[發明專利]溫敏相變水凝膠的制備方法

在審

• 申請號: 202010033418.8
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111138689A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 朱健;沈偉國;尤勇;周雯婷
• 申請（專利權）人: 上海創始實業（集團）有限公司
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/26;C08L5/04;C08K3/30;C08K3/38;C08K3/16;C08K3/32;C08F220/56;C08F222/38;C08F218/18;C08F216/08
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 陳少凌;郭國中

本發明公開了一種溫敏相變水凝膠的制備方法，將海藻酸鈉溶于硫酸鈉和丙烯酰胺水溶液中，以Ca²⁺為螯合劑形成第一個網絡結構，隨后利用引發劑引發丙烯酰胺和含有兩個以上可聚合雙鍵的有機化合物在經紫外光照射下進行聚合制備出交聯的三維網絡結構。所得水凝膠具有韌性和抗破損能力強，沒有明顯的應力集中。進一步通過加入成核劑有效解決了十水合硫酸鈉作為相變劑存在的過冷和相分離的問題。這種方法簡單，易操作，可以制備出滿足各種不同大小體積需求的相變水凝膠。

技術領域

本發明涉及高分子領域，具體涉及一種溫敏相變水凝膠的制備方法。

背景技術

利用嵌入到水凝膠微孔中游離的自由水與無機鹽粒子在相變過程中結合或者釋放的基本原理，制備在低溫下無機水合鹽發生結晶過程，高溫時發生熔融過程從而實現儲能過程的水凝膠。該水凝膠相對于其他定形相變材料而言具有良好的彈性、柔軟度以及優良導熱性，能夠有效地解決相變材料應用中出現的過冷度大和相分離明顯的問題，是一種力學性質更為優良的儲能材料，相比于傳統的相變材料該水凝膠具有較高的相變焓，性能比較穩定。

水凝膠作為能夠在水中溶脹并保持一定水分而又不溶于水的具有三維網狀結構的新型功能高分子材料，聚合物分子互相連接形成空間網狀結構，而在網狀結構的孔隙中又填充了液體介質，故兼有固體和液體的性質。水凝膠中的水盡管束縛于凝膠網絡中，但仍有一定的活動性。水凝膠中的水扮演著控制所有載物進出凝膠的角色。當水凝膠從干燥狀態開始吸水，首先水會被凝膠中的親水基團所捕獲，這部分水被稱之為“結合水”。這部分水以氫鍵形式牢固地與聚合物中大量的親水基團結合。當親水基團與水結合后，水凝膠網絡開始溶脹，鏈段松弛度增大，疏水基團暴露在水里，疏水基團同樣會和水結合，我們稱之為“界面水”或者“第二結合水”。這部分水分子以范德華力等微弱相互作用力繞聚合物非極性基團排列。當水凝膠網絡結構進一步溶脹，水凝膠內壓力下降，由于滲透壓的存在，網絡將要吸收額外的水量，稱之為“游離水”。這部分水分子僅僅分布在聚合物鏈間網絡中，自由擴散不受聚合物的影響，但是對材料溶脹體積起主要作用。不同狀態的水引起的聚合物溶脹體積變化不同，結合水幾乎不引起材料體積的變化，只有游離態的水才對溶脹體積有明顯作用。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的不足，提供一種溫敏相變水凝膠的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明涉及一種溫敏相變水凝膠的制備方法，所述方法包括：

在硫酸鈉水溶液中以海藻酸鈉為基本單元的第一個網絡結構，以除鎂、汞以外的二價金屬離子為螯合劑，同時，在交聯劑與促交聯劑的作用下由引發劑和紫外燈光照引發丙烯酰胺單體發生聚合反應形成一個剛性交聯網絡結構；其中，硫酸鈉作為主要相變劑，凝膠制備過程中添加十水合四硼酸鈉作為成核劑，并且加入增稠劑以及保濕劑，最終制成溫敏相變水凝膠。

進一步的，所述螯合劑為Ca²⁺螯合劑；所述Ca²⁺螯合劑包括硫酸鈣、氯化鈣、碳酸鈣、磷酸鈣、二水合硫酸鈣。

進一步的，所述交聯劑為含有兩個以上可聚合雙鍵的有機化合物；所述有機化合物包括N’-N亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)、鄰苯二甲酸二烯丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯醇中的一種。

進一步的，所述促交聯劑包括N,N,N’,N’-四甲基乙二胺(TEMED)、六亞甲基四胺、N,N-二乙基苯胺、三亞乙基二胺中的一種。

進一步的，所述引發劑為水溶性引發劑；所述水溶性引發劑包括過硫酸銨、偶氮二異丁基脒鹽酸鹽、偶氮二氰基戊酸、偶氮二異丙基咪唑啉中的一種。

進一步的，所述保濕劑包括丙三醇、十六醇、丁二醇、聚乙二醇中的一種。

進一步的，所述增稠劑包括聚丙烯酰胺。

進一步的，所述紫外燈采用的波長為254nm-365nm的光源。