CN109054763B - 一种水合硫酸盐复合相变材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中低温水合硫酸盐复合相变材料及其制备方法，包括55～60％的十八水硫酸铝，30～35％的十二水硫酸铝铵，5～15％的十二水硫酸铝钾，上述水合硫酸盐总质量为100％；另加按上述水合硫酸盐总质量计的如下组份：0.2～0.5％的成核剂，0.5～1％的增稠剂，1～2％的导热剂。本发明首次使用十八水硫酸铝、十二水硫酸铝铵和十二水硫酸铝钾复合水合盐体系，通过控制组分比例可调控初始相变温度降低至58℃左右，可控相变温度范围宽，且相变潜热高；通过调控熔融混合料的pH在3～4之间，能够降低复合材料对封装容器的酸腐蚀同时维持复合相变材料的稳定性。

Description

一种水合硫酸盐复合相变材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水合硫酸盐复合相变材料及其制备方法，属于相变材料领域。
背景技术
相变材料(PCM-Phase Change Material)是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。这种材料一旦在人类生活被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体，在我国已经列为国家级研发利用序列。现有的水合硫酸盐相变材料存在相变温度范围窄，温度敏感性弱的缺点。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种初始相变温度低、可控相变温度范围宽、相变潜热高且热稳性性强的水合硫酸盐复合相变材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种水合硫酸盐复合相变材料，包括如下质量百分比的组份：
55～60％的十八水硫酸铝，
30～35％的十二水硫酸铝铵，
5～15％的十二水硫酸铝钾，
上述水合硫酸盐总质量为100％；
另加按上述水合硫酸盐总质量计的如下组份：
0.2～0.5％的成核剂，
0.5～1％的增稠剂，
1～2％的导热剂。
优选地，十八水硫酸铝质量比为60％，十二水硫酸铝铵质量比为35％，十二水硫酸铝钾质量比为5％。
其中，所述成核剂为二氧化硅、白土或氧化镁。
所述增稠剂为硅凝胶、羧甲基纤维素或膨润土。
所述导热剂为石墨或泡沫铜。
本发明进一步提供上述水合硫酸盐复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将十八水硫酸铝、十二水硫酸铝铵、十二水硫酸铝钾按配方量混合组成复合盐体系，然后加入配方量的成核剂、增稠剂和导热剂；
步骤二：向步骤一物料中加入适量水进行湿法球磨混合得到混合料A；
步骤三：将步骤二得到的混合料A加热融化，然后加入适量的氢氧化钾，搅拌调节pH在3～4之间，得到熔融混合料B；
步骤四：搅拌状态下，将熔融混合料B降温重结晶为固体，得到固态混合料C；
步骤五：用去离子水对步骤四得到的固态混合料C进行水洗纯化，然后干燥即得。
步骤二中，水的加入量为复合盐总质量的10～15％，湿法球磨的转速为15～25转/min。
步骤三中，加热融化的温度控制在100～120℃之间。
所述氢氧化钾的加入量为复合盐总质量的2～3％。
步骤四中，降温重结晶的温度控制在55～65℃之间。
步骤五中，每次水洗纯化后采用抽滤机进行抽滤处理。
有益效果：
1、本发明首次使用十八水硫酸铝、十二水硫酸铝铵和十二水硫酸铝钾复合水合盐体系，通过控制组分比例可调控初始相变温度降低至58℃左右，可控相变温度范围宽，且相变潜热高；
2、本发明制备方法中，通过调控熔融混合料的pH在3～4之间，降低复合材料对封装容器的酸腐蚀同时维持复合相变材料的稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是实施例1制备得到的复合相变材料的DSC曲线图；
图2是实施例2制备得到的复合相变材料的DSC曲线图；
图3是十八水硫酸铝的DSC曲线图；
图4是十二水硫酸铝铵的DSC曲线图；
图5是十二水硫酸铝钾的DSC曲线图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
准确称量18g十八水硫酸铝、10.5g十二水硫酸铝铵和1.5g十二水硫酸铝钾手动混合后向其中加入0.15g白土、0.3g羧甲基纤维素和0.6g石墨。上述混合料装入球磨罐中加入4ml的去离子水进行湿法球磨1h，控制球磨的转速为15～25转/min，球磨得到的混合料A装入反应釜中在110℃下熔融搅拌0.5h，向其中加入0.6g氢氧化钾后继续搅拌0.5h调节并维持pH在3～4之间得到熔融混合料B。熔融混合料B在反应釜中降至60℃继续搅拌1h左右完成重结晶得到固态混合料C，之后使用去离子水进行3遍水洗纯化，每次使用72ml去离子水，然后在60℃下干燥得到产物①，产物①的DSC结果如图1所示，初始相变温度为58.6℃。
