CN108300418A - 一种凝胶相变材料及其制备方法、应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凝胶相变材料，按质量百分比计，包括如下组份：硫酸钠35～39％；氯化钠2.8～8.5％；氯化铵0.5～2.5％；增稠剂2.5～4％；硼砂3.0～3.3％；晶型改变剂0.1～0.2％；白炭黑1～1.8％；其余为纯水。本发明的凝胶相变材料在15～25℃之间可调，无毒、无味、无腐蚀性，呈凝胶状，具有形状可塑性，避免了传统水剂相变材料过冷、相分离及液相泄漏的问题，且相变潜热较高，保冷时间长，制备工艺简单、成本低，可广泛用于储藏运输温度在15～25℃的红酒、巧克力等制品的冷链运输。
Description
技术领域
本发明涉及冷链运输领域，具体涉及一种凝胶相变材料及其制备方法、应用方法。
背景技术
目前，蓄冷技术的应用多集中于空调和蓄冷等领域，但随着国民经济的快速发展和人们生活水平的日益提高，消费者对于新鲜、优质及冷冻加工食品的需求越来越大。冷链运输过程中需要合适温度的相变材料对产品进行降温保鲜，从而延长产品的保质期，减少消费前的损失量。由于生物医药行业对于2～8℃运输温度的要求，使得相变温度在2～8℃温度范围内的相变材料发展迅猛，而对于15～25℃运输温度要求的产品，如高档红酒、巧克力等，目前还没有成熟的相变材料产品。
发明内容
本发明针对上述现有技术中的缺陷，提供了一种凝胶相变材料及其制备方法、应用方法，所述凝胶相变材料的相变温度在15～25℃之间可调节，相变潜热较高，保冷时间长，制备工艺简单，成本低，呈凝胶状，可广泛用于储藏运输温度在15～25℃的红酒、巧克力等制品的冷链运输。
本实施新型为解决上述技术问题所提供的技术方案如下：
一方面，提供了一种凝胶相变材料，按质量百分比计，包括如下组份：
硫酸钠35～39％
氯化钠2.8～8.5％
氯化铵0.5～2.5％
增稠剂2.5～4％
硼砂3.0～3.3％
晶型改变剂0.1～0.2％
白炭黑1～1.8％
其余为纯水。
优选的，按质量百分比计，包括如下组份：
硫酸钠36.23～38.69％
氯化钠2.93～8.12％
氯化铵0.73～2.03％
增稠剂2.77～3.66％
硼砂3.2～3.24％
晶型改变剂0.13～0.14％
白炭黑1.37～1.57％
其余为纯水。
优选的，所述增稠剂包括聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。
优选的，所述晶型改变剂包括六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的一种或几种。
优选的，所述纯水在25℃环境下的电阻率大于或等于10MΩ·cm。
优选的，所述氯化钠与氯化铵的质量比为4:1。
另一方面，还提供了一种上述凝胶相变材料的制备方法，其包括如下步骤：
S1、称取规定量的硫酸钠、氯化钠、氯化铵、增稠剂、硼砂、晶型改变剂以及白炭黑备用；
S2、称取规定量的纯水；
S3、在容器中装入部分纯水，再向所述部分纯水中加入硼砂和增稠剂，边加入边搅拌，然后再将容器放在搅拌器中搅拌加热至50℃～60℃，直至增稠剂完全溶解形成凝胶；
S4、将硫酸钠、氯化钠、氯化铵、晶型改变剂和白炭黑混合均匀后投入到剩余部分纯水中，且边加入边搅拌；
以及S5、将步骤S3中产生的凝胶投入到步骤S4形成的混合盐中，继续搅拌30-40min，以形成所述凝胶相变材料。
优选的，步骤S3中，所述部分纯水重量为纯水总重量的72-82％。
优选的，步骤S3中，所述搅拌器包括集热式磁力搅拌器。
另一方面，还提供一种上述凝胶相变材料的应用方法，其包括如下步骤：
S1、将凝胶相变材料分装于若干个复合袋中；
S2、利用装有凝胶相变材料的复合袋对待运输的货箱进行完全包裹；
以及S3、将装有凝胶相变材料的复合袋以及待运输的货箱放入保温箱中。
本发明技术方案所带来的效果：
本发明的凝胶相变材料在15～25℃之间可调，无毒、无味、无腐蚀性，呈凝胶状，具有形状可塑性，避免了传统水剂相变材料过冷、相分离及液相泄漏的问题，且相变潜热较高，保冷时间长，制备工艺简单、成本低，可广泛用于储藏运输温度在15～25℃的红酒、巧克力等制品的冷链运输。
附图说明
图1是实施例一至五中所得到的凝胶相变材料的冻结T-t曲线；
图2是实施例一至五中的装箱示意图；
图3为实施例1中的凝胶相变材料配合保温箱所得到的高温35℃保温温度曲线(1-箱内温度，11-环境温度)；
图4为实施例1中的凝胶相变材料配合保温箱所得到的低温-20℃保温温度曲线(2-箱内温度，22-环境温度)；
图5为实施例2中的凝胶相变材料配合保温箱所得到的高温35℃保温温度曲线(3-箱内温度，33-环境温度)；
图6为实施例2中的凝胶相变材料配合保温箱所得到的低温-20℃保温温度曲线(4-箱内温度，44-环境温度)；
图7为实施例3中的凝胶相变材料配合保温箱所得到的高温35℃保温温度曲线(5-箱内温度，55-环境温度)；
