CN109913179A - 一种温度可调节的相变蓄冷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种温度可调节的相变蓄冷材料，各组分按重量份数计为：主储能剂20～40份，相变温度调节剂0～20份，防过冷剂0.5～1份，增稠剂0.5～1份、去离子水55～60份，主储能剂和相变温度调节剂不得为同一种。本发明制备得到的相变蓄冷材料的相变温度调节范围为6～14℃，相变潜热为161.3～204.9J/g，不同配比条件下均能形成融合性良好的类纯物质体系，历经300次循环后潜热衰减小于10%，可用于持续稳定的蓄冷应用。本发明制备的相变材料制备简单方便，完全没有相分离的现象，且具有较大潜热，可广泛用于血液、疫苗以及其他适宜温度段生物制品的冷链运输。

Description

一种温度可调节的相变蓄冷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种温度可调节的相变蓄冷材料及其制备方法，属于相变蓄冷材料制备技术领域。
背景技术
近年来随着相变蓄冷技术的兴起，越来越多的相变材料开始被广泛研究。在实际应用中，要求相变材料具备适宜相变温度、相变潜热大、性能稳定、导热性能良好等特点，但单一相变材料往往无法同时满足上述条件，因而需要多种相变材料进行复合以达到要求。
目前相变蓄冷材料存在的突出问题如下：(1)常用的冰蓄冷虽然蓄冷密度大，但蓄冷温度仅限0℃左右，对于其他温度段需要精准控温的产品并不适用；(2)共晶盐蓄冷虽然成本低廉，也可以通过复配调节相变温度，但大多潜热较小，且循环使用性能差。(3)相变材料之间的复配，往往只能在某一配比下融合性良好或发生共晶，从而只能确定唯一的可用相变温度点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种温度可调节的相变蓄冷材料及其制备方法。
本发明采用如下技术方案：一种温度可调节的相变蓄冷材料，各组分按重量份数计为：主储能剂20～40份，相变温度调节剂0～20份，防过冷剂0.05～1份，增稠剂1份、去离子水55～60份，所述主储能剂和相变温度调节剂不得为同一种。
进一步的，所述主储能剂为TBAB、TBAC、TBPB的任意一种。
进一步的，所述相变温度调节剂为TBAB、TBAC、TBPB的任意一种。
进一步的，所述防过冷剂为十二烷基硫酸钠和纳米TiO2，所述纳米TiO2的大小为25-30nm。
进一步的，所述增稠剂为耐盐性高吸水性树脂。
温度可调节的相变蓄冷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)耐盐性高吸水树脂的制备：在四口烧瓶中依次加入80～90mL环己烷、0.15～0.25mLOP-10和0.10～0.15g Span 60，水浴条件下升温至50～55℃，将丙烯酸AA和丙烯酰胺AM按照质量比10:3混合后，依次加入0.5％～1％的NaAMC8S，加入引发剂过硫酸铵APS和交联剂丙三醇，并将混合溶液通过滴液漏斗滴加到四口烧瓶中，通氮反应0.5～1h后，缓慢升温至70～75℃，继续反应3～4h，将混合溶液过滤，在80～90℃条件下干燥，得到耐盐性高吸水树脂；
(2)将20～40份的主储能剂：TBAB、TBAC、TBPB中的任意一种，0～20份的相变温度调节剂：TBAB、TBAC、TBPB中的任意一种，且相变温度调节剂不得与主储能剂相同，以及55～60份的去离子水，在40～55℃水浴条件下溶解完全；
