大分子单体接枝聚丙烯腈相变纤维的结构设计与调控

Phase change fiber has huge market prospect, nowadays phase change fibers is primarily prepared by physical blending processing, however, its durability and fastness are limited due to the uncontrollable molecules structure and weak interfacial interaction with matrix, which has been regarded as an important academic and industry issue. This project would design structure for macromer with the function of phase transition basing on end group reaction, and the relationship between its molecular structure and energy storage would be studied; furthermore macromer would be grafted to the polyacrylonitrile macromolecules, achieving the chemical combination between the phase change material with polyacrylonitrile macromolecules，meanwhile the copolymerization reaction rule, the relationship between reaction condition and chain structure, the relationship between chain structure and the condensed structure, the dissolving properties and solution rheological behavior would be studied. So, qualitative and quantitative relationship between microstructure and performance would be set up at nano and micro-scale, finally the microstructure and performance for energy storage phase change fibers with high enthalpy would be controlled by processing field.

具有相变功能的纤维具有巨大的市场应用前景，当今的相变纤维的制备主要是通过物理共混的加工方法制备，然而相变分子结构的宽分散性及与基质材料较弱的界面作用使其储能耐久性差，所以如何调控相变分子的结构与加强其与基质材料的界面作用已经成为重要的科学问题与工程技术问题。本项目将通过端基反应法对具有相变功能的大分子单体结构进行设计，且将研究其分子结构与储能性之间的关系；通过共聚将制备的大分子单体接枝到聚丙烯腈大分子上，实现相变分子与聚丙烯腈的化学结合，同时研究大分子单体与丙烯腈共聚反应规律、聚合反应条件与接枝共聚物的链结构的关系、链结构与凝聚态结构的关系、接枝共聚物的溶解特性及溶液流变行为。将在多级的尺度上揭示支分子结构、聚集态结构与相转变温度及储能性之间定性与定量的联系，最终将实现加工外场对高相变焓热储能相变纤维微观结构与性能的调控。

相变纤维对实现能源有效利用、改善服装舒适性有重要作用。传统相变纤维制备主要通过物理共混方法制备，然而相变分子结构的宽分散性及与基质材料较弱的界面作用使其储能耐久性差，所以如何调控相变分子的结构与加强其与基质材料的界面作用已经成为重要的科学问题与工程技术问题。本项目通过相变功能大分子单体的结构设计及其与骨架分子的接枝共聚反应或大分子单体的自交联作用，实现了相变大分子单体与骨架分子的化学结合，从根本上解决了传统相变材料耐久性差、可控性差的问题。研究内容与结果如下：（1）研究设计了四种具有相变功能的大分子单体，发现了大分子单体结构与储能性之间的；（2）研究了大分子单体与丙烯腈共聚反应规律，揭示了大分子单体结构、反应条件与接枝共聚物的链结构和凝聚态结构的关系，探索了接枝共聚物的微观结构、特别是支链长度、分布密度等与储能性、储能稳定性、热稳定性等的关系，在多级的尺度上揭示了分子结构、聚集态结构与相转变温度及储能性之间定性与定量的联系；（3）研究了接枝共聚物的溶解特性及溶液流变行为，揭示了纺丝工艺与纤维凝聚态结构及纤维性能的相关性，并根据不同体系特点设计了针对不同的聚合物体系的相分离体系，获得了具有较高相变焓、良好的相变耐久性、优异耐热性和较好强度的相变纤维；（4）研究了大分子单体的交联技术，探索了相变材料、交联剂种类、交联剂与大分子单体构成比与产物分子结构、聚集态结构、相转变温度及储能性之间定性与定量的关系，实现了相变温度和相变焓可调控，制备出了系列相变耐久性优异，耐热性良好的纳米相变材料。项目研究期间发表学术论文45篇，其中SCI收录23篇；申请发明专利6项，授权12项；获辽宁省技术发明二等奖1项，中国轻工业联合会技术发明一等奖、二等奖各1项，大连市技术发明三等奖1项，培养研究生13名。