图8为实施例3中的凝胶相变材料配合保温箱所得到的低温-20℃保温温度曲线(6-箱内温度，66-环境温度)；
图9为实施例5中的凝胶相变材料配合保温箱所得到的高温35℃保温温度曲线(7-箱内温度，77-环境温度)；
图10为实施例5中的凝胶相变材料配合保温箱所得到的低温-20℃保温温度曲线(8-箱内温度，88-环境温度)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
本实施例中的凝胶相变材料按质量百分比计，包括如下组份：硫酸钠36.61％；氯化钠7.40％；氯化铵1.85％；增稠剂2.77％；硼砂3.24％；晶型改变剂0.14％；白炭黑1.39％；纯水46.60％(在25℃环境下的电阻率为10MΩ·cm)。其中，所述增稠剂包括聚丙烯酸钠；所述晶型改变剂包括六偏磷酸钠。
上述凝胶相变材料的制备方法包括如下步骤：
S1、称取198g硫酸钠、40g氯化钠、10g氯化铵、15g聚丙烯酸钠、17.5g硼砂、0.75g六偏磷酸钠、7.5g白炭黑备用；其中，所述氯化钠与氯化铵的质量比优选为4:1；
S2、称取252g纯水，并将该水分为200g和52g两部分；需要说明的是，上述各组分的称取量均是其百分比乘以5.4后通过四舍五入获得，上述称取量的选择只是便于通过实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可根据实际生产需要扩大或缩小相应的倍数(下述实施例也是相同的处理方式)；
S3、在容器(如烧杯)中装入200g纯水(占纯水总重量的79.4％)，再向其中加入上述规定量的硼砂和聚丙烯酸钠，边加入边搅拌，然后再将容器放在搅拌器(优选集热式磁力搅拌器)中搅拌加热至50℃，直至聚丙烯酸钠完全溶解形成凝胶；
S4、将上述规定量的硫酸钠、氯化钠、氯化铵、六偏磷酸钠和白炭黑混合均匀后投入到52纯水中，且边加入边搅拌；
以及S5、将步骤S3中产生的凝胶投入到步骤S4形成的混合盐中，继续搅拌30min，以形成所述凝胶相变材料。
如图1所示，本实施例中所形成的凝胶相变材料的相变温度为20℃(即a曲线所示)，其相变潜热较高，呈凝胶状，具有形状可塑性，避免了传统水剂相变材料过冷、相分离及液相泄漏的问题，且保冷时间长，无毒、无味、无腐蚀性，制备工艺简单，成本低。
同时，本实施例还提供了一种上述凝胶相变材料的应用方法，其包括如下步骤：
S1、将通过上述制备方法制备获得的凝胶相变材料(如6kg)分装于若干个(如6个)复合袋20(如图2所示)中(每袋中装有1kg凝胶相变材料)，且将袋装凝胶相变材料置于2-8℃(优选为5℃)环境(如冷柜)中蓄冷24小时或置于32-38℃(优选为35℃)环境中吸热24小时；
S2、将步骤S1中经过蓄冷的凝胶相变材料置于15～25℃(优选20℃)环境下释冷1.5-2.5小时(优选2小时)；以及将待运输货箱30、保温箱40(如图2所示)均放入15～25℃(优选20℃)环境中预冷1.5-2.5小时(优选2小时)
或，将步骤S1中经过吸热的凝胶相变材料置于15～25℃(优选20℃)环境下释热1.5-2.5小时(优选2小时)；以及将待运输货箱30、保温箱40(如图2所示)均放入15～25℃(优选20℃)环境中预热1.5-2.5小时(优选2小时)；
以及S3、将经预冷后的待运输货箱30、保温箱40取出，在所述保温箱40中装入所述待运输货箱30，然后利用经过释冷的、装有凝胶相变材料的复合袋20对待运输货箱30进行完全包裹，盖上箱盖10；
或，将经预热后的待运输货箱30、保温箱40取出，在所述保温箱40中装入所述待运输货箱30，然后利用经过释热的、装有凝胶相变材料的复合袋20对待运输货箱30进行完全包裹，盖上箱盖10。
将步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40置于35℃的环境温度下放置80小时后打开，从图3中(图3中，1所指为保温箱40内的温度曲线，11所指为环境温度曲线)可以看出，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于35℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过79h，温度控制性能良好。
类似的，将步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40至于-20℃的环境温度下放置30小时后打开，从图4中(图4中，2所指为保温箱40内的温度曲线，22所指为环境温度曲线)可以看出，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于-20℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过48h，其同样具有良好的温度控制性能。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处仅在于，本实施例中的凝胶相变材料按质量百分比计，包括如下组份：硫酸钠36.28％；氯化钠7.33％；氯化铵1.83％；增稠剂3.66％；硼砂3.21％；晶型改变剂0.13％；白炭黑1.37％；纯水46.19％(在25℃环境下的电阻率为15MΩ·cm)。其中，所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠；所述晶型改变剂包括六偏磷酸钠。
