一种高储能密度相变蓄冷材料及制备方法与流程

技术领域：

本发明属于复合相变蓄冷领域，具体涉及一种基于癸醇-十四醇/膨胀石墨二元复合相变蓄冷材料。

背景技术：

我国医药品冷链物流发展还不完善，大多数还只是以“泡沫箱+冰袋”的形式打包快递寄出。这种方式虽然降低了运输成本，但是存在着很大的安全隐患。因为冰的熔点为0℃，而刚冻结好的冰袋的温度通常低于0℃，这样的温度环境显然低于疫苗运输所需的2~8℃，这种情况往往会使疫苗在运输途中有发生冻结的风险，导致疫苗活性降低甚至有引发人体病变的危险。而相变材料癸醇-十四醇（da-ma）作为一种有机二元相变储能材料，由于其适宜的相变温度(3℃)、相对较高的相变潜热(189j/g)、无毒、对环境友好、价格便宜等优点越来越受到人们的重视。然而，癸醇-十四醇有机相变材料具有较低的导热系数，限制了癸醇-十四醇作为相变储冷材料的应用。因此研究如何使癸醇-十四醇提高潜热值和提高热导系数成为研究癸醇-十四醇有机相变材料的研究热点。

目前还没有具有较大相变潜热（相变温度为3.55℃）的有机相变材料的相关报道。

目前已有关于添加添加剂来提高导热系数的相关研究的研究，但结果都会大大降低相变潜热值，以损失一部分相变潜热来弥补其他不足。

因此开发一种操作简单、低成本、高产量、高性能的癸醇-十四醇/膨胀石墨二元复合相变储冷材料的制备方法具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有的制备技术在脂肪醇相变储能材料及其制备方法方面所存在的不足，本发明提供了一种基于癸醇-十四醇的复合相变储冷材料的制备方法。该方法为将膨胀石墨加入液态癸醇-十四醇，用保鲜膜密封后放入真空干燥箱中，然后抽真空至箱内压力为-0.1mpa，常温下对其进行真空吸附18-28h，每隔6小时对样品搅拌15-25min，以保证吸附效果，制得da-pa/eg复合相变材料。所制备的复合材料对癸醇-十四醇原有的相变潜热值，略有降低，但是提高材料导热性能。该复合材料制备方法反应条件可控，设备要求简单，易于实现批量生产，有利于稳定地储存冷量，加快充冷时间和保护环境。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

称取癸醇和十四醇放到烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器上，在20-35℃加热温度、搅拌8-18分钟，保证癸醇和十四醇充分均匀混合，再将混合物自然冷却到室温，得到da-pa二元低共熔混合物；

将可膨胀石墨置于真空干燥箱中，在常压、65℃条件下干燥24小时以烘干其中水分。称取适量干燥后的可膨胀石墨平铺在特制的钢杯中，把钢杯放在700℃的电阻炉中热处理40秒，得到疏松多孔的膨胀石墨；

将膨胀石墨加入癸醇和十四醇低共熔混合物，用保鲜膜密封后放入真空干燥箱中，然后抽真空至箱内压力为-0.1mpa，对其进行真空吸附16-26小时；

将混合物经玻璃棒每隔6小时对样品搅拌20分钟；

将搅拌好的混合物自然冷却，得到癸醇-十四醇/膨胀石墨复合相变储热材料。

上述步骤(1)中的混合物为质量比为癸醇85-90%、十四醇10-15%、膨胀石墨5-10%。

上述步骤(2)中的热处理40秒，为使膨胀石墨充分膨胀。

上述步骤(3)中的真空吸附16-26小时，为使癸醇-十四醇/膨胀石墨二元混合物充分被膨胀石墨吸附。

上述步骤(4)中每隔6小时对样品搅拌20分钟，以保证材料能够均匀吸附。

上述步骤(5)中的混合物自然冷却时间大约为20分钟。

与现有技术相变，本发明具有以下优点：

（1）本发明制备的癸醇-十四醇/膨胀石墨二元复合相变储冷材料的相变温度为3-5℃，与纯癸醇-十四醇二元相变材料基本无变化；相变潜热值为176～185j/g，比原材料的相变潜热值（癸醇-十四醇二元相变材料180-189j/g）略有降低；导热系数为0.928～0.956w/(m•k)，约比原材料0.128～0.401w/(m•k)的导热系数高336.42%。

