废旧棉纤维素均相接枝聚乙二醇制备固—固相变材料

论文摘要

当今世界资源问题和能源问题对各国经济发展的制约已越来越严重,如何利用大自然的可再生资源解决能源短缺问题已逐渐成为研究热点。以棉纤维素为基体,以聚乙二醇为相变介质,通过接枝共聚的方法将聚乙二醇均相接枝到纤维素大分子骨架上,制备固一固相变材料,既充分利用了自然界最丰富的可再生资源,又解决了聚乙二醇相变材料在相变时产生液相,材料变形大,使用受限制的问题,这对于环境保护,实现资源的可再生利用,解决资源匮乏和能源短缺问题有着深远的意义。本研究以废旧棉纤维素为原料,通过将其进行碱活化处理（NaOH溶液）后溶解在氯化锂/N、N-二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）体系中获得均一的纤维素溶液,并通过扩链剂在该溶液中将相变物质聚乙二醇接枝到纤维素上获得侧链型固-固相变储能材料。本论文研究了纤维素碱活化处理工艺及活化后的溶解工艺；通过红外测试研究了接枝产物的结构；通过保温性测试和DSC测试研究了产物的保温性和相变性能；通过TGA测试研究了产物的热稳定性；通过光学显微镜观察了产物的相变形态。研究结果表明：碱处理后,棉纤维素的晶面结构明显变化,结晶度和晶粒尺寸也有变化,且随碱的质量分数的变化非常明显,而处理温度和时间对这些变化影响不大；经碱预处理后的棉纤维素在130℃以上能够溶解在LiCl/DMAc体系中；提高加热温度,延长加热时间,增加LiCl的浓度能改善纤维素的溶解性能；红外测试表明聚乙二醇成功接枝到纤维素大分子上；通过本论文的方法制备得到了具有一定保温性的接枝型固-固相变材料,接枝产物中最大的相变焓AHm和△Hc分别为77.27Jg-1和60.66J·g-1; TGA测试表明聚乙二醇接枝到纤维素上使得纤维素的最大失重速率温度提高了20℃,同时其本身的最大失重速率温度也提高了10℃,说明通过化学接枝得到的相变材料其热稳定性要优于纯聚乙二醇相变材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 概述
• 2.2 纤维素溶剂
• 2.2.1 胺氧化体系
• 2.2.1.1 NMMO的研究进展
• 2.2.1.2 NMMO溶解纤维素的机理及方法
• 2.2.2 氯化锂/二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）体系
• 2.2.2.1 氯化锂/二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）的研究进展
• 2.2.2.2 氯化锂/二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）溶解纤维素的机理及方法
• 2.2.3 离子液体
• 2.2.3.1 离子液体的研究进展
• 2.2.3.2 离子液体溶解纤维素的机理
• 2.2.4 氨基甲酸酯体系
• 2.2.5 水溶剂体系
• 2O）体系'>2.2.5.1 氢氧化钠/水（NaOH/H₂O）体系
• 2O）体系'>2.2.5.2 氢氧化锂/尿素/水（LiOH/Urea/H₂O）体系
• 2O）体系'>2.2.5.3 氢氧化钠/尿素/水（NaOH/Urea/H₂O）体系
• 2O）体系'>2.2.5.4 氢氧化钠/硫脲/水（NaOH/Thiourea/H₂O）体系
• 2.3 相变储能材料
• 2.3.1 相变储能材料的研究进展
• 2.3.2 相变储能材料的分类
• 2.3.2.1 无机潜热储能材料
• 2.3.2.2 有机潜热储能材料
• 2.3.2.3 高分子及其复合潜热储能材料
• 2.4 论文研究内容及创新之处
• 2.4.1 论文研究内容
• 2.4.2 论文创新之处
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验原料
• 3.2 纤维素活化
• 3.2.1 活化工艺条件确定
• 3.2.2 XRD测试
• 3.3 纤维素的溶解
• 3.3.1 活化纤维素
• 3.3.2 纤维素溶解工艺条件确定
• 3.4 相变材料的制备
• 3.4.1 接枝型相变材料的制备
• 3.4.1.1 以MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）为扩链剂制备接枝物
• 3.4.1.2 以ACL（丙烯酰氯）为扩链剂制备接枝物
• 3.4.2 共混型相变材料的制备
• 3.4.3 分析与测试
• 3.4.3.1 红外测试
• 3.4.3.2 接枝率计算
• 3.4.3.3 保温性测试
• 3.4.3.4 热稳定性测试
• 3.4.3.5 DSC 测试
• 3.4.3.6 相变形态分析
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 碱处理前后棉纤维素的结构变化
• 4.1.1 碱处理浓度对棉纤维素结构的影响
• 4.1.2 碱处理时间对棉纤维素结构的影响
• 4.1.3 碱处理温度对棉纤维素结构的影响
• 4.1.4 碱处理液比对棉纤维素结构的影响
• 4.2 棉纤维素的溶解分析
• 4.2.1 加热时间对棉纤维素溶解的影响
• 4.2.2 加热温度对棉纤维素溶解的影响
• 4.2.3 LiCl浓度对棉纤维素溶解的影响
• 4.2.4 纤维素浓度对棉纤维素溶解的影响
• 4.3 相变材料结构与性能的分析
• 4.3.1 以MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）为扩链剂的接枝相变材料
• 4.3.1.1 红外光谱分析
• 4.3.1.2 保温性分析
• 4.3.2 以ACL（丙烯酰氯）为扩链剂的接枝相变材料
• 4.3.2.1 红外光谱分析
• 4.3.2.2 接枝率分析
• 4.3.2.3 保温性分析
• 4.3.2.4 相变性能分析
• 4.3.2.5 热稳定性分析
• 4.3.2.6 相变形态分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