CN101508886A - 一种储热相变材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种储热相变材料，解决了多孔物质对芯材物质吸附后，芯材容易泄露的问题，该材料用于取暖、保温等领域。该储热相变材料由硅藻土、膨胀土或膨胀石墨；脲醛树脂；芯材物质：石蜡、十八烷或十六烷。其该制造方法的步骤：步骤一，将尿素溶于水或无水乙醇；步骤二，向上述溶液中加入芯材，再加入吐温－20，然后搅拌均匀；步骤三，加入硅藻土、膨胀土或膨胀石墨，进行蒸馏，同时搅拌，至无水乙醇或水全部蒸出；步骤四，降低温度至芯材熔点以下1～10度，加入质量分数为37％甲醛溶液，再加入质量为5倍硅藻土、膨胀土或膨胀石墨的水；步骤五，调节pH为3～4，反应3小时，抽滤、水洗，干燥，既得储热相变材料。

Description

一种储热相变材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种新型储热相变材料及其制造方法，适用于建筑取暖、保温等领域。
背景技术
储热技术可解决热能供给与需求失调的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。在太阳能利用、工业废热及余热的回收、建筑物冷暖空调的节能、电子元件的散热冷却及许多民用和军事领域具有广阔的应用前景。阻碍相变储热技术应用的主要问题是：相变储热材料尤其是有机物的导热系数低、相变材料在固，液相变过程中存在液态的流动性。导热系数低导致相变材料在储热系统中的传热特性差、储热量利用率低，从而降低了储热系统的效能；要克服液态的流动性，则需对相变材料进行封装。一般来说，提高相变储热材料导热系数的方法主要包括两种：一是在换热器中采用金属翅片结构或蜂窝结构来扩展换热面积；二是在相变储热材料中添加高导热材料，如薄的金属条、小的金属环、多孔金属材料、铜片和多孔金属泡沫填料等。这些方法虽然都能提高相变材料的导热性能，但也明显地增加了储热系统的重量和体积，储热系统的储热密度也显著降低，且部分相变材料对金属材料还存在腐蚀性，因此限制了其实际应用。解决固--液相变过程中液态流动性的方法也包括三种，一是制备微胶囊相变储热材料，将相变材料包裹在高分子材料为外壳的微胶囊体内；二是将相变材料与高分子材料进行共混熔融，将相变材料包裹在高分子材料的网络结构内，三是利用无机物的某些无机物具有独特的纳米层间结构或时多孔结构，对有机相变材料进行吸附来制的储热相变材料。由于高分子材料的熔融温度高于相变材料的相变温度，所以在发生固--液相变时，高分子材料仍处于固体状态，这种现象也称为“定型相变材料。前两种通过有机高分子来对相变材料进行封装，制得的储热相变材料，位于内部的相变材料不易泄露，但是由于但高分子材料低的导热系数又进一步恶化了相变材料的传热性能；后一种利用无机物来对相变材料进行吸附制得的储热相变材料，其导热性能有了很好的改善，但其容易泄露，特别是在溶剂存在的情况下，相变材料很容易泄漏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：多孔物质对芯材物质吸附后，芯材容易泄露的问题，特别是在有溶剂存在的情况下，易泄露的问题，提供一种储热相变材料及其制造方法。本发明的储热相变材料是利用甲醛和尿素反应生成脲醛树脂来将芯材物质封装在多孔物质中。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种储热相变材料，该储热相变材料的组分和配比：
硅藻土、膨胀土或膨胀石墨，所占质量分数为32.79％～68.97％；脲醛树脂所占质量分数为5.15％～14.30％；
芯材物质：石蜡、十八烷或十六烷，所占质量分数为23.12％～60.32％。
一种储热相变材料的制造方法，该制造方法的步骤：
步骤一，将尿素溶于水或无水乙醇形成质量分数为0.75％～2.00％的溶液；
步骤二向上述溶液中加入芯材，芯材加入量为水或无水乙醇质量的0.0375倍～0.1倍，再加入吐温-20，加入量为芯材质量的0.11倍，然后搅拌均匀；
步骤三加入硅藻土、膨胀土或膨胀石墨，加入量为无水乙醇或水质量的0.05倍，进行蒸馏，同时搅拌，至无水乙醇或水全部蒸出；
步骤四降低温度至芯材熔点以下1～10度，加入质量分数为37％甲醛溶液，投入量为尿素质量的5倍，再加入质量为5倍硅藻土、膨胀土或膨胀石墨的水；
步骤五用0.1mol/L盐酸调节PH为3～4，反应3小时，抽滤、水洗，干燥，既得储热相变材料。
本发明的有益效果：
由于生成的脲醛树脂对芯材的封闭作用，使得芯材在变为液相时不易泄露，即使是在溶剂中也不易泄露。解决了以往利用硅藻土、膨胀土或膨胀石墨对相变材料吸附后，芯材容易泄露的问题。该方法简单有效，由于是采用在硅藻土、膨胀土或膨胀石墨内部来封装相变材料，所以对产品的热焓值影响很小。提供了一种工艺简单，成本较低储热相变材料及制造方法。
具体实施方式
下面以实施例具体地描述本发明。
实施例一
步骤一，称取0.3克尿素，溶于水中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二加入2克石蜡，0.22克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三加入2克的硅藻土，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四降温到15摄氏度，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五用0.1mol/L盐酸调节PH为4，反应3小时；抽滤、水洗涤、干燥，得储热相变材料2.9克。
该产品通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为23.76％，硅藻土所占比重为2/2.9＝68.97％，脲醛树脂所占比重为1-23.76％-68.97％＝7.27％。
实施例二
步骤一，称取0.3克尿素，溶于水中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二，加入2克十六烷，0.22克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克的硅藻土，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到15摄氏度，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3反应3小时。抽滤、水洗涤、干燥，得产品2.9克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为23.12％，硅藻土所占比例为2/2.9＝68.97％，脲醛树脂所占比例为1-23.12％-68.97％＝7.91％。
