CN111647389A - 一种相变蓄冷剂的制备方法及产品 - Google Patents

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辛小荣
徐一获
张慧
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Abstract

本发明公开了一种相变蓄冷剂的制备方法及产品，按照重量份数计，包括以下原料：十二醇50‑90份、海藻酸钠5‑20份、聚乙烯醇30‑50份、无机盐10‑30份、水120‑180份，所述制备方法为将海藻酸钠、聚乙烯醇、无机盐分散于水中，搅拌均匀，加热，超声处理，然后加入十二醇，继续超声处理，得到所述相变蓄冷剂。所述相变蓄冷剂具有良好的循环使用性能。

Description

一种相变蓄冷剂的制备方法及产品
技术领域
本发明涉及相变蓄冷材料技术领域，特别是涉及一种相变蓄冷剂的制备方法及产品。
背景技术
材料储存热能通常有两种方式：显热和潜热(即相变热)。显热储存是利用材料的比热容和材料的温度变化来进行的；潜热储存是利用物质在物态转变过程中伴随着能量吸收和释放而进行的，其中潜热储存通常比显热储存具有高得多的储能密度，因此利用材料的潜热进行储能蓄冷具有更为广阔的前景。
如非专利文献《相变材料与相变储能技术》中所述，目前相变储能材料已经成为材料科学研究的热门，实验室中研制出的新材料层出不穷，但是实现产业化规模生产的却为数不多，这些新材料普遍存在着原料成本高、制备工艺复杂、使用不便、产品寿命短等缺陷。
目前市场上销售的相变蓄冷材料主要包括以下几类：
(1)无机结晶水合盐类化合物，如：硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐及它们的组合物等，其中以Na2SO4·10H2O最为常用，利用其脱附结晶水以及结晶-溶解的变化达到蓄冷目的。无机结晶水合盐类化合物虽然成本低、导热性能好、储能密度大，但是其在蓄冷过程中容易出现过冷、相分离、板结等现象，在实际应用过程中往往需要添加防过冷剂及防相分离剂来减少上述现象的发生，因此增加了无机结晶水合盐类化合物在使用中的成本；此外，由于这些无机结晶水合盐类化合物随着温度升高会丢失结晶水，从而导致材料表现为个体差异明显、蓄冷作用重复性差，多次使用后出现不可逆转的性能降低等不良后果。同时，这些无机材料的密度通常都比较大，从而导致相同体积的条件下无机材料会重很多，因此其在大规模使用时存在困难。除此而外，无机材料的相变温度都较高，甚至高达几百度，与人体感觉最佳温度相去甚远，因此，在服装方面的应用存在很大的阻碍。
(2)有机相变蓄冷材料：常用的有机相变蓄冷材料包括高级脂肪烃、芳香烃、多元醇、羧酸和脂肪酸等，其中，以石蜡、癸酸、月桂酸、棕榈酸等材料应用最为广泛。多元醇主要用于中高温储能领域，例如新戊二醇相变温度为44.1℃，相变热为116.5J/g；2-氨基-2-甲基1,3丙二醇相变热为57.0℃，相变热114.1J/g；三羟甲基乙烷相变温度为81.8℃，相变热为172.6J/g。
随着温室气体排放的不断增加，全球气温逐年升高，尤其是城市中存在着热岛现象，夏季最高气温可高达40℃以上，然而在这种高温环境下，某些行业的工作人员却避免不了在室外作业，这样的高温环境中作业极易造成中暑、热辐病等后果，轻则出现头晕、恶心等身体不适的症状，重则会导致死亡，仅2013年夏季，在中国因高温而死亡的人数大于5人。因此，开发一种适用于服装、坐垫等常见日用品中的相变蓄冷材料的问题亟待解决。
目前，对降低人体体表温度方面的相变蓄冷材料的研究尚不深入。正常人体体表平均温度为37℃，而夏季人体感觉舒适的最佳温度是23℃～28℃，冬季是18℃～25℃，因此需要开发出一种相变温度略低于人体体温，大约在18～28℃，使人体与之接触后感觉凉爽舒适的材料。
中国专利89201439.3公开了一种相变蓄冷凉垫，其通过由塑料或橡胶膜构成的密闭腔中置以软泡沫塑料，在软泡沫的小孔中吸入十二醇、十六烷等蓄冷物质起到使人体感觉凉爽的作用。然而此种凉垫硬度大，尤其在十二醇变为固相后其硬度更大，使用时无舒适度可言，同时，当多次使用软泡沫发生破碎后，坐垫凝固的形状不易控制，因此在实际应用中存在较大不便。此外，塑料软泡沫本身即为发热材料，人体与之接触后由十二醇带来的凉爽感觉会大大降低。因此，需要开发出一种质软，能保证使用时舒适度的相变蓄冷剂。
中国专利CN 103820083A公开了一种相变蓄冷复合材料，该材料由十二醇、水、甘油或二者混合物及表面活性剂复合而成，虽然具有硬度小，可利用的相变潜热大，蓄冷能力稳定等特点，但是由于有机质十二醇与无机质水难以互溶，因此，需要在体系中添加表面活性剂，增加了成本，且循环使用50次之后，性能下降较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种无需添加表面活性剂的相变蓄冷剂。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种相变蓄冷剂，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇50-90份、海藻酸钠5-20份、聚乙烯醇30-50份、无机盐10-30份、水120-180份。
作为本发明的进一步改进，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇60-75份、海藻酸钠10-15份、聚乙烯醇40-45份、无机盐15-25份、水140-160份。
作为本发明的进一步改进，所述无机盐为氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，所述海藻酸钠的分散性指数为1.5～2.5。
本发明还提供一种所述相变蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：将海藻酸钠、聚乙烯醇、无机盐分散于水中，搅拌均匀，加热，超声处理，然后加入十二醇，继续超声处理，得到所述相变蓄冷剂。
作为本发明的进一步改进，第一次超声处理的时间为20-30min，超声功率为100-200W，加热温度为50-70℃。
作为本发明的进一步改进，第二次超声处理的时间为10-15min超声功率为100-200W。
本发明公开了以下技术效果：
