纤维素醚基固—固相变膜的制备及其性能研究.pdf

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1、纤维素醚基固-固相变膜的制备及其性能研究陈亚亮2015年12月中图分类号：TQ352.72UDC分类号：540纤维素醚基固-固相变膜的制备及其性能研究作者姓名陈亚亮学院名称材料学院指导教师邵自强教授答辩委员会主席杨明山教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月PreparationandcharacterizationofCelluloseEthersolid-solidphasechangemembraneCandidateName：ChenYaliangSchoolorDepartment:MaterialScienceandEngin

2、eeringFacultyMentor:Prof.ShaoZiqiangChair,ThesisCommittee:Prof.YangMingshanDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialScienceDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京

3、理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：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

4、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，

5、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%~4%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

6、著提高。关键词：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IVAbstractWiththeincreasingconcernontheshortageofpetroleumresources,energycrisisandenvironmentpollution,theeco-friendlyPhaseChangeMaterialsdrawwidelyattention.Polyethyleneglycol(PEG),asthemostcommonlyusedphasechangematerial,hastheadvantagesofsimplemol

7、ecularstructure,easycrystallization,highheatofphasetransitionandlowheat-hysteresisinfluence.ButPEGissolid-liquidphasechangematerialwhichlimitsitsapplicationinphasechangematerials.PEGcanbechangedintosolid-so