实施例2
准确称量16.5g十八水硫酸铝、9g十二水硫酸铝铵和4.5g十二水硫酸铝钾手动混合后向其中加入0.15g白土、0.3g羧甲基纤维素和0.6g石墨。上述混合料装入球磨罐中加入4ml的去离子水进行湿法球磨1h，控制球磨的转速为15～25转/min，球磨得到的混合料A装入反应釜中在120℃下熔融搅拌0.5h，向其中加入0.9g氢氧化钾后继续搅拌0.5h调节并维持pH在3～4之间得到熔融混合料B。熔融混合料B在反应釜中降至65℃继续搅拌1h左右完成重结晶得到固态混合料C，之后使用去离子水进行3遍水洗纯化，每次使用72ml去离子水，然后在60℃下干燥得到产物②，产物②的DSC结果如图2所示，初始相变温度为71.1℃。
对比例1
分别取十八水硫酸铝、十二水硫酸铝铵和和十二水硫酸铝钾在60℃下烘干，然后进行差示扫描量热分析实验，分别得到十八水硫酸铝的DSC曲线(图3)、十二水硫酸铝铵的DSC曲线(图4)和十二水硫酸铝钾的DSC曲线(图5)。
对比例2
准确称量18g十八水硫酸铝、10.5g十二水硫酸铝铵和1.5g十二水硫酸铝钾手动混合后向其中加入0.15g白土、0.3g羧甲基纤维素和0.6g石墨。上述混合料装入球磨罐中加入4ml的去离子水进行湿法球磨1h，控制球磨的转速为15～25转/min，球磨得到的混合料使用去离子水进行3遍水洗纯化，每次使用72ml去离子水，然后在60℃下干燥得到产物③，差示扫描量热分析发现产物③稳定性较差，存在多个相变温度区间。
将对比例1与实施例1和2比较可以发现，采用十八水硫酸铝、十二水硫酸铝铵和十二水硫酸铝钾复合水合盐体系制备得到的复合相变材料初始相变温度下降明显，可控相变温度范围较宽，且相变潜热高，相比单独组份相变材料具有显著的进步；将对比例2与实施例1和2比较可以发现，简单的将十八水硫酸铝、十二水硫酸铝铵和十二水硫酸铝钾混合得到相变材料的热稳定性较差，达不到本发明目的。
本发明提供了一种水合硫酸盐复合相变材料及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，包括如下质量百分比的组份：
55~60%的十八水硫酸铝，
30~35%的十二水硫酸铝铵，
5~15%的十二水硫酸铝钾，
上述水合硫酸盐总质量为100%；
另加按上述水合硫酸盐总质量计的如下组份：
0.2~0.5%的成核剂，
0.5~1%的增稠剂，
1~2%的导热剂；
所述水合硫酸盐复合相变材料采用如下步骤制备：
步骤一：将十八水硫酸铝、十二水硫酸铝铵、十二水硫酸铝钾按配方量混合组成复合盐体系，然后加入配方量的成核剂、增稠剂和导热剂；
步骤二：向步骤一物料中加入适量水进行湿法球磨混合得到混合料A；
步骤三：将步骤二得到的混合料A加热融化，然后加入适量的氢氧化钾，搅拌调节pH在3~4之间，得到熔融混合料B；
步骤四：搅拌状态下，将熔融混合料B降温重结晶为固体，得到固态混合料C；
步骤五：用去离子水对步骤四得到的固态混合料C进行水洗纯化，然后干燥即得。
2.根据权利要求1所述的一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，所述成核剂为二氧化硅、白土或氧化镁。
3.根据权利要求1所述的一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，所述增稠剂为硅凝胶、羧甲基纤维素或膨润土。
4.根据权利要求1所述的一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，所述导热剂为石墨或泡沫铜。
5.根据权利要求1所述的一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，步骤二中，水的加入量为复合盐总质量的10~15%，湿法球磨的转速为15~25转/min。
6.根据权利要求1所述的一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，步骤三中，加热融化的温度控制在100~120℃之间。
7.根据权利要求1所述的一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，步骤三中，所述氢氧化钾的加入量为复合盐总质量的2~3%。
8.根据权利要求1所述的一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，步骤四中，降温重结晶的温度控制在55~65℃之间。
9.根据权利要求1所述的一种水合硫酸盐复合相变材料，其特征在于，步骤五中，每次水洗纯化后采用抽滤机进行抽滤处理。
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