CN112940686A - 一种有机相变储热材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及相变储热材料及制备方法技术领域，特别是涉及一种有机相变储热材料，包括重：80～97份的有机相变材料，1～15份的氧化抑制剂，1～5份的增稠剂，1～5份的成核剂，0.1～5份的增强导热材料。制备方法包括：将有机相变材料加热搅拌熔融后，再加入氧化抑制剂、增稠剂、成核剂和增强导热材料搅拌混合均匀，即得。本发明解决现有技术中有机相变材料作为储能主体材料容易出现氧化以及导热系数相对较低的问题，通过选取适合的材料及配比，有效防止了有机材料的过冷和相分离现象，表现出良好的循环稳定性，此外，还具有抗氧化能力强和导热性较好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及相变储热材料及制备方法技术领域，特别是涉及一种有机相变储热材料及制备方法。
背景技术
随着能源短缺和环境污染问题的日益突出，人们越来越重视新能源的利用以及提高能源的利用率。能量存储技术是作为解决能量供给--需求失衡问题的重要方法，备受国内外企业及相关研究机构的青睐。而其中，以相变储能材料为基础的热能存储是目前应用范围最广的能量存储技术之一。相变储能即利用相变材料相变时吸热或放热来进行能量的存储和释放，其相对于显热储热，具有储能密度高、温度恒定等优点，相变储能材料能将暂时不用的能量储存起来，到需要时再将其释放，这就可以缓解能量供求之间的矛盾，节约能源。利用相变储能材料的这个特性，可以将其用在烘干，热水领域方面，通过相变材料进行储热，从而节约运行成本。
在现有技术中，有机相变材料作为储能主体材料，容易出现氧化的问题，并且有机相变材料的导热系数相对较低。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种有机相变储热材料，用于解决现有技术中有机相变材料作为储能主体材料容易出现氧化以及导热系数相对较低的问题，同时，本发明还将提供一种制备有机相变储热材料的方法。本发明通过选取适合的材料及配比，有效防止了有机材料的过冷和相分离现象，表现出良好的循环稳定性，此外，还具有抗氧化能力强和导热性较好的优点。
为实现上述目的及其他相关目的，
本发明的第一方面，提供一种有机相变储热材料，所述有机相变储热材料包括重量份数的如下组分：80～97份的有机相变材料，1～15份的氧化抑制剂，1～5份的增稠剂，1～5份的成核剂，0.1～5份的增强导热材料。
有机相变储热材料的储热主体材料为有机相变材料，有机相变材料会产生氧化问题，通过抗氧化剂的还原作用，降低有机材料体系中的氧含量，提高材料储热量。将有机相变材料和氧化抑制剂混合能够有效解决有机材料的氧化问题；增稠剂使本发明有机相变储热材料体系具有一定的粘稠度，使得成核剂可以均匀分散，解决了材料分层现象，提高了材料的循环稳定性。有机相变材料和增强导热材料结合克服了有机相变材料的导热系数相对较低，将增强导热材料均匀分散在相变储能材料体系中，在相变储能体系中构成强导热网络或支撑材料，拓展了材料的应用范围。
于本发明的一实施例中，所述有机相变储热材料包括重量份数的如下组分：90～95份的有机相变材料，6～10份的氧化抑制剂，2～4份的增稠剂，2～4份的成核剂，2～4份的增强导热材料。
于本发明的一实施例中，所述有机相变材料为赤藓糖醇、三羟甲基乙烷、硬脂酸、木糖醇、乙二醇、聚乙二醇、新戊二醇、乙酰胺、丙酰胺中的至少一种；
所述氧化抑制剂为乙二胺四乙酸二钠、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚、叔丁基氢醌中的至少一种。
于本发明的一实施例中，所述有机相变材料为赤藓糖醇、木糖醇、聚乙二醇中的至少一种；
所述氧化抑制剂为乙二胺四乙酸二钠、丁基羟基茴香醚中的至少一种。
于本发明的一实施例中，所述增强导热材料为纳米氧化铝、石墨、膨胀石墨、泡沫铜、泡沫铝中的至少一种。
于本发明的一实施例中，所述增强导热材料为纳米氧化铝、膨胀石墨中的至少一种。
于本发明的一实施例中，所述增稠剂为聚丙烯酸钠、瓜尔胶、羟甲基纤维素钠、黄原胶、海泡石、魔芋粉中的至少一种；
所述成核剂为碳酸钙、氟化钙、磷酸钙、氟化钠、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的至少一种。
