CN105623621A - 无机相变材料及其制备方法、用途和试剂盒 - Google Patents

无机相变材料及其制备方法、用途和试剂盒 Download PDF

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Abstract

本发明公开了无机相变材料及其制备方法、用途和试剂盒，属于相变材料技术领域。该无机相变材料包括保水剂、导热剂、Na2SO4饱和溶液、Na2HPO4·12H2O，其中，各组分的质量百分含量分别为：保水剂：0.99％～3.83％，导热剂：0.32％～0.97％，Na2SO4饱和溶液：48.73％～87.72％，Na2HPO4·12H2O：18.99％～48.73％。该制备方法用于制备该无机相变材料。该无机相变材料能够用于放热。该试剂盒包括该无机相变材料、外包装，无机相变材料容置于由外包装提供的容置空间内，外包装由导热材质制成。该无机相变材料不会产生过冷现象及相分离现象，因此，工艺更加简单，成本也更加降低。

Description

无机相变材料及其制备方法、用途和试剂盒
技术领域
本发明涉及相变材料技术领域，特别是涉及一种无机相变材料及其制备方法、用途和试剂盒。
背景技术
现有技术中，公开号为CN102660231A的中国发明专利公开了一种无机相变材料及其制备方法，该无机相变材料包括增稠剂和保水剂中的至少一种、主热剂、成核剂、pH调节剂、导热剂和水，所述的主热剂为十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的共晶盐。其制备方法为：将主热剂加入水中，并在40～45℃水浴中搅拌至完全熔化后，加入成核剂、pH调节剂、导热剂，经充分搅拌使成核剂和pH调节剂完全溶解、导热剂均匀分散，然后，加入增稠剂或保水剂中的至少一种，经搅拌使增稠剂均匀分散、保水剂完全膨胀，即得到无机相变材料。本发明的相变材料，不可燃、无毒，相变温度在21～27℃，相变潜热达214kJ/kg，循环凝固-熔化1000周后性能无衰减。
该无机相变材料的制备方法工艺复杂，该无机相变材料的成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种无机相变材料及其制备方法、用途和试剂盒，该无机相变材料不会产生过冷现象及相分离现象，因此，工艺更加简单，成本也更加降低，从而更加适于实用。
为了达到上述第一个目的，本发明提供的无机相变材料的技术方案如下：
本发明提供的无机相变材料包括保水剂、导热剂、Na2SO4饱和溶液、Na2HPO4·12H2O，
其中，各组分的质量百分含量分别为：保水剂：0.99％～3.83％，导热剂：0.32％～0.97％，Na2SO4饱和溶液：48.73％～87.72％，Na2HPO4·12H2O：18.99％～48.73％。
本发明提供的无机相变材料还可以采用以下技术方案进一步实现。
作为优选，所述无机相变材料还包括成核剂，所述成核剂的质量百分含量的取值范围为：0.97％～2.85％，所述成核剂为硼砂。
作为优选，所述保水剂为吸水性树脂。
作为优选，所述导热剂为石墨粉。
作为优选，所述Na2SO4饱和溶液为在40℃～45℃配制而成的Na2SO4饱和溶液。
为了达到上述第二个目的，本发明提供的无机相变材料的制备方法的技术方案如下：
选取保水剂、导热剂；
配制Na2SO4饱和溶液；
制备Na2HPO4·12H2O；
将所述保水剂、导热剂、Na2SO4饱和溶液、Na2HPO4·12H2O混合，制得所述无机相变材料，其中，各组分的质量百分含量分别为：保水剂：0.99％～3.83％，导热剂：0.32％～0.97％，Na2SO4饱和溶液：48.73％～87.72％，Na2HPO4·12H2O：18.99％～48.73％。
本发明提供的无机相变材料的制备方法还可以采用以下技术方案进一步实现。
作为优选，所述无机相变材料的制备方法还包括向所述无机相变材料中添加成核剂的步骤，所述成核剂的质量百分含量的取值范围为：0.97％～2.85％，所述成核剂为硼砂。
作为优选，所述保水剂为吸水性树脂。
作为优选，所述导热剂为石墨粉。
作为优选，所述Na2SO4饱和溶液为在40℃～45℃配制而成的Na2SO4饱和溶液。
为了达到上述第三个目的，本发明提供的无机相变材料的用途的技术方案如下：
本发明提供的无机相变材料用于放热的用途。
本发明提供的无机相变材料的用途还可以采用以下技术方案进一步实现。
作为优选，所述无机相变材料置于低温环境下的果蔬种植大棚中，用于为所述低温环境下的果蔬种植大棚保暖。
为了达到上述第四个目的，本发明提供的无机相变材料试剂盒的技术方案如下：
本发明提供的无机相变材料试剂盒包括本发明提供的无机相变材料、外包装，所述无机相变材料容置于由所述外包装提供的容置空间内，所述外包装由导热材质制成。
本发明提供的无机相变材料试剂盒还可以采用以下技术方案进一步实现。
作为优选，所述导热材料选自塑料或者金属材料。
