Page 80 - 《精细化工》2023年第8期

·1694· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

S-EBIL3 的去溶胀率为 37%。100 min 时，相变凝胶 变温度表现出可调节特性，通过改变相变体系中离
的去溶胀率达到平衡点，此时 S-EBIL0 和 S-EBIL3 子液体含量可制备不同相变温度的相变材料。与纯
的去溶胀率分别为 81%和 60%。由 SEM 表征结果 相变材料相比，制备的相变凝胶应用范围更广。
可知，含有离子液体的相变凝胶基材孔径缩小，相
变材料排出量降低。因此，相同温/湿度条件下，离
子液体相变凝胶的相变材料泄漏量也低于不含离子
液体的相变水凝胶 [36] 。
图 8b 是经过去溶胀实验的相变凝胶在 25 ℃去
离子水中的溶胀动力学曲线。可以看出，随着离子
液体含量升高，相变凝胶的溶胀率也呈现下降趋势。
0~70 min 内，相变凝胶的溶胀率迅速上升，70 min
后 S-EBIL2 和 S-EBIL3 溶胀率开始减缓。S-EBIL0
的溶胀率始终高于其他含有离子液体的相变凝胶，
80 min 时，S-EBIL0 的溶胀率可达 390%，而 S-EBIL3 图 9 相变凝胶的 DSC 曲线
的溶胀率仅为 240%。当温度高于基材相变温度时， Fig. 9 DSC curves of phase change hydrogels

相变凝胶内部氢键受到破坏，高分子链的疏水作用 表 2 相变凝胶的相变性能数据
占主导地位，基材孔径收缩，相变材料沿着孔径结 Table 2 Phase transition properties of phase change hydrogels
构排出。温度低于基材相变温度时，亲水性的酰胺 相变过程

基团迅速吸引水分子，高分子链扩张，水分子在毛 T onset/℃ T peak/℃ ΔH s/(J/g)
细管力的作用下经过基材孔通道扩散，再次形成三 H 2O –0.11 0.78 387.9
维网络的相变凝胶。相变凝胶具有对外界温度的敏感 S-EBIL0 –2.17 –0.13 291.2
性，反复吸收与释放相变材料，实现循环复用 [23,34-35] 。 S-EBIL1 –4.78 –0.96 252.9
以上实验现象可能与离子液体填充在聚合物基 S-EBIL2 –6.07 –2.36 214.6
材中有关。一方面，不含离子液体的水凝胶聚合物 S-EBIL3 –8.52 –2.73 178.7
基材孔径大于含有离子液体的基材孔径，水分扩散 注：T onset 为初始相变温度；T peak 为相变峰值温度；ΔH s 为
相变材料的熔融焓。
速率受到阻碍；另一方面，离子液体填充在基材孔

隙结构中，离子液体与 UPy 基团及聚合物高分子链
2.5.2 导热性能分析
之间存在相互作用力，离子液体阴离子与高分子链
图 10 是相变凝胶的导热系数图。
之间存在氢键，两者之间的作用力大于高分子侧链
的酰胺基团对水分子的吸引力，水分子难以排出或
者进入孔隙中。因此，添加离子液体的相变凝胶去
溶胀率和溶胀率低于未添加离子液体的相变水凝
胶。基材释放相变材料的能力降低，也有助于减少
相变材料泄漏现象，性质会更稳定。
2.5 热性能分析
2.5.1 储热性能分析
相变材料的相变焓值及相变温度测试结果如图
9 和表 2 所示。

如图 9 和表 2 所示，随着离子液体含量的升高，
图 10 相变凝胶的导热系数
相变凝胶的相变温度逐渐降低。纯 H 2 O 相变温度为 Fig. 10 Thermal conductivity of phase change hydrogels
–0.11 ℃，对于 0 ℃以下的产品保冷则不适用，应
用范围比较局限。然而，离子液体作为相变材料时， 如图 10 所示，S-EBIL0 的导热系数最高，为
相变凝胶的相变温度为–10~0 ℃，相变焓值最高为 0.5836 W/(m·K)，随着离子液体含量增加，相变凝胶
252.9 J/g，可以拓宽相变材料的应用范围。由于离 的导热系数有所下降，但均远高于离子液体。由于
子液体的存在，使得水分子先发生极化，极化后的水 离子液体和水的热导率分别为0.1875和0.5930 W/(m·K)，
分子再与高分子链的酰胺基团相互作用形成氢键 [37] ， 因此，制备的相变凝胶导热系数会高于纯离子液体，低
降低相变凝胶相变温度。因此，制备的相变凝胶相 于水的导热系数。S-EBIL1 导热系数为 0.5207 W/(m·K)，