[发明专利]一种热致柔性光热相变水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热致柔性光热相变水凝胶及其制备方法，包括：将水合盐在温度为70‑90℃融化成透明盐水溶液，在所述透明盐水溶液中加入亲水聚合物、交联剂和氧化石墨烯，在温度为50‑70℃下磁力搅拌至溶解得到均匀的前驱体溶液；在所述前驱体溶液中加入引发剂磁力搅拌均匀倒入模具中，在70‑90℃中反应2小时得到热致柔性光热相变水凝胶。本发明的热致柔性光热相变水凝胶具有热致柔性好、储能密度高、稳定性高、高光热转换效率、低成本等特点，在皮肤热管理方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及皮肤热管理材料技术领域，具体涉及一种热致柔性光热相变水凝胶及其制备方法。

背景技术

室内空调系统可以取暖。但对于户外工作者如交警、建筑工人、外卖员等使用则受限。开发调节和平衡人体与周围环境热交换的人体热管理装置或穿戴设备可以随时随地满足户外工作者的需求。

水合盐作为相变材料的一种，在相变过程中可以吸收和释放大量的热能，具有化学性质稳定、过冷度小、无腐蚀性、无毒等优点被广泛应用于建筑节能、热管理等领域，其缺点是在相变过程中熔体易泄漏和导热率低。为了解决上述问题，研究者们设计了核壳结构和多孔结构作为载体与相变材料结合的方法。其中核壳封装技术可以将水合盐表面包裹一层高分子膜，如二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、二氧化钛等使其在壳内发生固-液相变；或采用多孔基质如气凝胶、膨胀石墨、碎石利用毛细管力和表面吸附效应将液化的水合盐固定在材料里，从而避免水合盐发生泄漏。但在上述核壳技术中，制备完整外壳的成功率较低、热稳定性较差，在工业上无法批量生产；多孔基质复合相变材料的合成工艺复杂、储能密度低。

水凝胶是聚合物（如丙烯酰胺、海藻酸钠、壳聚糖等）通过物理或化学交联形成的新型的三维网络结构，可用于医疗领域和人体皮肤。目前相变水凝胶的合成是先制备水凝胶再吸附水合盐，此方法步骤过于繁琐，并且吸附的水合盐比例一般在50wt%左右，导致储能密度降低。另一个缺点是，在制备过程中需要额外添加成核剂（如硼砂、纳米颗粒等）解决了水合盐的过冷问题，但不可避免地增加了相变水凝胶的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种热致柔性好、储能密度高、稳定性高、低成本的一种热致柔性光热相变水凝胶及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种热致柔性光热相变水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将水合盐在温度为70-90℃融化成透明盐水溶液；

步骤2、在步骤1所述透明盐水溶液中依次加入亲水聚合物、交联剂和氧化石墨烯，在温度为50-70℃下磁力搅拌至溶解得到均匀的前驱体溶液；

步骤3、在步骤2所述前驱体溶液中加入引发剂磁力搅拌均匀倒入模具中，在70-90℃中反应2小时得到热致柔性光热相变水凝胶。

进一步地，所述水合盐为82.4 wt%~94.4 wt%，亲水聚合物为4 wt%~16 wt%，交联剂为0.2 wt%，氧化石墨烯为0.5 wt%。

进一步地，步骤1中所述水合盐为三水乙酸钠、十水硫酸钠中的一种或两种。

进一步地，步骤2所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或两种。

进一步地，步骤2所述亲水聚合物为魔芋葡甘聚糖、海藻酸钠和丙烯酰胺中的至少一种。

进一步地，步骤2所述磁力搅拌速率为500-800rpm。

进一步地，步骤3中所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或两种。