[发明专利]一种石蜡/聚氨酯固-固复合双相变储能材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物固-固相变储能材料的制备方法，特别涉及一种石蜡/聚氨酯固-固复合双相变储能材料的制备方法。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的基础，但是在能量供给之间常常存在时间和空间上不匹配的矛盾，目前许多能源不能得到合理充分的利用。相变储能材料就是在温度高于材料相变点时发生相变（储热过程）吸收热量，当温度下降，低于相变点时发生逆向相变（放热过程）放出热量进行能量储存和温度调控的物质。相变储能材料在太阳能存储、工业废热回收、智能温控建筑以及智能纺织品等领域具有广泛的应用前景。

按照相变形式，相变储能材料主要包括：（1）固-气相变材料；（2）液-汽相变材料；（3）固-液相变材料；（4）固-固相变材料。目前大多数实用化且研究较为成熟的相变储能材料为固-液相变材料，如无机结晶水合盐及熔融盐、石蜡、脂肪酸、聚乙二醇等，但由于固-液相变材料在相变过程中会出现液体状态，必须用容器进行包装，增加了系统的成本，使其应用范围受到一定的限制。

近年来，高分子固-固相变储能材料，尤其是以聚乙二醇为软段的聚氨酯固-固相变材料，以其储热容量大，相变体积变化小，可加工成任意形态，甚至可直接用作系统的基体材料等优点而得到迅速的发展，成为相变材料中最有发展前途的研究领域。如：湘潭大学的刘朋生课题组采用分子量为6000的聚乙二醇为软段，甲苯二异氰酸酯（TDI）和超支化聚酯（H20）硬段，N,N’-二甲酰胺（DMF）为溶剂，合成了一种超支化聚氨酯固-固相变材料。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，在DMF溶剂中合成了一系列聚氨酯固-固相变材料，其相变焓接近100J/g，相变温度在40℃～60℃范围。中国专利CN201010005339.2发明了一种金属面板聚氨酯固-固储能墙体板材的制备方法，该板材具有强度大、刚度大、隔热等特性。中国专利CN200610117546.0采用聚乙二醇类为软段、异氰酸酯和带三羟基的物质为硬段，天然无机纳米蛋白石为成核剂，在丙酮溶剂中获得了聚氨酯固-固相变材料，蛋白石可以加快结晶速率，以提高热响应速率和相变焓。中国专利CN201210124385.3发明了一种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（2MPa～35MPa），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，但其相变焓低于85J/g。

综上所述，目前大多数研究获得的聚氨酯固-固相变材料的相变焓都较低，相变温度范围较窄，且制备过程涉及大量有毒有害溶剂，限制了其应用领域。因此，开发出具有高相变焓、宽相变温度、稳定性高、工艺绿色环保的聚氨酯固-固相变储能材料具有十分重要的实用价值。

发明内容

为了提供一种高相变焓、宽相变温度、稳定性高且工艺绿色环保的聚氨酯固-固相变储能材料，本发明提供一种石蜡/聚氨酯固-固复合双相变储能材料的制备方法。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种石蜡/聚氨酯固-固复合双相变储能材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：原材料的选取，所述的原材料包括下述重量份的组分：聚乙二醇：40～90份；异氰酸酯：4～20份；扩链剂：0～10份；石蜡：0～50份；表面活性剂：0～5份；催化剂：0～1份；

步骤二：将聚乙二醇在90℃～130℃的温度条件下，抽真空处理2h～4h，使原料中的水分含量低于0.02%；

步骤三：依次向上述处理后的聚乙二醇中加入表面活性剂和石蜡，搅拌均匀；

步骤四：将异氰酸酯加入到步骤三混合物料中，在氮气保护下，以800rpm～2000rpm的搅拌速率快速搅拌，同时向其中滴加扩链剂和催化剂，维持反应温度在60℃～90℃，得到预聚体；

步骤五：真空脱除步骤四所得的预聚体中的气泡，并将除泡后的预聚体快速倒入温度为40℃～70℃的模具中，然后将模具放置在70℃～110℃的烘箱中固化4h～8h，冷却后脱模，得到石蜡/聚氨酯固-固复合双相变储能材料。

所述聚乙二醇的分子量为2000～20000；更为优选的是：所述的聚乙二醇的分子量为4000～10000，所述的聚乙二醇可以采用分子量相同或分子量不一的进行复配。

所述的石蜡为正十二烷、正十四烷、正十八烷、正二十烷、碳原子数为13～50的烷烃的混合物中的任意一种或几种。