[发明专利]一种具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱及其制备方法，引入两亲性嵌段共聚物泊洛沙姆作为相转变调节组分，借助二甲基丙烯酰胺与丙烯酰胺共聚得到水凝胶网络并协同调节相转变过程，得到双向温度响应水凝胶，然后将该水凝胶封装到透明容器表面，得到可双向调控的节能温度调节箱。该水凝胶在低温时会发生相分离，变为为不透明，光热透过率下降，减少箱内的热量向外散失，从而实现低温下的保温效果，减少加热设备的使用；随温度升高，在中间温度水凝胶透明，可进行采光采热；温度继续升高时，水凝胶再次发生相分离变为不透明，光热透过率下降，减少外部热量向系统内的辐射，实现高温下的降温效果，减少制冷设备的使用。

技术领域

本发明属于温度响应的节能材料领域，具体涉及一种具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱及其制备方法。

背景技术

调温系统在生物培养、物品储存等众多领域具有广泛的应用，但目前调温系统的箱体材料一般为玻璃、金属等，通常不具有自发保温或降温的性能，能量损失较大；而具有这些性能的箱体一般不透明，较难观察到系统内的情况。水凝胶是一类富含水的三维网络材料，软而韧，可以适应各种表面，其中丰富的水能吸收或放出相当的热量，可协助节能调温。

温度响应相转变水凝胶能对环境温度的变化做出响应，从某一温度下全透光的能量输入状态，转变为另一温度下不透光的能量阻断状态，可以实现智能减耗。整个响应过程直接由环境温度或太阳光调节，无需额外供能，是研究最为广泛的一种节能用水凝胶(ChemNanoMat，2022，5，202200005)。在全球能源紧缺的背景下，将此类水凝胶材料应用于节能调温领域极具实际意义。现有文献报道基于聚N-异丙基丙烯酰胺或羟丙基纤维素等升温发生相分离的水凝胶可用于变色窗材料，这些水凝胶在低温处于透明状态，随温度的升高透明度逐渐降低，但目前研究的多数温度响应相转变水凝胶只具备单一相转变过程，无法满足低温和高温下双向调温的实际需要(Journal of Materials Chemistry A，2020，8，10007-10025)；另外，高低温双重响应的相转变水凝胶的节能性在实际场景中的应用开发极为有限，大多拘泥于其结构与性能的研究，且其相转变温度较高，不利于低温的节能保温(ACS Applied Polymer Materials，2020，2，3259-3266；Angewandte ChemieInternational Edition，2022，61，e202117066)。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱及其制备方法。

本发明引入两亲性嵌段共聚物泊洛沙姆作为调节材料光热透过率的组分，并借助N，N-二甲基丙烯酰胺协同调节，同时N，N-二甲基丙烯酰胺与丙烯酰胺共聚交联得到的网络作为凝胶永久网络，制备得到对温度敏感的透明度可变水凝胶，即所述高低温双重响应的相转变水凝胶，将水凝胶封装整合到透明容器中，得到具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱，该节能温度调节箱可同时实现低温环境下的节能保温与高温环境下的节能降温。

本发明引入能发生双重温度响应相转变的两亲性嵌段共聚物泊洛沙姆，制备得到系列泊洛沙姆-丙烯酰胺共聚水凝胶，它们在降温和升温时都会发生相分离，光热透过率下降，且其相转变温度在较宽温度范围内灵活可调，将其整合到透明容器中，即得到能同时满足既能在低温环境下节能保温、又能在高温环境下节能降温的双向节能调温功能，实现双向调温与节能的效果。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备高低温双重响应的相转变水凝胶：将两亲性嵌段共聚物泊洛沙姆、N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、交联剂依次加入到水中，搅拌均匀得到混合液，通入惰性气体以除去混合液中的氧气，然后在冰水浴的条件下，加入引发剂和促进剂并搅拌均匀，得到水凝胶反应液，将水凝胶反应液注射到模具中并密封，通过聚合交联得到高低温双重响应的相转变水凝胶；