CN107418521B - 一种三元相变蓄冷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温三元相变蓄冷材料以及该低温相变蓄冷材料的制备方法，本发明所要保护的低温相变蓄冷材料，由下列组分配比组成：16～23％的无机盐混合溶液，1～4％的成核剂，3～7％无机纳米增稠剂以及1～2％碳酸钠，其余是水，本发明工艺简单，生产周期短，成本低，无毒环保、过冷度小且相变潜热在200J/g以上。
Description
技术领域
本发明涉及蓄冷技术领域，具体设计到一种相变温度为-20℃的低温相变蓄冷材料。
背景技术
随着人类社会的高速发展，大量冷冻海鲜肉类、雪糕和土特产品异地间长途运输，以及小批量、多品种、多频度、短时间的商品配送要求日益增加，因而，近年来，冷藏链中的冷藏运输技术得到了快速发展。蓄冷材料则是蓄冷技术的关键。对于0℃以下的低温蓄冷材料主要是无机盐水溶液和无机盐与有机类复合的材料。前者具有相变温度低且相变潜热大的优点，但是其较大的过冷度以及严重的相分离制约着其蓄冷能力，后者因存在有机物对环境或人体有一定的影响。目前，国内外在使用的低温复合相变材料有很多，但其中大部分配方的相变温度在-20℃以上，只能提供-10℃～-15℃左右的贮运环境，对于要求低于-15℃的冷冻肉类海鲜以及药品等难以满足冷藏要求。
已有专利CN201410555371.6使用氯化钠和丙三醇作为主储能助剂制备成的蓄冷剂，但因其原料中有有机材料，而有机材料都有一定的挥发性及可燃性，对环境和人体有一定影响。还有如专利CN201310170576.8、CN103242806A申请申请公开了一种无机盐相变蓄冷材料，由100重量分数的浓度为15～25％的无机盐溶液、1～7重量分数的晶核剂、2～15重量分数的增稠剂组成，温度-21℃，但其潜热低于200J/g，蓄冷能力较差。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种过冷度小，相变潜热高以及环保的低温相变材料。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种三元相变蓄冷材料，该三元相变蓄冷材料由以下重量含量的组分组成：16～23％的无机盐混合溶液，1～4％的成核剂，3～7％无机纳米增稠剂、1～2％碳酸钠，其余是水。
优选的三元相变蓄冷材料为，所述无机混合溶液为氯化钠和氯化钾的混合溶液，其中氯化钠含量为12～18％，氯化钾含量为3～7％，所述成核剂由硼砂、二氧化硅、NaF中的一种或多种组成，所述无机纳米增稠剂由气相白炭黑和/或纳米凹凸棒组成，所述水为纯净水或蒸馏水。
优选的三元相变蓄冷材料为，该蓄三元相变蓄冷材料所述的无机盐混合溶液为氯化钠和氯化钾组成，所述成核剂由硼砂和硅藻土组成，所述无机纳米增稠剂为气相白炭黑，各组分的配比为：15％氯化钠，4％氯化钾，1.5％碳酸钠，2％硼砂、0.5％硅藻土、6％气相白炭黑，其余为蒸馏水。
优选的三元相变蓄冷材料为，该蓄三元相变蓄冷材料所述的无机盐混合溶液为氯化钠和氯化钾组成，所述成核剂由硼砂组成，所述无机纳米增稠剂为气相白炭黑和纳米凹凸棒组成，各组分的配比为：14％氯化钠，7％氯化钾，1.1％碳酸钠，3％硼砂、3％气相白炭黑、3％纳米凹凸棒，其余为蒸馏水。
三元相变蓄冷材料的相变温度为-18～-21℃，相变潜热为220～280J/g。
优选的三元相变蓄冷材料的相变温度为-20℃。
本发明所述低温相变蓄冷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量比配制12～18％氯化钠溶液；
(2)按照质量比向上述氯化钠溶液加入3～7％氯化钾固体和1～2％碳酸钠固体，搅拌溶解；
