一种相变温度为-32~-36℃的低温相变材料及其制备方法与流程

一种相变温度为-32～-36
℃
的低温相变材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及低温相变材料技术领域，尤其涉及一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，冷链物流行业飞速发展，冷链物流的目的是为冷冻食品、新鲜食品及一些药品等提供适宜的低温环境，从而减少货品的损耗，保证品质。现阶段由于物流基础建设与其发展速度不匹配，全程冷链仍未形成。目前，冷链运输装备主要是机械式冷藏车，其体积大、运输成本高、冷藏空间温度波动大且普遍存在“大车拉小货”的现象,难以满足“最后一公里”的运输需求，而基于潜热蓄冷技术的保温箱具有相变温度稳定、蓄冷密度大、成本低、节能环保、灵活性大等优点，更加适合短途城市宅配。蓄冷保温箱利用填充在蓄冷板内材料的相变完成充冷或释冷过程，其核心是作为蓄冷介质的相变材料。相变材料是实现相变储热的介质，其在温度高于相变点时吸收热量从而发生相变即融化储热过程；当温度下降、低于相变点时，发生逆向相变即凝固放热过程。利用相变材料的这种蓄热、放热的作用，可以调节周围环境的温度，目前对应用于-10℃以上冷藏温区的相变材料开展的研究较多，而针对冷冻温区相变蓄冷材料的研究较少，可供应用的性能稳定且相变潜热较高的材料并不多见，且现有的-30℃相变温度的低温相变材料存在以下缺陷：制备过程相对繁琐，其相变温度难以实现-30℃，满足不了更低温区的使用需求，稳定性差、相变潜热低、多次循环后效果差，循环寿命短。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料及其制备方法，稳定性好、材料成本低廉、安全无毒，制备工艺简单，相变潜热高、多次循环仍有很好的效果，循环寿命长。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0005][0006]
所述主储能剂为氯化铵，所述辅助储能剂为氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化钡、硝酸钠、乙酸钠、丙三醇、碳酸钾、硝酸铵、硫酸镁、氯化锂中的至少一种。
[0007]
进一步地，在所述低温相变材料中，优选所述成核剂为四硼酸钠、氯化锶、硅藻土、多壁碳纳米管中的至少一种。
[0008]
进一步地，在所述低温相变材料中，优选所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、瓜尔胶、黄原胶、聚丙烯酸钠、气相法白炭黑中的至少一种。
[0009]
一种上述所述的相变温度为-32～-36℃的低温相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]
s1、按比例取主储能剂氯化铵、辅助储能剂，缓慢加入水中溶解，搅拌混合均匀，得到储能溶液；
[0011]
s2、往储能溶液中加入成核剂，搅拌混合均匀，得到第二混合溶液；
[0012]
s3、在常温下加入增稠剂，搅拌混合均匀，冷却后得到低温相变材料。
[0013]
进一步地，在所述制备方法中，优选在s1步骤中，所述辅助储能剂为氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化钡、硝酸钠、乙酸钠、丙三醇、碳酸钾、硝酸铵、硫酸镁、氯化锂中的至少一种。
[0014]
进一步地，在所述制备方法中，优选在s1步骤中，所述主储能剂氯化铵、所述辅助储能剂加入水中时保持搅拌处理，保持温度为20～30℃，搅拌速率为300～600rpm。
[0015]
进一步地，在所述制备方法中，优选在s1步骤中，所述辅助储能剂为氯化钙和/或氯化镁时，分批次少量缓慢加入水中，加入过程保持搅拌处理。
[0016]
进一步地，在所述制备方法中，搅拌温度为20-30℃，搅拌速率为300～600rpm。
[0017]
进一步地，在所述制备方法中，搅拌温度为20-50℃，搅拌速率为300～600rpm。
[0018]
本发明的有益效果：本发明提供的一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料及其制备方法，本发明的相变材料包括主储能剂、辅助储能剂、成核剂以及增稠剂，以氯化铵为主储能剂，主储能剂搭配辅助储能剂在固态(或液态)转换为液态(或固态、气态)的过程中吸收或大量的潜热起到相变储能或释能的作用，使得相变温度降至-32～-36℃；本发明的相变材料，稳定性好、材料成本低廉、安全无毒，制备工艺简单，相变潜热高，可达到230j/g，多次循环仍有很好的效果，500次循环后仍有226j/g，循环寿命长，预测循环周期可达2000次。
具体实施方式
[0019]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]
实施例1，一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0021][0022]
主储能剂为氯化铵，辅助储能剂为氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化钡、硝酸钠、乙酸钠、丙三醇、碳酸钾、硝酸铵、硫酸镁、氯化锂中的至少一种。
[0023]
本发明以氯化铵为主储能剂，主储能剂以及辅助储能剂在固态(或液态)转换为液态(或固态、气态)的过程中吸收或大量的潜热起到相变储能或释能的作用，同时使得相变温度降至-32～-36℃，在相变材料中加入成核剂，能有效降低相变材料的过冷度；在相变材料中加入增稠剂，能有效的增强相变材料的黏性，使得溶液中的固体颗粒能均匀分散在体系中，有效改善相变材料的相分离问题；本发明通过以主储能剂与辅助储能剂的复配，使得制备的相变材料相变温度稳定性好、材料成本低廉、安全无毒，制备工艺简单，相变潜热高，可达到230j/g，多次循环仍有很好的效果，500次循环后仍有226j/g，循环寿命长，预测循环周期可达2000次。
