一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜及其制备方法

本发明属于功能高分子材料，涉及一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜及其制备方法。

背景技术：

1、相变材料(pcms)可以通过改变自身的物理状态来储存或释放热能，并在一定时间内保持温度恒定，它们已被广泛应用于多个领域。目前常见的相变材料为固-液相变和固-固相变。然而，现阶段固-液相变材料相变过程易泄露、环境污染，循环利用效率低从而影响到此类相变材料的实用性。为了解决这一问题，提出了多种制备形状稳定的复合相变材料的方法。然而，这些复合pcms在固态下通常是刚性的，缺乏黏附性，不能很好地贴合在热器件表面，增加了界面热阻和安装难度。传统的相变材料一直被认为是具有经典熔化和固化行为的固体或大体积液体，例如石蜡、脂肪酸、多元醇和无机盐水合物等，而这些相变材料却存在着液相易泄漏、固体刚性、腐蚀性、体积变化大及封装成本高等缺陷，因此不能适用于具有复杂配置或灵活性的可穿戴应用场景。

2、相变薄膜在储能领域表现出色，作为储能相变材料（pcm）的一种新型应用形式，相变薄膜使得pcms在高度灵活和空间受限的领域应用成为可能。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜及其制备方法，利用异氰酸酯和聚乙二醇反应制备固固相变聚氨酯解决相变泄露问题，利用聚氨酯的软段相变有效提高了粘附性、固定安装效率。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，包括，

4、在有机溶剂中加入聚乙二醇与异佛尔酮二异氰酸酯进行预聚反应后，再加入1,4-丁二醇进行扩链反应，之后加入三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯进行交联反应后，真空干燥获得聚氨酯基固-固相变材料；

5、将得到的聚氨酯基固-固相变材料与水性聚氨酯物理混合后，晾干得到温控可逆黏附的固固相变储能薄膜。

6、优选的，所述的聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯的质量比为3~18：1.33：0.19：0.24。

7、优选的，所述聚乙二醇采用分子量为peg1000、peg2000、peg-4000或peg-6000。

8、优选的，所述预聚反应时采用的催化剂为二月桂酸二丁基锡。

9、优选的，所述有机溶剂采用丁酮。

10、优选的，所述聚氨酯基固-固相变材料与水性聚氨酯的质量比为10:1~10:5。

11、优选的，所述聚氨酯基固-固相变材料与水性聚氨酯物理混合前，需将聚氨酯基固-固相变材料溶于丁酮溶剂中，其中聚氨酯基固-固相变材料的固含量为10%~20%。

12、优选的，所述聚乙二醇在使用前需在100℃-120℃下真空干燥2-5小时。

13、优选的，所述预聚反应的条件为在70~80℃下油浴加热搅拌反应4h；

14、所述交联反应的条件为在70~80℃下油浴加热搅拌反应3h；真空干燥的温度为80℃~100℃。

15、一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜，基于所述的制备方法制得。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明提供一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜及其制备方法，主要原料包括聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯等，通过包含预聚反应和扩链反应两个步骤的聚合法制备一种具有软段和硬段相间的分子结构的聚氨酯固-固相变材料。其中软段部分为peg的长链结构，硬段部分由ipdi组成。合成过程分两步：第一步为预聚，即peg的端羟基(-oh)与ipdi的-nco基团发生化学反应，生成氨基甲酸酯基团(-nhcoo-)，该基团连接了peg软链与硬段，形成了软段-硬段相间的聚氨酯结构，得到两端带有-nco基团的低分子质量的预聚物，反应中溶剂采用丁酮，催化剂采用dbdt；第二步为扩链，向第一步得到的预聚物中加入扩链剂，即bdo，bdo上的羟基与预聚物两端的-nco基团反应来完成扩链，反应完成后即得到了固-固相变材料；第三步为交联，向第二步反应得到的物质中加入tmmp完成交联，反应完成后得到了具有交联结构的聚氨酯基固-固相变材料，再与水性聚氨酯列举物理共混，自然晾干得到一种具有柔性和温控可逆黏附的固-固相变薄膜。本发明的聚氨酯基固-固相变材料的制备工艺简单，易于放大，且可通过调节peg分子量对相变膜的拉伸性能及储热性能进行有效调控。与纯peg相比，复合相变材料薄膜加热peg到相变温度以上时依然没有泄漏，表明解决了相变材料相变过程泄漏问题。

18、进一步，所制备的相变储能薄膜具有连续性、可重复使用性，可以任意弯曲、压缩、剪切，且具有温控可逆黏附性；本发明可广泛应用在电池、建筑、可穿戴电子设备等领域。

19、进一步，本发明将水性聚氨酯引入相变储能材料，这种材料兼具固-固相变储能功能和水溶性特点，与传统聚氨酯相变储能材料相比，其应用范围更广，，可以在不使用或少使用有机溶剂的前提下达到理想的效果，水性聚氨酯相变储能薄膜在生产和使用过程中不会产生有害溶剂和污染物，符合环保要求。

技术特征：

1.一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，包括，

2.根据权利要求1所述的一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述的聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷三（3-巯基丙酸）酯的质量比为3~18：1.33：0.19：0.24。

3.根据权利要求1所述的一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇采用分子量为peg1000、peg2000、peg-4000或peg-6000。

4.根据权利要求1所述的一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述预聚反应时采用的催化剂为二月桂酸二丁基锡。

5.根据权利要求1所述的一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂采用丁酮。

6.根据权利要求1所述的一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯基固-固相变材料与水性聚氨酯的质量比为10:1~10:5。

7.根据权利要求1所述的一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯基固-固相变材料与水性聚氨酯物理混合前，需将聚氨酯基固-固相变材料溶于丁酮溶剂中，其中聚氨酯基固-固相变材料的固含量为10%~20%。

8.根据权利要求1所述的一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇在使用前需在100℃-120℃下真空干燥2~5小时。

9.根据权利要求1所述的一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜的制备方法，其特征在于，所述预聚反应的条件为在70~80℃下油浴加热搅拌反应4h；

10.一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜，基于权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结本发明提供一种温度响应可逆黏附的固固相变储能薄膜及其制备方法，主要原料包括聚乙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷三（3‑巯基丙酸）酯等，制备包括以下步骤：1）聚氨酯基固‑固相变材料的制备；2）将聚氨酯基固‑固相变材料与水性聚氨酯按比例混合制备；本发明的制备方法操作简单，可通过调节PEG的分子量实现对最终复合相变材料膜的拉伸性能及储热性能等的调控；当加热PEG到相变温度以上时依然没有发生泄漏，解决了相变材料相变过程泄漏问题；所制备的相变储能薄膜具有连续性、可重复使用性，可以任意弯曲压缩剪切，且具有温控可逆黏附性；本发明可广泛应用在电池、建筑、可穿戴电子设备等领域。技术研发人员：谭蕉君,徐瑾歌,张美云,宋顺喜,杨斌,聂景怡,张静茹受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6