一种自调节温湿的双效干燥剂及其制备方法与流程

本发明属于干燥剂，具体涉及一种自调节温湿的双效干燥剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子设备向高能效、高密度、微型化方向发展，如5g通信模块、新能源汽车电池包等，其在运行过程中产生的热量急剧增加，导致电子元器件温度瞬间升高。同时，设备内部微环境的湿度也可能随之提升。高温和高湿环境会严重威胁电子元器件的安全运行，可能导致短路甚至火灾等不可挽回的损失。

2、现有温湿度调控技术存在明显缺陷。单一的温度控制方式，如采用导热片、热管、风冷等，无法解决湿度问题。单一的湿度控制方式，如在电子元器件壳体内放置硅胶、蒙脱石、氯化钙等干燥剂，虽然可以吸湿，但无法起到降温作用。此外，单纯的卤素干燥剂在吸湿饱和后，其渗出的卤素离子还可能腐蚀设备。传统的温湿度控制手段彼此割裂，而电子设备在工作过程中的温度和湿度是动态变化的，因此现有技术无法满足对设备内部环境进行智能、协同、高效的温湿度双重管理。同时，随着电子产品趋于小型化，传统的风冷或水冷等主动降温方式也因体积和能耗问题难以应用。

3、因此，亟需开发一种自调节温湿的双效干燥剂，克服现有温湿度调控材料的技术短板，实现单一材料的温控与干燥协同功能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种自调节温湿的双效干燥剂，能效高、节能、智能且稳定控温除湿，同时实现降温与干燥双重功能。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种自调节温湿的双效干燥剂，其为核壳结构，内核为具有高焓值的相变微胶囊，外壳为负载有吸湿性盐的温敏水凝胶；将相变微胶囊加入温敏水凝胶预聚液中，经原位聚合即形成核壳结构。

4、一种自调节温湿的双效干燥剂，其制备方法，包括以下步骤：

5、s1、在氮气保护下，将相变微胶囊加入温敏水凝胶预聚液中，搅拌均匀，得到液体一；

6、s2、将液体一升温至60-75℃，加入引发剂，反应2-5h后，降至室温，使用去离子水清洗2-4次后，干燥，即得。

7、优选的，所述步骤s1中，温敏水凝胶预聚液和相变微胶囊的质量比为100：（2-30）。

8、所述相变微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

9、a1、将相变材料加热至液态，得到熔融相变材料；

10、a2、水和乳化剂搅拌均匀，得到连续水相；

11、a3、将连续水相升温，加入熔融相变材料，搅拌乳化；

12、a4、乳化后加入单体和引发剂进行原位聚合，清洗过滤，干燥即得。

13、优选的，所述步骤a1中，相变材料包括但不限于烷烃、石蜡中的一种或两种。

14、优选的，所述烷烃为具有通式的直链饱和烷烃，其中n为14~30的整数，优选n为16~22。

15、优选的，所述步骤a1中，加热的温度≥相变材料的相变点。

16、优选的，所述步骤a2中，乳化剂包括离子型乳化剂和非离子型乳化剂中的一种或两种；进一步优选的，为离子型乳化剂和非离子型乳化剂，质量比为（1-3）：1。

17、优选的，所述离子型乳化剂包括但不限于十二烷基硫酸钠（sds）、十二烷基苯磺酸钠（sdbs）中的一种或两种。

18、优选的，所述非离子型乳化剂包括但不限于聚乙烯醇（pva）、阿拉伯胶中的一种或两种。

19、优选的，所述步骤a2中，水和乳化剂的质量比为100：（0.1-10）。

20、优选的，所述步骤a2中，搅拌的转速为200-600rpm。

21、优选的，所述步骤a3中，升温的温度为30-85℃，搅拌的转速为1000-5000rpm，乳化温度为30-85℃，乳化时间为10-30min。

22、优选的，所述水和相变材料的质量比为100：（2.5-25）。

23、优选的，所述步骤a4中，单体包括但不限于甲基丙烯酸甲酯（mma）单体。

24、优选的，所述步骤a4中，引发剂为过硫酸钾（kps）、过硫酸铵（aps）中的一种或两种；进一步优选的，为过硫酸钾（kps）和过硫酸铵（aps），质量比为（0.8-1.2）：1。

