[发明专利]一种利用腈纶废丝制备定形相变材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及相变储能材料技术领域，具体涉及一种利用腈纶废丝制备定形相变材料的方法。

背景技术

当前，世界各国经济发展共同面临着两大难题，一是能源危机，二是环境污染。我国是腈纶(学名聚丙烯腈纤维)生产和消费大国，目前国内市场腈纶消耗总量为130万吨左右，每年产生的废旧腈纶总量在10万吨左右，若不对其加以回收利用，一方面会造成环境污染，另一方面会造成资源的浪费，因此加强废旧腈纶的回收利用，变废为宝，不仅可以实现资源的再生，而且也减少环境污染，实现可持续发展，是一项成本低、效益高、资源充足的新兴项目，具有广阔的发展前景。

与其它热塑性聚合物不同，腈纶因结构的原因不能通过热熔融重新造粒再生、也不能用热裂解的方法来回收单体，但其分子结构中存在活泼的氰基(-CN)，可以利用氰基转化，对腈纶加以回收和利用。已有报道将废旧腈纶水解获得聚丙烯酸或聚丙烯酸钠，用于制备高吸水树脂、离子交换纤维、钻井添加剂等，但鲜见将其用于制备相变材料的报道。

相变材料可以在不同的温度下，激发启动吸热或放热，当温度高于某一阈值时，材料相变而吸热，使温度不再升高；温度低于某一阈值时，材料相变而放热，使温度不再降低，这种在可逆相变过程中对能量的储存和释放作用可以有效的缓解能源的供求问题，对工业废热和余热的回收利用，提高能源的利用率有重要意义。

聚乙二醇(PEG)相变焓高、热滞后效应低、无相分离、温度选择范围宽，是一种性能优异的高分子相变材料。文献所报道的PEG基的固-液相变材料，如PEG与无机粒子、聚丙烯(PP)等物质共混，可以获得相变材料，但存在相变物质渗漏等问题。本发明制备的相变材料是将结晶PEG的链端通过化学反应接枝在熔点较高、强度大、结构稳定的骨架高分子腈纶的水解产物(简称HPAN)上，因此在受热时，低熔点的结晶性PEG支链发生从晶态到无定形态的相变，而尚未融化的高熔点的HPAN主链作为骨架材料支撑起整个材料的结构，并且限制了低熔点PEG的宏观流动性，使材料在整体上仍保持固体状态。这种相变材料相变过程形态稳定，热储能性及耐久性优良，是极具市场发展前景的相变材料，可以在纺织服装、建筑节能材料及某些特殊领域如军工、航空航天等领域获得应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用腈纶废丝制备定形相变材料的技术与方法，目的有两个方面：一是提供一种腈纶废丝综合利用技术；二是提供一种储能材料。本发明的相变材料除具备普通定形相变材料的特点外，还具有较高的焓值、较好的保温性能。因此它可以作为一种新的相变材料广泛的应用在蓄热及节能领域。

本发明实现的具体步骤如下：

第一步、在130℃～150℃下，将腈纶废丝在5％～15％的碱液中水解2～3h，通过乙醇沉淀，用盐酸调节pH至6～7，获得腈纶水解产物(HPAN)。

第二步、在A反应器中将腈纶水解产物进行溶胀、溶解；B反应器中加入聚乙二醇、扩链剂、催化剂及溶剂，在80～90℃搅拌30～60分钟后，将A反应器中已经溶解、溶胀的腈纶水解产物倒入B反应器；反应5～15分钟后，反应器中出现白色絮状沉淀，该白色絮状沉淀即为接枝共聚物(HPAN-g-PEG)的沉淀形式，其具有定形相变特征。

所获得的定形相变材料的结构见附图1。

其中，聚乙二醇的数均分子量为2000～10000。

扩链剂为酞酸四丁酯(TBT)，酞酸四丁酯的用量与相变材料的质量比为1∶4.17～1∶12.5。

催化剂为二月桂酸二丁基锡，催化剂的用量为扩链剂质量的1.75％～1.875(TBT)％。

在本发明中，第一步中，考虑成本和环保，腈纶废丝的碱解温度为130～150℃，碱浓度为5％～10％。

第二步中所述聚乙二醇数均分子量为2000～6000，最好为4000～6000，以保证所制备相变材料有较高的相变焓值及相宜的相变温度。

与其它已公开的定形相变储能材料及制备方法相比，本发明有以下优点：

1、本发明的定形相变材料的支撑材料选择腈纶废丝水解产物，解决了腈纶废丝回收利用难题，实现了资源再利用，降低了环境污染。

2、本发明所制备的定形相变材料的相变焓较高，超过100J/g。