(3)在上述溶液中加入0.1～0.5份十二烷基硫酸钠和0.1～0.5份纳米TiO2作为防过冷剂，在室温条件下以500～600r/min的转速持续搅拌0.5～1h，形成悬浮液，调整转速为300～400r/min，少量多次加入0.5～1份的增稠剂耐盐性高吸水性树脂，持续搅拌0.5～1h，形成轻度凝胶状相变蓄冷材料。
本发明与现有技术相比，具有如下优势：
(1)本发明涉及的相变蓄冷材料相变潜热可达161.3～204.9J/g，优于同等温度段绝大多数相变蓄冷材料(＜100J/g)；(2)通过改变主储能剂和相变温度调节剂的配比，使得复合相变材料的相变温度在6～14℃可调，解决了现有蓄冷材料应用温度单一的问题；(3)主储能剂和相变温度调节剂均为性质相似的水溶性季铵盐，相融性良好，避免了相变温度调节剂对复合体系均一性的影响；(4)历经300次循环冷冻试验无明显潜热衰减；(5)无相分离现象，DSC曲线表现为唯一的相变峰；(6)制备得到的耐盐性高吸水性树脂为增稠剂，对主体盐溶液相变材料的吸液率更高，与防过冷剂十二烷基硫酸钠联合作用，使得分散性更好，有利于保持复合体系的均一稳定性；(7)制备工艺简单，方便快捷。
附图说明
图1为不同配比的TBPB/TBAB的复合相变材料的DSC曲线。
图2为不同配比的TBPB/TBAC的复合相变材料的DSC曲线。
图3为mTBPB：mTBAB：m去离子水＝3:7:15时的复合相变材料循环性能测试结果图。
图4为mTBPB：mTBAC：m去离子水＝4:6:15时的复合相变材料循环性能测试结果图。
图5为mTBPB：m去离子水＝4:6时的复合相变材料循环性能测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
耐盐性高吸水树脂的制备：在四口烧瓶中依次加入88mL环己烷、0.2mLOP-10和0.12g Span 60，水浴条件下升温至50℃，将AA和AM按照质量比10:3混合后，依次加入0.5％的NaAMC8S，加入引发剂和交联剂，并将混合溶液通过滴液漏斗滴加到四口烧瓶中，通氮反应0.5h后，缓慢升温至75℃，反应3h后，将混合溶液过滤，在90℃条件下干燥，得到耐盐性高吸水树脂。
实施例一：
将2.8gTBAB和1.2gTBPB，加入6ml去离子水中，在40℃水浴条件下溶解完全，形成质量分数为40％的二元季铵盐混合溶液，在上述溶液中，加入0.05g十二烷基硫酸钠和0.05g纳米TiO2，室温条件下以600r/min的转速持续搅拌0.5h，形成悬浮液，调整转速为400r/min，将0.1g耐盐性高吸水性树脂分3次加入，每次间隔10分钟，持续搅拌0.5～1h，得到轻度凝胶状相变蓄冷材料。
所制备的相变蓄冷材料相变温度为9.19℃，相变潜热为204.9J/g。
实施例二：
将2.4gTBAC和1.6gTBPB，加入6ml去离子水中，在40℃水浴条件下溶解完全，形成质量分数为40％的二元季铵盐混合溶液。在上述溶液中，加入0.05g十二烷基硫酸钠和0.1g纳米TiO2，室温条件下以600r/min的转速持续搅拌0.5h，形成悬浮液，调整转速为400r/min，将0.1g耐盐性高吸水性树脂分3次加入，每次间隔10分钟，持续搅拌1h，得到轻度凝胶状相变蓄冷材料。
所制备的相变蓄冷材料相变温度为12.51℃，相变潜热为196.5J/g。
实施例三：
将4gTBPB加入6ml去离子水中，在40℃水浴条件下溶解完全，形成质量分数为40％的单一季铵盐混合溶液。在上述溶液中，加入0.05g十二烷基硫酸钠和0.05g纳米TiO2，室温条件下以600r/min的转速持续搅拌0.5h，形成悬浮液，调整转速为400r/min，将0.1g自制耐盐性高吸水性树脂分3次加入，每次间隔10分钟，持续搅拌0.5h，得到轻度凝胶状相变蓄冷材料。
所制备的相变蓄冷材料相变温度为5.92℃，相变潜热为180.2J/g。
