CN112662379A - 一种冷库、冷冻运输用蓄冷材料及其制备方法 - Google Patents

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姜琳
金翼
牛杰
贾亦轩
裴培
张叶龙
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Abstract

本发明公开了一种冷库、冷冻运输用蓄冷材料及其制备方法，包括按质量份计的甲酸钠20～24份，氯化钾5～9份，纯水61.9～73.3份，二氧化硅0.5～1份，硅藻土0.2～1份，二氧化钛0.2～0.6份，膨胀石墨0.5～1份，羧甲基纤维素钠0.1～1份以及黄原胶0.2～0.5份。将甲酸钠、氯化钾先后溶于40℃恒温纯水中，搅拌溶解，配成第一盐溶液，随后依次加入二氧化硅、硅藻土，搅拌分散均匀后，再加入二氧化钛搅拌分散，最后再加入膨胀石墨，搅拌分散，全程控温温度不能超过45℃，得到第二分散溶液，先后加入羧甲基纤维素钠和黄原胶，继续用分散机搅拌均匀，即得。

Description

一种冷库、冷冻运输用蓄冷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及相变蓄冷材料，具体是一种冷库、冷冻运输用蓄冷材料及其制备方法，属于相变材料领域。
背景技术
冷链物流行业是随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的。从整体冷链物流的产业链来看，冷链物流的上游的冷藏车实验、冷库建设；中游的运输环节、仓储环节都有着蓄冷材料很大的发挥空间。而现有冷库、冷冻运输多采用机械式制冷模式，费用较高且干耗严重，相变蓄冷材料在相变过程中吸收或释放大量的潜热，可在低谷电蓄冷，峰平电放冷，是节能环保的最佳绿色环保载体。在低温领域的无机相变材料多为水和水合盐，有机相变材料多为石蜡和脂肪酸类。
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，提供一种有机-无机复合相变蓄冷材料，能够克服单一相变蓄冷材料的不足，进一步改善相变材料的应用效果。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种冷库、冷冻运输用蓄冷材料，包括如下按质量份计的原料：
甲酸钠20～24份；
氯化钾5～9份；
纯水61.9～73.3份；
二氧化硅0.5～1份；
硅藻土0.2～1份；
二氧化钛0.2～0.6份；
膨胀石墨0.5～1份；
羧甲基纤维素钠0.1～1份；
黄原胶0.2～0.5份。
优选地，该冷库、冷冻运输用蓄冷材料的最佳配方为：
甲酸钠23份；
氯化钾7份；
纯水：66.4份；
二氧化硅1份；
硅藻土0.2份；
二氧化钛0.5份；
膨胀石墨0.7份；
羧甲基纤维素钠1份；
黄原胶0.2份。
其中，原料中所用的有机盐甲酸钠和无机盐氯化钾为主相变材料，并且甲酸钠具有一定的防腐效果。
原料中所用的二氧化硅、硅藻土为蓄冷材料的成核剂。
原料中所用的二氧化钛是有色金属的缓蚀剂。
原料中所用的膨胀石墨可以增大材料的导热系数。
原料中所用的羧甲基纤维素钠和黄原胶为预防蓄冷材料相分离的增稠剂。
具体地，该冷库、冷冻运输用蓄冷材料的相变温度为-26～-23℃，相变焓大于250kJ/kg。
本发明进一步提供上述冷库、冷冻运输用蓄冷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将甲酸钠、氯化钾先后溶于40℃恒温纯水中，搅拌溶解，配成第一盐溶液；
(2)向步骤(1)所得第一盐溶液中，依次加入二氧化硅、硅藻土，搅拌分散均匀后，再加入二氧化钛搅拌分散，最后再加入膨胀石墨，搅拌分散，全程控温温度不能超过45℃，得到第二分散溶液；
(3)向步骤(2)所得第二分散溶液中，先后加入羧甲基纤维素钠和黄原胶，继续用分散机搅拌均匀，即得。
具体地，步骤(1)中，采用斜叶桨式搅拌机搅拌溶解，搅拌速率200～500rpm，搅拌时间1-5min。。
具体地，步骤(2)中，超声分散的功率为100-300W。
具体地，步骤(3)中，分散选择双折叶桨式搅拌机，搅拌速率为4000～8000rpm，搅拌时间为0.5～1h。
有益效果：
本发明蓄冷材料相变温度-26～-23℃，相变焓大于250kJ/kg，粘度适中，使用过程中不易晃动且为纳米颗粒创造良好的悬浮环境，过冷度小，导热性能好，无相分离，使用寿命久，安全无毒，可应用于冷库、冷冻运输的相变蓄冷材料。