上述凝胶相变材料的制备方法包括如下步骤：
S1、称取196g硫酸钠、40g氯化钠、10g氯化铵、20g羧甲基纤维素钠、17.3g硼砂、0.7g六偏磷酸钠、7.4g白炭黑备用；
S2、称取249g纯水，并将该水分为200g(约占纯水总重量的80.3％)和49g两部分；
S3、在容器(如烧杯)中装入200g纯水，再向其中加入上述规定量的硼砂和羧甲基纤维素钠，边加入边搅拌，然后再将容器放在搅拌器(优选集热式磁力搅拌器)中搅拌加热至60℃，直至羧甲基纤维素钠完全溶解形成凝胶；
S4、将上述规定量的硫酸钠、氯化钠、氯化铵、六偏磷酸钠和白炭黑混合均匀后投入到49g纯水中，且边加入边搅拌；
以及S5、将步骤S3中产生的凝胶投入到步骤S4形成的混合盐中，继续搅拌40min，以形成所述凝胶相变材料。
从图1中可以看到，本实施例中所形成的凝胶相变材料的相变温度为18℃(即b曲线所示)，同时，本实施例还提供了一种上述凝胶相变材料的应用方法，其步骤与实施例一完全相同，在此不在赘述。
将上述凝胶相变材料应用方法的步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40置于35℃的环境温度下放置80小时后打开，从图5中(图5中，3所指为保温箱40箱内的温度曲线，33所指为环境温度曲线)可以看出，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于35℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过73h，温度控制性能良好。
类似的，将步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40置于-20℃的环境温度下放置30小时后打开，从图6中(图6中，4所指为保温箱40箱内的温度曲线，44所指为环境温度曲线)可以看出，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于-20℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过42h，其同样具有良好的温度控制性能。
实施例三：
本实施例与实施例一的不同之处仅在于，本实施例中的凝胶相变材料按质量百分比计，包括如下组份：硫酸钠36.23％；氯化钠8.12％；氯化铵2.03％；增稠剂2.77％；硼砂3.23％；晶型改变剂0.14％；白炭黑1.57％；纯水45.91％(在25℃环境下的电阻率为30MΩ·cm)。其中，所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠；所述晶型改变剂包括六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物。
上述凝胶相变材料的制备方法包括如下步骤：
S1、称取196g硫酸钠、44g氯化钠、11g氯化铵、15g羧甲基纤维素钠、17.4g硼砂、0.76g六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物、8.5g白炭黑备用；
S2、称取248g纯水，并将该水分为200g(约占纯水总重量的80.6％)和48g两部分；
S3、在容器(如烧杯)中装入200g纯水，再向其中加入上述规定量的硼砂、羧甲基纤维素钠，边加入边搅拌，然后再将容器放在搅拌器(优选集热式磁力搅拌器)中搅拌加热至58℃，直至羧甲基纤维素钠完全溶解形成凝胶；
S4、将上述规定量的硫酸钠、氯化钠、氯化铵、六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物以及白炭黑混合均匀后投入到48g纯水中，且边加入边搅拌；
以及S5、将步骤S3中产生的凝胶投入到步骤S4形成的混合盐中，继续搅拌38min，以形成所述凝胶相变材料。
从图1中可以看到，本实施例中所形成的凝胶相变材料的相变温度为15℃(即c曲线所示)，同时，本实施例还提供了一种上述凝胶相变材料的应用方法，其步骤与实施例一完全相同，在此不在赘述。
