一种水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种水凝胶及其制备方法和应用，按照重量份计，该水凝胶的制备原料包括：2.5份聚乙烯醇、0.125～0.156份碳纳米管、1～10份碳纤维和1～10份相变微胶囊，通过以上制备原料的配合，该水凝胶具有优异的导热导电、吸热相变储热功能，且柔软亲肤、粘结性好、无毒无害，其可应用于散热材料和抗静电材料等领域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水凝胶材料
，尤其是涉及一种水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]生活中人们经常会有发烧头疼病痛，小孩发烧后往往会吃退烧药，打退烧针。这加重了小孩的肝肾负担，形成毒副作用；不利于小孩使用。散热贴也叫退热贴，其实用方便，属于物理降温用品，具有退热快，降温效果好，安全无毒副作用，广泛应用于缓解小儿发烧发热。现有退热贴可通过水凝胶层的水分挥发，带走所帖部位人体皮肤的热量，从而达到降温退烧的目的，但由于透气性差和凝胶中高分子骨架的固水作用，水分从这种退热贴中蒸发的速率很慢，退热效果并不理想。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种水凝胶及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术的第一方面，提出了一种水凝胶，按照重量份计，其制备原料包括：2.5份聚乙烯醇(PVA)、0.125～0.156份碳纳米管、1～10份碳纤维和1～10份相变微胶囊。
[0005]根据本专利技术实施例水凝胶，至少具有以下有益效果：该水凝胶的制备原料包括特定配比的聚乙烯醇(PVA)、碳纳米管、碳纤维和相变微胶囊，其中，PVA作为基体材料，热塑性强，对人体无害无副作用，具有良好的生物相容性；另外，PVA含有羟基，可通过氢键与多数材料界面形成紧密贴合，粘结性能好；通过相变微胶囊的添加，可将热量快速吸收并存储，以使产品水凝胶具有较好的吸热和储热能力；而通过碳纳米管和碳纤维的添加，一方面可提高水凝胶薄膜的透气性，提高水分蒸发速度，进而提高散热效率；再者，碳纳米管和碳纤维本身具有导热导电性，通过两者复合，可在水凝胶内部构筑导热导电回路，提高导热性能的同时，使产品水凝胶具备导电性，具备静电消除作用；并且在低用量下即可实现以上导热导电性能的提升。由上，该水凝胶具有优异的导热导电、吸热相变储热功能，且柔软亲肤、粘结性好、无毒无害，其可应用于散热材料和抗静电材料等领域，例如可应用于退热贴，可显著提高散热效率。
[0006]在本专利技术的一些实施方式中，所述碳纳米管的直径为10～20nm，长度为20～30μm。
[0007]在本专利技术的一些实施方式中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。当然，在一些实施例中也可以采用单壁碳纳米管，单壁碳纳米管可有效提升导热导电性能，但其价格相对贵，由此，从而性能提升和成本综合考虑，优选采用多壁碳纳米管。
[0008]碳纤维具体可为短切碳纤维，在本专利技术的一些实施方式中，所述碳纤维的直径为20～50μm，长度为200～300μm。通过碳纳米管和碳纤维的尺寸配合，可进一步实现导热导电回路的有效构建，进而可在降低原料用量的情况下，有效提升导热导电性能。具体地，以上碳纳米管和碳纤维配合，在混合制备水凝胶过程中，小尺寸碳纳米管可负载在碳纤维的外表面，进而通过碳纤维、碳纳米管自身和彼此间相互搭接以实现导热导电回路的有效构建。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述相变微胶囊包括相变芯材和壳层，所述壳层包覆所述相变芯材；所述相变芯材选自石蜡、月桂酸、聚乙二醇中的至少一种，所述壳层的材质选自聚脲、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯中的至少一种。通过采用壳层包覆相变芯材所构建的相变微胶囊，可防止使用过程中相变材料溢出而造成污染。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述相变微胶囊的粒径D50为10～50μm。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述相变微胶囊的相变温度为37～60℃，热焓值为200～250J/g。
[0012]本专利技术的第二方面，提出了一种本专利技术第一方面所提出任一种水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、将聚乙烯醇溶于溶剂中制得聚乙烯醇溶液；并将碳纳米管分散于溶剂中制得碳纳米管分散液；
