一种以棕榈油为原料的相变材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种以棕榈油为原料的相变材料的制备方法，其采用棕榈油为原料，加入甲醇，经过二次酯交换反应后，得到精甲酯，从精甲酯中分离得到饱和脂肪酸甲酯，取饱和脂肪酸甲酯和十六醇按质量比10:1～2.5:1混合，制备成相变温度为22～27℃，相变潜热为160～190J/g的二元复合相变材料。本发明将制备的二元相变材料采用微胶囊封装或多孔介质基体复合的方法进行形态固化，与建筑材料结合成具有节能性质的复合建筑围护结构，可以有效的降低室内昼夜温差，提高热舒适度，降低能耗。
【专利说明】
-种从栋桐油为原料的相变材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及相变材料领域，具体设及一种W栋桐油为原料的相变材料的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 相变材料由于自身的储能特性使其比普通保溫隔热材料具有更多的优点，使用相 变材料能够大大提高墙体的热惰性，且其使用方式灵活多变，节能效果不受墙体的热桥效 应影响。目前，对于相变材料复合建筑围护结构的相关研究有很多，并且无论是在气候区上 还是在相变材料的选择上都取得了一定的研究成果，但是在相变材料复合围护结构的实际 应用和推广上，还是相当的匿乏。开发切实可用的相变材料复合围护结构，将拓宽夏热冬暖 地区的建筑墙体节能产品。
[0003] 用于建筑围护结构的相变材料的选择至关重要，其应具有W下几个特点：（1)烙化 潜热高，使其在相变中能胆藏或放出较多的热量；（2)有合适的相变溫度，能满足需要控制 的特定溫度；（3)相变过程可逆性好、膨胀收缩性小、过冷或过热现象少；（4)导热系数大，密 度大，比热容大；（5)相变材料无毒，无腐蚀性，成本低，制造方便。
[0004] 国外对有机相变材料的研究起步比较早，在上世纪80年代初就考虑将相变材料的 储热储冷功能应用于建筑物中，将相变材料结合到混凝±墙体、石膏墙板、屋顶、百叶窗、天 花板和地板供暖系统中，可W有效的降低室内昼夜溫差，提高热舒适度，转移建筑物电力峰 值负荷和降低能耗。国内相变储能材料的研究目前主要还是偏向于实验室阶段的材料制 备，形态固化和传热强化上，相变材料在建筑围护结构中的实际应用推广还较少。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了一种W栋桐油为原料的相变材料的制备方法，将 制备的二元相变材料采用微胶囊封装或多孔介质基体复合的方法进行形态固化，与建筑材 料结合成具有节能性质的复合建筑围护结构，适用于夏热冬暖地区。
[0006] 本发明W栋桐油为原料，栋桐油是由油栋果中果皮提取的油脂，是目前世界上产 量最大的热带木本植物油，本发明有效利用生物质资源，不仅能实现低碳减排，保护生态环 境，还能为社会产生多重价值。
[0007] 本发明是通过W下技术方案予W实现的：
[000引本发明的目的是提供一种W栋桐油为原料的相变材料的制备方法，包括如下步 骤：
[0009] (1)精甲醋的制备:在反应容器中加入摩尔比为1:2~1:5的栋桐油和甲醇，揽拌加 热至50~75°C时加入催化剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.6%，反应5~15min后取甲醋 相进行第二次醋交换反应，加入摩尔比为1:1~1:5的栋桐油和甲醇，50~75°C下加入催化 剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.2~0.4%，反应15~30min后加入憐酸溶液中和至中性， 揽拌，取甲醋相，将其洗涂，干燥，得到精甲醋；
[0010] (2)饱和脂肪酸甲醋的制备:在反应容器中加入尿素和质量百分数为95%的乙醇 溶液，尿素和乙醇的质量比为1:2~1:3.5,加热揽拌，冷凝回流，尿素溶解后加入45~55°C 的步骤（1)制备的精甲醋，精甲醋和尿素的质量比为1:1~1:2.5,70~90°C回流，倒入容器 中封口，5°C下放置16~24h进行包合，真空抽滤，分离得到固相和液相，固相加入水加热使 尿包物分解，用酸调PH值至5~6，萃取和干燥，即得饱和脂肪酸甲醋；
