高导热聚氨酯固-固相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热聚氨酯固‑固相变材料，其配方组成的质量百分比为：聚乙二醇：60％～95％；异氰酸酯：2％～30％；扩链剂：0％～9％；表面活性剂：0％～5％；导热介质：0.5％～8％。本发明专利技术还公开了所述的高导热聚氨酯固‑固相变材料的制备方法。本发明专利技术以具有较大空隙率的膨胀石墨为装载体和导热介质，采用具有相变功能的聚氨酯材料为基体，通过物理装载和化学交联，巧妙的将吸附装载、稳态定型与构建导热通道三种作用相结合，获得了相变潜热高、热稳定性好、且具有快速热响应速率的高导热相变储能材料，拓展了相变储能材料在航空、工业储热、建筑及太阳能储存等领域的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
高导热聚氨酯固-固相变材料及其制备方法
本专利技术涉及一种具有快速热响应速率的聚合物固-固相变材料及其制备方法，特别涉及一种以膨胀石墨为导热介质的高导热聚氨酯固-固相变材料及其制备方法。
技术介绍
随着人们对能源问题的重视，蓄能技术的重要性也日益突出。当相变材料在其物相发生改变时，伴有较大能量的释放或吸收。利用其这种特性对能量进行存贮，可对不连续、不稳定的热量进行充分利用，以调整控制工作源或相变材料周围环境的温度，是一种提高能源利用效率的环境友好技术。该技术在太阳能热利用、工业余热回收、采暖及空调等节能领域中相变材料都有着诱人的应用前景。目前已成为世界范围内的研究热点。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发展。1999年，Salyer申请专利，利用聚乙二醇分子链上的羟基与多官能团的异氰酸脂反应制备聚氨酯结构的固-固相变材料技术。在此基础上国内科研工作者进行了很多卓有成效的研究：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采用多种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，在丙酮溶剂中制备聚氨酯固-固相变材料，蛋白石可以加快结晶速率，有利于提高相变材料的热响应速率和相变焓。中国专利CN201210124385.3专利技术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，热响应速率较慢，且制备过程涉及大量有毒有害溶试剂，限制了其应用领域。因此，开发出具有高相变焓、快速热响应速率、使用性能稳定、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。
技术实现思路
本专利技术目的是提供备一种工艺简捷、相变焓高、使用性能稳定，且具有快速热响应速率的高导热聚氨酯固-固相变材料的配方及制备方法，以进一步提高聚氨酯固-固相变材料的储能性能及应用效果。为实现该目的，本专利技术通过以下方案予以实现：本专利技术的高导热聚氨酯固-固相变材料，其配方组成的质量百分比为：聚乙二醇：60％～95％异氰酸酯：2％～30％扩链剂：0％～9％表面活性剂：0％～5％导热介质：0.5％～8％所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：所述的聚乙二醇的分子量为2000～20000，最佳分子量为4000～10000中的任意一种或者多种聚乙二醇复配。所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：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)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(简称HDI)、多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)中的任意一种。所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：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)、六亚甲基二异氰酸酯(简称HDI)中的一种。所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：所述的扩链剂为乙二醇(EG)、1,4-丁二醇(BDO)、1,6-己二醇(HDO)、甘油、丙三醇、三羟甲基丙烷、三羟乙基丙烷中的任意一种或者多种扩连剂复配。所述的表面活性剂为有机硅类表面活性剂(AK-8807)、聚乙二醇辛基苯基醚(OP-10)、吐温-20、吐温-8中的一种。所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：所述的导热介质为可膨胀石墨。所述的高导热聚氨酯固-固相变材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法依次包括如下步骤：(1)将经过氧化处理的天然石墨片材在马弗炉中于700℃～1000℃膨化20min～60min，则制得膨胀石墨。