CN104403243A - 一种太阳能高效吸热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能高效吸热材料及其制备方法，材料包括：聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠、硝酸铵、单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂、炭黑、对苯二甲酸、氮化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸二甲胺基乙酯、去离子水。制备方法为先将聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠和硝酸铵加至去离子水中，再加入单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂和炭黑，然后加入剩余组分，在氨气氛围下加热搅拌反应，最后将所得反应物送入挤出机，即得。本发明的吸热材料具有良好的传热与吸热性能，同时具有良好的机械强度与韧性，可以广泛应用于太阳能领域。
Description
技术领域
本发明属于太阳能材料技术领域，具体涉及一种太阳能高效吸热材料及其制备方法。
背景技术
随着人类社会的不断发展人与自然的矛盾日益突出。目前全世界范围面临的最为突出的问题是环境与能源，即环境恶化和能源短缺。这个矛盾迫切需要各国政府采取正确的对策来处理，发展新材料及相应的技术，将是解决这一问题最为有效的方法。事实上近年来人们对太阳能材料的研制和利用，已显示了积极有效的作用。这一新型功能材料的发展，既可解决人类面临的能源短缺，又不造成环境污染。尽管太阳能材料的成本还较高和性能还有待进一步提高，但随着材料科学的不断进步，太阳能材料愈来愈显示了诱人的发展前景。可以预见，在下个世纪，太阳能材料将扮演更为重要的角色。就象半导体等功能材料的发展带来电信和计算机产业的兴起和发展一样，太阳能材料及相关技术也将带来太阳能器件的产业化的发展，使人类在环境保护和能源利用两方面的和谐达到更加完善的境界。
太阳能发电种类很多，目前，较为成熟的有太阳能光伏发电和太阳能热发电。在众多的太阳能利用技术中，太阳能热发电技术被誉为最有前景，最有可能大规模利用太阳能的技术。太阳能热发电是利用聚光器聚集太阳能，经吸收器吸收后，转化成热能，产生高温蒸汽或气体进入汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组产生电能。按聚光形式不同，太阳能热发电可分为塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电和碟式太阳能热发电。太阳能热发电作为一种太阳能高温热利用技术，美国、西班牙、以色列、意大利、澳大利亚、日本、俄罗斯等国家都投入了大量资金和人力进行研究，取得了大量科研成果，先后建立了几十座太阳能热发电系统。研究成果表明，太阳能塔式热发电以其大容量、高效率、可蓄热以及能够大幅度降低成本被誉为是最可能引起能源革命、实现大功率发电、替代常规能源的最经济手段之一，将完全有可能给紧张的能源问题带来革命性的解决方案，目前己经处于商业化应用和工业化应用初期。
塔式太阳能热发电系统包括：聚光子系统、集热子系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统，具有规模大、热传递路程短、热损耗少、聚光比和温度较高等特点，极适合于大规模并网发电。塔式太阳能吸热器主要分为间接照射吸热器和直接照射吸热器两大类，对吸热器的要求主要是：能承受一定数值的太阳光能量密度和梯度，避免局部过热发生，流体的流动分布与能量密度分布相匹配，效率高，简单易造，成本经济。在塔式太阳能吸热器中，吸热体材料是吸热器的核心部件。由于太阳能聚光能流密度不均匀性和不稳定性形成的吸热体局部热斑造成材料热应力破坏、空气流动稳定性差、系统复杂、大容量情况下系统可靠性和耐久性不高等，因此，基于太阳能热发电吸热器的特点及对吸热体材料的要求，需要设计一种用于塔式太阳能热发电系统的吸热器用的吸热材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而一种太阳能高效吸热材料及其制备方法，提高材料的吸热性能以及机械性能。
一种太阳能高效吸热材料，原料以重量份计包括：聚乙烯醇3～10份，对苯二甲酸乙二醇酯2～9份，碳化硅1～7份，硫酸氢钠4～12份，硝酸铵3～9份，单硬脂酸甘油酯2～10份，氯化石蜡1～8份，玻璃鳞片2～9份，三聚氰胺甲醛树脂3～10份，炭黑2～8份，对苯二甲酸1～10份，氮化硅5～12份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1～7份，丙烯酸二甲胺基乙酯2～8份，去离子水4～12份。
