本发明属于化工材料合成技术领域，尤其涉及一种聚氨酯相变材料及其制备方法和应用。
背景技术：
我国是一个耗能大国，迫切需要对能源的合理利用和分配。随着科学技术的发展，人类对能源的需求日益增加，但同时对能源的利用率仍不是很高，存在着很大的浪费，从而造成能源的供给渐趋紧张。因此，如何开发出新的能源以及提高其利用率已经成为非常紧迫的问题。由于能源的供应和需求在很多情况下都有很强的时间依赖性，为了合理地利用它，人们常需要把暂时不用的能量储存起来，在需要的时候再让它释放出来。相变材料作为储能载体，可以提高能源的利用率、缓解能源紧张的难题，已被广泛运用于冰箱和空调的制冷和蓄冷、智能建筑物的自动恒温、太阳能应用中的能量储存和交换技术以及日用品领域。
聚氨酯相变储能材料是一类还在开发的材料,它是利用物质相变过程中的热效应实现能量的储存和释放,且相变过程不出现液体,是一种从固体到固体的转变。除了具有普通相变材料储能密度大,储、放热过程近似等温,过程易控制等优点外,聚氨酯相变储能材料还具有高分子材料的良好加工性能和力学性能。相变材料的有效性取决于它的温度范围和相变焓，不同的应用场合需要不同的相变温度，如太阳能发电，要求90℃以上的中高温相变材料，用于服装纺织品的相变材料根据应用区域的气候不同，相变温度有所差异，如用于严寒气候时，应为15-30℃，用于温暖气候时为25-37℃，用于运动量大或炎热气候时为32-42℃。目前对聚氨酯相变材料的研究一般采用高分子量聚乙二醇体系或者聚氨酯储能微胶囊材料、超支化聚氨酯材料，虽然相变焓较高，但同时相变温度也较高，一般高于45℃，且所用原料价格较为昂贵，也存在加工成型困难的问题，不适合应用于服装纺织品领域。
技术实现要素：
本发明为了解决上述技术问题提供一种聚氨酯相变材料及其制备方法和应用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种聚氨酯相变材料，由以下原料制成：聚乙二醇、醇类扩链剂、二异氰酸酯、催化剂和链终止剂，按原料总重量的百分含量计，其中聚乙二醇75-85％、催化剂0.01-0.5％，所述链终止剂占聚乙二醇质量的0.5-3.5％，所述聚乙二醇中的羟基和醇类扩链剂中的羟基总和与所述二异氰酸酯中的异氰酸酯基团摩尔比为0.93-0.99。进一步，所述聚乙二醇分子量为250-2000g/mol，低于这个范围相变焓就会偏低，高于这个范围相变焓会高但相变温度、流变温度等也会升高，另外就是目前聚氨酯相变材料的专利文件中一般是限定聚乙二醇分子量大于2000，一般追求高相变焓，而本专利采用低于2000分子量的聚乙二醇制备相变温度较低、相变焓适宜，适合服装方面需求的相变材料‘本发明制备的聚氨酯相变材料相变温度20-45℃，为人体可接受的舒适温度范围’，是本专利的出发点。
进一步，所述醇类扩链剂为1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、3甲基-1,5-戊二醇与新戊二醇中的一种或几种的混合物。
进一步，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯与对苯二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
进一步，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、单丁基氧化锡、三亚乙基二胺、四甲基丁二胺、辛酸锌与环烷酸锌中的一种或几种的混合物。
进一步，所述链终止剂为1-十六烷醇、1-十八烷醇、乙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚与聚乙二醇单甲醚中的一种或几种的混合物。
本发明提供一种聚氨酯相变材料的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇、醇类扩链剂与链终止剂在100-120℃下减压至-0.09mpa～-0.1mpa脱水处理2-4h，使水分含量0-250ppm，冷却至70-80℃，加入催化剂与二异氰酸酯，在500-1500rpm的搅拌速度下搅拌反应15-200s，得到的物料浇注到托盘中100-120℃熟化10-20h，冷却后，得到聚氨酯相变材料；
按原料总重量的百分含量计，其中聚乙二醇75-85％、催化剂0.01-0.5％，所述链终止剂占聚乙二醇质量的0.5-3.5％，所述聚乙二醇中的羟基和醇类扩链剂中的羟基总和与所述二异氰酸酯中的异氰酸酯基团摩尔比为0.93-0.99。
