一种石蜡相变乳液及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及相变乳液技术领域，具体涉及一种石蜡相变乳液及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 相变乳状液是由相变材料液滴悬浮在单相传热流体(如液态水）中而形成的一种 均匀相乳状液。由于其中的相变材料在相变温度点时会吸收或释放大量潜热，同时乳状液 又具有良好的流动性，因此相变乳状液是很受关注的一类潜热输送型功能热流体。日本的 Inaba等、天津大学赵镇南等、清华大学张寅平等、加拿大多伦多大学的P.Schalbart等对十 四烷石蜡乳状液的制备、性能测试及其流动与传热理论和实验进行了一系列的研究，十四 烷石蜡的相变点为5.8°C左右，因此，十四烷石蜡乳状液主要用作蓄冷工质。近年来，有关石 蜡相变乳状液用于蓄热方面的研究也越来越多，比如中科院能源所的邹得球等研究了相变 温度为80-90°C的四十四烷石蜡乳状液的制备与性能，主要用于太阳能和工业余热利用。相 变乳状液是一种新型的储热、储冷及传热介质，在建筑物供暖、热水供应、空调系统、太阳能 利用、电力"移峰填谷"、废热和余热回收利用等领域具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种石蜡相变乳 液，该石蜡相变乳液的固含量可高达30_40wt. %，具有良好的稳定性和分散性。
[0004] 本发明的另一目的在于提供一种石蜡相变乳液的制备工艺，该制备工艺步骤简 单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模工业化生产。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现:一种石蜡相变乳液，所述石蜡相变乳液包 括如下重量百分比的原料： 石蜡 30%_50% 乳化剂6%_10%; 所述石蜡相变乳液还包括稳定剂，稳定剂与乳化剂的重量比为1/3-1/2。
[0006] 本发明的石蜡相变乳液的固含量可高达30_40wt. %，具有良好的稳定性和分散性。
[0007] 优选的，所述石蜡相变乳液包括如下重量百分比的原料： 石蜡 35%-45% 乳化剂7-9%; 所述石蜡相变乳液还包括稳定剂，稳定剂与乳化剂的重量比为9/24-11/24。
[0008] 更为优选的，所述石蜡相变乳液包括如下重量百分比的原料： 石蜡40% 乳化剂8%; 所述石蜡相变乳液还包括稳定剂，稳定剂与乳化剂的重量比为5/12。
[0009] 优选的，所述乳化剂的HLB值为10-11。本发明通过将乳化剂的HLB值控制在10-11， 制得的石蜡相变乳液的流动性和稳定性好。更为优选的，所述乳化剂的HLB值为10.5。
[0010] 优选的，所述乳化剂是由斯盘-80和吐温-80以重量比1:1.2-1.8组成的混合物。本 发明通过采用斯盘-80和吐温-80作为乳化剂复配使用，并控制其重量比为1:1.2-1.8，制得 的石蜡相变乳液的流动性和稳定性好。更为优选的，所述乳化剂是由斯盘-80和吐温-80以 重量比40.6%: 59.4%组成的混合物。
[0011] 另一优选的，所述乳化剂是由斯盘-80和吐温-20以重量比1:0.8-1.2组成的混合 物。本发明通过采用斯盘-80和吐温-20作为乳化剂，并控制其重量比为1:0.8-1.2,制得的 石蜡相变乳液的流动性和稳定性好。更为优选的，所述乳化剂是由斯盘-80和吐温-80以重 量比1:1组成的混合物。
[0012] 优选的，所述石蜡为58#石蜡。58#石蜡的相变温度约为58.5°C，本发明通过采用 58#石蜡，制得的石蜡相变乳液的流动性和稳定性好。
[0013] 所述稳定剂为硬脂酸。本发明通过采用硬脂酸作为稳定剂，提高了石蜡相变乳液 的稳定性。
[0014] 优选的，所述石蜡相变乳液还包括0.1%-1%的高导热材料。本发明通过加入高导热 材料，并控制其用量为〇.1%_1%，可以提高石蜡相变乳液的储热及传热性能。
[0015] 所述高导热材料为碳纳米管和/或石墨烯。本发明通过采用碳纳米管和/或石墨烯 作为高导热材料，可以提高石蜡相变乳液的储热及传热性能。优选的，所述高导热材料是由 碳纳米管和石墨烯以重量比〇. 8-1.2:1组成的混合物。
