本发明属于相变材料
技术领域：
，具体涉及一种有机相变流体材料及其制备方法和应用。
背景技术：
：相变材料是潜热储热技术的核心。其最大的特点是在温度不变的情况下，通过改变物质相态或晶型结构，并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。正由于相变材料具有对热量的存储或快速释放，吸引了众多研究者纷纷投入大量人力、物力、财力进行研究。然而目前相变材料大致可以分为两类：无机物和有机物。无机相变材料，它们具有高的相变潜热、不具可燃性和低成本等优点。但是，无机相变材料，尤其是水合无机盐，也存在一些固有的缺点：在相变过程中容易失去结晶水而造成其结晶成核性能差，还存在过冷现象等，从而降低了材料的储、放热性能和循环使用寿命。有机相变材料，如石蜡、脂肪酸和脂肪醇，具有较高的相变潜热150～240j/g，并且几乎无过冷度，热稳定性较好。然而，在相变过程中还存在热导率低、可燃性、液体的流动性等问题。技术实现要素：针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种有机相变流体材料的制备方法。本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的有机相变流体材料。本发明的再一目的在于提供上述新型相变材料在潜热储热中的应用。本发明目的通过以下技术方案实现：一种新型有机相变材料的制备方法，包括如下制备步骤：(1)将乳化剂、成核剂、水和甘油混合后，再加入纳米级氮化铝和二硫化钼，混合均匀得到浑浊溶液；(2)将步骤(1)中所得浑浊溶液与相变材料混合均匀后，得到脂肪酸酯水性乳液，冷却至室温后，得到流体相变材料。步骤(1)所述混合优选为预先加热至70～80℃再进行混合。步骤(1)所述乳化剂为阿拉伯树胶粉、壬苯醇醚、聚氧乙烯月桂醇醚、十二烷基七聚乙二醇醚、十六烷基1,3丙二醇醚、鲸蜡醇聚醚-12、硬脂醇聚醚-2、硬脂醇聚醚-20、硬脂醇聚醚-100和油醇聚醚-8中的至少一种。优选地，步骤(1)所述乳化剂为所述的两种或三种，当所述乳化剂为壬苯醇醚和鲸蜡醇聚醚-12时，质量比为1:1～6:1，更优选为2:1～3:1；当所述乳化剂为硬脂醇聚醚-100、硬脂醇聚醚-20和硬脂醇聚醚-2时，质量比为1:1:1～6:1:2；当所述乳化剂为十二烷基七聚乙二醇醚、十六烷基1,3丙二醇醚和油醇聚醚-8时，质量比为1:1:1～6:1:2；当所述乳化剂为硬脂醇聚醚-100、壬苯醇醚和油醇聚醚-8时，质量比为1:1:1～6:1:2；当所述乳化剂为鲸蜡醇聚醚-12、硬脂醇聚醚-100和油醇聚醚-8时，质量比为1:1:1～6:1:2。步骤(1)所述成核剂为聚乙烯基环丁烷、聚乙烯基-2-甲基环己烷、聚3-甲基-1-丁烯、聚环戊烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯醇、油醇聚氧乙烯醚和硬脂酸镁中的至少一种。优选地，当步骤(1)所述成核剂为聚乙烯醇、油醇聚氧乙烯醚和硬脂酸镁时，所述聚乙烯醇、油醇聚氧乙烯醚、硬脂酸镁、甘油与水的质量比为2～8:0.5～3:1～6:3～10:150，优选为4～5:1～1.5:2～3:3～6:150，更优选为5:1:2:5:150。所述聚乙烯醇(水解)的质量分数优选为86％～89％。步骤(1)所述乳化剂、成核剂、甘油和水的质量体积比为1～6g:1～6g：1～6g：30ml；优选为1～2g：1～2g：1～2g：30ml。