CN105062431A - 乙二醇型太阳能导热介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种乙二醇型太阳能导热介质及其制备方法，它是由乙二醇、去离子水、三乙醇胺、乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、苯并三氮唑、聚甲基丙烯酸、聚合度6000聚马来酸酐在隔绝氧气环境下分段加热搅拌混合制成。制备的乙二醇太阳能导热介质缓蚀阻垢性能优异，储备碱度大于20ml保证了导热介质的长效性；导热系数高，热稳定性好，可以实现在-20—150℃温度范围内平板太阳能特殊工况下稳定工作。具有高温下性能稳定，使用环境宽泛，缓蚀阻垢性能长效且环境友好以及导热系数良好的特点，原料来源直接且价廉易得，对设备运行要求低，易于实现大规模的工业化生产。

Description

乙二醇型太阳能导热介质及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机材料领域，具体涉及一种乙二醇水溶液导热介质及其制备方法。

背景技术

近几年来，我国的太阳能集热器市场正在快速发展。其中，由于平板太阳能集热器具备更安全可靠、寿命更长、与建筑更好结合以及更舒适等特性将成为未来的发展趋势。然而，在平板太阳能技术发展过程中还有诸多技术有待进一步提高和完善。平板太阳能导热介质是决定平板太阳能总体性能关键的一环。目前，国内市场极少有针对太阳能专用导热介质的研发和生产，且平板太阳能厂商采购的关注点绝大部分是导热介质的冰点，而在高温下导热介质的沸点及其缓蚀阻垢性能对于平板太阳能系统的影响未有涉及。现有太阳能导热介质的沸点绝大部分在110℃以下，一方面，当太阳能产出的热水在一定时间内不能被及时使用时，由于能量的蓄积会使集热板温度高出导热介质的自身沸点，从而会引起导热介质沸腾，使得循环系统内压力不断升高导致循环系统泄漏；另一方面，当导热介质沸腾后，其中的缓蚀阻垢剂会出现沸腾状态下的析出或沉淀，导致缓蚀阻垢性能失效。国外有针对冰点低且沸点高的成品，但由于其价格昂贵，尚未进口国内使用。

乙二醇具有冰点低（-12.9℃）、沸点高（197.3℃），物理性能和化学性质稳定，粘度小流动性好，目前在换热领域被广泛用作导热介质的基础液，与水混合后添加无机和有机复配缓蚀阻垢剂成导热介质。乙二醇作为基础液与水混合后冰点会随加水量的增加呈先降低后升高的趋势，且沸点会逐渐迅速降低，当加水量到40%以后，沸点基本维持在110℃一下，限制了乙二醇水溶液导热介质的在稍高温度下的使用范围。使用纯乙二醇作为导热介质可以提高沸点，但其对于无机缓蚀阻垢剂的溶解度较小，不能达到良好的缓蚀阻垢效果，而且，目前完全由有机物组成的缓蚀阻垢剂还几乎没有。

基于以上两点，开发一种中高温下性能稳定，使用环境宽泛，针对现有太阳能系统材质的缓蚀阻垢性能长效，且导热性能良好的中高温导热介质及其制备方法，将对太阳能高效利用、中温导热利用领域起到巨大的推动作用。

发明内容

本发明的目的是发明一种在-20—150℃下性能稳定，使用环境宽泛，缓蚀阻垢性能长效的乙二醇型太阳能导热介质及其制备方法。

一种乙二醇型太阳能导热介质的制备方法，它包括以下步骤：

（1）将乙二醇与去离子水混合成乙二醇水溶液。

（2）采用四氟乙烯电动搅拌器搅拌，将三乙醇胺溶于乙二醇水溶液，目的是得到碱性乙二醇水溶液，同时保证成品足够的储备碱度。

（3）将步骤（2）所得到的乙二醇水溶液和乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、甲基苯并三氮唑、聚甲基丙烯酸、聚合度6000聚马来酸酐、电加热套、四氟电动搅拌器转入真空手套箱，然后进行氮气置换操作至空气完全排空。