[0016] 优选的，所述石蜡相变乳液还包括1%-2%的纳米颗粒。本发明通过加入纳米颗粒， 并控制其用量为1 %_2%，制得的石蜡相变乳液的固含量可高达30_40wt. %，具有良好的稳定 性和分散性。
[0017] 所述纳米颗粒为纳米二氧化硅颗粒和/或纳米三氧化二铝颗粒。本发明通过采用 纳米二氧化硅颗粒和/或纳米三氧化二铝颗粒作为纳米材料，制得的石蜡相变乳液的具有 良好的稳定性和分散性。优选的，所述纳米颗粒是由纳米二氧化硅颗粒和/纳米三氧化二铝 颗粒以重量比1:0.5-1.5组成的混合物。
[0018] -种石蜡相变乳液的制备方法，包括如下步骤： (1) 按原料的重量百分比称取石蜡、乳化剂、稳定剂和水； (2) 将石蜡、乳化剂和稳定剂加入容器中混合，在70-80°C恒温水浴中熔化，加入占水总 重量1/4-1/2的水； (3) 升温至80-85°C，搅拌均匀，加入剩余的水，乳化35-45min，制得石蜡相变乳液。
[0019] 本发明的制备工艺步骤简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低， 可大规模工业化生产。
[0020] 本发明制得的石蜡相变乳状液的乳化性能表征如下： A、稳定性测定 (1)离心法:使用高速离心机在3000r/min的转速下测定乳状液的稳定性，离心30min， 若乳状液不发生相分离则为稳定。
[0021] (2)选择上述实验中较好的配方进行长时间静置观察：将石蜡乳状液在室温下静 置30d后，测量乳状液的体积(Vo)占整个液相体积(Vt)的分数，其值越大，表明所制备的乳 状液越稳定。
[0022] B、石蜡乳状液类型评定 采用冲淡法。取少许石蜡乳状液，加入少量水，轻轻搅拌，易与水掺合者为水包油型(0/ W)，反之，为油包水型(W/0)。
[0023] C、分散性能测定 分为五级评价，优劣顺序为:一级最好，五级最差。
[0024] 一级将石蜡乳状液滴入水中，能迅速地分散成带蓝色荧光云雾状分散液，稍加搅 动后成蓝色或苍白色透明溶液。
[0025]二级将石蜡乳状液滴入水中能迅速自动分散成蓝白色云雾状带荧光的分散液，稍 加搅动成蓝色半透明溶液。
[0026]三级将石蜡乳状液滴入水中，呈白色云雾状或条状分散液，搅动后得乳白色稍带 荧光的不透明乳状液。
[0027] 四级将石蜡乳状液滴入水中，呈白色微粒浮在水面，搅动后仍能成为乳白色不透 明的乳状液。
[0028] 五级将石蜡乳状液滴入水中，呈大颗粒浮在水面，搅动后虽能乳化，但立即发生分 层，蜡上浮。
[0029] 本发明选用Span80、阿拉柏树胶、0P10、Tween80、Tween20、十二烷基苯磺酸钠 (SDBS)、六偏磷酸钠分别作为单一乳化剂进行乳化实验(石蜡质量分数为30%，乳化剂质量 分数为6%，乳化时间40min，乳化温度80°C)，使用离心实验分析样品的稳定性，如表1所示。 [00 30]表1单一乳化剂对58#石錯的乳化效果
从表1可以看出，采用单一乳化剂所制备的石蜡乳状液效果并不好。当HLB(亲油亲水平 衡值)〈8时，所制备出来的乳状液呈膏体，当HLB>13时，石蜡乳状液蜡粒粗大不均匀，分层。 根据文献资料分析，结合本实验结果，可知制备石蜡乳状液的HLB值最好介于8~12之间，但 位于这个区间的单一乳化剂比较难于寻找，因此，本工作考虑通过乳化剂的复配来达到需 要的HLB值。乳化剂的复配可通过如下公式（1)计算：
其中：HLBa表示A物质的HLB值;Wa表示A物质的质量分数;HLBb表示B物质的HLB值;W b表 示B物质的质量分数。
[0031 ] 本发明进一步选用Span60、Tween80、0P10、Tween20四种乳化剂进行两两复配得到 新型复配乳化剂、其HLB值控制在9-12之间。其中，乳状液的总质量定为50g，其中石蜡为 158，水为31.88，各类助剂共3.2 8，乳化时间4〇1^11，乳化温度80°(：。实验结果如表2所示。 [0032] 表2复配乳化剂对58#石蜡的乳化效果
由表2可知，乳化剂HLB值小于10时，乳状液出现分层，且上层乳状液成膏体；随着乳化 剂HLB的增加，乳状液的稳定性和分散性随之增强，粒