[发明专利]一种具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料，以PEG8000、MDI、POSS和DMF为原料，先通过PEG8000与扩链剂MDI进行接枝，获得基体材料预聚物聚氨酯后，再引入POSS，制备具有较高稳定性和介电性能的复合定型相变材料。其中，PEG8000作为相变材料提供相变储能性能；POSS作为支撑材料和介电材料，提供材料的介电性能和提高热稳定性；MDI作为扩链剂，提供接枝作用。其微观形貌为，球状POSS均匀分布在复合相变材料表面，材料表面存在孔洞，PEG未发生明显的相分离，具有紧密的层叠结构。具有熔融焓值157.54‑161.61J/g，结晶焓值为153.04‑160J/g；介电常数在25.6F/m‑81.2F/m之间，介电损耗为0.087‑1.06；具有防泄露性能。

技术领域

本发明涉及相变储能材料领域，具体涉及一种具有高稳定性和介电性能的复合定型相变材料及其制备方法和应用。

背景技术

有机复合相变材料PCMs具有性能稳定、无过冷和相分离现象、高性价比等优点，但是，也存在储能密度低、导热性差、高温熔融泄漏等明显缺陷。其中，聚乙二醇具有高的相变晗和较低的热滞后现象，在相变过程中表现出优异的储能特性，但是，聚乙二醇在高温时容易熔融泄漏，热稳定性较低，且相变材料普遍存在介电性能差的缺陷。该技术问题可以通过加入功能增强物质进行对相变材料的改性。

针对复合相变材料的储热效率低，可以通过增加相变材料的负载来提高，通过聚合物构建材料支撑骨架是常用方法。。

例如，现有文献1（Radoelizo S. Andriamitantsoa, Wenjun Dong, Hongyi Gao,Ge Wang，PEG encapsulated by porous triamide-linked polymers as support forsolid-liquid phase change materials for energy storage，Chemical PhysicsLetters，2017，671，165173）通过1，3，5缩合制备了一系列标记为PTP的多孔三酰胺连接聚合物-三氯化苯三羰基与苯-1,4-二胺（A），4,40-亚甲基二胺（B）和1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺（C）。合成的聚合物具有永久孔隙和高表面积，保证在其网络中保持聚乙二醇（PEG）分子形状稳定的相变材料，该复合材料最高的相变材料的负载率为85%。该技术方案存在的技术问题为，聚合物交联构建的聚合物骨架仍有对相变材料束缚能力有限，对材料负载量的提高能力不足。解决上述问题，可以通过有机无机化合物支撑相变材料，可以将无机相与有机相紧密连接，提高相变材料的负载量。

此外，通过与骨架材料的复合，可以进一步拓展材料的应用领域并赋予材料的其他的性能。

根据现有文献2（Dhorali Gnanasekaran，P. Thomas，Enhanced Dielectric andThermal Performance of Bio-polyamide Polyhedral ，IEEE Transactions onDielectrics and Electrical Insulation，2021，08，398445）采用无表面活性剂二聚脂肪酸聚酰胺和不同重量百分比的POSS，通过简单的溶剂浇铸法制备了聚酰胺多面体低聚倍半硅氧烷（PA-POSS）纳米复合材料。该技术方案中，由于添加POSS作为填料，使复合材料获得了介电性能，但是，POSS未起到骨架作用，直接导致POSS在复合材料分布密度低，进而直接该复合材料的低介电性能。技术方案中所用聚倍半硅氧烷是一种特殊有机无机杂化硅氧烷化合物，分子主体组成为（RSiO1.5）n，以Si-O键交替连接无机分子骨架，将有机相和无机相紧密连接，加上每个Si原子均可连接活泼的R基延伸向空间，使其表现出高的耐热性能和表面活性，同时，特殊的骨架结构和Si原子的存在赋予其良好的介电性能。因此，POSS除了可以为复合材料提供介电性能，还可以起骨架结构的作用。