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为实施例1所得蓄冷材料的DSC曲线图。
图2为实施例2所得蓄冷材料的DSC曲线图。
图3为实施例3所得蓄冷材料的DSC曲线图。
图4为实施例1所得蓄冷材料的步冷曲线图。
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
步骤一：取23g甲酸钠，7g氯化钾溶于加入到66.4g的40℃恒温纯水中，斜叶桨式搅拌溶解，搅拌速率300rpm，搅拌时间5min，配成溶液；
步骤二：向步骤一所得溶液中，依次加入1g二氧化硅、0.2g硅藻土，超声分散10分钟；分散均匀后加入0.5g二氧化钛超声分散10分钟；再加入0.7g膨胀石墨，超声分散10分钟，功率200W，通过更换超声分散机中的水来进行全程控温，溶液温度不能超过45℃；
步骤三：继续加入1g羧甲基纤维素钠，0.2g黄原胶进行搅拌，双折叶桨式搅拌机搅拌速率7000rpm，搅拌时间0.6h，得到蓄冷材料。
本实施例所得蓄冷材料的DSC图，如图1所示，从图中可以看出材料相变点为-23.6℃，相变焓为259kJ/kg，蓄冷材料稳定性较好。图4是实施例1的蓄冷材料在-35℃环境温度下步冷曲线图，从图中可知实施例1的蓄冷材料的过冷很小，并且在300s左右就可以完成材料的充冷，实际应用中将会大大节省了对电能的消耗。
实施例2
步骤一：取24g甲酸钠，5g氯化钾溶于加入到67g的40℃恒温纯水中，斜叶桨式搅拌溶解，搅拌速率300rpm，搅拌时间4min，配成溶液；
步骤二：向步骤一所得溶液中，依次加入0.5g二氧化硅、0.4g硅藻土，超声分散10分钟；分散均匀后加入0.6g二氧化钛超声分散10分钟；再加入0.5g膨胀石墨，超声分散10分钟，功率200W，通过更换超声分散机中的水来进行全程控温，溶液温度不能超过45℃；
步骤三：继续加入0.5g羧甲基纤维素钠，0.5g黄原胶进行搅拌，双折叶桨式搅拌机，搅拌速率7000rpm，搅拌时间0.5h，得到蓄冷材料。
本实施例所得蓄冷材料的DSC图，如图2所示，从图中可以看出材料相变点为-24.5℃，相变焓为267kJ/kg。虽然实施例2的蓄冷材料的相变焓比实施例1的蓄冷材料相变焓稍大，但DSC曲线出现了分峰情况。
实施例3
步骤一：取22g甲酸钠，9g氯化钾溶于加入到66.0g的40℃恒温纯水中，斜叶桨式搅拌溶解，搅拌速率300rpm，搅拌时间5min，配成溶液；
步骤二：向步骤一所得溶液中，依次加入0.5g二氧化硅、0.4g硅藻土，超声分散10分钟；分散均匀后加入0.4g二氧化钛超声分散10分钟；再加入0.5g膨胀石墨，超声分散10分钟，功率200W，通过更换超声分散机中的纯水来进行全程控温，溶液温度不能超过45℃；
步骤三：继续加入0.7g羧甲基纤维素钠，0.5g黄原胶进行搅拌，双折叶桨式搅拌机，搅拌速率7000rpm，搅拌时间0.5h，得到蓄冷材料。
本实施例所得蓄冷材料的DSC图，如图3所示，从图中可以看出材料相变点为-23.1℃，相变焓为251kJ/kg。
对比例：
步骤一：取23g甲酸钠，7g氯化钾溶于加入到66.8g的40℃恒温纯水中，斜叶桨式搅拌溶解，搅拌速率300rpm，搅拌时间5min，配成溶液；
步骤二：向步骤一所得溶液中，依次加入1g二氧化硅、0.2g硅藻土，超声分散10分钟；分散均匀后加入0.5g二氧化钛超声分散10分钟，功率200W，通过更换超声分散机中的水来进行全程控温，溶液温度不能超过45℃；
步骤三：继续加入1g羧甲基纤维素钠，0.5g黄原胶进行搅拌，双折叶桨式搅拌机搅拌速率7000rpm，搅拌时间0.5h，得到蓄冷材料。
将实施例1～3以及对比例制备得到的蓄冷材料，分别测定其导热系数和粘度，结果见表1。
表1
性能参数 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
导热系数(W/m·k) 1.078 1.266 0.989 0.767
粘度(mPa/s) 642 486 539 978
从表1可以看出：实施例1、2、3的导热系数相差不大，对比例中未添加膨胀石墨，导致其导热系数低于三个实施例；实施例1、2、3的羧甲基纤维素钠和黄原胶添加适量，粘度均在中等粘度范围内，但对比例中羧甲基纤维素钠和黄原胶添加过多，导致其粘度过大，实际应用中过大的粘度会影响材料的灌装以及导热效果。
本发明提供了一种冷库、冷冻运输用蓄冷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 (7)

