CN1570016A - 一种高分子材料蓄冷剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高分子材料蓄冷剂的制备方法，属于蓄冷技术领域。该方法首先将分子结构中含有强亲水基团的聚合物配制成水溶液；在该溶液中加入一定中和度的丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯和马来酸酐单体，混合均匀；再加入双丙烯酸乙二酯交联剂，搅拌均匀；最后加入过硫酸钾引发剂，混合均匀，反应制得高分子材料，将其溶于不同质量的水中，即可制得不同相变温度与潜热的蓄冷剂。本发明的蓄冷剂成本低；使用浓度低；无毒、无味、无污染、无腐蚀性、不易燃、不易爆；吸水速度快、吸水能力强；吸水后常温下呈粘稠状半透明胶态凝胶体；相变温度低于0℃，且随吸水比例而变化；相变潜热大；蓄冷性能稳定，蓄冷持续时间长，可长期反复使用；制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料蓄冷剂的制备方法，属于蓄冷技术领域，特别适用于食品、蔬菜、肉类、饮料及鲜花等在长途运输中的冷藏保鲜，以及医疗药品、生物制品、疫苗等的低温保护。
背景技术
随着人类社会的高速发展，人们对食品原汁原味的要求越来越高，大量新鲜食品和土特产品异地间长途运输，以及小批量、多品种、多频度、短时间的商品配送要求日益增加，因而，近年来，冷藏链中的冷藏运输技术得到了快速发展。
冷藏运输主要分为机械冷藏运输和保冷运输两大类。如果能实现长距离运输，则后者的成本将大大低于前者，但其核心技术是提供保冷时间长的蓄冷剂。蓄冷剂有很多种类，如：水、无机盐溶液、有机物、高分子材料和复合物。目前已公开了一些高分子材料蓄冷剂技术方案，如：CN1063302A中公开了一种在水中充分膨胀的聚乙烯醇和硼砂交联的体形结构半透明、易流动的凝胶蓄冷剂；CN1077977A中公开了一种用淀粉、淀粉与冻胶及淀粉、冻胶和有机醇与水的混合物制备蓄冷剂；CN1081459A中公开了一种由聚乙烯醇、吸水树脂、硫酸钠、防腐剂和水按一定比例配制而成的蓄冷剂。上述技术方案所制备的蓄冷剂存在的不足是蓄冷时间短、吸水速度慢、吸水量小、成本高，有些还含有有害物质及相变温度范围窄等缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种高分子材料蓄冷剂的制备方法，所制备的蓄冷剂无毒、无味、无污染和无腐蚀性，冻融相变潜热大，蓄冷时间长、吸水速度快、吸水量大，且成本低，通过改变化学组成可满足各种不同的应用需求。本发明的目的是通过如下技术方案实现的：首先配制水溶性聚合物羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠、羧甲基淀粉、羟丙基淀粉或聚丙烯酸钠水溶液，然后把丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯与马来酸酐单体按一定比例在前述聚合物溶液中溶解均匀，加入交联剂和引发剂，制成蓄冷剂，具体制备方法按以下步骤进行：一种高分子材料蓄冷剂的制备方法，按以下步骤进行：
1)将分子结构中含有强亲水基团的聚合物配成0.2～1％的水溶液；
2)将中和度为60～75％及质量分数为0.7～0.9的丙烯酸、质量分数为0.1～0.2的甲基丙烯酸羟乙酯、质量分数为0～0.1的马来酸酐三种单体加入到步骤1)的水溶液中，混合均匀，制成混合溶液；
3)向步骤2)的混合溶液中加入上述三种单体总质量0.03～0.3％的双丙烯酸乙二酯交联剂，搅拌溶匀；
4)向步骤3)的溶液里加入步骤2)中三种单体总质量0.02～0.5％的过硫酸钾引发剂，搅拌均匀，在45～70℃、常压条件下反应0.5～1.5小时，产物在100～110℃干燥后粉碎，即制得白色粉末状高分子材料；
