聚氨酯固-固相变材料的合成及性能

摘要

本论文以聚乙二醇单甲醚（MPEG）为软段，MDI-NPG、MDI-BDO、MDI-PER和TDI-NPG为硬段，通过两步溶液聚合法合成一系列不同硬段的聚氨酯相变材料，利用红外光谱仪（FT-IR）、差示扫描量热法仪（DSC）、热失重仪（TG）、偏光显微镜（POM）等现代分析仪器，对合成的聚氨酯相变材料的结构特征、相变行为、储热性能、聚集态结构及热性能等进行分析，确定聚氨酯相变材料的最佳反应工艺条件。
　　 实验结果表明，以聚乙二醇单甲醚为软段，MDI-NPG为硬段，采用两步溶液聚合法制备聚氨酯相变材料的最佳反应工艺条件如下：反应体系温度70℃，反应时间12h，反应R值（[NCO]/[OH]）等于1.01。此工艺条件下合成的聚氨酯相变材料的相变温度为43.92℃，相变焓为146.64J/g。
　　 POM和DSC测试发现，此聚氨酯材料软段在室温下以结晶态存在，结晶形态为球晶，由于受到硬段限制，结晶颗粒较纯MPEG变小。聚氨酯相变材料的相变过程实质是聚氨酯材料中软段MPEG由结晶固态转变为无定型固态的过程，材料相变过程中的能量变化主要来自软段MPEG的相变潜热，即MPEG由结晶固态转变为无定型固态过程中内能的变化。硬段在材料中起着物理交联点的作用，当软段熔融呈现无定型态时束缚MPEG的自由运动，使整个材料不发生宏观流动而呈现出固-固相变状态。
　　 以MDI-BDO和MDI-PER作为硬段合成的聚氨酯相变材料性能优异：相变焓较大、相变温度适中、热性能稳定、相变过程不出现液体。经过多次储热-放热循环后，材料仍具有良好的热稳定性。
　　 纯NPG、BDO和PER在室温到100℃范围内，只有NPG存在相变温度和相变焓，且NPG的相变温度接近软段材料MPEG的相转变温度。对最终合成的MPEG-co-NPG、MPEG-co-BDO和MPEG-co-PER进行性能测试，结果表明NPG对所合成的聚氨酯相变材料的相变焓具有协同作用。
　　 以TDI-NPG为硬段，MPEG为软段制备的产品，与以MDI-NPG为硬段制备的产品相比，其结晶尺寸变大。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 相变材料研究进展

1.2.1 相变材料之蓄热调温机理

1.2.2 相变材料的热力学特性

1.2.3 用作热能储存和温度调控的相变材料

1.3 相变材料的分类

1.4 相变储能材料发展方向

1.5 聚氨酯储能材料的研究

1.6 聚乙二醇单甲醚固-固相变材料的研究目的和意义

1.7 本课题的提出及研究内容

第2章 聚氨酯相变储能材料的合成及其性能表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂和仪器

2.2.2 聚氨酯相变材料制备

2.2.3 分析与测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 反应时间对相变材料性能的影响

2.3.2 反应温度对相变材料性能的影响

2.3.3 原料摩尔比R([NCO]/[OH]])对相变材料性能的影响

2.3.4 合成方法对产品性能的影响

2.3.5 最佳工艺条件下样品性能

2.4 本章小结

第3章 硬段对聚氨酯材料性能影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂和仪器

3.2.2 样品制备

3.2.3 分析与测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 多元醇的改变对产物的影响

3.3.2 改变异氰酸酯对聚氨酯材料的影响

3.3.3 产品的溶解性

3.4 本章小结

第4章 结论

第5章 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