第26卷第6期紡織學報Vol 26. No 6005年12月Journal of Textile Research科研報告二元聚乙二醇體系相變行為的研究王瑋玲1,于偉東2(1.鹽城工學院紡織工程系,江蘇鹽城224003;2.東華大學紡織學院,上海200051)摘要釆用差示掃描量熱法(DsC)對二元聚乙二醇(PEG)體系的等速升降溫性能及等溫結晶性能進行了研究,并對各溫度特征參數(shù)及熔融、結晶熱作了表征。關鍵詞聚乙二醇;相變材料;等速升降溫;等溫結晶中圖分類號:T1qu.92文獻標識碼:A文章編號:02539721(2005)06-0001-04tudy on the phase change behavior of two component polyethylene glycol systemWANG Wei-ling, YU Wei-don(1. Department of Textile Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng, Jiangsu 224003, China;2. College of Textile, Donghua University, Shanghai 200051, China)Abstract Differential scanning calorimetry ( DSC)was used to study the constant rate heating and cooling and the isothermalcrystallizing behavior of the two component PEG system. The characteristic parameters at different temperatures were examined andthe heat of exotherms and endotherms was measuredKey words PEG; phase change material; constant rate heating and cooling isothermal crystallization聚乙二醇(PEG)是一種較好的高分子化合物類化學純(CP)試劑。這類不同分子量的PEG可溶于的相變材料,其分子鏈較長,但不均一,且結晶不水、乙醇、丙酮等。常溫下除PEG600為粘性液體完善,因此相變過程有一定的溫度范圍,不像低分子外,均為固體。量的物質為明顯的熔融尖峰。這種熔融峰特征,使12試樣準備材料的相變過程較為平穩(wěn)和可控,不易出現(xiàn)過冷現(xiàn)將不同分子量的PEG進行兩兩混配,質量百分象和相分離。該材料在固體狀態(tài)時成形性較好,本比為50:50。為使混合物混合均勻,在密封玻璃管身腐蝕性小,性能較穩(wěn)定,毒性小,成本低2。單一內將混合物加熱至清亮的液體,冷卻后再研磨成細組分的PEG熔融吸熱量和熔融溫度以及其它性能粉,取樣供DSC測試之用。均與其分子量存在很大的依存性,其分子量越大,13相變行為表征熔點溫度越高,熔融熱越大。理論上雖能選擇不采用 Perkin-Elmer Pyrisul DSC差示掃描量熱儀,同分子量的PEG來滿足實際要求,但材料的加工難對混配PEG的相變行為測量,質量控制在8~10mg度較高。將不同分子量的PEG混合可克服此問題,內,并密封于標準鋁坩鍋內。在氮氣保護下做等速尤其合理混配不同分子量的聚乙二醇,可得到適于升、降溫相變行為測量,即從-30℃以20℃/mn的服用自適性相變纖維材料的工作物質。對此二元聚速度升溫掃描至100℃,恒溫1min,再以20℃/min的乙二醇體系的相變行為進行分析,可提供較優(yōu)的配速度降溫掃描至-30℃,記錄升降溫曲線,以及等伍方式。溫掃描測量,即升溫至100℃后,恒溫1min,然后以100℃/min的速率降溫至指定溫度恒溫掃描直至完1實驗部分全結晶1.1實驗試劑對中國煤化工為:相變開始點采用中國醫(yī)藥集團上?；瘜W試劑公司提供的溫度CNMHG(℃);相變最高PEC600、10020.00600100,.均為點溫度T(℃);熔融吸熱量△Hn(Jg,從升溫曲線作者簡介:王瑋玲(1976-),女,講師,碩士。主要從事新型纖維性能與應用方面的研究?！?紡織學報2005年第6期峰面積獲得);結晶放熱量△H(J/g,從降溫曲線峰特征指標見表1。