CN104830283A - 低温相变蓄冷材料及其制备方法 - Google Patents

低温相变蓄冷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温相变蓄冷材料及其制备方法，所述低温相变蓄冷材料由以下质量百分比的原料制得：5~18%氯化钠，4~17%硝酸钾，74%水，1%四硼酸钠，1%苯甲酸钠，2%聚乙烯醇。本发明相变温度在-20~-25℃，适用于冷冻食品的蓄冷运输，单位质量蓄冷密度高，相变潜热在260kJ/kg以上。本发明组分配比简单，来源广泛，制备方法易操作，适合产业化推广。

Description

低温相变蓄冷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种蓄冷材料及其制备方法，特别是涉及一种低温相变蓄冷材料及其制备方法。
背景技术
蓄冷运输箱是20世纪80年代初期从发达国家发展起来的一种高效绿色物流技术。其最大优点在于：采用蓄冷运输箱后只需使用普通货柜车、无需机械制冷就能实现长时间保冷，并且可以实现常温、冷冻、冷藏货物的同车混装运输，充分利用同一方向上的货运能力。
在冷藏运输过程中必须控制车内环境，尽量与所运输食品的最佳要求一致，并且在运输过程中应尽量避免温度波动，降低温度波动幅度和减少波动持续时间。充冷完全的蓄冷板在放冷过程中，随着蓄冷共晶体不断吸热，使车内降温，并维持于共晶溶液凝固点相当的冷藏温度，以实现车内温度的稳定。
速冻食品在流通过程中的品质变化主要取决于温度。在-25～-18℃条件下其品质较为稳定，如果高于此温度，食品就会变质损坏。为了使生产出来的优质冷冻食品的优良品质能一直持续到消费者手上，必须把从生产者到消费者之间流通的所有环节都维持低的品温。而运输环节作为冻结贮藏的延长，必须完善。
专利公开号为“CN 102533224 A”、专利名称为“一种低温相变蓄冷剂”的中国专利以氯化钠水溶液为主材，氯化铵、羧甲基纤维素、硼砂等为辅材，相变温度也在-20～-25℃；专利公开号为“CN 102268240 A”、专利名称为“一种低温蓄冷剂”的中国专利提供了一种-25℃低温蓄冷剂，包括氯化钠、氯化铵、瓜尔豆胶和水；专利申请号为“200510032522.0”、专利名称为“电冰箱组合蓄冷剂”的中国专利提供了由氯化钠、氯化钾、成核剂、表面活性剂、导热增强剂组成的、相变温度可达-20℃左右的蓄冷材料。上述专利中所提供的蓄冷材料相变温度和本发明类似，但是相变潜热较低。另外，经保温式冷藏车商家反馈，采用以氯化钠、氯化铵等氯盐为主材料的无机盐相变蓄冷材料，虽然具有较高的相变潜热与导热系数，但在实际投产使用过程中，即便使用不锈钢作为承装无机盐相变材料的容器，容器不出一个月即会出现严重的腐蚀，发生相变材料的泄露。发生腐蚀后，材料的热物性也会发生较大改变，主要体现在相变潜热的大幅减小且溶液变色出现沉淀物，并出现相分离现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低温相变蓄冷材料及其制备方法，其相变温度在-20～-25℃，适用于冷冻食品的蓄冷运输，单位质量蓄冷密度高，相变潜热在260kJ/kg以上。本发明蓄冷材料导热系数高，在1.0W/m·K以上，材料较纯无机相变材料具有一定的防腐蚀效果。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种低温相变蓄冷材料，其特征在于，所述低温相变蓄冷材料由以下质量百分比的原料制得：5～18％氯化钠，4～17％硝酸钾，74％水，1％四硼酸钠，1％苯甲酸钠，2％聚乙烯醇。
优选地，所述低温相变蓄冷材料由以下质量百分比的原料制得：15％氯化钠，7％硝酸钾，74％水，1％四硼酸钠，1％苯甲酸钠，2％聚乙烯醇。
优选地，所述硝酸钾既是熔点调节剂又是常见金属钢对应的特效缓蚀剂。
优选地，所述四硼酸钠既是无机材料的防过冷剂又是常见金属锡、铝、铁对应的特效缓蚀剂。
优选地，所述苯甲酸钠是常见金属紫铜、黄铜对应的特效缓蚀剂。
优选地，所述聚乙烯醇是无机材料的防相分离剂。
本发明还提供一种低温相变蓄冷材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：称取氯化钠和硝酸钾于烧杯中，加入普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入四硼酸钠、苯甲酸钠、聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
本发明的积极进步效果在于：一，本发明相变温度在-20～-25℃，适用于冷冻食品的蓄冷运输，单位质量蓄冷密度高，相变潜热在260kJ/kg以上。二，本发明蓄冷材料导热系数高，在1.0W/m·K以上，材料较纯无机相变材料具有一定的防腐蚀效果。三，本发明材料的循环充放冷性能良好，组分配比简单，来源广泛，制备方法易操作，适合产业化推广。四，本发明形态为半流体状态，可以适应不同形状的容器；材料相变潜热值高，导热系数高，充/放冷循环性能好。
附图说明
图1是实施例1～6DSC测试所得相变温度、相变潜热的汇总折线图。
图2是优选实施例4的DSC图。
图3是优选实施例4的步冷曲线图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
本发明低温相变蓄冷材料由以下质量百分比的原料制得：5～18％氯化钠，4～17％硝酸钾，74％水，1％四硼酸钠，1％苯甲酸钠，2％聚乙烯醇。水可以是普通自来水。硝酸钾、氯化钠、四硼酸钠、苯甲酸钠、聚乙烯醇均购自国药集团化学试剂有限公司。硝酸钾既是熔点调节剂又是常见金属钢对应的特效缓蚀剂。四硼酸钠既是无机材料的防过冷剂又是常见金属锡、铝、铁对应的特效缓蚀剂。苯甲酸钠是常见金属紫铜、黄铜对应的特效缓蚀剂。聚乙烯醇是无机材料的防相分离剂。
