CN108485610A - 基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于六水硝酸镁的有机‑无机复合相变材料及其制备方法。这类复合相变材料由以下原料制成（以重量份数计算）：有机相变材料（戊二酸或尿素）10～90份，六水硝酸镁10～90份，两种原料的重量份数之和为100份。首先按原材料配比混合均匀，然后在80～100℃下加热熔化，磁力搅拌，得到澄清透明的熔融态复合相变材料，冷却至室温，得有机‑无机复合相变材料。与现有的相变材料相比，本发明综合有机和无机相变材料的优点，一定程度地缓解了相分离的现象，降低了六水硝酸镁的熔化温度，拓宽了六水硝酸镁的应用领域，且价格比已有的同类型的高潜热、中低温相变材料更低廉，表明这类相变材料具有良好的应用前景与市场竞争力。

Description

基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料储热技术领域，具体涉及基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料及其制备方法。
背景技术
相变材料通过随温度变化转变物质状态来储存、释放潜热，利用其相变过程温度恒定的特性可以将温度控制在特定范围，是一种性能优异的储热材料，正逐渐被广泛应用于航空航天的热控、建筑节能、汽车散热、服装智能调温、动力电池热管理、医疗卫生、电子器件冷却和军事伪装等领域。一般而言，相变材料根据化学成分通常分为：有机类和无机类。无机相变材料种类繁多，使用较多的是结晶水合盐类。这种材料熔解热较大，导热系数高，相变体积小，价格便宜，但是容易产生过冷和相分离的现象，并且大多数无机相变材料具有腐蚀性。而有机相变材料腐蚀性较小、成型好、不易发生过冷和相分离现象；并且其相变温度及相变热随着碳链的增长而增大，可以根据这个规律配出储热温度范围大且潜热值高的材料。但是有机相变材料导热性较差，价格昂贵。无机类和有机类相变材料优缺点恰好互补，所以近年来，有机-无机复合相变材料的研究不断深入，试图克服无机相变材料易产生过冷和相分离以及腐蚀性的缺点，有机物导热性差的缺点，使相变材料得到更广泛的应用。目前，还没有针对六水硝酸镁的类似专利或其他研究成果发表，因此本发明为相关研究奠定了基础。
发明内容
本发明的目的在于提供基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料及其制备方法，结合有机和无机相变材料的优点，一定程度地缓解了相分离和过冷的现象，降低了材料的相变温度同时提高了其潜热值，增强了其储热能力。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
一种基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，该材料由有机相变材料和六水硝酸镁复合而成；所述有机相变材料为戊二酸或尿素。
优选的，该材料以重量份数计，由以下原料制成：有机相变材料10～90份，六水硝酸镁10～90份，两种原料的重量份数之和为100份。
优选的，该材料由戊二酸和六水硝酸镁复合而成。
优选的，以重量份数计，该材料由以下原料制成：戊二酸20～80份，六水硝酸镁20～80份，两种原料的重量份数之和为100份。
优选的，以重量份数计，该材料由以下原料制成：戊二酸60份，六水硝酸镁40份。
优选的，所述戊二酸的纯度为99%以上；所述六水硝酸镁的纯度为99%以上。
优选的，该材料由尿素和六水硝酸镁复合而成。
优选的，以重量份数计，该材料由以下原料制成：尿素20~40份，六水硝酸镁60~80份，两种原料的重量份数之和为100份。
优选的，以重量份数计，该材料由以下原料制成：尿素30份，六水硝酸镁70份。
优选的，所述尿素的纯度为99%以上；所述六水硝酸镁的纯度为99%以上。
以上所述的一种基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将戊二酸或尿素与六水硝酸镁混合均匀，得混合物；
（2）加热使步骤（1）所得混合物熔化；
（3）搅拌均匀步骤（2）所得混合物，得共熔材料；
（4）冷却凝固步骤（2）所得共熔材料，得基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料。
优选的，步骤（2）中所述加热的温度为80～100℃。
优选的，步骤（3）中所述搅拌的方式为磁力搅拌。
优选的，步骤（4）中所述凝固的条件为密封，温度为-20~20℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明制备的戊二酸-六水硝酸镁复合相变材料的熔化温度为60～70℃，比原材料90～100℃的相变位点低；熔化焓值为170～200J/g，明显高于原材料的相变焓值（六水硝酸镁167J/g，戊二酸185J/g）。本发明制备的尿素-六水硝酸镁复合相变材料熔化温度低于50℃，明显降低了原材料的相变位点（六水硝酸镁95℃，尿素132.7℃）；熔化焓值为90~190J/g，仍维持较高水平（六水硝酸镁167J/g，尿素243J/g）。
（2）本发明在制备复合相变材料的过程中过冷和相分离现象有所缓解。
（3）本发明得制备方法简单，条件温和。
附图说明
图1是实施例1制备的40%戊二酸-六水硝酸镁复合相变材料的单向差示扫描量热图。
图2是实施例5制备的30%尿素-六水硝酸镁复合相变材料的单向差示扫描量热图。
图3是实施例2的戊二酸（GA）、六水硝酸镁、45%戊二酸-六水硝酸镁复合相变材料的红外光谱分析图。
图4是实施例5的尿素、六水硝酸镁、30%尿素-六水硝酸镁复合相变材料的红外光谱分析。
图5是本发明有机-无机复合相变材料的制备流程图。
具体实例方式
下面结合实施例和附图对本发明的实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明有机-无机复合相变材料的制备流程图如图5所示。
实施例1
一种基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，以重量份数计，由以下原料制成：戊二酸40份，六水硝酸镁60份。
所述基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）戊二酸和六水硝酸镁按质量比2:3混合均匀；
（2）100℃下加热使原材料熔化；
（3）磁力搅拌5分钟得到均匀的复合材料；
（4）密封、室温下冷却凝固，得到白色固体，研磨，进行DSC性能测试。
（5）以熔化起始点为熔化温度，最终测得40%戊二酸-六水硝酸镁复合相变材料的熔化温度为66.9℃，熔化焓值为189.3J/g。
本实施例制备的40%戊二酸-六水硝酸镁复合相变材料的单向差示扫描量热图如图1所示。
实施例2
一种基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，以重量份数计，由以下原料制成：戊二酸45份，六水硝酸镁55份。
所述基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）戊二酸和六水硝酸镁按质量比9:11混合均匀；
（2）95℃下加热使原材料熔化；
（3）磁力搅拌5分钟得到均匀的复合材料；
（4）密封、室温下冷却凝固，得到白色固体，研磨，进行DSC性能测试。
（5）最终测得45%戊二酸-六水硝酸镁复合相变材料的熔化温度为67.3℃，熔化焓值为186.4J/g。
其中，戊二酸、六水硝酸镁、45%戊二酸-六水硝酸镁复合相变材料的红外图谱对比见图3。
实施例3
一种基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，以重量份数计，由以下原料制成：戊二酸60份，六水硝酸镁40份。
所述基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）戊二酸和六水硝酸镁按质量比3:2混合均匀；
（2）95℃下加热使原材料熔化；
（3）磁力搅拌5分钟得到均匀的复合材料；
（4）密封、室温下冷却凝固，得到白色固体，研磨，进行DSC性能测试。
（5）最终测得60%戊二酸-六水硝酸镁复合相变材料的熔化温度为65.0℃，熔化焓值为188.8J/g。
实施例4
一种基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，以重量份数计，由以下原料制成：尿素25份，六水硝酸镁75份。
所述基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）尿素和六水硝酸镁按质量比1:4混合均匀；
（2）80℃下加热使原材料熔化；
（3）磁力搅拌5分钟得到均匀的复合材料；
（4）密封、-20℃下冷却凝固，得到白色固体，研磨，进行DSC性能测试。
最终测得25%尿素-六水硝酸镁复合相变材料的熔化温度为46.2℃，熔化焓值为160.9J/g。
实施例5
一种基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，以重量份数计，由以下原料制成：尿素30份，六水硝酸镁70份。
所述基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）尿素和六水硝酸镁按质量比3:7混合均匀；
（2）80℃下加热使原材料熔化；
（3）磁力搅拌5分钟得到均匀的复合材料；
（4）密封、-20℃下冷却凝固，得到白色固体，研磨，进行DSC性能测试。
（5）最终测得30%尿素-六水硝酸镁复合相变材料的熔化温度为47.3℃，熔化焓值为190.5J/g。
其中，本实施例制备的30%尿素-六水硝酸镁复合相变材料的单向差示扫描量热图如图2所示；尿素、六水硝酸镁、30%尿素-六水硝酸镁复合相变材料的红外图谱对比见图4。
实施例6
一种基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，以重量份数计，由以下原料制成：尿素35份，六水硝酸镁65份。
所述基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）尿素和六水硝酸镁按质量比7:13混合均匀；
（2）80℃下加热使原材料熔化；
（3）磁力搅拌5分钟得到均匀的复合材料；
（4）密封、-20℃冷却凝固，得到白色固体，研磨，进行DSC性能测试。
最终测得35%尿素-六水硝酸镁复合相变材料的熔化温度为46.6℃，熔化焓值为118.5J/g。

