一种具有高稳定性和介电性能的复合定型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具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料，以PEG8000、MDI、POSS和DMF为原料，先通过PEG8000与扩链剂MDI进行接枝，获得基体材料预聚物聚氨酯后，再引入POSS，制备具有较高稳定性和介电性能的复合定型相变材料。其中，PEG8000作为相变材料提供相变储能性能；POSS作为支撑材料和介电材料，提供材料的介电性能和提高热稳定性；MDI作为扩链剂，提供接枝作用。其微观形貌为，球状POSS均匀分布在复合相变材料表面，材料表面存在孔洞，PEG未发生明显的相分离，具有紧密的层叠结构。具有熔融焓值157.54

【技术实现步骤摘要】
一种具有高稳定性和介电性能的复合定型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材料领域，具体涉及一种具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]有机复合相变材料PCMs具有性能稳定、无过冷和相分离现象、高性价比等优点，但是，也存在储能密度低、导热性差、高温熔融泄漏等明显缺陷。其中，聚乙二醇具有高的相变晗和较低的热滞后现象，在相变过程中表现出优异的储能特性，但是，聚乙二醇在高温时容易熔融泄漏，热稳定性较低，且相变材料普遍存在介电性能差的缺陷。该技术问题可以通过加入功能增强物质进行对相变材料的改性。
[0003]针对复合相变材料的储热效率低，可以通过增加相变材料的负载来提高，通过聚合物构建材料支撑骨架是常用方法。。
[0004]例如，现有文献1（Radoelizo S. Andriamitantsoa, Wenjun Dong, Hongyi Gao, Ge Wang，PEG encapsulated by porous triamide
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linked polymers as support for solid
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liquid phase change materials for energy storage，Chemical Physics Letters，2017，671，165173）通过1，3，5缩合制备了一系列标记为PTP的多孔三酰胺连接聚合物
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三氯化苯三羰基与苯
‑r/>1,4
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二胺（A），4,40
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亚甲基二胺（B）和1,3,5
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三嗪
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2,4,6
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三胺（C）。合成的聚合物具有永久孔隙和高表面积，保证在其网络中保持聚乙二醇（PEG）分子形状稳定的相变材料，该复合材料最高的相变材料的负载率为85%。该技术方案存在的技术问题为，聚合物交联构建的聚合物骨架仍有对相变材料束缚能力有限，对材料负载量的提高能力不足。解决上述问题，可以通过有机无机化合物支撑相变材料，可以将无机相与有机相紧密连接，提高相变材料的负载量。
[0005]此外，通过与骨架材料的复合，可以进一步拓展材料的应用领域并赋予材料的其他的性能。
[0006]根据现有文献2（Dhorali Gnanasekaran，P. Thomas，Enhanced Dielectric and Thermal Performance of Bio
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polyamide Polyhedral ，IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2021，08，398445）采用无表面活性剂二聚脂肪酸聚酰胺和不同重量百分比的POSS，通过简单的溶剂浇铸法制备了聚酰胺多面体低聚倍半硅氧烷（PA
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POSS）纳米复合材料。该技术方案中，由于添加POSS作为填料，使复合材料获得了介电性能，但是，POSS未起到骨架作用，直接导致POSS在复合材料分布密度低，进而直接该复合材料的低介电性能。技术方案中所用聚倍半硅氧烷是一种特殊有机无机杂化硅氧烷化合物，分子主体组成为（RSiO1.5）n，以Si
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O键交替连接无机分子骨架，将有机相和无机相紧密连接，加上每个Si原子均可连接活泼的R基延伸向空间，使其表现出高的耐热性能和表面活性，同时，特殊的骨架结构和Si原子的存在赋予其良好的介电性能。因此，POSS除了可以为复合材料提供介电性能，还可以起骨架结构的作用。
[0007]根据上述文献，申请人认为，先通过接枝反应，先形成分子链末端含有高化学活性的预聚物，再通过引入同时兼具高稳定性和介电性能的骨架材料，可以在实现增加对聚合物分子的束缚、解决相变材料易熔融流动问题的同时，给复合材料获得介电性能。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种具有较高稳定性和介电性能的复合定型相变材料。
