一种相变凝胶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种相变凝胶复合材料及其制备方法，相变凝胶复合材料包括织物以及位于织物表面的相变凝胶，相变凝胶包括双组分凝胶以及原位封装于其中的相变材料；双组分凝胶为由单体A和单体B无规共聚产生的链段之间相互交联形成的多交联点的网络结构；制备方法为：向完全熔融的相变材料中依次加入单体、交联剂C、光引发剂、溶剂后，混合搅拌形成预聚液，将预聚液涂覆至织物表面，冷却至室温后进行光引发反应，制得相变凝胶复合材料。本发明专利技术的产品兼具有相变凝胶可逆的力学性能转变、高性能织物高强度高模量等特点，同时又使得相变凝胶复合材料可以通过机械力为触媒而硬化，以加热为触媒而软化；本发明专利技术的方法工艺简单，操作方便。操作方便。操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种相变凝胶复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于新型功能复合材料
，具体涉及一种相变凝胶复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]智能材料具有在一定刺激下改变其性能的能力。例如，变刚度材料具有动态形状适应性和承载能力， 可改变刚度的材料在许多
都是需要的，包括软机器人、粘合和黏合剂以及航空学，因为它们为 形状适应性和承载能力的工程问题提供了解决方案。
[0003]目前，人工合成的刚度变化材料已经通过一些方法被制造出来，例如，电流体或磁流体在高电场下 会发生粘度的改变，进而改变材料的宏观力学状态，但往往需要刚性的电磁体或高压电容器等附件；构 建一个拓扑网络，添加过冷的盐，或者混合一个热诱导因子，然而，在不发生过早失效的情况下，很难 实现机械性能的可逆、极端可切换性。这些智能材料的另一个共同限制是，它们的机械反应只有在外部 刺激(例如热、电势或渗透压)存在时才会持续。这种变化可能非常微妙，但对于保持所需的状态至关 重要。如果一种材料在完全相同的环境下在两种稳定的固体状态之间可逆地转换，这样的状态在没有持 续刺激(也就是说，只需要外部刺激来触发转换，而不需要维持状态)的情况下是稳定的，那么这种材 料就可以克服这种限制。
[0004]现有技术已经证明了可以利用物理亚稳定性来实现双重稳定和可逆的力学性能转变，相变材料中存 在两种双重稳定状态，在两状态之间具有能量屏障，并且发生结晶
‑
熔融转变过程中能够发生更大程度的 刚度转变，因此在实现复合材料宏观力学性能转变方面有很大的前景，然而相变材料在发生相变转变为 液态后会发生泄露，这成为限制其力学性能转变应用的主要原因。目前解决泄露主要是通过微胶囊等方 式，但这些方法都存在封装效果差或制备复杂等问题，会引起复合材料力学不均匀。
[0005]传统相变凝胶纤维织物通过相变材料熔融浸渍气凝胶纤维或相变材料溶液与水凝胶纤维溶剂交换 制成，然而所制得的相变凝胶纤维往往力学性能较差，而不利于编织成织物。
[0006]因此，研发一种可以实现可逆力学转变的相变凝胶复合材料，以解决现有相变凝胶纤维织物力学性 能差且不能实现可逆力学转变的问题，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种相变凝胶复合材料及其制备方法。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种相变凝胶复合材料，包括织物以及位于织物表面的相变凝胶，相变凝胶包括双组分凝胶以及原 位封装于其中的相变材料；
[0010]双组分凝胶为由单体A和单体B无规共聚产生的链段之间相互交联形成的多交联
点的网络结构。
[0011]作为优选的技术方案：
[0012]如上所述的一种相变凝胶复合材料，所述单体A为丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯；所 述单体B为丙烯酰胺或N
‑
异丙基丙烯酰胺。
[0013]如上所述的一种相变凝胶复合材料，所述相互交联依靠交联剂C的端基官能团和共聚片段之间产生 的共价键以及共聚片段侧链的官能团(
‑
COOH和
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CONH2)发生缩聚反应形成的化学交联点。
[0014]如上所述的一种相变凝胶复合材料，所述交联剂C为N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二 醇酯。
[0015]如上所述的一种相变凝胶复合材料，所述相变材料包括无机水合盐相变材料或有机相变材料。
[0016]如上所述的一种相变凝胶复合材料，所述无机水合盐相变材料包括CH3COONa
·
3H2O、CaCl2·
6H2O、 Na2HPO4·
12H2O、Na2SO4·
10H2O、Na2S2O3·
5H2O和Na2CO3·
10H2O中的一种以上；所述有机相变材料包 括石蜡、月桂酸、棕榈酸和聚乙二醇中的一种以上。
[0017]如上所述的一种相变凝胶复合材料，所述织物为高性能纤维织物。
[0018]如上所述的一种相变凝胶复合材料，所述高性能纤维织物为碳纤维织物、芳纶纤维织物、超高分子 量聚乙烯纤维织物或聚酰亚胺纤维织物。
