CN109609097A - 复合相变蓄冷剂及其制备方法以及冰袋 - Google Patents

复合相变蓄冷剂及其制备方法以及冰袋 Download PDF

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Abstract

一种复合相变蓄冷剂，涉及蓄冷技术领域，包括如下重量份的原料:抗冻剂0.6～2份、硝酸铵0.1～0.5份、纳米炭粉0.05‑0.5份、防腐剂0.5～2份、水5‑8份。此复合相变蓄冷剂有效解决了相分离、导热系数小的问题，安全可靠，可反复使用。本发明还涉及一种复合相变蓄冷剂的制备方法，包括：将所述硝酸铵、所述纳米炭粉和所述防腐剂加入所述水中搅拌至溶解，然后加入所述抗冻剂混合均匀；将混合溶液封装，冷冻固化。其制备方法简单，可大规模应用于冷链运输，冷库冷藏。此外，本发明还涉及一种冰袋，包括袋体，袋体中包装有如前述复合相变蓄冷剂，其安全可靠，可反复使用。

Description

复合相变蓄冷剂及其制备方法以及冰袋
技术领域
本发明涉及蓄冷技术领域，且特别涉及复合相变蓄冷剂及其制备方法以及冰袋。
背景技术
蓄冷技术应用广泛，蓄冷剂就是主要针对从产地预冷到运输车以及从批发市场到达零售商以及零售商的储存中遇到的问题，解决运输过程中遇到的问题，解决贮运温度的波动，实现贮藏温度的连续性，最大化的控制产品的质量，提高附加值。现有市面上销售的一般蓄冷冰袋的相变潜热超过290J/g，其Onset温度最低的仅为-2.5℃，而冻结温度(Onse温度)最低为-2.9℃的冰袋产品，其相变潜热又达不到290J/g，且相变温度不可调。
一种以NaCl水溶液作为-2℃-8℃(Onset温度)相变蓄冷剂的主储能剂，9.91％KC1水溶液作为-10℃(Onset温度)相变蓄冷剂的主储能剂再加高吸水树脂作为载体和防过冷的相变蓄冷剂。虽然拥有好的温度调控性能，但其蓄冷剂传热系数不高，效率较低[参见李婷,潘欣,应铁进.食品相变蓄冷剂的配方优化及应用[J].中国食品学报2011(04)]。
中国专利CN106433566A公开了一种食品级蓄冷剂，包括以下组分：水、氯化钠、羧甲基纤维素钠和果葡糖浆,上述各组分的质量百分比为:氯化钠5～15％，羧甲基纤维素钠5～10％,果葡糖浆2.5～7.5％,其余为水。其无毒、无害、无污染，但在低温下持续时间短，相变温度不可控。
中国专利CN106543975A公开了一种有机物复合相变蓄冷剂。配方为:甘氨酸0.4-0.8mol/L，丙三醇0.1mol/L，苯甲酸钠质量分数为0.1％，其余为水，并添加质量分数为0.75％～0.81％的高吸水树脂作为基质。其配成的溶液虽然拥有好的温度调控性能但容易出现相分离现象，且低温持续时间不长。
一种生物质复合相变蓄冷剂。利用乳脂含量高的水牛奶为原料,煮热后和姜汁、椰汁混合,利用姜汁中的生姜蛋白酶和牛奶中的酪蛋白反应,在椰汁的协同作用下短时间内凝成凝胶并以其作为蓄冷基体,再用鱼皮胶质和琼脂包覆氯化钾,通过改变氯化钾用量调节蓄冷剂的相变温度,而添加硅藻土作为成核剂,可降低蓄冷剂的过冷,最后复配制得低成本生物质复合相变蓄冷剂。其制作方法过于复杂，制备周期长，不适合大规模制造[参见应铁进,朱冰清,戚晓丽,盛况.用于农产品保鲜的有机物水溶液相变蓄冷剂[J].农业机械学报2015(02)]。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合相变蓄冷剂，此复合相变蓄冷剂具有拥有良好的温度调控性能，有效地解决了相分离现象，导热传热系数小的问题。
本发明的另一目的在于提供一种复合相变蓄冷剂的制备方法，其制备简易，市场价格低。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种复合相变蓄冷剂，包括如下重量份的原料:抗冻剂0.6～2份、硝酸铵0.1～0.5份、纳米炭粉0.05-0.5份、防腐剂0.5～2份、水5-8份。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述抗冻剂选自乙二醇、丙二醇、丙三醇中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述纳米炭粉粒径为20-80nm。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述防腐剂选自山梨酸钾、苯甲酸钠、钼酸钠中的至少一种。
进一步地，在本发明较佳实施例中，所述抗冻剂为0.6～1份，所述硝酸铵为0.1～0.3份，所述纳米炭粉为0.1～0.2份，所述防腐剂为0.5～1份，所述水为7～8份。
本发明提出一种复合相变蓄冷剂的制备方法，其包括如下步骤:
S1，将所述硝酸铵、所述纳米炭粉和所述防腐剂加入所述水中搅拌至溶解，然后加入所述抗冻剂混合均匀；
S2，将上述混合溶液封装，冷冻固化。
进一步地，在本发明较佳实施例中，在步骤S2中，所述冷冻固化的温度为-30℃～-60℃。
本发明提出一种冰袋，包括袋体，所述袋体中包装有如上所述的复合相变蓄冷剂。
本发明实施例的复合相变蓄冷剂、复合相变蓄冷剂的制备方法的有益效果是：
(1)本发明采用的纳米炭粉增大了相变材料的导热系数，使材料具有良好的温度调控性能，有效解决了相分离、导热系数小的问题；
(2)纳米粒子的加入对水合物的形成有很大的促进作用，纳米粒子的粒径极小，比表面积大，也可以为水合物的形成提供更大的接触面积和更多的成核点，促进水合物非均匀成核，降低过冷度；
(3)所用原料抗冻剂、硝酸铵、纳米炭粉和防腐剂市场价格低，蓄冷材料制备方法简单且自身导热性能良好。由于其不易挥发，安全无毒，可大规模应用于冷链运输，冷库冷藏，安全可靠，可反复使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1、对比例1-2中不同丙三醇含量样品最低温和平均温度对比示意图；
图2为本发明实施例1、对比例1-2中不同丙三醇含量样品在不同温度下蓄冷时长的对比示意图；
图3为本发明实施例1-2和对比例3-6中不同丙三醇含量样品最低温和平均温度对比示意图；