[0024]
成核剂为四硼酸钠、氯化锶、硅藻土、多壁碳纳米管中的至少一种，成核剂是用于相变材料在凝固过程中起到晶核作用，促进晶体生长，降低成核生长的势垒，由非均匀成核机理，本发明中成核剂与主储能剂、辅助储能剂之间的晶体结构特征、晶格参数大小、物理性质等方面相匹配，并且配合添加增稠剂等成分，在主储能剂与辅助储能剂中加入成核剂可有效降低相变材料的过冷度。
[0025]
增稠剂为羧甲基纤维素钠、瓜尔胶、黄原胶、聚丙烯酸钠、气相法白炭黑中的至少一种，增稠剂的目的就是增强溶液的粘滞度，使得溶液中的固体颗粒或晶核能均匀分布在溶液中不受重力影响而出现分层现象，有效改善相变材料的相分离问题。
[0026]
实施例2，一种用于制备实施例1的相变温度为-32～-36℃的低温相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]
s1、按比例取主储能剂氯化铵、辅助储能剂，缓慢加入水中溶解，搅拌混合均匀，得到储能溶液；其中，辅助储能剂为氯化钙、氯化钠、氯化镁、氯化钾、氯化钡、硝酸钠、乙酸钠、丙三醇、碳酸钾、硝酸铵、硫酸镁、氯化锂中的至少一种；主储能剂氯化铵、辅助储能剂加入水中时保持搅拌处理，保持温度为20～30℃，搅拌速率为300～600rpm；另外，辅助储能剂为氯化钙和/或氯化镁时，分批次少量缓慢加入水中，加入过程保持搅拌处理；主储能剂的重量份数为6份～9份，辅助储能剂的重量份数10份～17份，水的重量份数为73份～77份，以主储能剂与辅助储能剂和水混合形成的相变基质，相变基质作为储存和释放冷量的材料，使得最终能形成低温相变材料；
[0028]
s2、往储能溶液中加入成核剂，成核剂为四硼酸钠、氯化锶、硅藻土、多壁碳纳米管中的至少一种；成核剂的重量份数为2份～4份，搅拌温度为20-30℃，搅拌速率为300～600rpm，搅拌混合均匀，得到第二混合溶液；通过在s1制备所得的相变基质中加入成核剂，
由非均匀成核原理，降低相变材料的过冷度；
[0029]
s3、在常温下加入增稠剂，增稠剂为羧甲基纤维素钠、瓜尔胶、黄原胶、聚丙烯酸钠、气相法白炭黑中的至少一种，增强相变溶液的黏度，使得溶液中的主相变蓄冷剂与辅助相变蓄冷剂的固体颗粒或晶核能均匀分布在体系溶液中不受重力影响而出现分层现象，有效改善相变材料的相分离问题；增稠剂的重量份数为2份～5份，搅拌温度为20-50℃，搅拌速率为300～600rpm，搅拌混合均匀，增稠剂水溶液在静态或低的剪切作用下具有高粘度，在高剪切作用下表现为粘度急剧下降，但分子结构不变，而当剪切力消除时，则立即恢复原有的粘度；冷却后得到低温相变材料。
[0030]
以下通过具体实施方式进行详细说明：
[0031]
实施例2-1，一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0032][0033]
方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂与水按照比例配置，具体为氯化铵4g、5g氯化镁，边搅拌边分批次逐量加入38.5g水中，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将1g氯化锶边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为20℃、搅拌速率为300rpm的第二混合溶液中加入1.5g瓜尔胶，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0034]
制备所得低温相变材料的相变温度为-32.8℃，相变潜热为203j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-32.5℃，相变潜热为198j/g，衰减率为2.4％，预测循环周期为1200次。
[0035]
实施例2-2，一种相变温度-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0036][0037]
一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料制备方法，方法步骤如下：s1、将主储
能剂、辅助储能剂和水按比例配置，具体为3g氯化铵、4.5g氯化镁、4g氯化钠，边搅拌边分批次逐量加入36g水中，保持温度为25℃，搅拌速率为450rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将1.5g四硼酸钠边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为25℃，搅拌速率为450rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为35℃、搅拌速率为450rpm的第二混合溶液中加入1g黄原胶，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0038]
制备所得低温相变材料的相变温度为-35.2℃，相变潜热为208j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-34.8℃，相变潜热为203j/g，衰减率为2.4％，预测循环周期为1200次。
[0039]
实施例2-3，一种相变温度-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0040][0041][0042]