（4）调电加热套温度至60-80℃控温，将乙二醇溶液置于电加热套中加热，依次加入乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、甲基苯并三氮唑、聚丙烯酸，加热搅拌至无色透明。

（5）将电加热套温度调至100-120℃控温，缓慢抖落加入聚合度6000聚马来酸酐，持续加热搅拌至粉状的聚合度6000聚马来酸酐全部溶解得到乙二醇型太阳能导热介质，乙二醇型太阳能导热介质的PH值为8.5-10，储备碱度为20-25ml。

本发明还提供了一种乙二醇型太阳能导热介质，它是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇83.08-89.94份，去离子水1-5份，三乙醇胺7-9份，乙二胺四亚甲基膦酸0.05-0.25份、二乙烯三胺五甲叉膦酸0.02-0.1份、苯并三氮唑0.8-1份、聚甲基丙烯酸0.05-0.07份、聚合度6000聚马来酸酐0.9-1.3份。

乙二醇型太阳能导热介质是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇84.56份，去离子水4份，三乙醇胺8.5份，乙二胺四亚甲基膦酸0.2份，二乙烯三胺五甲叉膦酸0.04份，苯并三氮唑0.85份，聚甲基丙烯酸0.65份，聚合度6000聚马来酸酐1.2份。

所需仪器设备包括四氟电动搅拌器（金坛杰瑞尔电器有限公司）、真空手套箱（长沙天创粉末技术有限公司）、电加热套。

所述乙二醇为涤纶级乙二醇。

本方案的有益效果是选用乙二醇作为导热介质基液是由于其自身热稳定性好不易酸化，粘度小流动性好的特性；根据乙二醇特性，选用加入少量去离子水是为能保证介质高沸点的前提下还能保证一定的冰点；选用小分子有机胺目的是使导热介质能够获得足够的储备碱度；选择真空手套箱内操作是避免后续添加物质与部分三乙醇胺缔合过程中发生氧化而生成副产物；选用乙二胺四亚甲基膦酸是针对导热系统中碳钢、铸铁、焊锡材质具有优异的缓蚀效果；选用二乙烯三胺五甲叉膦酸是与乙二胺四亚甲基膦酸复配针对导热系统中金属钢、铸铁、焊锡材质有更加优异的缓蚀效果；选用苯并三氮唑复配是对金属紫铜、黄铜有特殊缓蚀效果；选用聚甲基丙烯酸是复配苯并三氮唑针对铸铝有优异的缓蚀效果；选用聚合度6000聚马来酸酐是针对高温环境下循环系统内部有优异的阻垢效果。

具体实施方式

实施例一：

一种乙二醇太阳能导热介质，它是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇89.94份，去离子水1份，三乙醇胺7份，乙二胺四亚甲基膦酸0.05份，二乙烯三胺五甲叉膦酸0.06份，苯并三氮唑1份，聚甲基丙烯酸0.05份，聚合度6000聚马来酸酐0.9份。它的制备方法是：采用四氟乙烯电动搅拌器搅拌，将乙二醇和去离子水混合成乙二醇水溶液，将三乙醇胺溶于乙二醇水溶液；将所得到的乙二醇溶液和乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、苯并三氮唑、聚甲基丙烯酸、聚合度6000聚马来酸酐、电加热套、四氟电动搅拌器转入真空手套箱，然后进行氮气置换操作至空气完全排空；调电加热套温度至60-80℃控温，将乙二醇溶液置于电加热套中加热，依次加入乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、苯并三氮唑、聚甲基丙烯酸，加热搅拌至溶液淡黄色变为无色；然后将电加热套温度调至100-120℃控温，缓慢抖落加入聚合度6000聚马来酸酐，持续加热搅拌至粉状的聚合度6000聚马来酸酐全部溶解得到乙二醇太阳能导热介质。得到乙二醇太阳能导热介质。

所需仪器设备包括四氟电动搅拌器（金坛杰瑞尔电器有限公司）、真空手套箱（长沙天创粉末技术有限公司）、电加热套。所述四氟电动搅拌器搅速度为50-80r/min.

