一种低温冷藏水合盐相变材料及其制备方法和应用与流程

本发明无机材料技术领域，具体涉及一种低温冷藏水合盐相变材料及其制备方法和应用。

背景技术：

随着我国市场经济的快速发展、医疗水平的迅猛提升，对医药品质量的要求逐步提升，医药冷链物流领域也得到了特别重视。尤其是在山东疫苗事件发生后，国家规定“疫苗生产企业应当直接向县级疾病预防控制机构配送第二类疫苗，或者委托具备冷链储存、运输条件的企业配送。接受委托配送第二类疫苗的企业不得委托配送。”这便意味着低温医药冷链市场迎来了史无前例的发展机遇。但机遇必然伴随着挑战，现在医药冷链物流大多使用电力冷藏车，一旦在运输途中出现发电机损坏供电不足，则会导致较为严重的损失。相变蓄冷材料便可在运输过程中起到保护性作用，即利用电力与蓄冷剂进行双重冷藏；甚至可将相变蓄冷剂放于保温箱或保温车中对医药品进行冷藏，使内部温度持续在2~8℃之间。

但现在市场上的一些蓄冷剂还是存在一些问题的，例如其在冰盒已冰冻的前提下只能将内部温度控制低于上限温度（8℃），当外界环境温度低于2℃时，内部温度也是会急剧下降的，无法达到长期控温于2~8℃范围内。

本发明中所描述的相变蓄冷剂可将温度有效控制在2~8℃内，相变潜热较高，双向控温，控温时间长，成本可观，无毒无害，应用前景广阔，可广泛应用于医药冷链及食品保鲜等领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，目的之一是在于提供一种双向控温的相变蓄冷材料，该相变材料潜热值达到较高的110~145kj/kg，呈凝胶稳定状态，可有效应用于医药冷链领域。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

一种低温无机冷藏水合盐相变材料，按重量份数计，所述低温蓄冷材料包括如下组份：硫酸钠23~34.5份、去离子水30.5~45份、晶粒细化剂0.3~1份、增稠剂1~3份、温度调节剂15~40份、成核剂2~6份。

优选的，按重量份数计，所述低温蓄冷材料包括如下组份：硫酸钠28份、去离子水38份、晶粒细化剂0.6份、增稠剂2份、温度调节剂27份、成核剂4份。

优选的，所述晶粒细化剂为选自六偏磷酸钠、四甲基草酸铵、磷酸三钠、三聚磷酸钠中的一种或几种。

优选的，所述增稠剂为选自羧甲基纤维素（ⅱ）、淀粉、蔗糖、蜂蜡、气相二氧化硅、明胶、树胶、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、膨润土、凹凸棒黏土中的一种或几种。

优选的，所述温度调节剂为选自氯化钾、氯化钠、硝酸钠、硝酸钾、氯化铵中至少两种混合物，且必然包含的一组分为氯化铵。

优选的，所述成核剂可为四硼酸钠、四硼酸锂、四硼酸胺、石墨、活性炭、碳纳米管、二氧化硅、蒙脱土、焦磷酸钠、硅酸钠中的一种或几种。

另外，本发明还要求保护所述低温无机冷藏水合盐相变材料的制备方法，具体步骤为：（1）按重量配比分别称取硫酸钠、去离子水、晶粒细化剂、温度调节剂，从进料口添加到反应釜中，并设定反应釜温度为35~60℃；（2）随后加入相应重量份的增稠剂，快速搅拌，使反应釜中的各个组分均匀分散；（3）将成核剂研磨粉碎后加入反应釜中，搅拌均匀即得所述低温无机冷藏水合盐相变材料。

并且，本发明还保护所述低温无机冷藏水合盐相变材料在医药、果蔬冷链物流领域的应用。

本发明提供的相变蓄冷材料，与以往的相变材料相比，具有以下的明显有益效果：

（1）本发明相变材料生产流程简易，原材料易得且成本低廉；

（2）本发明采用多重温度调节剂相互协调，使得降温效果更为明显，且储能密度较高达280~300j/cm³；

（3）本发明晶粒细化剂的添加可使材料晶体粒径降低，成核剂可助其快速且均匀结晶，这可减少溶融与结晶双向温度的滞后性，从而控制在规定范围内（2~8℃）；

（4）本发明通过各种辅料的相互协调，使得本蓄冷材料性能稳定，至少可达到上千次冷热循环。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备相变蓄冷材料的t-t实测升温效果图。

图2为本发明实施例1所制备相变蓄冷材料的t-t实测降温效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种低相变点的相变蓄冷材料的制备方法，具体步骤为：（1）首先称取硫酸钠22g，去离子水28g，六偏磷酸钠0.7g，气相二氧化硅2g，硝酸钠17g，氯化铵18g，四硼酸钠3g，备用；（2）将硫酸钠、去离子水、六偏磷酸钠、硝酸钠、氯化铵从进料口添加到反应釜中，加热至55℃搅拌均匀；（3）随后加入气相二氧化硅，调节转速至800r/min快速搅拌，使反应釜中的各个组分均匀分散；（4）将成核剂四硼酸钠研磨粉碎后加入反应釜中，搅拌均匀即得所述低相变点的相变蓄冷材料。

对实施例制备的低相变点的相变蓄冷材料进行溶融状态和结晶状态的温变情况测定，结果显示如图1和图2，其中，溶融状态的平台温度约为6.7℃，结晶状态时显示平台温度约为5.4℃，差示量热扫描仪（dsc）测试其潜热值为145kj/kg。可有效应用于医药冷链物流领域，在南北方均可得到双向温控应用。

