一种用于隔热控温的多孔相变气凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于隔热控温的多孔相变气凝胶材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种用于隔热控温的多孔相变气凝胶材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种相变气凝胶材料，具体涉及一种用于隔热控温的多孔相变气凝胶材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]隔热材料和相变储能材料在民生
、
国防军工等诸多领域都有重要的应用与需求
。
隔热材料可以有效隔绝高低温，降低热量传递功率；相变储能材料可以吸收或释放大量热并保持温度不变
。
两者结合，可以在隔绝热量传递的同时，实现对保护侧的温度控制，如日常用水的隔热保温
、
电池组保温控温
、
极端高温人体防护控温等场景中，同样的隔热防护下，相变潜热的存在，可显著延长保护侧温度升至阈值的时间
。
[0003]目前隔热材料和相变材料的组合，以多层结构或物理混合为主，且往往选择有机相变材料
。
如
CN111890744A
利用相变材料层
、
陶瓷纤维层组装得到复合隔热构件，延长了隔热时间并优化了保护侧温度；
CN109705815A
以网化的有机泡沫封装相变材料和氧化铝纤维，利用物理灌装的方式得到相变隔热复合材料，提升了泡沫的隔热效果；
CN106085367A
利用气凝胶基底对相变材料进行熔融封装，封装后复合材料内部残留孔隙，提供绝热能力，所得材料热导率在
0.1
～
0.5W/mK
，且形状稳定；
CN102604500A
则以聚氨酯为壳，聚乙二醇为核，合成相变微球，作为隔热涂料的粉体，微球的空心结构和粉体与粘结剂的界面热阻起到了绝热的作用
。
[0004]上述专利或专利申请所描述手段，虽同时发挥绝热材料和相变储能材料的功能，达到了绝热控温的效果，但不论是以多层结构搭建的相变隔热复合层，还是以多孔骨架封装相变材料，亦或是合成胶囊结构的隔热粉体，均存在热导率偏高
、
机械强度低
、
相变材料液化泄露
、
热稳定性差等缺点
。
[0005]鉴于此，本专利技术给出了一种用于隔热控温的多孔相变气凝胶材料及其制备方法，最终得到的相变气凝胶材料为均相体系，具有稳定的多孔结构
、
低密度与均匀的微米孔；拥有超低的热导率，较高的相变潜热；有具有足够的力学性能和热稳定性，
100℃
以上加热不收缩，特别适用于日常用水的隔热保温
、
电池组保温控温
、
极端高温人体防护控温等兼具隔热控温需求的场景
。

技术实现思路

[0006]针对目前日益增长的对隔热
、
控温材料的需求，本专利技术提出了一种用于隔热控温的多孔相变气凝胶材料及其制备方法，最终得到的相变气凝胶材料为均相体系，具有稳定的多孔结构
、
低密度与均匀的微米孔；拥有超低的热导率，较高的相变潜热；具有足够的力学性能和热稳定性，支撑强度大，热变形系数低，
100℃
以上加热不收缩，适用于日常用水的隔热保温
、
电池组保温控温
、
极端高温人体防护控温等兼具隔热控温需求的场景
。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种用于隔热控温的多孔相变气凝胶材料，由有机相变材料骨架和支撑骨架组成
的双穿骨架网络构成，以固
‑
固相变材料直接制备得到，其中，以聚氧化乙烯为有机相变材料，引入具有水凝胶性质的第二相有机聚合物作为支撑骨架，利用支撑骨架与聚氧化乙烯的分子间氢键作用力形成交联网络结构
。
[0009]本专利技术的多孔相变气凝胶材料以有机相变材料骨架实现储热控温功能，以聚合物支撑骨架增强机械强度和热稳定性
。
该多孔相变气凝胶材料具有固
‑