如图1-图2为不同配比TBPB/TBAB和TBPB/TBAC复合相变材料的DSC曲线。结果表明，TBPB/TBAB复合相变材料的相变温度范围为5.91～11.69℃，相变潜热可达161.3～204.9J/g；TBPB/TBAC复合相变材料的相变温度范围为5.92～14.33℃，相变潜热可达175.11～196.5J/g。通过改变主储能剂和相变温度调节剂的配比，复合体系的相变温度可调性显著，且所得相变材料的DSC曲线均表现为唯一相变峰，表明复合体系的融合性良好。
图3为mTBPB：mTBAB：m去离子水＝3:7:15时的相变蓄冷材料DSC曲线，其中曲线a为初始dsc曲线，曲线b为300次循环冷冻试验后的dsc曲线。图4为mTBPB：mTBAC：m去离子水＝4:6:15时的相变蓄冷材料DSC曲线，其中曲线a为初始dsc曲线，曲线b为300次循环冷冻试验后的dsc曲线。图5为mTBPB：m去离子水＝4:6时的相变蓄冷材料DSC曲线，其中曲线a为初始dsc曲线，曲线b为300次循环冷冻试验后的dsc曲线。表1为不同配比下的循环相变温度和相变潜热以及衰减率。
表1
由表1可知，采用本发明制备方法得到的三个复合体系经300次循环试验前后体系相变潜热衰减均小于10％，且体系仍然保持稳定均一状态，未出现相分离现象。

Claims (6)

1.一种温度可调节的相变蓄冷材料，其特征是：各组分按重量份数计为：主储能剂20～40份，相变温度调节剂 0～20份， 防过冷剂0. 5～1份，增稠剂0.5～1份、去离子水 55～60份，所述主储能剂和相变温度调节剂不得为同一种。
2.如权利要求书1所述的制备方法，其特征在于：所述主储能剂为TBAB、TBAC、TBPB的任意一种。
3.如权利要求1所述的温度可调节的相变蓄冷材料，其特征是：所述相变温度调节剂为TBAB、TBAC、TBPB的任意一种。
4.如权利要求1所述的温度可调节的相变蓄冷材料，其特征是：所述防过冷剂为十二烷基硫酸钠和纳米TiO2，所述纳米TiO2的大小为25-30nm。
5.如权利要求1所述的温度可调节的相变蓄冷材料，其特征是：所述增稠剂为耐盐性高吸水性树脂。
6.权利要求1所述的温度可调节的相变蓄冷材料的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
（1）耐盐性高吸水树脂的制备：在四口烧瓶中依次加入80～90mL环己烷、0.15～0.25mL烷基酚聚氧乙烯醚OP-10和0.10～0.15 g Span 60，水浴条件下升温至50～55℃，将丙烯酸AA和丙烯酰胺AM按照质量比10:3混合后，依次加入 0.5%～1%的NaAMC8S，加入引发剂过硫酸铵APS和交联剂丙三醇，并将混合溶液通过滴液漏斗滴加到四口烧瓶中，通氮反应0.5～1h后，缓慢升温至70～75℃，继续反应3～4h，将混合溶液过滤，在80～90℃条件下干燥，得到耐盐性高吸水树脂；
（2）将20～40份的主储能剂：TBAB、TBAC、TBPB中的任意一种，0～20份的相变温度调节剂：TBAB、TBAC、TBPB中的任意一种，且相变温度调节剂不得与主储能剂相同，以及55～60份的去离子水，在40～55℃水浴条件下溶解完全；
（3）在上述溶液中加入0.1～0.5份十二烷基硫酸钠和0.1～0.5份纳米TiO2作为防过冷剂，在室温条件下以500～600r/min的转速持续搅拌0.5～1h，形成悬浮液，调整转速为300～400r/min，少量多次加入0.5～1份的增稠剂耐盐性高吸水性树脂，持续搅拌0.5～1h，形成轻度凝胶状相变蓄冷材料。
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