图4为本发明实施例1-2和对比例3-6中不同丙三醇含量样品在不同温度下蓄冷时长的对比示意图；
图5为本发明实施例3和对比例7-9中不同纳米炭粉含量样品最低温和平均温度对比示意图；
图6为本发明实施例3和对比例7-9中不同纳米炭粉含量样品在不同温度下蓄冷时长的对比示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的复合相变蓄冷剂及其制备方法进行具体说明。
本发明提供了一种复合相变蓄冷剂，包括如下重量份的原料:抗冻剂0.6～2份、硝酸铵0.1～0.5份、纳米炭粉0.05-0.5份、防腐剂0.5～2份、水5-8份。
可选的，所述抗冻剂选自乙二醇、丙二醇、丙三醇中的至少一种。
优选的，所述抗冻剂为丙三醇，其相变点为18.17℃，相变热为200.4J/g，能够稳定实现相变蓄冷的作用，防止过冷现象的产生。
可选的，所述纳米炭粉粒径为20-80nm。通过加入纳米炭粉，有效改善了相变蓄冷材料的导热能力，纳米粒子通过改变材料基液的结构和粒子与液体之间的微对流现象加强了能量传递，从而增大了相变材料的导热系数。从而赋予材料更长的低温持续时间和更好的温度调控性能。
可选的，所述防腐剂选自山梨酸钾、苯甲酸钠、钼酸钠中的至少一种。
需要说明的是，本发明中，抗冻剂、硝酸铵与防腐剂均为市场上可买到的工业级产品，所述纳米炭粉为市场可购买到的20-80nm规格产品。
优选的，所述抗冻剂为0.6～1份，所述硝酸铵为0.1～0.3份，所述纳米炭粉为0.1～0.2份，所述防腐剂为0.5～1份，所述水为7～8份。
更加优选的，所述抗冻剂为0.8份，所述硝酸铵为0.2份，所述纳米炭粉为0.1份，所述防腐剂为1份，所述水为7.9份。
本发明还提供了一种复合相变蓄冷剂的制备方法，包括:
S1，将所述硝酸铵、所述纳米炭粉和所述防腐剂加入所述水中搅拌至溶解，然后加入所述抗冻剂混合均匀；
S2，将上述混合溶液封装，冷冻固化。
可选的，在步骤S2中，所述冷冻固化的温度为-30℃～-60℃。优选的，所述冷冻固化的温度为-50-60℃。
本发明还提供了一种冰袋，包括袋体，所述袋体中包装有前述复合相变蓄冷剂。
可选的，所述袋体包括由防水材料构成的内层和柔性材料构成的外层，所述内层形成放置所述蓄冷剂的容置腔室，所述容置腔室内包装有前述复合相变蓄冷剂。
使用时，将所述冰袋进行冷冻固化后取出，置于需低温保存的物品中，利用其融化吸热，达到维持需保存物品的低温、减缓其温度的升高的效果。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
表1为实施例1～3和对比例1-9制备过程中原料丙三醇、硝酸铵、纳米炭粉、山梨酸钾和水的配比。
表1实施例1-3和对比例1-9的材料配比
丙三醇/份 硝酸铵/份 纳米炭粉/份 山梨酸钾/份 水/份
实施例1 1 0.2 0.5 1 7.3
实施例2 0.8 0.2 0.5 1 7.5
实施例3 0.8 0.2 0.1 1 7.9
对比例1 1.5 0.2 0.5 1 6.8
对比例2 2 0.2 0.5 1 6.3
对比例3 0.6 0.2 0.5 1 7.7
对比例4 0.7 0.2 0.5 1 7.6
对比例5 0.9 0.2 0.5 1 7.4
对比例6 1.2 0.2 0.5 1 7.1
对比例7 0.8 0.2 0.05 1 7.95
对比例8 0.8 0.2 0.2 1 7.8
对比例9 0.8 0.2 0.3 1 7.7
实施例1
本实施例提供一种复合相变蓄冷剂，其根据以下步骤制得。
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.5份，山梨酸钾1份，水7.3份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇1份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
实施例2
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.5份，山梨酸钾1份，水7.5份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇0.8份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
实施例3
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.1份，山梨酸钾1份，水7.9份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇0.8份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例1
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.5份，山梨酸钾1份，水6.8份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇1.5份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例2
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.5份，山梨酸钾1份，水6.3份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇2份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例3
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.5份，山梨酸钾1份，水7.7份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇0.6份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例4
