一種雙相變點的相變蓄冷材料及製備方法與流程
2023-10-22 02:36:57 3
本發明涉及相變材料技術領域，尤其涉及一種雙相變點的相變蓄冷材料及製備方法。
背景技術：
隨著中國經濟的快速發展，人們的生活節奏增快、生活質量增加，對食品等口感要求逐漸提高，因而對食品保鮮狀態有著高品質的要求，尤其是在冷鏈物流過程中。同樣的化工、醫藥冷鏈物流領域對低等溫度範圍也有著強烈的需求。在現有冷鏈系統中，相關的相變材料相繼湧現，且有很多的研究機構和企業都進行了大量的研究和開發工作。
現如今市場上，0～15℃相變材料相對較為短缺，低溫物品貯藏多使用制冷機，不僅能源耗費嚴重，且運輸成本增加，一旦制冷機出現問題，可能會導致溫控失效而發生物品腐壞。此外，冷凍食材在運輸過程後解凍也需要時效，耗費了一定時間和能源。因此，開發性能穩定、相變潛熱高、無相分離、高效節能的新型低溫相變儲冷材料尤為重要。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種非單一相變點的相變蓄冷材料及其製備工藝，其蓄熱密度大，可有效應用於低溫冷鏈物流領域。
本發明將一種或兩種相變材料溶於水中，加入表面活性劑、增稠劑、成核劑，混合均勻配置成所需的相變材料。
本相變材料可單純由有機材料與水製備，或者為有機類與無機鹽水溶液複合配製。
本發明採取的技術方案是：
本發明的雙相變點的相變蓄冷材料包括以下重量百分比的原料：無機鹽0～60％，有機相變材料5～60％，去離子水20～92％，表面活性劑0.1～2％，增稠劑1～5％，成核劑1～5％。
優選：本發明的雙相變點的相變蓄冷材料包括以下重量百分比的原料：無機鹽23％，有機相變材料40％，去離子水30％，表面活性劑1％，增稠劑3％，成核劑3％。
所述的無機鹽為氯化鉀、氯化鈉、氯化銨、硝酸鈉、氯化鈣、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉、氯化鎂中的一種。
所述的有機相變材料吡啶、赤藻糖醇、甘露醇、山梨醇、木糖醇、三羥甲基丙烷、四丁基溴化銨、四丁基氟化銨、四丁基氯化銨、四氫呋喃、環己烷中的一種或幾種。
所述的表面活性劑為直鏈烷基硫酸鈉、月桂醇硫酸鈉、吐溫、直鏈烷基苯磺酸鈉、司盤、十二烷基苯磺酸、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鹽中的一種或幾種。
所述的直鏈烷基硫酸鈉為十二烷基磺酸鈉、十四烷基磺酸鈉或十六烷基磺酸鈉。
所述的增稠劑為高吸水樹脂、氣相二氧化矽、聚丙烯醯胺、羧甲基纖維素、膨潤土、聚丙烯酸鈉、明膠中的一種或幾種。
所述的成核劑為硼砂、磷酸鈣、滑石粉、納米二氧化矽，納米二氧化鈦，納米氧化鋁，硫化銅、氧化鈣、蒙脫土中的一種或幾種。
本發明的雙相變點的相變蓄冷材料的製備方法的具體步驟如下：
先配製一定濃度的無機鹽水溶液，隨後加入有機相變材料，或只配製有機物水溶液，快速攪拌至完全溶解；隨後將增稠劑與表面活性劑加入，設定攪拌速率為500～1000r/min以達到增稠效果；最終待加入成核劑後，即可得到本發明的相變蓄冷材料。優選攪拌速率為800r/min。
本發明的積極效果如下：
本發明所提供的相變材料具有雙相變點，其既可在物流過程中將溫度控制於雙相變點溫度之間，即做到冷凍冷藏的效果，又可達到適當解凍的作用。且該材料相變潛熱焓值高(≥220kJ/kg)，不僅有著更為高效快捷的降溫效果，而且能做到長久維持在特定溫度範圍內。
本發明獲得一種非單一相變溫度點的相變材料，可應用於特定的領域，比如相變空調系統、食品冷藏物流等，不僅有著更為高效快捷的降溫效果，而且能做到長久維持在特定溫度範圍內。
附圖說明
圖1是DSC測試效果圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式來進一步說明本發明。
實施例1
一種多相變點的相變蓄熱材料，使用以下質量材料級步驟進行製備：木糖醇30g，氯化鉀20g，去離子水43g，司盤1.8g，羧甲基纖維素3g，硼砂2.2g。首先將氯化鈉溶於去離子水中配置成氯化鈉鹽溶液，再加入木糖醇，快速攪拌至完全溶解，隨後將司盤與羧甲基纖維素加入，以800r/min的攪拌速率快速攪拌至粘稠狀態，最終加入硼砂，攪拌1小時後取樣測定DSC。
使用差示量熱掃描儀(DSC)測試其相變溫度，得到如圖1具有兩個相變溫度點的相變材料，兩個相變溫度點的峰值溫度分別為13℃和-10℃，總體相變潛熱為225kJ/kg，可有效應用於食品冷凍冷藏及醒酒的整個過程。
實施例2
一種多相變點的相變蓄熱材料，使用以下質量材料級步驟進行製備：山梨醇28g，去離子水67g，脂肪醇聚氧乙烯醚0.8g，明膠2g，硫化銅2.2g。首先將山梨醇加入離子水中快速攪拌完全熔融以配置成有機溶液，隨後加入脂肪醇聚氧乙烯醚及明膠，以800r/min的攪拌速率快速攪拌至粘稠狀態，最終加入硫化銅，攪拌1小時後取樣測定DSC。
使用差示量熱掃描儀(DSC)測試其相變溫度，得到具有兩個相變溫度點的相變材料，兩個相變溫度點的峰值溫度分別為10℃和-1℃，總體相變潛熱為230kJ/kg，可有效控制特殊藥品冷藏運輸過程中的箱體溫度。
實施例3
一種多相變點的相變蓄熱材料，使用以下質量材料級步驟進行製備：赤蘚糖醇40g，氯化鈉20g，去離子水35g，月桂醇硫酸鈉1.2g，氣相二氧化矽2g，氧化鈣1.8g。首先將20g氯化鉀溶於去離子水中配置成氯化鉀鹽溶液，再加入赤藻糖醇，快速攪拌至完全溶解，隨後將氣相二氧化矽與月矽酸硫酸鈉加入，以800r/min的攪拌速率快速攪拌至粘稠狀態，最終加入氧化鈣，攪拌1小時後取樣測定DSC。
使用差示量熱掃描儀(DSC)測試其相變溫度，得到具有兩個相變溫度點的相變材料，兩個相變溫度點的峰值溫度分別為20℃和-20℃，總體相變潛熱為230kJ/kg，可有效控制藥品冷藏運輸過程中的箱體溫度。
表面活性劑作為穩定劑可均勻分散在液體中，以提高增稠劑與溶液之間的相容性，與增稠劑配合使用可避免材料分層或分相；同時其也可作為成核劑使相變材料均勻成核，降低過冷度。
儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。