CN106433568A - 一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法，包括按照重量份计的如下组份：壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材2‑7份、主储能剂88‑97份，成核剂1‑5份。本发明相变材料通过壳聚糖接枝丙烯酸和丙烯酰胺制得了具有增稠效果的壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材，用于相变材料中，能改善相变材料泄漏现象；所述相变材料原料来源广泛，成本低，无毒无味，安全可靠，稳定性好，易生物降解，可在冷链运输中推广使用；所述相变材料的可调温度范围为‑10℃～‑15℃，相变潜热为160～190J/g。

Description

一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及相变储能领域，是材料科学领域与能源科学领域的交叉领域，尤其涉及了一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人们环保意识的增加，能源的紧张和能源使用过程中环境污染的问题导致人们迫切开发使用新型能源，如太阳能、风能等间歇性清洁能源。并且，我国为了克服电力负荷峰谷差的严重现象，实施了电价政策以鼓励民众和工业使用低谷电力最终达到“移峰填谷”的目的。相变蓄冷材料作为能量的贮存体，能在电力负荷的低谷把能量储存起来，再在电力负荷的高峰缓慢地释放出能量等，在使用间歇性清洁能源和节能方面具有重要意义。

相变材料在固态(或液态)转化为液态(或固态、气态)的过程中会吸收或释放大量的潜热。这些释放的潜热能供用户使用，如蔬菜、水果、药品的冷链运输等，从而控制了运输过程中的温度环境以及产品的质量等。

相变材料作为能量的贮存体，能较好的解决能源紧张问题，所以相变材料被广泛用于各个行业中，但是目前的相变材料由于其本身的性能问题，使用不当问题，使得相变材料的泄漏现象广泛存在，且现有的相变材料大部分稳定性较差，相变潜热小。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法。

本发明提出一种防泄漏凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材2-7份、主储能剂88-97份，成核剂1-5份。

优选地，所述壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材为壳聚糖原料、接枝单体、引发剂、交联剂、酸碱中和剂和沉析剂。

优选地，所述接枝单体为丙烯酸和丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述酸碱中和剂为氢氧化钠，所述沉析剂为无水乙醇。

优选地，所述主储能剂为质量浓度为5％～20％的氯化铵和氯化钠溶液中的一种或两种。

优选地，所述成核剂为四硼酸钠、硅藻土、氟化钡中的一种或多种。

一种防泄漏凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：

①称取一定质量的壳聚糖加入一定体积1％的乙酸溶液中，置于60℃水浴锅中搅拌，制得质量浓度为1％～2.5％的壳聚糖溶液；

②向壳聚糖溶液中加入引发剂过硫酸钾预引发10分钟；

③依次加入质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液、质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液和质量浓度为0.0086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液，升温至60℃反应5小时，出料，过滤，用去离子水洗涤沉淀3次；

上诉各试剂的用量比例为：壳聚糖粉末的质量：质量浓度为1％乙酸溶液的体积：过硫酸钾粉末的质量：质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液的质量：质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液的质量：质量浓度为0.086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液的质量＝1.43g:60mL:0.0215g:17.2g:11.4g:10g

④将沉淀置于烧杯中加入足量乙醇，搅拌均匀后，加入摩尔浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH为6～7，浸泡一定时间后，过滤，干燥，粉碎，用60目筛网过滤，得到壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材粉末；

⑤将步骤④制得的凝胶基材与主储能剂混合搅拌均匀后，加入成核剂，搅拌得到透明的凝胶状相变材料。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：

本发明相变材料通过纤维素接枝丙烯酸-丙烯酰胺制得了具有增稠效果的木质素系高吸水树脂凝胶基材，用于相变材料中，能改善相变材料的相分离现象；所述相变材料原料来源广泛，成本低，无毒无味，安全可靠，稳定性好，易生物降解，可在冷链运输中推广使用；所述相变材料的可调温度范围为-10℃～-15℃，相变潜热为160～190J/g。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

本发明提出的一种防泄漏凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材2份、主储能剂88份，成核剂1份。

