Page 81 - 《精细化工》2023年第8期

第 8 期 陈小菁，等: 基于四重氢键的自修复温敏相变凝胶的制备及性能 ·1695·

与 S-EBIL0 相比下降 10.78%，与纯离子液体相比提 始的 178.7 J/g 下降到 178.6 J/g。结果表明，制备的
高 177.7%。其余样品与 S-EBIL0 相比导热系数分别 相变凝胶热稳定性好，具有可循环使用性，实际使
下降 11.7%和 16.8%，与纯离子液体相比分别高出 用寿命长。
174.8%和 158.9%。离子液体与聚合物基材结合后形
成界面热阻，相变凝胶的声子散射增大，相变材料
在凝胶网络中的热传导受到阻碍。因此，随着离子
液体含量升高，相变凝胶的导热系数会稍微降低。
2.5.3 热稳定性分析
相变凝胶 S-EBIL0、S-EBIL3 与离子液体的 TGA
和 DTG 曲线如图 11a 和 b 所示。可以看出，相变凝
胶的热分解过程分两个阶段：第一阶段为水蒸发失
重；第二阶段为离子液体与聚合物分解。聚合物在
354 ℃开始分解，在 404 ℃达到最大分解速率点，

429 ℃分解过程终止。离子液体在 338 ℃开始分解， 图 12 S-EBIL3 相变凝胶升降温循环 10 次后的 DSC 曲线
在 423 ℃达到最大分解速率点，479 ℃分解过程终 Fig. 12 DSC curves after 10 cycles of S-EBIL3 phase
change hydrogel
止。相变凝胶分解温度大于 300 ℃，远高于相变凝
胶的工作温度，表明相变凝胶具有较好的热稳定性。
3 结论

以性质稳定、相变焓值较高的离子液体水溶液
作相变材料，将 UPy 基团引入到温敏型聚合物基材
中，制备了具备自修复能力的温敏型相变凝胶，并
对自修复温敏相变凝胶进行了系列表征，得出以下
结论：
（1）聚合物基材互穿三维网络能在四重氢键的
作用下迅速实现自修复功能，离子液体含量最高的
S-EBIL3 在应变 γ=500%、应变持续时间为 30 s 时，
自修复效率为 95.5%，能经受多次破坏-自修复过程，
具备良好的机械性能与自修复性能，可以延长定型
相变材料的使用寿命。
（2）相变凝胶具备温度敏感性，温度高于聚合
物基材相变温度时相变凝胶网络收缩，离子液体对
相变凝胶的去溶胀率和溶胀率有一定的抑制作用，
能减少相变材料的泄漏，保护内装产品。
（3）相变凝胶最高焓值为 252.9 J/g，相变温度
为–10~0 ℃。热性能稳定，经历多次升降温后相变
焓值基本不变，在冷链物流和冷藏保鲜方面具有应

图 11 相变凝胶与离子液体的 TGA（a）和 DTG（b）曲线 用潜质。
Fig. 11 TGA (a) and DTG (b) curves of phase change
hydrogels and IL 参考文献：

2.5.4 热循环性分析 [1] YANG H Y, WANG Y Z, YU Q Q, et al. Low-cost, three-dimension,
high thermal conductivity, carbonized wood-based composite phase
对比相变材料经过多次升降温相变焓值变化， change materials for thermal energy storage[J]. Energy, 2018, 159:
测试相变凝胶的热循环稳定性。图 12 是 S-EBIL3 929-936.
[2] WANG L, KONG X F, REN J L, et al. Novel hybrid composite phase
经过 10 次升降温循环实验的 DSC 曲线。 change materials with high thermal performance based on aluminium
如图 12 所示，多次升降温循环实验后，DSC nitride and nanocapsules[J]. Energy, 2022, 238: 121775.
曲线重合度高，离子液体相变凝胶的相变温度和相 [3] PIELICHOWSKA K, PIELICHOWSKI K. Phase change materials
for thermal energy storage[J]. Progress in Materials Science, 2014,
变焓值基本保持一致。S-EBIL3 的相变温度从初始 65: 67-123.
的–8.52 ℃降为–8.54 ℃。S-EBIL3 的相变焓值由初 [4] SAFARI A, SAIDUR R, SULAIMAN F A, et al. A review on