[0011] (3)相变材料的制备:将步骤(2)制备的饱和脂肪酸甲醋和十六醇按质量比2.5:1 ~10:1在常溫混合，复合成二元相变材料。
[0012] 复合二元相变材料与建筑基材结合，可选取如下工艺：1)将二元相变材料密封封 装置于建筑材料中；2)通过浸泡将二元相变材料渗入多孔的建材基体(如石膏墙板、水泥混 凝±试块等）；3)将二元相变材料直接与建筑材料混合。
[0013] 本发明步骤(2)提出的尿素包合法是一种较常用的多不饱和脂肪酸分离方法，其 原理是尿素分子在结晶过程中易与饱和或单不饱和脂肪酸形成较稳定的晶体包合物，在冷 冻条件下结晶析出，而多不饱和脂肪酸由于双键较多，碳链弯曲，具有一定的空间结构，不 易被尿素包合。采用过滤方法除去饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸与尿素形成的包合物，即 可得到较高纯度的多不饱和脂肪酸。尿素包合法的分离效果受结晶溫度和尿素用量的影 响，结晶溫度越低，尿素用量越多，所得产品纯度越高，但产品收率越低。为了提高产品纯 度，可采用多次尿素包合法。尿素包合法成本较低，应用较普遍，但难W将双键数接近的脂 肪酸分开。
[0014] 优选地，所述饱和脂肪酸甲醋和十六醇的质量比为7:1。
[0015] 优选地，所述相变材料的相变溫度为22~27°C，相变潜热为160~190J/g。
[0016] 本发明的有益效果是:本发明选用栋桐油为原料制备相变材料，该材料烙化潜热 高，相变过程可逆性好，膨胀收缩性小，过冷和过热现象少，成本低，制造方便，与建筑材料 相容性好。将相变材料结合到混凝±墙体、石膏墙板、屋顶、百叶窗、天花板中，实现生物质 材料在建筑围护结构中的应用，可W有效的降低室内昼夜溫差，提高热舒适度，转移建筑物 电力峰值负荷和降低能耗。
【附图说明】
[0017] 图1是饱和脂肪酸甲醋和十六醇质量比7:1时，饱和脂肪酸甲醋和十六醇二元相变 材料DSC测试图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实例，进一步阐明本发明。应该理解，运些实施例仅用于说明本发 明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调 整，仍属于本发明的保护范围。
[0019] 除特别说明，本发明使用的设备和原料为本技术领域常规市购产品。
[0020] -种W栋桐油为原料的相变材料的制备方法，包括如下步骤：
[0021] (1)精甲醋的制备:在反应容器中加入摩尔比为1:2~1:5的栋桐油和甲醇，揽拌加 热至50~75°C时加入催化剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.6%，反应5~15min后取甲醋 相进行第二次醋交换反应，加入摩尔比为1:1~1:5的栋桐油和甲醇，50~75°C下加入催化 剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.2~0.4%，反应15~30min后加入憐酸溶液中和至中性， 揽拌，取甲醋相，将其洗涂，干燥，得到精甲醋；
[0022] (2)饱和脂肪酸甲醋的制备:在反应容器中加入尿素和质量百分数为95%的乙醇， 尿素和乙醇的质量比为1:2~1:3.5,加热揽拌，冷凝回流，尿素溶解后加入45~55°C的步骤 (1)制备的精甲醋，精甲醋和尿素的质量比为1:1~1:2.5,70~90°C回流，倒入容器中封口， 5°C下放置16~24h进行包合，真空抽滤，分离得到固相和液相，固相加入水加热使尿包物分 解，用酸调PH值至5~6，萃取和干燥，即得饱和脂肪酸甲醋；
[0023] (3)相变材料的制备:将步骤(2)制备的饱和脂肪酸甲醋和十六醇按质量比2.5:1 ~10:1混合，复合成二元相变材料。
