CN102827585A - 基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料,它是将石蜡有机相变储能材料的外部用无机二氧化硅外壳材料进行封装。本发明还公开这种基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备方法。本发明采用无机材料外壳微封装有机相变储能材料可以抑制有机相变储能材料的可燃性,同时可以阻隔有机相变储能材料与外界环境之间的相互影响。

Description

基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料及其制备方法
技术领域
本发明属于相变储能材料领域,具体涉及一种基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料及其制备方法。
背景技术
相变储能材料在其本身发生相变的过程中,吸收环境的热量,并在需要时向环境放出热量,从而达到控制周围环境温度和节能的目的。它在太阳能热利用和热能回收等领域都有广泛的应用前景。
相变储能材料是一种熔化时吸热、凝结时放热的材料。目前常用的相变储能材料主要包括无机物和有机物两大类。绝大多数无机物相变储能材料具有腐蚀性、且在相变过程中具有过冷和相分离等缺点,影响了其储热性能;而有机物相变储能材料不仅腐蚀性小,且在相变过程中几乎没有相分离等缺点,具有化学性能稳定、价格便宜等优点。但有机相变储能材料存在导热系数低等缺点,从而降低了其储热性能。另外,由于相变储能材料在吸热熔化时变成了液态,因此需要容器封装,这也限制了相变储能材料的使用场合。
发明内容
发明目的:本发明针对现有相变储能材料存在的种种不足,提出了基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料。
本发明的另一目的在于提供这种基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备方法。
技术方案:本发明基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料,它是将石蜡有机相变储能材料的外部用无机二氧化硅外壳材料进行封装。制备成的具有无机材料外壳封装的有机相变储能材料,强化了储、放热过程的传热,解决了相变储能材料液相泄漏问题。该相变储能材料的相变温度为55—58℃,相变潜热为83—156 kJ/kg,无过冷和相分离现象,无毒、无腐蚀性,无液相泄漏,性能稳定。
所述石蜡有机相变储能材料主要由直链烃混合而成,其性质接近饱和碳氢化合物,分子通式为CnH2n+2,n取20~50,其凝固温度为32~56℃,熔化温度为36~60℃,凝固潜热为150~235kJ/kg,熔化潜热为160~248kJ/kg。无机二氧化硅外壳材料的分子式为SiO2,无毒、无腐蚀性,不可燃,性能稳定。
基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)有机相变储能材料石蜡乳状液制备
将15~20重量份石蜡有机相变储能材料、100~150重量份蒸馏水和2~3重量份十二烷基硫酸钠分别加入到烧杯中,快速搅拌该混合溶液,温度控制在70~80℃,制备出有机相变储能材料石蜡乳状液;
(2)无机二氧化硅溶胶溶液的制备
将15~25重量份甲基三乙氧基硅烷、15~25重量份无水乙醇和25~40重量份蒸馏水分别加入到另一个烧杯中,并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2~3,搅拌该混合物,其温度控制在50~60℃,制备出微封装前驱体无机二氧化硅溶胶溶液;
(3)具有无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备
将步骤(1)制备所得的有机相变储能材料石蜡乳状液均匀搅拌,其温度控制在70~80℃,并向烧杯中滴入少许氨水溶液将该乳状液的PH值调节到9~10,然后将步骤(2)制得的前驱体无机二氧化硅溶胶溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中,并匀速搅拌该混合溶液,其温度控制在70~80℃;
最后,用滤纸过滤该混合溶液得到无机材料外壳微封装的有机相变储能材料,将该复合相变储能材料在真空干燥箱中干燥22~24小时,干燥箱的温度控制在50~60℃,得到无机二氧化硅外壳封装的有机石蜡相变储能材料。
优选地,步骤(1)中,混合溶液在800 转/分钟的转速下搅拌60分钟。
优选地,步骤(2)中,混合物在400 转/分钟的转速下搅拌30分钟。
