[发明专利]含希夫碱结构的阻燃相变材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开的含希夫碱结构的阻燃相变材料的结构通式为：且其的相变温度为33～101℃，相变焓高达117.9‑183.4J/g，残碳率为3.4～23.8％；结构通式[Ⅰ]、[Ⅱ]表示的阻燃相变材料初始分解温度可分别提高19.3～42.7％和34.9～38.8％。本发明还公开了其制备方法和应用。因本发明相变材料中含有具有高温交联成炭的作用的C＝N基团，不仅生成的炭层隔热隔氧效果好，还可改变材料的热失重行为，并具有较高的相变储能性，在未外加阻燃剂，就能赋予其优良的阻燃性，并避免外加阻燃剂所带来的储能密度的减小以及相容性问题；所制备的阻燃相变材料在加工及反应过程中不会发生交联，因而保留了其良好的加工性；且制备方法简单，成本较低，有利于规模化推广。

技术领域

本发明属于阻燃相变储热材料和制备技术领域，具体涉及一种含希夫碱结构的阻燃相变材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于资源有限和化石燃料(如石油和煤炭等)的不可逆燃烧，能源的可持续发展受到严重威胁。为了应对日益枯竭的化石燃料和化石燃料燃烧过程所带来的日益严重的环境污染问题，维持可持续发展，可再生能源转换和储存受到了极大的关注。在各种储能方法中，热能储存技术因其在可再生能源储存基础设施中的关键作用而备受关注。相变材料(phase changematerials，PCMs)是一种能够在熔融和凝固过程中进行可逆潜热储存和释放的功能材料，因其具有储能密度较大、能量输出温度变化幅度较小、输出能量密度较大的特点，普遍应用于太阳能资源利用、智能调温织物、节约能源、环保建筑、余热回收、电池热管理、新型家用电热电器开发等领域。PCMs根据化学成分可分为有机相变材料和无机相变材料。其中，有机PCMs(例如石蜡、脂肪酸、脂肪醇及十八胺等)不存在相分离和过冷现象，具有广泛的应用，但是，由于它们主要由C、H元素组成，极易燃烧，从而极大地限制了它们的应用，尤其是在火安全性要求高的节能环保建筑和智能调温织物中。

目前，为了改善有机相变材料PCMs易燃性，一般都是通过物理添加阻燃剂来达到目的。

CN 107057648A公开了一种阻燃定型储能材料。该储能材料包括如下组分：20份环氧树脂基体，49份石蜡，1份石墨和30份复合阻燃剂(包括多聚磷酸铵、成炭剂以及红磷)。该储能材料具有良好的稳定性和导热率，潜热值可达到110～130J/g。

CN 106281238A公开了一种阻燃型复合相变材料及其制备方法。该方法是将高分子材料、有机烷烃、导热材料、阻燃剂和抗氧化剂通过一定的加工工艺混合而成。其中阻燃剂选用无机化合物、溴类和磷类化合物中的一种或多种组合，添加量为20～25％，具有良好的阻燃性能(可达到UL94-V0级)。

但这些添加型阻燃剂在较大幅度提高其阻燃性时的添加量都较大，通常为20～40wt％，这一方面不可避免地要降低相变材料的储能密度，且阻燃剂在PCMs中难以分散均匀，还会影响PCMs的热物理性质。另一方面，目前常用的有机相变材料都属于小分子，例如十八烷、十八胺、脂肪酸等，分子量较小，沸点低，不仅在达到其分解温度前都会被汽化，且初始分解温度均低于磷系、溴系阻燃剂的分解温度，达不到很好的阻燃效果。

发明内容

本发明的目的之一是针对上述的问题，首先提供一种含希夫碱结构的阻燃相变材料，该相变材料不仅具有高相变储能性，其热稳定性也能得到提高，且可促进高温自交联成炭，大幅提高其阻燃性能。

本发明的目的之二是提供一种上述含希夫碱结构的阻燃相变材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供上述含希夫碱结构的阻燃相变材料的应用。

本发明提供的含希夫碱结构的阻燃相变材料，其特征在于该相变材料的结构通式如下：

或其中，x＞1；R₁为直链烷基；R₂为芳香基、烷基、烯基或萜烯基；R₃为芳香基或烷基；R₄为二异氰酸酯残基，其为如下结构式中的任一种：