一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料及其制备方法和薄膜技术

本发明专利技术涉及相变储能材料领域的一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料及其制备方法和薄膜。所述光热转换聚氨酯储能薄膜材料，由包含以下组分制备而成：聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇、二异氰酸酯、小分子二元醇、双羟基染料；所述聚乙二醇的分子量为2000～20000；所述低聚物聚醚或聚酯二元醇的分子量为500～3000；所述双羟基染料含有两个自由活泼羟基，可吸收380～780nm的可见光；本发明专利技术的聚氨酯薄膜，通过共价键键入的染料和定型相变材料的储热特性，使薄膜兼具光热转换和热能存储功能，可有效解决有机相变材料的变形、泄露问题；本发明专利技术提供的聚氨酯薄膜相变焓值高，性能稳定，合成工艺相对简单，原料易得，具有很广阔的应用前景。

Photo thermal conversion polyurethane energy storage film material, preparation method and film thereof

The invention relates to a photothermal conversion polyurethane energy storage film material, a preparation method and a film in the field of phase change energy storage material. The photothermal conversion polyurethane energy storage film material is prepared by comprising the following components: polyethylene glycol, oligomer polyether or polyester diol, diisocyanate, small molecular diol, dihydroxy dye; the molecular weight of the polyethylene glycol is 2000-20000; the molecular weight of the oligomer polyether or polyester diol is 500. The polyurethane film of the present invention can effectively solve the deformation and leakage of organic phase change materials by covalently typed dyes and the thermal storage characteristics of styled phase change materials, so that the film has both the functions of photothermal conversion and thermal energy storage. The polyurethane film provided by the invention has high phase change enthalpy value, stable performance, relatively simple synthesis process, easy access to raw materials, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料及其制备方法和薄膜
本专利技术涉及相变储能材料领域，更进一步说，涉及一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料及其制备方法和薄膜。
技术介绍
目前，能源短缺问题是当今社会面临的最大问题，新能源的开发和利用是当前解决能源问题的一个重要途径，太阳能、水能、潮汐能等清洁可再生的能源受到广泛的关注，但是这些能源存在间歇性、不连续性以及不匹配性等缺点，不能够持续的、稳定的提供能量，因此需要一种相变储能材料来实现能量的持续供给。热能的使用在所有的能源利用形式中最为广泛，大多数的能源使用过程中，都是通过热能转换的途径来满足人类的生产和生活。但是，在热能利用的过程中存在大量的能量损耗及严重的资源浪费。除此之外，能量利用的时间和空间的不匹配性也导致资源的浪费。因此，如何高效的利用热能，是解决热能损耗大以及利用率低的一个有效途径。太阳能热利用是一种最简单、最直接、最有效的途径之一，已经成为太阳能高效利用的一个研究热点，但是由于太阳辐射到达地球表面的能量密度低，受到季节、气候、时间等自然因素的影响，使得太阳能的直接利用受到了很多的限制，为了解决这些问题，需要一种有效的储能装置把太阳能储存起来，在需要的时候释放出来，从而来满足人们的需求。将太阳辐射能转变为热能加以利用，主要涉及光捕集、光热转换及能量存储等过程，即太阳能利用设备包括太阳辐射能的采集以及转化装置和热能存储装置。目前吸收太阳辐射能并转换为热能的材料包括无机材料、半导体和有机染料等。