实施例三
步骤一，称取0.3克尿素，溶于水中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二，加入2克十八烷，0.22克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，步骤三加入2克的硅藻土，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到15摄氏度，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水，调节PH为3反应3小时。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3反应3小时。抽滤、水洗涤、干燥，得产品3.0克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为26.23％，硅藻土所占比例为2/3.0＝66.67％，脲醛树脂所占比例为1-26.23％-66.67％＝7.10％。
实施例四
步骤一，称取0.3克尿素，溶于水中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二，加入2克十八烷，0.22克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克的硅藻土，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到20摄氏度，，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3反应3小时。抽滤、水洗涤、干燥，得产品3.0克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为26.23％，硅藻土所占比例为2/3.0＝66.67％，脲醛树脂所占比例为1-26.23％-66.67％＝7.10％。
实施例五
步骤一，称取0.3克尿素，溶于水中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二，加入2克十八烷，0.22克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克的硅藻土，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到20摄氏度，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3.5，反应3小时。抽滤、水洗涤、干燥，得产品3.0克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为26.35％，硅藻土所占比重为2/3.0＝66.67％，脲醛树脂所占比例为1-26.35％-66.67％＝6.98％。
实施例六
步骤一，称取0.6克尿素，溶于水中，配成质量分数1.5％的溶液。
步骤二，加入3克十八烷，0.33克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克的膨胀土，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到25摄氏度，加入3毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3.5，反应3小时。抽滤，水洗涤，干燥得产品4.2克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为43.12％，膨胀土所占比例为2/4.2＝47.62％，脲醛树脂1-43.12％-47.62％＝9.26％。
实施例七
步骤一，称取0.6克尿素，溶于水中，配成质量分数1.5％的溶液。
步骤二，加入4克十八烷，0.44克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克的膨胀石墨，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到25摄氏度，加入3毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3.5，反应3小时。抽滤，水洗涤，干燥得产品6.1克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为60.32％，膨胀石墨所占比例为2/6.1＝32.79％，脲醛树脂1-60.32％-32.79％＝6.89％。
实施例八
步骤一，称取0.6克尿素，溶于水中，配成质量分数1.5％的溶液。
步骤二，加入3克十八烷，0.33克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克膨胀土和膨胀石墨的混合物(混合物中两成分质量比为1∶1)，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到25摄氏度，加入3毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3.5，反应3小时。抽滤，水洗涤，干燥得产品4.9克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为51.02％，膨胀土和膨胀石墨的混合物所占比重为2/4.9＝40.81％，脲醛树脂所占比重为1-51.02％-40.81％，＝8.17％。
实施例九
步骤一，称取0.6克尿素，溶于水中，配成质量分数1.5％的溶液。
