聚乙二醇交联蓖麻油/木材相变储能体系的构筑及表征

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本研究以聚乙二醇为相变功能链,蓖麻油为支撑链,异氰酸酯为交联剂制备了聚乙二醇交联蓖麻油固固相变材料(SSPCM),再将聚乙二醇交联蓖麻油固固相变材料为储能单元,以木材为基体,采用真空浸渍的方法制备了相变储能木质复合材料(PCESW)。研究首先对聚乙二醇交联蓖麻油固固相变材料的合成工艺条件进行优化,分别考察了聚乙二醇分子量和交联剂的种类对固固相变材料的性能影响;然后通过改进浸渍工艺,对相变储能木质复合材料的性能进行优化改良;最后对聚乙二醇交联蓖麻油固固相变材料和相变储能木质复合材料的热性能、耐久性能、导热性能以及微观形貌进行了表征,考察了相变储能木质复合材料用于室内调节温度的可行性。研究主要得出以下结论:(1)成功制备了聚乙二醇交联蓖麻油固固相变材料(SSPCM),其热性能主要受聚乙二醇分子量的影响,随着聚乙二醇的分子量的增大,固固相变材料的热焓值越大,相变温度越高。交联剂种类对固固相变材料的热性能也有一定影响,相较于苯环结构的异氰酸酯,直链异氰酸酯制备的聚乙二醇交联蓖麻油固固相变材料的分子柔顺性更好,空间位阻小,热焓值更高。当选用聚乙二醇1500作为相变功能链,六亚甲基二异氰酸酯作为交联剂时,固固相变材料的热性能最优,熔融热焓为83.51 J/g,结晶热焓为88.1 J/g,熔融温度为41.0℃,结晶温度为23.3℃。(2)脱木素能有效提高轻木的孔隙率,碱处理后其孔隙率高达95.09%,相较于素材提高了8.55%。经真空浸渍处理后,聚乙二醇交联蓖麻油固固相变材料与脱木素木材结合制备了相变储能木质复合材料(PCESW),微观表征表明固固相变材料主要填充在木材导管中;相变储能木质复合材料的熔融热焓和结晶热焓分别是58.24 J/g和51.92 J/g,相变温度在人体舒适温度范围内。热重分析和冷热循环测试表明相变储能木质复合材料具有较好的热稳定和耐久性能。房屋模型测试表明相相变储能木质复合材料具有较好的储热功能,能有效减缓空间内温度的变化,可用于建筑室内温度调节。(3)为了提高相变储能木材的热性能,我们采用先浸渍聚乙二醇后浸渍固固相变材料的方法制备了相变储能木质复合材料(PEG-PCESW)。经真空浸渍处理后,PEG-PCESW的熔融和结晶热焓值分别提升至88.13 J/g和90.1 J/g,较单纯固固相变材料浸渍的木材分别提高了51.32%和73.53%;同时它的导热系数增加到0.1833W/m K,比天然木材提高约263.32%。泄露性能测试和冷热循环测试结果表明PEGPCESW具有良好的热稳定性和耐久性能。房屋模型测试表明PEG-PCESW具有优异的储热功能,在升降温过程中会出现温度变化平缓的平台,持续长达47 min,说明PEG-PCESW能明显的减缓空间温度的变化。
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