优选地,步骤(3)中,有机相变储能材料石蜡乳状液在300 转/分钟的转速下均匀搅拌;将前驱体无机二氧化硅溶胶溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中,并在300 转/分钟的转速下搅拌该混合溶液120分钟。
有益效果:本发明采用无机材料外壳微封装有机相变储能材料可以抑制有机相变储能材料的可燃性,同时可以阻隔有机相变储能材料与外界环境之间的相互影响,与现有技术相比,其显著优点是:
(1)有机相变储能材料被封装在无机外壳材料内,可防止相变储能材料在吸热熔化时渗出,同时可提高复合相变储能材料的热稳定性和导热性能;
(2)该复合相变储能材料无毒、无腐蚀性,无过冷和相分离现象,相变体积变化小,性能稳定,可长期使用;
(3)该复合相变储能材料制备成本较低,具有较好的可操作性。
附图说明
图1为基于无机材料外壳封装的石蜡有机相变储能材料微观结构图;其中,
(a) 实施例1(放大150倍),(b) 实施例1(放大1400倍);
(c) 实施例2(放大150倍),(d) 实施例2(放大1000倍);
(e) 实施例3(放大140倍),(f)实施例3(放大1000倍)。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1:
(1)有机相变储能材料石蜡乳状液制备
将20克石蜡有机相变储能材料、150毫升蒸馏水和3克十二烷基硫酸钠分别加入到烧杯中,在800 转/分钟的转速下搅拌该混合溶液60分钟,其温度控制在70℃。制备出有机相变储能材料石蜡乳状液。
(2)无机二氧化硅溶胶溶液的制备
将15克甲基三乙氧基硅烷、15克无水乙醇和25克蒸馏水分别加入到另一个烧杯中,并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3,在400 转/分钟的转速下搅拌该混合物30分钟,其温度控制在50℃。制备出微封装前驱体无机二氧化硅溶胶溶液。
(3)具有无机材料外壳微封装的有机相变储能材料的制备
将上述制备所得的有机相变储能材料石蜡乳状液在300 转/分钟的转速下均匀搅拌,其温度控制在70℃,并向烧杯中滴入少许氨水溶液将该乳状液的PH值调节到9—10,然后将制得的前驱体无机二氧化硅溶胶溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中,并在300 转/分钟的转速下搅拌该混合溶液120分钟,其温度控制在70℃。最后,用滤纸过滤该混合溶液得到无机材料外壳微封装的有机相变储能材料,将该复合相变储能材料在真空干燥箱中干燥24小时,干燥箱的温度控制在50℃,得到无机二氧化硅外壳封装的有机石蜡相变储能材料。
经测定该复合相变储能材料凝固温度为55.8℃、熔化温度为57.9℃,凝固潜热为144.1 kJ/kg、熔化潜热为156.9 kJ/kg。
具有无机材料外壳封装的石蜡有机相变储能材料微观结构图见附图1(a) 和(b)所示。
实施例2:
(1)有机相变储能材料石蜡乳状液制备
将17克石蜡有机相变储能材料、120毫升蒸馏水和2.5克十二烷基硫酸钠分别加入到烧杯中,在800 转/分钟的转速下搅拌该混合溶液60分钟,其温度控制在75℃。制备出有机相变储能材料石蜡乳状液。
(2)无机二氧化硅溶胶溶液的制备
将20克甲基三乙氧基硅烷、20克无水乙醇和30克蒸馏水分别加入到另一个烧杯中,并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3,在400 转/分钟的转速下搅拌该混合物30分钟,其温度控制在55℃。制备出微封装前驱体无机二氧化硅溶胶溶液。
(3)具有无机材料外壳微封装的有机相变储能材料的制备
将上述制备所得的有机相变储能材料石蜡乳状液在300 转/分钟的转速下均匀搅拌,其温度控制在75℃,并向烧杯中滴入少许氨水溶液将该乳状液的PH值调节到9—10,然后将制得的前驱体无机二氧化硅溶胶溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中,并在300 转/分钟的转速下搅拌该混合溶液120分钟,其温度控制在75℃。最后,用滤纸过滤该混合溶液得到无机材料外壳微封装的有机相变储能材料,将该复合相变储能材料在真空干燥箱中干燥23小时,干燥箱的温度控制在55℃,得到无机二氧化硅外壳封装的有机石蜡相变储能材料。
经测定该复合相变储能材料凝固温度为56.0℃、熔化温度为56.7℃,凝固潜热为104.4 kJ/kg、熔化潜热为116.1 kJ/kg。
具有无机材料外壳封装的石蜡有机相变储能材料微观结构图见附图1(c) 和(d)所示。
实施例3:
(1)有机相变储能材料石蜡乳状液制备
将15克石蜡有机相变储能材料、100毫升蒸馏水和2克十二烷基硫酸钠分别加入到烧杯中,在800 转/分钟的转速下搅拌该混合溶液60分钟,其温度控制在80℃。制备出有机相变储能材料石蜡乳状液。
