三维凝胶网络载体和一种定形相变复合材料，是以脂肪酸（烃）、聚乙二醇等有机相变材料为工作物质，以聚Ｎ－羟甲基丙烯酰胺热缩性互穿网络为定形载体，首先采用低共熔法遴选相变温度适当、相变焓大、成本低的多元复合相变材料，设计确定互穿网络载体的制备方法，复合相变材料间的加入方式和与载体的结合方式，制备了基于键合、物理吸附和网络限域多重作用的定形相变复合材料，冷却粉碎后制得定形蓄热功能粒子。用此方法可以制得相变材料含量为５０％～７５％的定形相变复合材料，相变焓最大可达到１１０Ｊ／ｇ，用本方法制备的定形复合相变材料可直接应用于纺织领域、建筑领域和军事领域等各方面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型定形相变材料领域，具体说是涉及一种新型三维网络载体的设计制备、以该三维凝胶网络为定形载体的复合相变材料的制备。
技术介绍
随着全球工业的迅速发展，世界能源日趋紧张，环境污染越来越严重。储能材料具 有特殊的能量存储功能，顺应了节能这一主题，被广泛受到重视。本世纪30年代以来，特别 是受80年代能源危机的影响，相变储热的基础理论和应用技术研究在发达国家(如美国、 加拿大、日本、德国等)得到迅速发展。材料科学、太阳能、航天技术、建筑物、空调采暖及工 业废热利用等领域的相互渗透为相变储热的研究和应用创造了条件。目前，研制蓄热密度 大、导热系数高、性能稳定的新型复合相变蓄热材料成为国际上该研究领域的热点和难点。 我们通常把相变贮能的方式分为四种晶型-无定型、固_液相变、固-气相变及 液_气相变。由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体的存在，使材料体积变化 较大，因此尽管它们有很大的相变焓，但在实际应用的过程中很少被选用。晶型-无定型相 变材料在材料选择方面如因备选材料少以及相变温度范围不合适等存在较大的局限性。所 以固_液相变成为重点研究的对象。为了消除固_液相变材料在相变过程中的流动问题，近 年来国内外研究主要集中在复合固-液相变材料方面。即以固-液相变材料为工作物质， 利用它的相变来进行储、放能，采用共混或封装技术结合，以多孔基无机粒子、微胶囊、蒙脱 土载体等为固定载体制备定形相变复合材料。但已有的技术或多或少均存在缺陷，具体如 下。(1)物理吸附法 利用毛细作用力将液态的相变材料吸入到微孔结构内，形成有机/无机复合相变 储热材料；或利用溶胶-凝胶法，将固-液相变材料嵌入到导热系数较高的二氧化硅纳米层 空间内。该法吸附量有限，无法解决定形效果与相变焓损失的矛盾，且采用且采用单纯物理 结合方式，耐高温性能较差。 [OOOS] (2)微胶囊法 胶囊壁提供稳定的封闭环境，可有效解决泄露、相分离以及腐蚀性等问题，增强相 变材料的稳定性，使固_液相变转变为准固_固相变。目前胶囊体材料大都采用高分子物 质，其热导率较低，从而降低了相变材料的储热密度和热性能。还存在工艺复杂、成本偏高 不便于工业化生产的问题。此外，囊芯发生固_液相变时体积变化高达15%以上，反复地收 縮与膨胀会影响材料的使用寿命，因此应保证足够的包覆强度。这些都势必会增加生产成 本和降低贮热能力，从而使胶囊型相变储能材料的应用受到一定限制。 (3)与高分子材料复合 如将石蜡与高分子物质(HDPE、 LDPE、 SBS)按一定比例在热炼机上加热共混。将 聚乙二醇(PEG)与丙烯酸和聚甲基丙烯酸甲酯混合；PEG/二醋酸纤维素(CDA)固态共混， PEG/醋酸纤维素纤维(CA)静电纺丝等。主要问题是相变材料的渗出和挥发问题。 (4)交联聚烯烃和交联聚縮醛 其原理是将结晶型的聚烯烃和聚縮醛通过辐射交联的方法进行部分交联，在分子 链间建立化学交联点，使原能自由运动的聚烯烃和聚縮醛大分子失去平动自由，从而表现 为固态相变行为。如HDPE120。其相变温度高，但热传导系数太低，且交联点密度难以控制， 过度交联将会变成热固性高分子失去相变储热能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于选取性能良好的载体基质，提高相变焓，改善定形效果，提高定 形相变复合材料的强度、耐热性等综合性能。寻找工艺简单，成本低廉的能广泛应用于纺 织、建筑等领域的蓄热功能材料的制备路径。 —、 专利技术人专利技术了一种新型的热縮型三维网络凝胶载体，目前关于网络凝胶的研究多集中在N-异丙基丙烯酰胺网络剂单体，但因其价格十分昂贵限制了其研发与应用。 本专利技术首次以纯N-羟甲基丙烯酰胺为网络剂单体，N，N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以过硫酸铵为引发剂，以乙醇为溶剂，进行溶液聚合，生成三维网络凝胶。 其中 交联剂与单体摩尔比i : 5 1 : ii 单体与乙醇的质量比i : 8 1 : 12 引发剂占单体的质量分数为1. 5% 3% 将试剂按上述比例称重，然后置于烧瓶中，其中溶剂最后加入，将超声分散器升温至70°C，把烧瓶放在超声分散器中分散，使各种试剂熔融并均匀的分散，待反应体系出现凝胶后，关闭超声，在7(TC恒温水浴中继续反应，反应结束后，将凝胶置于恒温烘箱，在30°C下低温干燥8h，使低表面张力的乙醇溶剂缓慢挥发，防止凝胶网络孔洞的闭合； 各种试剂放入7(TC的超声水浴中反应开始，到凝胶完全生成反应结束的时间为3 5h。 正交反应法所得的最佳反应条件为交联剂与单体摩尔比为1 : 9 ;单体与水的质 量比为1 : 10 ;引发剂占单体的质量分数为1. 5% ;各种试剂放入7(TC的超声水浴中反应 开始，到凝胶完全生成反应结束的时间为3. 5h。 选择乙醇为溶剂，可使是相变材料和制备凝胶网络的试剂都能溶解在其中，可保 证相变材料均匀分散在反应体系中，以保证良好的相际接触，达到满意的定形效果。定形的 相变材料质量分数最高可达到75%，相变焓达110J/g。 本专利技术采用的技术方案制得的载体具备下列突出优点 (1)蓄热能力强。相变焓损失少，实测值达到理论值的92%以上。在室温至8(TC 间热循环10次后，相变焓基本没有损失。(2)定形效果好。物理吸附、网络限域、高温热縮等多重作用协效发挥，使定形效果 非常好。在恒温油浴中加热到远高于相变材料熔点的温度150°C ，未观察到任何渗出和挥发 现象。相变材料在被定形后实现了由固_液相变向固_固相变的转变。 (3)强度高，耐热性好。与其它定形载体相比，三维网络凝胶载体因为交联聚合物， 强度和耐热性优势明显，在熔点仪上将凝胶载体样品加热25(TC时，仍未观测到变化。干燥5后的样品强度非常高，可承受诸如纺丝过程中的高温熔融、强力剪切等加工条件。(4)制备工艺简单。聚合反应时只需提供超声分散和7(TC的恒温水浴条件即可，反应时间仅需3. 5h。 (5)成本低廉。所选用的网络剂单体N-羟甲基丙烯酰胺与其它网络剂单体相比， 成本相当低廉，每千克仅需10元左右，而现在研究的更多的网络剂N-异丙基丙烯酰胺每千 克确需近10000元，相差达1000倍，成本优势十分明显。能广泛应用于纺织、建筑等领域的 蓄热功能材料的制备。 (6)无毒。聚合产物无毒，可放心应用于各领域。所用单体毒性很低，聚合后完全 无毒，已有在生物体内的应用。而现在热门研究的网络剂N-异丙基丙烯酰胺具中等毒性，对皮肤有剌激作用。 