CN101298552A - 纳米胶囊相变蓄冷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米胶囊相变蓄冷材料及其制备方法,纳米胶囊相变蓄冷材料包括芯材和囊壁壁材,芯材由有机相变蓄冷材料制成,胶囊壁材由脲醛树脂制成;芯材和壁材的质量比为5∶3或5∶2或10∶3。纳米胶囊壁材通过两类单体的聚合反应而形成,其中一类是油溶性单体,另一类是水溶性单体;油溶性单体和水溶性单体分别位于芯材液滴的内部和外部,并在芯材液滴的表面进行反应形成聚合物薄膜,首先是预聚物制备,其次是乳液制备,然后聚合,最后是后处理,得到纳米胶囊相变蓄冷材料。本发明改善了制备工艺,提高了包覆效率,降低了制备成本,提高了胶囊性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄冷材料,具体地说是一种纳米胶囊相变蓄冷材料及其制备方法。
背景技术
近年来由于我国经济快速发展,大、中城市空调系统不断普及,在整个城市的电力负荷中,空调系统的电力负荷占有相当大的比重,约为30-40%。而空调系统的电力负荷高峰时段和整个城市的电力负荷高峰时段重叠,这就造成了高峰时电力供应较紧张,同时也导致了低谷时电力负荷剩余。因此,在现有的空调系统中加入蓄冷系统,充分蓄存利用低谷期电力产生的冷量,而在高峰期释放蓄存的冷量,这样就可大大减少高峰期的电力负荷,缓解供电紧张的压力。
目前得到实际应用的蓄冷空调系统分为水蓄冷和冰蓄冷两种,两种系统的蓄能密度都较低,蓄能效率不高,造成蓄冷系统体积庞大,成本较高,只能应用于大型建筑物的集中式空调系统中。若将纳米胶囊相变蓄冷材料作为蓄冷介质,由于其蓄能密度高,体积小等优点,可以大大降低蓄冷系统的体积,提高蓄冷空调的效率。利用纳米胶囊相变蓄冷材料可以制成小型蓄冷空调系统,用于居民住宅制冷空调装置,这样就能大大地拓宽蓄冷空调系统的应用范围,达到缓解能源供应压力以及节能环保的目的。
现有的微胶囊相变蓄能材料,普遍存在材料制备成本高、工艺复杂、相变材料包覆效率低、封装牢固性差、循环耐久性不强等缺点。
发明内容
针对上述蓄冷材料存在的种种不足,本发明的目的是提供一种纳米胶囊相变蓄冷材料及其制备方法,它是将有机相变蓄冷材料包覆到脲醛树脂囊材内,制备成纳米胶囊相变蓄冷材料,强化蓄、放冷过程的传热,并解决蓄冷材料液相的泄漏和腐蚀问题。该蓄冷材料的相变温度在5-9℃与空调系统的工作温度相吻合,相变潜热较高为160-200kJ/kg,无过冷和相分离现象,无毒、无腐蚀性,性能稳定、重复性好。可克服水蓄冷空调系统蓄冷密度低和冰蓄冷空调系统蓄冷温度低的缺点,提高了蓄冷空调系统的蓄冷量和蓄冷效率,改善了蓄冷空调系统的经济性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种纳米胶囊相变蓄冷材料,包括芯材和囊壁壁材,芯材由有机相变蓄冷材料制成,其特征在于:所述胶囊壁材由脲醛树脂制成;芯材和壁材的质量比为5∶3或5∶2或10∶3。
一种上述纳米胶囊相变蓄冷材料的制备方法,其特征在于:纳米胶囊壁材通过两类单体的聚合反应而形成,其中一类是油溶性单体,另一类是水溶性单体;油溶性单体和水溶性单体分别位于芯材液滴的内部和外部,并在芯材液滴的表面进行反应形成聚合物薄膜,其具体步骤如下:
(1)预聚物制备:将2-5g尿素和12-20g甲醛加入锥形瓶中,加入20mL去离子水稀释,待尿素完全溶解后用三乙醇胺调节pH值至7-8,用磁力搅拌器加热搅拌反应1小时后再加入20mL热水稀释,温度控制在50-80℃,转速控制在200rpm。得到预聚物溶液;
(2)乳液制备:将0.5-1g的十二烷基硫酸钠乳化剂、1-3g的间苯二酚和1-8g的氯化钠加入100mL去离子水中,然后加入10-30g的十四烷蓄冷材料,使用磁力搅拌器搅拌,搅拌器的转速为1500rpm;温度控制在50-80℃,乳化完成后用200mL去离子水稀释,得到乳液;
(3)聚合:将预聚物溶液滴入乳液中,降低搅拌器转速至200rpm,滴入20%的甲酸溶液调节pH值至3-4之间,开始聚合反应,待反应容器内出现白色浑浊物后将搅拌器转速升高至500rpm,继续反应3-4个小时,反应温度控制在40-80℃;
(4)后处理:反应完成后过滤出沉淀,用50-80℃的去离子水洗涤3-5遍,然后在真空干燥箱内30℃下真空干燥24小时,得到纳米胶囊相变蓄冷材料。纳米胶囊相变蓄冷材料的尺寸在100nm左右,
本发明制备方法中,纳米胶囊外壳是通过两类单体的聚合反应而形成的,参加聚合反应的单体至少有两种,其中一类是油溶性单体,另一类是水溶性的单体。它们分别位于芯材液滴的内部和外部,并在芯材液滴的表面进行反应形成聚合物薄膜。