[0014]S2、将所述聚乙烯醇溶液、所述碳纳米管分散液与其他原料混合均匀，制备前驱体溶液，所述前驱体溶液在60℃条件下的粘度不小于15000mpa.s；
[0015]S3、将所述前驱体溶液经消泡处理，进行初步成型，而后置于凝固浴中凝固定型，再置于水中浸泡处理；
[0016]步骤S1中，所述聚乙烯醇溶液和所述碳纳米管分散液的制备顺序不限。
[0017]以上制备方法中，在采用包括聚乙烯醇、碳纳米管、碳纤维和相变微胶囊的基础上，先将聚乙烯醇(PVA)进行溶解以及将碳纳米管进行分散，以保证前驱体溶液中制备原料的分散均匀，进而以为产品性能稳定提供基础；另外，通过控制前驱体溶液在60℃条件下的粘度不小于15000mpa.s，在垂直倒出时能流动即可，以保证碳纳米管和碳纤维所构建导电导热回路的稳定性，进而通过后续定型等操作，以制得具有优异导热导电性能的水凝胶。另外，以上制备方法简单，成本低廉，易于推广应用。
[0018]步骤S1中，聚乙烯醇溶液的配制具体可将聚乙烯醇与溶剂混合后，搅拌至透明且无胶状颗粒；碳纳米碳分散液的配制具体可将碳纳米管与溶剂混合后，置于冰水浴中超声分散制得，碳纳米管分散液中的碳纳米管浓度可控制小于2％。其中，所选用聚乙烯醇(PVA)一般需保证将其溶于溶剂中且质量浓度≥20％时，在45～60℃下的粘度低于5000mpa.s，以便于后续复配和应用，其中优选采用PVA 1799，或者可以采用其他分子量更高的PVA，这些高分子量PVA不溶于醇、酮、植物油和苯等大多数有机溶剂，机械性能强，具有高模量和高拉伸强度；溶剂的选择需满足可溶解PVA并能浸润分散碳纳米管，具体可采用如二甲基亚砜(DMSO)。经研究，若溶剂单纯只用去离子水，溶解温度会比DMSO要更高，相同浓度和温度下，粘度也会很大，混料时甚至搅不开，分散难度更大，消泡更难，并且在工艺上不好控制凝固后的形态；若强行通过稀释总浓度来降低其粘度至20000mpa.s左右，则无法正常凝固，因此，溶剂通常不单独采用去离子水。
[0019]步骤S2中，前驱体溶液的配制具体可先将聚乙烯醇溶液和碳纳米管分散液混合，再加入相变微胶囊和碳纤维，搅拌混合以充分分散均匀；另外，可对搅拌分散后的溶液进行消泡处理。
[0020]步骤S3中，可根据目标产品水凝胶的产品形态需求，进行成型。例如，若目标产品水凝胶为水凝胶薄膜，可将前驱体溶液倒入模具制成湿膜，或在基板上涂覆制成湿膜；而后置于凝固浴中凝固定型，凝固浴中所采用凝固剂可为乙醇、甲醇、丙酮等，例如具体可采用0
℃的乙醇，凝固浴中凝固剂与湿膜(或前驱体溶液)的质量比可控制在1:1以上；随后再置于水中进行浸泡处理，若聚乙烯醇溶液和碳纳米碳分散液的配制采用有机溶剂DMSO，水浸泡处理可置换去除有机溶剂DMSO，避免有机溶剂DMSO残留对应用环境和人体皮肤的不利影响；水的质量可为湿膜(或前驱体溶液)质量的40～100倍(例如40倍、50倍、55倍、60倍、80倍、95倍、100倍等)，水具体可采用超纯水。
[0021]本专利技术的第三方面，提出了一种以上任一种水凝胶在散热材料、抗静电材料中的应用。其中，散热材料可为退热贴、冰袋等，抗静电材料可为抗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶，其特征在于，按照重量份计，其制备原料包括：2.5份聚乙烯醇、0.125～0.156份碳纳米管、1～10份碳纤维和1～10份相变微胶囊。2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述碳纳米管的直径为10～20nm，长度为20～30μm。3.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。4.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述碳纤维的直径为20～50μm，长度为200～300μm。5.根据权利要求1至4中任一项所述的水凝胶，其特征在于，所述相变微胶囊包括相变芯材和壳层，所述壳层包覆所述相变芯材；所述相变芯材选自石蜡、月桂酸、聚乙二醇中的至少一种，所述壳层的材质选自聚脲、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯中的至少一种。6.根据权利要求5所述的水凝胶，其特征在于，所述相变微胶囊的平均粒径D50为...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝渊，孙琪，谭志业，吴冰洁，
申请(专利权)人：佛山清立新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：