一种自愈合水凝胶相变材料及其制备方法与流程

本发明涉及相变材料，尤其是涉及一种自愈合水凝胶相变材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着人们对食品安全和医疗药品质量要求的日益提升，安全、可靠的冷链物流运输越来越受到人们的重视。由于运输过程中温度的波动会对产品的质量造成不良影响，因此适用于冷链运输不同温度下的安全、可靠、廉价易得的蓄冷材料始终是冷链物流行业重大需求。

2、相变材料是一种在特定温度发生相态转变的能源材料。由于相变过程往往伴随着能量的存储或释放，即向外界吸收或释放潜热，因此可以达到调节外界温度的目的，从而广泛应用于冷链物流、建筑等领域。

3、在常用的相变材料中，无机水和盐相变材料因其相变潜热大、价格低、不易燃，安全无毒等优点在众多领域广泛应用，然而，这类相变材料在相变过程中存在过冷度大、易发生相分离、循环稳定性差、易泄露等问题，制约了其进一步在冷链运输领域的应用。

4、近年来，水凝胶作为一种环境友好的含水高分子聚合物受到了人们的广泛关注。将水凝胶与相变材料相结合可以有效防止水泄漏，且制备方法简单，成本低廉，已成为研究的热点。然而，在实际使用过程中，传统水凝胶的力学性能较差，易受外界作用而发生破坏，从而无法对相变材料起到保护作用，影响相变材料的使用寿命和安全性。专利cn202110802440.9公开了一种利用氢键实现水凝胶自修复的材料及其制备方法。然而，基于氢键的自修复水凝胶相变材料存在强度较弱，以及自修复速率慢等问题，限制了自修复相变水凝胶在实际应用中的推广。因此亟需一种自修复速率快且强度较强的水凝胶相变材料，以实现能被广泛应用。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的自修复水凝胶存在强度较弱、自修复速率慢等缺陷而提供一种自愈合水凝胶相变材料及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一为提供一种自愈合水凝胶相变材料，由以下重量份数的原料组成：

4、

5、进一步地，所述无机水合盐相变材料选自十水硫酸钠、三水醋酸钠、十二水磷酸氢二钠、十水碳酸钠或六水氯化钙中的至少一种。

6、进一步地，所述成核剂选自氯化钠、四硼酸钠、二水柠檬酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、九水硅酸钠或蔗糖中的至少一种。

7、进一步地，所述具有自我修复功能的单体选自3-乙烯基苯硼酸、4-乙烯基苯硼酸、3-氨基苯硼酸、3-羟基苯硼酸、4-羟基苯硼酸、3-羧基苯硼酸、3-羟甲基苯硼酸、4-羟甲基苯硼酸、4-巯基苯硼酸、3-(丙烯酰胺基)苯硼酸或4-(2-硝基乙烯基)苯硼酸中的至少一种。

8、进一步地，所述吸水类单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、葡萄糖、海藻酸钠、明胶或卡拉胶中的至少一种。

9、进一步地，所述交联剂选自n,n-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基砜、二乙烯基苯或三烯丙基异氰脲酸酯中的至少一种；

10、所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、光引发剂1173、光引发剂184或光引发剂907中的至少一种。

