一种超支化水性聚氨酯固-固相变材料及其制备方法技术

一种超支化水性聚氨酯固‑固相变材料的制备方法，包括：按照质量百分比分别称取如下原料：聚乙二醇、多异氰酸酯、亲水扩链剂、三元醇、中和剂、水；将称取的多异氰酸酯添加到聚乙二醇中，经搅拌后得到‑NCO封端的预聚体；将称取的亲水扩链剂添加到‑NCO封端的预聚体中，经搅拌后得到亲水扩链混合物料；将称取的三元醇添加到亲水扩链混合物料中，经搅拌后得到超支化结构混合物料；将称取的中和剂添加到超支化结构混合物料经搅拌得到中和后的超支化结构混合物；将称取的水添加到中和后的超支化结构混合物中，经搅拌均匀后得到超支化水性聚氨酯固‑固相变材料。本发明专利技术的制备方法能得到调温性能良好的超支化水性聚氨酯固‑固相变材料。

【技术实现步骤摘要】
一种超支化水性聚氨酯固-固相变材料及其制备方法
本专利技术属于材料制备方法
，具体涉及一种超支化水性聚氨酯固-固相变材料的制备方法。
技术介绍
相变材料是指在发生物相转化过程中吸收或释放相变热，从而储存能量和调节控制环境温度的物质。相变材料按相态可分为固-液、固-固、固-气、液-气4种。目前，国内外对相变材料的研究主要集中于固-液和固-固两种相变材料。然而，固-液相变材料在熔融温度以上存在易泄漏、体积变化大等缺点，应用上受到极大限制。与固-液相变材料相比，聚氨酯固-固相变材料有其自身的优势：1）当相变材料处于熔融温度以上体积变化小且不易泄漏，使用过程安全；2）可实现相变材料的相变焓和相变温度范围调节；3）聚氨酯材料本身具有优异的加工性能，利用其可以制备出各种各样的聚氨酯固-固相变材料。因此，在建筑、纺织、太阳能储能等等领域具有重要的应用前景。目前，聚氨酯固-固相变材料的制备主要存在结合相变单元少的问题。为了解决这一问题，寻找相变焓高的聚氨酯固-固相变材料制备方法成为研究重点。
技术实现思路
超支化聚氨酯分子表面有很高的官能度，富集了大量的活性端基，可以结合更多的相变单元。由于支化程度高，超支化水性聚氨酯固-固相变材料粘度低、无链缠绕、不易结晶，因而溶解性、相容性大大提高，而且其分子结构比同分子量的线型大分子紧凑(较低的流体力学半径和均方回转半径)，分子链间难以发生缠结，即使在相对分子量增加或浓度增高时，体系仍能保持较低的粘度。故采用双单体法制备的超支化水性聚氨酯固-固相变可以有效解决体系中粘度过大、结合相变单元少的问题。本专利技术的目的在于提供一种制备超支化水性聚氨酯固-固相变材料的方法，采用双单体法，以聚乙二醇为相变材料与多异氰酸酯合成-NCO封端的预聚体，与三元醇反应制备超支化水性聚氨酯固-固相变材料，由于异氰酸酯基团的活性较高，交联程度过高，所以在以往的交联反应过程中极易产生凝胶，所以我们通过采用将B3单体溶于试剂中缓慢加入体系，可有效地避免体系凝胶，所制备的超支化水性聚氨酯固-固相变材料具有良好的贮存稳定性和调温性。应用于织物整理中，可赋予织物良好的储热调温性能。本专利技术所采用的技术方案是，利用双单体法制备超支化水性聚氨酯固-固相变材料，具体按照以下步骤实施：步骤1、按照质量计分别称取如下原料：聚乙二醇50份~70份，多异氰酸酯5份~12份，亲水扩链剂2份~5份，三元醇1份~8份，中和剂2份~5份，水30份~70份。以上组分的含量总和为100份。步骤2、将步骤1中称取的多异氰酸酯添加到聚乙二醇中，经搅拌后得到-NCO封端的预聚体；步骤3、步骤1中称取的亲水扩链剂添加到经步骤2得到的-NCO封端的预聚体中，经搅拌后得到亲水扩链混合物料；步骤4、将步骤1中称取的三元醇添加到经步骤3得到的亲水扩链混合物料中，经搅拌后得到超支化结构混合物料；步骤5、将步骤1中称取的中和剂添加到经步骤4得到的超支化结构混合物料，经搅拌后得到中和后的超支化结构混合物；步骤6、将步骤1中称取的水添加到经步骤5得到的中和后的超支化结构混合物中，经搅拌后得到超支化水性聚氨酯固-固相变材料。本专利技术的特点还在于：聚乙二醇为聚乙二醇（2000）、聚乙二醇（4000）、聚乙二醇（6000）、聚乙二醇（8000）、聚乙二醇（10000）；多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六次亚甲基二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯；亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、1，2丙二醇-3-磺酸钠、1，4-丁二醇-2-磺酸钠；三元醇为三羟甲基丙烷、间苯三酚、丙三醇；中和剂为三乙胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、甲基丙烯酸N，N-二甲胺基乙酯丙烯酸甲酯、对N，N-二甲胺基苯甲酸异辛酯；在步骤2中：温度控制在50℃~90℃，搅拌时间为0.5h~2.5h；在步骤3中：温度控制在50℃~90℃，搅拌时间为0.5h~2.5h；在步骤4中：温度控制在30℃~70℃，搅拌时间为1h~3h；在步骤5中：温度控制在20℃~60℃，搅拌时间为1h~3h；在步骤6中：温度控制在10℃~50℃，搅拌时间为0.5h~2.5h。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术超支化水性聚氨酯固-固相变材料的制备方法中，采用A2+B3法不但可以增强PCM与PU基体之间的热、机械和界面相互作用，另外，与线性结构相比超支化结构具有更大的空间，可以加入更多的PCM来增强相变性能，整理于织物中，可以赋予织物良好的储能调温性能。