作为上述发明的进一步改进，所述太阳能高效吸热材料，原料以重量份计包括：聚乙烯醇5～8份，对苯二甲酸乙二醇酯3～7份，碳化硅2～6份，硫酸氢钠6～9份，硝酸铵4～7份，单硬脂酸甘油酯4～9份，氯化石蜡3～7份，玻璃鳞片5～8份，三聚氰胺甲醛树脂5～8份，炭黑4～6份，对苯二甲酸3～9份，氮化硅7～10份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2～5份，丙烯酸二甲胺基乙酯4～7份，去离子水6～10份。
作为上述发明的进一步改进，所述太阳能高效吸热材料，原料以重量份计包括：聚乙烯醇7份，对苯二甲酸乙二醇酯5份，碳化硅3份，硫酸氢钠8份，硝酸铵5份，单硬脂酸甘油酯8份，氯化石蜡6份，玻璃鳞片7份，三聚氰胺甲醛树脂6份，炭黑5份，对苯二甲酸8份，氮化硅9份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3份，丙烯酸二甲胺基乙酯5份，去离子水9份。
上述太阳能高效吸热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠和硝酸铵加至去离子水中，超声振荡充分混合1～3h，得混合物Ⅰ；
步骤2，在步骤1所得混合物Ⅰ中加入单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂和炭黑，在60～80℃的水浴中加热搅拌10～30min，得混合物Ⅱ；
步骤3，将对苯二甲酸、氮化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸二甲胺基乙酯加至步骤2所得混合物Ⅱ中，在氨气氛围下加热搅拌反应10～30min，得反应物；
步骤4，将步骤3所得反应物送入挤出机，在80～100℃下挤出，即得。
作为上述发明的进一步改进，步骤1中超声振荡温度为30～40℃。
作为上述发明的进一步改进，步骤1中超声振荡频率为100～140次/min。
作为上述发明的进一步改进，步骤2中搅拌在真空度为0.08～0.12MPa条件下进行。
作为上述发明的进一步改进，步骤3中搅拌速度为300～400rpm。
本发明提供的太阳能高效吸热材料具有良好的性能，其中伸长率达到了25.6％以上，冲击强度达到了46MPa以上，导热率达到了82W/m·K以上，热膨胀系数达到了7.3×10-7℃-1以下，软化温度达到了286℃以上，具有良好的传热与吸热性能，同时具有良好的机械强度与韧性，可以广泛应用于太阳能领域。
具体实施方式
实施例1
一种太阳能高效吸热材料，原料以重量份计包括：聚乙烯醇3份，对苯二甲酸乙二醇酯2份，碳化硅1份，硫酸氢钠4份，硝酸铵3份，单硬脂酸甘油酯2份，氯化石蜡1份，玻璃鳞片2份，三聚氰胺甲醛树脂3份，炭黑2份，对苯二甲酸1份，氮化硅5份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1份，丙烯酸二甲胺基乙酯2份，去离子水4份。
上述太阳能高效吸热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠和硝酸铵加至去离子水中，在30℃下超声振荡充分混合3h，振荡频率为100次/min，得混合物Ⅰ；
步骤2，在步骤1所得混合物Ⅰ中加入单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂和炭黑，在60℃的水浴中真空加热搅拌30min，真空度为0.12MPa，得混合物Ⅱ；
步骤3，将对苯二甲酸、氮化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸二甲胺基乙酯加至步骤2所得混合物Ⅱ中，在氨气氛围下加热搅拌反应10min，搅拌速度为400rpm，得反应物；
步骤4，将步骤3所得反应物送入挤出机，在80℃下挤出，即得。
实施例2
一种太阳能高效吸热材料，原料以重量份计包括：聚乙烯醇5份，对苯二甲酸乙二醇酯3份，碳化硅2份，硫酸氢钠6份，硝酸铵4份，单硬脂酸甘油酯4份，氯化石蜡3份，玻璃鳞片5份，三聚氰胺甲醛树脂5份，炭黑4份，对苯二甲酸3份，氮化硅7份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2份，丙烯酸二甲胺基乙酯4份，去离子水6份。
上述太阳能高效吸热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠和硝酸铵加至去离子水中，在40℃下超声振荡充分混合1h，振荡频率为100次/min，得混合物Ⅰ；
步骤2，在步骤1所得混合物Ⅰ中加入单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂和炭黑，在80℃的水浴中真空加热搅拌10min，真空度为0.12MPa，得混合物Ⅱ；
