CN114181667A - 一种芒硝基相变材料及其在甘油体系中的溶解方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及相变材料领域，具体公开了一种芒硝基相变材料及其在甘油体系中的溶解方法。一种芒硝基相变材料包含由以下重量份的原料组成：芒硝49.5‑90份、十水合碳酸钠5.5‑10份、硼砂3‑7份、氢氧化钠固体7‑10份、甘油20‑25份和水80‑100份；其溶解方法为：S1、配盐，S2、配制甘油溶剂，S3、制备芒硝基相变材料，S4、静置成型。本申请芒硝基相变材料结晶更加完全，循环稳定性更好；另外，本申请的溶解方法具有工艺流程操作简单、精准，又省时省力的优点。
Description
技术领域
本申请涉及相变材料领域，更具体地说，它涉及一种芒硝基相变材料及其在甘油体系中的溶解方法。
背景技术
芒硝在在水相中的溶解度和作为相变材料在20世纪80年代就已经有了报道，随着近几年对芒硝相变材料的不断研究，其存在的问题也逐渐暴露出来，过冷度大、相分层等问题，随后也提出通过添加成核剂，增稠剂解决过冷度和相分层的方法。
虽然有关芒硝相变材料的问题研究取得了一定进展，但是通过以上方法制备出的芒硝复合相变材料总是存在结晶不完全、循环稳定性差的问题。
发明内容
为了使得芒硝基相变材料结晶量大，循环稳定性好，本申请提供一种芒硝基相变材料及其在甘油体系中的溶解方法。
本申请提供的一种芒硝基相变材料及其在甘油体系中的溶解方法采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种芒硝基相变材料，采用如下的技术方案：
一种芒硝基相变材料，包含由以下重量份的原料组成：芒硝50-80份、十水合碳酸钠5.5-20份、硼砂3-7份、氢氧化钠固体8-10份、甘油20-25份和水80-100份；或芒硝50-80份、十水合碳酸钠5.5-20份、硼砂3-7份、甘油20-25份和水80-100份；或芒硝50-80份、十水合碳酸钠5.5-20份、硼砂3-7份和甘油90-115份。
通过采用上述技术方案，该方法选择了合适的碱甘油体系，使得芒硝既可以最大限度的溶解于甘油体系中，甘油的存在使得芒硝在体系中分散得更加均匀，氢氧化钠改变体系PH，使得芒硝在碱性甘油中溶解度进一步增大。此外，由于甘油的黏度系数较大，不仅起到一定增稠剂的作用，而且芒硝在甘油中结晶时相分层问题将会的到有效解决，硼砂起到降低芒硝过冷度的作用，十水合碳酸钠起到促进芒硝溶解的作用，综合作用，最终实现芒硝基相变材料在碱甘油溶剂中结晶更加完全，循环稳定性更好。
第二方面，本申请提供一种芒硝基相变材料在甘油体系中的溶解方法，采用如下的技术方案：
所述溶解步骤为：
S1、配盐
按1：9称取定量十水合碳酸钠和芒硝，将二者混合，搅拌均匀，得到芒硝基复合盐溶质；
S2、配制甘油溶剂
按比例将甘油、水和氢氧化钠固体混合，或按比例将甘油和水混合，或称取纯甘油，搅拌均匀并加热，得到甘油溶剂；
S3、制备芒硝基相变材料
在步骤S2所得的甘油溶剂中加入步骤S1所得的芒硝基复合盐溶质，再加入硼砂，边加热边搅拌，至复合盐溶质在甘油溶剂中全部溶解，得到芒硝基相变材料；
S4、静置成型
将所得芒硝基相变材料用PV膜密封包装，放置于室内。