本发明低温相变蓄冷材料的制备方法包括以下步骤：称取氯化钠和硝酸钾于烧杯中，加入普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入四硼酸钠、苯甲酸钠、聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
实施例1
称取5％质量百分比的氯化钠和17％质量百分比的硝酸钾于烧杯中，加入74％质量百分比的普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入1％四硼酸钠、1％苯甲酸钠、2％聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将上述材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
实施例2
称取12％质量百分比的氯化钠和10％质量百分比的硝酸钾于烧杯中，加入74％质量百分比的普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入1％四硼酸钠、1％苯甲酸钠、2％聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将上述材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
实施例3
称取14％质量百分比的氯化钠和8％质量百分比的硝酸钾于烧杯中，加入74％质量百分比的普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入1％四硼酸钠、1％苯甲酸钠、2％聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将上述材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
实施例4
称取15％质量百分比的氯化钠和7％质量百分比的硝酸钾于烧杯中，加入74％质量百分比的普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入1％四硼酸钠、1％苯甲酸钠、2％聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将上述材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
实施例5
称取18％质量百分比的氯化钠和4％质量百分比的硝酸钾于烧杯中，加入74％质量百分比的普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入1％四硼酸钠、1％苯甲酸钠、2％聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将上述材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
实施例6
称取18％质量百分比的氯化钠和4％质量百分比的硝酸钾于烧杯中，加入74％质量百分比的普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入1％四硼酸钠、1％苯甲酸钠、2％聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将上述材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
如图1和图2所示，将实施例1～6所制得的相变蓄冷材料进行DSC(Differential Scanning Calorimetry，示差扫描量热法)测试，测试条件：1)吹扫气及流量：高纯度氮气，20mL/min；2)保护气及流量：高纯度氮气，60mL/min；3)加热率：10℃/min；4)温度范围：-40～40℃。并测定其热导率，使用仪器为Hot Disk公司生产的TPS2500瞬变平面热源技术导热系数仪。相关测试结果具体数据列于表1。
表1实施例1～6相关热物性能参数测试数据表
在各实施例中，实施例4相变潜热最高，达278.5kJ/kg，导热系数较高，相变温度合适，材料共融稳定性较好，故将其作为优选实施例。更高的相变潜热意味着单位质量的蓄冷材料可以储存更多的冷量，对于冷链运输而言，具有提高单车货物储存空间，降低车辆自重，减少油耗等优点。对该实施例进行步冷曲线测试，低温恒温槽设定温区为0～-35℃，并配Agilent 34972A进行实时数据采集，热电偶采用经过校正的铜-康铜热电偶。由图3可知，优选例较高的导热系数值使得材料的充冷速率较高，在250s左右即可完成材料的充冷过程，实际应用中的预先蓄冷时间可以缩短。
进一步腐蚀性测试选择的金属为锡、铝、铁、黄铜、钢五种金属的特质混合金属丝。截取金属丝与实施例4材料进行腐蚀性测试，在常温下浸泡120天后，所得实验结果为：腐蚀试验前金属丝重量为0.9719g，腐蚀试验后金属丝重量为0.9720g，失重百分比为0.11318％。而传统无机盐相变材料，以氯化钠，氯化铵为主要基材的材料，腐蚀试验前后金属丝的失重百分比为0.75035％。
本发明相变温度在-20～-25℃，适用于冷冻食品的蓄冷运输，单位质量蓄冷密度高，相变潜热在260kJ/kg以上。本发明蓄冷材料导热系数高，在1.0W/m·K以上，材料较纯无机相变材料具有一定的防腐蚀效果。本发明材料的循环充放冷性能良好，组分配比简单，来源广泛。本发明用于冷冻食品的蓄冷运输，只需在使用前预先蓄冷，即可在隔热保温性能良好的封闭空间内实现无源冷冻运输。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，所以凡依本发明所述范围的特征原料、特征步骤以及配方等同的变化，均应包括在本发明的申请专利范围之内。