本发明的第二方面，提供一种制备上述有机相变储热材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将有机相变材料加热搅拌熔融后，再加入氧化抑制剂搅拌均匀，再加入增稠剂搅拌均匀，得到粘稠状混合物待用；
步骤二、向粘稠状混合物中加入成核剂和增强导热材料，搅拌混合均匀，即得相变储能材料。
于本发明的一实施例中，所述步骤一中加热温度为100～150℃，所述步骤一中搅拌速率为800～1200r/min；所述步骤二中搅拌速率为2000～3000r/min。
于本发明的一实施例中，所述步骤一中加热温度为135℃，所述步骤一中搅拌速率为1000r/min；所述步骤二中搅拌速率为2500r/min。
如上所述，本发明的一种有机相变储热材料及制备方法，具有以下有益效果：有机相变储热材料的储热主体材料为有机相变材料，有机相变材料会产生氧化问题，影响材料储热量。将有机相变材料和氧化抑制剂混合能够有效解决有机材料的氧化问题；增稠剂使本发明有机相变储热材料体系具有一定的粘稠度，使得成核剂可以均匀分散，解决了材料分层现象，提高了材料的循环稳定性。有机相变材料和增强导热材料结合克服了有机相变材料的导热系数相对较低，将增强导热材料均匀分散在相变储能材料体系中，在相变储能体系中构成强导热网络或支撑材料，拓展了材料的应用范围。
附图说明
图1显示为对比例1中有机相变储热材料的DSC曲线。
图2显示为对比例1中有机相变储热材料的T-t曲线。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
对比例1
一种有机相变储热材料，所述相变储热材料包括重量份数的如下组分：有机相变材料(92g的赤藓糖醇)，增稠剂(1g的瓜尔胶)，成核剂(1g的氟化钙，1g的磷酸钙)，增强导热材料(3g的纳米氧化铝)。
一种制备上述有机相变储热材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将有机相变材料加热搅拌熔融后，加热温度为135℃，再加入增稠剂搅拌均匀，搅拌速率为1000r/min，得到粘稠状混合物待用；
步骤二、向粘稠状混合物中加入成核剂和增强导热材料，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。
DSC(差示量热扫描仪)测试上述有机相变储热材料的相变温度，结果如图1所示，相变温度为118℃。上述实施例制备得到的相变储能材料的温度时间曲线(T-t曲线)如图2所示，从图2中也可以看出相变温度为118℃。由于对比例1中没有添加氧化抑制剂，其相变温度较高。
将上述有机相变储热材料进行循环稳定性测试，其焓值为359.13kJkg，循环3500次储热量衰减20％。由于对比例1中没有添加氧化抑制剂，其循环稳定性较低。
hot disk(热常数分析仪)测试上述有机相变储热材料的导热系数，导热系数为0.83W/m.k，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，添加增强导热材料后导热系数提高了50％。对比例1中的对照组如实施例2所示，对比例2相对于对比例1而言没有添加增强导热材料(3g的纳米氧化铝)。
对比例2
一种有机相变储热材料，所述相变储热材料包括重量份数的如下组分：有机相变材料(92g的赤藓糖醇)，氧化抑制剂(1g的乙二胺四乙酸二钠)，增稠剂(1g的瓜尔胶)，成核剂(1g的氟化钙，1g的磷酸钙)。
一种制备上述有机相变储热材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将有机相变材料加热搅拌熔融后，加热温度为135℃，再加入增稠剂搅拌均匀，搅拌速率为1000r/min，得到粘稠状混合物待用；
步骤二、向粘稠状混合物中加入成核剂和增强导热材料，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。
DSC(差示量热扫描仪)测试上述有机相变储热材料的相变温度，相变温度为101℃。将上述有机相变储热材料进行循环稳定性测试，其焓值为331kJkg，循环3500次储热量衰减10％。
hot disk(热常数分析仪)测试上述有机相变储热材料的导热系数，导热系数为0.55W/m.k。由于对比例2中没有添加增强导热材料，其导热系数较低。
实施例1
一种有机相变储热材料，所述相变储热材料包括重量份数的如下组分：有机相变材料(92g的赤藓糖醇)，氧化抑制剂(1g的乙二胺四乙酸二钠)，增稠剂(1g的魔芋粉，1g的瓜尔胶)，成核剂(1g的氟化钙，1g的磷酸钙)，增强导热材料(3g的纳米氧化铝)。