(2)无机二氧化硅溶胶溶液的制备
将25克甲基三乙氧基硅烷、25克无水乙醇和40克蒸馏水分别加入到另一个烧杯中,并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3,在400 转/分钟的转速下搅拌该混合物30分钟,其温度控制在60℃。制备出微封装前驱体无机二氧化硅溶胶溶液。
(3)具有无机材料外壳微封装的有机相变储能材料的制备
将上述制备所得的有机相变储能材料石蜡乳状液在300 转/分钟的转速下均匀搅拌,其温度控制在80℃,并向烧杯中滴入少许氨水溶液将该乳状液的PH值调节到9—10,然后将制得的前驱体无机二氧化硅溶胶溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中,并在300 转/分钟的转速下搅拌该混合溶液120分钟,其温度控制在80℃。最后,用滤纸过滤该混合溶液得到无机材料外壳微封装的有机相变储能材料,将该复合相变储能材料在真空干燥箱中干燥22小时,干燥箱的温度控制在60℃,得到无机二氧化硅外壳封装的有机石蜡相变储能材料。
经测定该复合相变储能材料凝固温度为56.5℃、熔化温度为57.1℃,凝固潜热为83.2 kJ/kg、熔化潜热为97.4 kJ/kg。
具有无机材料外壳封装的石蜡有机相变储能材料微观结构图见附图1(e) 和(f)所示。
如上所述,尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明,但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下,可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料,其特征在于:石蜡有机相变储能材料的外部用无机二氧化硅外壳材料进行封装。
2.根据权利要求1所述的基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料,其特征在于:所述石蜡有机相变储能材料主要由直链烃混合而成,分子通式为CnH2n+2,n取20~50。
3.根据权利要求1或2所述的基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)有机相变储能材料石蜡乳状液制备
将15~20重量份石蜡有机相变储能材料、100~150重量份蒸馏水和2~3重量份十二烷基硫酸钠分别加入到烧杯中,快速搅拌该混合溶液,温度控制在70~80℃,制备出有机相变储能材料石蜡乳状液;
(2)无机二氧化硅溶胶溶液的制备
将15~25重量份甲基三乙氧基硅烷、15~25重量份无水乙醇和25~40重量份蒸馏水分别加入到另一个烧杯中,并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2~3,搅拌该混合物,其温度控制在50~60℃,制备出微封装前驱体无机二氧化硅溶胶溶液;
(3)具有无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备
将步骤(1)制备所得的有机相变储能材料石蜡乳状液均匀搅拌,其温度控制在70~80℃,并向烧杯中滴入少许氨水溶液将该乳状液的PH值调节到9~10,然后将步骤(2)制得的前驱体无机二氧化硅溶胶溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中,并匀速搅拌该混合溶液,其温度控制在70~80℃;
最后,用滤纸过滤该混合溶液得到无机材料外壳微封装的有机相变储能材料,将该复合相变储能材料在真空干燥箱中干燥22~24小时,干燥箱的温度控制在50~60℃,得到无机二氧化硅外壳封装的有机石蜡相变储能材料。
4.根据权利要求3所述的基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备方法,其特征在于:
步骤(1)中,混合溶液在800 转/分钟的转速下搅拌60分钟。
5.根据权利要求3所述的基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备方法,其特征在于:
步骤(2)中,混合物在400 转/分钟的转速下搅拌30分钟。
6.根据权利要求3所述的基于无机材料外壳封装的有机相变储能材料的制备方法,其特征在于:
步骤(3)中,有机相变储能材料石蜡乳状液在300 转/分钟的转速下均匀搅拌;将前驱体无机二氧化硅溶胶溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中,并在300 转/分钟的转速下搅拌该混合溶液120分钟。
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