1.一种冷库、冷冻运输用蓄冷材料，其特征在于，包括如下按质量份计的原料：
甲酸钠20～24份；
氯化钾5～9份；
纯水61.9～73.3份；
二氧化硅0.5～1份；
硅藻土0.2～1份；
二氧化钛0.2～0.6份；
膨胀石墨0.5～1份；
羧甲基纤维素钠0.1～1份；
黄原胶0.2～0.5份。
2.如权利1中要求所述冷库、冷冻运输用蓄冷材料，其特征在于包括如下按质量份计的原料：
甲酸钠23份；
氯化钾7份；
纯水：66.4份；
二氧化硅1份；
硅藻土0.2份；
二氧化钛0.5份；
膨胀石墨0.7份；
羧甲基纤维素钠1份；
黄原胶0.2份。
3.根据权利要求1或2所述的冷库、冷冻运输用蓄冷材料，其特征在于，所述蓄冷材料的相变温度为-26～-23℃，相变焓大于250kJ/kg。
4.权利要求1和2中所述冷库、冷冻运输用蓄冷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将甲酸钠、氯化钾先后溶于40℃恒温纯水中，搅拌溶解，配成第一盐溶液；
(2)向步骤(1)所得第一盐溶液中，依次加入二氧化硅、硅藻土，超声分散均匀后，再加入二氧化钛超声分散，最后再加入膨胀石墨，超声分散，全程控制温度不超过45℃，得到第二分散溶液；
(3)向步骤(2)所得第二分散溶液中，先后加入羧甲基纤维素钠和黄原胶，继续用分散机搅拌均匀，即得。
5.根据权利要求4所述冷库、冷冻运输用蓄冷材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用斜叶桨式搅拌机搅拌溶解，搅拌速率200～500rpm，搅拌时间1-5min。
6.根据权利要求4所述冷库、冷冻运输用蓄冷材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，超声分散的功率为100-300W。
7.根据权利要求4所述冷库、冷冻运输用蓄冷材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，分散选择双折叶桨式搅拌机，搅拌速率为4000～8000rpm，搅拌时间为0.5～1h。
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