5)将步骤4)制备的高分子材料与水按质量比为0.7～1.1∶100混合，放置30秒～2分钟，即制得半透明胶体的蓄冷剂。
本发明所述的聚合物为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠、羧甲基淀粉、羟丙基淀粉或聚丙烯酸钠中的任一种。
上述步骤4)中的干燥时间为2～4小时，粉碎至100～200目。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
①所用原料成本低，制备工艺简单，且使用浓度极低，其质量百分数仅为0.7～1.1％，
因此产品价格低廉；
②该蓄冷剂无毒、无味、无污染、无腐蚀性、不易燃、不易爆；
③吸水性强且吸水速度快；
④固液相变温度为-5～0℃，胶体比热大于4.5kJ/kg.K，相变潜热大于320kJ/kg；
⑤蓄冷剂的分子结构特点决定了其性能稳定，凝胶强度大，不易破碎，融化后的胶体与
未融化固体之间的换热系数较小，放冷速度慢，蓄冷持续时间长，并可长期反复使用。
附图说明
图1为蓄冷材料在保温箱内的摆放方式图。
图2为不同蓄冷材料的箱内平均温度变化对比曲线图。
图中各部件及各曲线的名称分别为：
1-保温箱体垂直侧壁；2-蓄冷剂；3-被保冷物品；a-冰的保冷性能曲线；b-市场上销售的环保冰的保冷性能曲线；c-本发明实施例2中的蓄冷剂的保冷性能曲线；d-保温箱体外侧温度变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例说明高分子材料蓄冷剂的制备方法。
(1)高分子材料蓄冷剂的制备
实施例1：
以水为溶剂，搅拌配制成质量浓度0.2％的羧甲基纤维素水溶液；在该溶液中加入中和度70％及质量组成为0.87份的丙烯酸、0.1份的甲基丙烯酸羟乙酯和0.03份的马来酸酐单体，混合均匀；之后加入单体总质量0.03％的双丙烯酸乙二酯交联剂，搅拌均匀；最后加入单体总质量0.1％的过硫酸钾引发剂，混合均匀，55℃、常压条件下反应1小时。100℃干燥2.5小时，粉碎至200目，得到白色粉末状高分子材料，将其与水配成浓度为0.7％的混合物，40秒钟即可达到充分溶解，形成了实际使用中的半透明胶体蓄冷剂。该蓄冷剂的固液相变温度为-3℃，胶体比热4.9kJ/kg.K，相变潜热332kJ/kg。在导热热阻(δ/λ，其中λ为导热系数)为0.66m2K/W、长×宽×高×壁厚＝46.5×36.5×24×2cm的保温箱体内，采用该实施例提供的蓄冷剂4kg，对预冷温度为3℃的16kg酸奶进行保冷贮藏，酸奶在10℃以下的保冷时间39.9小时。
实施例2：
以水为溶剂，搅拌配成质量浓度0.6％的聚丙烯酸钠水溶液；在该溶液中加入中和度60％及质量组成为0.8份的丙烯酸、0.13份的甲基丙烯酸羟乙酯和0.07份的马来酸酐单体，混合均匀；之后加入单体总质量0.1％的双丙烯酸乙二酯交联剂，搅拌均匀；最后加入单体总质量0.02％的过硫酸钾引发剂，混合均匀，70℃、常压条件下反0.5小时。110℃干燥2小时，粉碎至150目，得到白色粉末状高分子材料，将其与水配成浓度为0.85％的混合物，60秒钟即可达到充分溶解，形成了实际使用中的半透明胶体蓄冷剂。该蓄冷剂的固液相变温度为-2℃，胶体比热4.7kJ/kg.K，相变潜热324kJ/kg。在导热热阻(δ/λ，其中λ为导热系数)为0.66m2K/W、长×宽×高×壁厚＝46.5×36.5×24×2cm的保温箱体内，采用该实施例提供的蓄冷剂4kg，对预冷温度为3℃的16kg酸奶进行保冷贮藏，酸奶在10℃以下的保冷时间38.6小时。
实施例3：
