CN101368087B

CN101368087B - 复合相变储能材料微粉的制备方法

Info

Publication number: CN101368087B
Application number: CN2007101240553A
Authority: CN
Inventors: 唐国翌; 缪春燕; 万军喜; 姚有为; 翁端
Original assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Current assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2027-10-22
Also published as: CN101368087A

Abstract

一种复合相变储能材料微粉的制备方法，是将有机相变材料与山梨糖醇酐油酸酯80与聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯80的混合物进行混合，加入含有聚乙烯醇的水溶液，碱金属盐类添加剂，在40～95℃下搅拌，使相变材料分散均匀成乳状液；在上述的乳状液中添加正硅酸乙酯及酸类催化剂，在20～70℃水浴下反应3～12h，室温陈化，制成固含量为3wt％～30wt％的料浆；料浆经0～70rpm转速的蠕动泵加入喷雾干燥塔，在进口温度160～240℃和出口温度50～100℃下喷雾干燥。由于采用了喷雾干燥的方法，成功地解决了相变储能材料微囊在后续干燥过程中微粉难分散的问题，保证了产品的质量，缩短了生产周期，提高生产效率。

Description

复合相变储能材料微粉的制备方法

技术领域

本发明属于相变储能材料的制备方法，具体涉及一种以无机物为载体的复合相变储能材料微粉的制备方法。

背景技术

利用物质在相变过程中吸收能量和放出能量的特点，实现能量的储存和利用，在能源、材料、航空航天、纺织、电力、医学仪器、建筑等众多领域中倍受关注。由于固液相变在相变时体积变化小，相变热大，因而固液相变用于相变储能成为近年来相变储能领域的研究热点。而固液相变材料在能量存储过程中有液体生成，易发生泄漏。如果将相变材料进行微囊化，则不但能解决相变材料在使用过程中的泄漏，还可以增加相变材料与环境接触的表面面积，增强其导热性。

相变储能材料的微囊化是指在相变储能材料表面比较均匀地包覆一层固体囊壁材料，从而达到密封的效果。公开号为CN1161364A和CN1513938A的专利中公开了一种用密胺树脂树脂作为囊壁的相变储能微囊，时雨荃其后在公开号为CN1500714A的专利中对上述微囊进行了改进，采用双层的囊壁结构以改善相变材料微囊的机械性能，以上相变储能材料微囊一般使用有机聚合物作为微囊的壁材，由于有机聚合物自身的特点，一般其化学稳定性较差，易于氧化且具有一定的可燃性，并且得到的产品中有可能残留未参加反应的反应单体甲醛。

公开号为CN1844296A公开了正硅酸乙酯为硅源，以无机二氧化硅作为壁材的相变储能材料微囊的方法，不但避免了甲醛对环境的影响，而且二氧化硅具有较好的化学稳定性以及和无机建材具有较好的相容性，产品适用范围广。

唐国翌在申请号为200610157343.4的专利中公开的二氧化硅包覆相变储能材料微囊的制备方法，首先将相变储能材料加热融画后与乳化剂混合，再加入少量碱金属盐作为添加剂，在加热搅拌下，使相变材料均匀分散在含稳定剂的水溶液中经搅拌形成稳定乳液；在上述的乳液中加入硅源正硅酸乙酯及少量催化剂，在20～70℃水浴中反应3～12h，室温陈化，洗涤，过滤得到球形产率较高的、二氧化硅包覆的相变储能材料微囊。这种相变储能材料微囊分散性好，粒度分布均匀，化学稳定性好。但该方法由于使用了稳定剂聚乙烯醇，使得在后续的干燥过程中，相变材料微囊易于团聚，干燥效果差，影响产品质量，而且干燥时间较长，效率低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术之不足，提供一种生产效率比较高的、分散性好，粒度分布均匀，密封性好及化学稳定性好，以有机相变材料为囊芯、二氧化硅凝胶为囊壁的复合相变储能材料微粉的制备方法。

为实现上述目的，本发明的复合相变储能材料微粉的制备方法，其特征是将10份有机相变材料与0.5～5份山梨糖醇酐油酸酯80(Span 80)与聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯80(Tween 80)的混合物乳化剂进行混合，加入75～200份含0.2～3wt％聚乙烯醇的水溶液，0～2.5份碱金属盐类添加剂，在40～95℃下搅拌10～60min，使相变材料分散均匀成乳状液；在上述的乳状液中添加7.5～75份正硅酸乙酯及0.15～5份酸类催化剂，在20～70℃水浴下反应3～12h，室温陈化，制成固含量为3wt％～30wt％的料浆；料浆经5～70rpm转速的蠕动泵加入喷雾干燥塔内，在干燥塔进口温度为160～240℃和出口温度为50～100℃下进行喷雾干燥，得到复合相变储能材料微粉，以上份数均为重量份。

