[发明专利]一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料及其制备方法和薄膜

说明书

本发明涉及相变储能材料领域的一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料及其制备方法和薄膜。所述光热转换聚氨酯储能薄膜材料，由包含以下组分制备而成：聚乙二醇、低聚物聚醚或聚酯二元醇、二异氰酸酯、小分子二元醇、双羟基染料；所述聚乙二醇的分子量为2000～20000；所述低聚物聚醚或聚酯二元醇的分子量为500～3000；所述双羟基染料含有两个自由活泼羟基，可吸收380～780nm的可见光；本发明的聚氨酯薄膜，通过共价键键入的染料和定型相变材料的储热特性，使薄膜兼具光热转换和热能存储功能，可有效解决有机相变材料的变形、泄露问题；本发明提供的聚氨酯薄膜相变焓值高，性能稳定，合成工艺相对简单，原料易得，具有很广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及相变储能材料领域，更进一步说，涉及一种光热转换聚氨酯储能薄膜材料及其制备方法和薄膜。

背景技术

目前，能源短缺问题是当今社会面临的最大问题，新能源的开发和利用是当前解决能源问题的一个重要途径，太阳能、水能、潮汐能等清洁可再生的能源受到广泛的关注，但是这些能源存在间歇性、不连续性以及不匹配性等缺点，不能够持续的、稳定的提供能量，因此需要一种相变储能材料来实现能量的持续供给。

热能的使用在所有的能源利用形式中最为广泛，大多数的能源使用过程中，都是通过热能转换的途径来满足人类的生产和生活。但是，在热能利用的过程中存在大量的能量损耗及严重的资源浪费。除此之外，能量利用的时间和空间的不匹配性也导致资源的浪费。因此，如何高效的利用热能，是解决热能损耗大以及利用率低的一个有效途径。太阳能热利用是一种最简单、最直接、最有效的途径之一，已经成为太阳能高效利用的一个研究热点，但是由于太阳辐射到达地球表面的能量密度低，受到季节、气候、时间等自然因素的影响，使得太阳能的直接利用受到了很多的限制，为了解决这些问题，需要一种有效的储能装置把太阳能储存起来，在需要的时候释放出来，从而来满足人们的需求。

将太阳辐射能转变为热能加以利用，主要涉及光捕集、光热转换及能量存储等过程，即太阳能利用设备包括太阳辐射能的采集以及转化装置和热能存储装置。目前吸收太阳辐射能并转换为热能的材料包括无机材料、半导体和有机染料等。有机染料具有光吸收和光热转化的双重特性，其中有机染料含有可反应的活性基团，很容易与相变材料以化学键的方式结合，克服光热转化相变后相分离的问题并且可以制备出光捕集、光热转换及能量存储于一体的材料。

相变储能材料分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料。其中有机定形相变储能材料具有形状稳定、体积变化小、无泄漏、无腐蚀等优点，成为相变储能材料的研究热点之一。以聚乙二醇为原料合成聚氨酯相变储能材料最具有代表性，如Mu Siyang等将聚苯乙烯丙烯氰接枝到聚乙二醇上制备出一种新型的固固相变材料，相变焓值为68.3kJ/kg，经过1000次循环后仍保持较高储热能力且具有较好的热稳定性。Liu Zhineng等以PEG4000为相变材料，蓖麻油为骨架，通过MDI和HDI为连接基团，合成出新型的聚氨酯固固相变材料，其相变焓值为117.7J/g，具有优良的热稳定性和可靠性，在太阳能储热方面有很大的应用前景。

染料对光吸收和光热转换的特性，使得染料引入到相变材料中的研究越来越广泛，公开号为CN 102532945A的中国专利介绍了一种光热转换多嵌段高分子有机定形相变染料，该染料是以聚乙二醇为软段，染料为硬段的多嵌段型高分子染料，不但可用于太阳能的光热转换和存储，还可以用于染色和印花。公开号为CN106047305A的中国专利公开了一种光热转换型有机/无机复合储能材料的制备方法，以聚乙二醇为相变组分，将染料以化学键的形式结合到二氧化硅支撑材料上，制备出光热转换与能量存储一体的复合相变材料，其储能密度大，包覆率高。但制备的储能材料是粉体，而且相变材料是以被包覆的形式存在于储能材料中，存在泄漏的危险。

发明内容