一种制备聚乙二醇-尼龙固固相变储能材料的方法技术

本发明专利技术提供一种制备聚乙二醇‑尼龙固固相变储能材料的方法，以改性聚乙二醇、内酰胺、阴离子引发剂和活化剂为主要原料，熔融共混后浇铸到模具中进行反应，在反应过程中原位生成尼龙，且尼龙在聚乙二醇基体中呈网状分布，在相态结构和物理氢键的共同作用下，形成聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料。本方法的优点在于所制得的聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料储热量大、储能效果好、重复利用性好，制备方法简单、易于控制，无需任何溶剂，不会造成环境污染，原料成本较低，可批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于本材料科学领域，具体涉及一种制备聚乙二醇-尼龙固固相变储能材料的方法
技术介绍
能源是人类赖以生存和发展的基础，而且，随着社会经济的发展，人们对天然气、石油、煤等天然能源的依赖日益加强。但是，到目前为止，天然能源已经濒临枯竭，人们不得不面对频繁出现的能源匮乏和能源危机。因此，对能源的有效利用和节约能源已经引起人们的高度重视。于是，研发能够节约能源的新材料，成为迫切需要解决的问题。储能技术正是在这一背景下诞生的，是提高能源利用率的有效手段，而储能材料是储能技术的基础。从上世纪末开始，作为储能材料重要组成部分的相变储能材料的研发已经越来越受到关注。相变储能材料按其工作过程中材料相态转变的基本形式可分为固气、液气、固液、固固相变储能材料四类。其中固固相变储能材料由于具有其他相变储能材料所不具备的独特的储能优点，具有很大的实际应用价值，是目前相变储能材料研发的重点。而在固固相变储能材料中，高分子固固相变储能材料由于其相变温度比较适宜、使用寿命长、性能稳定、无过冷和层析现象、储热量大、力学性能较好、便于成型加工、可直接用作系统的结构材料等特点，可广泛地应用于军事和民用的各个领域，如太阳能、热能的贮存和利用，已成为相变储
能材料最有发展前途的研究领域。聚乙二醇因其相变温度适宜、相变焓高、热滞后效应低、无相分离等特点而被广泛应用于高分子型固固相变储能材料。目前，聚乙二醇类固固相变储能材料的制备方法主要有化学法和物理法两种。化学法主要采用微交联、接枝共聚或嵌段共聚的方法，合成具有固固相变性能的聚乙二醇共聚物，如中国专利CN 100436510C报道了一种聚乙二醇和涤纶接枝共聚制备固固相转变材料的方法；美国专利US 19870055476报道了利用交联聚乙二醇制备可储能控温纺织纤维。化学法虽然能得到高性能的固固相变储能材料，但其制备工艺复杂，使用的溶剂价格高且回收困难，材料的制备成本高，一定程度上限值了材料的推广应用。物理法主要是将聚乙二醇与其他聚合物共混制备出具有固固相变特征的复合相变储能材料。目前，这类相变储能材料在高分子固固相变储能材料的研究中占相当比例，如中国专利CN 991160258报道了用溶液共混法得到一种聚乙二醇/纤维素复合固固相变储能材料；中国专利CN 101230256A报道了聚乙二醇与环氧树脂定形复合相变材料的制备方法。上述物理法的缺点主要在于，第一，需要使用大量溶剂，造成环境污染；第二，多次热循环会削弱氢键的作用，使得材料的重复利用性较差；第三，制备过程复杂，限制了其工业化。技术方案：为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单、易于控制、储热量大、储能效果好的聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料的制备方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种制备聚乙二醇-尼龙固固相变储能材料的方法，包括以下步骤：步骤一)制备改性聚乙二醇：将熔融的聚乙二醇中和烷基封端剂以1:2的摩尔比混合，在氮气保护下，在60-120℃的温度下搅拌30-120min，即制得改性聚乙二醇。步骤二)将10-70重量份的内酰胺、0.1-3重量份的阴离子引发剂和30-90重量份的改性聚乙二醇混合，在70-160℃下熔融5-60min，再加入活化剂0.05-3重量份，混合1-15min，将混合后的产物浇铸到模具中，在140～180℃下反应10～60min。进一步的改进，所述聚乙二醇为分子量为1000-20000。进一步的改进，所述阴离子引发剂和活化剂的重量比为1:10-10:1。进一步的改进，所述烷基封端剂为烷基单异氰酸酯类或烷基单异硫氰酸酯类的化合物。进一步的改进，所述烷基封端剂为十二烷基异氰酸酯、十六烷基异氰酸酯、十八烷基异氰酸酯、十八烷基异硫氰酸酯。进一步的改进，所述内酰胺为丁内酰胺、己内酰胺、辛内酰胺、十二内酰胺中的一种或几种的混合物。进一步的改进，所述内酰胺为己内酰胺。进一步的改进，所述阴离子引发剂为含有内酰胺阴离子的盐类化合物。进一步的改进，所述活化剂为异氰酸酯类化合物、己内酰胺类化合物、酰氯类化合物、酸酐类化合物的一种或几种的混合物。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：先制备烷基封端的改性聚乙二醇，然后将内酰胺和阴离子引发剂溶于改性聚乙二醇中，再加入活化剂搅拌均匀后，浇铸到模具中进行反应，反应过程中，活化剂与阴离子引发剂作用引发内酰胺进行阴离子开环聚合，原位生成尼龙。