CN117720884A - 一种无相分离的芒硝相变材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于相变材料技术领域,本发明公开了一种无相分离的芒硝相变材料及其制备方法与应用,该芒硝相变材料包括以下制备原料:海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水。本发明利用海藻酸钠可与钙离子交联的特性,有效的避免了无水硫酸钠颗粒的沉降,并具有低成本、高稳定性的特点,且本发明采用无水硫酸钠,无需使用高纯度芒硝,进一步降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及相变材料技术领域,尤其涉及一种无相分离的芒硝相变材料及其制备方法与应用。
背景技术
芒硝作为一种优良的相变材料,具有相变焓高、价格低廉、安全无毒等优点,经氯化铵、氯化钾、氯化钠等添加剂改性后,相变温度可降至8~10℃,在空调蓄冷方面具有潜在的应用价值。然而芒硝极易相分离,导致其稳定性较低。
研究表明,采用封装、增稠等方式可有效抑制其相分离。封装通过缩小体积而降低相分离程度,但会导致成本的提升和热导率的降低。增稠则通过各类增稠剂的组合,避免无水硫酸钠颗粒的沉降,从而抑制其相分离。因此,增稠是控制芒硝相分离的简便高效手段,封装可作为辅助技术抑制其相分离。
芒硝的增稠,通常利用羧甲基纤维素钠、聚阴离子纤维素、黄原胶、吸水高分子(SAP),其中SAP具有长期的稳定性。而其他组分则会逐渐沉降,需要添加气相二氧化硅提高稳定性,但会显著提高相变材料的成本。
因此,研究得到一种成本低、无相分离且稳定性高的芒硝相变材料具有重要意义。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种无相分离的芒硝相变材料及其制备方法与应用,其目的是解决现有技术中制备成本高,制得的芒硝相变材料易发生相分离,稳定性差的问题。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明提供了一种无相分离的芒硝相变材料,包括以下原料:海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水。
优选的,所述海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水的质量比为:1~3:40~70:10~30:140~142:5~15:2~6:180~182。
本发明还提供了所述无相分离的芒硝相变材料的制备方法,包括如下步骤:将海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水混合后,即得芒硝相变材料。
优选的,所述混合的顺序为海藻酸钠与水混合,然后与氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂混合,混合物再与硫酸钙混合。
优选的,混合物与硫酸钙混合的时间为2~5min。
本发明还提供了所述无相分离的芒硝相变材料在空调蓄冷方面的应用。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明利用海藻酸钠可与钙离子交联的特性,有效的避免了无水硫酸钠颗粒的沉降,并具有低成本、高稳定性的特点,且本发明采用无水硫酸钠,无需使用高纯度芒硝,进一步降低成本。
具体实施方式
本发明提供了一种无相分离的芒硝相变材料,包括以下原料:海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水。
本发明中,所述海藻酸钠与硫酸钙交联,可避免相分离,能够有效避免无水硫酸钠颗粒的沉降,且具有高稳定性,低成本的特点。
本发明中,采用无水硫酸钠,可避免使用高纯度的芒硝以显著降低成本。
本发明中,所述海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水的质量比优选为:1~3:40~70:10~30:140~142:5~15:2~6:180~182,进一步优选为1~3:50~60:15~25:140~141:8~13:3~5:181~182,更优选为2:52~57:17~22:141:9~11:4:181。
本发明还提供了所述无相分离的芒硝相变材料的制备方法,包括如下步骤:将海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水混合后,即得芒硝相变材料。
本发明中,所述混合的顺序优选为海藻酸钠与水混合,然后与氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂混合,混合物再与硫酸钙混合。
本发明中,混合物与硫酸钙混合的时间优选为2~5min,进一步优选为3~4min,更优选为3min;混合物与硫酸钙混合的搅拌速率优选为0.1~10rpm,进一步优选为1~8rpm,更优选为3~6rpm。
本发明中,氯化钾和氯化铵的添加能够制得相变温度在8~10℃的相变材料。
本发明还提供了所述无相分离的芒硝相变材料在空调蓄冷方面的应用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水按照质量比为1:40:30:142:10:4:180称取,将海藻酸钠与水混合后,依次加入氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠和硼砂,混合均匀后加入硫酸钙继续以7rpm的速率搅拌3min,装入储罐,即得芒硝相变材料。
