CN114958309A - 一种相变温度18～20℃相变材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相变温度18～20℃相变材料及其制备方法：包括以下质量百分比的原料：相变材料48％～85％、成核剂1％～3％、增稠剂1％～2％、晶型改良剂0.1％～1％以及余量为水；相变材料包括相变蓄冷剂材料和降温剂材料；相变蓄冷剂材料包括芒硝、十水碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、三水乙酸钠、五水硫代硫酸钠中的至少一种材料，所述降温剂材料包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化锌、氯化钡、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸钠、硝酸锌、氟化钠、氟化钾、氟化铵中的至少一种材料；本发明制备的相变材料是一种具有高相变潜热、循环稳定性优异的相变温度为18～20℃适用于医疗冷链运输箱的蓄冷剂材料。
Description
技术领域
本发明涉及相变材料技术领域，特别地是一种相变温度18～20℃相变材料及其制备方法。
背景技术
随着现代物流的快速发展和冷链医药品需求的日益增加，医药冷链物流也得到了更多的重视。特别地，医药冷链运输过程中需要严格控制温度及波动范围来储存或运输药品、疫苗、血液制品等物品以保证其质量和效果。我国冷链物流行业相比西方发达国家尚处在蓬勃兴起阶段，目前国内冷链物流网络特别是城市共同配送体系尚未成型，行业整体运行效率相对较低，市场供给需求提升潜力巨大。在新经济、新零售和新一轮消费升级浪潮的推动下，冷链物流行业已受到境内外资本的高度关注和青睐，传统电商、快递、快运、商贸及物流地产等企业也纷纷跨界融入，随着冷链市场竞争日益激烈和冷链产业边界的无限扩展，必将进一步加速我国冷链物流行业的转型升级与格局重组。在国内仍然存在许多地区道路交通不便，导致运输周期长的问题，同时在国外欠发达地区也同样存在着相同的问题，对于冷链运输的要求高，同时在偏远地区存在电力供应紧张甚至供应不足的情况，因此对于疫苗、药品和血液等医疗产品储存运输带来极大的阻碍，导致交通不便的偏远地区无法及时得到正确有效的医疗器械、药品以及医疗服务，对于生活、身体健康也无法得到充分的保障。
开发相变温度区间合适、高潜热值、过冷度低、无相分离且循环稳定性良好的相变蓄冷剂，对于医药冷链的发展具有极大的助推作用。目前，医药冷链运输相变材料经常用到无机水合盐和有机相变材料，然而无机水合盐存在相分离、易渗漏等缺点，而有机相变材料也存在潜热低、易燃等缺点。
CN111422498A公开了一种应用于冷藏运输的保温袋及其制备方法，其公开的保温袋采用由氯化钠溶液、吸水树脂、相变蜡或聚丙烯酸钠组成的三元或者四元复合物组成相变储能材料，且复配成的三元或四元复合物具有优异的相变储热性能，蓄冷效果好且持久，可多次重复利用，重复利用率高，十分适用于对温度敏感的货物的冷藏长途运输，降低了此类货物在冷藏运输过程中因发生劣变，但是其公开的保温袋中的相变材料需要依靠千次以上的测试才能找到共晶区域，不能进行推广应用。
现有技术中，多元共混相变材料体系几乎没有或均为脂肪酸类相变材料共混体系，而大多数脂肪酸潜热较低，且相变温度集中在25～35℃区间范围，只适用于建筑的室温调节。由于部分疫苗、药品等产品存在对于18～20℃的温度要求，而交通不便的偏远地区以及国外远距离运输因为外界条件限制，无法满足超低温冷链运输的温度需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高相变潜热、循环稳定性优异的相变温度为18～20℃用于医疗冷链运输箱的蓄冷剂材料。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种相变温度18～20℃相变材料，包括以下质量百分比的原料：相变材料48％～85％、成核剂1％～3％、增稠剂1％～2％、晶型改良剂0.1％～1％以及余量为水。
进一步地，所述相变材料包括相变蓄冷剂材料和降温剂材料；所述相变蓄冷剂材料包括芒硝、十水碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、三水乙酸钠、五水硫代硫酸钠中的至少一种材料，所述相变蓄冷剂材料的质量百分数为45％～70％；所述降温剂材料包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化锌、氯化钡、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸钠、硝酸锌、氟化钠、氟化钾、氟化铵中的至少一种材料，所述降温剂材料的质量百分数为3％～15％。
进一步地，所述成核剂为选自硼砂、Na2SiO3·9H2O、(NH4)2S2O8、硅藻土、纳米碳粉、滑石粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米铜、纳米氮化硅、纳米二氧化硅、碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管中的至少一种；所述成核剂的粒径20nm～200μm。
进一步地，所述增稠剂为选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、蔗糖、黄原胶、瓜尔豆胶、活性黏土、明胶、石墨粉中的至少一种。
