一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料及其制备方法和应用，以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂，经反应固化后得到所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料。本发明专利技术首次以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂制备了一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变复合材料，不仅提高了聚氨酯固固相变材料的储能能力，其热稳定性、导热性及结晶性能均有所提高。导热性及结晶性能均有所提高。导热性及结晶性能均有所提高。

【技术实现步骤摘要】
一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及相变储能复合材料
，具体涉及一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]为了解决全球日益严重的能源危机问题，新材料和新材料处理技术的迅速发展。相变材料(PCMs)作为环保型节能材料，已成为的科技和工业研究热点。相变材料在相变过程中吸收或释放热量，通过其相变潜热节约能量，最终达到节能减排的目标。因此，相变材料在蓄热
具有良好的应用前景。
[0003]相变材料根据其相变过程一般分为固
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固相变、固
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液相变、固
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气相变、液
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气相变。后两种材料虽然相变焓较大，但在相变过程中会产生大量的气体，相变材料的体积变化较大，因此很少应用于实际情况。固液相变材料因其潜热值大、类型多、体积变化小（不高于12%）而得到广泛应用。而固
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液相变材料在相变过程中存在液相，液相的流动性和易泄漏使其应用受到限制。因此，固液相变材料需要用专用设备密封或封装在微胶囊中，这种设计一方面增加了传热阻力，另一方增加了系统的体积和成本。固
‑
固相变材料因其储能密度高、体积变化小、无过冷、相分离、抗泄漏、力学性能优异、易于成型和加工等优点，引起了广泛关注，在储能领域具有良好的应用前景。其中，聚合物固固相变材料由于其储能密度高、体积变化小、无过冷、相分离等优点，已广泛应用于建筑、纺织、太阳能存储等应用领域。
[0004]聚乙二醇(PEG)作为一种典型的固液相变材料，具有无毒、无腐蚀性和生物相容性好的优点，其相变温度也可受分子量的调节。然而，与其他固液相变材料一样，聚乙二醇在相变过程中也存在容易泄漏的问题。为了解决其液态泄漏问题，现有技术采用含羟基的聚乙二醇与二异氰酸酯反应制备得到聚氨酯固固相变材料。该聚氨酯相变材料在达到聚乙二醇熔融温度时仍能保持固体状态，可通过固
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固相变来实现能量的储存和释放。虽然该方法解决了泄漏问题，但由于硬段材料的加入使得整个体系中聚乙二醇的含量减少，导致焓值降低，除此之外，聚乙二醇分子链两端的羟基通过化学键的作用被固定在异氰酸酯上，聚乙二醇分子链的运动受到限制，使聚乙二醇在结晶时不能完全地结晶，从而导致焓值会进一步大幅度降低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，以解决现有技术中由于硬段材料加入导致聚乙二醇含量减少、聚乙二醇分子链运动受限制导致焓值大幅度降低的问题。
[0006]本专利技术提供一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂，经反应固化后得到所述有机蒙脱土/聚氨酯固固相变材料；其中，按照重量份计算包括如下原料：聚乙二醇1000份~1200份，多异氰酸酯为80
份~100份，醇类扩链剂15份～20份，有机蒙脱土3份～30份，N,N
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二甲基甲酰胺50份~240份。
[0007]本专利技术还提供了一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料的制备方法，制备上述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，包括如下步骤：步骤1：按照上述原料进行备料；步骤2：将聚乙二醇和有机蒙脱土在60℃~80℃条件下、真空脱水16~24小时；同时，将醇类扩链剂在100℃~120℃条件下真空脱水，并保持熔融状态；步骤3：对DMF进行除水处理，将脱水后的聚乙二醇溶于DMF并置于反应器中，搅拌溶解后，在氮气保护下加热至50~70℃并搅拌均匀，然后向反应器中加入干燥后的有机蒙脱土，再向反应器内缓慢滴加多异氰酸酯，最后向反应器中滴加熔融的醇类扩链剂，充分反应后得到预聚体，并将预聚体倒入模具内；步骤4：将预聚体置于70℃~90℃条件下真空干燥处理16~24h，并使其进行固化，得到有机蒙脱土/聚氨酯固固相变材料。
[0008]本专利技术还提供一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料的应用，所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料用于制备调温控温的硬泡聚氨酯复合材料。
