[发明专利]一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料及其制备方法和应用，以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂，经反应固化后得到所述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料。本发明首次以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂制备了一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变复合材料，不仅提高了聚氨酯固固相变材料的储能能力，其热稳定性、导热性及结晶性能均有所提高。

技术领域

本发明涉及相变储能复合材料技术领域，具体涉及一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料及其制备方法和应用。

背景技术

为了解决全球日益严重的能源危机问题，新材料和新材料处理技术的迅速发展。相变材料(PCMs)作为环保型节能材料，已成为的科技和工业研究热点。相变材料在相变过程中吸收或释放热量，通过其相变潜热节约能量，最终达到节能减排的目标。因此，相变材料在蓄热技术领域具有良好的应用前景。

相变材料根据其相变过程一般分为固-固相变、固-液相变、固-气相变、液-气相变。后两种材料虽然相变焓较大，但在相变过程中会产生大量的气体，相变材料的体积变化较大，因此很少应用于实际情况。固液相变材料因其潜热值大、类型多、体积变化小（不高于12%）而得到广泛应用。而固-液相变材料在相变过程中存在液相，液相的流动性和易泄漏使其应用受到限制。因此，固液相变材料需要用专用设备密封或封装在微胶囊中，这种设计一方面增加了传热阻力，另一方增加了系统的体积和成本。固-固相变材料因其储能密度高、体积变化小、无过冷、相分离、抗泄漏、力学性能优异、易于成型和加工等优点，引起了广泛关注，在储能领域具有良好的应用前景。其中，聚合物固固相变材料由于其储能密度高、体积变化小、无过冷、相分离等优点，已广泛应用于建筑、纺织、太阳能存储等应用领域。

聚乙二醇(PEG)作为一种典型的固液相变材料，具有无毒、无腐蚀性和生物相容性好的优点，其相变温度也可受分子量的调节。然而，与其他固液相变材料一样，聚乙二醇在相变过程中也存在容易泄漏的问题。为了解决其液态泄漏问题，现有技术采用含羟基的聚乙二醇与二异氰酸酯反应制备得到聚氨酯固固相变材料。该聚氨酯相变材料在达到聚乙二醇熔融温度时仍能保持固体状态，可通过固-固相变来实现能量的储存和释放。虽然该方法解决了泄漏问题，但由于硬段材料的加入使得整个体系中聚乙二醇的含量减少，导致焓值降低，除此之外，聚乙二醇分子链两端的羟基通过化学键的作用被固定在异氰酸酯上，聚乙二醇分子链的运动受到限制，使聚乙二醇在结晶时不能完全地结晶，从而导致焓值会进一步大幅度降低。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，以解决现有技术中由于硬段材料加入导致聚乙二醇含量减少、聚乙二醇分子链运动受限制导致焓值大幅度降低的问题。

本发明提供一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，以聚乙二醇为软段，以醇类扩链剂和多异氰酸酯为硬段，以有机蒙脱石作为异相成核剂，经反应固化后得到所述有机蒙脱土/聚氨酯固固相变材料；

其中，按照重量份计算包括如下原料：聚乙二醇1000份~1200份，多异氰酸酯为80份~100份，醇类扩链剂15份～20份，有机蒙脱土3份～30份，N,N-二甲基甲酰胺50份~240份。

本发明还提供了一种有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料的制备方法，制备上述有机蒙脱土聚氨酯固固相变材料，包括如下步骤：

步骤1：按照上述原料进行备料；

步骤2：将聚乙二醇和有机蒙脱土在60℃~80℃条件下、真空脱水16~24小时；同时，将醇类扩链剂在100℃~120℃条件下真空脱水，并保持熔融状态；

步骤3：对DMF进行除水处理，将脱水后的聚乙二醇溶于DMF并置于反应器中，搅拌溶解后，在氮气保护下加热至50~70℃并搅拌均匀，然后向反应器中加入干燥后的有机蒙脱土，再向反应器内缓慢滴加多异氰酸酯，最后向反应器中滴加熔融的醇类扩链剂，充分反应后得到预聚体，并将预聚体倒入模具内；