实施例2

一种低相变点的相变蓄冷材料的制备方法，具体步骤为：（1）首先称取硫酸钠25g，去离子水33g，磷酸三钠0.5g，羧甲基纤维素钠（ⅱ）3g，硝酸钾15g，氯化铵15g，焦磷酸钠4g，备用；（2）将硫酸钠、去离子水、磷酸三钠、硝酸钾、氯化铵从进料口添加到反应釜中，加热至39℃搅拌均匀；（3）随后加入羧甲基纤维素钠（ⅱ），调节转速至800r/min快速搅拌，使反应釜中的各个组分均匀分散；（4）将成核剂焦磷酸钠研磨粉碎后加入反应釜中，搅拌均匀即得所述低相变点的相变蓄冷材料。

对实施例制备的低相变点的相变蓄冷材料进行溶融状态和结晶状态的温变情况测定，其中，溶融状态的平台温度为6℃，结晶状态时显示平台温度为4.2℃，差示量热扫描仪（dsc）测试其潜热值为132kj/kg。可有效应用于医药、果蔬冷链物流领域，在南北方均可得到双向温控应用。

实施例3

一种低相变点的相变蓄冷材料的制备方法，具体步骤为：（1）首先称取硫酸钠28g，去离子水35g，四甲基草酸铵0.8g，聚丙烯酸钠2.5g，氯化钾7g，氯化铵25g，硅酸钠2.8g，备用；（2）将硫酸钠、去离子水、四甲基草酸铵、氯化钾、氯化铵从进料口添加到反应釜中，加热至45℃搅拌均匀；（3）随后加入聚丙烯酸钠，调节转速至800r/min快速搅拌，使反应釜中的各个组分均匀分散；（4）将成核剂硅酸钠研磨粉碎后加入反应釜中，搅拌均匀即得所述低相变点的相变蓄冷材料。

对实施例制备的低相变点的相变蓄冷材料进行溶融状态和结晶状态的温变情况测定，其中，溶融状态的平台温度为6.2℃，结晶状态时显示平台温度为4.5℃，差示量热扫描仪（dsc）测试其潜热值为138kj/kg。可有效应用于医药、果蔬冷链物流领域，在南北方均可得到双向温控应用。

实施例4

一种低相变点的相变蓄冷材料的制备方法，具体步骤为：（1）首先称取硫酸钠32g，去离子水42.5g，三聚磷酸钠0.4g，膨润土3g，氯化钠8g，氯化钾13g，氯化铵16g，四硼酸胺5g，备用；（2）将硫酸钠、去离子水、三聚磷酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化铵从进料口添加到反应釜中，加热至60℃搅拌均匀；（3）随后加入膨润土，调节转速至800r/min快速搅拌，使反应釜中的各个组分均匀分散；（4）将成核剂四硼酸胺研磨粉碎后加入反应釜中，搅拌均匀即得所述低相变点的相变蓄冷材料。

对实施例制备的低相变点的相变蓄冷材料进行溶融状态和结晶状态的温变情况测定，其中，溶融状态的平台温度为6.9℃，结晶状态时显示平台温度为5.6℃，差示量热扫描仪（dsc）测试其潜热值为150kj/kg。可有效应用于医药、果蔬冷链物流领域，在南北方均可得到双向温控应用。

对比例1

一种相变蓄冷材料的制备方法，具体步骤为：（1）首先称取硫酸钠22g，去离子水28g，六偏磷酸钠0.7g，气相二氧化硅2g，氯化铵18g，四硼酸钠3g，备用；（2）将硫酸钠、去离子水、六偏磷酸钠、氯化铵从进料口添加到反应釜中，加热至55℃搅拌均匀；（3）随后加入气相二氧化硅，调节转速至800r/min快速搅拌，使反应釜中的各个组分均匀分散；（4）将成核剂四硼酸钠研磨粉碎后加入反应釜中，搅拌均匀即得所述相变蓄冷材料。

对实施例制备的低相变点的相变蓄冷材料进行溶融状态和结晶状态的温变情况测定，其中，溶融状态的平台温度为20℃，结晶状态时显示平台温度为18.5℃，差示量热扫描仪（dsc）测试其潜热值为168kj/kg。结果显示，当仅适用一种温度调节剂，且用量少时，其降温效果并不是很明显，不满足所要求的2~8℃冷链控温区间。

对比例2

一种相变蓄冷材料的制备方法，具体步骤为：（1）首先称取硫酸钠22g，去离子水28g，六偏磷酸钠0.7g，气相二氧化硅2g，硝酸钠44.3g，四硼酸钠3g，备用；（2）将硫酸钠、去离子水、六偏磷酸钠、硝酸钠从进料口添加到反应釜中，加热至55℃搅拌均匀；（3）随后加入气相二氧化硅，调节转速至800r/min快速搅拌，使反应釜中的各个组分均匀分散；（4）将成核剂四硼酸钠研磨粉碎后加入反应釜中，搅拌均匀即得所述低相变点的相变蓄冷材料。

对实施例制备的低相变点的相变蓄冷材料进行溶融状态和结晶状态的温变情况测定，其中，溶融状态的平台温度为8℃，结晶状态时显示平台温度为5℃，差示量热扫描仪（dsc）测试其潜热值为68kj/kg。此材料单项温度调节剂掺杂量增多，虽然温度有所降低，勉强满足2~8℃要求，但其潜热值下降程度过多，与同体积的水相比并没有优势可言。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。