高分子固-固相变材料为载体的二元定形复合相变材料的制备及其性能研究

In order to overcome the disadvantage of low enthalpies for the form stable phase change materials (PCMs) and synthsized solid-solid PCMs, the novel binary form stable composite PCMs with high phase change enthalpies would be prepared based on the matix of synthsized polymeric solid-solid PCMs in this project. Polymeric solid-solid PCMs with different molecular structures will be synthesized by changing the types and content of the reactants, reaction temperature, reaction time and so on, and the relationship between the structure and properties of the synthesized materials will be investigated in detail. According to the change laws of phase transition properties of the prepared binary form stable PCMs with the types and mass ratio of the componets, the conditions and mechanism of synergistic phase change between the solid-solid and solid-liquid phase change ingredient in the compostie PCMs would be further explored. Beyond a series of novel polymeric solid-solid PCMs with promising application and their corresponding synthetic technological conditions, a new idea and new way of preparing form stable PCMs with high enthalpies would be obtained according to this research, which would provide scientific basis for the expansion of the appplication areas of the form stable PCMs.

针对目前定形相变材料和合成固-固相变材料相变焓较低的缺点，本项目拟将合成的高分子固-固相变材料作为载体基质，与相变温度相近的固-液相变组分复合，利用固-固、固-液相变组分相变焓的加合效应，制备出具有高焓变值的新型固-固/固-液二元定形复合相变材料。通过控制反应物种类与用量、反应温度、反应时间等实验条件，合成多种具有不同分子结构的高分子固-固相变材料，并详细研究其结构与性能之间的关系。根据所制备的新型定形复合相变材料中固-固/固-液二元相变组分的种类、组成比与材料相变性能之间的变化规律，着重探索复合材料中固-固/固-液二元组分发生协同相变的条件和机理。该项目不仅能够获得一系列具有应用价值的新型高分子固-固相变材料及其相应的合成工艺，而且提出了一种制备高焓变定形相变材料的新思路和新方法，为进一步丰富和拓展定形相变材料的研究领域提供了有力的实验支持和依据。

定形复合相变材料相比所负载的相变组分普遍存在着相变储能密度降低的问题。虽然选择负载性能好的载体基质能够提高复合材料中相变组分的含量，但其效果仍然不够理想。本项目提出合成具有固-固相转变性能的合成高分子材料为载体基质来负载与其相变温度范围相近的固-液相变组分，制备新型的固-固/固-液二元定形复合相变材料的新思路。. 采用多种多元醇（如甘油、三乙醇胺、三羟甲基乙烷、赤藓糖醇、季戊四醇、木糖醇、葡萄糖、山梨醇、双季戊四醇、肌醇、β-环糊精、羟丙基β-环糊精等）和多元胺（如二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等）为扩链剂，聚乙二醇（PEG）为相变功能链段，二异氰酸酯（如HDI、IPDI、PDI、MDI）为交联剂合成出一系列聚氨酯型和聚氨酯脲型的新型高分子固-固相变材料，并研究了扩链剂和交联剂种类、反应物摩尔比对合成材料性能的影响。结果发现，多种合成材料相变焓均高于100 J/g，且改变扩链剂和交联剂的种类将影响合成材料的结晶性能进而影响其热学性能。改变反应物摩尔比则制备出不同交联密度的产物，高交联密度产物对PEG软段的束缚作用较大，从而导致其结晶性能变差，热性能也随之降低。 . 以合成的葡萄糖/MDI/PEG和羟丙基β-环糊精/MDI/PEG聚合物为载体负载不同含量的PEG，制备出具有高焓变的固-固/固-液二元定形复合相变材料。研究发现，在固-液组分含量相同的情况下，本项目所得定形复合相变材料的相变焓远远高于传统定形复合相变材料，前者相变焓最高可达后者将近3倍。研究结果证实载体材料和负载相变组分在同温度范围内同时发生相转变，即两者可同时发生吸/放热行为，因此复合相变材料的相变焓为两者的加和。. 本项目不仅获得了一系列具有应用潜力的新型高分子固-固相变材料及其相应的合成工艺，而且提出了一种制备高焓变定形复合相变材料的新方法，为进一步丰富和拓展定形复合相变材料的研究与应用领域提供了理论依据和实验支持。.