进一步地，所述晶型改良剂为选自三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的至少一种；所述晶型改良剂的粒径20μm～100μm。
进一步地，一种相变温度18～20℃相变材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、水、相变材料、成核剂、增稠剂、晶型改良剂；所述相变材料包括相变蓄冷剂材料和降温剂材料；将相变材料依次加入到40℃至50℃水中，保持搅拌处理，混合形成第一混合液；
步骤S2、在所述第一混合液中添加成核剂，保持搅拌处理，形成第二混合液；
步骤S3、在所述第二混合液中添加增稠剂，保持搅拌处理，形成第三混合液；
步骤S4、在所述第三混合液中添加晶型改良剂，保持搅拌处理，形成第四混合液；
步骤S5、搅拌结束后，得到无机相变材料。
进一步地，所述步骤S1中，相变蓄冷剂材料包括芒硝、十水碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、三水乙酸钠、五水硫代硫酸钠中的至少一种材料；所述降温剂材料包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化锌、氯化钡、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸钠、硝酸锌、氟化钠、氟化钾、氟化铵中的一种材料，所述相变蓄冷剂材料的质量百分数为45％～70％，所述降温剂材料的质量百分数为3％～15％；所述相变蓄冷剂材料和降温剂材料加入水中的次序按照先加相变蓄冷剂材料，后加降温剂材料的顺序；以400rad/m至600rad/m的转速对混合液搅拌2h～4h至搅拌均匀，混合形成第一混合液。
进一步地，所述步骤S2中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第一混合液搅拌2h～4h；待成核剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第二混合液；成核剂的质量分数为1％～3％，成核剂的粒径大小为20nm至200μm。
进一步地，所述步骤S3中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第二混合液搅拌2h～4h；待增稠剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第三混合液；增稠剂的质量分数为1％～2％，增稠剂的粒径大小为20μm至100μm。
进一步地，所述步骤S4中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第三混合液搅拌2h～4h；待增晶型改良剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第四混合液；晶型改良剂的质量分数为0.1％，晶型改良剂的粒径大小为20μm至100μm。
本发明的有益效果：
本发明通过将包括无机盐和有机盐的复合材料和水的相变基质作为用于储存和释放冷量的材料能够使无机相变材料具有合适的相变温度和高相变潜热，获得具有高相变焓的相变温度在18℃至20℃之间的无机相变材料，循环稳定性良好；本发明制备的相变材料是一种具有高相变潜热、循环稳定性优异的相变温度为18～20℃适用于医疗冷链运输箱的蓄冷剂材料，解决了部分疫苗、药品等产品存在对于18～20℃的温度要求，而交通不便的偏远地区以及国外远距离运输因为外界条件限制，无法满足超低温冷链运输的温度需求的技术问题。
具体实施方式
需要说明，在本发明中如涉及“第一”、“第二”的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种相变温度18～20℃相变材料，包括以下质量百分比的原料：相变材料48％～85％、成核剂1％～3％、增稠剂1％～2％、晶型改良剂0.1％～1％以及余量为水。
具体地，所述相变材料包括相变蓄冷剂材料和降温剂材料；所述相变蓄冷剂材料包括芒硝、十水碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、三水乙酸钠、五水硫代硫酸钠中的至少一种材料，所述相变蓄冷剂材料的质量百分数为45％～70％；所述降温剂材料包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化锌、氯化钡、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸钠、硝酸锌、氟化钠、氟化钾、氟化铵中的至少一种材料，所述降温剂材料的质量百分数为3％～15％。
具体地，所述成核剂为选自硼砂、Na2SiO3·9H2O、(NH4)2S2O8、硅藻土、纳米碳粉、滑石粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米铜、纳米氮化硅、纳米二氧化硅、碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管中的至少一种；所述成核剂的粒径20nm～200μm。
具体地，所述增稠剂为选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、蔗糖、黄原胶、瓜尔豆胶、活性黏土、明胶、石墨粉中的至少一种。
具体地，所述晶型改良剂为选自三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的至少一种；所述晶型改良剂的粒径20μm～100μm。
