一种双交联网络有机凝胶相变材料及其制备方法与流程

本发明涉及相变储能材料，具体涉及一种双交联网络有机凝胶相变材料，本发明还涉及该种双交联网络有机凝胶相变材料的制备方法。

背景技术：

1、相变材料在特定温度发生相变(通常为融化或凝固)，可以吸收或释放大量潜热，从而保持周围环境温度相对稳定，是一种理想的热管理材料，广泛用于特定场合下的温度控制，如冷链运输等。相变材料分为有机相变材料和无机相变材料。无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、合金或者金属，这些材料蓄热密度大、热导率较大且价格便宜但是其在使用过程中会出现过冷和相分离的现象，严重影响实际应用；有机相变材料包括石蜡、脂肪酸、某些高级脂肪烃、醇、羧酸及盐，这些材料在发生相变时体积变化小、热导率并且无过冷度和相分离现象，是很有发展前景的相变材料。

2、目前的应用场景中，通常利用相变材料融化吸热和凝固放热维持温度稳定，相变材料在使用过程中常处于液体状态，因此通常将其封装于特定密闭容器中来限制其流动。在冷链运输领域中，常用温区有2～8℃，20～25℃，在此区间的相变材料通常为有机溶剂，运输过程环境复杂，可能出现磕碰甚至跌落风险，一旦封装容器出现缺陷或破损，相变材料极易发生渗漏，不仅影响保温时效，还可能污染货品带来更加严重的损失。因此开发防渗漏、高潜热的相变材料在各种温控场合中有着很大的意义。

3、例如，在专利us9598622b2中，公开了一种含有相变材料的凝胶，并描述了其加工方法。在此专利中，相变材料可包括烷烃(如正十四烷、正十六烷、正十八烷或其混合物)，其所用凝胶剂为聚合物弹性体类的嵌段共聚物，优选为seps、sebs等。其加工方法为将相变材料和凝胶剂高温混合均匀后降至室温使其形成凝胶。

4、进一步地，在专利us9556373b2中，公开了该体系的另一种加工方法，在室温下利用相变材料溶胀凝胶剂，灌注于密闭容器后进行加热及退火操作实现其凝胶化。然而在该发明中所用体系及方法无法避免该相变凝胶在特定温度下出现的液体渗漏；同时依此专利方法制备的样品强度一般，运输货物重量较大时易出现变形及破损。

5、本发明在不损失相变潜热的前提下，研发新型加工方法，克服相变过程中出现的渗液现象，提高柔性有机凝胶相变材料的压缩强度，并可大大拓展相变材料的溶剂体系。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种双交联网络有机凝胶相变材料及其制备方法，通过加热及退火定型引发物理交联、紫外照射引发化学交联，制备了高潜热、不易泄露的柔性有机凝胶相变材料，此外，还提高了有机凝胶相变材料的压缩强度，在较大货物载荷时不易变形及破损，并大大拓展了相变材料的溶剂体系。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种双交联网络有机凝胶相变材料的制备方法，包括如下步骤：

4、s1、称取80.2～94.4重量份有机相变材料，在高于其相变温度10℃的条件下加热搅拌，使其完全熔化成为透明液体；

5、s2、称取5～18重量份弹性体凝胶剂材料，分批加入步骤s1得到的熔化的有机相变材料中，加热并维持搅拌直至完全溶解为均匀粘稠液体；

6、s3、称取0.5～1.5重量份交联剂，0.05～0.15重量份紫外光引发剂，0.05～0.15重量份成核剂，依次加入步骤s2得到的均匀粘稠液体中，维持搅拌直至其完全溶解；

7、s4、将步骤s3得到的均匀粘稠溶液倾倒至定型模具，维持温度在高于其相变温度10℃的条件下，经充分冷却后即可获得具有单交联网络的有机凝胶相变材料；

8、s5、将步骤s4得到的具有单交联网络的有机凝胶相变材料置于透明真空袋中并进行真空处理，随后放入紫外交联机中进行固化处理，最终获得具有双交联网络的有机凝胶相变材料。

9、采用上述技术方案：

10、本发明中，以有机相变材料为主体，通过弹性体凝胶材料经过加热及退火定型引发物理交联，构建物理交联网络，再利用紫外光引发剂在紫外光照射下引发化学交联，构建化学交联网络，通过双网络互穿制得了形状稳定的柔性凝胶相变材料，具有优良的防泄漏作用，减轻使用过程的渗液现象；

11、并且双网络体系中的化学交联点使得凝胶相变材料具有优良的韧性，物理交联点使得凝胶相变材料具有优良的刚性，这种协同作用使得凝胶相变材料具有优异的力学性能，在较大货物载荷时不易变形及破损；

12、紫外光照射引发反应交联对有机相变材料类型适应性广，可将有机相变材料的溶剂体系拓展至除烷烃外的脂肪醇、脂肪酸以及脂肪酸酯等体系，可针对更多的应用场景进行适配；

13、所用凝胶剂材料与交联剂形成网络的原理简单，加工方便，紫外光引发易进行生产规模放大，能耗较小。

14、其中，所述有机相变材料为直链脂肪烷烃、一元脂肪醇、一元脂肪酸、长链脂肪酸酯中的一种或几种的混合物。

15、其中，所述弹性体凝胶剂材料为苯乙烯嵌段共聚物、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶中的一种或几种的混合物。

16、优选地，所述苯乙烯嵌段共聚物为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sbs)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(sis)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(seps)中的一种或几种的混合物。

17、其中，所述步骤s2中的加热温度为80～100℃。

18、优选地，所述步骤s2中的加热温度低于所述有机相变材料的闪点。

19、其中，所述交联剂为双官能度或多官能度小分子化合物。根据有机相变材料体系可选择双丙烯酸酯类或双乙烯基类中的一种或几种的混合物。

20、其中，所述紫外光引发剂为苯偶酰类、烷基苯酮类和酰基磷氢化物中的一种或几种的混合物，其引发波长在254nm、395nm或宽波引发。

21、其中，所述成核剂为与所述有机相变材料相融的高熔点有机物或可分散的微米级无机物，如十四醇、表面改性的微米氧化铝等。

22、本发明的第二方面，提供一种双交联网络有机凝胶相变材料，采用上述双交联网络有机凝胶相变材料的的制备方法制备而成。

23、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、(1)本发明中有机凝胶相变材料具有物理和化学交联的双网络，其以有机相变材料为主体，通过弹性体凝胶材料经过加热及退火定型引发物理交联，构建物理交联网络，再利用紫外光引发剂在紫外光照射下引发化学交联，构建化学交联网络，通过双网络互穿制得了形状稳定的柔性凝胶相变材料，具有优良的防泄漏作用，减轻使用过程的渗液现象；

25、(2)双网络体系中的化学交联点使得凝胶相变材料具有优良的韧性，物理交联点使得凝胶相变材料具有优良的刚性，这种协同作用使得凝胶相变材料具有优异的力学性能，在较大货物载荷时不易变形及破损；

26、(3)紫外光照射引发反应交联对有机相变材料类型适应性广，可将有机相变材料的溶剂体系拓展至除烷烃外的脂肪醇、脂肪酸以及脂肪酸酯等体系，可针对更多的应用场景进行适配；

27、(4)所用凝胶剂材料与交联剂形成网络的原理简单，加工方便，紫外光引发易进行生产规模放大，能耗较小。