纤维素醚基固—固相变膜的制备及其性能研究

作     者：陈亚亮 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵自强

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：固-固相变材料 共混膜 聚乙二醇 羧甲基纤维素 羟丙基甲基纤维素 纤维素纳米纤维 

摘      要：随着世界石油资源的紧缺、能源危机日渐加深、环境污染日益严重,环境友好的相变储能材料受到了广泛关注。聚乙二醇(PEG)作为最常用的相变材料,其具有结构简单,容易结晶,相转变潜热高,热滞后效应低等优点,但其属于固-液相转变材料,限制了其在相变材料中的应用,经过处理改性后,PEG可以转变为固-固相转变材料。本文利用来源丰富、价格低廉、可生物降解、生物相容性好的纤维素醚类作为基体和骨架,通过与PEG大分子间的氢键作用,利用物理共混法制备了纤维素醚基固-固相变膜,并对不同共混比的相变膜进行了测试分析。同时通过添加纤维素纳米纤维(CNFs)对相变膜进行改性,优化相变膜性能。首先以离子型纤维素醚——羧甲基纤维素(CMC)为基体材料,制备了PEG-CMC固-固相变膜。研究发现:CMC通过氢键对PEG的束缚作用不是十分理想,在该相变膜中PEG最高添加量为30%,随着PEG添加量增大,相变膜的热稳定性未受显著影响,透光率下降,相变焓增大,断裂强度降低,断裂伸长率升高。在此基础上,论文以非离子型纤维素醚——羟丙基甲基纤维素(HPMC)作为基体材料,制备了PEG-HPMC固-固相变膜。研究发现:HPMC通过氢键对PEG的束缚作用有所提高,在该相变膜中PEG最高添加量达到40%,随着PEG添加量的增大,相变膜的热稳定性、相变焓均有所增强,断裂强度逐渐降低,断裂伸长率先升高后降低,但其透光率受到了显著影响,PEG添加量在20%及以上时,相变膜在可见光波长范围内透光率为0%。为了提高固-固相变膜的整体性能,论文又以CNFs作为改性填料,添加至PEG-HPMC固-固相变膜中,制备了PEG-HPMC-CNFs固-固相变膜。研究发现:CNFs的添加对相变膜的热稳定性及相变焓影响不大,但其有效改善了相变膜的透光率,当CNFs添加量为2%%时,相变膜的在可见光波长范围内的透光率为80%,同时断裂强度及断裂伸长率在CNFs添加量为3%时显著提高。