具体地，一种相变温度18～20℃相变材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、水、相变材料、成核剂、增稠剂、晶型改良剂；所述相变材料包括相变蓄冷剂材料和降温剂材料；将相变材料依次加入到40℃至50℃水中，保持搅拌处理，混合形成第一混合液；
步骤S2、在所述第一混合液中添加成核剂，保持搅拌处理，形成第二混合液；
步骤S3、在所述第二混合液中添加增稠剂，保持搅拌处理，形成第三混合液；
步骤S4、在所述第三混合液中添加晶型改良剂，保持搅拌处理，形成第四混合液；
步骤S5、搅拌结束后，得到无机相变材料。
具体地，所述步骤S1中，相变蓄冷剂材料包括芒硝、十水碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、三水乙酸钠、五水硫代硫酸钠中的至少一种材料；所述降温剂材料包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化锌、氯化钡、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸钠、硝酸锌、氟化钠、氟化钾、氟化铵中的一种材料，所述相变蓄冷剂材料的质量百分数为45％～70％，所述降温剂材料的质量百分数为3％～15％；所述相变蓄冷剂材料和降温剂材料加入水中的次序按照先加相变蓄冷剂材料，后加降温剂材料的顺序；以400rad/m至600rad/m的转速对混合液搅拌2h～4h至搅拌均匀，混合形成第一混合液。
具体地，所述步骤S2中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第一混合液搅拌2h～4h；待成核剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第二混合液；成核剂的质量分数为1％～3％，成核剂的粒径大小为20nm至200μm。
具体地，所述步骤S3中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第二混合液搅拌2h～4h；待增稠剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第三混合液；增稠剂的质量分数为1％～2％，增稠剂的粒径大小为20μm至100μm。
具体地，所述步骤S4中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第三混合液搅拌2h～4h；待增晶型改良剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第四混合液；晶型改良剂的质量分数为0.1％，晶型改良剂的粒径大小为20μm至100μm。
实施例1，参照表1，具体的，本实施例方案中，制备无机相变材料的原料配比：去离子水14.9％，芒硝70％，氟化钠10％，成核剂3％，增稠剂2％，晶型改良剂0.1％，参照表2，本实施例制备的无机相变材料循环稳定性好。
实施例2，参照表1，具体的，本实施例方案中，制备无机相变材料的原料配比：去离子水20.5％，芒硝60％，硝酸铵15％，成核剂3％，增稠剂1％，晶型改良剂0.5％，参照表2，本实施例制备的无机相变材料循环稳定性好。
实施例3，参照表1，具体的，本实施例方案中，制备无机相变材料的原料配比：去离子水39％，芒硝50％，氯化钠5％，成核剂3％，增稠剂2％，晶型改良剂1％，参照表2，本实施例制备的无机相变材料循环稳定性好。
实施例4，参照表1，具体的，本实施例方案中，制备无机相变材料的原料配比：去离子水32.7％，十二水合磷酸氢二钠55％，氯化锌10％，成核剂1％，增稠剂1％，晶型改良剂0.3％，参照表2，本实施例制备的无机相变材料循环稳定性好。
实施例5，参照表1，具体的，本实施例方案中，制备无机相变材料的原料配比：去离子水25.2％，十水碳酸钠60％，氯化钾10％，成核剂3％，增稠剂1％，晶型改良剂0.8％，参照表2，本实施例制备的无机相变材料循环稳定性好。
实施例6，参照表1，具体的，本实施例方案中，制备无机相变材料的原料配比：去离子水41.9％，三水乙酸钠50％，硝酸钾3％，成核剂3％，增稠剂2％，晶型改良剂0.1％，参照表2，本实施例制备的无机相变材料循环稳定性好。
对比例1，参照表1，具体的，本对比例方案中，制备无机相变材料的原料配比：乙酸钠70％，芒硝15％，十二水合磷酸氢二钠15％，成核剂6％，参照表2，本对比例制备的无机相变材料循环稳定性较差。
对比例2，参照表1，具体的，本对比例方案中，制备无机相变材料的原料配比：乙酸钠70％，芒硝20％，硫代硫酸钠10％，成核剂6％，参照表2，本对比例制备的无机相变材料循环稳定性较差。
表1制备无机相变材料的原料配比
表2无机相变材料的性能测试结果