25、优选的，所述相变材料和mma单体的质量比为100：（20-100）。

26、优选的，所述mma单体和引发剂的质量比为10：（0.01-1）。

27、优选的，所述步骤a4中，原位聚合的温度为65-85℃，聚合时间为3-8h。

28、优选的，所述步骤a4中，清洗过滤的具体步骤为：真空抽滤，得到微胶囊产物；将产物使用去离子水交替洗涤2-5次。

29、优选的，所述真空抽滤的真空度为-0.05-0.1mpa，抽滤至滤饼不再滴水为止。

30、优选的，所述步骤a4中，干燥的具体条件为：温度为23-25℃，时间为48-72h，通风橱通风，且翻动3-5次。

31、所述温敏水凝胶预聚液的制备方法，包括以下步骤：

32、b1、将水升温，加入海藻酸钠（sa）溶入水中，得到水相；

33、b2、将水相降至室温后加入n-异丙基丙烯酰胺（nipam）单体充分搅拌，得到单体液体；

34、b3、往单体液体中通入氮气，加入交联剂、吸湿性盐，搅拌均匀后，在室温下反应1-2h，即得预聚液。

35、优选的，所述步骤b1中，水升温的温度为40-60℃。

36、优选的，所述步骤b2中，水相中的水和nipam单体的质量比为100：（0.5-3），nipam单体和水相中的sa的质量比为1：（0.3-1）。

37、优选的，所述步骤b2中，搅拌的转速为200-600rpm，搅拌时间为10-30min。

38、优选的，所述步骤b3中，交联剂包括n,n'-亚甲基双丙烯酰胺（mbaa），nipam单体和交联剂的质量比为10：（0.05-1）。

39、优选的，所述步骤b3中，吸湿性盐包括但不限于氯化锂、氯化镁、氯化钙、活性炭、分子筛中的任一种，nipam单体与吸湿性盐的质量比为1：（0.1-10）。

40、优选的，所述步骤s2中，引发剂为过硫酸钾（kps）、过硫酸铵（aps）中的一种或两种。

41、优选的，所述步骤s2中，温敏水凝胶预聚液的制备方法中的nipam单体和引发剂的质量比为10：（0.05-1）。

42、优选的，所述步骤s2中，干燥包括冷冻干燥或室温干燥。

43、优选的，所述冷冻干燥的具体步骤为：将清洗后的样品在-20℃预冻10-14h，然后在冷冻干燥机中于-50℃、10pa以下真空干燥45-50h。

44、优选的，所述室温干燥的具体条件为：温度为23-25℃，时间为48-72h，通风橱通风，且翻动3-5次。

45、通过利用pnipam的体积相变温度特性构建温敏水凝胶外壳，能够使得双效干燥剂根据环境温度自动切换吸湿模式与控温模式而无需外部干预的智能响应。双效干燥剂工作原理为：在低温运行或高湿环境储存状态时，pnipam分子链亲水舒展使水凝胶网络膨胀、孔隙开放，在高吸湿性盐如氯化锂协同下高效吸附并锁定环境中的水分子，显著降低微环境湿度，起到超强的防潮、防凝露等作用；当设备运行发热导致温度升高时，pnipam分子链发生亲疏水转变使网络疏水坍缩、孔隙关闭，强制释放出在吸湿模式中储存的大部分水分，实现凝胶自身的“干燥再生”，为下一吸湿周期做好准备，表明本发明制备得到的干燥剂具备优异的循环再生性能。同时内层相变微胶囊吸收热量发生固-液转变，壳吸收大量的热能而实现控温，进而实现单一材料在干燥与温控两大功能上的智能被动切换。

46、通过构建以高焓值相变微胶囊为内核、以吸附吸湿性盐的温敏水凝胶为外壳的核壳结构制备双效干燥剂，能够使单一材料同时实现智能温控与高效除湿的双重功效。这是因为内核相变材料在温度超过熔点时发生固-液相变，不仅大量吸收潜热，起到温度缓冲作用，还延迟温升效果，防止温度骤升导致的短路或火灾风险，满足电子元器件等电子设备的需求；外层pnipam与sa互穿网络水凝胶则通过温度响应调节孔隙状态协同吸湿或放湿。二者在空间上耦合使降温与干燥功能在单一材料内被动协同，无需传统相互独立的温湿度控制系统。此外，聚合物外壳将相变材料的固-液转变限制在相变微胶囊内，水凝胶网络则将潮解后的盐溶液锁定在凝胶孔隙中，保证超强吸湿效果的同时避免了传统卤素干燥剂吸湿饱和后直接接触电子元器件造成的腐蚀风险，保障了材料在长期循环过程中的结构稳定性。

47、将相变储热与温敏吸湿集成于同一被动响应材料体系，无需外界能量干预即可同时实现控温与除湿的绿色节能效果。这是因为相变微胶囊的潜热吸收和pnipam的温度响应均为物理自驱动过程，材料直接利用设备运行产生的环境热能触发温敏转变和干燥剂再生，避免了传统风冷、水冷或电加热再生方式带来的额外能量损耗，满足电子设备向高能效、高密度、微型化发展的需求。即无需外界的能量干预，减少能量损耗，达到控温需求的同时满足绿色能耗需求。

48、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：

49、1、本发明提出一种自调节温湿的双效干燥剂，能够根据环境温湿度变化自动切换工作模式，低温高湿时高效吸湿防潮，高温时自动释水再生并通过相变潜热实现降温，无需外部能源与干预。

50、2、智能响应：环境的温湿度改变时，微胶囊相变材料以及吸湿性盐发生相应的变化，自动调节物件的温度或湿度（如：降温或吸湿），无需外部干预。

51、3、双重功效：集“降温”与“干燥”功能于一体。通过相变微胶囊的潜热吸收实现降温，通过温敏水凝胶的开关效应和高吸湿性盐实现湿度智能调节。

52、4、绿色节能：整个工作过程无需外界能量输入，仅依靠材料自身的物理化学变化即可实现对温湿度的被动式管理，大幅降低能耗。

53、5、本发明制备得到的双效干燥剂兼具智能响应、温湿双控、绿色节能优势，吸湿率、控温延时与循环稳定性远优于传统硅胶，无腐蚀泄露风险，适配5g通信、新能源汽车电池包等微型化高能效电子设备的温湿管控。