[发明专利]一种相变储能聚氨酯泡沫及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质聚氨酯泡沫及其制备方法，更具体地说，是关于一种相变储能硬质聚氨酯泡沫及其制备方法。本发明相变储能硬质聚氨酯泡沫，除具有调温功能外，还兼具环保阻燃、改善聚氨酯基体性能的作用。

背景技术

聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。聚氨酯材料性能优异，用途广泛，制品种类多，聚氨酯泡沫是聚氨酯的主要品种，约占其总量的70%，已成为近10年来发展速度最快的合成材料之一，年增长率保持在7%左右。目前从全球范围看， 硬质聚氨酯泡沫( Rigid Polyurethane Foam)主要用于建筑业、制冷设备如冰箱、冰柜、冷藏运输车、管道、大型贮罐等；在家具行业、装饰行业、家用电器等领域的应用也得到了较快的发展。目前，中国在建筑方面的应用约占25%，而发达国家用于建筑行业的比例较高，例如美国为49%，日本为43%，可见中国在该领域的潜在市场巨大，前景广阔。

相变材料( Phase Change Materials，PCM) 在环境温度变化时，发生相态转变从而具有吸收、储存和释放热量(相变热)的功能， 因而在太阳能利用、废热回收、智能建筑等领域有广泛的应用前景。微胶囊是直径为1～500μm的微小“容器”，将相变材料包覆在囊壁内制成的相变材料微胶囊(Microencapsulated Phase Change Materials，MicroPCMs) 可实现相变材料的永久固态化。MicroPCMs能够在一定范围内吸收或放出热量，而且在吸热、放热过程中温度几乎不变，这种特殊性能使其在诸多方面得到了重要应用。

此外，在硬质聚氨酯泡沫基体中加入刚性粒子可以提高聚氨酯泡沫的压缩强度、模量和尺寸稳定性。近年来颗粒增强特别是纳米颗粒增强增韧聚氨酯泡沫复合材料已开始成为新材料研究的热点。

US 5258416公开了一种具有储能调温功能的硬质聚氨酯泡沫的制备方法。该方法选择无机水合盐（主要是锂盐）作为相变材料，吸收/释放热量。但是无机水合盐存在过冷和相分离等缺陷，若干次循环使用后，其相变功能势必有所下降；此外锂盐也存在一定的腐蚀性，对硬质聚氨酯泡沫基体也会造成一定的伤害。

US 6028122公开了一种具有相变储能功能的硬质聚氨酯泡沫的制备方法。该方法以异氰酸酯和聚醚多元醇为母体材料，采用全水发泡技术，以氨基醇等物质为交联剂，添加有机相变材料（包括石蜡）发泡后制得硬质聚氨酯泡沫。该方法制备的相变聚氨酯泡沫储热能力较好，可用在纺织品、建材等多个方面。但是也存在一定不足，主要是其中的相变材料增加了硬质聚氨酯泡沫的燃烧隐患。

CN 1966846A公开了一种相变聚氨酯热敏材料微胶囊双向调温面料的制备方法。它是先用聚氨酯作外壳包裹热敏材料制作微胶囊，然后用聚丙烯酸                酯作为粘合剂通过对织物的后整理将这种微胶囊粘合到织物的纤维表面，                这种热敏材料是正十四烷等石蜡类物质，这类热敏材料会使聚氨酯母体的热稳定性下降，即存在火灾隐患。

Sarier等人（Thermo. Acta 2007， 454， 90～98）将石蜡类有机相变材料直接合成在硬质聚氨酯泡沫中，并对制备后的储能聚氨酯泡沫进行了表征分析，结果显示当使用正十六烷作为相变材料的情况下，储能聚氨酯泡沫在一定外力挤压下，会发生渗漏现象。

《化工新型材料》（2007，35（10）：53～55）制备了添加相变材料微胶囊的聚氨酯泡沫，并通过二月桂酸二丁基锡（DBTL）部分消除泡沫发泡过程的不利因素，一定程度上改善了相变材料对聚氨酯泡沫基质的影响。但是，DBTL中的锡会在生成的聚氨酯泡沫中沉积，从而阻断泡沫基质的链接结构，即泡沫构造会形成断层，影响泡沫的质量。此外，DBTL调节过程较为复杂，需要不断改变DBTL和另一种原料的配比，即产品的稳定性存在不足，不利于工业化推广使用。该文献制备的MicroPCMs是以三聚氰胺-甲醛为囊壁，表面含有一定数量的羟基，会吸附一定的水分，在反应过程中消耗部分-NCO，所以需要在反应过程中补充原料。由于MicroPCMs的加入，使得聚氨酯泡沫的结构出现部分改变，即局部出现断层结构，加之前面DBTL的影响，势必加重泡沫质量（包括力学性能等因素）的降低，为将来的应用造成一定障碍。

发明内容