相變材料(PCM，Phase Change Material)是一種利用相變潛熱來(lái)貯能和放能的化學(xué)材料，其原理是所含有的相變物質(zhì)隨外界溫度升高時(shí)吸收儲(chǔ)存熱量，自身由固態(tài)變成液態(tài)，當(dāng)溫度降低時(shí)，由液態(tài)變成固態(tài)，放出相變物質(zhì)儲(chǔ)存的熱量，從而實(shí)現(xiàn)某產(chǎn)品的溫度自調(diào)節(jié)功能，創(chuàng)造舒適的溫度環(huán)境。迄今為止，相變材料主要包括無(wú)機(jī)PCM、有機(jī)PCM和復(fù)合PCM。已開發(fā)和應(yīng)用的單一型PCM有500多種，還有通過(guò)復(fù)合技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的具有獨(dú)特相變特性的復(fù)合PCM。根據(jù)相變材料相變過(guò)程的形態(tài)不同，又可分為固-液、固-固、固-氣、液-氣四種相變形態(tài)。其中發(fā)展較快，研究和應(yīng)用較多的是固-液相變。根據(jù)相變溫度，相變材料可分為高溫、常溫和低溫材料。高溫材料在200～1000℃范圍，主要是一些無(wú)機(jī)鹽類，適用于一些特殊的高溫環(huán)境。常溫低溫材料在-20～200°C范圍，主要是一些無(wú)機(jī)鹽水合物、有機(jī)物、高分子，適用于工農(nóng)業(yè)、民用等。
一段時(shí)間以來(lái)，對(duì)貯能材料的研究，主要集中在無(wú)機(jī)水合物方面。這種材料的特點(diǎn)是具有較高的潛熱和良好的導(dǎo)熱性，但易發(fā)生相分離，有較嚴(yán)重的過(guò)冷現(xiàn)象。而石蠟、脂肪酸、多元醇和酯等有機(jī)化合物貯能材料具有過(guò)冷程度小、無(wú)相分離等優(yōu)點(diǎn)。因此研究有機(jī)相變貯能材料——聚乙二醇頗具實(shí)際意義。
一、不同分子量聚乙二醇的相變熱性質(zhì)
聚乙二醇(PEG)本身是一種常用相變材料，在對(duì)聚乙二醇進(jìn)行冷熱循環(huán)處理時(shí)，其超分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生某種相的轉(zhuǎn)變，從而改變宏觀性質(zhì)而具有特殊的蓄熱調(diào)溫性能。聚乙二醇由于聚合程度的不同，可形成一系列平均分子量從200～20000不等的聚合物。此類聚合物在常溫20°C下，當(dāng)平均分子量高于600時(shí)以固態(tài)形式存在。其發(fā)生固一液，固一固相變時(shí)的溫度隨聚合度的不同，相變溫度的變化范圍是室溫至65%左右，其潛熱較大，表明它們是適合于熱貯藏應(yīng)用的。對(duì)于服裝用的相變材料，相變溫度一般為30～35%，接近于體溫。以PEG作為相變材料。用不同方式添加到紡織材料上，可以使織物具有雙向調(diào)溫的特殊功能。