[0019]如上所述的一种相变凝胶复合材料，所述相变凝胶处于软态时，断裂伸长率＞300％；所述相变凝胶 处于硬态时，承重自身重量的6000～10000倍时，无任何被压缩的痕迹；所述相变凝胶的可逆弹性模量 变化倍数为300～105倍；所述相变凝胶的变形回复为95％以上；所述相变凝胶的软硬变化响应时间不超 过30s。
[0020]本专利技术还提供一种相变凝胶复合材料的制备方法，向完全熔融的相变材料中依次加入单体、交联剂 C、光引发剂、溶剂后，混合搅拌形成预聚液，将预聚液涂覆至织物表面，冷却至室温(为了使相变材 料处于亚稳态且使涂覆在织物上更均匀，本专利技术中室温为20～28℃)后进行光引发反应，制得相变凝胶 复合材料；
[0021]所述加入时控制加入速率以避免相变材料结晶；
[0022]所述单体由单体A和单体B组成；所述单体A为丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯；所 述单体B为丙烯酰胺或N
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异丙基丙烯酰胺；所述交联剂C为N,N
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亚甲基双丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙 二醇酯；
[0023]所述相变材料和所述单体的质量比为100:10～40；如果相变材料的含量太多，则会阻碍高分子链段 的运动，导致三维网络无法形成；如果相变材料的含量太少，则会导致相变材料无法形成晶核发生可逆 相变，进而无法使相变凝胶复合材料发生可逆的力学转变；
[0024]所述交联剂C的质量为所述单体质量(即单体A与单体B的总质量)的0.2％～5％；所述光引发剂 的质量为所述单体质量的0.05％～1％；如果形成三维网络的交联剂C或光引发剂的含量太少，则在原位 聚合交联的过程中无法形成完善的三维网络导致凝胶化过程无法完成，进而无法对相变材料进行封装； 如果形成三维网络的交联剂C或光引发剂含量太高，则会对相变材料的结晶
‑
熔融或熔融
‑
结晶可逆转变 特性造成较大的影响，进而影响上述相变凝胶复合材料的力学转变过程；因此为保证三维网络的凝胶化 过程的完成以
及又不影响相变凝胶复合材料的可逆力学转变，上述交联剂C的质量比限定在0.2％～5％， 光引发剂的质量比限定在0.05％～1％。
[0025]作为优选的技术方案：
[0026]如上所述的一种相变凝胶复合材料的制备方法，所述单体A与单体B的摩尔比为13:2～13；所述溶 剂的质量为所述相变材料质量的5％～15％。
[0027]如上所述的一种相变凝胶复合材料的制备方法，所述光引发剂为α
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酮戊二酸、2,2
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二乙氧基苯乙酮、 二苯甲酮、Irgacure
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2959或苯基
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2,4,6<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相变凝胶复合材料，其特征在于，包括织物以及位于织物表面的相变凝胶，相变凝胶包括双组分凝胶以及原位封装于其中的相变材料；双组分凝胶为由单体A和单体B无规共聚产生的链段之间相互交联形成的多交联点的网络结构。2.根据权利要求1所述的一种相变凝胶复合材料，其特征在于，所述单体A为丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯；所述单体B为丙烯酰胺或N
‑
异丙基丙烯酰胺。3.根据权利要求2所述的一种相变凝胶复合材料，其特征在于，所述相互交联依靠交联剂C的端基官能团和共聚片段之间产生的共价键以及共聚片段侧链的官能团发生缩聚反应形成的化学交联点；所述交联剂C为N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺或二甲基丙烯酸乙二醇酯。4.根据权利要求3所述的一种相变凝胶复合材料，其特征在于，所述相变凝胶处于软态时，断裂伸长率＞300％；所述相变凝胶处于硬态时，承重自身重量的6000～10000倍时，无任何被压缩的痕迹；所述相变凝胶的可逆弹性模量变化倍数为300～105倍；所述相变凝胶的变形回复为95％以上；所述相变凝胶的软硬变化响应时间不超过30s。5.一种相变凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，向完全熔融的相变材料中依次加入单体、交联剂C、光引发剂、溶剂后，混合搅拌形成预聚液，将预聚液涂覆至织物表面，冷却至室温后进行光引发反应，制得相变凝胶复合材料；所述加入时控制加入速率以避免相变材料结晶；所述单体由单体A和单体B组成；所述单体A为丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，贾芮，孙恒达，朱美芳，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：