步骤(1)所述纳米氮化铝和纳米二硫化钼与浑浊溶液的质量比独立地为1:50～1000，优选为1:100～300。步骤(2)所述相变材料为十四酸十二酯、十五酸十三酯、十六酸十四酯、十七酸十三酯、十八酸十四酯、十四酸十四酯、十六酸十六酯、聚甲基丙烯酸甲酯和硬脂酸中的至少两种。优选地，步骤(2)中所述相变材料为十六酸十四酯、十八酸十四酯和十六酸十六酯的质量比为3：6：8的混合物；或为十五酸十三酯、十七酸十三酯和十四酸十四酯质量比为3:6:8的混合物；或为十七酸十三酯、聚甲基丙烯酸甲酯和硬脂酸质量比为3:6:8的混合物；或为十五酸十三酯、十八酸十四酯和硬脂酸比为3:6:8的混合物；或为十六酸十四酯与十八酸十四酯质量比为1:2的混合物；或为十四酸十二酯与十五酸十三酯质量比为1:2的混合物；或为十六酸十四酯与十七酸十三酯质量比为1:2的混合物；或为十八酸十四酯与十六酸十六酯质量比为3:4的混合物。步骤(2)所述浑浊溶液中的成核剂与相变材料的质量比为1:2～6；优选为1：3～5，更优选为1:3。步骤(2)所述混合均匀优选为在65～75℃下进行。一种新型有机相变材料，通过上述方法制备得到。所述新型有机相变材料在潜热储热中的应用。与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：(1)本发明制备的新型流体相变材料为乳液，由于使用酯作为相变材料，相变潜热较之其他有机相变材料要高，稳定性较好，制成的相变材料热导率较高(导热系数在0.3～1.4w/m/℃)，相变潜热大于150j/g，且不可燃。(2)本发明新型流体相变材料的制备方法中的原料来源广泛，原料纯度等要求易达成。(3)本发明制备工艺简单，对实验器械要求低，易控制，实验条件安全。(4)本发明所得新型相变材料相变温度范围较大，可以广泛应用于储传热领域。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中聚乙烯醇的牌号为cas号：9002-89-5。本发明制备的新型相变材料的性能表征方法如下：外观的测试：自然光下观察并记录；相变温度与相变潜热：用差示热量扫描仪(dsc)测定；步冷曲线：用低温恒温槽测定；热导率：用热常数分析仪测定；循环稳定性：用高低温交变试验箱测定。实施例1本实施例的一种新型相变材料的制备，原料配方如表1。表1组分质量，g十六酸十四酯(纯度≥95％)6十八酸十四酯(纯度≥95％)12十六酸十六酯(纯度≥95％)16steareth-100，硬脂醇聚醚-1003steareth-20，硬脂醇聚醚-201steareth-2，硬脂醇聚醚-21聚乙烯醇86-89％水解5oleth20，油醇聚氧乙烯醚1硬脂酸镁2甘油5去离子水150(1)按配方称取各项原材料，而后将所有原料(去离子水，相变材料，乳化剂及成核剂等)分开预热至75℃，以防止相变材料结晶。(2)将预热好的十六酸十四酯、十八酸十四酯以及十六酸十六酯依次加入至三口烧瓶中，在此期间，三口烧瓶应放置于水浴加热锅中，保持温度在75℃，并用搅拌器低速搅拌混合15min，制备得分散相。(3)将预热好的剩余原材料：硬脂醇聚醚-100、硬脂醇聚醚-20、硬脂醇聚醚-2、聚乙烯醇、油醇聚氧乙烯醚、硬脂酸镁及甘油依次加入至去离子水中，水浴加热，保持75℃的温度，边加热边持续搅拌。加入0.2g的纳米级氮化铝和0.2g二硫化钼。待原材料全部加入后，继续搅拌至溶液浑浊为止。(4)将步骤(3)中浑浊液迅速倒入先前混合好的相变材料中，倒入速度应快，混合相变材料继续水浴加热，保证温度下降少，防止结晶。