本发明中纳米胶囊相变蓄冷材料在蓄冷空调系统中工作原理如下:
在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷很低的时间),空调主机开机制冷并由蓄冷设备将冷量储存在纳米胶囊相变蓄冷材料中,纳米胶囊相变蓄冷材料因储存冷量而凝固成固体;待白天电网高峰用电时间(同时也是空调负荷高峰时间),再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要,而蓄冷材料则由固相融化成液相。这样,空调系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期,而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行,从而实现用电负荷“移峰填谷”。
纳米胶囊相变蓄冷材料除了用于蓄冷空调系统外;还可以作为空调系统的冷量输送介质(载冷剂),由于该介质的表观比热容比传统的冷量输送介质(水)大得多,且在冷量传递和交换过程中具有较好的等温性,因此,可使空调系统的循环泵功耗和输送管道尺寸相应减小。
与现有技术相比,本发明显著优点是:
(1)纳米胶囊相变蓄冷材料在流动过程以及蓄、放冷过程中,可显著增强其传热能力;另外,纳米胶囊也增加了相变蓄冷材料与流动介质之间的传热面积。
(2)纳米胶囊相变蓄冷材料与流动介质之间的换热属于直接接触式热交换,它不存在换热器间壁热阻以及换热器壁面冰层增厚产生的附加热阻。
(3)纳米胶囊还可减少一些具有腐蚀性的蓄冷材料与外部环境的接触,这样可拓展相变蓄冷材料的种类和选择范围,同时也降低了对蓄冷装置和热交换器的要求。
(5)纳米胶囊相变蓄冷材料除了用在直接接触式动态蓄冷系统外;还可作为空调系统的冷量输送介质(载冷剂),由于该载冷剂介质的表观比热容比传统的冷量输送介质(水)大得多,且在冷量传递和交换过程中具有较好的等温性,因此,可使空调系统的循环泵功耗和输送管道尺寸相应减小。
本发明改善了制备工艺,提高了包覆效率,降低了制备成本,提高了胶囊性能。
附图说明
图1为纳米胶囊相变蓄冷材料微观结构示意图。
具体实施方式
实施例1:
一种本发明所述的纳米胶囊相变蓄冷材料,包括芯材和囊壁壁材,芯材即为囊心物,囊壁壁材即为胶囊壁,由相变蓄冷材料制成的囊心物包覆在由脲醛树脂制成的胶囊壁内。囊心物与胶囊壁按5∶3的质量比构成。
一种上述纳米胶囊的制备方法,包括以下步骤:
(1)预聚物制备:将2g尿素和12g甲醛加入锥形瓶中,加入20mL去离子水稀释,待尿素完全溶解后用三乙醇胺调节pH值至7-8。用磁力搅拌器加热搅拌反应1小时,温度控制在70℃,转速控制在200rpm。完成后再加入20mL热水稀释。
(2)乳液制备:将0.5g的十二烷基硫酸钠乳化剂、1.5g的间苯二酚和2g的氯化钠加入100mL去离子水中,然后加入10g的十四烷蓄冷材料,使用磁力搅拌器以1500rpm的转速乳化30分钟,温度保持在70℃。乳化完成后用200mL去离子水稀释。
(3)聚合:将预聚物溶液滴入乳液中,然后将转速降低至200rpm,滴入20%的甲酸溶液调节pH值至3-4之间,开始聚合反应,待反应容器内出现白色浑浊物后将搅拌器转速升高至500rpm,继续反应3-4个小时,反应温度控制在60℃。
(4)后处理:反应完成后过滤出沉淀,用70℃的去离子水洗涤3-5遍,然后在真空干燥箱内30℃下真空干燥24小时,得到纳米胶囊相变蓄冷材料。
实施例2:
又一种本发明所述的纳米胶囊相变蓄冷材料,包括囊心物和胶囊壁,由相变蓄冷材料制成的囊心物包覆在由脲醛树脂制成的胶囊壁内。囊心物与胶囊壁按5∶2的质量比构成。
一种上述纳米胶囊的制备方法,包括以下步骤:
(1)预聚物制备:将3g尿素和14g甲醛加入锥形瓶中,加入20mL去离子水稀释,待尿素完全溶解后用三乙醇胺调节pH值至7-8。用磁力搅拌器加热搅拌反应1小时,温度控制在60℃,转速控制在200rpm。完成后再加入20mL热水稀释。
(2)乳液制备:将0.8g的十二烷基硫酸钠乳化剂、2g的间苯二酚和4g的氯化钠加入100mL去离子水中,然后加入15g的十四烷蓄冷材料,使用磁力搅拌器以1500rpm的转速乳化30分钟,温度保持在70℃。乳化完成后用200mL去离子水稀释。
(3)聚合:将预聚物溶液滴入乳液中,然后将转速降低至200rpm,滴入20%的甲酸溶液调节pH值至3-4之间,开始聚合反应,待反应容器内出现白色浑浊物后将搅拌器转速升高至500rpm,继续反应3-4个小时,反应温度控制在50℃。
