G18/73
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技術領域

本發明屬于新材料領域，涉及一種水性聚氨酯相變儲能材料的制備方法。?

背景技術

相變材料(phase?change?material，PCM)能夠在一個窄的溫度范圍內，通過相轉變(如固-固相轉變或固-液相轉變)吸收或釋放大量的潛熱(ΔH)。此過程會隨著PCM的潛熱被吸收或釋放完而終止。由于PCM具有高的儲熱密度和熔化熱，使其能夠在幾乎等溫的條件下形成一個緊湊的能量存儲系統。PCM的研究在1949年由Telkes和Raymond首先開展，但直到上世紀70年代才得到廣泛的關注。1971年，Hale、Hoover和O’Neill做了開拓性的研究，為月球漫游車和太空實驗室設計了一個PCM的熱保護系統。PCM首先小范圍的應用于太空飛行器，然后于20世紀70年代后期應用在更大的范圍內，如建筑和太陽能系統中，以應對全球的能源危機。此后，幾個研究小組進行了實驗研究，評估了潛熱儲熱系統的熱行為。對潛熱蓄熱的早期研究集中在無機鹽水合物的脫水和水化，初步的研究顯示，它們具有高能量存儲密度和高導熱性。然而，它們有一些明顯的缺點，如有腐蝕性、相容性差，以及相變熱循環過程中，出現過冷和相分離。為了避免無機PCM中的一些固有缺陷，增強PCM的熱容量、熱穩定性、熱傳導性和耐久性，科研人員將研究的重點轉向使用有機物質和它們的混合物作為PCM的一種新型的復合PCM。大多數的有機PCM的溫度使用范圍在-5℃至190℃，可以根據不同的應用類型的要求，選擇相變溫度不同的有機PCM。例如，相變溫度低于15℃時，該材料可以應用于冷卻，而相變溫度在90℃以上時，可以用于吸收式制冷。有機PCM及其混合物的相變溫度約為18-65℃，其熱舒適性適用于紡織業和建筑業。?

聚氨酯(polyurethane，PU)是帶有重復-NH-COO-特征基團且軟硬交替的雜鏈聚合物(如分子式1)，全稱聚氨基甲酸酯，是氨基甲酸(NH₂COOH)的酯類或碳酸的酯-酰胺衍生物，其中軟段由多元醇構成，硬段由多異氰酸酯和擴鏈劑構成。德國化學家O.Bayer教授(PU工業的奠基人)于1937年首次發現多元醇化合物與多異氰酸酯進行加聚反應可以生產PU，并以此為基礎實現了工業化應用，特別是在涂料、膠黏劑、皮革加工、紡織等領域的應用最為廣泛。?

1953年美國DuPont公司附屬研究院成功研制了水性聚氨酯。所謂水性聚氨酯(waterborne?polyurethane，WPU)是相對于溶劑型來說的，是將PU分散于水中，在高速剪切下制備而成的，其中不含或含很少量揮發性有機溶劑。WPU不僅繼承了溶劑型PU的一些優良性能，而且還具有不污染環境、無毒害、成本低等優點，成為PU材料的主要發展方向。?

聚氨酯相變儲能材料(polyurethane?phase?change?material，PUPCM)是剛性鏈段和柔性鏈段交替連接而成的嵌段共聚物。與PU彈性體的結構類似，由擴鏈劑和異氰酸酯構成硬段，形成許多硬段微區，成為PUPCM的框架。在PUPCM分子鏈中，軟段構成了PUPCM的功能載體。PUPCM相變焓較大，熱性能穩定，是一種高分子固-固相變儲能材料，具有較大使用價值和發展前途。?

水性聚氨酯相變儲能材料(waterborne?polyurethane?phase?change?material，WPUPCM)的設計思路，是將PUPCM與WPU整合到一起開發出的新一代PCM。具體方法是在PUPCM的基礎上，引入親水基團，使其具備水溶性的特點。WPUPCM兼具固-固相變儲能功能和水?溶性特點，與傳統PUPCM相比較，它的應用范圍更廣，特別是在功能性紡織品領域，在不使用或少使用有機溶劑的前提下，可以達到理想的效果。?

發明內容

本發明是將PUPCM與WPU整合到一起開發出的新一代PCM——水性聚氨酯相變儲能材料。具體方法是在PUPCM的基礎上，引入親水基團，使其具備水溶性的特點。WPUPCM兼具固-固相變儲能功能和水溶性特點，與傳統PUPCM相比較，它的應用范圍更廣，特別是在功能性紡織品領域，在不使用或少使用有機溶劑的前提下，可以達到理想的效果。?

該材料的具體制備過程如下：?

1.將聚乙二醇(分子量1000-20000，50-95份)、二羥甲基丙酸(1-20份)在100-130℃下真空脫水2-8h。?