将上述凝胶相变材料应用方法的步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40置于35℃的环境温度下放置80小时后打开，从图7中(图7中，5所指为保温箱40箱内的温度曲线，55所指为环境温度曲线)可以看出，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于35℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过73h，温度控制性能良好。
类似的，将步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40置于-20℃的环境温度下放置30小时后打开，从图8中(图8中，6所指为保温箱40箱内的温度曲线，66所指为环境温度曲线)可以看出，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于-20℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过45h，其同样具有良好的温度控制性能。
实施例四：
本实施例与实施例一的不同之处仅在于，本实施例中的凝胶相变材料按质量百分比计，包括如下组份：硫酸钠37.95％；氯化钠4.39％；氯化铵1.10％；增稠剂3.66％；硼砂3.2％；晶型改变剂0.14％；白炭黑1.55％；纯水48.01％(在25℃环境下的电阻率为25MΩ·cm)。其中，所述增稠剂包括聚丙烯酸钠和羧甲基纤维素钠的混合物；所述晶型改变剂包括三聚磷酸钠。
上述凝胶相变材料的制备方法包括如下步骤：
S1、称取205g硫酸钠、24g氯化钠、6g氯化铵、19.8g聚丙烯酸钠和羧甲基纤维素钠的混合物、17.3g硼砂、0.76g三聚磷酸钠、8.4g白炭黑备用；
S2、称取259g纯水，并将该水分为200g(约占纯水总重量的77.2％)和59g两部分；
S3、在容器(如烧杯)中装入200g纯水，再向其中加入上述规定量的硼砂、聚丙烯酸钠和羧甲基纤维素钠的混合物，边加入边搅拌，然后再将容器放在搅拌器(优选集热式磁力搅拌器)中搅拌加热至53℃，直至聚丙烯酸钠和羧甲基纤维素钠的混合物完全溶解形成凝胶；
S4、将上述规定量的硫酸钠、氯化钠、氯化铵、三聚磷酸钠以及白炭黑混合均匀后投入到59g纯水中，且边加入边搅拌；
以及S5、将步骤S3中产生的凝胶投入到步骤S4形成的混合盐中，继续搅拌30min，以形成所述凝胶相变材料。
从图1中可以看到，本实施例中所形成的凝胶相变材料的相变温度为23℃(即d曲线所示)，同时，本实施例还提供了一种上述凝胶相变材料的应用方法，其步骤与实施例一完全相同，在此不在赘述。
将步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40置于35℃的环境温度下放置80小时后打开，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于35℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过76h，温度控制性能良好。
类似的，将步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40至于-20℃的环境温度下放置30小时后打开，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于-20℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过43h，其同样具有良好的温度控制性能。
实施例五：
本实施例与实施例一的不同之处仅在于，本实施例中的凝胶相变材料按质量百分比计，包括如下组份：硫酸钠38.69％；氯化钠2.93％；氯化铵0.73％；增稠剂3.65％；硼砂3.2％；晶型改变剂0.14％；白炭黑1.55％；纯水49.11％(在25℃环境下的电阻率为25MΩ·cm)。其中，所述增稠剂包括聚丙烯酸钠；所述晶型改变剂包括六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物。
上述凝胶相变材料的制备方法包括如下步骤：
S1、称取209g硫酸钠、16g氯化钠、4g氯化铵、20g聚丙烯酸钠、17.3g硼砂、0.76g六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物、8.4g白炭黑备用；
S2、称取265g纯水，并将该水分为200g(约占纯水总重量的75.5％)和65g两部分；
S3、在容器(如烧杯)中装入200g纯水，再向其中加入上述规定量的硼砂、聚丙烯酸钠，边加入边搅拌，然后再将容器放在搅拌器(优选集热式磁力搅拌器)中搅拌加热至55℃，直至聚丙烯酸钠完全溶解形成凝胶；
S4、将上述规定量的硫酸钠、氯化钠、氯化铵、六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的混合物以及白炭黑混合均匀后投入到65g纯水中，且边加入边搅拌；
