CN103540294A - 聚乙二醇/涤纶物理共混制备固固相转变材料的方法 - Google Patents

聚乙二醇/涤纶物理共混制备固固相转变材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚乙二醇/涤纶物理共混制备固固相转变材料的方法，属于功能高分子合成技术领域。以聚乙二醇、涤纶为原料，在特定的温度下边搅拌边按加料顺序加料，物理共混合成反应后急冷、抽滤、真空干燥，通过氢键、分子间作用力把聚乙二醇和涤纶连接起来，形成聚乙二醇/涤纶物理共混固固相转变材料；两种原料可用的质量比范围为：聚乙二醇为60～95份、涤纶40～5份。工艺流程为：原料干燥溶解→将聚乙二醇溶液在特定温度下滴入涤纶溶液→在特定的温度下边搅拌边物理共混反应一定时间→浸泡冷却洗涤→抽滤→真空干燥→乳白色颗粒状固固相转变材料→性能测试。该体系没有采用交联催化体系，溶解体系采用无离子水和二甲基亚砜，合成体系的溶剂循环使用，保证了环境和工人的人身安全。实施的工艺步骤和仪器设备简单，生产投资少。

Description

聚乙二醇/涤纶物理共混制备固固相转变材料的方法
技术领域
本发明涉及一种利用新工艺条件来物理共混制备聚乙二醇和涤纶固固相转变材料的方法。
背景技术
高分子固固相转变材料的主要优点是相变前后不出现液态；固固相变材料相转变时，热容比水的热容高数十倍；同时利用相变材料在相变温度近似恒定的特性，可用于温度的调控。由于在相变过程不出现液态，不需要容器，比起有相态变化像水这样的物质，使用方便，体积变化小，容易与其它材料结合，甚至可以用作系统的基体材料。在国外目前这类材料在智能化自动空调建筑物，玻璃暖房、相变储能型空调、太阳能利用、余热废热回收、电器恒温、保温服装、储能炊具等民用和军事领域已有应用，并且应用范围正在不断扩大。
目前类似的已合成固固相转变材料有聚乙二醇/醋酸纤维素、聚乙二醇/壳聚糖，但聚乙二醇/壳聚糖固固相转变材料不适宜作为电池吸热池，聚乙二醇/醋酸纤维素固固相转变材料生产成本高，采用的催化剂和交联剂价格昂贵，反应速度过快不易控制，易形成体型分子，对环境污染大，交联剂在市场上很难购买和保存。因此，在能源供给渐趋紧张的今天，该功能材料必将得到更加普遍的应用。所以物理共混合成新型的相变焓达到193.53J/g的聚乙二醇/涤纶固固相转变材料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于选择便宜常见的原材料聚乙二醇和分子量为15000的涤纶丝，通过氢键和分子间作用力把聚乙二醇和涤纶连接起来，在特定的工艺条件下物理共混合成一种新的聚乙二醇/涤纶固固相转变材料。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种聚乙二醇/涤纶物理共混制备固固相转变材料的方法，其特征在于以聚乙二醇、涤纶丝为原料，在特定的温度下按加料顺序加料边搅拌边进行物理共混反应，合成后进行急冷、抽滤和真空干燥，通过氢键、分子间作用力把聚乙二醇和涤纶连接起来，形成聚乙二醇/涤纶物理共混固固相转变材料；两种原料的质量比范围为：聚乙二醇95～60份、涤纶5～40份；具体包括以下步骤：
（1）将聚乙二醇和分子量为15000的涤纶丝在100℃下干燥1h；
（2）用无离子水溶解聚乙二醇制备聚乙二醇溶液，所述的聚乙二醇溶液是分子量为4000～10000之间的聚乙二醇与无离子水按1/3的质量比配成的溶液，备用；
（3）用二甲基亚砜溶解涤纶丝制备涤纶溶液，所述的涤纶溶液是分子量为15000的涤纶丝与二甲基亚砜按1/20的质量比配成的溶液，备用；
（4）物理共混合成反应：加料顺序及方法：采用滴液漏斗将PEG溶液逐步滴入190℃的PET溶液中，边滴加边进行搅拌，滴加速度为30-60滴/min，将PEG溶液逐步滴入PET溶液中后，再搅拌10min完成物理共混合成反应；所述搅拌转速为30转/min；得到颗粒状乳白色固体物；
（5）将合成的固体物置于室温无离子水中急冷浸泡清洗2h～3h，获得聚乙二醇/涤纶固固相转变材料的最大收率；
（6）抽滤；
（7）将固体物置于真空干燥箱中在100℃下干燥24h，去除水分和低分子物质，即得物理共混的聚乙二醇和涤纶固固相转变材料；
（8）对所得聚乙二醇/涤纶固固相转变材料进行红外和DSC等检测。
进一步优选地聚乙二醇与涤纶的质量配比为95:5，聚乙二醇分子量为10000时物理共混合成新型的聚乙二醇/涤纶固固相转变材料相变焓达到了193.53J/g。
上述的聚乙二醇、涤纶丝、二甲基亚砜、无离子水均为工业级产品。
本发明以聚乙二醇、涤纶为原料，在特定的温度、时间等工艺条件下，通过高分子物理共混反应，通过氢键和分子间作用力把聚乙二醇和涤纶连接起来，合成一种新的聚乙二醇/涤纶固固相转变材料。在该材料中聚乙二醇分子的两端被氢键或分子间作用力束缚于刚性的涤纶分子链上。涤纶在材料中仅为聚乙二醇/涤纶固固相转变材料中的惰性载体。在聚乙二醇熔点温度下，分子热振动的能量不足以破坏该氢键和分子间作用力，聚乙二醇分子不能脱离束缚而无法自由平移，因此聚乙二醇不能变为液态。但两端被束缚的聚乙二醇分子仍可转动和振动，可随温度的升降而形成无定形态和晶态出现固固相转变。
本发明的有益效果是：选择市场上易于购买和保存运输、价格便宜的原材料聚乙二醇、纺织工业用涤纶丝、二甲基亚砜等，物理共混合成新型的聚乙二醇和涤纶丝固固相转变材料，聚乙二醇和涤纶丝通过氢键、分子间作用力连接在一起。本发明通过大量实验确定了聚乙二醇和涤纶丝只有在特定的温度、时间、合成的加料顺序等工艺条件下物理共混合成。所以在其它条件均相同的情况下，聚乙二醇受到氢键的牵制作用，能够结晶和溶解，物理合成的聚乙二醇/涤纶固固相转变材料相变焓大。该体系没有采用交联催化体系，溶解体系采用无离子水和二甲基亚砜，合成体系的溶剂采用循环使用，对环境保护和工人的人身安全防护加强了保护；实施的工艺步骤和仪器设备简单，实施生产投资少。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐明本发明的方案及效果。
首先将分子量为10000的聚乙二醇、分子量为15000的涤纶丝在真空干燥箱中于100℃下干燥1h，然后将干燥后的聚乙二醇9.5Kg与无离子水28.5Kg配制成PEG溶液，涤纶丝0.5Kg与10Kg二甲基亚砜分别配制成PET溶液。加料顺序采用滴液漏斗按滴加速度60滴/min将PEG溶液逐步滴入190℃PET溶液中，边滴加边进行磁力搅拌，磁力搅拌子的转速为30转/min，滴加完后，再搅拌10min完成物理共混合成反应。在反应完成后利用密度差及时除去水。完全反应后合成物质呈颗粒状乳白色固体，将合成的白色固体物置于室温无离子水中急冷浸泡清洗2h。洗涤3～4次后，以除去游离的聚乙二醇及残余的二甲基亚砜等和提高合成物质的产率，然后抽滤。将固体物置于真空干燥箱中在100℃下干燥24h，真空干燥去除水分和低分子物质，即得物理共混的聚乙二醇和涤纶固固相转变材料。对所得聚乙二醇/涤纶固固相转变材料进行红外和DSC性能检测，来确定聚乙二醇/涤纶固固相转变材料的合成以及相变性能的大小。经检测聚乙二醇与涤纶的质量配比为95:5，聚乙二醇分子量为10000时物理共混合成新型的聚乙二醇/涤纶固固相转变材料相变焓达到了193.53J/g。
最佳合成温度190℃是采用160℃、170℃、180℃、190℃、200℃分别重复步骤（1）至步骤（4）实验，得到190℃为聚乙二醇/涤纶物理共混固固相转变材料的最佳合成温度。