[0024] 本发明提出的尿素包合法是一种较常用的多不饱和脂肪酸分离方法，其原理是尿 素分子在结晶过程中易与饱和或单不饱和脂肪酸形成较稳定的晶体包合物，在冷冻条件下 结晶析出，而多不饱和脂肪酸由于双键较多，碳链弯曲，具有一定的空间结构，不易被尿素 包合。采用过滤方法除去饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸与尿素形成的包合物，即可得到较 高纯度的多不饱和脂肪酸。尿素包合法的分离效果受结晶溫度和尿素用量的影响，结晶溫 度越低，尿素用量越多，所得产品纯度越高，但产品收率越低。为了提高产品纯度，可采用多 次尿素包合法。尿素包合法成本较低，应用较普遍，但难W将双键数接近的脂肪酸分开。
[0025] 实施例1
[0026] -种W栋桐油为原料的相变材料的制备方法，包括如下步骤：
[0027] (1)精甲醋的制备:在；口烧瓶中加入摩尔比为1:2的栋桐油和甲醇，揽拌（lOOr/ min)加热至50°C时加入催化剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.6%，反应5min后取甲醋相 进行第二次醋交换反应，加入摩尔比为1:1的栋桐油和甲醇，揽拌a〇〇r/min)，5(TC下加入 催化剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.2%，反应15min后加入憐酸溶液中和至中性，揽拌， 取甲醋相，将其洗涂，干燥，得到精甲醋；
[0028] (2)饱和脂肪酸甲醋的制备:使用尿素包合分离法分离精甲醋，在=口烧瓶中加入 尿素和质量百分数为95 %的乙醇，尿素和乙醇的质量比为1:2，加热揽拌，冷凝回流，尿素溶 解后加入45°C的步骤（1)制备的精甲醋，精甲醋和尿素的质量比为1:1,70~90°C回流 60min，倒入烧杯中用塑料薄膜封口，5°C下放置16h进行包合，真空抽滤，分离得到固相和液 相，固相加入水加热使尿包物分解，用浓度为6mol/L的盐酸溶液调PH值至5~6，加入石油酸 萃取2次，无水硫酸钢干燥，即得饱和脂肪酸甲醋；
[0029] (3)相变材料的制备:将步骤(2)制备的饱和脂肪酸甲醋和十六醇按质量比2.5:1 在常溫混合，复合成二元相变材料。
[0030] 实施例2
[0031] -种W栋桐油为原料的相变材料的制备方法，包括如下步骤：
[0032] (1)精甲醋的制备：在S 口烧瓶中加入摩尔比为1:3.5的栋桐油和甲醇，揽拌 (l(K)r/min)，65°C时加入催化剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.6%，反应10min后取甲醋 相进行第二次醋交换反应，加入摩尔比为1:2的栋桐油和甲醇，揽拌（100r/min)，65°C下加 入催化剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.3%，反应25min后加入憐酸溶液中和至中性，缓 慢揽拌5min，去甲醋相，去除多余甲醇后用饱和食盐水洗涂，无水硫酸钢干燥，得到精甲醋；
[0033] (2)饱和脂肪酸甲醋的制备:使用尿素包合分离法分离精甲醋，在=口烧瓶中加入 尿素和质量百分数为95%的乙醇，尿素和乙醇的质量比为1:2.7,加热揽拌，冷凝回流，尿素 溶解后加入50°C左右的精甲醋，尿素和精甲醋的质量比为3.5: 2，然后70~90°C回流60min， 然后倒入烧杯中用塑料薄膜封口，5°C下放置18h进行包合，包合完全后，真空抽滤，分离得 到固相和液相，固相加入水加热使尿包物分解，用浓度为6mol/L的盐酸溶液调PH值至5~6， 加入石油酸萃取2次，无水硫酸钢干燥，即得饱和脂肪酸甲醋；
[0034] (3)相变材料的制备:步骤(2)制备得到的饱和脂肪酸甲醋和十六醇按质量比2.5: 1在常溫混合，制备二元复合相变材料。
[0035] 实施例3
[0036] -种W栋桐油为原料的相变材料的制备方法，包括如下步骤：
[0037] (1)精甲醋的制备:使用尿素包合分离法分离精甲醋，在S 口烧瓶中加入摩尔比为 1:5的栋桐油和甲醇，揽拌加热至75°C时加入催化剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.6%， 反应5~15min后取甲醋相进行第二次醋交换反应，加入摩尔比为1:5的栋桐油和甲醇，75°C 下加入催化剂甲醇钢至终浓度为质量百分数0.4%，反应30min后加入憐酸溶液中和至中 性，揽拌，取甲醋相，将其洗涂，干燥，得到精甲醋；