[0009]本专利技术的基本原理为：PEG8000与扩链剂MDI接枝聚合形成预聚物聚氨酯，然后引入高稳定性介电骨架材料POSS，POSS与预聚物聚氨酯发生接枝反应，实现PEG的长链端借助化学反应接枝到功能材料的骨架上制备耐高温的复合相变材料。具体体现在：1、以聚倍半硅氧烷作为基体材料，通过机械搅拌使有机相变材料PEG 8000与扩链剂MDI发生分子链水平的均匀混合，PEG8000与扩链剂反应生成分子链末端含有异氰酸酯基团的预聚物聚氨酯；2、将聚氨酯接枝到耐高温的骨架材料POSS上，进而限制相变基体的熔融流动，提高热稳定性构建了高稳定性、适用于高温环境下的SSPCMs；另一方面，加入POSS给予了材料的良好介电性能。
[0010]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料，以聚乙二醇PEG8000、N,N
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二苯基甲烷二异氰酸酯MDI、聚倍半硅氧烷POSS和N,N
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二甲基甲酰胺DMF为原料，先通过PEG8000 与扩链剂 MDI进行接枝，获得基体材料预聚物聚氨酯后，再引入POSS，制备具有较高稳定性和介电性能的复合定型相变材料，其中，PEG8000作为相变材料，提供相变储能性能；POSS作为支撑材料和介电材料，提供材料的介电性能和通过乙烯基与聚氨酯的反应，限制相变材料的熔融流动，提高复合相变材料热稳定性；MDI作为扩链剂，提供将PEG8000与MDI反应生成分子链末端含有异氰酸酯基团的预聚物聚氨酯，从而将材料接枝到POSS中的接枝作用；微观形貌为，球状POSS均匀分布在复合相变材料表面，材料表面存在孔洞，PEG未发生明显的相分离，具有紧密的层叠结构。
[0011]一种具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，预聚物聚氨酯的制备，将二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和N,N
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二甲基甲酰胺DMF置于烧杯中进行溶解，即得到溶液A；然后，将聚乙二醇PEG8000和DMF置于三孔烧瓶中，以一定条件进行机械搅拌，即得到溶液B；接着，将溶液A缓慢滴加至溶液B中，在一定条件下进行油浴、搅拌和水冷进行回流冷凝，即得到预聚物聚氨酯；所述步骤1中，溶液A MDI:DMF的物质的量之比为2：25
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40；溶液B中PEG：DMF的物质的量之比为1：25
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30，溶液B机械搅拌的条件为，搅拌速率为250
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400r/min，搅拌时间为1h；所述油浴的条件为，氩气条件下，油浴温度为80℃，搅拌速率为250
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400r/min，搅拌时间为6
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12h；步骤2，高稳定性和介电性能的复合定型相变材料的制备，将聚倍半硅氧烷POSS和DMF混合溶解，得到溶液C；然后，将溶液C缓慢滴加到步骤1所得预聚物聚氨酯中，以一定条件下进行机械搅拌；最后，将所得产物进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料，其特征在于：以聚乙二醇PEG8000、N,N
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二苯基甲烷二异氰酸酯MDI、聚倍半硅氧烷POSS和N,N
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二甲基甲酰胺DMF为原料，先通过PEG8000 与扩链剂 MDI进行接枝，获得基体材料预聚物聚氨酯后，再引入POSS，制备具有较高稳定性和介电性能的复合定型相变材料，其中，PEG8000作为相变材料，提供相变储能性能；POSS作为支撑材料和介电材料，POSS中的有机基团乙烯基与聚氨酯中的双键发生反应，将聚氨酯接到耐高温的POSS上，限制相变基体的熔融流动，提高材料的热稳定性，并由于POSS的特殊骨架结构及硅原子的存在，使相变材料具有介电性能；MDI作为扩链剂，提供将PEG8000与MDI反应生成分子链末端含有异氰酸酯基团的预聚物聚氨酯，从而将材料接枝到POSS中的接枝作用。2.根据权利要求1所述的复合定型相变材料，其特征在于：微观形貌为，球状POSS均匀分布在复合相变材料表面，材料表面存在孔洞，PEG未发生明显的相分离，具有紧密的层叠结构。3.一种具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，预聚物聚氨酯的制备，将二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和N,N
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二甲基甲酰胺DMF置于烧杯中进行溶解，即得到溶液A；然后，将聚乙二醇PEG8000和DMF置于三孔烧瓶中，以一定条件进行机械搅拌，即得到溶液B；接着，将溶液A缓慢滴加至溶液B中，在一定条件下进行油浴、搅拌和水冷进行回流冷凝，即得到预聚物聚氨酯；步骤2，高稳定性和介电性能的复合定型相变材料的制备，将聚倍半硅氧烷POSS和DMF混合溶解，得到溶液C；然后，将溶液C缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：张焕芝，张慎道，宾金胜，韩存昊，冯聪，孙立贤，徐芬，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：