一种双向控温的相变材料、制备方法及其用途与流程

本发明涉及相变材料技术领域，尤其涉及一种双向控温的相变材料、制备方法及其用途。

背景技术：

在现有冷链系统中，相关的相变材料种类很多，且有很多的研究机构和企业都进行了大量的研究和开发工作，但现今常用的相变材料大多为单项控温，即控温条件仅适用于外界环境高于相变温度的状态下，当外界环境温度低于相变温度时材料并不能有效地控制在特定温度甚至特定范围内，这主要是材料过冷度过于严重所致。

相变材料在冷链物流领域中有很大的应用空间，以往市场上常单纯利用水的显热来进行温度调控，但是如此耗用的水量及其所占用体积都很巨大，使得设计系统较为笨重复杂。现今市场上也常应用各种有机物或盐溶液作为相变储能材料替代水，通过液固相变时的放热将“冷”储存起来，即相变蓄冷，而当外界温度变高时再将“冷”释放出来以控制周围温度在低于室温甚至零度以下，这样不仅减少了水的耗用量，也提高了材料利用效率，提升相应控温时间。

相变蓄冷技术关键在于相变蓄热材料，但现在可应用于冷链物流中的相变材料大多过冷严重，这造成在相变蓄冷时材料要求处于极低的环境温度下，这就要求较大的能耗；同样地，当相变材料在低温下使用时也可能会因为环境温度高于液固相变所需的最高温度而无法实现相变，这也就意味着相变材料无法进行双向控温。随着冷链物流的快速发展，单向控温并不能承受不同地区之间的气温差异，因而双向控温技术有着广大的应用前景。首当其冲的便是充分解决冷链材料中的过冷问题，缺乏一种在减小过冷的条件下，无需在超低温条件下进行储冷，对储冷设备要求低，且控温效果好的相变材料。

因此，如何有效控制相变材料过冷问题以实现双向控温并减少能量损耗是本领域技术人员致力于研究的方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，通过相变材料的过冷度而得到不同的控温范围，该应用是固-液相变及液-固相变双向控温的，无需过度能耗，且蓄“冷”释“热”密度大，可有效应用于冷链物流领域。

本发明以有机、无机或其混合溶液为主要相变材料，随后视情况添加相应的增稠剂和成核剂作为辅助材料。成核剂可调控相变材料的过冷度；增稠剂既可保持整个相变体系的稳定，又可减少在物流过程中制动对材料冲击而产生的不安全因素。

本发明采取的技术方案是：

本发明的一种双向控温的相变材料包括以下重量百分比的原料：相变材料80～98％；成核剂1～10％，增稠剂1～10％。

作为优选的技术方案之一，本发明的相变材料包括以下重量百分比的原料：相变材料85％；成核剂5％，增稠剂10％。

作为优选的技术方案之二，本发明的相变材料包括以下重量百分比的原料：相变材料90％；成核剂5％，增稠剂5％。

作为优选的技术方案之三，本发明的相变材料包括以下重量百分比的原料：相变材料95％；成核剂2％，增稠剂3％。

作为优选的技术方案之四，本发明的相变材料包括以下重量百分比的原料：相变材料88％；成核剂2％，增稠剂10％。

所述的相变材料为醇类、烷烃或酯类有机材料的一种或两种；或为无机盐水溶液，或者为有机与无机盐的共混溶液。

所述的成核剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、氧化钙、滑石粉、蒙脱土、硫化铜、膨胀石墨、季戊四醇、硼砂、氢氧化锶中的一种或者几种。

所述的增稠剂为高吸水树脂、气相二氧化硅、羧甲基纤维素、膨润土、聚丙烯酸钠等中的一种或几种。

本发明的相变材料的制备方法的具体步骤如下：

先配制好相变材料，随后快速搅拌，将增稠剂一点点加入其中，在均匀粘稠状态下添加成核剂，达到分散悬浮状态。

本发明的相变材料可以用于过冷度以实现冷链物流中双向控温。

本发明的积极效果如下：

本发明中的双向控温的相变材料既可节约储冷过程中的能源损耗、缩短储冷时间，又可在寒冷地区同样达到控温的效果，有效匹配夏季和冬季温度状况，提高其应用效率。

附图说明

图1是冰冻材料(应用于食品及特殊用途)的DSC测试效果图。

图2是冰温材料(应用于果蔬、肉类等保鲜)的DSC测试效果图。

图3是冷藏材料(应用于医药、疫苗等运输)的DSC测试效果图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

实施例1

一种双向控温的相变蓄热材料，使用以下质量材料级步骤进行制备：氯化钠22.4g，氯化钙3g，水77.6g，氢氧化锶5g，羧甲基纤维素10g。首先将水加入到反应釜中，随后将氯化钠和氯化钙通过加料口加到水中，搅拌溶解后，在高速搅拌下缓慢将羧甲基纤维素倒入，快速搅拌20分钟后呈浆糊状，再缓慢加入5g氢氧化锶，混合分散均匀后取出样品进行DSC测试。

使用差示量热扫描仪(DSC)测试其相变温度，得到如图1具有双向控温的相变材料，其熔融、结晶起始相变温度的分别为-22℃和-24℃，这也说明无论是在零上高温还是在零下低温的外界条件下，使用该材料都可将体系温度控制在-24～-22℃，且同样的材料不必在特别低温下冷冻才能进行储冷，即为本材料可在普通冰箱(最低至-24～-25℃)中进行储冷10h即可使用，而同种类相变材料则需在-25℃以下的深冷环境中进行储冷，否则在-25℃下同等时间无法达到完全储冷效果。本材料可应用于冷饮冷藏领域。

实施例2

一种双向控温的相变蓄冷材料，使用以下质量材料级步骤进行制备：甘露醇7g，氯化钾2g，水1000g，滑石粉3g，高吸水树脂10g。首先将水加入到反应釜中，随后将甘露醇和氯化钾通过加料口加到水中，搅拌溶解后，在高速搅拌下将高吸水树脂缓慢倒入，搅拌20分钟后呈胶状，再缓慢加入3g滑石粉，混合分散均匀后取出样品进行DSC测试。

使用差示量热扫描仪(DSC)测试其相变温度，得到如图2具有双向控温的相变材料，其熔融、结晶起始相变温度的分别为-2℃和-4℃，这也说明无论是在零上高温还是在零下低温的外界条件下，使用该材料都可将体系温度控制在-5～0℃,而不至于产生大量过冷使温度超出此范围。可应用于果蔬冰温保鲜及肉鱼保鲜。

实施例3

一种双向控温的相变储冷材料，使用以下质量材料级，按步骤进行制备：十三烷13g，十四烷87g，纳米二氧化硅10g。首先将十三烷及十四烷分别通过加料口加入到反应釜中，搅拌混合均匀，随后在高速搅拌下将纳米二氧化硅加入反应釜中，搅拌20分钟后取出进行DSC测试。

使用差示量热扫描仪(DSC)测试其相变温度，得到如图3具有双向控温功能的相变材料，其熔融、结晶起始相变温度的分别为6℃和2℃，这也说明无论是在零上高温还是在零下低温的外界条件下，使用该材料都可将体系温度精准控制在2～8℃，可应用于医药冷链物流领域。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。