上述复合相变储能材料微粉的制备过程中，可以是有机相变材料与正硅酸乙酯的反应液经反应、室温陈化后，直接加水制成固含量为3wt％～30wt％的料浆，料浆经5～70rpm转速的蠕动泵加入喷雾干燥塔，其中喷雾干燥设备的进口温度为160～240℃和出口温度为50～100℃，进行喷雾干燥，得到复合相变储能材料微粉；也可以是有机相变材料与正硅酸乙酯的反应液经反应、室温陈化后，再经洗涤，过滤后加入含0～2wt％聚乙烯醇的水溶液制成固含量为3wt％～30wt％的料浆；料浆经0～70rpm转速的蠕动泵加入喷雾干燥塔，其中喷雾干燥设备的进口温度为160～240℃和出口温度为50～100℃，进行喷雾干燥，得到复合相变储能材料微粉。前者缩短了流程，成本低，效率高；后者由于增加了洗涤、过滤等过程，去除了杂质，所得产品纯度高，但成本高，生产效率低。

本发明所述的喷雾干燥法是现有的成熟技术，可以采用离心式喷雾干燥或压力式喷雾干燥，其进口温度可以设定为160～240℃，优选180～200℃；出口温度50～100℃，优选50～80℃，进料采用恒流泵(蠕动泵)供料，蠕动泵转速为0～70rpm，优选5～30rpm。

离心式喷雾干燥采用离心喷雾头进行雾化，离心喷雾头高速旋转的动力是采用气动或电动，其转速为5000～25000rpm，优选8000～15000rpm；

压力式喷雾采用双流体喷枪作为雾化器，双流体雾化器是以压缩空气作为雾化动力，通过喷嘴内的旋转体形成高速旋转的气流，在喷嘴出处形成负压，将料浆带出并完成雾化，压缩空气的压力设定为1.5～7Mpa，优选2～4Mpa。

由于喷雾干燥是将料液用雾化器分散成雾滴，并用热空气(或者其它气体)与雾滴直接接触的方式而获得粉粒状产品的一种干燥过程。料液经雾化器雾化后，其比表面积瞬间增大若干倍，与热空气的接触面积增大，雾滴内部水分向外迁移的路径大大缩短，提高了传热传质速率，实现瞬间干燥；虽然喷雾干燥的热风温度比较高，但在接触雾滴时，大部分热量都用于水分的蒸发，物料本身不承受高温，尾气温度并不高。因此与现有的申请号为200610157343.4的专利中公开的二氧化硅包覆相变储能材料微囊的制备方法相比，本发明由于采用了喷雾干燥法，解决了复合相变储能材料微囊在后续干燥过程中的微粉难分散的问题，大大缩短了生产周期，提高了生产效率，也确保了产品的质量，所得复合相变储能材料微粉分散性好，粒度分布均匀，密封性及化学稳定性好。

具体实施方式

实施例1

取160ml相变石蜡，加入20克山梨糖醇酐油酸酯80(Span80)与聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯80(Tween80)按质量比0.4∶0.6组成的混合乳化剂，在加热、搅拌条件下，将1000mL含1.5wt％PVA的水溶液加入到上述油相中，再加入20mL 2.5mol/L的氯化钠溶液，继续加热、搅拌，乳化30min后，加入5mL 10wt％醋酸、160mL的正硅酸乙酯，置于60℃的水浴中搅拌下反应3h，陈化12h，加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀制成浆料，设定喷雾干燥设备进口温度为180℃，出口温度为70℃，待设备到达设定值后，设定蠕动泵转速为14rpm进料，调节双流体雾化器的空气压力为5MPa，进行喷雾干燥得到的复合相变储能材料微粉，其相变焓为68J/g。

实施例2

取160ml相变石蜡，加入20克山梨糖醇酐油酸酯80(Span80)与聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯80(Tween80)按质量比0.4∶0.6组成的混合乳化剂，在加热、搅拌条件下，将1000mL含1.5wt％PVA的水溶液加入到上述油相中，再加入20mL 2.5mol/L的氯化钠溶液，继续加热、搅拌，乳化30min后，加入5mL10wt％醋酸、160mL的正硅酸乙酯，置于60℃的水浴中搅拌下反应3h，陈化12h，通过离心分离法进行洗涤后，过滤，滤饼再加入含PVA 0.5wt-％的水溶液1500mL搅拌均匀即为浆料；设定喷雾干燥设备进口温度为190℃，出口温度为70℃，待设备到达设定值后，设定蠕动泵转速为10rpm进料，调节双流体雾化器的空气压力为5Mpa，进行喷雾干燥得到的复合相变储能材料微粉，其相变焓为86J/g。