Claims (3)

1.一种聚乙二醇/涤纶物理共混制备固固相转变材料的方法，其特征在于以聚乙二醇、涤纶丝为原料，在特定的温度下按加料顺序加料边搅拌边进行物理共混反应，合成后进行急冷、抽滤和真空干燥，通过氢键、分子间作用力把聚乙二醇和涤纶连接起来，形成聚乙二醇/涤纶物理共混固固相转变材料；两种原料的质量比为：聚乙二醇95～60份、涤纶5～40份；具体包括以下步骤：
（1）将聚乙二醇和分子量为15000的涤纶丝在100℃下干燥1h；
（2）用无离子水溶解聚乙二醇制备聚乙二醇溶液，所述的聚乙二醇溶液是分子量为4000～10000之间的聚乙二醇与无离子水按1/3的质量比配成的溶液，备用；
（3）用二甲基亚砜溶解涤纶丝制备涤纶溶液，所述的涤纶溶液是分子量为15000的涤纶丝与二甲基亚砜按1/20的质量比配成的溶液，备用；
（4）物理共混合成反应：加料顺序及方法：采用滴液漏斗将PEG溶液逐步滴入190℃的PET溶液中，边滴加边进行搅拌，滴加速度为30-60滴/min，将PEG溶液逐步滴入PET溶液中后，再搅拌10min完成物理共混合成反应；所述搅拌转速为30转/min；得到颗粒状乳白色固体物；
（5）将合成的固体物置于室温无离子水中急冷浸泡清洗2h～3h，获得聚乙二醇/涤纶固固相转变材料的最大收率；
（6）抽滤；
（7）将固体物置于真空干燥箱中在100℃下干燥24h，去除水分和低分子物质，即得物理共混的聚乙二醇和涤纶固固相转变材料；
（8）对所得聚乙二醇/涤纶固固相转变材料进行红外和DSC等检测。
2.根据权利要求1所述的聚乙二醇/涤纶物理共混制备固固相转变材料的方法，其特征在于所述的聚乙二醇、涤纶丝、二甲基亚砜、无离子水均为工业级产品。
3.根据权利要求1所述的聚乙二醇/涤纶物理共混制备固固相转变材料的方法，其特征在于所述的聚乙二醇与涤纶的质量配比为95:5，聚乙二醇分子量为10000时物理共混合成新型的聚乙二醇/涤纶固固相转变材料相变焓达到了193.53J/g。
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