11、更进一步地，所述交联剂的份数为0-10份时，所述交联剂的份数优选不为0份的其它份数。

12、本发明的技术方案之二为提供一种自愈合水凝胶相变材料的制备方法，包括如下步骤：

13、(1)将无机水合盐相变材料、成核剂、去离子水混合，密封后搅拌均匀；

14、(2)将成核剂、具有自修复功能的单体、吸水类单体、交联剂依次加入到步骤(1)搅拌后的混合溶液中，保持密封并搅拌均匀；

15、(3)将引发剂溶解于去离子水中，并加到步骤(2)搅拌后的混合溶液中；

16、(4)将步骤(3)得到的溶液密封在模具中固化，脱模后，即制得自愈合水凝胶相变材料。

17、进一步地，步骤(1)中，搅拌的工艺为：在高于室温的恒温条件下搅拌至所述无机水合盐相变材料、成核剂完全融化混合。

18、更进一步地优选，步骤(1)中的搅拌温度为45℃。

19、进一步地优选，步骤(2)的搅拌温度为40℃。

20、进一步地优选，步骤(1)中的成核剂和步骤(2)中的成核剂为两种成核剂。

21、进一步地，步骤(3)中，将引发剂溶液逐滴滴加到步骤(2)搅拌后的混合溶液中。

22、进一步地，步骤(4)中，固化工艺包括加热固化和紫外固化。

23、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、(1)本发明的单体材料具有良好的吸水性，可与绝大多数无机水合盐相变材料相结合，且对无机水合盐相变材料的相变焓值影响较小。

25、(2)本发明的单体材料大幅度减少了无机水合盐相变材料的相分离现象，提升了无机水合盐相变材料的循环稳定性和使用寿命。

26、(2)本发明的水凝胶相变材料不仅具有相变作用，而且还具有自愈合的性能，因为添加的单体含有硼酸官能团，硼酸官能团在反应过程中可形成二聚体硼酸酯键，该二聚体结构为可逆动态共价键从而使水凝胶相变材料具有良好的自愈合性能，从而有效延长了水凝胶相变材料的使用寿命，大幅度提高了其使用安全性。同时，动态共价键的存在提供了较好的力学性能。

27、(3)本发明的自愈合水凝胶相变材料是一种绿色环保的材料，对环境无污染，对人体无毒无害，且价格低廉

28、(4)本发明的自愈合水凝胶相变材料的相变温度在5-35℃，可广泛应用于储藏运输温度在5-35℃之间的医疗药品、水果蔬菜等产品的冷链运输，商业化价值大，应用前景好。

技术特征：

1.一种自愈合水凝胶相变材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶相变材料，其特征在于，所述无机水合盐相变材料选自十水硫酸钠、三水醋酸钠、十二水磷酸氢二钠、十水碳酸钠或六水氯化钙中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶相变材料，其特征在于，所述成核剂选自氯化钠、四硼酸钠、二水柠檬酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、九水硅酸钠或蔗糖中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶相变材料，其特征在于，所述具有自我修复功能的单体选自3-乙烯基苯硼酸、4-乙烯基苯硼酸、3-氨基苯硼酸、3-羟基苯硼酸、4-羟基苯硼酸、3-羧基苯硼酸、3-羟甲基苯硼酸、4-羟甲基苯硼酸、4-巯基苯硼酸、3-(丙烯酰胺基)苯硼酸或4-(2-硝基乙烯基)苯硼酸中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶相变材料，其特征在于，所述吸水类单体选自丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、葡萄糖、海藻酸钠、明胶或卡拉胶中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶相变材料，其特征在于，所述交联剂选自n,n-亚甲基双丙烯酰胺、二乙烯基砜、二乙烯基苯或三烯丙基异氰脲酸酯中的至少一种；

7.一种如权利要求1-6任一所述一种自愈合水凝胶相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶相变材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，搅拌的工艺为：在高于室温的恒温条件下搅拌至所述无机水合盐相变材料、成核剂完全融化混合。

9.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶相变材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将引发剂溶液逐滴滴加到步骤(2)搅拌后的混合溶液中。

10.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶相变材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，固化工艺包括加热固化和紫外固化。

技术总结本发明涉及一种自愈合水凝胶相变材料及其制备方法，由无机水合盐相变材料、成核剂、具有自我修复功能的单体、吸水类单体、交联剂和去离子水制备得到，该自愈合水凝胶相变材料具有可动态共价键交联的化学结构。与现有技术相比，本发明的自愈合水凝胶相变材料是一种绿色环保的材料，对环境无污染，对人体无毒无害，且价格低廉；且本发明的自愈合水凝胶相变材料的相变温度在5‑35℃，可广泛应用于储藏运输温度在5‑35℃之间的医疗药品、水果蔬菜等产品的冷链运输，商业化价值大，应用前景好。技术研发人员：郭云龙,冒杰受保护的技术使用者：上海生生物流有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29