实施例2
将海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水按照质量比为2:60:20:142:15:6:182称取,将海藻酸钠与水混合后,依次加入氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠和硼砂,混合均匀后加入硫酸钙继续以6rpm的速率搅拌2min,装入储罐,即得芒硝相变材料。
实施例3
将海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水按照质量比为3:70:10:142:5:2:181称取,将海藻酸钠与水混合后,依次加入氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠和硼砂,混合均匀后加入硫酸钙继续以10rpm的速率搅拌4min,装入储罐,即得芒硝相变材料。
对比例1
将质量比为182:8:5:60:20:142:15的水、羧甲基纤维素钠、气相二氧化硅、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠和硼砂混合并以7rpm的速率搅拌3min后即得芒硝相变材料。
对比例2
将质量比为181:8:70:10:142:5的水、羧甲基纤维素钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠和硼砂混合并以7rpm的速率搅拌3min后即得芒硝相变材料。
稳定性测试:
分别将80g实施例1~3和对比例1~2所得芒硝相变材料倒入直径为27mm的玻璃试管中,置于低温槽中进行结晶-融化循环试验,结晶温度为4℃,融化温度为15℃,每个温度的处理时间分别为2h。其稳定性测试结果如表1所示。
表1实施例1~3和对比例1~2所得芒硝相变材料在不同循环次数下的相变焓
0次循环 | 10次循环 | 50次循环 | 300次循环 | |
实施例1 | 145.2J/g | 137.6J/g | 124.6J/g | 117.9J/g |
实施例2 | 138.7J/g | 133.4J/g | 123.5J/g | 114.4J/g |
实施例3 | 141.6J/g | 135.2J/g | 121.8J/g | 118.5J/g |
对比例1 | 135.8J/g | 131.9J/g | 115.3J/g | 108.7J/g |
对比例2 | 143.2J/g | 87.5J/g | 72.7J/g | 64.7J/g |
实施例1~3和对比例1~2所得芒硝相变材料在不同循环次数下的相变焓如表1所示,通过对比实施例1~3与对比例1所得测试结果可知,实施例1~3与对比例1的0次循环与300次循环的相变焓的差值均在23.1~27.3J/g之间,但对比例1中添加了气相二氧化硅,成本较高;而通过对比实施例1~3与对比例2所得测试结果可知,实施例1~3的0次循环与300次循环的相变焓的差值要明显低于对比例2的0次循环与300次循环的相变焓的差值,即实施例1~3所制得的芒硝相变材料的稳定性要优于对比例2所制得的芒硝相变材料的稳定性。
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。
Claims (6)
1.一种无相分离的芒硝相变材料,其特征在于,包括以下原料:海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水。
2.根据权利要求1所述的一种无相分离的芒硝相变材料,其特征在于,所述海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水的质量比为:1~3:40~70:10~30:140~142:5~15:2~6:180~182。
3.权利要求1或2所述无相分离的芒硝相变材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将海藻酸钠、氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂、硫酸钙和水混合后,即得芒硝相变材料。
4.根据权利要求3所述一种无相分离的芒硝相变材料的制备方法,其特征在于,所述混合的顺序为海藻酸钠与水混合,然后与氯化铵、氯化钾、无水硫酸钠、硼砂混合,混合物再与硫酸钙混合。
5.根据权利要求4所述一种无相分离的芒硝相变材料的制备方法,其特征在于,混合物与硫酸钙混合的时间为2~5min。
6.权利要求1或2所述无相分离的芒硝相变材料在空调蓄冷方面的应用。
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鄢瑛等: "含微胶囊相变材料的海藻酸钙大胶囊的制备及其性能", 精细化工, vol. 26, no. 011, 31 December 2009 (2009-12-31), pages 1049 - 1053 * |
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