其中主储能剂为质量浓度为5％的氯化钠溶液，成核剂为氟化钡。

一种防泄漏凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：

①称取1.43g壳聚糖加入60mL质量浓度为1％的乙酸溶液中，置于60℃水浴锅中搅拌，制得壳聚糖溶液；

②向壳聚糖溶液中加入0.0215g引发剂过硫酸钾预引发10分钟；

③依次加入17.2g质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液和10g质量浓度为0.0086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液，升温至60℃反应5小时，出料，过滤，用去离子水洗涤沉淀3次；

④将沉淀置于烧杯中加入足量乙醇，搅拌均匀后，加入摩尔浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH为6，浸泡一定时间后，过滤，干燥，粉碎，用60目筛网过滤，得到壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材粉末；

⑤将2份凝胶基材与88份的质量浓度为5％的氯化钠溶液混合，搅拌均匀后，加入1份的氟化钡，搅拌得到透明的凝胶状相变材料。

所得相变材料的相变温度为-10.2℃，相变潜热为186.7J/g。

实施例2

本发明提出的一种防泄漏凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材4.5份、主储能剂92.5份，成核剂3份。

其中主储能剂为质量浓度为12.5％的氯化铵溶液，成核剂为硅藻土。

一种防泄漏凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：

①称取1.43g壳聚糖加入60mL质量浓度为1％的乙酸溶液中，置于60℃水浴锅中搅拌，制得壳聚糖溶液；

②向壳聚糖溶液中加入0.0215g引发剂过硫酸钾预引发10分钟；

③依次加入17.2g质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液和10g质量浓度为0.0086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液，升温至60℃反应5小时，出料，过滤，用去离子水洗涤沉淀3次；

④将沉淀置于烧杯中加入足量乙醇，搅拌均匀后，加入摩尔浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH为6.5，浸泡一定时间后，过滤，干燥，粉碎，用60目筛网过滤，得到壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材粉末；

⑤将4.5份凝胶基材与92.5份的质量浓度为12.5％的氯化铵溶液混合，搅拌均匀后，加入3份的硅藻土，搅拌得到透明的凝胶状相变材料。

所得相变材料的相变温度为-11.3℃，相变潜热为178.2J/g。

实施例3

本发明提出的一种防泄漏凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材7份、主储能剂97份，成核剂5份。

其中主储能剂质量浓度为20％的氯化钠溶液和质量浓度为5％的氯化铵溶液，成核剂为硅藻土。

一种防泄漏凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：

①称取1.43g壳聚糖加入60mL质量浓度为1％的乙酸溶液中，置于60℃水浴锅中搅拌，制得壳聚糖溶液；

②向壳聚糖溶液中加入0.0215g引发剂过硫酸钾预引发10分钟；

③依次加入17.2g质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液和10g质量浓度为0.0086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液，升温至60℃反应5小时，出料，过滤，用去离子水洗涤沉淀3次；

④将沉淀置于烧杯中加入足量乙醇，搅拌均匀后，加入摩尔浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH为7，浸泡一定时间后，过滤，干燥，粉碎，用60目筛网过滤，得到壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材粉末；

⑤将7份凝胶基材与97份的质量浓度为20％的氯化钠溶液和质量浓度为5％的氯化铵溶液混合，搅拌均匀后，加入5份的硅藻土，搅拌得到透明的凝胶状相变材料。

所得相变材料的相变温度为-14.8℃，相变潜热为167.7J/g。

实施例4

本发明提出的一种防泄漏凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材5份、主储能剂93份，成核剂2份。

其中主储能剂为浓度为20％的氯化钠溶液，成核剂为四硼酸钠。

一种防泄漏凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：

①称取1.43g壳聚糖加入60mL质量浓度为1％的乙酸溶液中，置于60℃水浴锅中搅拌，制得壳聚糖溶液；

②向壳聚糖溶液中加入0.0215g引发剂过硫酸钾预引发10分钟；

③依次加入17.2g质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液和10g质量浓度为0.0086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液，升温至60℃反应5小时，出料，过滤，用去离子水洗涤沉淀3次；