(3)将上述混合溶液放在磁力搅拌器上，温度设为20～30℃，转速200～400r/min，先加入成核剂，逐步加入无机纳米增稠剂，直至加完，继续搅拌直至溶液变为悬浊液得到相变材料。
优选的相变蓄冷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量百分比配制15％的氯化钠溶液，将纯净水或蒸馏水注入搅拌容器中，加入氯化钠，充分搅拌使氯化钠溶解，得到15％的氯化钠溶液；
(2)按照质量百分比加入4％氯化钾固体和1.5％碳酸钠固体：将氯化钠溶液注入搅拌容器中，加入氯化钾和碳酸钠固体，搅拌均匀；
(3)将步骤2中所得的混合溶液用磁力搅拌器搅拌，同时搅拌器温度设置30℃，转速300r/min，先加入成核剂，后逐步加入无机纳米增稠剂，直至全部加完，继续搅拌，直至溶液成为粘稠的悬浮液即制得低温相变蓄冷材料。
优选的相变蓄冷材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照质量百分比配制14％的氯化钠溶液：将纯净水或蒸馏水注入搅拌容器中，加入氯化钠，充分搅拌使氯化钠溶解，得到14％的氯化钠溶液；
(2)按照质量百分比加入7％氯化钾固体和1.1％碳酸钠固体：将氯化钠溶液注入搅拌容器中，加入氯化钾和碳酸钠固体，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)中所得的混合溶液用磁力搅拌器搅拌，同时搅拌器温度设置30℃，转速400r/min，先加入成核剂，后逐步加入无机纳米增稠剂，直至全部加完，继续搅拌，直至溶液成为粘稠的悬浮液即制得低温相变蓄冷材料。
附图说明
图1：本发明实施例1的DSC曲线；
图2：本发明实施例1的步冷曲线；
图3：本发明实施例2的DSC曲线；
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：本实施例中，三元相变蓄冷材料，按照质量百分比计算，由下列组分配比组成：
15％氯化钠，4％氯化钾，1.5％碳酸钠，2％硼砂和0.5％硅藻土，6％无机纳米增稠剂，其余为水。其中，上述的水可选用纯净水或蒸馏水，无机纳米增稠剂为气相白炭黑。
三元相变蓄冷材料的制备方法，包括如下几个步骤：
1.按照质量百分比配制15％的氯化钠溶液：将纯净水或蒸馏水注入搅拌容器中，加入氯化钠，充分搅拌使氯化钠溶解，得到15％的氯化钠溶液；
2.按照质量百分比加入4％氯化钾固体和1.5％碳酸钠固体：将氯化钠溶液注入搅拌容器中，加入氯化钾和碳酸钠固体，搅拌均匀；
3.将步骤2中所得的混合溶液用磁力搅拌器搅拌，同时搅拌器温度设置30℃，转速300r/min，先加入硼砂和硅藻土，后逐步加入白炭黑，直至全部加完，继续搅拌，直至溶液成为粘稠的悬浮液即制得低温相变蓄冷材料。
结果见附图1：蓄冷相变材料的相变温度为-18.67℃，相变潜热为234.528J/g。
实施例2：本实施例中，三元相变蓄冷材料，按照质量百分比计算，由下列组分配比组成：
14％氯化钠，7％氯化钾，1.1％碳酸钠，3％硼砂，6％无机纳米增稠剂，其余为水。其中，上述的水可选用纯净水或蒸馏水，无机纳米增稠剂为气相白炭黑和纳米凹凸棒的混合物，各占3％。
相变蓄冷材料的制备方法，包括如下几个步骤：
1.按照质量百分比配制14％的氯化钠溶液：将纯净水或蒸馏水注入搅拌容器中，加入氯化钠，充分搅拌使氯化钠溶解，得到14％的氯化钠溶液；
2.按照质量百分比加入7％氯化钾固体和1.1％碳酸钠固体：将氯化钠溶液注入搅拌容器中，加入氯化钾和碳酸钠固体，搅拌均匀；
3.将步骤2中所得的混合溶液用磁力搅拌器搅拌，同时搅拌器温度设置30℃，转速400r/min，先加入硼砂，后逐步加入白炭黑，直至全部加完，继续搅拌，直至溶液成为粘稠的悬浮液即制得低温相变蓄冷材料。