Claims (7)

1.一种低温相变蓄冷材料，其特征在于，所述低温相变蓄冷材料由以下质量百分比的原料制得：5~18%氯化钠，4~17%硝酸钾，74%水，1%四硼酸钠，1%苯甲酸钠，2%聚乙烯醇。
2.如权利要求1所述的低温相变蓄冷材料，其特征在于，所述低温相变蓄冷材料由以下质量百分比的原料制得：15%氯化钠，7%硝酸钾，74%水，1%四硼酸钠，1%苯甲酸钠，2%聚乙烯醇。
3.如权利要求1所述的低温相变蓄冷材料，其特征在于，所述硝酸钾既是熔点调节剂又是常见金属钢对应的特效缓蚀剂。
4.如权利要求1所述的低温相变蓄冷材料，其特征在于，所述四硼酸钠既是无机材料的防过冷剂又是常见金属锡、铝、铁对应的特效缓蚀剂。
5.如权利要求1所述的低温相变蓄冷材料，其特征在于，所述苯甲酸钠是常见金属紫铜、黄铜对应的特效缓蚀剂。
6.如权利要求1所述的低温相变蓄冷材料，其特征在于，所述聚乙烯醇是无机材料的防相分离剂。
7.一种低温相变蓄冷材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：称取氯化钠和硝酸钾于烧杯中，加入普通自来水中，玻璃棒机械搅拌静置后，在室温状况下，再依次加入四硼酸钠、苯甲酸钠、聚乙烯醇到氯化钠-硝酸钾水溶液中，并使用超声波振荡仪的空化作用将材料混合均匀，冷却至室温后得到所需低温相变蓄冷材料。
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