步骤3，将对苯二甲酸、氮化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸二甲胺基乙酯加至步骤2所得混合物Ⅱ中，在氨气氛围下加热搅拌反应10min，搅拌速度为400rpm，得反应物；
步骤4，将步骤3所得反应物送入挤出机，在100℃下挤出，即得。
实施例3
一种太阳能高效吸热材料，原料以重量份计包括：聚乙烯醇7份，对苯二甲酸乙二醇酯5份，碳化硅3份，硫酸氢钠8份，硝酸铵5份，单硬脂酸甘油酯8份，氯化石蜡6份，玻璃鳞片7份，三聚氰胺甲醛树脂6份，炭黑5份，对苯二甲酸8份，氮化硅9份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3份，丙烯酸二甲胺基乙酯5份，去离子水9份。
上述太阳能高效吸热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠和硝酸铵加至去离子水中，在35℃下超声振荡充分混合2h，振荡频率为120次/min，得混合物Ⅰ；
步骤2，在步骤1所得混合物Ⅰ中加入单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂和炭黑，在70℃的水浴中真空加热搅拌20min，真空度为0.1MPa，得混合物Ⅱ；
步骤3，将对苯二甲酸、氮化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸二甲胺基乙酯加至步骤2所得混合物Ⅱ中，在氨气氛围下加热搅拌反应20min，搅拌速度为350rpm，得反应物；
步骤4，将步骤3所得反应物送入挤出机，在90℃下挤出，即得。
实施例4
一种太阳能高效吸热材料，原料以重量份计包括：聚乙烯醇8份，对苯二甲酸乙二醇酯7份，碳化硅6份，硫酸氢钠9份，硝酸铵7份，单硬脂酸甘油酯9份，氯化石蜡7份，玻璃鳞片8份，三聚氰胺甲醛树脂8份，炭黑6份，对苯二甲酸9份，氮化硅10份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份，丙烯酸二甲胺基乙酯7份，去离子水10份。
上述太阳能高效吸热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠和硝酸铵加至去离子水中，在35℃下超声振荡充分混合2h，振荡频率为130次/min，得混合物Ⅰ；
步骤2，在步骤1所得混合物Ⅰ中加入单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂和炭黑，在60℃的水浴中真空加热搅拌30min，真空度为0.08MPa，得混合物Ⅱ；
步骤3，将对苯二甲酸、氮化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸二甲胺基乙酯加至步骤2所得混合物Ⅱ中，在氨气氛围下加热搅拌反应30min，搅拌速度为300rpm，得反应物；
步骤4，将步骤3所得反应物送入挤出机，在100℃下挤出，即得。
实施例5
一种太阳能高效吸热材料，原料以重量份计包括：聚乙烯醇10份，对苯二甲酸乙二醇酯9份，碳化硅7份，硫酸氢钠12份，硝酸铵9份，单硬脂酸甘油酯10份，氯化石蜡8份，玻璃鳞片9份，三聚氰胺甲醛树脂10份，炭黑8份，对苯二甲酸10份，氮化硅12份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸7份，丙烯酸二甲胺基乙酯8份，去离子水12份。
上述太阳能高效吸热材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠和硝酸铵加至去离子水中，在40℃下超声振荡充分混合1h，振荡频率为140次/min，得混合物Ⅰ；
步骤2，在步骤1所得混合物Ⅰ中加入单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂和炭黑，在80℃的水浴中真空加热搅拌30min，真空度为0.12MPa，得混合物Ⅱ；
步骤3，将对苯二甲酸、氮化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸二甲胺基乙酯加至步骤2所得混合物Ⅱ中，在氨气氛围下加热搅拌反应30min，搅拌速度为400rpm，得反应物；
步骤4，将步骤3所得反应物送入挤出机，在100℃下挤出，即得。
对以上实施例制备得到的太阳能高效吸热材料进行性能测试，结果如下：
| 项目 | 伸长率％ | 冲击强度％ | 热导率W/m·K | 热膨胀系数℃-1 | 软化温度℃ |
| 实施例1 | 25.6 | 46 | 82 | 7.3×10-7 | 286 |
| 实施例2 | 34.8 | 54 | 93 | 6.8×10-7 | 352 |
| 实施例3 | 36.2 | 63 | 102 | 6.6×10-7 | 368 |
| 实施例4 | 35.9 | 58 | 96 | 7.1×10-7 | 342 |
| 实施例5 | 34.2 | 53 | 88 | 7.4×10-7 | 327 |
