[发明专利]温敏相变水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种温敏相变水凝胶的制备方法，将海藻酸钠溶于硫酸钠和丙烯酰胺水溶液中，以Ca²⁺为螯合剂形成第一个网络结构，随后利用引发剂引发丙烯酰胺和含有两个以上可聚合双键的有机化合物在经紫外光照射下进行聚合制备出交联的三维网络结构。所得水凝胶具有韧性和抗破损能力强，没有明显的应力集中。进一步通过加入成核剂有效解决了十水合硫酸钠作为相变剂存在的过冷和相分离的问题。这种方法简单，易操作，可以制备出满足各种不同大小体积需求的相变水凝胶。

技术领域

本发明涉及高分子领域，具体涉及一种温敏相变水凝胶的制备方法。

背景技术

利用嵌入到水凝胶微孔中游离的自由水与无机盐粒子在相变过程中结合或者释放的基本原理，制备在低温下无机水合盐发生结晶过程，高温时发生熔融过程从而实现储能过程的水凝胶。该水凝胶相对于其他定形相变材料而言具有良好的弹性、柔软度以及优良导热性，能够有效地解决相变材料应用中出现的过冷度大和相分离明显的问题，是一种力学性质更为优良的储能材料，相比于传统的相变材料该水凝胶具有较高的相变焓，性能比较稳定。

水凝胶作为能够在水中溶胀并保持一定水分而又不溶于水的具有三维网状结构的新型功能高分子材料，聚合物分子互相连接形成空间网状结构，而在网状结构的孔隙中又填充了液体介质，故兼有固体和液体的性质。水凝胶中的水尽管束缚于凝胶网络中，但仍有一定的活动性。水凝胶中的水扮演着控制所有载物进出凝胶的角色。当水凝胶从干燥状态开始吸水，首先水会被凝胶中的亲水基团所捕获，这部分水被称之为“结合水”。这部分水以氢键形式牢固地与聚合物中大量的亲水基团结合。当亲水基团与水结合后，水凝胶网络开始溶胀，链段松弛度增大，疏水基团暴露在水里，疏水基团同样会和水结合，我们称之为“界面水”或者“第二结合水”。这部分水分子以范德华力等微弱相互作用力绕聚合物非极性基团排列。当水凝胶网络结构进一步溶胀，水凝胶内压力下降，由于渗透压的存在，网络将要吸收额外的水量，称之为“游离水”。这部分水分子仅仅分布在聚合物链间网络中，自由扩散不受聚合物的影响，但是对材料溶胀体积起主要作用。不同状态的水引起的聚合物溶胀体积变化不同，结合水几乎不引起材料体积的变化，只有游离态的水才对溶胀体积有明显作用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种温敏相变水凝胶的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种温敏相变水凝胶的制备方法，所述方法包括：

在硫酸钠水溶液中以海藻酸钠为基本单元的第一个网络结构，以除镁、汞以外的二价金属离子为螯合剂，同时，在交联剂与促交联剂的作用下由引发剂和紫外灯光照引发丙烯酰胺单体发生聚合反应形成一个刚性交联网络结构；其中，硫酸钠作为主要相变剂，凝胶制备过程中添加十水合四硼酸钠作为成核剂，并且加入增稠剂以及保湿剂，最终制成温敏相变水凝胶。

进一步的，所述螯合剂为Ca²⁺螯合剂；所述Ca²⁺螯合剂包括硫酸钙、氯化钙、碳酸钙、磷酸钙、二水合硫酸钙。

进一步的，所述交联剂为含有两个以上可聚合双键的有机化合物；所述有机化合物包括N’-N亚甲基双丙烯酰胺(BIS)、邻苯二甲酸二烯丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯醇中的一种。

进一步的，所述促交联剂包括N,N,N’,N’-四甲基乙二胺(TEMED)、六亚甲基四胺、N,N-二乙基苯胺、三亚乙基二胺中的一种。

进一步的，所述引发剂为水溶性引发剂；所述水溶性引发剂包括过硫酸铵、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丙基咪唑啉中的一种。

进一步的，所述保湿剂包括丙三醇、十六醇、丁二醇、聚乙二醇中的一种。

进一步的，所述增稠剂包括聚丙烯酰胺。

进一步的，所述紫外灯采用的波长为254nm-365nm的光源。