一种含超低温相变材料的超柔软凝胶微粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及储能技术领域，提供了超柔软凝胶微粒，包括凝胶骨架和包裹在所述凝胶骨架中的超低温相变材料，所述凝胶骨架由生物大分子聚合物形成，所述凝胶骨架具有孔道结构，所述超低温相变材料包裹在所述孔道结构中。在本发明专利技术中，凝胶微粒的形成是由于生物大分子聚合物之间的络合反应相互结合，而这些络合反应主要是源于不同生物大分子聚合物之间的静电力、氢键、范德华力等作用力的相互作用，机械强度低，具有极低的弹性模量；而且由于包载了超低温相变材料，使得凝胶颗粒整体的相变温度极低，在超低温环境中，凝胶颗粒的机械强度不会变化过大，仍然可以保持其极低的弹性模量及超柔软的状态。

Super soft gel particle containing ultra-low temperature phase change material and preparation method thereof

【技术实现步骤摘要】
一种含超低温相变材料的超柔软凝胶微粒及其制备方法
本专利技术涉及储能
，尤其涉及一种含超低温相变材料的超柔软凝胶微粒及其制备方法。
技术介绍
相变材料(PhaseChangeMaterials，PCMs)为具有热量储存和温度调节功能的物质，随着环境温度的变化，其在自身固态-液态之间或固态-固态之间的相变过程中存在着热能的贮存和释放。随着人类社会的发展，能源危机成为人类面对的一个重大问题。近年社会的环保意识显著增强，利用相变材料在其相转变过程中的吸放热等的绿色节能手段受到社会的日益关注。为了保护自然环境、改善能源利用率、解决能源供需失调的难题，相变材料已经在太阳能利用、废热利用回收和建筑节能等领域已得到广泛的应用。对于外太空、深海及珠穆朗玛峰等未知领域的征服是当今人们探索的热点方向，极度寒冷的气候、超低温的环境实验操作过程(在超低温下手术来提高手术成功率、于液氮辅助下操作生物样品等)也是当今人类日常进行的操作。在此类过程中，合适的、舒适的保温材料将提供更多的方便和更多的活动可能性。目前常见的低温防护措施，例如低温实验操作条件下所戴的防护手套等，只是起到简单的保暖作用，使用舒适性方面，对于材料自身柔软性及其在超低温环境下的保持要求极高，现有技术的产品并不能够满足在超低温环境中的舒适性需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含有超低温相变材料的超柔软凝胶微粒，能够在超低温环境中依然保持超柔软特性。本专利技术提供了一种含超低温相变材料的超柔软凝胶微粒，包括凝胶骨架和包裹在所述凝胶骨架中的超低温相变材料，所述凝胶骨架由生物大分子聚合物形成，所述凝胶骨架具有孔道结构，所述超低温相变材料包裹在所述孔道结构中；所述超低温相变材料占所述超柔软凝胶微粒的重量百分比为10％～30％。优选的，所述超低温相变材料包括硫脲、碳酸胍、新戊二醇、氯化钾、瓜尔胶和叔丁醇中的一种或多种。优选的，所述超低温相变材料为碳酸胍、新戊二醇和瓜尔胶三种或硫脲、叔丁醇和瓜尔胶三种。优选的，所述生物大分子聚合物包括壳聚糖、烷基化壳聚糖、羧甲基纤维素、聚乙烯亚胺、聚精氨酸、牛血清蛋白和血红蛋白中的两种以上。优选的，所述生物大分子聚合物为壳聚糖和聚乙烯亚胺两种或聚精氨酸和血红蛋白两种。优选的，所述烷基化壳聚糖为十八烷基壳聚糖。优选的，所述超柔软凝胶微粒为规则球体，粒度为1μm～120μm。优选的，所述超柔软凝胶微粒的相变温度低于-11℃。本专利技术还提供了上述技术方案所述超柔软凝胶微粒的制备方法，包括以下步骤：将生物大分子聚合物溶解，得到生物大分子聚合物溶液；将所述生物大分子聚合物溶液与超低温相变材料混合，得到原料溶液；将所述原料溶液进行微粉化研磨，得到所述超柔软凝胶微粒。优选的，所述微粉化研磨后还包括：将所述微粉化研磨得到的悬浮液进行固液分离，将得到的固相组分洗涤、过滤和干燥，得到干品；所述悬浮液中含有超柔软凝胶微粒；将所述干品过100目～120目筛，筛下组分为所述超柔软凝胶微粒。优选的，所述原料溶液中超低温相变材料和生物大分子聚合物的总质量浓度为100～140mg/mL。优选的，所述微粉化研磨的速度为7000rpm～8000rpm；所述微粉化研磨循环进行，所述循环的数量为5个～8个，每个循环的研磨时间为60s～120s，每个循环的时间间隔为30s～40s。本专利技术提供的超柔软凝胶微粒包括凝胶骨架和包裹在所述凝胶骨架中的超低温相变材料，所述凝胶骨架由生物大分子聚合物形成，所述凝胶骨架具有孔道结构，所述超低温相变材料包裹在所述孔道结构中。在本专利技术中，凝胶微粒的形成是由于生物大分子聚合物之间的络合反应相互结合，而这些络合反应主要是源于不同生物大分子聚合物之间的静电力、氢键、范德华力等作用力的相互作用。由于没有使用任何固体颗粒(例如二氧化硅particle、氯化钙particle等)作为制备凝胶颗粒的模板，避免了固体颗粒模板对制备产物的机械强度的增强作用；此外，不同生物大分子聚合物之间的静电力、氢键、范德华力等相互作用使得凝胶骨架的机械强度低于通过化学反应形成的凝胶(如海藻酸分子与钙离子之间的化学反应生成的海藻酸钙凝胶)，因此本专利技术提供的凝胶微粒具有极低的弹性模量。本专利技术提供的超柔软凝胶微粒由于包载了超低温相变材料，使得凝胶颗粒整体的相变温度极低，在超低温环境中，凝胶颗粒的机械强度不会变化过大，仍然可以保持其极低的弹性模量及超柔软的状态。本专利技术实施例的结果显示，本专利技术提供的凝胶微粒在室温到超低温的环境变化时，弹性模量由0.8kPa变为0.9kPa，变化不大，能够保持超柔软状态。而且本专利技术提供的超柔软凝胶微粒能在零下40℃的环境下维持自身温度于0度长达20小时，且可在此类超低温环境下维持自身的极低弹性模量，即保持自身超柔软的性质，可用作新型的适合超低温度环境的合适的、舒适的保温材料。附图说明图1为实施例1制备的凝胶微粒的扫描电子显微镜图像；图2为实施例2制备的凝胶微粒的扫描电子显微镜图像；图3为实施例1制备的凝胶微粒横切面的SEM图；图4为实施例2制备的凝胶微粒横切面的SEM图；图5为实施例1制备的凝胶微粒的DSC曲线；图6为实施例2制备的凝胶微粒的DSC曲线；图7为实施例1制备的凝胶微粒在室温下的应力-应变曲线；图8为实施例2制备的凝胶微粒在室温下的应力-变形曲线；图9为实施例1和实施例2制备的凝胶微粒在室温及零下40℃下的弹性模量；图10为实施例1制备的凝胶微粒在零下40℃下的温度变化曲线；图11为实施例2制备的凝胶微粒于零下40℃下的温度变化曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种含超低温相变材料的超柔软凝胶微粒，包括凝胶骨架和包裹在所述凝胶骨架中的超低温相变材料，所述凝胶骨架由生物大分子聚合物形成，所述凝胶骨架具有孔道结构，所述超低温相变材料包裹在所述孔道结构中；所述超低温相变材料占所述超柔软凝胶微粒的重量百分比为10％～30％。本专利技术提供的超柔软凝胶微粒中不同生物大分子聚合物络合反应相互结合(如静电力、氢键、范德华力等作用力)形成凝胶骨架，其中未使用任何固体颗粒作为制备凝胶的模板，避免了固体颗粒模板对凝胶机械强度的增强作用；而且不同生物大分子聚合物之间的静电力氢键、范德华力等相互作用使得凝胶骨架的机械强度低于通过化学反应形成的凝胶，从而使得得到的含超低温相变材料的超柔软凝胶微粒具有较低的弹性模量和超柔软状态。在本专利技术中，所述生物大分子聚合物优选包括壳聚糖、烷基化壳聚糖、羧甲基纤维素、聚乙烯亚胺、聚精氨酸、牛血清蛋白和血红蛋白中的两种以上，更优选为壳聚糖和聚乙烯亚胺两种，或聚精氨酸和血红蛋白两种。在本专利技术中，所述壳聚糖与聚乙烯亚胺的质量比优选为1:1；所述聚精氨酸和血红蛋白的质量比优选为1:1。在本专利技术中，多种生物大分子聚合物的用量优选为等量。在本专利技术中，所述烷基化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含超低温相变材料的超柔软凝胶微粒，包括凝胶骨架和包裹在所述凝胶骨架中的超低温相变材料，所述凝胶骨架由生物大分子聚合物形成，所述凝胶骨架具有孔道结构，所述超低温相变材料包裹在所述孔道结构中；/n所述超低温相变材料占所述超柔软凝胶微粒的重量百分比为10％～30％。/n