(4)后处理:反应完成后过滤出沉淀,用70℃的去离子水洗涤3-5遍,然后在真空干燥箱内30℃下真空干燥24小时,得到纳米胶囊相变蓄冷材料。
实施例3:
又一种本发明所述的纳米胶囊相变蓄冷材料,包括囊心物和胶囊壁,由相变蓄冷材料制成的囊心物包覆在由脲醛树脂制成的胶囊壁内。囊心物与胶囊壁按10∶3的质量比构成。
一种上述纳米胶囊的制备方法,包括以下步骤:
(1)预聚物制备:将3g尿素和16g甲醛加入锥形瓶中,加入20mL去离子水稀释,待尿素完全溶解后用三乙醇胺调节pH值至7-8。用磁力搅拌器加热搅拌反应1小时,温度控制在80℃,转速控制在200rpm。完成后再加入20mL热水稀释。
(2)乳液制备:将1g的十二烷基硫酸钠乳化剂、3g的间苯二酚和5g的氯化钠加入100mL去离子水中,然后加入30g的十四烷蓄冷材料,使用磁力搅拌器以1500rpm的转速乳化30分钟,温度保持在80℃。乳化完成后用200mL去离子水稀释。
(3)聚合:将预聚物溶液滴入乳液中,然后将转速降低至200rpm,滴入20%的甲酸溶液调节pH值至3-4之间,开始聚合反应,待反应容器内出现白色浑浊物后将搅拌器转速升高至500rpm,继续反应3-4个小时,反应温度控制在80℃。
(4)后处理:反应完成后过滤出沉淀,用80℃的去离子水洗涤3-5遍,然后在真空干燥箱内30℃下真空干燥24小时,得到纳米胶囊相变蓄冷材料。
本发明改善了现有纳米胶囊相变蓄冷材料的制备工艺,提高了包覆效率,降低了制备成本,提高了胶囊性能。
Claims (6)
1、一种纳米胶囊相变蓄冷材料,包括芯材和囊壁壁材,芯材由有机相变蓄冷材料制成,其特征在于:所述胶囊壁材由脲醛树脂制成;芯材和壁材的质量比为5∶3或5∶2或10∶3。
2、一种权利要求1所述纳米胶囊相变蓄冷材料的制备方法,其特征在于:纳米胶囊壁材通过两类单体的聚合反应而形成,其中一类是油溶性单体,另一类是水溶性单体;油溶性单体和水溶性单体分别位于芯材液滴的内部和外部,并在芯材液滴的表面进行反应形成聚合物薄膜,其具体步骤如下:
(1)预聚物制备:将2-5g尿素和12-20g甲醛加入锥形瓶中,加入去离子水稀释,待尿素完全溶解后用三乙醇胺调节pH值至7-8,用磁力搅拌器加热搅拌反应后再加入热水稀释,温度控制在50-80℃,得到预聚物溶液;
(2)乳液制备:将0.5-1g的十二烷基硫酸钠乳化剂、1-3g的间苯二酚和1-8g的氯化钠加入去离子水中,然后加入10-30g的十四烷蓄冷材料,使用磁力搅拌器搅拌,温度控制在50-80℃,乳化完成后用去离子水稀释,得到乳液;
(3)聚合:将预聚物溶液滴入乳液中,降低搅拌器转速,滴入甲酸溶液调节pH值至3-4之间,开始聚合反应,待反应容器内出现白色浑浊物后将搅拌器转速升高,继续反应3-4个小时,反应温度控制在40-80℃;
(4)后处理:反应完成后过滤出沉淀,用50-80℃的去离子水洗涤3-5遍,然后在真空干燥箱内真空干燥,得到纳米胶囊相变蓄冷材料。
3、根据权利要求2所述的纳米胶囊相变蓄冷材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,用磁力搅拌器加热搅拌反应1小时,温度控制在70℃,转速控制在200rpm,完成后再加入20mL热水稀释。
4、根据权利要求2所述的纳米胶囊相变蓄冷材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,使用磁力搅拌器以1500rpm的转速乳化30分钟,温度保持在70℃,乳化完成后用200mL去离子水稀释。
5、根据权利要求2所述的纳米胶囊相变蓄冷材料的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,降低搅拌器转速至200rpm,滴入20%的甲酸溶液调节pH值至3-4之间,开始聚合反应,待反应容器内出现白色浑浊物后将搅拌器转速升高至500rpm。
6、根据权利要求2所述的纳米胶囊相变蓄冷材料的制备方法,其特征在于:步骤(4)中,用70℃的去离子水洗涤3-5遍,然后在真空干燥箱内30℃下真空干燥24小时,得到纳米胶囊相变蓄冷材料。
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2008
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C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
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Open date: 20081105 |