[发明专利]一种高强度聚氨酯固―固相变储能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变储能材料及其制备方法，特别涉及一种具有较高力学强度的聚氨酯固-固相变材料及其制备方法。

背景技术

随着世界能源危机的日益加剧，提高能源利用效率及开发可再生能源已成为当前人类面临的重要课题。贮能材料就是将一定形式的能量在特定的条件下贮存起来，并在特定的条件下加以释放和利用的材料，故其可以实现能量供应与人们需求一致性的目的，并达到节能降耗的作用。其中相变材料（Phase change materials，简称PCM）是利用物质发生相转变时吸收或释放出大量热量的性质来进行贮热或释能的，其具有贮热密度高、吸热或放热过程近似等温、过程易控制等优点，同时，其可与环境进行能量交换，达到控制环境温度和能量利用的目的，因此可广泛应用于热量贮存和温度控制领域，特别是在航空航天、太阳能利用、废热和余热的回收利用、工业与民用建筑采暖、空调的节能以及人体的保暖与调温等领域具有广泛的应用前景。

在保护宇航员和精密仪器设备免受外太空温度急剧变化影响的应用中，相变贮能材料表现出了优越的性能，如美国国家航天航空局研制了具有温度调节功能的纺织品应用于太空穿梭机及宇航服材料。此外，美国现有两家公司成功地采用相变材料生产出一种新型保健服装，该服装可以随时自动地调节人体体温，使人体始终处于“舒服佳”状态，大大地提高了人们的生活质量和工作效率。

目前，大多数实用化且研究较为成熟的相变材料主要是固-液相变材料。但此类材料在相变过程中会有液体出现，使用时须采用容器进行包装以对其形状进行控制，这不仅会增加系统的成本，同时也使其应用范围受到限制，因此，近年来，固-固相变材料的研究和应用得到迅速的发展。高分子固-固相变材料以其储热容量大，相变体积变化小，不需要容器盛装，可与其他材料结合，容易制成各种形态，甚至可直接用作系统的基体材料等优点而成为相变材料中最有发展前途的研究领域。高分子固-固相变材料主要包括：形状稳定的相变材料、微胶囊包封相变材料以及以化学方法合成的性能稳定的固-固相变材料等三大类，其中以化学方法合成的性能稳定的固-固相变材料的实质是利用接枝或嵌段的方法，把具有较高相变焓以及合适相变温度的高分子固-液相变物质通过化学反应的方式合成出化学性质相对稳定的高分子固-固相变材料，目前正在研究的材料主要有：交联聚烯烃和交联聚缩醛、聚乙二醇/纤维素及其衍生物复合固态相变材料以及以聚乙二醇为软段的聚氨酯相变材料等。

在聚氨酯相变材料的研究方面，以聚乙二醇为原料合成聚氨酯固-固相变材料最具代表性，如：湘潭大学的刘朋生课题组使用分子量为6000的聚乙二醇和甲苯二异氰酸酯(TDI)合成了聚氨酯固-固相变材料，并采用不同的方式对聚氨酯固-固相变材料进行了改性。中国工程物理研究院的田春蓉课题组也采用不同分子量的聚乙二醇为原料，合成了一系列具有不同相变焓与相变温度的聚氨酯固-固相变材料。上述方法制备的聚氨酯固-固相变材料的相变焓较高，接近或大于100J/g，其相变温度在40℃~60℃，但其力学性能较差，如其拉伸强度小于5MPa，断裂伸长率低于200%，这些缺点限制了其在某些特殊环境如在织物纤维领域的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较高力学性能如具有较高拉伸强度及断裂伸长率的聚氨酯固-固相变材料及其制备方法，使材料既具有固-固相变的特性，同时还具有较高的力学强度，以满足对力学性能有较高要求的场合的温度调节与控制的需求。

为实现该目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明的高强度聚氨酯固-固相变材料，其配方组成的质量百分含量为：

多元醇：70%~96%

异氰酸酯：4%~20%

扩链剂：0%~10%

催化剂：0%~1%

所述的多元醇为分子量为1000～6000的聚酯多元醇，包括聚己二酸乙二醇酯多元醇、聚己二酸丁二醇酯多元醇、聚己二酸己二醇酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚乙二酸乙二醇酯多元醇、聚乙二酸丁二醇酯多元醇或聚乙二酸己二醇酯多元醇中的一种或以上多之醇的优选质量百分比含量75%~95%。

所述的异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（简称MDI）、多元醇改性4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（简称U-MDI）、碳化二亚胺改性4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（简称C-MDI）、六亚甲基二异氰酸酯（简称HDI）、多亚甲基多苯基异氰酸酯（PAPI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）中的一种异氰酸酯的优选质量百分比含量为5%~20%。