有机染料具有光吸收和光热转化的双重特性，其中有机染料含有可反应的活性基团，很容易与相变材料以化学键的方式结合，克服光热转化相变后相分离的问题并且可以制备出光捕集、光热转换及能量存储于一体的材料。相变储能材料分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。其中有机定形相变储能材料具有形状稳定、体积变化小、无泄漏、无腐蚀等优点，成为相变储能材料的研究热点之一。以聚乙二醇为原料合成聚氨酯相变储能材料最具有代表性，如MuSiyang等将聚苯乙烯丙烯氰接枝到聚乙二醇上制备出一种新型的固固相变材料，相变焓值为68.3kJ/kg，经过1000次循环后仍保持较高储热能力且具有较好的热稳定性。LiuZhineng等以PEG4000为相变材料，蓖麻油为骨架，通过MDI和HDI为连接基团，合成出新型的聚氨酯固固相变材料，其相变焓值为117.7J/g，具有优良的热稳定性和可靠性，在太阳能储热方面有很大的应用前景。染料对光吸收和光热转换的特性，使得染料引入到相变材料中的研究越来越广泛，公开号为CN102532945A的中国专利介绍了一种光热转换多嵌段高分子有机定形相变染料，该染料是以聚乙二醇为软段，染料为硬段的多嵌段型高分子染料，不但可用于太阳能的光热转换和存储，还可以用于染色和印花。公开号为CN106047305A的中国专利公开了一种光热转换型有机/无机复合储能材料的制备方法，以聚乙二醇为相变组分，将染料以化学键的形式结合到二氧化硅支撑材料上，制备出光热转换与能量存储一体的复合相变材料，其储能密度大，包覆率高。但制备的储能材料是粉体，而且相变材料是以被包覆的形式存在于储能材料中，存在泄漏的危险。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料。具体地说涉及一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料及其制备方法和薄膜。所述光热转换聚氨酯储能薄膜是一种具有光捕集、光热转换和热能存储于一体的聚氨酯储能薄膜，此种薄膜以聚乙二醇、低聚物聚酯或聚醚二元醇为软段，以双羟基染料、二异氰酸酯、小分子二元醇为硬段，其中染料可以吸收可见光并进行光热转换，聚乙二醇为相变储能组分；本专利技术兼具光热转换和热能存储的聚氨酯薄膜，通过共价键键入的染料和定型相变材料的储热特性，使薄膜兼具光热转换和热能存储功能，可有效解决有机相变材料的变形、泄露问题，而且合成工艺相对简单，应用方便。本专利技术目的之一是提供一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料，由包含聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇、二异氰酸酯、双羟基染料、小分子二元醇在内的组分制备而成，所述光热转换聚氨酯储能薄膜材料的结构式可为：其中：R为二异氰酸酯组分，R2为低聚物二元醇组分，Dye为染料，n由聚乙二醇分子量决定，一般可为2000～20000。本专利技术目的之二是提供所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料的制备方法，可包括以下步骤：(1)将所述聚乙二醇和低聚物聚醚或聚酯二元醇真空干燥，除去水分；具体可在真空干燥箱中60～80℃处理2～3h，以除去原料中所含有的水分；(2)将上述处理后的聚乙二醇和低聚物聚醚或聚酯二元醇与所述二异氰酸酯按照所述量溶于N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基甲酰胺的用量为将组分充分溶解即可，在氮气的氛围下进行反应，反应温度为30～40℃，反应时间可为2～3h，得到聚氨酯预聚体；(3)按所述用量将所述双羟基染料溶于溶剂中，加入的溶剂用量为将染料充分溶解即可，再加入到聚氨酯预聚体中，升高温度至60～70℃进行反应，反应时间可为1～2h；所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮或二氯甲烷中的至少一种；(4)最后加入小分子二元醇扩链剂，升高温度至80～90℃进行反应，反应时间可为2～3h，得到聚氨酯溶液，即为所述光热转换聚氨酯储能薄膜材料。进一步，可将所述光热转换聚氨酯储能薄膜材料(聚氨酯溶液)倒到聚四氟模具中，将模具烘干，具体可将模具放在60～80℃烘箱中烘干8～10h，即得到所述光热转换聚氨酯储能薄膜。其中，所述低聚物聚醚或聚酯二元醇同聚乙二醇的摩尔比为(0～15)：1，优选(0～8)：1；所述聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇的摩尔数总和同小分子二元醇的摩尔比为1：(0.5～10)，优选1：(0.7～5)；所述聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇中的羟基总和同二异氰酸酯中的异氰酸酯基摩尔比为1：(1～7)，优选1：(2～5)；所述聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇、小分子二元醇中羟基总和同二异氰酸酯中的异氰酸酯基摩尔比为(1～2)：1，优选(1～1.5)：1。所述聚乙二醇的分子量为2000～20000，优选4000～10000；所述低聚物聚醚或聚酯二元醇的分子量为500～3000，优选1000～2500；所述二异氰酸酯选自4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的至少一种。