[发明专利]水性聚氨酯相变储能材料

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及一种水性聚氨酯相变储能材料的制备方法。 

背景技术

相变材料(phase change material，PCM)能够在一个窄的温度范围内，通过相转变(如固-固相转变或固-液相转变)吸收或释放大量的潜热(ΔH)。此过程会随着PCM的潜热被吸收或释放完而终止。由于PCM具有高的储热密度和熔化热，使其能够在几乎等温的条件下形成一个紧凑的能量存储系统。PCM的研究在1949年由Telkes和Raymond首先开展，但直到上世纪70年代才得到广泛的关注。1971年，Hale、Hoover和O’Neill做了开拓性的研究，为月球漫游车和太空实验室设计了一个PCM的热保护系统。PCM首先小范围的应用于太空飞行器，然后于20世纪70年代后期应用在更大的范围内，如建筑和太阳能系统中，以应对全球的能源危机。此后，几个研究小组进行了实验研究，评估了潜热储热系统的热行为。对潜热蓄热的早期研究集中在无机盐水合物的脱水和水化，初步的研究显示，它们具有高能量存储密度和高导热性。然而，它们有一些明显的缺点，如有腐蚀性、相容性差，以及相变热循环过程中，出现过冷和相分离。为了避免无机PCM中的一些固有缺陷，增强PCM的热容量、热稳定性、热传导性和耐久性，科研人员将研究的重点转向使用有机物质和它们的混合物作为PCM的一种新型的复合PCM。大多数的有机PCM的温度使用范围在-5℃至190℃，可以根据不同的应用类型的要求，选择相变温度不同的有机PCM。例如，相变温度低于15℃时，该材料可以应用于冷却，而相变温度在90℃以上时，可以用于吸收式制冷。有机PCM及其混合物的相变温度约为18-65℃，其热舒适性适用于纺织业和建筑业。 

聚氨酯(polyurethane，PU)是带有重复-NH-COO-特征基团且软硬交替的杂链聚合物(如分子式1)，全称聚氨基甲酸酯，是氨基甲酸(NH₂COOH)的酯类或碳酸的酯-酰胺衍生物，其中软段由多元醇构成，硬段由多异氰酸酯和扩链剂构成。德国化学家O.Bayer教授(PU工业的奠基人)于1937年首次发现多元醇化合物与多异氰酸酯进行加聚反应可以生产PU，并以此为基础实现了工业化应用，特别是在涂料、胶黏剂、皮革加工、纺织等领域的应用最为广泛。 

1953年美国DuPont公司附属研究院成功研制了水性聚氨酯。所谓水性聚氨酯(waterborne polyurethane，WPU)是相对于溶剂型来说的，是将PU分散于水中，在高速剪切下制备而成的，其中不含或含很少量挥发性有机溶剂。WPU不仅继承了溶剂型PU的一些优良性能，而且还具有不污染环境、无毒害、成本低等优点，成为PU材料的主要发展方向。 

聚氨酯相变储能材料(polyurethane phase change material，PUPCM)是刚性链段和柔性链段交替连接而成的嵌段共聚物。与PU弹性体的结构类似，由扩链剂和异氰酸酯构成硬段，形成许多硬段微区，成为PUPCM的框架。在PUPCM分子链中，软段构成了PUPCM的功能载体。PUPCM相变焓较大，热性能稳定，是一种高分子固-固相变储能材料，具有较大使用价值和发展前途。 

水性聚氨酯相变储能材料(waterborne polyurethane phase change material，WPUPCM)的设计思路，是将PUPCM与WPU整合到一起开发出的新一代PCM。具体方法是在PUPCM的基础上，引入亲水基团，使其具备水溶性的特点。WPUPCM兼具固-固相变储能功能和水 溶性特点，与传统PUPCM相比较，它的应用范围更广，特别是在功能性纺织品领域，在不使用或少使用有机溶剂的前提下，可以达到理想的效果。 

发明内容

本发明是将PUPCM与WPU整合到一起开发出的新一代PCM——水性聚氨酯相变储能材料。具体方法是在PUPCM的基础上，引入亲水基团，使其具备水溶性的特点。WPUPCM兼具固-固相变储能功能和水溶性特点，与传统PUPCM相比较，它的应用范围更广，特别是在功能性纺织品领域，在不使用或少使用有机溶剂的前提下，可以达到理想的效果。 

该材料的具体制备过程如下： 

1.将聚乙二醇(分子量1000-20000，50-95份)、二羟甲基丙酸(1-20份)在100-130℃下真空脱水2-8h。