实施例3

取160ml相变石蜡，加入20克山梨糖醇酐油酸酯80(Span 80)与聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯80(Tween 80)按质量比0.45∶0.55组成的混合乳化剂，在加热、搅拌条件下，将1000mL含1.5wt-％PVA的水溶液加入到上述油相中，再加入20mL 2.5mol/L的氯化钠溶液，继续加热、搅拌，乳化30min后，加入5mL 10wt-％醋酸、160mL的正硅酸乙酯，置于60℃的水浴中搅拌下反应2.5h，陈化12h，加入1000mL蒸馏水，搅拌均匀制成浆料，设定喷雾干燥设备进口温度为200℃，出口温度为80℃，待设备到达设定值后，设定蠕动泵转速为10rpm进料，调节双流体雾化器的空气压力为3MPa，进行喷雾干燥得到的复合相变储能材料微粉，其相变焓为70J/g。

实施例4

取160ml十八烷，加入20克山梨糖醇酐油酸酯80(Span 80)与聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯80(Tween 80)按质量比0.45∶0.55组成的混合乳化剂，在加热、搅拌条件下，将1000mL含1.5 wt-％PVA的水溶液加入到上述油相中，再加入20mL 2.5mol/L的氯化钠溶液，继续加热、搅拌，乳化30min后，加入5mL 10wt-％醋酸、160mL的正硅酸乙酯，置于60℃的水浴中搅拌下反应2.5h，陈化12h，加入1000mL蒸馏水，搅拌均匀制成浆料，设定喷雾干燥设备进口温度为200℃，出口温度为80℃，待设备到达设定值后，设定蠕动泵转速为10rpm进料，调节双流体雾化器的空气压力为3MPa，进行喷雾干燥得到的复合相变储能材料微粉，其相变焓为125J/g。

实施例5

取160ml相变石蜡，加入20克山梨糖醇酐油酸酯80(Span 80)与聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯80(Tween 80)按质量比0.45∶0.55组成的混合乳化剂，在加热、搅拌条件下，将1000mL含1.5wt-％PVA的水溶液加入到上述油相中，再加入20mL 2.5mol/L的氯化钠溶液，继续加热、搅拌，乳化30min后，加入5mL 10wt-％醋酸、160mL的正硅酸乙酯，置于60℃的水浴中搅拌下反应2.5h，陈化12h，加入1000mL蒸馏水，搅拌均匀制成浆料，设定喷雾干燥设备进口温度为210℃，出口温度为80℃，待设备到达设定值后，设定蠕动泵转速为20rpm进料，调节离心盘转速为15000rpm，进行喷雾干燥得到的复合相变储能材料微粉，其相变焓为71J/g。

Claims

1.一种复合相变储能材料微粉的制备方法，其特征是将10份有机相变材料与0.5～5份山梨糖醇酐油酸酯80(Span 80)与聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯80(Tween 80)的混合物乳化剂进行混合，加入75～200份含0.2～3wt％聚乙烯醇的水溶液，0～2.5份碱金属盐类添加剂，在40～95℃下搅拌10～60min，使相变材料分散均匀成乳状液；在上述的乳状液中添加7.5～75份正硅酸乙酯及0.15～5份酸类催化剂，在20～70℃水浴下反应3～12h，室温陈化，制成固含量为3wt％～30wt％的料浆；料浆经5～70rpm转速的蠕动泵加入喷雾干燥塔内，在干燥塔进口温度为160～240℃和出口温度为50～100℃下进行喷雾干燥，得到复合相变储能材料微粉，以上份数均为重量份；

其中，上述有机相变材料是相变石蜡或十八烷。

2.如权利要求1所述的复合相变储能材料微粉的制备方法，其特征在于上述有机相变材料与正硅酸乙酯的反应液经反应、室温陈化后，直接加水制成固含量为3wt％～30wt％的料浆，料浆经5～70rpm转速的蠕动泵加入喷雾干燥塔，其中喷雾干燥设备的进口温度为160～240℃和出口温度为50～100℃，进行喷雾干燥，得到复合相变储能材料微粉。

3.如权利要求1所述的复合相变储能材料微粉的制备方法，其特征在于上述有机相变材料与正硅酸乙酯的反应液经反应、室温陈化后，再经洗涤，过滤后加入含0～2wt％聚乙烯醇的水溶液制成固含量为3wt％～30wt％的料浆；料浆经5～70rpm转速的蠕动泵加入喷雾干燥塔，其中喷雾干燥设备的进口温度为160～240℃和出口温度为50～100℃，进行喷雾干燥，得到复合相变储能材料微粉。