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纤维素固—固相变材料的制备及性能研究

作　者: 乔文静
导　师: 裴广玲
学　校: 北京服装学院
专　业: 材料学
关键词: 固-固相变聚乙二醇单甲醚二醋酸纤维素静电纺丝涂层透气透湿
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

相变储能是最有效的储热方式之一。近十几年来,关于相变储能材料(PCM,Phase change material)的研究是国际上一个普遍关注的课题,它在太阳能利用、热能回收、相变储能型空调、保温服装、储能炊具、建筑节能、航空航天等领域有着广泛的应用。本论文研究内容主要有三部分。第一部分是将不同分子量的聚乙二醇单甲醚(MPEG1200和MPEG2000)按不同的摩尔配比与4,4-二苯基甲基异氰酸酯(MDI)通过溶液聚合法接枝到二醋酸纤维素(CDA)上,制备一系列具有不同相变温度和相变焓的梳状固-固相变材料MPEGs-g-CDA。并利用FT-IR、DSC、POM、点温计等对合成的MPEGs-g-CDA的结构特征、相变行为、结晶性能及热性能等进行分析。实验结果表明,合成的MPEGs-g-CDA的最大接枝率达到549.05%,相变焓为111.03J/g。通过改变MPEG2000和MPEG1200的摩尔比,可以制备出相变温度从25.79℃到43.33℃的接枝产物,可以满足不同的应用需求。通过点温计测定产物的升-降温曲线,可以看出制备的MPEGs-g-CDA在宏观上具有很好的相变调温性能。且由于制备的MPEGs-g-CDA为梳状聚合物,可以溶解在丙酮、DMF等有机溶剂中,故MPEGs-g-CDA可以添加到纺丝溶液中或应用到后整理中,制备相变调温纤维或相变调温织物,进一步扩大了应用范围。在第二部分中,分别用丙酮及丙酮/DMF的混合溶液为溶剂,CDA为基材,MPEGs-g-CDA作为功能性添加剂,通过静电纺丝法制备相变调温纤维,研究了溶剂配比、纺丝液浓度、纺丝电压等对纤维形貌的影响,并用SEM、DSC和TGA等对纤维形态、相变性能及热性能进行详细研究。实验结果表明:在最佳工艺条件下制备的相变调温纤维的平均直径约830 nm,起始相变温度为38℃,相变焓为30.396J/g,具有快速调温功能及良好的透湿透气性能。第三部分是以MPEGs-g-CDA作为功能性添加剂,通过干法涂层工艺将含有MPEGs-g-CDA的水性聚氨酯涂层液整理到织物上,分别研究了涂层厚度、CMC含量、焙烘温度及MPEGs-g-CDA含量等对涂层织物透气透湿性能、冷暖感、导热性能及相变性能的影响,对织物整理工艺进行了优化,且对整理后的织物进行标准耐久性测试。结果表明,制备的相变调温织物的涂覆量约在15g/m2,相变温度在38~40℃之间,相变焓达到51.745J/g,具有一定的实用价值,在炎热气候时使用,其调温功能的缓冲作用可起到一定致冷的效果,在一定时间内仍能保持织物内部环境的舒适性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-34
  1.1 相变调温材料概况  9-26
    1.1.1 相变储能材料简介  9-10
    1.1.2 PCM 的热力学特性  10-11
    1.1.3 相变调温材料的分类  11-19
    1.1.4 相变调温材料的应用  19-22
    1.1.5 相变调温材料国内外的研究现状  22-23
    1.1.6 相变调温材料的复配  23-25
    1.1.7 PEG 及MPEG 的研究现状  25-26
  1.2 相变调温纤维的发展概况  26-31
    1.2.1 相变调温纤维的调温原理  27
    1.2.2 相变调温纤维的制备方法  27-30
    1.2.3 相变调温纤维在纺织上的应用  30-31
  1.3 本课题的目的和意义  31-32
  1.4 本课题的选题及研究内容  32-34
第2章纤维素固-固相变材料的制备及性能研究  34-51
  2.1 引言  34-35
  2.2 实验  35-38
    2.2.1 原料及试剂  35
    2.2.2 实验步骤  35-36
    2.2.3 性能与表征  36-38
  2.3 固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的性能分析  38-45
    2.3.1 固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的结构  38
    2.3.2 固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的结晶性能  38-39
    2.3.3 固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的结晶现象  39-41
    2.3.4 固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的相变行为  41-42
    2.3.5 固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的溶解性能  42
    2.3.6 固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的热分解性能  42-43
    2.3.7 固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的循环热稳定性  43
    2.3.8 宏观上固-固相变材料MPEGs-g-CDA 的相变调温性能  43-45
  2.4 结果与讨论  45-50
    2.4.1 不同分子量MPEG 的摩尔比对产物MPEGs-g-CDA 相变性能的影响  45-47
    2.4.2 不同MPEG 含量对产物MPEGs-g-CDA 性能的影响  47-48
    2.4.3 不同预聚反应时间对产物MPEGs-g-CDA 接枝率的影响  48-49
    2.4.4 不同接枝反应时间对产物MPEGs-g-CDA 热性能的影响  49-50
  2.5 小结  50-51
第3章聚合物溶液的静电纺丝成形及纤维性能研究  51-69
  3.1 引言  51-52
  3.2 实验  52-54
    3.2.1 原料及设备  52-53
    3.2.2 实验步骤  53
    3.2.3 性能与表征  53-54
  3.3 结果与讨论  54-68
    3.3.1 静电纺丝工艺参数及其纤维形态  54-55
    3.3.2 以纯丙酮为溶剂制备静电纺丝纤维  55-58
    3.3.3 以丙酮和DMF 混合溶剂制备静电纺丝纤维  58-65
    3.3.4 最佳纺丝工艺条件的确定  65-67
    3.3.5 采用熔融纺丝法制备相变调温纤维  67-68
  3.4 小结  68-69
第4章干法涂层法制备相变调温织物及性能研究  69-83
  4.1 引言  69-70
  4.2 实验  70-73
    4.2.1 原料与设备  70
    4.2.2 实验步骤  70-71
    4.2.3 性能与表征  71-73
  4.3 不同涂覆工艺对织物透气透湿性能的影响  73-78
    4.3.1 织物涂层厚度及涂覆量的确定  73-75
    4.3.2 CMC 含量对织物性能的影响  75-77
    4.3.3 焙烘温度对织物性能的影响  77-78
  4.4 最佳涂覆工艺的确定  78
  4.5 不同相变材料含量对涂层织物性能的影响  78-82
    4.5.1 相变材料含量的确定  78-79
    4.5.2 不同相变材料含量对织物相变性能的影响  79-82
  4.6 小结  82-83
第5章结论  83-84
参考文献  84-92
攻读硕士学位期间发表的学术论文  92-93
致谢  93

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