（2）本发明制备的复合相变材料提高了癸醇-十四醇二元复合相变材料的导热系数。

（3）反应条件温和可控，需要的设备比较简单，易于实现低成本大批量生产。

（4）环境污染少，制备过程全程绿色环保。

（5）制备的癸醇-十四醇/膨胀石墨二元复合相变储冷材料中，各项成分分布均匀，相变储冷性能优良。

附图说明：

图1是本发明制备的癸醇-十四醇/膨胀石墨二元复合相变储冷材料的差示扫描量热图。

图2是本发明制备的癸醇-十四醇/膨胀石墨二元复合相变储冷材料的步冷曲线图。

具体实施方式：

称量癸醇32.5g、十四醇4.8g和膨胀石墨2.7g，置于烧杯中，用玻璃棒搅拌；

将2.7g可膨胀石墨置于真空干燥箱，在700℃的电阻炉中热处理40秒；

将膨胀石墨加入癸醇和十四醇低共熔混合物，用保鲜膜密封后放入真空干燥箱中，然后抽真空至箱内压力为-0.1mpa，对其进行真空吸附24小时；

将混合物经玻璃棒每隔6小时对样品搅拌20分钟；

将搅拌好的混合物自然冷却，得到癸醇-十四醇/膨胀石墨复合相变储热材料。

图1是癸醇-十四醇/膨胀石墨复合相变材料的差式扫描曲线图，得出癸醇-十四醇/膨胀石墨复合相变材料的相变温度为3.55℃，相变潜热为172.3j•g-1。通过对比癸醇-十四醇复合相变材料，添加膨胀石墨后癸醇-十四醇二元相变材料相变温度下降了0.22℃，没有显著影响相变温度；相变潜热下降了5.9j•g-1，这是因为在复合相变体系中，加入膨胀石墨仅对相变材料内部提供了机械强度，并不会对相变材料的凝固结晶速率产生影响，膨胀石墨的加入使得相变材料占比减小，单位相变潜热必然下降。添加膨胀石墨后的相变温度仍处于所寻求的温度段范围内，同温度范围内癸醇-十四醇/膨胀石墨复合相变材料相变潜热较高。结论表明癸醇-十四醇/膨胀石墨复合相变材料具有适当的相变温度和较高的潜热，是2-8℃温区段冷链物流的优质选择。

图2为添加膨胀石墨前后的癸醇-十四醇步冷曲线图。在添加膨胀石墨后的步冷曲线中，显示显热降温时期，癸醇-十四醇从15℃降低到3.75℃用时480s，而癸醇-十四醇/膨胀石墨用时300秒，时间缩短了37.5%。从传热传质角度来看，降温过程中癸醇-十四醇主要以自然对流的传热方式，添加膨胀石墨后，由于膨胀石墨的多孔结构，形成较为完善的热传导网络模型，同时削弱了降温过程的对流换热，增强了热传导换热，因此添加膨胀石墨后充冷速率显然加快。癸醇-十四醇和癸醇-十四醇/膨胀石墨复合相变材料的热导率通过热常数分析仪测量。测得癸醇-十四醇的导热系数为0.276w•(m•k)-1，这对于冷量储存而言太低。同时测量制备的癸醇-十四醇/膨胀石墨复合相变材料为0.942w•(m•k)-1，高于癸醇-十四醇，提升了341.30%。所有结果都表明了由于添加了膨胀石墨，增加了导热率充冷速率显着增加。结果显示通过癸醇-十四醇和癸醇-十四醇/膨胀石墨复合膨胀石墨的性能对比，表明将相变材料吸附到高导热率的多孔结构材料中，是一种提高导热系数的有效方法。

本发明制备的癸醇-十四醇/膨胀石墨二元复合相变储冷材料的相变温度为3.55℃；相变潜热值为176～185j/g；导热系数为0.928～0.956w/(m•k)。

综上，本发明制备的癸醇-十四醇/膨胀石墨二元复合相变储冷材料的相变温度与癸醇-十四醇相变温度相差不大，提高热导率，增强了材料的综合充冷能力，且工艺方法简单，方便实用。