结果见附图3：蓄冷相变材料的相变温度为-20.643℃，相变潜热为260.511J/g。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。
Claims (8)
1.一种三元相变蓄冷材料，其特征在于：该三元相变蓄冷材料由以下重量含量的组分组成：16～23％的无机盐混合溶液，1～4％的成核剂，3～7％无机纳米增稠剂、1～2％碳酸钠，其余是水，所述无机混合溶液为氯化钠和氯化钾的混合溶液，其中氯化钠含量为12～18％，氯化钾含量为3～7％，所述成核剂由硼砂、二氧化硅、NaF中的一种或多种组成或由硼砂和硅藻土组成，所述无机纳米增稠剂由气相白炭黑和/或纳米凹凸棒组成，所述水为纯净水或蒸馏水。
2.根据权利要求1所述的三元相变蓄冷材料，其特征在于：该三元相变蓄冷材料所述的无机盐混合溶液为氯化钠和氯化钾组成，所述成核剂由硼砂和硅藻土组成，所述无机纳米增稠剂为气相白炭黑，各组分的配比为：15％氯化钠，4％氯化钾，1.5％碳酸钠，2％硼砂、0.5％硅藻土、6％气相白炭黑，其余为蒸馏水。
3.根据权利要求1所述的三元相变蓄冷材料，其特征在于：该三元相变蓄冷材料所述的无机盐混合溶液为氯化钠和氯化钾组成，所述成核剂由硼砂组成，所述无机纳米增稠剂为气相白炭黑和纳米凹凸棒组成，各组分的配比为：14％氯化钠，7％氯化钾，1.1％碳酸钠，3％硼砂、3％气相白炭黑、3％纳米凹凸棒，其余为蒸馏水。
4.根据权利要求1～3任一项所述的三元相变蓄冷材料，其特征在于：该相变材料的相变温度为-18～-21℃，相变潜热为220～280J/g。
5.根据权利要求4所述的三元相变蓄冷材料，其特征在于：该相变材料的相变温度为-20℃。
6.根据权利要求1～3任一项所述相变蓄冷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照质量比配制12～18％氯化钠溶液；
(2)按照质量比向上述氯化钠溶液加入3～7％氯化钾固体和1～2％碳酸钠固体，搅拌溶解；
(3)将上述混合溶液放在磁力搅拌器上，温度设为20～30℃，转速200～400r/min，先加入成核剂，逐步加入无机纳米增稠剂，直至加完，继续搅拌直至溶液变为悬浊液得到相变材料。
7.根据权利要求6所述相变蓄冷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照质量百分比配制15％的氯化钠溶液，将纯净水或蒸馏水注入搅拌容器中，加入氯化钠，充分搅拌使氯化钠溶解，得到15％的氯化钠溶液；
(2)按照质量百分比加入4％氯化钾固体和1.5％碳酸钠固体：将氯化钠溶液注入搅拌容器中，加入氯化钾和碳酸钠固体，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)中所得的混合溶液用磁力搅拌器搅拌，同时搅拌器温度设置30℃，转速300r/min，先加入成核剂，后逐步加入无机纳米增稠剂，直至全部加完，继续搅拌，直至溶液成为粘稠的悬浮液即制得低温相变蓄冷材料。
8.根据权利要求6所述相变蓄冷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照质量百分比配制14％的氯化钠溶液：将纯净水或蒸馏水注入搅拌容器中，加入氯化钠，充分搅拌使氯化钠溶解，得到14％的氯化钠溶液；
(2)按照质量百分比加入7％氯化钾固体和1.1％碳酸钠固体：将氯化钠溶液注入搅拌容器中，加入氯化钾和碳酸钠固体，搅拌均匀；
(3)将步骤(2)中所得的混合溶液用磁力搅拌器搅拌，同时搅拌器温度设置30℃，转速400r/min，先加入成核剂，后逐步加入无机纳米增稠剂，直至全部加完，继续搅拌，直至溶液成为粘稠的悬浮液即制得低温相变蓄冷材料。
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