水凝胶热管理性能分析与制备方法研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.003

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (5): 18-24.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.003

水凝胶热管理性能分析与制备方法研究

李亚娇(), 李宁, 仇思源, 陈元民, 王文昊, 孙靖尧()

北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2024-07-22 出版日期:2025-05-26 发布日期:2025-05-22
通讯作者: 孙靖尧（1991—），男，见习教授，从事聚合物先进制造、复合材料成型方法及装备等方面研究，sunjingyao@mail.buct.edu.cn
E-mail:2022210426@buct.edu.cn;sunjingyao@mail.buct.edu.cn
作者简介:李亚娇（1998—），女，在读硕士研究生，从事聚合物材料加工制备工作，2022210426@buct.edu.cn
第一联系人：地址：北京市海淀区阜成路11号《中国塑料》杂志社
邮编：100048

Preparation method and performance analysis of hydrogel for thermal management

LI Yajiao(), LI Ning, QIU Siyuan, CHEN Yuanmin, WANG Wenhao, SUN Jingyao()

College of Electromechanical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2024-07-22 Online:2025-05-26 Published:2025-05-22
Contact: SUN Jingyao E-mail:2022210426@buct.edu.cn;sunjingyao@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用共混体系制备壳聚糖（CS）水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、透明质酸水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶，对比史莱姆水凝胶、去离子水，探究不同水凝胶在隔热保温方向的热管理性能，筛选在两侧温差不大的场景下，具有优异热管理性能的水凝胶材料。结果表明，CS水凝胶的隔热性能、热锁水性能最优异，且具有阻燃性能，在两侧温差不大的场景下，可作为热管理材料使用，并研究分析了CS水凝胶的隔热机理。

关键词: 壳聚糖水凝胶, 隔热, 热管理材料

Abstract:

CS （chitosan）⁃， polyvinyl alcohol⁃， hyaluronic acid⁃， polyacrylamide⁃based hydrogels were prepared by using a blending method. Through comparing these hydrogels with the Slime hydrogel and deionized water， the thermal management performance of different hydrogels in the direction of heat insulation and heat preservation was investigated， and the hydrogel materials with excellent thermal management performance were selected in the scenarios at the temperatures with a less difference between the two sides. The results indicated that the CS⁃based hydrogel had the most excellent thermal insulation， thermal water locking， and flame⁃retardant performance. It could be used as a thermal management material in the scenarios at the temperatures with a less difference between the two sides. The thermal insulation mechanism of the CS⁃based hydrogel was also analyzed.

Key words: chitosan hydrogel, thermal insulation, thermal management material

中图分类号:

TQ320.7

李亚娇, 李宁, 仇思源, 陈元民, 王文昊, 孙靖尧. 水凝胶热管理性能分析与制备方法研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 18-24.

LI Yajiao, LI Ning, QIU Siyuan, CHEN Yuanmin, WANG Wenhao, SUN Jingyao. Preparation method and performance analysis of hydrogel for thermal management[J]. China Plastics, 2025, 39(5): 18-24.

图/表 15

图1 CS水凝胶的制备工艺流程

Fig.1 Preparation process of the CS hydrogel

图2 热管理水凝胶样品

Fig.2 Thermally managed hydrogel samples

图3 CS水凝胶的（a）合成机理，（b）交联结构，（c）示意图和（d）实物照片

Fig.3 （a） Synthesis mechanism，（b） cross⁃linking structure，（c） schematic diagram and （d） physical image of the CS hydrogel

图4 PVA水凝胶的制备工艺流程

Fig.4 Preparation process of the PVA hydrogel

图5 PVA水凝胶的制备机理

Fig.5 Preparation mechanism of the PVA hydrogel

图6 隔热性能测试示意图

Fig.6 Schematic diagram of the thermal insulation performance test

图7 热锁水性能测试示意图

Fig.7 Schematic diagram of the thermal water lock performance test

图8 CS水凝胶的微观形貌

Fig.8 Microscopic morphology of the CS hydrogel

图9 水凝胶隔热性能测试结果（热板温度为50 ℃）

Fig.9 Hydrogel thermal insulation performance test results（hot plate temperature of 50 ℃）

图10 水凝胶隔热性能测试结果（热板温度为60 ℃）

Fig.10 Hydrogel thermal insulation performance test results（hot plate temperature of 60 ℃）

图11 水凝胶隔热性能测试结果（热板温度为70 ℃）

Fig.11 Hydrogel thermal insulation performance test results （hot plate temperature of 70 ℃）

图12 交联（a）前（b）后的水凝胶状态

Fig.12 Hydrogel state （a）before and （b） after crosslinking

图13 120 ℃热板加热水凝胶实验样品的（a）初始状态、（b）加热20 s和（c）完全干燥后的状态对比

Fig.13 Comparison of （a） initial，（b） heating for 20 s and （c） completely drying state of the hydrogel samples in 120 ℃ hot plate heating experiment

样品	td/min	md/g	热锁水能力
X1	67	0.06	很强
X2	28	0.13	较强
X3	20	0.22	一般
X4	42	0.02	强
X5	1	0	差

表1 各种水凝胶在120 ℃恒温热板加热下的失水情况

Tab.1 Water loss of various hydrogels under constant temperature hot plate heating at 120 ℃

图14 CS水凝胶阻燃效果

Fig.14 Flame retardant performance of the CS hydrogel

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Preparation method and performance analysis of hydrogel for thermal management

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