一种性能稳定的水包油型相变乳液及其制备方法与流程

本发明属于热能储存及热管理，更具体的说是涉及一种性能稳定的水包油型相变乳液及其制备方法。

背景技术：

1、相变分散体(phase change dispersions，pcd)是将相变材料(phase changematerial，pcm)以液滴或纳米颗粒的形式，通过表面活性剂分散到单相传热流体中而形成的一种均相乳液。由于相变乳液可通过相变材料在相变过程中吸收或释放大量潜热来增加比热，具有储热密度高、传热速率大、传热过程热损失小等优点，是集储热及强化传热功能于一体的新型储传热介质。因此，相变乳液在建筑节能、太阳能集热、工业余热回收及电子设备热管理等众多领域具有良好的应用前景。

2、相变乳液主要由分散相(相变材料)，连续相(基液)，表面活性剂(乳化剂)组成，由于在形成过程中会产生很大的界面，体系能量随之升高，所以相变乳液属于热力学不稳定体系，有分层、沉降、絮凝、聚结或奥斯特瓦尔熟化等不稳定趋势，为了使乳液稳定存在，必须加入表面活性剂作为第三组分，有时还需加入适当的助剂。表面活性剂是制备相变乳液过程中不可或缺的一种成分，通常由亲水基和憎水基两个部分组成，亲水端朝向连续相水，憎水端朝向分散相油，作用是降低油滴与水表面的界面张力，促进乳液的形成以及提高乳液的稳定性和功能性。目前制备相变乳液的乳化剂主要集中在非离子表面活性剂体系，在离子-非离子表面活性剂体系中的研究较少。

3、除此之外，过冷也是制约相变乳液应用的瓶颈之一，当相变材料从液态相变到固态时，若实际成核温度低于理论成核温度，便会出现过冷现象，极大降低相变乳液的储热与传热性能。因此，在制备相变乳液的过程中，通常会加入成核剂来促进乳液中分散相材料异相成核结晶，减小相变材料的过冷度。

4、现有相变乳液大都存在导热系数小、过冷度大、稳定性差等问题，极大限制了它们在实际中的应用。因此，如何提供一种热性能优异且稳定性好的相变乳液，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中相变乳液过冷度大、酸性强、粘度大、稳定性差的缺点和不足，本发明提供了一种性能稳定的水包油型相变乳液及其制备方法，具有乳化剂用量少、粘度低、过冷度小、表观比热容大、长期稳定性高、对环境友好、原材料及工艺成本低等优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种性能稳定的水包油型相变乳液，其特征在于，包括以下各组分：混合乳化剂、相变材料、成核剂、助乳化剂、去离子水；所述混合乳化剂为十二烷基硫酸钠和聚氧乙烯硬脂酸酯。

4、上述技术方案的有益效果是：本发明的混合乳化剂选择阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠(sds)与非离子型表面活性剂聚氧乙烯硬脂酸酯(s2)，二者复配使用能够形成较强的界面膜，使乳液更稳定。

5、优选的，按质量百分比计，所述水包油型相变乳液包括以下各组分：混合乳化剂1.4％、相变材料16％、成核剂1％、助乳化剂1.6％、去离子水80％。

6、优选的，所述十二烷基硫酸钠和聚氧乙烯硬脂酸酯的质量比为1：6。

7、优选的，所述相变材料由相变温度分别为46℃和53℃的脂肪酸酯按质量比1：1混合而成。

8、优选的，所述成核剂为聚乙烯醇。

9、优选的，所述助乳化剂为甘油。

10、上述的一种性能稳定的水包油型相变乳液的制备方法，包括如下步骤：

11、(1)将各组分预热至75℃；

12、(2)向反应容器中加入十二烷基硫酸钠、成核剂、去离子水，进行75℃水浴加热并伴随磁力搅拌，待成核剂充分溶解后，加入聚氧乙烯硬脂酸酯，继续水浴加热并伴随磁力搅拌30min；

13、(3)继续向反应容器中加入相变材料，搅拌15min，加入助乳化剂，继续搅拌45min，待溶液从半透明状变成乳白色状；

14、(4)利用剪切乳化机，对溶液进行分阶段计时剪切；

15、(5)剪切结束后，关闭加热，在磁力搅拌下冷却至室温，得到水包油型相变乳液。

16、优选的，步骤(4)中所述分阶段计时剪切的具体操作如下：

17、1)在15000rpm的转速下剪切5min；

18、2)在20000rpm的转速下剪切5min；

19、3)在25000rpm的转速下剪切5min。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种性能稳定的水包油型相变乳液及其制备方法，具有以下有益效果：

21、(1)本发明的混合乳化剂选择阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠(sds)与非离子型表面活性剂聚氧乙烯硬脂酸酯(s2)，二者复配使用能够形成较强的界面膜，使乳液更稳定。根据粒径测试数据和dsc测试数据，确定混合乳化剂在pcd体系中的比例为1.4％，此比例较低，乳化剂用量较少，可在一定程度上节约原料成本。

22、(2)本发明制备的相变乳液具有乳化剂用量少，粘度低，过冷度小，表观比热容大，长期稳定性高，对环境友好，原材料及工艺成本低等优点，在热管理领域表现出比水更高的热能储存容量及更优的冷却性能。

技术特征：

1.一种性能稳定的水包油型相变乳液，其特征在于，包括以下各组分：混合乳化剂、相变材料、成核剂、助乳化剂、去离子水；所述混合乳化剂为十二烷基硫酸钠和聚氧乙烯硬脂酸酯。

2.根据权利要求1所述的一种性能稳定的水包油型相变乳液，其特征在于，按质量百分比计，包括以下各组分：混合乳化剂1.4％、相变材料16％、成核剂1％、助乳化剂1.6％、去离子水80％。

3.根据权利要求1所述的一种性能稳定的水包油型相变乳液，其特征在于，所述十二烷基硫酸钠和聚氧乙烯硬脂酸酯的质量比为1：6。

4.根据权利要求1所述的一种性能稳定的水包油型相变乳液，其特征在于，所述相变材料由相变温度分别为46℃和53℃的脂肪酸酯按质量比1：1混合而成。

5.根据权利要求1所述的一种性能稳定的水包油型相变乳液，其特征在于，所述成核剂为聚乙烯醇。

6.根据权利要求1所述的一种性能稳定的水包油型相变乳液，其特征在于，所述助乳化剂为甘油。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种性能稳定的水包油型相变乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种性能稳定的水包油型相变乳液的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述分阶段计时剪切的具体操作如下：

技术总结
本发明属于热能储存及热管理技术领域，公开了一种性能稳定的水包油型相变乳液及其制备方法。所述相变乳液包括以下各组分：混合乳化剂、相变材料、成核剂、助乳化剂、去离子水；所述混合乳化剂为十二烷基硫酸钠和聚氧乙烯硬脂酸酯；所述十二烷基硫酸钠和聚氧乙烯硬脂酸酯的质量比为1：6。本发明的相变乳液具有乳化剂用量少，粘度低，过冷度小，表观比热容大，长期稳定性高，对环境友好，原材料及工艺成本低等优点，在热管理领域表现出比水更高的热能储存容量及更优的冷却性能。

技术研发人员：肖艳,雷宪章,李爱蓉
受保护的技术使用者：成都岷山绿氢能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16