【技术特征摘要】
1.含超低温相变材料的超柔软凝胶微粒，包括凝胶骨架和包裹在所述凝胶骨架中的超低温相变材料，所述凝胶骨架由生物大分子聚合物形成，所述凝胶骨架具有孔道结构，所述超低温相变材料包裹在所述孔道结构中；
所述超低温相变材料占所述超柔软凝胶微粒的重量百分比为10％～30％。


2.根据权利要求1所述的超柔软凝胶微粒，其特征在于，所述超低温相变材料包括硫脲、碳酸胍、新戊二醇、氯化钾、瓜尔胶和叔丁醇中的一种或多种。


3.根据权利要求2所述的超柔软凝胶微粒，其特征在于，所述超低温相变材料为碳酸胍、新戊二醇和瓜尔胶三种或硫脲、叔丁醇和瓜尔胶三种。


4.根据权利要求1所述的超柔软凝胶微粒，其特征在于，所述生物大分子聚合物包括壳聚糖、烷基化壳聚糖、羧甲基纤维素、聚乙烯亚胺、聚精氨酸、牛血清蛋白和血红蛋白中的两种以上。


5.根据权利要求4所述的超柔软凝胶微粒，其特征在于，所述生物大分子聚合物为壳聚糖和聚乙烯亚胺两种或聚精氨酸和血红蛋白两种；
优选的，所述烷基化壳聚糖为十八烷基壳聚糖。


6.根据权利要求1～5任意一项所述的超柔软凝胶微粒，其特征在于，所述超柔软凝胶微粒为规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：马庆明，曹洁，王鑫煜，高阳，孙勇，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37