CN103146350A - 微包裹相变蓄能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了微包裹相变蓄能材料，该材料包含微包裹体，微包裹体的直径在0.05mm以内，微包裹体包括外壳和内腔，微包裹体的内腔包含有相变蓄能材料。本发明中，微包裹体的外壳优选二氧化钛，微包裹体内腔包含的相变蓄能材料优选相变蓄能石蜡。并公开了这种由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料的制备方法。本发明的微包裹相变蓄能材料，由于熔化的相变蓄能材料位于微包裹体内部不产生流动性，并通过微包裹体外壳的导热性增强了相变蓄能材料导热性能，从而提高蓄能性能。本发明采用二氧化钛作为外壳具有无毒、无腐蚀、不可燃等优异性能，且制备方法简单，成本低，易于大规模生产。本发明呈粉末状，使用和工程施工方便。
Description
技术领域
本发明涉及相变蓄能材料。
背景技术
相变蓄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、制冷空调、建筑节能和热能回收等领域都有广泛的应用前景。
相变蓄能材料是一种熔化时吸热、凝结时放热的材料。目前常用的相变蓄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蓄能材料具有腐蚀性、且在相变过程中具有过冷和相分离等缺点，影响了其蓄能性能；而有机物相变蓄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。但有机相变蓄能材料存在导热系数低等缺点，从而降低了其蓄能性能。另外，由于相变蓄能材料在吸热熔化时变成了液态，因此需要容器封装，这也限制了相变蓄能材料的使用场合。
发明内容
本发明所要解决的问题是：
1、相变蓄能材料在吸热熔化后成液态，需要容器封装的问题；
2、相变蓄能材料导热性能差导致其减低了蓄能性能的问题。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：
微包裹相变蓄能材料，包含微包裹体。微包裹体由外壳和内腔组成，内腔包含有相变蓄能材料，微包裹体的直径不大于0.1mm。微包裹体的外壳优选二氧化钛。微包裹体内腔包含的相变蓄能材料优选相变蓄能石蜡。该石蜡主要由直链烃混合而成，其性质接近饱和碳氢化合物。其凝固温度为54.5℃，熔化温度为57.4 ℃，凝固放热为178.7kJ/kg，熔化吸热为188.3kJ/kg。
上述由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料制备方法如下：
S1，将钛酸正四丁酯和乙醇搅拌混合，制备钛酸正四丁酯乙醇溶液；
S2，将相变蓄能石蜡和水在石蜡熔融的温度下搅拌混合，制备石蜡乳状液；
S3，将步骤S1获得的钛酸正四丁酯乙醇溶液在石蜡熔融的温度下的加入步骤S2获得的石蜡乳状液搅拌混合后，过滤，烘干。
上述步骤中，钛酸正四丁酯和相变蓄能石蜡的质量比为25－30:20－35。步骤S2中搅拌混合的温度为75℃，搅拌混合时间为40分钟。步骤S3中搅拌混合的温度为70℃，搅拌混合时间为60分钟。
进一步，上述步骤S2包括：S22，在石蜡乳状液中加入酸调整其PH值至2－3的步骤。其中酸优选盐酸。
本发明由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料制备方法的原理如下：相变蓄能石蜡与水不相溶，75℃下熔化成液态，这种温度下搅拌混合形成石蜡乳状液，该石蜡乳状液主要成份为水，其中漂浮着液态的相变蓄能石蜡微滴。众所周知，钛酸正四丁酯遇水后，水解成二氧化钛沉淀。钛酸正四丁酯水解时在石蜡乳状液中一直不断的搅拌，使得二氧化钛沉淀至液态的相变蓄能石蜡微滴的表面生成二氧化钛外壳，由此形成内部为相变蓄能石蜡，外壳为二氧化钛的微包裹体。再经过滤烘干后即得到由二氧化钛微包裹着的相变蓄能石蜡的相变蓄能材料。上述的步骤中将钛酸正四丁酯溶解至乙醇中，而乙醇还可以起到对钛酸正四丁酯的水解减缓的作用。
本发明的技术效果如下：
1、相变蓄能材料微包裹后，熔化的相变蓄能材料位于微包裹体内部不产生流动性。
2、相变蓄能材料微包裹后，因为外壳的导热性腔强，因此增强了相变蓄能材料的导热性能，提高蓄能性能。
3、二氧化钛具有无毒、无腐蚀性、不可燃等优异性能，因此本发明应用广泛。
4、本发明的相变蓄能材料的相变温度为55—60 ℃，相变为120—165 kJ/kg，无过冷和相分离现象。
5、本发明的相变蓄能材料制备工艺简单，成本低，容易大规模生成和应用。
6、本发明的微包裹相变蓄能材料在相变前后均呈粉末状，使用、安装施工方便。
附图说明
图1为本发明微包裹体结构示意图。其中，1为微包裹体外壳，2为微包裹体内腔。
图2 不同的二氧化钛和相变蓄能石蜡配比下得到的相变蓄能材料微观结构图。其中
a 实施例1，b 实施例2，c 实施例3，d 实施例4，e 实施例5，f 实施例6
具体实施方式
下面结合附图对本发明内容作进一步详细说明。
微包裹相变蓄能材料，包含微包裹体。微包裹体的结构如图1所示，由外壳1和内腔2组成，内腔2包含有相变蓄能材料，微包裹体的直径不大于0.1mm。下述实施例中，微包裹相变蓄能材料的微包裹体外壳由二氧化钛制成，微包裹体内腔包含的相变蓄能材料为相变蓄能石蜡。该石蜡主要由直链烃混合而成，其性质接近饱和碳氢化合物。其凝固温度为54.5℃，熔化温度为57.4 ℃，凝固放热为178.7kJ/kg，熔化吸热为188.3kJ/kg。该由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料制备方法主要包括如下步骤：