④将沉淀置于烧杯中加入足量乙醇，搅拌均匀后，加入摩尔浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH为6.2，浸泡一定时间后，过滤，干燥，粉碎，用60目筛网过滤，得到壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材粉末；

⑤将沉淀置于烧杯中加入200mL乙醇，搅拌均匀后，加入一定浓度的氢氧化钠溶液调节溶液pH为6.2，浸泡一定时间后，过滤，干燥，粉碎，用60目筛网过滤，得到壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材粉末；

⑥将5份凝胶基材与93份质量浓度为20％的氯化钠溶液混合，搅拌均匀后，加入2份四硼酸钠，搅拌得到透明的凝胶状相变材料。

所得相变材料的相变温度为-13.9℃，相变潜热为172.6J/g。

实施例5

本发明提出的一种防泄漏凝胶低温相变材料，包括按照重量份计的如下组份：壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材7份、主储能剂90份，成核剂3份。

其中主储能剂为质量浓度为13％的氯化钠溶液和质量浓度为5％的氯化铵溶液混合，成核剂为四硼酸钠。

一种防泄漏凝胶低温相变材料的制备方法，具体步骤如下：

①称取1.43g壳聚糖加入60mL质量浓度为1％的乙酸溶液中，置于60℃水浴锅中搅拌，制得壳聚糖溶液；

②向壳聚糖溶液中加入0.0215g引发剂过硫酸钾预引发10分钟；

③依次加入17.2g质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液、11.4g质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液和10g质量浓度为0.0086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液，升温至60℃反应5小时，出料，过滤，用去离子水洗涤沉淀3次；

④将沉淀置于烧杯中加入足量乙醇，搅拌均匀后，加入摩尔浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH为6.8，浸泡一定时间后，过滤，干燥，粉碎，用60目筛网过滤，得到壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材粉末；

⑤将7份凝胶基材与90份的质量浓度为13％的氯化钠溶液和质量浓度为5％的氯化铵溶液混合，搅拌均匀后，加入3份的四硼酸钠，搅拌得到透明的凝胶状相变材料。

所得相变材料的相变温度为-12.1℃，相变潜热为169.2J/g。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，包括按照重量份计的如下组份：壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材2-7份、主储能剂88-97份，成核剂1-5份。

2.根据权利要求1所述的一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，所述壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材为壳聚糖原料、接枝单体、引发剂、交联剂、酸碱中和剂和沉析剂。

3.根据权利要求2所述的一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，所述接枝单体为丙烯酸和丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸钾，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述酸碱中和剂为氢氧化钠，所述沉析剂为无水乙醇。

4.根据权利要求1所述的一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，所述主储能剂为质量浓度为5％～20％的氯化铵和氯化钠溶液中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，所述成核剂为四硼酸钠、硅藻土、氟化钡中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种防泄漏凝胶低温相变材料及其制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

①称取一定质量的壳聚糖加入一定体积1％的乙酸溶液中，置于60℃水浴锅中搅拌，制得质量浓度为1％～2.5％的壳聚糖溶液；

②向壳聚糖溶液中加入引发剂过硫酸钾预引发10分钟；

③依次加入质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液、质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液和质量浓度为0.0086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液，升温至60℃反应5小时，出料，过滤，用去离子水洗涤沉淀3次；

上诉各试剂的用量比例为：壳聚糖粉末的质量：质量浓度为1％乙酸溶液的体积：过硫酸钾粉末的质量：质量浓度为41.9％的丙烯酸水溶液的质量：质量浓度为12.3％的丙烯酰胺水溶液的质量：质量浓度为0.086％的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的水溶液的质量＝1.43g:60mL:0.0215g:17.2g:11.4g:10g

④将沉淀置于烧杯中加入足量乙醇，搅拌均匀后，加入摩尔浓度为9mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液pH为6～7，浸泡一定时间后，过滤，干燥，粉碎，用60目筛网过滤，得到壳聚糖系高吸水树脂凝胶基材粉末；

⑤将步骤④制得的凝胶基材与主储能剂混合搅拌均匀后，加入成核剂，搅拌得到透明的凝胶状相变材料。