通过采用上述技术方案，首先分别制备复合盐溶质和甘油溶剂，再将复合盐溶质加入到甘油溶剂中，最后在温度波动较小的室内静置成型，整个工艺流程操作简单、精准，又省时省力，且实现芒硝在甘油溶剂中完全溶解，结晶量大且完全。
优选的，步骤S2中所述氢氧化钠固体添加量占甘油和水总重量的7-10％。
通过采用上述技术方案，加入适量的氢氧化钠，既改变了甘油溶剂的酸碱性，增大了甘油溶剂的pH，又不会影响反应的进行。
优选的，步骤S2中所述甘油与水的比例为1：4，加热温度设定为50℃，搅拌10min。
通过采用上述技术方案，实验数据证明，甘油和水在该比例范围内相溶效果最佳，且当甘油溶剂只有甘油和水时，在该温度下加热，芒硝溶解度最大，可达到30g/100g；当甘油溶剂包含甘油、水和氢氧化钠时；在该温度下加热，芒硝溶解度最大，可达到50g/100g。
优选的，步骤S3中硼砂的质量为复合盐溶质总重量的4-7％。
通过采用上述技术方案，将硼砂作为成核剂，在甘油溶剂中适量加入，不仅降低了芒硝的过冷度，而且进一步提高了芒硝在甘油溶剂中的溶解度。
优选的，所述步骤S3中，加热温度设定为45℃，搅拌2h。
通过采用上述技术方案，在适宜的加热温度下边加热边搅拌，不仅实现芒硝完全溶解在甘油溶剂中，而且溶解速率均匀，结晶精细。实验证明，在该温度下加热，芒硝溶解度最大，达到60g/100g。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用在芒硝基相变材料中加入甘油，甘油的存在使得芒硝在体系中分散得更加均匀，由于甘油的黏度系数较大，不仅起到一定增稠剂的作用，而且芒硝在甘油中结晶时相分层问题将会的到有效解决，硼砂起到降低芒硝过冷度的作用，十水合碳酸钠起到促进芒硝溶解的作用，综合作用，最终实现芒硝基相变材料在碱甘油溶剂中结晶更加完全，循环稳定性更好。
2、本申请的方法，首先分别制备芒硝基复合盐溶质和甘油溶剂，再将复合盐溶质加入到甘油溶剂中，最后在温度波动较小的室内静置成型，整个工艺流程操作简单、精准，又省时省力，且实现芒硝在甘油溶剂中完全溶解，结晶量大且完全。
3、本申请中优选采用将甘油和水比例设定为2：8，在该比例范围内相溶效果最佳，且在该温度下加热，芒硝溶解度最大。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种芒硝基相变材料包含由以下重量份的原料组成：芒硝49.5份、十水合碳酸钠5.5份、硼砂3份、氢氧化钠固体7份、甘油20份和水80份。其溶解步骤为：
S1、配盐
按1：9比例称取5.5g十水合碳酸钠，49.5g芒硝，将二者混合，搅拌均匀，得到芒硝基复合盐溶质。
S2、配制甘油溶剂
称取20g甘油，80g水，7g氢氧化钠固体，首先将水溶液加热至50℃，再在水溶液中加入氢氧化钠，搅拌至氢氧化钠完全溶解，再加入甘油，在该温度下持续搅拌10min，得到甘油溶剂。
S3、制备芒硝基相变材料
在步骤S2所得的甘油溶剂中加入步骤S1所得的芒硝基复合盐溶质，再加入3g硼砂，45℃下边加热边搅拌2h，至复合盐溶质在甘油溶剂中全部溶解，得到芒硝基相变材料。
S4、静置成型
将所得芒硝基相变材料用PV膜密封包装，放置于室内，从而防治水分蒸发。
实施例2
一种芒硝基相变材料包含由以下重量份的原料组成：芒硝90份、十水合碳酸钠10份、硼砂7份、氢氧化钠固体10份、甘油25份和水100份。其溶解步骤为：
