[發明專利]一種聚氨酯固固柔性相變儲能膜及其制備和應用

有效

• 申請號: 202011101179.1
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN114369265B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 史全;寇艷;孫克衍;解卓學
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L75/08;C09K5/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明公開了一種通過化學合成制備聚氨酯聚合物，并以溶液鑄模法制備聚氨酯柔性相變儲能膜的制備方法。該方法在惰性氣氛下以聚乙二醇，異氰酸酯和胺類化合物制備含相變結構單元的聚氨酯，并以此為主要成膜物質通過溶劑揮發制備得到柔性聚氨酯相變儲能膜。此外，通過調節聚乙二醇分子量，得到相變溫度在5～60℃，相變焓在70～118J/g之間的相變儲能膜。本方法制備的相變儲能膜，制備工藝簡單，易加工成型，且穩定性好，儲能密度高，并具有較好的柔韌性，可用于智能織物和柔性電子器件等領域的控溫。

技術領域

本發明涉及一種聚氨酯固固柔性相變儲能膜及其制備和應用，屬于聚合物相變儲能材料領域。

背景技術

能源短缺成為當今社會一個日益嚴峻的問題，開發新的高效儲能技術，提高能源利用效率，與尋找新的能源同等重要。而作為能量供應重要方式之一的熱能，與我們日常生活密不可分。但是熱能往往存在供-需時空不匹配的問題，因此它的應用需要一種更有效的能量儲存方式，可以使其在熱能充足時把多余的熱能儲存起來以便在需要時使用，所以熱能儲存和釋放在保存有效能量和提高能源利用率方面起著非常重要的作用。

目前相變儲能材料主要是固液相變材料，在相變過程中會出現泄漏、流動等問題，定形相變儲能材料可解決該問題。中國專利(專利申請號201911416827.X)公開了一種上下保護膜封裝相變材料制備相變儲能膜的方法，這種方法利用真空填充技術把相變材料封入柔性膜夾層中，經過熱壓冷卻脫模得到柔軟的相變儲能膜。但該方法工藝復雜，因此直接利用固固聚氨酯材料進行儲能可簡化相變儲能材料的制備工藝。文獻報道的聚氨酯，相變焓達到152.97J/g，柔性欠缺，且不易加工成型。因此本發明的重點在于通過化學合成法制備聚氨酯聚合物，通過結構設計建立三維網絡結構，采用溶液鑄膜法制備相變儲能膜，該膜具有穩定性好、制備工藝簡單、相變焓值高，無泄漏問題，并具有一定的柔韌性，尤其是用于柔性紡織或電子器件的應用場合。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種聚氨酯固固柔性相變儲能膜的制備方法，其具有優越的化學穩定性、熱穩定性和安全性，可長時間穩定高效儲熱以及控溫；同時其具有一定的柔韌性，可用于柔性智能織物或電子器件。

本發明提供如下技術方案：

(1)首先將聚乙二醇、助溶劑按照質量比1:2～10，在惰性氣氛氣體(如：氮氣)環境中室溫～80℃下攪拌至完全溶解；隨后加入催化劑2-月桂酸-2-丁基錫，其用量按照催化劑：聚乙二醇的質量比1:80～240，最后加入異氰酸酯，其用量按照異氰酸酯：聚乙二醇的摩爾比1:0.5～5，在惰性氣氛氣體(如：氮氣)環境中室溫～80℃下反應2～8h，得到異氰酸酯封端預聚物溶液。

(2)將胺類交聯劑加入(1)所得產物中，其用量按照胺類交聯劑：聚乙二醇的摩爾比1:0.2～4，在惰性氣體環境中40～100℃下反應2～8h，得到聚氨酯相變儲能聚合物溶液。

(3)步驟(2)得到聚氨酯相變儲能聚合物溶液置于真空干燥箱中充分干燥，真空優選為130～260帕下，干燥時間優選為5～24小時，除去溶劑后得到聚氨酯固固柔性相變儲能膜。

優選地，所述聚氨酯固固柔性相變儲能膜，其特征在于，聚乙二醇的分子量范圍1000～20000，優選2000～12000。

優選地，所述聚氨酯固固柔性相變儲能膜，其特征在于，溶劑為甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮、N，N二甲基甲酰胺和N，N二甲基乙酰胺中的任意一種或任意兩種的混合物。

優選地，所述聚氨酯固固柔性相變儲能膜，其特征在于：異氰酸酯為脂肪族和芳香族異氰酸酯：1,6-六亞甲基二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯和苯二亞甲基異氰酸酯。

優選地，所述聚氨酯固固柔性相變儲能膜，其特征在于：胺類化合物為對苯二胺、聯苯二胺、和三聚氰胺。