由圖1看出,PEG二元體系的DSC面積獲得);過冷溫差△T等。圖譜并不是體系中兩組分單獨時DSC圖譜的簡單對于等溫掃描測量釆用 Avrami3方程的指標:相加,而是出現(xiàn)了2個大小不一的吸熱峰和放熱峰,lg-ln(1-a(t)]=nlgt+lgk(1)這說明不同分子量的PG兩組分混合前后所處的a(t)sX(t)x。(t=∞)=物理狀態(tài)不同,混合體系內發(fā)生了某種物理變化,使dH2(t),/r…"dH。(t)得PEG大分子重新排序、取向,結晶相發(fā)生改變。dt同時,在較低溫度區(qū)內PEG存在其它轉變,尤其是式中,x。(t)為t時刻的結晶度;X。(t)為結晶終了低分子量的PEG混合物,升溫曲線在0℃不到和時的結晶度;dH(t)dt為t時刻的熱流速度;K為3℃左右有峰;降溫曲線在0℃附近亦有峰。結晶速率常數(shù),與成核機理和晶體生長速度有關;n為 avrami指數(shù)。00由lg[-ln(1-a(t))]對lgt作圖。從直線斜率求得n值,由截距求得K值。令a(t)=1/2可算出半結晶期t102結果與討論3021等速升降溫的DSC分析結果2.1.1典型PEG二元體系的相變行為曲線圖溫度/℃為典型的PEG二元體系的升降溫相變行為曲線,其圖1PEC60020000的DC掃描圖譜裘1等速變溫過程中PEG二元體系熔融和結晶性能PEG二元體系過冷37,518.91.270.466.5261,101174325,5210.21435.739,219061.420440.940.2750.984.715.17600/200032.640.I101.65138,431.22533.847,283.3899136.350.72000/1000059.356.475.51725.92000/20000220004000192,40627,7180600/600043.7115.0332.1.2各混配的特征參數(shù)通過DSC熱分析測試態(tài)。實驗表明PEG二元體系的過冷不明顯,對貯熱曲線,可以得出各種樣品發(fā)生相轉變的溫度、相轉變實用影響不大。熱,從而為選取適合應用于調溫服的相變材料體系2.13元體系的升溫行為圖2為PEG0提供重要依據(jù)。表1中特征參數(shù)的下標1,2分別表列中國煤化工由此可看出,二元體示升溫和降溫,其相變行為特征值明顯不同,可用于系的CNMHG右偏移,轉變峰的需要的PEG混配。高度也比純組分低。若在測量的溫度范圍內混合物降溫過程中放出熱量使過冷相變材料達到平衡的升溫DSC為單峰,表明混合已達分子水平。若有溫度,過冷度太大,會使相變材料難以恢復平衡狀多峰現(xiàn)象,則說明組分間的相容性不太好。通過測2005年第6期紡織學報【3】試發(fā)現(xiàn)。有PEC600存在時,組分間的相容性不好,因而總是不同程度地出現(xiàn)多峰現(xiàn)象37℃PEG1000600041℃PEG10002000043℃圖4PEC200010000在不同溫度下的等溫結晶圖PGE1000/10000試樣的a(t)~t曲線,可以更明顯地5560看出,隨著結晶溫度的增加,結晶完成時間明顯溫度/℃延長。2.1.4二元體系的降溫行為圖3為PEG1000系列二元體系的降溫DSC曲線。可以看出,降溫曲線與升溫曲線有相似的偏移趨勢。對照表1可以發(fā)=37℃現(xiàn),每一體系的轉變溫度、轉變熱在降溫過程中的絕41℃對數(shù)值較升溫過程低,這是由于體系的過冷6引起的。過冷現(xiàn)象是影響相變材料貯熱性能的一個重要因素,嚴重的過冷會使相變材料的應用受到限制。時間min時間min(bPEG010000圖5試樣的相對結品度圖3PEG1000系列降溫曲線用Amm方程(式1)分析時,可不必測定絕對2.2PEG二元體系的等溫結晶性能結晶度,由圖6所示為PFC200000的22.1等溫結晶行為比較從上述混配二元體系g-hn(1-a(t))]~gt線性回歸線得到K,n值。中取PEC00010000樣作等溫結晶性分析,從圖4且相對結晶度曲線的大部分范圍有著良好的線性關中不同溫度條件下的等溫結晶DSC曲線可以看到,系,表明該體系的等溫結晶可以用 Aram方程來隨著放置等溫點T的升高,結晶峰向右移動并寬描述?；?結晶完成時間延長,結晶速度趨于平緩。表明結223實測值的參數(shù)與分析 Avram指數(shù)n和結晶主要受成核過程控制,過冷度越小,分子的熱運動晶速仕田烈疌,半結晶期t12為中國煤化越大,成核越困難,相應結晶速率也就越小。