一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料制备方法，方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂和水按比例配置，具体为4.5g氯化铵、3g氯化镁、2g氯化钠，边搅拌边分批次逐量加入37.5g水中，保持温度为30℃，搅拌速率为600rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将1.5g四硼酸钠边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为30℃，搅拌速率为600rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为50℃、搅拌速率为450rpm的第二混合溶液中加入1.5g瓜尔胶，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0043]
所得低温相变材料的相变温度为-33.8℃，相变潜热为230j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-33.5℃，相变潜热为226j/g，衰减率为1.7％，预测循环周期为1800次。
[0044]
实施例2-4，一种相变温度-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0045][0046]
一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料制备方法，方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂和水按比例配置，具体为4g氯化铵、3g氯化钾、2g氯化钙，边搅拌边分批次逐量加入36.5g水中，保持温度为25℃，搅拌速率为300rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得
到储能溶液；s2、将2g氯化锶边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为25℃，搅拌速率为300rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为30℃、搅拌速率为450rpm的第二混合溶液中加入2.5g黄原胶，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0047]
制备所得低温相变材料的相变温度为-35.7℃，相变潜热为196j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-35.5℃，相变潜热为193j/g，衰减率为1.5％，预测循环周期为2000次。
[0048]
实施例2-5，一种相变温度-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0049][0050]
一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料制备方法，方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂和水按比例配置，具体为4g氯化铵、4g氯化钾、3g氯化钠，边搅拌边分批次逐量加入36.5g水中，保持温度为25℃，搅拌速率为300rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将1.5g四硼酸钠边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为25℃，搅拌速率为300rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为30℃、搅拌速率为450rpm的第二混合溶液中加入1g黄原胶，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0051]
制备所得低温相变材料的相变温度为-34.6℃，相变潜热为225j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-34.3℃，相变潜热为219j/g，衰减率为2.6％，预测循环周期为1100次。
[0052]
实施例2-7，一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0053][0054]
方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂与水按照比例配置，具体为氯化铵4.5g、氯化钙3g、硝酸铵2g，边搅拌边分批次逐量加入37.5g水中，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将1.5g多壁碳纳米管边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，得到第二混
合溶液；s3、然后在温度为20℃、搅拌速率为300rpm的第二混合溶液中加入1.5g气相法白炭黑，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0055]
制备所得低温相变材料的相变温度为-33.7℃，相变潜热为230j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-33.6℃，相变潜热为226j/g，衰减率为1.7％，预测循环周期为1800次。
[0056]
实施例2-8，一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0057][0058][0059]
