一种柔性隔热控温相变材料及制备和应用

本发明属于复合定型相变材料领域，特别涉及通过相转化、冷冻干燥、真空浸渍等方法合成可用作极端温度环境下人体热防护柔性隔热控温相变材料的制备方法。

背景技术：

1、生活、工作过程中，人类不可避免的会面临或高或低的极端温度环境，为了保证人体温度环境的相对稳定，亟需高效的人体热防护技术。

2、相变材料在相变过程中可吸收大量热并保持温度相对稳定，因此可作为热防护功能材料用于人体温度热管理。但是，传统的相变材料往往具有固态刚性及液态泄漏的问题，极大的限制了其应用表现。另外，为了储热控温的同时进一步减少人体与环境之间的热传递，降低材料的热导率也非常重要。因此亟需具有优异柔性、定型效果好、热导率低的相变材料体系。

3、本发明以有机聚合物为原料，通过相转化、冷冻干燥制备柔性载体，然后将相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得柔性定型相变材料。在产物中，相变材料具有优秀的储热性能、柔性和形状稳定性，同时，该体系热导率明显下降，表现出优秀的热能储存、温度控制及隔热性能，该体系可用于极端温度环境下人体热防护。

技术实现思路

1、本发明提出了一种以聚合物为原料，通过相转化、冷冻干燥得到柔性载体，然后相变材料通过真空浸渍浸入其中最终制得柔性相变材料。

2、合成的柔性相变材料包括以下步骤：

3、(1)将聚合物溶液刮涂、相转化及过冷冻干燥制备得到柔性聚合物载体；

4、(2)将相变材料与(1)中得到的载体混合，置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中，制得柔性相变材料。

5、进一步地，所述权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚合物溶液质量分数为5％-20％，(优选范围8％-15％)，且当质量分数为8-10％时效果最佳。

6、所述步骤(1)聚合物可为纤维素、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上。

7、所述步骤(1)聚合物溶液的溶剂可为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或两种以上。

8、进一步地，所述权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)刮涂得到的聚合物复合膜的厚度为50um-500um(优选范围100um-200um)，且当膜厚度为150-200um时，负载效果最好。

9、所述步骤(1)中的相转化溶液为水，置换时间为1-4h，优选2-4h，且当时间为3-4h时，转化效果最好。

10、所述步骤(1)中的冷冻干燥温度为-20℃--5℃(优选范围-20℃--10℃)，时间为48-72h(优选范围48-60h)；且当，温度为-15--10℃，时间为48-55h时，冻干效果最佳。

11、进一步地，所述权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的相变材料为石蜡，聚乙二醇，脂肪醇，脂肪酸中的一种或二种以上，相变材料的负载量为50％-90％，且当相变材料为石蜡时负载量更佳。

12、进一步地，所述权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中真空烘箱的设定温度为80-100℃(优选范围80-90℃)，真空度为0-0.1mpa，且当温度为80-85℃时，效果最佳；

13、所述步骤(2)中真空浸渍的时间为2-5h(优选范围2-4h)，且当时间为3-4h时效果最佳。

14、最终制得的聚合物相变材料膜为柔性相变材料；

15、最终制得的柔性相变材料热导率低；

16、最终制得的相变材料具有良好的柔性及弯曲延展性，定型效果好，相变焓大，循环性能好。

17、本发明对于制备条件要求低，操作简便，制得的复合定型相变材料具有优秀的储热性能、柔性和形状稳定性，同时，该体系热导率明显下降，表现出优秀的热能储存、温度控制及隔热性能，该体系可用于极端温度环境下人体热防护。

技术特征：

1.一种柔性隔热控温相变材料的制备方法，其特征在于具体以下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚合物溶液质量分数为5％-20％，(优选范围8％-15％)，且当质量分数为8％-10％时效果最佳。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)刮涂得到的聚合物复合膜的厚度为50um-500um(优选范围100um-200um)，且当膜厚度为150-200um时，负载效果最好；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的相变材料为石蜡、聚乙二醇、脂肪醇、脂肪酸中的一种或二种以上，相变材料的负载量为50％-90％，且当相变材料为石蜡时负载量更佳。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中真空烘箱的设定温度为80-100℃(优选范围80-90℃)，真空度为0--0.1mpa，且当温度为80-85℃时，效果最佳；

6.一种权利要求1-5任一所述的制备方法制备获得的相变材料。

7.一种权利要求6所述的柔性相变材料可作为储能材料用于极端温度(50℃以上及-30℃以下)环境下人体热防护。

技术总结本发明公开了一种柔性隔热控温相变材料制备和应用，具体包括以下工艺步骤：(1)将聚合物溶液通过刮涂、相转化及冷冻干燥制得柔性聚合物载体。(2)将相变材料与(1)中得到的载体混合，置于真空烘箱中使相变材料充分进入到载体结构中，制得柔性隔热控温相变材料。本发明制得的柔性隔热控温相变材料为柔性薄膜，具有良好的弯曲延展性，定型效果好，相变焓大，循环性能好，热导率低，可以用于极端温度环境下人体热防护。技术研发人员：史全,孙克衍,张馨予受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18