（2）本专利技术超支化水性聚氨酯固-固相变材料的制备方法不仅具有安全环保的优点，而且结合了聚氨酯和聚乙二醇的两者的优点，提高了超支化水性聚氨酯固-固相变材料的调温储能效果，在织物整理上有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术超支化水性聚氨酯固-固相变材料与普通线性PUPCM的DSC曲线比较。如图1所示，线型聚氨酯固-固相变材料的熔融焓和结晶焓分别为122.4J/g和120.5J/g，而超支化水性聚氨酯固-固相变材料的熔融焓和结晶焓明显提高，分别为164.7J/g和154.9J/g。故将超支化水性聚氨酯固-固相变应用于织物整理，可利用高的相变焓来赋予织物更好的调温性能。因此，研究超支化水性聚氨酯固-固相变材料的合成和性能具有重要的实际意义。图2是本专利技术超支化水性聚氨酯固-固相变材料与普通线性PUPCM的调温测试结果，其中a为将织物置于高温条件后织物的时间-温度变化曲线，b为织物温度稳定后置于室温自然降温的时间-温度变化曲线。如图2所示，在升温曲线（a）中，未整理的织物升温速率明显高于超支化水性聚氨酯固-固相变材料整理后的织物，且在熔融温度范围内，温差最高为16℃左右；在降温曲线（b）中，未整理的织物降温速率明显高于超支化水性聚氨酯固-固相变材料整理后的织物，且在结晶温度范围内，温差最高约为6℃左右。表明超支化水性聚氨酯固-固相变材料在皮革、织物、涂料等领域具有较为广泛的用途。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种超支化水性聚氨酯固-固相变材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1具体按照质量份分别称取如下原料：聚乙二醇50份~70份，多异氰酸酯5份~12份，亲水扩链剂2份~5份，三元醇1份~8份，中和剂2份~5份，水20份~40份；聚乙二醇为聚乙二醇（2000）、聚乙二醇（4000）、聚乙二醇（6000）、聚乙二醇（8000）、聚乙二醇（10000）；多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六次亚甲基二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯；亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、1，2丙二醇-3-磺酸钠、1，4-丁二醇-2-磺酸钠；三元醇为三羟甲基丙烷、间苯三酚、丙三醇；中和剂为三乙胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、甲基丙烯酸N，N-二甲胺基乙酯丙烯酸甲酯、对N，N-二甲胺基苯甲酸异辛酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超支化水性聚氨酯固-固相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n按质量计，将5~12份的多异氰酸酯加入到50~70份的聚乙二醇中，搅拌反应，得到-NCO封端的预聚体；继续加入2~5份的亲水扩链剂，搅拌反应，得到亲水扩链混合物料；继续加入1~8份的三元醇，采用A

【技术特征摘要】
1.一种超支化水性聚氨酯固-固相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按质量计，将5~12份的多异氰酸酯加入到50~70份的聚乙二醇中，搅拌反应，得到-NCO封端的预聚体；继续加入2~5份的亲水扩链剂，搅拌反应，得到亲水扩链混合物料；继续加入1~8份的三元醇，采用A2+B3法反应得到超支化结构混合物料；加入2~5份的中和剂充分混合后加入足量的水，后得到超支化水性聚氨酯固-固相变材料；
所述聚乙二醇的数均分子量为2000-10000；
所述多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六次亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或多种；
所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、1,2-丙二醇-3-磺酸钠、1,4-丁二醇-2-磺酸钠中的一种或多种；
所述三元醇为三羟甲基丙烷、间苯三酚、丙三醇中的一种或多种。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中和剂为三乙胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、甲基丙烯酸N，N-二甲胺基乙酯丙烯酸甲酯、对N，N-二甲胺基苯甲酸异辛酯中的一种或多种。


3.如权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建华，刘庚，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61