方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂与水按照比例配置，具体为氯化铵4g、硝酸镁3g、氯化钙2g，边搅拌边分批次逐量加入36.5g水中，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将2g硅藻土边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为20℃、搅拌速率为300rpm的第二混合溶液中加入2.5g聚丙烯酸钠，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0060]
制备所得低温相变材料的相变温度为-33.7℃，相变潜热为196j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-33.6℃，相变潜热为193j/g，衰减率为1.5％，预测循环周期为2000次。
[0061]
实施例2-9，一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0062][0063]
方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂与水按照比例配置，具体为氯化铵4g、乙酸钠4g、氯化钙3g，边搅拌边分批次逐量加入36.5g水中，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将1.5g四硼酸钠边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为20℃、搅拌速率为300rpm的第二混合溶液中加入1g黄原胶，均匀混合，一
段时间后得到相变材料。
[0064]
制备所得低温相变材料的相变温度为-33.7℃，相变潜热为225j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-33.6℃，相变潜热为219j/g，衰减率为1.5％，预测循环周期为1100次。
[0065]
实施例2-10，一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0066][0067]
方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂与水按照比例配置，具体为氯化铵4g、丙三醇2g、碳酸钾3g，边搅拌边分批次逐量加入38.5g水中，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将1.5g四硼酸钠边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为20℃、搅拌速率为300rpm的第二混合溶液中加入1.5g黄原胶，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0068]
制备所得低温相变材料的相变温度为-33.2℃，相变潜热为210j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-33.0℃，相变潜热为205j/g，衰减率为2.4％，预测循环周期为1200次。
[0069]
实施例2-11，一种相变温度为-32～-36℃的低温相变材料，包括主储能剂、水、成核剂、增稠剂、辅助储能剂；其中它们的重量份数为：
[0070][0071]
方法步骤如下：s1、将主储能剂、辅助储能剂与水按照比例配置，具体为氯化铵3.5g、氯化钡3g、氯化锂3g，边搅拌边分批次逐量加入38.5g水中，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；s2、将1g四硼酸钠边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为20℃，搅拌速率为300rpm，得到第二混合溶液；s3、然后在温度为20℃、搅拌速率为300rpm的第二混合溶液中加入1.5g黄原胶，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0072]
制备所得低温相变材料的相变温度为-33.2℃，相变潜热为228j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-33.0℃，相变潜热为224j/g，衰减率为1.7％，预测循环周期为1800次。
[0073]
对比例1，一种低温相变材料，包括储能剂、水、成核剂、增稠剂，其中它们的重量份数为：
[0074][0075][0076]
一种低温相变材料制备方法，方法步骤如下：将储能剂、水按比例配置，具体为5g氯化钠，3.5g氯化镁，边搅拌边分批次逐量加入38g水中，保持温度为25℃，搅拌速率为450rpm，防止过热导致液体喷溅，直至得到储能溶液；将1.5g四硼酸钠边搅拌边加入往储能溶液中，常温下搅拌均匀，保持温度为25℃，搅拌速率为450rpm；然后在温度为35℃、搅拌速率为450rpm下加入2g瓜尔胶，均匀混合，一段时间后得到相变材料。
[0077]
制备所得低温相变材料的相变温度为-33.2℃，相变潜热为173j/g，在高低温烘箱中经过500次循环后相变温度为-32.9℃，相变潜热为170j/g，衰减率为1.5％，预测循环周期为2000次。
[0078]
由实施例2-1～2-11可知，本发明制备所得低温相变材料的相变温度为-32～-36℃，相变潜热高，可达230j/g，多次循环仍有很好的效果，500次循环后仍有226j/g，循环寿命长，预测循环周期可达1200次，甚至循环周期可达2000次，衰减率低。
[0079]
本发明实施例2-1～2-11的相变材料，与对比例1相比，本发明的相变材料的相变潜热明显更高，意味着在缺少主储能剂氯化铵的情况下，虽说相变温度能达-33.2℃，但其相变潜热只能达到173j/g，远低于本发明的相变潜热，其次，本发明的相变材料在循环寿命原高于对比例，本发明多次循环仍有很好相变潜热。
[0080]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。