[0009]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术首次以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂制备了一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变复合材料，与未添加有机蒙脱土的聚氨酯固固相变材料相比，相变焓从95.46J/g增加到98.09~106.8J/g，初始热失重温度从348℃提高到354~368℃，导热系数从0.2628 W
·
m
‑1·
K
‑1提高到0.2863~0.3035 W
·
m
‑1·
K
‑1，相对结晶度从66.5%提高到69.4~74.8%。因此，有机蒙脱土的添加不仅提高了聚氨酯固固相变材料的储能能力，还提高了其热稳定性、导热性及结晶性能。
[0010]2、本专利技术采用两步法制备了聚氨酯基固固相变材料，制备工艺简便、绿色环保、通用性和可设计性强，所述原料易于获得，且价格相对低廉，适合大规模生产。
[0011]3、本专利技术制备得到的有机蒙脱土聚氨酯固固相变复合材料在硬泡聚氨酯复合材料中起到调温控温的作用，如图5所示，有机蒙脱土聚氨酯固固相变复合材料在加热和冷却过程中都出现了约300s的恒温平台，表现出了良好的控温能力，因此在建筑方面具有良好的应用和市场前景。
附图说明
[0012]图1为本专利技术所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变复合材料制备工艺流程图。
[0013]图2为实施例1得到的聚氨酯固固相变复合材料的DSC曲线图。
[0014]图3为实施例1得到的聚氨酯固固相变复合材料的POM图。
[0015]图4为实施例1在控温模拟实验中聚乙二醇与聚氨酯固固相变复合材料的温度变化曲线：(a)升温过程；(b)降温过程。
[0016]图5为实施例1得到的调温控温的硬泡聚氨酯复合材料的SEM图。
[0017]图6为实施例1
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2及对比例在控温模拟实验中调温控温的硬泡聚氨酯复合材料的的温度变化曲线：(a)升温过程；(b)降温过程。
具体实施方式
[0018]下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0019]一、一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料本专利技术所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂，经反应固化后得到所述有机蒙脱土/聚氨酯固固相变材料；其中，按照重量份计算包括如下原料：聚乙二醇1000份~1200份，多异氰酸酯为80份~100份，醇类扩链剂15份～20份，有机蒙脱土3份～30份，N,N
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二甲基甲酰胺50份~240份。本专利技术所使用的的有机蒙脱土为干粉粒度200目，表观密度0.25～0.35g/cm3，且其含湿量＜3%，购自美国南方粘土公司。在本专利技术中，使用其他多异氰酸酯也能达到本专利技术所述的技术效果。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，其特征在于，以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂，经反应固化后得到所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料；其中，按照重量份计算包括如下原料：聚乙二醇1000份~1200份，多异氰酸酯为80份~100份，醇类扩链剂15份～20份，有机蒙脱土3份～30份，N,N
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二甲基甲酰胺50份~240份。2.根据权利要求1所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，其特征在于，所述多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的一种。3.根据权利要求1所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，其特征在于，所述醇类扩链剂为氢醌双(2
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羟乙基)醚。4.根据权利要求1所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，其特征在于，所述有机蒙脱土为干粉粒度200目，表观密度0.25～0.35g/cm3，且其含湿量＜3%。5.一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，包括如下步骤：步骤1：按照权利要求1进行备料；步骤2：将聚乙二醇和有机蒙脱土在60℃~80℃条件下、真空脱水16~24小时；同时，将醇类扩链剂在100℃~120℃条件下真空脱水，并保持熔融状态；步骤3：对DMF进行除水处理，将脱水后的聚乙二醇溶于DMF并置于反应器中，搅拌溶解后，在氮气保护下加热至50~70℃并搅拌均匀，然后向反应器中加入干燥后的有机蒙脱土，再向反应器内缓慢滴加多异氰酸酯，最后向反应器中滴加熔融的醇类扩链剂，充分反应后得到预聚体，并将预聚体倒入模具内；步骤4：将预聚体置于70℃~90℃条件下真空干燥处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李又兵，高宁，唐婷，向鸿霞，张伟丽，杨朝龙，夏天，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：