一种自修复凝胶型蓄冷材料及其制备方法与流程

本发明属于蓄冷材料领域，尤其是涉及一种自修复凝胶型蓄冷材料及其制备方法。

背景技术：

1、消防救援人员、冶金工人、矿井工人等特殊工种常常在高温、酷暑环境下工作，需要配备降温背心等降温服装以满足其长时间作业的舒适性需求。降温背心等降温服装常使用蓄冷材料作为冷源，其降温原理为蓄冷材料从贴近皮肤处吸收人体热量，发生相变，降低体表温度，从而延长工作人员在高温环境中的工作时间，避免热应激的发生。溶液型蓄冷材料在相变后由于重力原因会向局部聚集，导致舒适性降低。凝胶型蓄冷材料在相变后仍能保持其原始形态，更适用于降温背心等降温服装。

2、申请公布号为cn114058145a的专利公开了一种双网络柔性蓄冷材料及其制备和应用，其将相变材料引入至聚丙烯酸钠/纤维素双网络凝胶中，制备了柔性蓄冷材料，其也考虑了实际使用过程中可能存在的冷应激反应，制备的柔性蓄冷材料可具有较高的相变温度，但其在较高相变温度时，相变焓值较低，同时，该材料不具备自修复功能，当凝胶在反复使用出现破损时，其无法重新愈合形成整体，其在再次冷冻时会出现不规则形状，导致其贴身使用时舒适性较差。

3、因此，降温背心等降温服装用凝胶型蓄冷材料仍存在相变温度较低、相变焓值不高以及实际使用过程中容易出现破损等缺陷。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种自修复凝胶型蓄冷材料及其制备方法，在提升其相变温度和相变焓值的基础上，实现其自修复功能，并且其在冷冻/解冻后均能保持原有形状，从而提高降温背心等降温服装的工作时长和舒适性能。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种自修复凝胶型蓄冷材料，该蓄冷材料由包括如下重量份数的原料制成：水溶性聚合物3-6份、有机硅氧烷2-5份、有机硼酸酯交联剂0.5-2份、溶剂100份、无机相变材料2-10份；所述水溶性聚合物含有羟基或羧基，所述有机硅氧烷含有2-4个硅氧烷基团。

4、进一步，所述水溶性聚合物为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一种。

5、进一步，所述有机硅氧烷为正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(三乙氧基甲硅烷基)-1-丙硫醇、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

6、进一步，所述有机硼酸酯交联剂为三苯基硼酸酯、三甲基硼酸酯、甲基三氟硼酸酯、乙基硼酸乙酯、叔丁基硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、蓖麻油烷醇酰胺硼酸酯中的至少一种。

7、进一步，所述溶剂为水、甘油、甲醇、乙醇、乙二醇和正己烷中的至少一种。

8、优选地，溶剂为水和/或甘油。

9、进一步，所述无机相变材料为结晶碳酸钾、十水碳酸钠、六水氯化钙、十水硫酸钠中的至少一种。

10、本发明还提供了一种如上述所述的自修复凝胶型蓄冷材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

11、1)将水溶性聚合物溶于溶剂中制得水溶性聚合物溶液；

12、2)将有机硅氧烷溶于溶剂中制得机硅氧烷水解液；

13、3)将水溶性聚合物溶液与有机硅氧烷水解液混合，并加入无机相变材料，搅拌至分散均匀，制得混合溶液；

14、4)将有机硼酸酯交联剂加入到混合溶液，搅拌后静置，制得自修复凝胶型蓄冷材料。

15、进一步，用于溶解水溶性聚合物的溶剂和用于溶解有机硅氧烷的溶剂的质量比为1:1。

16、进一步，水溶性聚合物的溶解温度为50-90℃。

17、本发明还提供了一种如上述任一项所述的自修复凝胶型蓄冷材料在降温服装上的应用。

18、相对于现有技术，本发明所述的自修复凝胶型蓄冷材料及其制备方法具有以下优势：

19、(1)本发明使用水溶性聚合物和有机硅氧烷构建网络结构，其交联键以及多重物理氢键作用能够赋予凝胶优异的力学性能，有机硅氧烷本身形成了网络结构以及其可与水溶性聚合物形成交联网络结构，可以赋予凝胶较好的强度，防止单独使用硼酸脂键制备的凝胶材料长时间放置出现变形的问题，使其在冷冻/解冻状态下均能保持原形貌。