本发明提供一种聚氨酯相变材料的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇在100-120℃下减压至-0.09mpa～-0.1mpa脱水处理2-4h，使水分含量低至0-250ppm，冷却至70-80℃，加入二异氰酸酯，在500-800rpm的搅拌速度下80-90℃搅拌反应2-3h，得到预聚体，再加入催化剂、链终止剂与醇类扩链剂，在500-1500rpm的搅拌速度下80-90℃搅拌反应5-20min，所得的物料浇注到托盘中100-120℃熟化10-20h，冷却后，得到聚氨酯相变材料；
按原料总重量的百分含量计，其中聚乙二醇75-85％、催化剂0.01-0.5％，所述链终止剂占聚乙二醇质量的0.5-3.5％，所述聚乙二醇中的羟基和醇类扩链剂中的羟基总和与所述二异氰酸酯中的异氰酸酯基团摩尔比为0.93-0.99。
本发明所制备的聚氨酯相变材料在服装纺织品领域中的应用。
本发明的有益效果是：本发明制备的聚氨酯相变材料为固-固相变储能材料，相变过程体积变化小，无液体产生，化学稳定性好，且本发明制备的聚氨酯相变材料相变温度20-45℃，为人体可接受的舒适温度范围，可满足不同气候条件下服装纺织品的相变温度需求，实现服装纺织品的储能功能。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
将分子量为1800g/mol的聚乙二醇500g、1,4-丁二醇24.99g、正十八醇3.9g加入反应器中，在110℃下减压至-0.09mpa脱水处理2.5h，取样检测水分含量200ppm，冷却至70℃，加入辛酸亚锡0.13g；然后向反应器中加入二苯基甲烷二异氰酸酯141.67g，在500rpm的搅拌速度下搅拌反应35s，得到的物料浇注到托盘中120℃熟化16h，冷却后，得到聚氨酯相变材料，其性能如下表1所示。
实施例2
将分子量为1600g/mol的聚乙二醇400g加入反应器中在120℃下减压至-0.095mpa脱水处理2h，取样检测水分含量150ppm，冷却至80℃；向器中加入六亚甲基二异氰酸酯80.6g，在600rpm的搅拌速度下85℃搅拌反应2.5h，得到聚氨酯预聚体；然后将单丁基氧化锡0.5g、乙二醇单甲醚8.0g、2-甲基-1,3-丙二醇19.4g加入到盛有预聚体的反应器中，在850rpm的搅拌速度下85℃搅拌反应10min；最后将反应所得的物料浇注到托盘中120℃熟化15h，冷却后，得到聚氨酯相变材料，其性能如下表1所示。
实施例3
将分子量为1500g/mol的聚乙二醇656g、新戊二醇24.80g、正十六醇15g加入反应器中，在115℃下减压至-0.09mpa脱水处理3h，取样检测水分含量180ppm，冷却至75℃，加入二月桂酸二丁基锡0.8g；然后向反应器中加入六亚甲基二异氰酸酯119.2g，在700rpm的搅拌速度下搅拌反应85s，得到的物料浇注到托盘中110℃熟化18h，冷却后，得到聚氨酯相变材料，其性能如下表1所示。
实施例4
将分子量为1000g/mol的聚乙二醇680g、1,4-丁二醇3.12g、聚乙二醇单甲醚23g加入反应器中，在115℃下减压至-0.095mpa脱水处理2h，取样检测水分含量150ppm，冷却至80℃，加入三亚乙基二胺0.96g；然后向反应器中加入六亚甲基二异氰酸酯124.88g，在900rpm的搅拌速度下搅拌反应150s，所得物料浇注到托盘中110℃熟化18h，冷却后，得到聚氨酯相变材料，其性能如下表1所示。
实施例5
将分子量为800g/mol的聚乙二醇36g、分子量为1900g/mol的聚乙二醇324g、1,4-丁二醇16.35g、正十八醇5.35g加入反应器中，在110℃下减压至-0.1mpa脱水处理2h，取样检测水分含量160ppm，冷却至80℃，加入辛酸亚锡0.11g；然后向反应器中加入二苯基甲烷二异氰酸酯68.09g，在1000rpm的搅拌速度下搅拌反应65s，所得物料浇注到托盘中115℃熟化16h，冷却后，得到聚氨酯相变材料，其性能如下表1所示。
表1
熔融温度即反映相变温度，熔融热焓反映相变焓，由表1中数据可见，本发明所得聚氨酯相变材料相变温度均低于45℃，在人体可接受的舒适温度范围，且相变焓均＞50j/g，同时起始流动温度低于140℃，能够进行低温加工使用，可满足服装纺织品领域的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。