十二醇熔点与人体感觉舒适的最佳温度接近，为26℃，并且其具有较大的相变潜热，相变热为182J/g，在常温常压的条件下其为液态，不溶于水、甘油。本发明通过添加海藻酸钠和聚乙烯醇，在加热和超声的作用下，通过交联形成聚乙烯醇/海藻酸钠凝胶，海藻酸钠和聚乙烯醇均具有良好的生物相容性，无毒，亲水性好，柔韧性好。聚乙烯醇/海藻酸钠两种交联的聚合物相互贯穿形成宏观交织网络，互穿网络之后，两者之间有良好的分散性，相面较大，两相之间能发挥良好的协同效应，具有良好的柔软性、强度、高耐摩擦、抗蠕变性好，在软化时不易分解，能反复熔化，故不断裂，防止脆化。同时，提高体系的导热能力，增强了该相变蓄冷剂在使用时的舒适度，由于形成了互穿网络，该体系相变性能稳定，可重复循环使用300次以上，实用性强。无机盐作为复合相变材料的相变点调节剂，与十二醇同时镶嵌在形成的互穿网络中，无需添加表面活性剂，即可达到相变效果。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
本实施例所述蓄冷剂，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇50份、海藻酸钠5份、聚乙烯醇30份、无机盐10份、水120份。
所述蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠、聚乙烯醇、氯化钠分散于水中，搅拌均匀，加热至70℃，超声处理20min，超声功率为100W，然后加入十二醇，继续超声处理10min，超声功率为100W，得到所述相变蓄冷剂。
实施例2
本实施例所述蓄冷剂，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇60份、海藻酸钠10份、聚乙烯醇35份、无机盐15份、水145份。
所述蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠、聚乙烯醇、硫酸钾分散于水中，搅拌均匀，加热至70℃，超声处理20min，超声功率为150W，然后加入十二醇，继续超声处理10min，超声功率为100W，得到所述相变蓄冷剂。
实施例3
本实施例所述蓄冷剂，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇75份、海藻酸钠20份、聚乙烯醇40份、无机盐20份、水150份。
所述蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠、聚乙烯醇、硝酸钠分散于水中，搅拌均匀，加热至50℃，超声处理25min，超声功率为150W，然后加入十二醇，继续超声处理10min，超声功率为150W，得到所述相变蓄冷剂。
实施例4
本实施例所述蓄冷剂，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇90份、海藻酸钠20份、聚乙烯醇50份、无机盐30份、水180份。
所述蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠、聚乙烯醇、硝酸钾分散于水中，搅拌均匀，加热至70℃，超声处理20min，超声功率为150W，然后加入十二醇，继续超声处理10min，超声功率为150W，得到所述相变蓄冷剂。
实施例5
本实施例所述蓄冷剂，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇65份、海藻酸钠18份、聚乙烯醇45份、无机盐28份、水160份。
所述蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠、聚乙烯醇、氯化钾分散于水中，搅拌均匀，加热至60℃，超声处理25min，超声功率为200W，然后加入十二醇，继续超声处理15min，超声功率为200W，得到所述相变蓄冷剂。
实施例6
本实施例所述蓄冷剂，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇85份、海藻酸钠15份、聚乙烯醇45份、无机盐25份、水140份。
所述蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：
将海藻酸钠、聚乙烯醇、氯化钠分散于水中，搅拌均匀，加热至55℃，超声处理30min，超声功率为150W，然后加入十二醇，继续超声处理15min，超声功率为200W，得到所述相变蓄冷剂。
对比例1
同实施例3，不同之处仅在于未添加聚乙烯醇。
对比例2
同实施例3，不同之处仅在于未添加海藻酸钠。
对比例3
按照中国专利CN103820083A实施例的配方和组分制备的相变蓄冷材料。
实施例1-6及对比例1-3制备的相变蓄冷剂的循环使用300次相变热见表1。
表1
Figure BDA0002543082410000081
Figure BDA0002543082410000091
由表1可以看出，本发明制备的相变蓄冷剂在循环使用300次后，相变蓄冷剂的性能未有明显下降。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种相变蓄冷剂，其特征在于，按照重量份数计，包括以下原料：十二醇50-90份、海藻酸钠5-20份、聚乙烯醇30-50份、无机盐10-30份、水120-180份。
2.根据权利要求1所述的一种相变蓄冷剂，其特征在于，按照重量份数计，包括以下原料：
十二醇60-75份、海藻酸钠10-15份、聚乙烯醇40-45份、无机盐15-25份、水140-160份。
3.根据权利要求1所述的一种相变蓄冷剂，其特征在于，所述无机盐为氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种相变蓄冷剂，其特征在于，所述海藻酸钠的分散性指数为1.5～2.5。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的相变蓄冷剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将海藻酸钠、聚乙烯醇、无机盐分散于水中，搅拌均匀，加热，超声处理，然后加入十二醇，继续超声处理，得到所述相变蓄冷剂。
6.根据权利要求5所述的相变蓄冷剂的制备方法，其特征在于，第一次超声处理的时间为20-30min，超声功率为100-200W，加热温度为50-70℃。
7.根据权利要求5所述的相变蓄冷剂的制备方法，其特征在于，第二次超声处理的时间为10-15min，超声功率为100-200W。
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