20、(2)本发明使用的有机硼酸酯交联剂能够在溶剂中缓慢释放交联键，延长了其与水溶性聚合物和有机硅氧烷水解物混合后的交联时间，提升了可操作性；同时，含硼动态交联键可以赋予凝胶较好的自修复性能，使得凝胶在多次使用后仍然保持原有形态，提高其贴身使用时的舒适性。

21、(3)本发明中使用水溶性聚合物与硼酸酯交联构建网络，具有较好的力学性能，可使得溶剂的含量适当提升，溶剂含量比较高，焓值也相应提高，同时通过无机相变材料的引入，能够使其具有较高的相变焓值；而且，采用甘油等相变温度较高的溶剂，可以提升蓄冷材料的相变温度，避免传统蓄冷材料贴身使用时的冷应激反应，使其在使用过程中具备更高的舒适性。

技术特征：

1.一种自修复凝胶型蓄冷材料，其特征在于：该蓄冷材料由包括如下重量份数的原料制成：水溶性聚合物3-6份、有机硅氧烷2-5份、有机硼酸酯交联剂0.5-2份、溶剂100份、无机相变材料2-10份；所述水溶性聚合物含有羟基或羧基，所述有机硅氧烷含有2-4个硅氧烷基团。

2.根据权利要求1所述的自修复凝胶型蓄冷材料，其特征在于：所述水溶性聚合物为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的自修复凝胶型蓄冷材料，其特征在于：所述有机硅氧烷为正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(三乙氧基甲硅烷基)-1-丙硫醇、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的自修复凝胶型蓄冷材料，其特征在于：所述有机硼酸酯交联剂为三苯基硼酸酯、三甲基硼酸酯、甲基三氟硼酸酯、乙基硼酸乙酯、叔丁基硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、蓖麻油烷醇酰胺硼酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的自修复凝胶型蓄冷材料，其特征在于：所述溶剂为水、甘油、甲醇、乙醇、乙二醇和正己烷中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的自修复凝胶型蓄冷材料，其特征在于：所述无机相变材料为结晶碳酸钾、十水碳酸钠、六水氯化钙、十水硫酸钠中的至少一种。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的自修复凝胶型蓄冷材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的自修复凝胶型蓄冷材料的制备方法，其特征在于：用于溶解水溶性聚合物的溶剂和用于溶解有机硅氧烷的溶剂的质量比为1:1。

9.根据权利要求7所述的自修复凝胶型蓄冷材料的制备方法，其特征在于：水溶性聚合物的溶解温度为50-90℃。

10.一种如权利要求1-6任一项所述的自修复凝胶型蓄冷材料在降温服装上的应用。

技术总结
本发明提供了一种自修复凝胶型蓄冷材料及其制备方法，该蓄冷材料由包括如下重量份数的原料制成：水溶性聚合物3‑6份、有机硅氧烷2‑5份、有机硼酸酯交联剂0.5‑2份、溶剂100份、无机相变材料2‑10份；所述水溶性聚合物含有羟基或羧基，所述有机硅氧烷含有2‑4个硅氧烷基团。本发明解决了降温服装用蓄冷材料使用时冷冻/解冻后不舒适和长时间使用易出现破损等问题，同时提升了蓄冷材料的相变温度和相变焓值，可避免传统蓄冷材料使用时易出现的冷应激反应。本发明提供的自修复凝胶型蓄冷材料可作为降温背心等降温服装的蓄冷材料使用。

技术研发人员：商珂,金星,王俊胜,王宏阳
受保护的技术使用者：应急管理部天津消防研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15