而后将混合液放入超声波破碎机中高频处理5min，搅拌冷却至室温得新型流体相变材料。本实验例中制得的新型流体相变材料导热系数为0.3～1.0w/m/℃，相变潜热≥150j/g实施例2本实施例的一种新型相变材料的制备，原料配方如表2。表2组分质量，g十五酸十三酯(纯度≥95％)6十七酸十三酯(纯度≥95％)12十四酸十四酯(纯度≥95％)16壬苯醇醚3聚氧乙烯月桂醇醚1鲸蜡醇聚醚-121聚乙烯基环丁烷5oleth20，油醇聚氧乙烯醚1硬脂酸镁2甘油5去离子水150(1)将所有原料(去离子水，相变材料，乳化剂及成核剂等)全部预热至75℃。(2)将预热好的十六酸十四酯、十八酸十四酯以及十六酸十六酯混合，并用搅拌器低速搅拌15min，制备分散相。(3)将预热好的硬脂醇聚醚-100、硬脂醇聚醚-20、硬脂醇聚醚-2、聚乙烯醇、油醇聚氧乙烯醚、硬脂酸镁及甘油加入至去离子水中，保持温度，加入0.4g的纳米级氮化铝和0.4g二硫化钼。持续搅拌至溶液浑浊。(4)将步骤(3)中溶液倒入混合好的相变材料中，而后将混合液放入超声波破碎机中高频处理5min，搅拌冷却至室温得新型流体相变材料。本实验例中制得的新型流体相变材料导热系数为0.4～1.2w/m/℃，相变潜热≥160j/g实施例3本实施例的一种新型相变材料的制备，原料配方如表3。表3组分质量，g十七酸十三酯(纯度≥95％)6聚甲基丙烯酸甲酯(纯度≥95％)12硬脂酸(纯度≥95％)16十二烷基七聚乙二醇醚3十六烷基1,3丙二醇醚1油醇聚醚-81聚乙烯基-2-甲基环己烷5聚3-甲基-1-丁烯1聚环戊烯2甘油5去离子水150(1)将所有原料(去离子水，相变材料，乳化剂及成核剂等)全部预热至75℃。(2)将预热好的十六酸十四酯、十八酸十四酯以及十六酸十六酯混合，并用搅拌器低速搅拌15min，制备分散相。(3)将预热好的硬脂醇聚醚-100、硬脂醇聚醚-20、硬脂醇聚醚-2、聚乙烯醇、油醇聚氧乙烯醚、硬脂酸镁及甘油加入至去离子水中，保持温度，加入1g的纳米级氮化铝和1g二硫化钼。持续搅拌至溶液浑浊。(4)将步骤(3)中溶液倒入混合好的相变材料中，而后将混合液放入超声波破碎机中高频处理5min，搅拌冷却至室温得新型流体相变材料。本实验例中制得的新型流体相变材料导热系数为0.5～1.3w/m/℃，相变潜热≥170j/g实施例4本实施例的一种新型相变材料的制备，原料配方如表4。表4组分质量，g十五酸十三酯(纯度≥95％)6十八酸十四酯(纯度≥95％)12硬脂酸(纯度≥95％)16steareth-100，硬脂醇聚醚-1003壬苯醇醚1油醇聚醚-81聚丙烯醇5oleth20，油醇聚氧乙烯醚1硬脂酸镁2甘油5去离子水150(1)按配方取原材料，而后将所有原料(去离子水，相变材料，乳化剂及成核剂等)全部预热至75℃。(2)将预热好的十六酸十四酯、十八酸十四酯以及十六酸十六酯混合，并用搅拌器低速搅拌15min，制备分散相。(3)将预热好的硬脂醇聚醚-100、硬脂醇聚醚-20、硬脂醇聚醚-2、聚乙烯醇、油醇聚氧乙烯醚、硬脂酸镁及甘油加入至去离子水中，保持温度，加入2g的纳米级氮化铝和2g二硫化钼。持续搅拌至溶液浑浊。(4)将步骤(3)中溶液倒入混合好的相变材料中，而后将混合液放入超声波破碎机中高频处理5min，搅拌冷却至室温得新型流体相变材料。本实验例中制得的新型流体相变材料导热系数为0.5～1.4w/m/℃，相变潜热≥175j/g上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12