根據(jù)此4n2時間的二次導數(shù)為CNMHGDSC曲線和式(2)可求得試樣在時刻的相對結晶0,還m1(n-1)nk]。度a(t)。表2的實驗結果表明,以 avrami方程處理其等2.2.2結晶速率及比較圖5為PEC2000/10000結晶曲線,雖然線性關系成立,相關系數(shù)在0.94紡織學報2005年第6期3結論1)不同分子量的PEG混合體系可改變原PEG大分子的熱性能參數(shù),升、降溫DSC曲線產生偏移。37℃偏移量大小取決于混合組分的分子量之差及混合比例。較為適合于服用溫度調控的混合二元體系為PEGl000/2000。2)等溫結晶過程中,PEG二元體系隨著結晶溫度的升高,結晶時間延長,不利于生成完整的結晶,0806-04-020.00406結晶過程基本上符合Armi方程。田6PEG21000等溫結晶的 Avrami關系圖3)PEG二元體系的基本調溫熱量為180Jg,是以上,但由其指數(shù)n表明結晶過程偏離Aam方較理想的服用相變材料。程。等溫結晶過程中體系完全結晶所需時間和半結參考文獻晶時間隨溫度升高而延長,結晶速率最大時間隨恒溫結晶溫度升高而延長。[1] Igp T L, Bruno J S Temperature adaptable textile fibers and methodof preparing the same[ J]. Textile Chem Color, 1989, 21(5):l3-17表2PEC20010同溫度下等溫結品動力學數(shù)據(jù)[2]汪多仁聚乙二醇的應用與合成進展L化學工業(yè)與工程技術,2000,5:31-35結晶溫結品時結晶速Am結晶速相關率最大指數(shù)度常數(shù)系數(shù)半結晶3] T Xiaoming. Smart Fiber, Fabrics and Clothing[ M]. Boca Rato度℃間/min時間/minn時間/minRC Prees,2000.35-574]張興祥,張華,王學晨聚乙二醇結晶及其低溫能量儲存行為0350.6624.4708.1450.9570.948研究[].天津紡織工學院學報,1997,16(2):53918511.1044.8240.7830,9635]殷敬華莫志深,現(xiàn)代高分子物理學[M].北京:科學出版社353.3980.0920.987[6]李發(fā)學,新型遠紅外偽裝紡織品的研究[D]:[碩士論文].上3.6362.2263.5050.0850,986海:東華大學,20032006年《合成纖維》征訂啟事《合成纖維》是國家科委批準的由中國紡織信息中心和上海市合成纖維研究所出版發(fā)行的專業(yè)性科技刊物,主要報道我國合成纖維工業(yè)的新產品、新技術新設備的開發(fā)進展、生產加工和應用實踐,并密切關注國內外紡織科技的發(fā)展動態(tài)。《合成纖維》刊號:CN31-1361/ISSN0017054,大16開本,月刊,每25日出版,國內外公開發(fā)行。主要有欄目有:行業(yè)論壇、研究論文、專題綜述、產品開發(fā)、生產技術、測試標準、設備專欄、油劑助劑、應用縱橫、市場追蹤、國外化纖技術行業(yè)動態(tài)、文摘、專利會萃等每期滾動刊出。本刊是中國科技論文統(tǒng)計源期刊,被中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫(CJFD)、中國學術期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫( CAJCED)、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫、中國科技期刊精品數(shù)據(jù)庫全文收錄,亦是CA收錄刊源歡迎廣大新老讀者到當?shù)剜]局訂閱,郵發(fā)代號4-238,亦可向編輯部直接辦理訂閱手續(xù)?！逗铣衫w維》每期8元,全年12期,定價96元(含郵費)。匯款地址:上海市平涼路988號《合成纖維》編輯部郵編:200082聯(lián)系電話:021-55210011-458、55216165中國煤化工傳真:0215214320CNMHGE-mail:hexwbjb@163.comhcw@chinajoumalnet