SMA-g-PCM定形相变材料的制备与性能研究

论文摘要

本文设计合成了接枝型定形相变储能材料,即在含有活泼酸酐官能团的高分子侧链引入有机相变储能材料,利用高分子骨架的支撑作用实现定形,利用侧链相变材料的结晶特性实现储能,以期得到高相变焓的定形相变储能材料。以过氧化苯甲酰为引发剂,通过沉淀聚合和溶液聚合两种方法制备苯乙烯-马来酸酐交替共聚物（SMA）,详细研究了反应温度、引发剂用量、单体配比、单体浓度、反应时间对产物收率的影响。结果表明：沉淀聚合的最佳反应条件是：温度80℃,引发剂用量0.7%,单体配比1：1,时间2h,此时共聚物SMAa收率可达96.6%；溶液聚合的最佳反应条件是：温度80℃,引发剂用量0.6%,单体配比1：1,时间4h,单体浓度15%,此时共聚物SMAb收率可达99.0%。利用SMA侧链酸酐官能团的反应活性,通过接枝反应将三种脂肪醇（正丁醇、正辛醇、十八醇）接枝到SMAa上。详细考察了反应温度、反应物浓度、反应时间对SMAa-g-正丁醇收率的影响,结果表明：当反应温度为80℃,反应物浓度为15%,反应时间为8h时,产物的收率可达99.0%。并利用DSC考察了SMAa-g-脂肪醇的储热性能,结果表明：SMAa-g-正丁醇、SMAa-g-正辛醇、SMAa-g-十八醇都不具备储能效果。利用接枝反应将三种不同分子量的聚乙二醇（PEG20000、PEG10000、PEG6000）接枝到SMA上。以SMAa和PEG6000为例,详细考察了溶剂种类对SMAa-g-PEG6000收率的影响,结果表明：当选用甲苯做溶剂,温度为60℃时,产物收率可达98.0%,并通过IR验证了其结构的正确性。采用宏观形态分析、DSC、XRD、TG分析了SMA-g-PEG的定形性能、储热性能、结晶性能和热稳定性。结果表明：SMAa-g-PEG20000（79%）、SMAa-g-PEG10000（69%）、SMAa-g-PEG6000（58%）、SMAb-g-PEG20000（69%）的相变焓分别为125.2kJ／kg,106.3kJ／kg,70.1kJ／kg,75.3kJ／kg具有很好的储能效果；TG结果表明SMAa-g-PEG和SMAb-g-PEG在250℃以前很稳定；XRD结果显示SMAa-g-PEG和SMAb-g-PEG的结晶性能略低于PEG；宏观形态分析表明SMAa-g-PEG和SMAb-g-PEG有很好的定形效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 无机相变储能材料
• 1.2 复合相变储能材料
• 1.2.1 导热增强型复合相变储能材料
• 1.2.2 共混型复合相变储能材料
• 1.2.3 纳米复合型相变储能材料
• 1.3 有机相变储能材料
• 1.3.1 有机固-液相变储能材料
• 1.3.2 有机定形相变储能材料
• 1.3.2.1 多元醇类
• 1.3.2.2 层状钙钛矿
• 1.3.2.3 高分子类
• 1.4 有机相变储能材料的应用
• 1.5 本论文设计思想
• 2 苯乙烯-马来酸酐交替共聚物的合成
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料及仪器
• 2.2.2 聚合物的合成及残液分析
• 2.2.2.1 主要原料的提纯
• 2.2.2.2 沉淀聚合法合成苯乙烯-马来酸酐交替共聚物
• 2.2.2.3 沉淀聚合残液的HPLC分析
• 2.2.2.4 溶液聚合法合成苯乙烯-马来酸酐交替共聚物
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 苯乙烯-马来酸酐交替共聚物的合成
• 2.3.1.1 反应温度对聚合物收率的影响
• 2.3.1.2 引发剂用量对聚合物收率的影响
• 2.3.1.3 单体配比对聚合物收率的影响
• 2.3.1.4 单体浓度对溶液聚合收率的影响
• 2.3.1.5 反应时间对聚合物收率的影响
• 2.3.2 苯乙烯-马来酸酐交替共聚物结构分析与表征
• a和SMA^b的相对分子质量分布的测定'>2.3.2.1 SMA^a和SMA^b的相对分子质量分布的测定
• a和SMA^b的热稳定性研究'>2.3.2.2 SMA^a和SMA^b的热稳定性研究
• a和SMA^b的红外光谱分析'>2.3.2.3 SMA^a和SMA^b的红外光谱分析
• a和SMA^b的组成分析'>2.3.2.4 SMA^a和SMA^b的组成分析
• a与SMA^b的结构序列分析'>2.3.2.5 SMA^a与SMA^b的结构序列分析
• 2.4 小结
• a-g-脂肪醇的合成及性能研究'>3 SMA^a-g-脂肪醇的合成及性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料及仪器
• a-g-脂肪醇的合成'>3.2.2 SMA^a-g-脂肪醇的合成
• 3.3 结果与讨论
• a-g-正丁醇的合成'>3.3.1 SMA^a-g-正丁醇的合成
• 3.3.1.1 反应温度对产物收率的影响
• 3.3.1.2 反应物浓度对产物收率的影响
• 3.3.1.3 反应时间对产物收率的影响
• a-g-脂肪醇的表征与性能测试'>3.3.2 SMA^a-g-脂肪醇的表征与性能测试
• 3.3.2.1 接枝率计算
• 3.3.2.2 IR分析
• 3.3.2.3 DSC分析
• 3.4 小结
• 4 SMA-g-PEG的合成及性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料及仪器
• 4.2.2 SMA-g-PEG的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 SMA-g-PEG的制备
• a-g-PEG6000收率的影响'>4.3.1.1 溶剂选择对SMA^a-g-PEG6000收率的影响
• a-g-PEG的选择'>4.3.1.2 最佳配比的SMA^a-g-PEG的选择
• 4.3.2 SMA-g-PEG的IR表征
• 4.3.3 SMA-g-PEG的性能分析
• a-g-PEG的溶解性分析'>4.3.3.1 SMA^a-g-PEG的溶解性分析
• 4.3.3.2 DSC分析
• 4.3.3.3 TG分析
• 4.3.3.4 XRD分析
• 4.3.3.5 定形性分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