聚乙二醇正十六烷基醚接枝氧化石墨烯相变材料的制备及性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:chengleitao
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聚乙二醇正十六烷基醚(EnC16)通常用作非离子型表面活性剂,本课题组率先将其作为一种相变材料使用,因其具有高的储热密度、等温操作特性和极好的热稳定温度等特点。然而,它却是一种典型的固-液相变材料,在相变过程中直接利用容易发生泄漏等问题。氧化石墨烯(GO)是一种二维层状结构的碳材料,它因为具有优异的物理化学性能,得到了研究者广泛的青睐而被应用于各个领域的研究。  本实验主要分为三个部分,第一部分主要制备了二乙二醇正十六烷基醚-g-氧化石墨烯(E2C16-g-GO)固-固相变材料。以二乙二醇正十六烷基醚(E2C16)为功能物质,在N,N-二环己基碳二亚胺/4-二甲氨基吡啶(DCC/DMAP)催化体系下通过酯化反应接枝到GO纳米片上制备了固-固相变材料,研究表征了不同配比(E2C16∶GO=2∶1-7∶1mass%)和不同反应时间(3h、6h、9h、12h、15h)对产物热性能的影响,确定了最优的反应参数和制备了最佳的产物。第二部分则选择不同重复单元数(n=2、10、20)的EnC16作为功能物质与GO发生酯化反应,制备了聚乙二醇正十六烷基醚-g-氧化石墨烯(EnC16-g-GO)相变材料,研究了不同重复单元数n对产物结构与性能的影响。第三部分以GO为载体物质,以E2C16为功能物质,通过酯化反应制备一系列E2C16/GO复合相变材料。这种复合相变材料中既有E2C16-g-GO固-固相变材料又有E2C16固-液相变材料。其中E2C16-g-GO固-固相变材料不仅作为支撑材料而且也作为工作物质。探究了不同GO投料量(0%、0.5%、1%、1.5%、2%、4%、6%)对E2C16/GO复合相变材料结晶性能和相变性能的影响,研究了E2C16-g-GO和E2C16之间的协同相变效应。利用傅里叶变换红外(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)等测试仪器和表征方法对其结构和性能进行了表征。  结果表明,当E2C16和GO质量比为6∶1,反应时间为6h时,我们制备了热性能最佳的E2C16-g-GO固-固相变材料,它具有适宜的相变温度和较高的相变热焓。熔融温度和结晶温度分别为43.3℃和29.4℃。熔融焓和结晶焓分别为70J/g和72J/g。而且,E2C16-g-GO不仅具有很好的热稳定性和形状稳定性,还具有极好的热可靠性和结构稳定性,对长期储热应用有着积极意义。而将不同重复单元数的EnC16共价接枝到GO纳米片上,我们制备了EnC16-g-GO相变材料(GEn),它的结晶行为和热性能受EnC16重复单元数n的影响。当n=2时,GE2接枝共聚物的结晶以正十六烷基链结晶为主,表现出较高的相变热焓和较好的热稳定性;当n≥10时,GEn接枝共聚物的结晶逐渐以乙二醇重复单元链结晶为主,并且两种结晶链段存在结晶竞争,使得它的热相变性能也明显降低。在以GO为载体材料,E2C16为功能材料制备的E2C16/GO复合相变材料(FPCMs)中,不仅有通过酯化反应接枝到GO表面制备的E2C16-g-GO固-固相变材料,还有通过物理吸附在GO表面的E2C16固-液相变材料。而其中,E2C16-g-GO固-固相变材料不仅作为支撑材料,而且也作为功能相变材料。我们制备的FPCMs具有较高的热焓,并且E2C16-g-GO和E2C16的协同相变实现了FPCMs的高潜热效率,比传统定形相变材料具有更高储热能力。此外,FPCMs表现出很好的热稳定性和可靠性。
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