[0038] (2)饱和脂肪酸甲醋的制备:在S 口烧瓶中加入尿素和质量百分数为95%的乙醇， 尿素和乙醇的质量比为1:3.5,加热揽拌，冷凝回流，尿素溶解后加入55°C的步骤(1)制备的 精甲醋，精甲醋和尿素的质量比为1:2.5,70~90°C回流60min，然后倒入烧杯中用塑料薄膜 封口，5°C下放置24h进行包合，真空抽滤，分离得到固相和液相，固相加入水加热使尿包物 分解，用酸调PH值至5~6，萃取和干燥，即得饱和脂肪酸甲醋；
[0039] (3)相变材料的制备:将步骤(2)制备的饱和脂肪酸甲醋和十六醇按质量比2.5:1 在常溫混合，复合成二元相变材料。
[0040] 实施例4
[0041 ]与实施例2相同，不同之处在于：
[0042] 饱和脂肪酸甲醋和十六醇质量比为5:1。
[0043] 实施例5
[0044] 与实施例2相同，不同之处在于：
[0045] 饱和脂肪酸甲醋和十六醇质量比为6:1。
[0046] 实施例6
[0047] 与实施例2相同，不同之处在于：
[004引饱和脂肪酸甲醋和十六醇质量比为7:1。
[0049] 实施例7
[0050] 与实施例2相同，不同之处在于：
[0051] 饱和脂肪酸甲醋和十六醇质量比为10:1。
[0052] 将实施例2、实施例4、实施例5、实施例6和实施例7制备得到的二元复合相变材料 巧憶其Tm(烙点）、T。(结晶溫度)和Hm(烙融洽），如表1所示。
[0053] 表1饱和脂肪酸甲醋-十六醇二元相变材料 |；0化41
[0055] 由表1所示，本发明制备得到的二元复合相变材料其相变溫度为22~27°C，相变潜 热为160~190J/g。例如，针对实施例6饱和脂肪酸甲醋和十六醇质量比为7:1时，对该相变 材料做DSC测试，如图1所示，该图显示二元相变材料的烙点为25.03°C，结晶溫度为21.98 °C，烙融洽为183.3J/g。
[0056] 上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用W限制本发 明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利保护范围 中。
【主权项】
1. 一种以棕榈油为原料的相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 精甲酯的制备:在反应容器中加入摩尔比为1:2~1:5的棕榈油和甲醇，搅拌加热至 50~75°C时加入催化剂甲醇钠至终浓度为质量百分数0.6%，反应5~15min后取甲酯相进 行第二次酯交换反应，加入摩尔比为1:1~1:5的棕榈油和甲醇，50~75°C下加入催化剂甲 醇钠至终浓度为质量百分数0.2~0.4%，反应15~30min后加入磷酸溶液中和至中性，搅 拌，取甲酯相，将其洗涤，干燥，得到精甲酯； (2) 饱和脂肪酸甲酯的制备:在反应容器中加入尿素和质量百分数为95%的乙醇溶液， 尿素和乙醇的质量比为1:2~1:3.5,加热搅拌，冷凝回流，尿素溶解后加入45~55°C的所述 步骤（1)制备的精甲酯，精甲酯和尿素的质量比为1:1~1:2.5,70~90°C回流，倒入容器中 封口，5 °C下放置16~24h进行包合，真空抽滤，分离得到固相和液相，固相加入水加热使尿 包物分解，用酸调PH值至5~6，萃取和干燥，即得饱和脂肪酸甲酯； (3) 相变材料的制备:将所述步骤(2)制备的饱和脂肪酸甲酯和十六醇按质量比2.5:1 ~10:1混合，复合成二元相变材料。2. 根据权利要求1所述以棕榈油为原料的相变材料的制备方法，其特征在于:所述饱和 脂肪酸甲酯和十六醇的质量比为7:1。3. 根据权利要求1所述以棕榈油为原料的相变材料的制备方法，其特征在于:相变温度 为22~27°C，相变潜热为160~190J/g。
【文档编号】C09K5/06GK105925249SQ201610284411
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】管海凤, 胡涛, 董凯军, 罗伟民
【申请人】中国科学院广州能源研究所