S1，将钛酸正四丁酯和乙醇搅拌混合，制备钛酸正四丁酯乙醇溶液；
S2，将相变蓄能石蜡和水在石蜡熔融的温度下搅拌混合，制备石蜡乳状液；
S3，将步骤S1获得的钛酸正四丁酯乙醇溶液在石蜡熔融的温度下的加入步骤S2获得的石蜡乳状液搅拌混合后，过滤，烘干。
由前述的制备原理可知，由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料的微包裹体外壳厚度由钛酸正四丁酯和相变蓄能石蜡的质量比确定。如果钛酸正四丁酯用量大，则微包裹体二氧化钛外壳厚；如果钛酸正四丁酯用量小，则微包裹体二氧化钛外壳薄。在钛酸正四丁酯和相变蓄能石蜡的质量比为25－30:20－35的条件下，微包裹体二氧化钛外壳厚度一般在0.01mm左右。
由于微包裹体的直径不大于0.1mm。因此微包裹相变蓄能材料一般为粉末状。
实施例1
将25克钛酸正四丁酯和80克无水乙醇放入烧杯中，以500 转/分钟的转速搅拌混合20分钟，使其形成均匀的钛酸正四丁酯乙醇溶液。
将20克相变蓄能石蜡、320克蒸馏水和3.2克十二烷基硫酸钠放入另一烧杯，在75 ℃温度下，以600 转/分钟的转速搅拌混合40分钟，并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3。制备出相变蓄能石蜡乳状液。
将钛酸正四丁酯乙醇溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中，在70 ℃温度下，以800 转/分钟的转速搅拌混合60分钟。然后用过滤得到由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料。
最后烘干。将过滤得到的材料在真空干燥箱内，45 ℃的温度下，干燥24小时。
经测定，该复合相变蓄能材料凝固温度为56.7℃、熔化温度为58.5℃，凝固放热为120.4 kJ/kg、熔化吸热为137.2 kJ/kg。该材料的微观结构如图2a所示。
实施例2
将25克钛酸正四丁酯和90克无水乙醇放入烧杯中，以500 转/分钟的转速搅拌混合20分钟，使其形成均匀的钛酸正四丁酯乙醇溶液。
将25克相变蓄能石蜡、330克蒸馏水和3.4克十二烷基硫酸钠放入另一烧杯，在75 ℃温度下，以600 转/分钟的转速搅拌混合40分钟，并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3。制备出相变蓄能石蜡乳状液。
将钛酸正四丁酯乙醇溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中，在70 ℃温度下，以800 转/分钟的转速搅拌混合60分钟。然后用过滤得到由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料。
最后烘干。将过滤得到的材料在真空干燥箱内，45 ℃的温度下，干燥24小时。
经测定，该复合相变蓄能材料凝固温度为56.1℃、熔化温度为59.2℃，凝固放热为132.3 kJ/kg、熔化吸热为142.9 kJ/kg。该材料的微观结构如图2b所示。
实施例3
将28克钛酸正四丁酯和100克无水乙醇放入烧杯中，以500 转/分钟的转速搅拌混合20分钟，使其形成均匀的钛酸正四丁酯乙醇溶液。
将30克相变蓄能石蜡、310克蒸馏水和3.6克十二烷基硫酸钠放入另一烧杯，在75 ℃温度下，以600 转/分钟的转速搅拌混合40分钟，并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3。制备出相变蓄能石蜡乳状液。
将钛酸正四丁酯乙醇溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中，在70 ℃温度下，以800 转/分钟的转速搅拌混合60分钟。然后用过滤得到由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料。
最后烘干。将过滤得到的材料在真空干燥箱内，45 ℃的温度下，干燥24小时。
经测定，该复合相变蓄能材料凝固温度为55.4℃、熔化温度为59.5℃，凝固放热为136.8 kJ/kg、熔化吸热为151.1 kJ/kg。该材料的微观结构如图2c所示。
实施例4
将25克钛酸正四丁酯和80克无水乙醇放入烧杯中，以500 转/分钟的转速搅拌混合20分钟，使其形成均匀的钛酸正四丁酯乙醇溶液。
将35克相变蓄能石蜡、300克蒸馏水和3.5克十二烷基硫酸钠放入另一烧杯，在75 ℃温度下，以600 转/分钟的转速搅拌混合40分钟，并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3。制备出相变蓄能石蜡乳状液。
将钛酸正四丁酯乙醇溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中，在70 ℃温度下，以800 转/分钟的转速搅拌混合60分钟。然后用过滤得到由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料。