二、 —种利用上述三维凝胶网络载体制得的适合调温纺织品用定形相变复合材料，是 这样制得的 (1)工作物质相变材料的选择及预处理 用月桂酸和十六醇两种相变材料，进行二元复合。 将摩尔分数分别为41%的月桂酸和59%的十六醇加热到6(TC，在机械搅拌下熔 融共混30min，制备充分混合的低共熔物，自然干燥后，研磨至200目以下的低共熔物；用步 冷曲线法测得相变温度为34t:，符合调温纤维用相变温度应在32°C 42t:的要求。 (2)以纯N-羟甲基丙烯酰胺为网络剂单体，N， N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂， 以过硫酸铵为引发剂，以乙醇为溶剂，进行溶液聚合，生成三维网络凝胶，将以上试剂按下 述比例称重 交联剂与单体摩尔比i : 5 i : ii本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维凝胶网络载体，是以纯Ｎ－羟甲基丙烯酰胺为网络剂单体，Ｎ，Ｎ’－亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以过硫酸铵为引发剂，以乙醇为溶剂，进行溶液聚合，生成三维网络凝胶，其中 交联剂与单体摩尔比１∶５～１∶１１ 单体与乙醇的质量比１∶８～１∶１２ 引发剂占单体的质量分数为１．５％～３％ 将试剂按上述比例称重，然后置于烧瓶中，其中溶剂最后加入，将超声分散器升温至７０℃，把烧瓶放在超声分散器中分散，使各种试剂熔融并均匀的分散，待反应体系出现凝胶后，关闭超声，在７０℃恒温水浴中继续反应，反应结束后，将凝胶置于恒温烘箱，在３０℃下低温干燥８ｈ，使低表面张力的乙醇溶剂缓慢挥发，防止凝胶网络孔洞的闭合； 各种试剂放入７０℃的超声水浴中反应开始，到凝胶完全生成反应结束的时间为３～５ｈ。
【技术特征摘要】
一种三维凝胶网络载体，是以纯N-羟甲基丙烯酰胺为网络剂单体，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，以过硫酸铵为引发剂，以乙醇为溶剂，进行溶液聚合，生成三维网络凝胶，其中交联剂与单体摩尔比1∶5～1∶11单体与乙醇的质量比1∶8～1∶12引发剂占单体的质量分数为1.5％～3％将试剂按上述比例称重，然后置于烧瓶中，其中溶剂最后加入，将超声分散器升温至70℃，把烧瓶放在超声分散器中分散，使各种试剂熔融并均匀的分散，待反应体系出现凝胶后，关闭超声，在70℃恒温水浴中继续反应，反应结束后，将凝胶置于恒温烘箱，在30℃下低温干燥8h，使低表面张力的乙醇溶剂缓慢挥发，防止凝胶网络孔洞的闭合；各种试剂放入70℃的超声水浴中反应开始，到凝胶完全生成反应结束的时间为3～5h。2. 如权利要求1所述的三维凝胶网络载体，其特征在于 所述的试剂配比为交联剂与单体摩尔比为1 : 9单体与水的质量比为i : io引发剂占单体的质量分数为1. 5%各种试剂放入7(TC的超声水浴中反应开始，到凝胶完全生成反应结束的时间为3. 5h。3. —种利用权利要求1所述三维凝胶网络载体制得的定形相变复合材料，是这样制得的(1) 工作物质相变材料的选择及预处理将摩尔分数分别为41 %的月桂酸和59%的十六醇加热到60°C ，在机械搅拌下熔融共 混30min，制备充分混合...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿，武晓华，刘辉，王晓磊，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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