以及S5、将步骤S3中产生的凝胶投入到步骤S4形成的混合盐中，继续搅拌30min，以形成所述凝胶相变材料。
从图1中可以看到，本实施例中所形成的凝胶相变材料的相变温度为25℃(即e曲线所示)，同时，本实施例还提供了一种上述凝胶相变材料的应用方法，其步骤与实施例一完全相同，在此不在赘述。
将上述凝胶相变材料应用方法的步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40置于35℃的环境温度下放置80小时后打开，从图9中(图9中，7所指为保温箱40箱内的温度曲线，77所指为环境温度曲线)可以看出，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合保温箱40于35℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过78h，温度控制性能良好。
类似的，将步骤S3中装有复合袋20、待运输货箱30的保温箱40至于-20℃的环境温度下放置30小时后打开，从图10中(图10中，8所指为保温箱40箱内的温度曲线，88所指为环境温度曲线)可以看出，本实施例中，6kg凝胶相变材料配合松冷30L保温箱于-20℃的环境温度下，在15～25℃范围内的保温时间超过48h，其同样具有良好的温度控制性能。
上述实施例一至五中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本发明的保护范围。
综上所述，本发明提供的水合盐凝胶相变材料及其制备、应用方法中，所述凝胶相变材料的相变温度在15～25℃之间可调节，相变潜热较高，保冷时间长，无毒、无味、无腐蚀性，制备工艺简单，成本低，呈凝胶状，可广泛用于储藏运输温度在15～25℃的红酒、巧克力等制品的冷链运输，甚至可应用于温室、建筑节能等方面。
综上所述，本发明以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种凝胶相变材料，其特征在于，按质量百分比计，包括如下组份：
硫酸钠35～39％
氯化钠2.8～8.5％
氯化铵0.5～2.5％
增稠剂2.5～4％
硼砂3.0～3.3％
晶型改变剂0.1～0.2％
白炭黑1～1.8％
其余为纯水。
2.如权利要求1所述的凝胶相变材料，其特征在于，按质量百分比计，包括如下组份：
硫酸钠36.23～38.69％
氯化钠2.93～8.12％
氯化铵0.73～2.03％
增稠剂2.77～3.66％
硼砂3.2～3.24％
晶型改变剂0.13～0.14％
白炭黑1.37～1.57％
其余为纯水。
3.如权利要求1-2任一项所述的凝胶相变材料，其特征在于，所述增稠剂包括聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或几种。
4.如权利要求1-2任一项所述的凝胶相变材料，其特征在于，所述晶型改变剂包括六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的一种或几种。
5.如权利要求1-2任一项所述的凝胶相变材料，其特征在于，所述纯水在25℃环境下的电阻率大于或等于10MΩ·cm。
6.如权利要求1-2任一项所述的凝胶相变材料，其特征在于，所述氯化钠与氯化铵的质量比为4:1。
7.一种如权利要求1-2任一项所述凝胶相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、称取规定量的硫酸钠、氯化钠、氯化铵、增稠剂、硼砂、晶型改变剂以及白炭黑备用；
S2、称取规定量的纯水；
S3、在容器中装入部分纯水，再向所述部分纯水中加入硼砂和增稠剂，边加入边搅拌，然后再将容器放在搅拌器中搅拌加热至50℃～60℃，直至增稠剂完全溶解形成凝胶；
S4、将硫酸钠、氯化钠、氯化铵、晶型改变剂和白炭黑混合均匀后投入到剩余部分纯水中，且边加入边搅拌；
以及S5、将步骤S3中产生的凝胶投入到步骤S4形成的混合盐中，继续搅拌30-40min，以形成所述凝胶相变材料。
8.如权利要求6所述凝胶相变材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述部分纯水重量为纯水总重量的72-82％。
9.如权利要求6所述凝胶相变材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述搅拌器包括集热式磁力搅拌器。
10.一种如权利要求1-2任一项所述凝胶相变材料的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将凝胶相变材料分装于若干个复合袋中；
S2、利用装有凝胶相变材料的复合袋对待运输的货箱进行完全包裹；
以及S3、将装有凝胶相变材料的复合袋以及待运输的货箱放入保温箱中。
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