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技术

本发明专利技术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。使用。使用。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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
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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
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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
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3266；Angewandte Chemie International Edition，2022，61，e202117066)。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术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。
[0005]本专利技术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
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二甲基丙烯酰胺协同调节，同时N，N
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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。
[0006]本专利技术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
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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。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0008]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：
[0009](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
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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；
[0010](2)制备具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱：将步骤(1)制备的高低温双重响应的相转变水凝胶借助垫圈和透明板材封装在透明容器表面，组装成一个具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所述泊洛沙姆为聚氧乙烯
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聚氧丙烯两亲性嵌段共聚物，包括泊洛沙姆181、泊洛沙姆401或泊洛沙姆403中的任意一种，所述交联剂为N，N
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亚甲基双丙烯酰胺，惰性气体包括氮气或氩气中的任意一种，引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵中的任意一种，促进剂为N，N，N
’
，N
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四甲基乙二胺，所述水为去离子水。
[0012]进一步地，步骤(1)所述泊洛沙姆的质量与水的体积之比为10g/L～500g/L，N，N
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二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺的总物质的量与水的体积之比为3mol/L～5mol/L，其中，N，N
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二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺的摩尔比为1∶4～4∶1，交联剂的物质的量为N，N
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二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺的总物质的量的0.1％～3.0％，引发剂的物质的量为N，N
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二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺的总物质的量的0.2％～0.5％，促进剂N，N，N
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，N
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四甲基乙二胺的物质的量为N，N
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二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺的总物质的量的0.2％～0.5％，聚合反应在15～40℃进行2～24小时，所制备的高低温双重响应的相转变水凝胶为片状。
[0013]进一步地，步骤(2)中垫圈的厚度为0.1～10mm，透明板材与透明容器的材料为玻璃或透明塑料中的任意一种，透明容器的立体形状包括方体、柱体、锥体、球体或以上性质立体形状的任意组合体，高低温双重响应的相转变水凝胶借助硅垫圈和透明板材封装在容器内表面或外表面的任一面或几面上。
[0014]进一步地，步骤(2)中具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱的工作温度在
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20℃～80℃。
[0015]本专利技术还提供所述制备方法制得的一种具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点与技术效果：
[0017]1、本专利技术所提供的系列泊洛沙姆
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丙烯酰胺共聚水凝胶材料(高低温双重响应的相转变水凝胶)兼具双向温度调节与节能的功用。其工作模式如下：
[0018]本专利技术制备得到的水凝胶具有双重温度响应特性，在低温环境下，水凝胶发生相分离变不透明，对光热的透过率下降，能减少系统内的热量向外的损失，同时水凝胶内丰富的水也会释放部分热量，实现低温保温的温度调节，并达到减少加热设备使用的节能效果；随着温度的升高，在中间温度时，其相分离现象逐渐消失，变为透明状态，可进行采光采热；当温度升高到一定程度时，在高温环境下，水凝胶再次发生相分离变为不透明状态，光热透
过率下降，减少外界热量向系统内的辐射，同时内含的水也会吸收部分热量，从而实现高温降温的温度调节，并达到减少制冷设备使用的节能效果。如此，便实现了双向温度调节与节能。另一方面，该水凝胶的双重温度响应的相转变行为，即水凝胶透明度随温度的改变可逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备具有高低温双重响应的相转变水凝胶：将泊洛沙姆、N，N
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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，通过聚合反应得到高低温双重响应的相转变水凝胶；(2)制备具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱：将步骤(1)制备的高低温双重响应的相转变水凝胶封装在透明容器表面组装成具有高低温双向调控功能的节能温度调节箱。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，步骤(1)中，所述泊洛沙姆包括泊洛沙姆181、泊洛沙姆401或泊洛沙姆403中的任意一种；交联剂为N，N
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亚甲基双丙烯酰胺，所述惰性气体包括氮气或氩气中的任意一种。3.根据权利要求1所述的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，其特征在于，步骤(1)中，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵中的任意一种；所述促进剂为N，N，N
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，N
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四甲基乙二胺。4.根据权利要求1所述的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，其特征在于，步骤(1)中，所述泊洛沙姆的质量与水的体积之比为10g/L～500g/L；N，N
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二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺的总物质的量与水的体积之比为3mol/L～5mol/L，其中，N，N
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二甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺的摩尔比为1∶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，刘龚关，何哲健，袁忠和，孙尉翔，张智军，童真，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：