测试结果显示，

（1）缓蚀阻垢性能：参考（GB29743-2013玻璃器皿测试方法），在140℃环境下，持续336h后测试：碳钢增加6mg、黄铜减少6.5mg、紫铜减少5mg、铸铁增加7mg、焊锡增加19mg、铸铝减少22mg；测试完成后导热介质内有少许絮状物出现，阻垢效果良好。；测试完成后导热介质内有少许絮状物出现。

（2）导热系数：采用导热系数仪100℃测试结果为0.48W/(m·K)。

（3）PH值：原液PH值为8.0，测试（1）完成后导热介质PH值为7.2，变化明显。

（4）冰点：-18℃；沸点：149℃。

实施例二：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：一种乙二醇型太阳能导热介质，它是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇87.77份，去离子水2份，三乙醇胺7.5份，乙二胺四亚甲基膦酸0.1份，二乙烯三胺五甲叉膦酸0.08份，苯并三氮唑0.08份，聚甲基丙烯酸0.05份，聚合度6000聚马来酸酐1份。

测试结果显示，

（1）缓蚀阻垢性能：参考（GB29743-2013玻璃器皿测试方法），在140℃环境下，持续336h后测试碳钢增加5mg、黄铜减少4.5mg、紫铜减少4mg、铸铁增加18mg、焊锡增加15mg、铸铝减少20mg；测试完成后导热介质内没有沉淀、絮状物产生。

（2）导热系数：采用导热系数仪100℃测试结果为0.49W/(m·K)。

（3）PH值：原液PH值为8，测试（1）完成后导热介质PH值为7.4，降低幅度不大。

（4）冰点：-18℃；沸点：149℃。

实施例三：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：一种乙二醇型太阳能导热介质，它是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇85.15份，去离子水3份，三乙醇胺8份，乙二胺四亚甲基膦酸0.15份，二乙烯三胺五甲叉膦酸1份，苯并三氮唑0.9份，聚甲基丙烯酸0.7份，聚合度6000聚马来酸酐1.1份。

测试结果显示，

（1）缓蚀阻垢性能：参考（GB29743-2013玻璃器皿测试方法），在140℃环境下，持续336h后测试碳钢增加3mg、黄铜减少3.6mg、紫铜减少3.5mg、铸铁增加4mg、焊锡增加9mg、铸铝减少13mg；测试完成后导热介质没有絮状物出现，阻垢效果良好。

（2）导热系数：采用导热系数仪100℃测试结果为0.59W/(m·K)。

（3）PH值：原液PH值为8.2，测试（1）完成后导热介质PH值为7.7，降低幅度不大。

（4）冰点：-20℃；沸点：149.5℃。

实施例四：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：一种乙二醇型太阳能导热介质，它是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇84.56份，去离子水4份，三乙醇胺8.5份，乙二胺四亚甲基膦酸0.2份，二乙烯三胺五甲叉膦酸0.04份，苯并三氮唑0.85份，聚甲基丙烯酸0.65份，聚合度6000聚马来酸酐1.2份。

测试结果显示，

（1）缓蚀阻垢性能：参考（GB29743-2013玻璃器皿测试方法），在140℃环境下，持续336h后测试

碳钢增加0.5mg、黄铜减少0.5mg、紫铜减少0.5mg、铸铁增加1mg、焊锡增加1mg、铸铝减少1.6mg；测试完成后导热介质内有少许絮状物出现，阻垢效果良好；测试完成后导热介质内没有沉淀、絮状物产生。

（2）导热系数：采用导热系数仪100℃测试结果为0.62W/(m·K)。

（3）PH值：原液PH值为8.6，测试（1）完成后导热介质PH值为8.4，降低幅度不大。

（4）冰点：-20℃；沸点：150℃。

本实施例综合效果最好。

实施例五：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：一种乙二醇型太阳能导热介质，它是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇83.08份，去离子水5份，三乙醇胺9份，乙二胺四亚甲基膦酸0.25份，二乙烯三胺五甲叉膦酸0.02份，苯并三氮唑0.8份，聚甲基丙烯酸0.55份，聚合度6000聚马来酸酐1.3份。