以水为溶剂，搅拌配成质量浓度1％的羧甲基淀粉水溶液；在该溶液中加入中和度75％及质量组成为0.9份的丙烯酸、0.1份的甲基丙烯酸羟乙酯单体，混合均匀；之后加入单体总质量0.3％的双丙烯酸乙二酯交联剂，搅拌均匀；最后加入单体总质量0.5％的过硫酸钾引发剂，混合均匀，45℃、常压条件下反应1.5小时。105℃干燥4小时，粉碎至200目，得到白色粉末状高分子材料，将其与水配成浓度为1.1％的混合物，80秒钟即可达到充分溶解，形成了实际使用中的半透明胶体蓄冷剂。该蓄冷剂的固液相变温度为-5℃，胶体比热5.2kJ/kg.K，相变潜热343kJ/kg。在导热热阻(δ/λ，其中λ为导热系数)为0.66m2K/W、长×宽×高×壁厚＝46.5×36.5×24×2cm的保温箱体内，采用该实施例提供的蓄冷剂4kg，对预冷温度为3℃的16kg酸奶进行保冷贮藏，酸奶在10℃以下的保冷时间43小时。
(2.)蓄冷剂性能测试
比较实施例：
(i)实验条件
实验用恒温箱内温度，即保温包装箱外侧温度：35℃；
实验时间：75小时；
保温包装箱：长×宽×高×壁厚＝46.5×36.5×24×2cm，聚苯乙烯硬质泡沫塑料[导热系数λ＝0.0301W/(m·K)]；
温度采集：惠普温度采集仪+T型热电偶；
被冷藏物品：酸奶16kg；
被冷藏物品预冷温度：3℃；
保冷温度上限：10℃；
蓄冷材料：实施例2制备的蓄冷剂、环保冰蓄冷剂、冰，质量各4kg。每种蓄冷剂均分为4份，分别盛装于蓄冷剂塑料袋内密封，将各种蓄冷剂冻结。
冻结后的蓄冷剂在保温箱内的摆放方式如附图1所示，将蓄冷剂2放置在保温箱体四个垂直侧壁1与被保冷物品3之间的缝隙内，对保冷物品3进行保冷贮藏。
(ii)实验结果
从附图2采用不同蓄冷剂的箱内被保冷物品3的平均温度变化对比曲线可以看出：在保温箱体、保温箱体外侧温度(变化曲线d)、被保冷物品及其预冷温度、蓄冷剂质量、放置方式等实验条件完全相同的情况下，本发明实施例2提供的蓄冷剂(保冷性能曲线c)、环保冰(保冷性能曲线b)和冰(保冷性能曲线a)在被保冷物品平均温度为10℃以下的有效蓄冷时间分别为38.6小时、35.2小时、32.1小时。由此可见：本发明提供的蓄冷剂具有比现有产品环保冰和水具有更好的保冷效果。
Claims (3)
1.一种高分子材料蓄冷剂的制备方法，按以下步骤进行：
1)将分子结构中含有强亲水基团的聚合物配成0.2～1％的水溶液；
2)将中和度为60～75％及质量分数为0.7～0.9的丙烯酸、质量分数为0.1～0.2的甲基丙烯酸羟乙酯、质量分数为0～0.1的马来酸酐三种单体加入到步骤1)的水溶液中，混合均匀，制成混合溶液；
3)向步骤2)的混合溶液中加入上述三种单体总质量0.03～0.3％的双丙烯酸乙二酯交联剂，搅拌溶匀；
4)向步骤3)的溶液里加入步骤2)中三种单体总质量0.02～0.5％的过硫酸钾引发剂，搅拌均匀，在45～70℃、常压条件下反应0.5～1.5小时，产物在100～110℃干燥后粉碎，即制得白色粉末状高分子材料；
5)将步骤4)制备的高分子材料与水按质量比为0.7～1.1∶100混合，放置30秒～2分钟，即制得半透明胶体的蓄冷剂。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的聚合物为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠、羧甲基淀粉、羟丙基淀粉或聚丙烯酸钠中的任一种。
3.按照权利要求1所述的蓄冷剂的制备方法，其特征在于：步骤4)中的干燥时间为2～4小时，粉碎至100～200目。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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