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.5份，山梨酸钾1份，水7.6份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇0.7份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例5
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.5份，山梨酸钾1份，水7.4份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇0.9份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例6
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.5份，山梨酸钾1份，水7.1份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇1.2份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-60℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例7
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.05份，山梨酸钾1份，水7.95份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇0.8份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-30℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例8
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.2份，山梨酸钾1份，水7.8份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇0.8份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-30℃冷冻固化得蓄冷剂。
对比例9
S1、分别将硝酸铵0.2份，纳米炭粉0.3份，山梨酸钾1份，水7.7份依次加入水中搅拌至溶解，然后加入丙三醇0.8份混合均匀。
S2、将上述混合溶液封装，-30℃冷冻固化得蓄冷剂。
试验例1
分别将实施例1、对比例1和对比例2中的蓄冷剂放于泡沫密封箱中在25℃的室温下自然解冻，记录其温度变化。绘制不同丙三醇含量样品最低温和平均温度对比示意图和不同温度下蓄冷时长的对比示意图如图1、2所示。可以看出，实施例1中蓄冷剂较对比例1和对比例2最低温低3.2℃，低温持续时间同比长2.1h。
试验例2
分别以实施例1、实施例2和对比例3-6中蓄冷剂放于泡沫密封箱中在25℃的室温下自然解冻，记录其温度变化。绘制不同丙三醇含量样品最低温和平均温度对比示意图和不同温度下蓄冷时长的对比示意图如图3、4所示。可以得出实施例2中的蓄冷材料最低温为-20.15℃，低温持续时间同比实施例1长2.3h。
试验例3
分别以实施例3和对比例7-9中蓄冷剂放于泡沫密封箱中在25℃的室温下自然解冻，记录其温度变化。绘制不同纳米炭粉含量样品最低温和平均温度对比示意图和不同温度下蓄冷时长的对比示意图如图5、6所示。可以得出实施例3中的蓄冷材料达到最低温为-24.13℃；低温持续时长11.6h；最低温温度区间为-20℃-25℃。
综上所述，本发明实施例的复合相变蓄冷剂有效地改善了过冷现象，拥有良好的温度调控性能，有效地解决了相分离现象，导热传热系数小的问题。复合相变蓄冷剂的制备方法简易，且自身导热传热性良好，属于不易挥发物质，安全无毒，可大规模应用于冷链运输、冷库冷藏。与市场上的产品相比，其市场价格低且易得，能达到的最低温更低，低温持续时间明显延长。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种复合相变蓄冷剂，其特征在于，其包括如下重量份的原料:抗冻剂0.6～2份、硝酸铵0.1～0.5份、纳米炭粉0.05-0.5份、防腐剂0.5～2份、水5-8份。
2.根据权利要求1所述的复合相变蓄冷剂，其特征在于，所述抗冻剂选自乙二醇、丙二醇、丙三醇中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的复合相变蓄冷剂，其特征在于，所述纳米炭粉粒径为20-80nm。
4.根据权利要求1所述的复合相变蓄冷剂，其特征在于，所述防腐剂选自山梨酸钾、苯甲酸钠、钼酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的复合相变蓄冷剂，其特征在于，所述抗冻剂为0.6～1份，所述硝酸铵为0.1～0.3份，所述纳米炭粉为0.1～0.2份，所述防腐剂为0.5～1份，所述水为7～8份。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的复合相变蓄冷剂的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤:
S1，将所述硝酸铵、所述纳米炭粉和所述防腐剂依次加入所述水中搅拌至溶解，然后加入所述抗冻剂混合均匀；
S2，将上述混合溶液封装，冷冻固化。
7.根据权利要求6所述的复合相变蓄冷剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述冷冻固化的温度为-30℃～-60℃。
8.一种冰袋，包括袋体，其特征在于，所述袋体中包装有如权利要求1-5任一项所述的复合相变蓄冷剂。
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