一种用于水凝胶复合相变材料及制备方法与应用

本发明属于聚合物高分子材料，具体涉及一种用于人体控温的柔性水凝胶复合相变材料、制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，人类运用各项技术去营造更舒适的生活环境，其中重要的一个方向是创造舒适的热环境。保持热舒适性意义重大，因为人体的热条件对身体和心理健康至关重要，如果核心体温达到37.5℃-38.3℃以上的高热条件，甚至有可能危及人类的生命。因此，保持人体热舒适度的高效热管理非常重要。此外，合理调节人体热舒适度对节约建筑采暖、通风和空调系统的能耗有突出的影响。长期以来提升人体热舒适性的方法是大规模使用通风和空调系统，这些系统长期消耗大量化石能源。随着化石能源的日益枯竭、人类对环境保护问题的重视程度也在不断提高，亟待提出一种更节能、环境友好的个人热管理方案。

2、凉爽是人类最基本的需求之一。室内空调是最普遍也是最耗能的温度调控措施。空调耗能占全球能量消耗的40％之多，且成为导致全球变暖的因素之一。个人热管理系统，包括针对人体的可穿戴降温及制冷设备，为人体降温提供了一种节能有效的方法。传统的散热设备具有制冷不均匀、高耗能和便携性差等诸多问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于十水硫酸钠的个人热管理器件及其制备和应用，该方法所需生产设备简单，操作简单，操作简便，实验条件温和。所得的多功能个人热管理器件有效整合了降温，储能的两种功能，具有柔性及良好的稳定性，适用于可穿戴领域。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种水凝胶复合材料，包括基体组分、第一组分包括十水硫酸钠、硼砂、六偏磷酸钠，前后质量比例为80:2：0～8。

4、进一步地，还包括第二组分，其中成分包括：海藻酸钠、氯化钙、水，前后质量比例为0～5：0～20：0～10。

5、进一步地，还包括第三组分，其中成分包括：聚丙烯酸钠、硝酸铁，将两种材料充分混合均匀备用前后质量比例为8：1.6。

6、进一步地，所述第一组、第二组、第三组材料再在60℃下加热1000r/min高速搅拌均匀组成混合物。

7、一种水凝胶复合材料的制备方法，所述水凝胶复合材料为以上所述的水凝胶复合材料，包括以下步骤：

8、(1)将第一组分按照一定比例混合，在60℃下加热1000r/min高速搅拌均匀。

9、(2)将步骤(1)得到的混合物中加入第二组分，在60℃下加热1000r/min高速搅拌均匀；

10、(3)将步骤(2)得到的混合物中加入第三组分，在60℃下加热1000r/min高速搅拌均匀；低温冷却至十水硫酸钠完全结晶，得到目标水凝胶复合材料。

11、进一步地，步骤(1)的具体过程：将十水硫酸钠在60℃的环境下进行熔化，依次加入硼砂、六偏磷酸钠充分搅拌混合均匀。

12、进一步地，步骤(2)的具体过程：先将海藻酸钠加入步骤(1)溶液中，在60℃下加热1000r/min高速搅拌，再加入氯化钙水溶液在60℃下加热1000r/min高速搅拌均匀。

13、进一步地，步骤(3)的具体过程：将第三组分缓慢加入到步骤(2)中，加入过程要在60℃下加热1000r/min高速搅拌，形成混合均匀体，在10℃下冷却至十水硫酸钠完全结晶，得到目标水凝胶复合材料。

14、进一步地，所述步骤(3)中柔性水凝胶材料的相变焓值为100-150j/g，具有合适的相变温度24-29℃。

15、进一步地，产品可用作人体热管理，由于在冷藏后仍具有柔性，可与服装相结合，应用于人体降温方面。

16、制备的水凝胶复合材料具有柔性，稳定性高，相变焓较高，且制备过程简单，便于生产与封装，可大大提高生产效率，降低时间和成本的消耗。

17、水凝胶复合材料的使用可提高人体舒适度，减少空调的耗能，进而能够减少对化石能源的消耗，达到了节能减排的目的。

18、本发明通过水凝胶配方设计，能够有效降低温度，并且能够维持较长的时间。本发明水凝胶复合材料制备方法易于操作，具有一定柔性，能够有效为人体降低燥热感。

技术特征：

1.一种水凝胶复合相变材料，其特征是，

2.一种水凝胶复合相变材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种水凝胶复合材料制备方法，其特征是，步骤(1)的具体过程：将十水硫酸钠在60-80℃环境下进行熔化，依次加入硼砂、六偏磷酸钠在60-80℃下加热800-1500r/min高速搅拌均匀。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤(2)的具体过程：先将海藻酸钠加入步骤(1)溶液中，在60-80℃温度下加热800-1500r/min快速搅拌，再加入氯化钙水溶液在60-80℃温度下加热800-1500r/min快速搅拌均匀。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是，步骤(3)的具体过程：将第三组分加入到步骤(2)中，在60-80℃温度下800-1500r/min搅拌，形成混合均匀体，在10℃以下冷却至十水硫酸钠完全结晶，得到目标水凝胶复合材料。

6.一种权利要求1所述的水凝胶复合相变材料在热管理中的应用，其特征是，所述水凝胶复合相变材料为权利要求1所述的水凝胶复合材料。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征是，所述热管理是指其可用作人体热管理，其在冷藏后可应用于人体降温。

技术总结本发明提供了一种用于人体控温的柔性水凝胶复合相变材料，所述的制备方法包括以下步骤：步骤一、称取适量的十水硫酸钠、硼砂、六偏磷酸钠共混加热熔化；步骤二、加入适量海藻酸钠继续熔化；步骤三、将适量的氯化钙溶液加入步骤二中的溶液中，加热搅拌均匀；步骤四、称取一定比例的聚丙烯酸钠和硝酸铁，将聚丙烯酸钠和硝酸铁充分混合均匀；步骤五、将步骤四材料加入到步骤三中的溶液中，充分搅拌均匀。所述的水凝胶复合相变材料通过上述方法制备，所述的应用方法为步骤五将制备的复合相变材料用真空袋进行真空封装。本发明通过水凝胶配方设计，能够有效降低温度，并且能够维持较长的时间。本发明水凝胶复合材料制备方法易于操作，具有一定柔性，能够有效为人体降低燥热感。技术研发人员：史全,王冲威,董宏生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