一种水凝胶的热响应性能的调控方法

本发明涉及功能高分子材料与热管理材料，尤其涉及一种水凝胶的热响应性能的调控方法。

背景技术：

1、由于水凝胶的内部含有大量水分，在低温环境中，水凝胶会发生显著的水-冰相变过程，从而表现出特殊的热响应特性，在寒区工程、温控结构及储能材料等领域具有潜在应用价值。

2、现有研究表明，水凝胶的热响应行为与其内部水分存在状态密切相关。然而，现有的调控方法主要通过改变原料配比或交联条件，来影响水凝胶的结构特性，缺乏有效的后处理调控手段，难以实现对水分状态的精细调节。此外，单一调控手段往往难以兼顾结构稳定性与热响应性能之间的协同优化。

3、因此，如何开发一种新的调控方法，通过多阶段协同作用，实现对水凝胶内部水分状态及其热响应性能的可控调节，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种水凝胶的热响应性能的调控方法，本发明提供的调控方法，基于交联结构预设与冻融循环耦合，能够有效调节水凝胶的内部水分状态，从而获得具有目标热响应性能的水凝胶。

2、本发明提供了一种水凝胶的热响应性能的调控方法，包括以下步骤：

3、（1）将海藻酸盐、水和交联剂溶液混合进行交联反应，得到水凝胶；

4、（2）将水凝胶进行冻融循环，冻融循环包括依次进行冷冻和融化，冷冻的温度不高于-2℃，冷冻的单次时间为11~13h，融化的温度不低于0℃，融化的单次时间为11~13h。

5、优选的，海藻酸盐为海藻酸钠。

6、优选的，交联剂溶液中的交联剂为钙盐。

7、优选的，交联剂溶液的浓度为1.8~11wt%。

8、优选的，交联剂溶液中交联剂和海藻酸盐的质量比为20~110:23~53。

9、优选的，交联反应的温度为19~21℃，时间为0.5小时以上。

10、优选的，交联反应为一步交联反应或分段交联反应；分段交联反应包括依次进行的初步交联和第二交联；初步交联的时间为10~15h；第二交联的时间为40~48h。

11、优选的，冻融循环的次数为1次以上。

12、本发明还提供了上述方案的水凝胶的热响应性能的调控方法制备得到的热响应水凝胶。

13、本发明还提供了上述方案的热响应水凝胶在温度调控领域或热管理材料领域中的应用。

14、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

15、本发明提供了一种水凝胶的热响应性能的调控方法，通过交联结构预设与冻融循环耦合作用，能够有效调节热响应水凝胶的内部水分状态，从而实现其热响应性能的调控，获得具有目标热响应性能（在目标温度区间内具有特定热响应特性）的热响应水凝胶。具体来说，本发明具有如下优势：

16、1）调控路径明确：通过“交联结构预设+冻融循环处理”的双阶段调控，实现从结构设计到性能调节的全过程控制；

17、2）调控精度高：不同交联条件与冻融参数的组合，能够实现对热响应水凝胶的内部水分状态的精细调节；

18、3）适用性强：无需改变材料体系，仅通过工艺调控即可实现性能提升；

19、4）工程应用潜力大：本发明提供的调控方法得到的热响应水凝胶，在温度调控及寒区工程领域具有良好的应用前景。

1.一种水凝胶的热响应性能的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1的调控方法，其特征在于，海藻酸盐为海藻酸钠。

3.根据权利要求2的调控方法，其特征在于，交联剂溶液中的交联剂为钙盐。

4.根据权利要求1的调控方法，其特征在于，交联剂溶液的浓度为1.8~11wt%。

5.根据权利要求1的调控方法，其特征在于，交联剂溶液中交联剂和海藻酸盐的质量比为20~110:23~53。

6.根据权利要求1的调控方法，其特征在于，交联反应的温度为19~21℃，时间为0.5小时以上。

7.根据权利要求1的调控方法，其特征在于，交联反应为一步交联反应或分段交联反应；分段交联反应包括依次进行的初步交联和第二交联；初步交联的时间为10~15h；第二交联的时间为40~48h。

8.根据权利要求1的调控方法，其特征在于，冻融循环的次数为1次以上。

9.一种热响应水凝胶，其特征在于，采用上述方案的水凝胶的热响应性能的调控方法制备得到。

10.一种热响应水凝胶在温度调控领域或热管理材料领域中的应用，其特征在于，热响应水凝胶为权利要求9的热响应水凝胶。