本发明通过将包括无机盐和有机盐的复合材料和水的相变基质作为用于储存和释放冷量的材料能够使无机相变材料具有合适的相变温度和高相变潜热，获得具有高相变焓的相变温度在18℃至20℃之间的无机相变材料，循环稳定性良好，200次循环后相变温度和相变潜热损失小于5％；本发明制备的相变材料是一种具有高相变潜热、循环稳定性优异的相变温度为18～20℃适用于医疗冷链运输箱的蓄冷剂材料，解决了部分疫苗、药品等产品存在对于18～20℃的温度要求，而交通不便的偏远地区以及国外远距离运输因为外界条件限制，无法满足超低温冷链运输的温度需求的技术问题；本发明通过添加了晶型改良剂，可以控制晶体粒度。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种相变温度18～20℃相变材料，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：相变材料48％～85％、成核剂1％～3％、增稠剂1％～2％、晶型改良剂0.1％～1％以及余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种相变温度18～20℃相变材料，其特征在于：所述相变材料包括相变蓄冷剂材料和降温剂材料；所述相变蓄冷剂材料包括芒硝、十水碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、三水乙酸钠、五水硫代硫酸钠中的至少一种材料，所述相变蓄冷剂材料的质量百分数为45％～70％；所述降温剂材料包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化锌、氯化钡、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸钠、硝酸锌、氟化钠、氟化钾、氟化铵中的至少一种材料，所述降温剂材料的质量百分数为3％～15％。
3.根据权利要求1所述的一种相变温度18～20℃相变材料，其特征在于：所述成核剂为选自硼砂、Na2SiO3·9H2O、(NH4)2S2O8、硅藻土、纳米碳粉、滑石粉、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米铜、纳米氮化硅、纳米二氧化硅、碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管中的至少一种；所述成核剂的粒径20nm～200μm。
4.根据权利要求1所述的一种相变温度18～20℃相变材料，其特征在于：所述增稠剂为选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、蔗糖、黄原胶、瓜尔豆胶、活性黏土、明胶、石墨粉中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种相变温度18～20℃相变材料，其特征在于：所述晶型改良剂为选自三聚磷酸钠、焦磷酸钠中的至少一种；所述晶型改良剂的粒径20μm～100μm。
6.一种相变温度18～20℃相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、水、相变材料、成核剂、增稠剂、晶型改良剂；所述相变材料包括相变蓄冷剂材料和降温剂材料；将相变材料依次加入到40℃至50℃水中，保持搅拌处理，混合形成第一混合液；
步骤S2、在所述第一混合液中添加成核剂，保持搅拌处理，形成第二混合液；
步骤S3、在所述第二混合液中添加增稠剂，保持搅拌处理，形成第三混合液；
步骤S4、在所述第三混合液中添加晶型改良剂，保持搅拌处理，形成第四混合液；
步骤S5、搅拌结束后，得到无机相变材料。
7.根据权利要求6所述的一种相变温度18～20℃相变材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，相变蓄冷剂材料包括芒硝、十水碳酸钠、十二水合磷酸氢二钠、三水乙酸钠、五水硫代硫酸钠中的至少一种材料；所述降温剂材料包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、氯化锌、氯化钡、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵、硝酸钠、硝酸锌、氟化钠、氟化钾、氟化铵中的一种材料，所述相变蓄冷剂材料的质量百分数为45％～70％，所述降温剂材料的质量百分数为3％～15％；所述相变蓄冷剂材料和降温剂材料加入水中的次序按照先加相变蓄冷剂材料，后加降温剂材料的顺序；以400rad/m至600rad/m的转速对混合液搅拌2h～4h至搅拌均匀，混合形成第一混合液。
8.根据权利要求6所述的一种相变温度18～20℃相变材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第一混合液搅拌2h～4h；待成核剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第二混合液；成核剂的质量分数为1％～3％，成核剂的粒径大小为20nm至200μm。
9.根据权利要求6所述的一种相变温度18～20℃相变材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第二混合液搅拌2h～4h；待增稠剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第三混合液；增稠剂的质量分数为1％～2％，增稠剂的粒径大小为20μm至100μm。
10.根据权利要求6所述的一种相变温度18～20℃相变材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，在40℃至50℃的条件下以400rad/m至500rad/m的转速对第三混合液搅拌2h～4h；待增晶型改良剂熔解完全、溶液呈均匀流体状时停止加热和搅拌，即得第四混合液；晶型改良剂的质量分数为0.1％，晶型改良剂的粒径大小为20μm至100μm。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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