采用本发明提供的制备方法制备得到本发明提供的无机相变材料过程中，1)公开号为CN102660231A的中国发明专利公开的无机相变材料及其制备方法因为使用Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O，而Na2SO4·10H2O溶解后为Na2SO4饱和溶液和Na2SO4固体粉末，出现相分离，因此需要另外加入水、保水剂来解决相分离，本发明提供的制备方法由于使用Na2SO4饱和溶液和Na2HPO4·12H2O为主热剂，始终不会出现相分离现象。2)由于不考虑相分离现象，因此添加的组分较少，因此生产工艺、过程控制较简单。3)由于添加的组分较少，所以生产成本较低(生产设备、劳动力)4)在同等放热量的条件上，本发明提供的无机相变材料用量是公开号为CN102660231A的中国发明专利公开的无机相变材料的1.43倍，但直接材料成本却只是公开号为CN102660231A的中国发明专利公开的无机相变材料的0.46倍，因此材料成本较低。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的无机相变材料的制备方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例1提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图3为本发明实施例2提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图4为本发明实施例3提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图5为本发明实施例4提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图6为本发明实施例5提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图7为本发明实施例6提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图8为本发明实施例7提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图9为本发明实施例8提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图10为本发明实施例9提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图11为本发明实施例10提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图12为本发明实施例11提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图13为本发明实施例12提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图14为本发明实施例13提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图15为本发明实施例14提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图16为本发明实施例15提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图17为本发明实施例16提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图18为本发明实施例17提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图19为本发明实施例18提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图20为本发明实施例19提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
图21为本发明实施例20提供的无机相变材料的凝固温度&水浴温度与时间的关系曲线；
在附图2～21中，曲线表示本发明实施例1～20提供的无机相变材料的凝固曲线，直线表示水浴温度曲线；
图22为本发明实施例16提供的无机相变材料以2kg规格应用时第一天时，温度与时间的关系曲线；
图23为本发明实施例16提供的无机相变材料以2kg规格应用时第二天时，温度与时间的关系曲线；
图24为本发明实施例16提供的无机相变材料以2kg规格应用时第三天时，温度与时间的关系曲线。
具体实施方式
本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种无机相变材料及其制备方法、用途和试剂盒，该无机相变材料不会产生过冷现象及相分离现象，从而更加适于实用。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的无机相变材料及其制备方法、用途和试剂盒，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。
实施例1～20操作参数
实施例1～20结果参数