一种制备上述有机相变储热材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将有机相变材料加热搅拌熔融后，加热温度为135℃，再加入氧化抑制剂搅拌均匀，再加入增稠剂搅拌均匀，搅拌速率为1000r/min，得到粘稠状混合物待用；
步骤二、向粘稠状混合物中加入成核剂和增强导热材料，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。
DSC(差示量热扫描仪)测试上述有机相变储热材料的相变温度，相变温度为118℃。
将上述有机相变储热材料进行循环稳定性测试，其焓值为326kJkg，循环3500次储热量衰减10％。
hot disk(热常数分析仪)测试上述有机相变储热材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.53W/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.738W/m.k。
实施例2
一种有机相变储热材料，所述相变储热材料包括重量份数的如下组分：有机相变材料(92g的赤藓糖醇)，氧化抑制剂(2g的乙二胺四乙酸二钠)，增稠剂(1g的魔芋粉，1g的瓜尔胶)，成核剂(1g的氟化钙)，增强导热材料(3g的纳米氧化铝)。
一种制备上述有机相变储热材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将有机相变材料加热搅拌熔融后，加热温度为135℃，再加入氧化抑制剂搅拌均匀，再加入增稠剂搅拌均匀，搅拌速率为1000r/min，得到粘稠状混合物待用；
步骤二、向粘稠状混合物中加入成核剂和增强导热材料，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。
DSC(差示量热扫描仪)测试上述有机相变储热材料的相变温度，相变温度为118℃。
将上述有机相变储热材料进行循环稳定性测试，其焓值为326kJkg，循环3500次储热量无衰减。
hot disk(热常数分析仪)测试上述有机相变储热材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.55W/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为1.48W/m.k，。
实施例3
一种有机相变储热材料，所述相变储热材料包括重量份数的如下组分：有机相变材料(92g的木糖醇)，氧化抑制剂(2g的丁基羟基茴香醚)，增稠剂(1g的魔芋粉，1g的瓜尔胶)，成核剂(1g的氟化钙)，增强导热材料(3g的膨胀石墨)。
一种制备上述有机相变储热材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将有机相变材料加热搅拌熔融后，加热温度为135℃，再加入氧化抑制剂搅拌均匀，再加入增稠剂搅拌均匀，搅拌速率为1000r/min，得到粘稠状混合物待用；
步骤二、向粘稠状混合物中加入成核剂和增强导热材料，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。
DSC(差示量热扫描仪)测试上述有机相变储热材料的相变温度，相变温度为118℃。
将上述有机相变储热材料进行循环稳定性测试，其焓值为323kJkg，循环3500次储热量无衰减。
hot disk(热常数分析仪)测试上述有机相变储热材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.53W/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为1.352W/m.k，。
实施例4
一种有机相变储热材料，所述相变储热材料包括重量份数的如下组分：有机相变材料(92g的新戊二醇)，氧化抑制剂(2g的叔丁基氢醌)，增稠剂(1g的魔芋粉，1g的瓜尔胶)，成核剂(1g的氟化钙)，增强导热材料(3g的泡沫铜)。
一种制备上述有机相变储热材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将有机相变材料加热搅拌熔融后，加热温度为135℃，再加入氧化抑制剂搅拌均匀，再加入增稠剂搅拌均匀，搅拌速率为1000r/min，得到粘稠状混合物待用；