步骤二，加入1.5克十八烷，0.17克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克膨胀土和膨胀石墨的混合物(混合物中两成分质量比为1：1)，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到25摄氏度，加入3毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3.5，反应3小时。抽滤，水洗涤，干燥得产品3.5克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为31.15％，膨胀土和膨胀石墨的混合物所占比重为2/3.5＝57.14％，脲醛树脂所占比重为1-32.15％-57.14％＝11.71％。
实施例十
步骤一，称取0.3克尿素，溶于水中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二，加入1.5克十八烷，0.17克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克膨胀土和硅藻土的混合物(混合物中两成分质量比为1：1)，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到25摄氏度，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3.5，反应3小时。抽滤，水洗涤，干燥得产品3.2克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为32.35％，膨胀土和硅藻土的混合物所占比重为2/3.2＝62.50％，脲醛树脂所占比重为1-32.35％-62.50％＝5.15％。
实施例十一
步骤一，称取0.8克尿素，溶于水中，配成质量分数2％的溶液。
步骤二，加入1.5克十八烷，0.17克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克膨胀土和硅藻土的混合物(混合物中两成分质量比为1：1)，进行蒸馏，同时搅拌，至水完全蒸出。
步骤四，降温到25摄氏度，加入4毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3.5，反应3小时。抽滤，水洗涤，干燥得产品3.7克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为28.56％，膨胀土和硅藻土的混合物所占比重为2/3.7＝57.14％，脲醛树脂所占比重为1-28.56％-57.14％＝14.30％。
实施例十二
步骤一，称取0.3克尿素，溶于无水乙醇中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二，加入2克十六烷，0.22克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三加入2克的硅藻土，进行蒸馏，同时搅拌，至无水乙醇完全蒸出。
步骤四，降温到25摄氏度，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五用0.1mol/L盐酸调节PH为3，反应3小时。抽滤、水洗涤、干燥，得产品2.9克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为23.12％，硅藻土所占比例为2/2.9＝68.97％，脲醛树脂所占比例为1-23.12％-68.97％＝7.91％。
实施例十三
步骤一，称取0.3克尿素，溶于无水乙醇中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二，加入2克十八烷，0.22克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克的硅藻土，进行蒸馏，同时搅拌，至无水乙醇完全蒸出。
步骤四，降温到20摄氏度，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五，用0.1mol/L盐酸调节PH为3，反应3小时。抽滤、水洗涤、干燥，得产品3.0克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为26.23％，硅藻土所占比例为2/3.0＝66.67％，脲醛树脂所占比例为1-26.23％-66.67％＝7.10％。
实施例十四
步骤一，称取0.3克尿素，溶于无水乙醇中，配成质量分数0.75％的溶液。
步骤二，加入2克十八烷，0.22克的吐温-20，搅拌均匀。
步骤三，加入2克的硅藻土，进行蒸馏，同时搅拌，至无水乙醇完全蒸出。
步骤四，降温到25摄氏度，加入1.5毫升质量分数为37％的甲醛溶液和10毫升水。
步骤五用0.1mol/L盐酸调节PH为3，反应3小时。抽滤、水洗涤、干燥，得产品3.0克。
通过了DSC对其进行了表征，芯材包含量为26.35％，硅藻土所占比重为2/3.0＝66.67％，脲醛树脂所占比例为1-26.35％-66.67％＝6.98％。
本发明所述的乳化剂类型和用量并没有特别的限定，可以是离子型或非离子型乳化剂的一种或多种，能够满足溶剂和芯材混合均匀即可。
将该产品和30毫升的水共混后，在50摄氏度下搅拌30分钟后，抽滤，干燥，质量没有损失。
从以上实施例，可以看到本发明提供的方法制备的储热相变材料具有更好的性能。

Claims (2)

1.一种储热相变材料，其特征在于，该储热相变材料的组分和配比：
硅藻土、膨胀土或膨胀石墨，所占质量分数为32.79％～68.97％；
脲醛树脂所占质量分数为5.15％～14.30％；
芯材物质：石蜡、十八烷或十六烷，所占质量分数为23.12％～60.32％。
2.一种储热相变材料的制造方法，其特征在于，该制造方法的步骤：
步骤一，将尿素溶于水或无水乙醇形成质量分数为0.75％～2.00％的溶液；
步骤二向上述溶液中加入芯材，芯材加入量为水或无水乙醇质量的0.0375倍～0.1倍，再加入吐温-20，加入量为芯材质量的0.11倍，然后搅拌均匀；
步骤三加入硅藻土、膨胀土或膨胀石墨，加入量为无水乙醇或水质量的0.05倍，进行蒸馏，同时搅拌，至无水乙醇或水全部蒸出；
步骤四降低温度至芯材熔点以下1～10度，加入质量分数为37％甲醛溶液，投入量为尿素质量的5倍，再加入质量为5倍硅藻土、膨胀土或膨胀石墨的水；
步骤五用0.1mol/L盐酸调节PH为3～4，反应3小时，抽滤、水洗，干燥，既得储热相变材料。
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