所述低聚物聚醚或聚酯二元醇，可选自聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇中的至少一种；所述小分子二元醇选自乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇中的至少一种。所述双羟基染料用量占聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇、二异氰酸酯、小分子二元醇质量总和的0.1％～3％，优选0.2％～1％。所述双羟基染料为含有两个活性羟基的偶氮染料或蒽醌染料。所述偶氮染料可选自染料A、染料B、染料C、染料D中的至少一种；其中所述染料A的结构为结构式(1)：式(1)中R为H、Cl、CN、NO2、CONHR'或COOR'；其中R'为H、CnH2n+1的直链饱和烷基，且1≤n≤18，n为整数；其中所述染料B的结构为结构式(2)：式(2)中R为H、Cl、CN、NO2、OR'、CONHR'或COOR'；其中R'为H、CnH2n+1的直链饱和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料，其特征在于结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料，其特征在于结构式如下：其中：R为二异氰酸酯组分，R2为低聚物二元醇组分，Dye为染料，n＝2000～20000。2.根据权利要求1所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇真空干燥，除去水分；(2)将上述处理后的聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇与二异氰酸酯溶于N,N-二甲基甲酰胺，在氮气氛围下进行反应，反应温度为30～40℃，得到聚氨酯预聚体；(3)将双羟基染料溶于溶剂中，再加入到所述聚氨酯预聚体中，升高温度至60～70℃进行反应；所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、丙酮或二氯甲烷中的至少一种；(4)最后加入小分子二元醇扩链剂，升高温度至80～90℃进行反应，得到聚氨酯溶液，即为所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料。3.根据权利要求2所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述低聚物聚醚或聚酯二元醇同所述聚乙二醇的摩尔比为(0～15)：1，优选(0～8)：1；所述聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇的摩尔数总和与小分子二元醇的摩尔比为1：(0.5～10)，优选1：(0.7～5)。4.根据权利要求2所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇中的羟基总和同二异氰酸酯中的异氰酸酯基摩尔比为1：(1～7)，优选1：(2～5)；所述聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇、小分子二元醇中羟基总和同二异氰酸酯中的异氰酸酯基的摩尔比为(1～2)：1，优选(1～1.5)：1。5.根据权利要求2所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料，其特征在于：所述聚乙二醇的分子量为2000～20000，优选4000～10000；所述低聚物聚醚或聚酯二元醇的分子量为500～3000，优选1000～2500；所述二异氰酸酯选自4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的至少一种。6.根据权利要求2所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料，其特征在于：所述低聚物聚醚或聚酯二元醇，选自聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇中的至少一种；所述小分子二元醇选自乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇中的至少一种。7.根据权利要求2所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料，其特征在于：所述双羟基染料用量占聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇、二异氰酸酯、小分子二元醇质量总和的0.1％～3％，优选0.2％～1％；所述双羟基染料为含有两个活性羟基的偶氮染料或蒽醌染料。8.根据权利要求7所述的光热转换聚氨酯储能薄膜材料，其特征在于：所述偶氮染料选自染料A、染料B、染料C、染料D中的至少一种；其中所述染料A的结构为结构式(1)：式(1)中R为H、Cl、CN、NO2、CONHR'或COOR'；其中R'为H、Cn...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍利红，曹苏毅，
申请(专利权)人：北京服装学院，
类型：发明
国别省市：北京,11