从以上试验结果可以看出，本发明提供的太阳能高效吸热材料具有良好的性能，其中伸长率达到了25.6％以上，冲击强度达到了46MPa以上，导热率达到了82W/m·K以上，热膨胀系数达到了7.3×10-7℃-1以下，软化温度达到了286℃以上，具有良好的传热与吸热性能，同时具有良好的机械强度与韧性，可以广泛应用于太阳能领域。
Claims (8)
1.一种太阳能高效吸热材料，其特征在于：原料以重量份计包括：聚乙烯醇3～10份，对苯二甲酸乙二醇酯2～9份，碳化硅1～7份，硫酸氢钠4～12份，硝酸铵3～9份，单硬脂酸甘油酯2～10份，氯化石蜡1～8份，玻璃鳞片2～9份，三聚氰胺甲醛树脂3～10份，炭黑2～8份，对苯二甲酸1～10份，氮化硅5～12份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1～7份，丙烯酸二甲胺基乙酯2～8份，去离子水4～12份。
2.根据权利要求1所述的太阳能高效吸热材料，其特征在于：原料以重量份计包括：聚乙烯醇5～8份，对苯二甲酸乙二醇酯3～7份，碳化硅2～6份，硫酸氢钠6～9份，硝酸铵4～7份，单硬脂酸甘油酯4～9份，氯化石蜡3～7份，玻璃鳞片5～8份，三聚氰胺甲醛树脂5～8份，炭黑4～6份，对苯二甲酸3～9份，氮化硅7～10份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸2～5份，丙烯酸二甲胺基乙酯4～7份，去离子水6～10份。
3.根据权利要求1所述的太阳能高效吸热材料，其特征在于：原料以重量份计包括：聚乙烯醇7份，对苯二甲酸乙二醇酯5份，碳化硅3份，硫酸氢钠8份，硝酸铵5份，单硬脂酸甘油酯8份，氯化石蜡6份，玻璃鳞片7份，三聚氰胺甲醛树脂6份，炭黑5份，对苯二甲酸8份，氮化硅9份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3份，丙烯酸二甲胺基乙酯5份，去离子水9份。
4.权利要求1至3任一项所述的太阳能高效吸热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将聚乙烯醇、对苯二甲酸乙二醇酯、碳化硅、硫酸氢钠和硝酸铵加至去离子水中，超声振荡充分混合1～3h，得混合物Ⅰ；
步骤2，在步骤1所得混合物Ⅰ中加入单硬脂酸甘油酯、氯化石蜡、玻璃鳞片、三聚氰胺甲醛树脂和炭黑，在 60～80℃的水浴中加热搅拌10～30min，得混合物Ⅱ；
步骤3，将对苯二甲酸、氮化硅、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酸二甲胺基乙酯加至步骤2所得混合物Ⅱ中，在氨气氛围下加热搅拌反应10～30min，得反应物；
步骤4，将步骤3所得反应物送入挤出机，在80～100℃下挤出，即得。
5.根据权利要求4所述的太阳能高效吸热材料的制备方法，其特征在于：步骤1中超声振荡温度为30～40℃。
6.根据权利要求4所述的太阳能高效吸热材料的制备方法，其特征在于：步骤1中超声振荡频率为100～140次/min。
7.根据权利要求4所述的太阳能高效吸热材料的制备方法，其特征在于：步骤2中搅拌在真空度为0.08～0.12MPa条件下进行。
8.根据权利要求4所述的太阳能高效吸热材料的制备方法，其特征在于：步骤3中搅拌速度为300～400rpm。
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|---|---|---|---|
| CN201410643119.0A CN104403243A (zh) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | 一种太阳能高效吸热材料及其制备方法 |
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| CN201410643119.0A CN104403243A (zh) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | 一种太阳能高效吸热材料及其制备方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106189109A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-07 | 广西南宁胜祺安科技开发有限公司 | 一种新型太阳能热发电用吸热体基体材料 |
| CN106189106A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-12-07 | 广西南宁胜祺安科技开发有限公司 | 一种太阳能吸热材料 |
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