尼龙在聚乙二醇基体中呈网状分布，在这种相态结构和物理氢键的共同作用下，形成聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料。该制备方法的优点在于，所制得的聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料储热量大、储能效果好、重复利用性好，制备方法简单、易于控制，无需任何溶剂，不会造成环境污染，原料成本较低，可批量生产。具体实施方式：实施例1本专利技术中用到的材料有：聚乙二醇采用平均分子量为1000-20000的聚乙二醇中的一种或几种；烷基封端剂为含有一个烷基和一个异氰酸酯基团或一个异硫氰酸酯基团的化合物，如十二烷基异氰酸酯、十六烷基异氰酸酯、十八烷基异氰酸酯、十八烷基异硫氰酸酯；内酰胺为丁内酰胺、己内酰胺、辛内酰胺、十二内酰胺中的一种或几种，优选己内酰胺；阴离子引发剂为具有内酰胺阴离子结构的化合物，如己内酰胺钠、十二内酰胺钠；活化剂为各种异氰酸酯、各种酰基己内酰胺、各种酰氯、各种酸酐中的一种或几种，如甲苯二异氰酸酯、乙酰基己内酰胺、苯甲酰氯、马来酸酐。为了更好的对本专利技术进行阐述说明，申请人例举了如下实施例。实施例1按摩尔比，在1摩尔份熔融状态的平均分子量为1000的聚乙二醇中加入2摩尔份十二烷基异氰酸酯，氮气保护下，在70℃持续搅拌120min，从而制得改性聚乙二醇，备用；按重量份，称取20份己内酰胺、0.2份己内酰胺钠溶于80份熔融状态的改性聚乙二醇中，在70℃持续搅拌60min，再加入0.3份马来酸酐，继续搅拌15min，浇铸到模具中，140℃下反应60min，制得聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料。实施例2按摩尔比，在1摩尔份熔融状态的平均分子量为2000的聚乙二醇中加入2摩尔份十八烷基异硫氰酸酯，氮气保护下，在80℃持续搅拌90min，从而制得改性聚乙二醇，备用；按重量份，称取10份己内酰胺、0.1份己内酰胺钠溶于90份熔融状态的改性聚乙二醇中，在80℃持续搅拌5min，再加入0.05份甲苯二异氰酸酯，继续搅拌1min，浇铸到模具中，180℃下反应10min，制得聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料。实施例3按摩尔比，在1摩尔份熔融状态的平均分子量为6000的聚乙二醇中加入2摩尔份十六烷基异氰酸酯，氮气保护下，在100℃持续搅拌30min，从而制得改性聚乙二醇，备用；按重量份，称取40份丁内酰胺、1份己内酰胺钠溶于60份熔融状态的改性聚乙二醇中，在
100℃持续搅拌30min，再加入1份苯甲酰氯，继续搅拌10min，浇铸到模具中，160℃下反应20min，制得聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料。实施例4按摩尔比，在1摩尔份熔融状态的平均分子量为20000的聚乙二醇中加入2摩尔份十八烷基异氰酸酯，氮气保护下，在160℃持续搅拌60min，从而制得改性聚乙二醇，备用；按重量份，称取70份己内酰胺、3份十二内酰胺钠溶于30份熔融状态的改性聚乙二醇中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备聚乙二醇‑尼龙固固相变储能材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一)制备改性聚乙二醇：将熔融的聚乙二醇中和烷基封端剂以1:2的摩尔比混合，在氮气保护下，在60‑120℃的温度下搅拌30‑120min，即制得改性聚乙二醇；步骤二)将10‑70重量份的内酰胺、0.1‑3重量份的阴离子引发剂和30‑90重量份的改性聚乙二醇混合，在70‑160℃下熔融5‑60min，再加入活化剂0.05‑3重量份，混合1‑15min，将混合后的产物浇铸到模具中，在140～180℃下反应10～60min，即制得聚乙二醇‑尼龙固固相变储能材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备聚乙二醇-尼龙固固相变储能材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一)制备改性聚乙二醇：将熔融的聚乙二醇中和烷基封端剂以1:2的摩尔比混合，在氮气保护下，在60-120℃的温度下搅拌30-120min，即制得改性聚乙二醇；步骤二)将10-70重量份的内酰胺、0.1-3重量份的阴离子引发剂和30-90重量份的改性聚乙二醇混合，在70-160℃下熔融5-60min，再加入活化剂0.05-3重量份，混合1-15min，将混合后的产物浇铸到模具中，在140～180℃下反应10～60min，即制得聚乙二醇-尼龙固固相变储能材料。2.根据权利要求1所述的一种制备聚乙二醇-尼龙固固相变储能材料的方法，其特征在于，所述步骤二)中，内酰胺和改性聚乙二醇的重量总和为100重量份。3.根据权利要求1所述的一种制备聚乙二醇-尼龙固固相变储能材料的方法，其特征在于，所述阴离子引发剂和活化剂的重量比为1:10-10:1。4.根据权利要求1所述的一种制备聚乙二醇-尼龙固固相变储能材料的方法，其特征在于，所述聚乙二醇为分子量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴方娟，方辉，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建;35