S1、配盐
按1：9比例称取10g十水合碳酸钠，90g芒硝，将二者混合，搅拌均匀，得到芒硝基复合盐溶质。
S2、配制甘油溶剂
称取25g甘油，100g水，10g氢氧化钠固体，首先将水溶液加热至50℃，再在水溶液中加入氢氧化钠，搅拌至氢氧化钠完全溶解，再加入甘油，在该温度下持续搅拌10min，得到甘油溶剂。
S3、制备芒硝基相变材料
在步骤S2所得的甘油溶剂中加入步骤S1所得的芒硝基复合盐溶质，再加入7g硼砂，45℃下边加热边搅拌2h，至复合盐溶质在甘油溶剂中全部溶解，得到芒硝基相变材料。
S4、静置成型
将所得芒硝基相变材料用PV膜密封包装，放置于室内，从而防治水分蒸发。
实施例3
一种芒硝基相变材料包含由以下重量份的原料组成：芒硝72份、十水合碳酸钠8份、硼砂5份、氢氧化钠固体8份、甘油23份和水92份。其溶解步骤为：
S1、配盐
按1：9比例称取8g十水合碳酸钠，72g芒硝，将二者混合，搅拌均匀，得到芒硝基复合盐溶质。
S2、配制甘油溶剂
称取23g甘油，92g水，8g氢氧化钠固体，首先将水溶液加热至50℃，再在水溶液中加入氢氧化钠，搅拌至氢氧化钠完全溶解，再加入甘油，在该温度下持续搅拌10min，得到甘油溶剂。
S3、制备芒硝基相变材料
在步骤S2所得的甘油溶剂中加入步骤S1所得的芒硝基复合盐溶质，再加入5g硼砂，45℃下边加热边搅拌2h，至复合盐溶质在甘油溶剂中全部溶解，得到芒硝基相变材料。
S4、静置成型
将所得芒硝基相变材料用PV膜密封包装，放置于室内，从而防治水分蒸发。
实施例4
一种芒硝基相变材料包含由以下重量份的原料组成：芒硝49.5份、十水合碳酸钠5.5份、硼砂3份、甘油20份和水80份。其溶解步骤为：
S1、配盐
按1：9称取5.5g十水合碳酸钠，49.5g芒硝，将二者混合，搅拌均匀，得到芒硝基复合盐溶质。
S2、配制甘油溶剂
称取20g甘油和80g水，首先将水溶液加热至50℃，再将甘油加入水溶液中，在该温度下持续搅拌10min，得到甘油溶剂。
S3、制备芒硝基相变材料
在步骤S2所得的甘油溶剂中加入步骤S1所得的芒硝基复合盐溶质，再加入3g硼砂，45℃下边加热边搅拌2h，至复合盐溶质在甘油溶剂中全部溶解，得到芒硝基相变材料。
S4、静置成型
将所得芒硝基相变材料用PV膜密封包装，放置于室内，从而防治水分蒸发。
实施例5
一种芒硝基相变材料包含由以下重量份的原料组成：芒硝90份、十水合碳酸钠10份、硼砂7份、甘油25份和水100份。其溶解步骤为：
S1、配盐
按1：9称取10g十水合碳酸钠，90g芒硝，将二者混合，搅拌均匀，得到芒硝基复合盐溶质。
S2、配制甘油溶剂
称取25g甘油和100g水，首先将水溶液加热至50℃，再将甘油加入水溶液中，在该温度下持续搅拌10min，得到甘油溶剂。
S3、制备芒硝基相变材料
在步骤S2所得的甘油溶剂中加入步骤S1所得的芒硝基复合盐溶质，再加入7g硼砂，45℃下边加热边搅拌2h，至复合盐溶质在甘油溶剂中全部溶解，得到芒硝基相变材料。
S4、静置成型
将所得芒硝基相变材料用PV膜密封包装，放置于室内，从而防治水分蒸发。
实施例6
一种芒硝基相变材料包含由以下重量份的原料组成：芒硝49.5份、十水合碳酸钠5.5份、硼砂3份、甘油90份。其溶解步骤为：
S1、配盐
按1：9称取5.5g十水合碳酸钠，49.5g芒硝，将二者混合，搅拌均匀，得到芒硝基复合盐溶质。
