[发明专利]一种双网络相变气凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双网络相变气凝胶及其制备方法。双网络相变气凝胶通过乳液聚合制备。制得的相变气凝胶既保留了气凝胶丰富的孔结构，又实现了相变材料与气凝胶材料的双功能，为更多功能化提供了基础；相变气凝胶可有效地实现对PEG的固载，相变温度可由PEG分子量调控，相变焓达到90J/g以上，比表面积达到230m²/g以上，开孔率达成90％以上，耐热温度达到350℃以上，可应用于智能纺织品、保温隔热材料、防护材料、智能吸附剂、工业余热利用等领域。而且基于其化学结构和形态结构调控机理还可以选择不同双网络固载组分实现光、电等更多功能性。

技术领域

本发明属于材料领域，尤其涉及双网络相变气凝胶及其制备方法。

背景技术

相变气凝胶通常是以相变材料为核心，将相变材料固定在已有的气凝胶的孔结构内制备而成，相变材料被定形在气凝胶内发生相变。对于PEG类固-液相变材料来说，气凝胶限制了相变材料的流动从而避免了相变材料的渗漏，增加了相变材料的储存稳定性和长效性。

近年来，利用气凝胶为基体制备复合相变材料已有专利公开，专利号CN107617396A以气凝胶微球为模板，通过将气凝胶微球浸渍于熔融态相变材料中，经熔融填充、冷却固化，获得相变微球。气凝胶微球的材质包括石墨烯、碳纳米管、纤维素、氧化硅和氧化石墨烯中的任意一种或两种以上的组合；相变材料包括石蜡、聚乙二醇、赤鲜醇、高级脂肪酸和聚烯烃中的任意一种或两种以上的组合。

已报道的相变气凝胶生产工艺为真空浸渍两步法工艺，既首先制备或选用具有一定孔结构的气凝胶，然后真空浸渍法在孔结构中填充相变材料，利用先期形成的气凝胶的孔结构实现对相变材料的固载，是利用气凝胶丰富的孔结构实现的一种定形相变复合材料，气凝胶孔结构已被填充破坏进而失去气凝胶功能。目前相变气凝胶普遍采用真空浸渍法，是通过真空干燥箱形成真空度将相变材料靠毛细作用固定在气凝胶的孔内，是分步物理吸附制得，存在相变材料分布不够均匀、吸附量受限、孔洞被封闭等弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有丰富孔结构的、相变材料与气凝胶双功能的、相变材料固载效果良好的双网络相变气凝胶。

本发明的目的是这样实现的：一种双网络相变气凝胶的制备方法，是通过乳液聚合来制备，包括如下步骤：

在2000r/min-10000r/min的转速条件下，将水相溶液以5mm/min-30mm/min的速度滴加到油相溶液中，持续搅拌20min-50min，，降低搅拌转速至500r/min-1500r/min，在70～80℃聚合反应2-7h后，加入质量浓度为1％-10％的交联剂Ⅰ溶液，继续反应0.5h-3h；反应结束后，对反应产物加入破乳剂进行破乳、洗涤，除去乳化剂、分散相溶液，干燥除去多余的破乳剂。

其中，所述水相溶液的制备方法为：将相变材料、丙烯酰胺或其衍生物单体、天然高分子化合物、交联剂Ⅱ、引发剂与水混合，配成溶液；所述相变材料在水相溶液中的质量浓度为20％-80％，优选为50％；丙烯酰胺或其衍生物单体占相变材料质量分数的10％-30％，优选为20％；天然高分子化合物占丙烯酰胺或其衍生物单体质量分数的10％-30％，优选为20％；交联剂占丙烯酰胺或其衍生物单体质量分数的10-30％，优选为20％；引发剂占丙烯酰胺或其衍生物单体的1％-10％，优选为2％；

所述油相的制备方法为：将乳化剂Ⅰ和乳化剂Ⅱ溶解于分散相中，配成乳液；所述分散相的质量为水相质量的2-5倍，乳化剂为分散相质量的5％-30％，所述乳化剂Ⅰ与乳化剂Ⅱ的质量比为1:9～9:1；

所述水相溶液中的水与交联剂溶液的比例关系为80-100g:40-60ml，优选为90g:50ml。

根据上文技术方案，优选的情况下，所述相变材料选自PEG、石蜡、脂肪酸、糖醇中的至少一种；所述糖醇可以为D-甘露醇、赤藓糖醇，所述相变材料可以为PEG、石蜡、脂肪酸、糖醇中任意两种以上的物质任意混合，得到的共晶混合物；所述PEG的分子量为400～20000。