最后烘干。将过滤得到的材料在真空干燥箱内，45 ℃的温度下，干燥24小时。
经测定，该复合相变蓄能材料凝固温度为56.8℃、熔化温度为58.6℃，凝固放热为147.2 kJ/kg、熔化吸热为164.1 kJ/kg。该材料的微观结构如图2d所示。
实施例5
将25克钛酸正四丁酯和60克无水乙醇放入烧杯中，以500 转/分钟的转速搅拌混合20分钟，使其形成均匀的钛酸正四丁酯乙醇溶液。
将30克相变蓄能石蜡、350克蒸馏水和3.8克十二烷基硫酸钠放入另一烧杯，在75 ℃温度下，以600 转/分钟的转速搅拌混合40分钟，并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3。制备出相变蓄能石蜡乳状液。
将钛酸正四丁酯乙醇溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中，在70 ℃温度下，以800 转/分钟的转速搅拌混合60分钟。然后用过滤得到由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料。
最后烘干。将过滤得到的材料在真空干燥箱内，45 ℃的温度下，干燥24小时。
经测定，该复合相变蓄能材料凝固温度为56.5℃、熔化温度为58.8℃，凝固放热为144.6 kJ/kg、熔化吸热为161.1 kJ/kg。该材料的微观结构如图2e所示。
实施例6
将30克钛酸正四丁酯和100克无水乙醇放入烧杯中，以500 转/分钟的转速搅拌混合20分钟，使其形成均匀的钛酸正四丁酯乙醇溶液。
将30克相变蓄能石蜡、350克蒸馏水和4克十二烷基硫酸钠放入另一烧杯，在75 ℃温度下，以600 转/分钟的转速搅拌混合40分钟，并向烧杯中滴入少许盐酸将该混合物的PH值调节到2—3。制备出相变蓄能石蜡乳状液。
将钛酸正四丁酯乙醇溶液通过滴液漏斗逐滴地加入到上述的石蜡乳状液中，在70 ℃温度下，以800 转/分钟的转速搅拌混合60分钟。然后用过滤得到由二氧化钛微包裹相变蓄能石蜡的微包裹相变蓄能材料。
最后烘干。将过滤得到的材料在真空干燥箱内，45 ℃的温度下，干燥24小时。
经测定，该复合相变蓄能材料凝固温度为56.6℃、熔化温度为58.7℃，凝固放热为140.9 kJ/kg、熔化吸热为153.6 kJ/kg。该材料的微观结构如图2f所示。
综合上述实施例，微包裹相变蓄能材料中微包裹体的外壳由二氧化钛制成，内腔由相变蓄能石蜡制成。本领域技术人员理解，微包裹相变蓄能材料中微包裹体的外壳和内腔材料也可以由其他材质制备，不同的材料具有不同的制备方法，材料的改变和制备方法的改变并不脱离本发明的创造精神，也在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.微包裹相变蓄能材料，其特征在于，包含微包裹体；微包裹体包括外壳和内腔，微包裹体的内腔包含有相变蓄能材料，微包裹体的直径不大于0.1mm。
2.如权利要求1所述的微包裹相变蓄能材料，其特征在于，所述的微包裹体的外壳由二氧化钛制成。
3.如权利要求1所述的微包裹相变蓄能材料，其特征在于，所述的微包裹体内腔包含的相变蓄能材料为相变蓄能石蜡。
4.如权利要求1所述的微包裹相变蓄能材料，其特征在于，所述的微包裹体的外壳由二氧化钛制成；所述的微包裹体内腔包含的相变蓄能材料为相变蓄能石蜡。
5.如权利要求4所述的微包裹相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将钛酸正四丁酯和乙醇搅拌混合，制备钛酸正四丁酯乙醇溶液；
S2，将相变蓄能石蜡和水在石蜡熔融的温度下搅拌混合，制备石蜡乳状液；
S3，将步骤S1获得的钛酸正四丁酯乙醇溶液在石蜡熔融的温度下的加入步骤S2获得的石蜡乳状液搅拌混合后，过滤，烘干。
6.如权利要求5所述的微包裹相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，钛酸正四丁酯和相变蓄能石蜡的质量比为25－30:20－35。
7.如权利要求5所述的微包裹相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中搅拌混合的石蜡熔融的温度为75℃，搅拌混合时间为40分钟。
8.如权利要求5所述的微包裹相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中搅拌混合的石蜡熔融的温度为70℃，搅拌混合时间为60分钟。
9.如权利要求5所述的微包裹相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2搅拌混合时还加有十二烷基硫酸钠；相变蓄能石蜡、水、十二烷基硫酸钠的质量比为20－35:300－350:3－4。
10.如权利要求5所述的微包裹相变蓄能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S22，在石蜡乳状液中加入酸调整其PH值至2－3的步骤。
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- 2013-03-15 CN CN2013100826375A patent/CN103146350A/zh active Pending
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