Claims (10)

1.基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，其特征在于：该材料由有机相变材料和六水硝酸镁复合而成；所述有机相变材料为戊二酸或尿素。
2.根据权利要求1所述的基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：有机相变材料10～90份，六水硝酸镁10～90份，两种原料的重量份数之和为100份。
3.根据权利要求1所述的基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：戊二酸20～80份，六水硝酸镁20～80份，两种原料的重量份数之和为100份。
4.根据权利要求3所述的基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，其特征在于：所述戊二酸的纯度为99%以上；所述六水硝酸镁的纯度为99%以上。
5.根据权利要求1所述的基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，其特征在于：以重量份数计，由以下原料制成：尿素20~40份，六水硝酸镁60~80份，两种原料的重量份数之和为100份。
6.根据权利要求5所述的基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料，其特征在于：所述尿素的纯度为99%以上；所述六水硝酸镁的纯度为99%以上。
7.制备权利要求1-6任一项所述的基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将戊二酸或尿素与六水硝酸镁混合均匀，得混合物；
（2）加热使步骤（1）所得混合物熔化；
（3）搅拌均匀步骤（2）所得混合物，得共熔材料；
（4）冷却凝固步骤（3）所得共熔材料，得基于六水硝酸镁的有机-无机复合相变材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述加热的温度为80～100℃。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述搅拌的方式为磁力搅拌。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述凝固的条件为密封，温度为-20~20℃。
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