步骤二、向粘稠状混合物中加入成核剂和增强导热材料，搅拌混合均匀，搅拌速率为2500r/min，即得相变储能材料。
DSC(差示量热扫描仪)测试上述有机相变储热材料的相变温度，相变温度为118℃。
将上述有机相变储热材料进行循环稳定性测试，其焓值为329kJkg，循环3500次储热量衰减5％。
hot disk(热常数分析仪)测试上述有机相变储热材料的导热系数，在其他组分组成不变的前提下，通过对比加入增强导热材料和不添加增强导热材料两组导热系数的数据，对照组(未添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为0.58W/m.k，实验组(添加增强导热材料的相变储能材料)的导热系数为1.638W/m.k。
综上所述，本发明通过选取适合的材料及配比，有效防止了有机材料的过冷和相分离现象，表现出良好的循环稳定性，此外，还具有抗氧化能力强和导热系数较好的优点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种有机相变储热材料，其特征在于，所述有机相变储热材料包括重量份数的如下组分：80～97份的有机相变材料，1～15份的氧化抑制剂，1～5份的增稠剂，1～5份的成核剂，0.1～5份的增强导热材料。
2.根据权利要求1所述的一种有机相变储热材料，其特征在于：所述有机相变储热材料包括重量份数的如下组分：90～95份的有机相变材料，6～10份的氧化抑制剂，2～4份的增稠剂，2～4份的成核剂，2～4份的增强导热材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种有机相变储热材料，其特征在于：所述有机相变材料为赤藓糖醇、三羟甲基乙烷、硬脂酸、木糖醇、乙二醇、聚乙二醇、新戊二醇、乙酰胺、丙酰胺中的至少一种；
所述氧化抑制剂为乙二胺四乙酸二钠、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚、叔丁基氢醌中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种有机相变储热材料，其特征在于：所述有机相变材料为赤藓糖醇、木糖醇、聚乙二醇中的至少一种；
所述氧化抑制剂为乙二胺四乙酸二钠、丁基羟基茴香醚中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的一种有机相变储热材料，其特征在于：所述增强导热材料为纳米氧化铝、石墨、膨胀石墨、泡沫铜、泡沫铝中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种有机相变储热材料，其特征在于：所述增强导热材料为纳米氧化铝、膨胀石墨中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的一种有机相变储热材料，其特征在于：所述增稠剂为聚丙烯酸钠、瓜尔胶、羟甲基纤维素钠、黄原胶、海泡石、魔芋粉中的至少一种；
所述成核剂为碳酸钙、氟化钙、磷酸钙、氟化钠、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的至少一种。
8.一种制备如权利要求1～7任一项所述有机相变储热材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按照上述重量份的配比将有机相变材料加热搅拌熔融后，再加入氧化抑制剂搅拌均匀，再加入增稠剂搅拌均匀，得到粘稠状混合物待用；
步骤二、向粘稠状混合物中加入成核剂和增强导热材料，搅拌混合均匀，即得相变储能材料。
9.根据权利要求8所述的一种制备有机相变储热材料的方法，其特征在于：所述步骤一中加热温度为100～150℃，所述步骤一中搅拌速率为800～1200r/min；所述步骤二中搅拌速率为2000～3000r/min。
10.根据权利要求8或9所述的一种制备有机相变储热材料的方法，其特征在于：所述步骤一中加热温度为135℃，所述步骤一中搅拌速率为1000r/min；所述步骤二中搅拌速率为2500r/min。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210611 |
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