固相变特性，且由于相同传热系数下，每一个相变单元吸收更多热量，相变完全后才达到相同的升温，所以该多孔相变气凝胶材料相对于普通气凝胶在相变温度之上的热源输入情况下热导率更低
。
[0010]本专利技术的多孔相变气凝胶材料是通过在水相环境中实现溶液
—
溶胶
—
凝胶转化过程制备得到：在溶液过程中，聚氧化乙烯和可凝胶聚合物两相均匀混合；溶胶
—
凝胶过程则完成多孔骨架的搭建，最后通过冻干的方法除去溶剂，得到隔热控温的多孔骨架相变气凝胶材料
。
[0011]具体制备步骤如下：
[0012]1)
将聚氧化乙烯溶于水，在加热的情况下得到均一的聚氧化乙烯溶液；
[0013]2)
向聚氧化乙烯溶液中加入可凝胶聚合物粉末，维持加热溶解，得到粘稠且均一的高分子溶液；
[0014]3)
将高分子溶液于
4℃
环境下静置8小时以上，得到高分子水凝胶；
[0015]4)
将高分子水凝胶置于
‑
18℃
以下环境冰冻8小时以上，再进行真空冷冻干燥处理，除去水得到多孔相变气凝胶材料
。
[0016]其中，所述聚氧化乙烯优选为分子量分布在
30
万～
900
万范围内的一种分子量的聚氧化乙烯，依据相变温度进行选择
。
步骤
1)
所得聚氧化乙烯溶液浓度优选在
2wt
％～
10wt
％范围，依所需多孔相变气凝胶材料的热导率与密度进行选择
。
[0017]所述可凝胶聚合物优选为下列聚合物中的一种或多种：明胶
、
壳聚糖
、
琼脂糖
、
玻尿酸
、
聚丙烯酰胺
、
聚乙烯醇
、
聚丙烯酸钠
、
丙烯酸酯等，添加比例为聚氧化乙烯质量的
20
％到
100
％
。
[0018]所述高分子溶液经过静置
、
冰冻后，进行真空冷冻干燥处理的参数优选为：气压
0.1
～
80Pa
，冷阱温度为
‑
40
～
‑
80℃
，干燥时间和程序设定视样品分量及形状而定
。
[0019]根据本专利技术方法制备的多孔相变气凝胶材料具有多孔结构和固
‑
固相变特点，依据配方的不同，其孔径分布在1～
100
μ
m
范围，密度分布在
20
～
200mg/cm3，热导率分布在
0.04
～
0.08 W/mK。
[0020]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0021](1)
以聚氧化乙烯为相变材料，其超长分子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于隔热控温的多孔相变气凝胶材料，由有机相变材料骨架和支撑骨架组成的双穿骨架网络构成，以固
‑
固相变材料直接制备得到，其中，以聚氧化乙烯为有机相变材料，引入具有水凝胶性质的第二相有机聚合物作为支撑骨架，利用支撑骨架与聚氧化乙烯的分子间氢键作用力形成交联网络结构
。2.
如权利要求1所述的多孔相变气凝胶材料，其特征在于，所述第二相有机聚合物选自下列聚合物中的一种或多种：明胶
、
壳聚糖
、
琼脂糖
、
玻尿酸
、
聚丙烯酰胺
、
聚乙烯醇
、
聚丙烯酸钠
、
丙烯酸酯
。3.
如权利要求1所述的多孔相变气凝胶材料，其特征在于，所述第二相有机聚合物的质量为聚氧化乙烯质量的
20
％到
100
％
。4.
如权利要求1所述的多孔相变气凝胶材料，其特征在于，所述聚氧化乙烯的分子量为
30
万～
900
万
。5.
如权利要求1所述的多孔相变气凝胶材料，其特征在于，所述多孔相变气凝胶材料的孔径分布在1～
100
μ
m
范围，密度为
20
～
200mg/cm3，热导率为
0.04
～
0.08W/mK。6.
权利要求1～5任一所述多孔相变气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
1)
将聚氧化乙烯溶于水，在加热的情况下得到均一的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹如强，熊丰，钟妮芳，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：