公开号为CN102660231A的中国发明专利公开了一种无机相变材料及其制备方法由于使用Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O，而Na2SO4·10H2O溶解后为Na2SO4饱和溶液和Na2SO4固体粉末，出现相分离，因此需要另外加入水、保水剂来解决相分离，导致工艺复杂，成本高。
而根据1～20结果参数，以本发明实施例16为例，相变温度在23-26度，放热量150KJ/kg,在同等放热量的条件上，本发明实施例16提供的无机相变材料用量是CN102660231A的1.43倍，但直接材料成本却只是CN102660231A的0.46倍。例如：需要1000KJ的热量，CN102660231A需要4.67kg，成本18.7元；本发明实施例16提供的无机相变材料需要6.67kg，成本8.6元。此外，由附图2～21可知，本发明实施例1～21提供的无机相变材料在水浴温度恒定的情况下，凝固曲线能够满足低温环境下的果蔬种植大棚保暖的需求，即放热时间长。
将本发明实施例1～20提供的无机相变材料制成试剂盒能够用于柔性膜结构日光温室蔬菜大棚，该大棚主要使用在高寒地区，由于其室外温度很低，蔬菜大棚内夜间有大约4小时温度低于8℃，影响蔬菜的生产。选用由该无机相变材料制成的试剂盒后，相变材料在白天经太阳光照吸收太阳能，夜间释放热量以维持大棚内的温度在8℃以上。经计算，540平方米的大棚室内外夜间温差40℃时需要此相变材料5.4吨，大棚室内外夜间温差30℃时需此相变材料4吨，大棚室内外夜间温差20℃时需此相变材料2.7吨。
在本发明实施例2～4，9～11提供的无机相变材料中，还添加了成核剂，该成核剂能够避免无机相变材料产生过冷现象，进而使得本发明实施例2～4，9～11提供的无机相变材料的放热效果更好，其中，该成核剂的质量百分含量的取值范围为：0.97％～2.85％，实施例2～4，9～11选用的成核剂为硼砂。
本发明实施例1～20提供的无机相变材料的制备方法，将Na2HPO4·12H2O加入40～45℃的Na2SO4饱和溶液中，搅拌使其完全溶解，加入保水剂、导热剂搅拌均匀，制得所述无机相变材料。通过对各步骤先后顺序进行限定，能够使得该无机相变材料的放热曲线更加符合生产实践的需求，取得更好的效果。如图22～24所示，根据实例16的配方制取2公斤装入黑色塑料袋中密封，悬挂于温室大棚内，用温度记录仪连续自动记录3天材料的温度变化情况，根据曲线图可知，23～26℃发生相变，放热时间长达5～6个小时。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种无机相变材料，其特征在于，包括保水剂、导热剂、Na2SO4饱和溶液、Na2HPO4·12H2O，
其中，各组分的质量百分含量分别为：保水剂：0.99％～3.83％，导热剂：0.32％～0.97％，Na2SO4饱和溶液：48.73％～87.72％，Na2HPO4·12H2O：18.99％～48.73％。
2.根据权利要求1所述的无机相变材料，其特征在于，所述无机相变材料还包括成核剂，所述成核剂的质量百分含量的取值范围为：0.97％～2.85％，所述成核剂为硼砂。
3.根据权利要求1所述的无机相变材料，其特征在于，所述保水剂为吸水性树脂；
作为优选，所述导热剂为石墨粉。
4.根据权利要求1所述的无机相变材料，其特征在于，所述Na2SO4饱和溶液为在40℃～45℃配制而成的Na2SO4饱和溶液。
5.权利要求1～4中任一所述的无机相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取保水剂、导热剂；
配制Na2SO4饱和溶液；
制备Na2HPO4·12H2O；
将所述保水剂、导热剂、Na2SO4饱和溶液、Na2HPO4·12H2O混合，制得所述无机相变材料，其中，各组分的质量百分含量分别为：保水剂：0.99％～3.83％，导热剂：0.32％～0.97％，Na2SO4饱和溶液：48.73％～87.72％，Na2HPO4·12H2O：18.99％～48.73％。
6.根据权利要求5所述的无机相变材料的制备方法，其特征在于，所述无机相变材料的制备方法还包括向所述无机相变材料中添加成核剂的步骤，所述成核剂的质量百分含量的取值范围为：0.97％～2.85％，所述成核剂为硼砂。
7.根据权利要求5所述的无机相变材料的制备方法，其特征在于，所述保水剂为吸水性树脂；
作为优选，所述导热剂为石墨粉。
8.根据权利要求5所述的无机相变材料的制备方法，其特征在于，所述Na2SO4饱和溶液为在40℃～45℃配制而成的Na2SO4饱和溶液。
9.权利要求1～4中任一所述的无机相变材料用于放热的用途；
作为优选，所述无机相变材料置于低温环境下的果蔬种植大棚中，用于为所述低温环境下的果蔬种植大棚保暖。
10.一种无机相变材料试剂盒，其特征在于，包括权利要求1～4中任一所述的无机相变材料、外包装，所述无机相变材料容置于由所述外包装提供的容置空间内，所述外包装由导热材质制成；
作为优选，所述导热材料选自塑料或者金属材料。
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