(2)将聚乙二醇在90℃～130℃的温度条件下，抽真空处理1h～6h，使原料中的水分含量低于0.02％；(3)定量称取上述处理后的聚乙二醇，物料温度维持在70℃～100℃，加入定量的膨胀石墨与表面活性剂，搅拌均匀，在90℃～130℃的温度条件下抽真空处理20min～60min；(4)称取定量的异氰酸酯，加入到上述混合物料中，在氮气保护下，以500rpm～1500rpm的搅拌速率快速搅拌，同时向其中滴加扩链剂，维持反应温度在60℃～90℃，得到预聚体；(5)真空脱除预聚体物料中的气泡，并将除泡后的物料快速倒入温度为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，得到高导热聚氨酯固-固相变材料。与现有的现编材料及制备方法相比，本专利技术制备的高导热聚氨酯固-固相变材料具有以下特点：本专利技术以具有较大空隙率的膨胀石墨为装载体和导热介质，采用具有相变功能的聚氨酯材料为基体，通过物理装载和化学交联，巧妙的将吸附装载、稳态定型与构建导热通道三种作用相结合，获得了相变潜热高(154J/g)、热稳定性好、且具有快速热响应速率的高导热相变储能材料，拓展了相变储能材料在航空、工业储热、建筑及太阳能储存等领域的应用前景。附图说明图1为高导热聚氨酯固-固相变材料实物图。图2为膨胀石墨膨化后的微观形貌。图3为高导热聚氨酯固-固相变材料微观形貌。图4为高导热聚氨酯固-固相变材料差示扫描量热仪(DSC)曲线。图5为高导热聚氨酯固-固相变材料导热系数-温度变化曲线。具体实施方式：下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1：将经过氧化处理的天然石墨片材在马弗炉中于800℃膨化40min，则制得膨胀石墨。将分子量为4000的聚乙二醇加热熔化后，放置在100℃的真空烘箱中抽真空处理3h。将76.8份聚乙二醇、3份膨胀石墨、1份吐温-8加入反应釜中，将反应物的温度控制在75℃～80℃，以600rpm的搅拌速率搅拌均匀，在100℃的温度条件下抽真空处理40min；然后在氮气保护下，依次滴加16.5份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(简称MDI)和2.7份三羟乙基丙烷，滴加完成后继续搅拌3min，真空脱除上述混合物中的气泡。将除泡后的混合物浇入预热至50℃的模具中，再将模具放入100℃的烘箱中固化5h，冷却后脱模，得到的高导热聚氨酯固-固相变材料。对所制备的材料采用差示扫描量热仪(DSC)测试其相变温度及相变焓，测试条件为：氮气保护，升温及降温速率：10℃/min，温度测试范围为：-10℃～80℃。所制备的材料的熔融相变潜热为99.2J/g，熔融峰值温度为40.1℃。采用GJB772A406.2的测试标准测试其导热率，温度测试范围为：20℃～90℃。材料的常温导热系数为1.13W/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热聚氨酯固‑固相变材料，其特征在于由如下质量百分比的组分组成：聚乙二醇：60％～95％异氰酸酯：2％～30％扩链剂：0％～9％表面活性剂：0％～5％导热介质：0.5％～8％。

【技术特征摘要】
1.一种高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于由如下质量百分比的组分组成：聚乙二醇：60％～95％异氰酸酯：2％～30％扩链剂：0％～9％表面活性剂：0％～5％导热介质：0.5％～8％。2.根据权利要求1所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：所述的聚乙二醇的分子量为2000～20000。3.根据权利要求2所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：所述的聚乙二醇的分子量为4000～10000。4.根据权利要求1所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：所述的异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多元醇改性4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯中的任意一种。5.根据权利要求1所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：所述的扩链剂为乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、甘油、丙三醇、三羟甲基丙烷、三羟乙基丙烷中的任意一种或者多种扩连剂复配。6.根据权利要求1所述的高导热聚氨酯固-固相变材料，其特征在于：所述的表面活性剂为有机硅类表面活性剂AK-8807、聚乙二醇辛基苯基醚OP-10、吐温...

【专利技术属性】
技术研发人员：余雪江，刘涛，陈可平，雷雅杰，田春蓉，孙素明，梁书恩，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51