测试结果显示，

（1）缓蚀阻垢性能：参考（GB29743-2013玻璃器皿测试方法），在140℃环境下，持续336h后测试

碳钢增加3.5mg、黄铜减少5mg、紫铜减少5.5mg、铸铁增加7mg、焊锡增加5mg、铸铝减少5.5mg；测试完成后导热介质内没有沉淀、絮状物产生。

（2）导热系数：采用导热系数仪100℃测试结果为0.59W/(m·K)

（3）PH值：原液PH值为9，测试（1）完成后导热介质PH值为8.7，降低幅度不大。

（4）冰点：-16℃；沸点：168℃。

Claims (8)

1.一种乙二醇型太阳能导热介质的制备方法，其特征是它是经过以下步骤制成：采用四氟乙烯电动搅拌器搅拌，将乙二醇和去离子水混合成乙二醇水溶液，将三乙醇胺溶于乙二醇水溶液，目的是得到碱性乙二醇溶液，同时保证成品足够的储备碱度；将所得到的乙二醇溶液和乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、苯并三氮唑、聚甲基丙烯酸、聚合度6000聚马来酸酐、电加热套、四氟电动搅拌器转入真空手套箱，然后进行氮气置换操作至空气完全排空；调电加热套温度至50-80℃控温，将乙二醇溶液置于电加热套中加热，依次加入乙二胺四亚甲基膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、苯并三氮唑、聚甲基丙烯酸，加热搅拌至溶液由淡黄色变为无色；将电加热套温度调至100-120℃控温，缓慢抖落加入聚合度6000聚马来酸酐，持续加热搅拌至粉状的聚合度6000聚马来酸酐全部溶解得到乙二醇型太阳能导热介质。

2.根据权利要求1所述的乙二醇型太阳能导热介质的制备方法，其特征是乙二醇型太阳能导热介质是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇83.08-89.94份，去离子水1-5份，三乙醇胺7-9份，乙二胺四亚甲基膦酸0.05-0.25份、二乙烯三胺五甲叉膦酸0.02-0.1份、苯并三氮唑0.8-1份、聚甲基丙烯酸0.05-0.07份、聚合度6000聚马来酸酐0.9-1.3份。

3.根据权利要求2所述的乙二醇型太阳能导热介质的制备方法，其特征是乙二醇型太阳能导热介质是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇84.56份，去离子水4份，三乙醇胺8.5份，乙二胺四亚甲基膦酸0.2份，二乙烯三胺五甲叉膦酸0.04份，苯并三氮唑0.85份，聚甲基丙烯酸0.65份，聚合度6000聚马来酸酐1.2份。

4.根据权利要求2所述的乙二醇型太阳能导热介质的制备方法，其特征是所述乙二醇为涤纶级乙二醇。

5.根据权利要求1所述的乙二醇型太阳能导热介质的制备方法，其特征是四氟电动搅拌器转速为50-80r/min。

6.一种乙二醇型太阳能导热介质，其特征是它是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇83.08-89.94份，去离子水1-5份，三乙醇胺7-9份，乙二胺四亚甲基膦酸0.05-0.25份、二乙烯三胺五甲叉膦酸0.02-0.1份、苯并三氮唑0.8-1份、聚甲基丙烯酸0.05-0.07份、聚合度6000聚马来酸酐0.9-1.3份。

7.根据权利要求6所述的乙二醇型太阳能导热介质，其特征是它是由按质量份计的如下组分组成：乙二醇84.56份，去离子水4份，三乙醇胺8.5份，乙二胺四亚甲基膦酸0.2份，二乙烯三胺五甲叉膦酸0.04份，苯并三氮唑0.85份，聚甲基丙烯酸0.65份，聚合度6000聚马来酸酐1.2份。

8.根据权利要求6所述的乙二醇型太阳能导热介质，其特征是所述所述乙二醇为涤纶级乙二醇。