S2、配制甘油溶剂
称取90g甘油，加热至50℃，得到甘油溶剂。
S3、制备芒硝基相变材料
在步骤S2所得的甘油溶剂中加入步骤S1所得的复合盐溶质，再加入3g硼砂，45℃下边加热边搅拌2h，至复合盐溶质在甘油溶剂中全部溶解，得到芒硝基相变材料。
S4、静置成型
将所得芒硝基相变材料用PV膜密封包装，放置于室内，从而防治水分蒸发。
性能检测试验
1、检测在45℃-15℃下，上述实施例所得物质从液态转变到固态时循环500次芒硝结晶潜热所释放出的热量。
2、采用VLE2000溶解度测试仪，利用溶解度测试原理，在45℃下对上述实施例进行溶解度的测试。
表1
结合表1可以看出，溶解度与结晶潜热成正比，芒硝基复合盐溶质在甘油溶剂中溶解度越大，结晶潜热值就越大。
结合实施例1、实施例4和实施例6并结合表1可以看出，甘油、氢氧化钠和水混合后溶解芒硝基复合盐溶质，结晶潜热值明显大于甘油和水混合或纯甘油溶解芒硝基复合盐溶质，说明甘油、氢氧化钠和水制备的甘油溶剂使得芒硝在体系中分散的更加均匀，而纯甘油溶解芒硝，反而效果不是很好；结晶NaOH改变体系pH，使得芒硝基复合盐溶质在碱性甘油溶剂中的溶解度在45℃时最大达到60，比在甘油和水制成的甘油溶剂中的溶解度提高了约48.3％，比在纯甘油体系下提高了约100倍。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种芒硝基相变材料，其特征在于，包含由以下重量份的原料组成：芒硝49.5-90份、十水合碳酸钠5.5-10份、硼砂3-7份、氢氧化钠固体7-10份、甘油20-25份和水80-100份；或芒硝49.5-90份、十水合碳酸钠5.5-10份、硼砂3-7份、甘油20-25份和水80-100份；或芒硝49.5-90份、十水合碳酸钠5.5-10份、硼砂3-7份和甘油90-115份。
2.根据权利要求1所述的一种芒硝基相变材料在甘油体系中的溶解方法，其特征在于，所述溶解步骤为：
S1、配盐
按1：9称取定量十水合碳酸钠和芒硝，将二者混合，搅拌均匀，得到芒硝基复合盐溶质；
S2、配制甘油溶剂
按比例将甘油、水和氢氧化钠固体混合，或按比例将甘油和水混合，或称取纯甘油，搅拌均匀并加热，得到甘油溶剂；
S3、制备芒硝基相变材料
在步骤S2所得的甘油溶剂中加入步骤S1所得的芒硝基复合盐溶质，再加入硼砂，边加热边搅拌，至复合盐溶质在甘油溶剂中全部溶解，得到芒硝基相变材料；
S4、静置成型
将所得芒硝基相变材料用PV膜密封包装，放置于室内。
3.根据权利要求2所述的一种芒硝基相变材料在甘油体系中的溶解方法，其特征在于，步骤S2中所述氢氧化钠固体添加量占甘油和水总重量的7-10％。
4.根据权利要求2所述的一种芒硝基相变材料在甘油体系中的溶解方法，其特征在于，步骤S2中所述甘油与水的比例为1：4，加热温度设定为50℃，搅拌10min。
5.根据权利要求2所述的一种芒硝基相变材料在甘油体系中的溶解方法，其特征在于，步骤S3中硼砂的质量为复合盐溶质总重量的4-7％。
6.根据权利要求2所述的一种芒硝基相变材料在甘油体系中的溶解方法，其特征在于，所述步骤S3中，加热温度设定为45℃，搅拌2h。
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