二、PEG制成相變材料的方式
1、填充纖維法
早期的相變纖維大多通過(guò)兩個(gè)步驟制備，先制成中空纖維，然后將其浸漬在相變材料中，使中空部分充滿PCM，經(jīng)干燥再利用特殊技術(shù)將纖維兩端封閉。Vigo等人自20世紀(jì)80年代中期開始研究將中空纖維浸漬于低分子量的PEG(M<1000)或塑晶材料的溶液或液體中，使PEG或塑晶進(jìn)入纖維內(nèi)部，得到在-40～60%溫度范圍內(nèi)具有相變特性的纖維。該方法設(shè)備簡(jiǎn)單操作便利，但是由于低分子量的PEG溶于水，在織物洗滌過(guò)程中會(huì)逐漸損失，因而不具有實(shí)用價(jià)值。
2、交聯(lián)沉積法
PEG在交聯(lián)劑DMDHEU(2D樹脂)、MgCl2·6H2O/檸檬酸的作用下，可與纖維素纖維發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成纖維-聚合物線性或網(wǎng)狀粘接模式，沉積、固著在纖維上。
采用交聯(lián)方式將PEG添加到紡織材料上，除了能賦予紡織材料特殊的蓄熱調(diào)溫功能外，也使紡織材料的其他性能有所改善，其中抗菌活性、回彈性、回潮率明顯增高，而耐磨性、抗起毛起球性、抗靜電性及易去污性能等均有所改善。但在上述性能改善的同時(shí)，這種方式卻使織物的強(qiáng)力呈不同程度的下降。從反應(yīng)機(jī)理上看，PEG可與棉、滌棉混紡、羊毛、尼龍等多種纖維發(fā)生交聯(lián)，從而獲得上述性能。
3、復(fù)合紡絲法
將按一定比例的聚合物和PEG熔體或溶液用復(fù)合紡絲技術(shù)直接紡制成皮芯型相變纖維。為了改善可紡性和減小PEG在加工過(guò)程中化學(xué)穩(wěn)定性對(duì)工藝路線實(shí)施的影響，一般添加第三組分。張興祥等人以聚丙烯(PP)和分子量為1000～20000的PEG及增稠劑為原料，采用熔融復(fù)合紡絲法研制出以PEG為芯層的皮芯復(fù)合相變材料。將該纖維加工成490g/m2的非織造布，在環(huán)境溫度35.5°C左右時(shí)內(nèi)部溫度比純PP非產(chǎn)業(yè)用紡織品織造布低3.3°C，在26.9°C左右時(shí)內(nèi)部溫度比純PP非織造布高6.1°C。
4、共混產(chǎn)生相變材料
高聚物經(jīng)過(guò)共混后，由于受到共混物中其他聚合物的作用和影響，聚合物的某些性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大的變化，賦予高聚物本身不具備的新的性質(zhì)或性能。PEG和纖維素在二甲基亞砜/多聚甲醛(DMSO/PF)的溶劑體系中表現(xiàn)出良好的相容性，再生共混物的相變焓較大，相變性質(zhì)為固-固相轉(zhuǎn)變。
5、微膠囊法和涂層法
將平均顆粒直徑為5μm的含有PEG的微膠囊與粘合劑、分散劑、消泡劑等混合均勻，涂敷在織物或非織造布表面，在適宜溫度下干燥，然后將織物或非織造布皂洗，除去未反應(yīng)成分，干燥后得到具有吸收和放出熱量功能的織物或非織造布?；蛘邔⑽⒛z囊混入紡絲液中混合紡絲。
科研人員將PEG作為PU合成的多元醇組分，通過(guò)選擇和設(shè)計(jì)PEG的聚合度和含量，使得PU涂層中的PEG相區(qū)的相變轉(zhuǎn)化溫度，恰好在人們感覺(jué)最舒適的溫度范圍。這樣，環(huán)境溫度高于其熔融溫度時(shí)，涂層相變吸熱，同時(shí)聚合物體積膨脹，親水基團(tuán)空間體積增大，熱運(yùn)動(dòng)加劇，使透氣量增大，排熱排汗速度加快，使人有涼爽的感覺(jué)；當(dāng)環(huán)境溫度低于結(jié)晶溫度時(shí)，PEG鏈段結(jié)晶，PU涂層相變放出熱量，同時(shí)封閉孔隙，又由于親水基團(tuán)活性降低，透氣性減少，從而具有良好的擋風(fēng)和保暖性能。

三、PEG相變材料的用途
PEG相變材料由于PEG自身獨(dú)特的相變特性和跨度較大的相變溫度，使得PEG相變材料在許多方面得到應(yīng)用。
1、日用品
如保暖服裝、電器防熱外殼、保鮮盒、保溫盒、取暖器、儲(chǔ)能炊具、寢具等。還可用做窗簾、床單、被面或保溫絮片，其用于睡袋保溫絮片已被市場(chǎng)化。
以窗簾為例，建筑物中一個(gè)重要的熱量弱環(huán)是窗戶。由于玻璃的絕熱性能差，大量的熱在夏日的白天通過(guò)玻璃進(jìn)入建筑物內(nèi)。冬天的晚上，窗戶成為熱損失的主要原因。經(jīng)過(guò)相變材料處理的百葉窗或窗簾可以解決這一問(wèn)題，并保證建筑物內(nèi)調(diào)節(jié)空氣的效率。一種三層織物，由兩層紡織物和一層填充有相變材料的泡沫層壓而成，可以滿足這一需要。泡沫中的相變材料通過(guò)吸熱或散熱調(diào)節(jié)通過(guò)三層結(jié)構(gòu)的熱流。這樣就形成一個(gè)熱屏障，可根據(jù)熱需求調(diào)節(jié)通過(guò)織物系統(tǒng)的熱流量。對(duì)含有相變材料的這種窗簾進(jìn)行測(cè)試表明，與不含相變材料的普通窗簾相比，其熱流量可降低30%。
2、軍用和航空航天
一般用于飛行保暖手套、軍用冷或熱氣候作戰(zhàn)靴、軍用民用潛水服、防火裝具、冬服、微氣候冷卻服裝等。
3、鞋襯
由于其特有的熱能吸收和釋放功能，可使激烈運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量及時(shí)被相變物質(zhì)吸收，并在運(yùn)動(dòng)停止后釋放，使腳部溫度相對(duì)恒定，增加舒適感。
4、建筑材料
將PEG高聚合度的相變材料添加在水泥中，或用做建筑屋頂或其他材料。
5、其他
用于汽車內(nèi)襯、電池隔板。產(chǎn)業(yè)用紡織品PEG相變材料可用于改善座位的熱舒適性，在坐墊中使用的相變材料通過(guò)吸收多余的熱量可防止溫度升高。填充于坐墊中的相變材料吸熱所產(chǎn)生的降溫效應(yīng)可改善座椅的舒適性。

四、結(jié)論
綜上所述，聚乙二醇以其自身獨(dú)特的相變特性和跨度較大的相變溫度，使它在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，在改善熱舒適性的同時(shí)，也節(jié)省了一部分能源。許多利用聚乙二醇相變材料的技術(shù)還在開發(fā)之中。