[发明专利]一种具有高保冷/保热效果的水凝胶材料

说明书

本发明公开了一种具有高保冷/保热效果的水凝胶材料及其制备方法。具体操作为：将空心玻璃微珠进行表面修饰，然后将高分子单体、小分子惰性剂、交联剂、引发剂和去离子水混合均匀，再加入表面修饰的空心玻璃微珠。本发明制备的凝胶材料较现有的凝胶材料的红外反射率高，热导率更低，因而保热/保冷时间更长，在冷/热敷时能有更好的效果，并且本发明在提高凝胶材料保热/保冷时间的同时，能够保证凝胶材料具有较好的力学性能及抗冻性。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料技术领域，具体涉及一种具有高保冷/保热效果的水凝胶材料及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一类新型高分子材料，其以高分子亲水材料为基本骨架，该高分子材料具有一定交联度并形成三维网状结构，可包裹、固定、保持大量水分而外形基本稳定。水凝胶材料具有较高的比热容，可以储存较多的热量/冷量，并且柔软亲肤、具有良好的弹性和粘附性，是作为冷/热敷基料的理想材料。因此，如果能够进一步提高水凝胶的比热容，即可提高其维持温度(保冷/保热的时间)的能力，将促进其在医疗卫生及美容护肤领域应用的进一步发展。

水是常规液体中比热容最大的物质，通过增加水的比例可以提高凝胶材料的比热容，从而可以提高其保冷/保热时间。但过量水的加入会降低凝胶材料的力学性能(断裂伸长率、拉伸强度、弹性模量等)及抗冻性(低温如-20℃下不结冰)能下降，严重时丧失使用价值，因而水分在凝胶材料中的含量也存在一个上限，单纯依靠增加水的比例提高凝胶材料的比热容进而提高保冷/保热时间并不可行。

发明内容

针对上述工艺中存在的问题，本发明拟提供一种具有高保冷/保热效果的水凝胶材料及其制备方法。

空心玻璃微珠是一种经过特殊加工处理的玻璃微珠，具有密度低、抗压强度高、热阻大、红外反射率高和热收缩系数小等特点，可赋予被添加基料良好的热反射和隔热效果，从而大大提高基料的保热/保冷(统称为保能)性能。但单纯地将空心玻璃微珠加入水凝胶，玻璃微珠难以分散均匀，无法形成均匀的水凝胶体系，反而会使得水凝胶的弹性、粘性等力学性能下降。发明人通过对空心玻璃微珠表面修饰方式进行研究筛选，使得空心玻璃微珠能够在水凝胶中分散均匀，在基本保持水凝胶力学性能和抗冻性的同时，降低其热导率，提高其红外反射率，从而具有更高的保冷/保热时间，提高了其作为冷/热敷材料的应用价值。

本发明所采用的技术方案如下：

一种具有高保冷/保热效果的水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)空心玻璃微珠的表面修饰：将空心玻璃微珠和偶联剂的浓度为30％～60％水溶性有机溶剂混合，制成浓度50％～80％的分散体，混合均匀后在40～80℃下进行表面修饰反应20～120分钟；

(2)水凝胶材料的制备：将高分子单体、小分子惰性剂、交联剂、引发剂、去离子水混合均匀；再加入步骤(1)中的空心玻璃微珠分散体，混合均匀后在40～80℃下反应形成凝胶。

在制备过程中，可以缓慢搅拌使其混合均匀，但转速尽量不超过100rpm，减少空心玻璃微珠的破碎。

在修饰玻璃微珠时如选用非水溶性有机溶剂，则改性后的玻璃微珠及溶剂不容易与后续水性体系混匀，导致无法形成均匀的水凝胶。

乙醇、异丙醇等小分子单羟基醇用于玻璃微珠的表面修饰，会导致后续凝胶产品过于柔软，几乎没有力学强度。

因此本发明中选用水溶性有机溶剂丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺的任意一种。

要使所改性的玻璃微珠可以均匀分散在凝胶中，所选用偶联剂在亲水性和亲油性之间须有恰当的平衡，与玻璃微珠及所用有机溶剂的性能相匹配。因此，在实际使用过程中可以依据所选用的有机溶剂和玻璃微珠的性能对偶联剂的种类进行选择。偶联剂可以选择铬络合物偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的任一种。