CN108795390A - 一种含有增稠剂的相变储能材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及属于相变储能材料的制备领域，特别涉及一种含有增稠剂的相变储能材料。其由无机水合盐、成核剂、无机填料、增稠剂和表面活性剂组成，所述的无机水合盐的含量为75～95wt％，所述的成核剂的含量为2～10wt％，所述的无机填料的含量为1～5wt％，所述的增稠剂的含量为0.1～5wt％，所述的表面活性剂的含量为0.5～5wt％。与现有技术相比，本发明提供的含有增稠剂的相变储能材料的优点：(1)有效解决相分离；(2)提高无机水合盐类相变材料经多次冻熔循环后的储热能力；(3)无过冷现象；(4)制备工艺简单。

Description

一种含有增稠剂的相变储能材料

技术领域

本发明涉及属于相变储能材料的制备领域，特别涉及一种含有增稠剂的相变储能材料。

背景技术

相变储热材料(Phase change materials，PCMs)是指在升温过程中发生相变的同时，从环境中吸收(或放出)大量的热(冷)量的一类物质，能一定程度上解决能量利用在时间和空间上不匹配的矛盾。通常，相变材料具有储热量大，相变过程近似恒温等特点，利用相变材料的相变潜热进行能量的贮存和释放近年来引起了许多能源环境学家的重视。相变储热材料主要包括无机类(无机水合盐、熔融盐等)相变材料、有机类(石蜡类、酯酸类等)相变材料以及复合类相变材料。

无机水合盐类相变材料普遍存在的主要问题是过冷和相分层。相变过程中，当物质冷却到凝固点时并不结晶，而需冷却到凝固点以下才开始结晶的现象称为“过冷”，结晶的同时温度迅速上升。

水合盐在结晶过程中会出现固、液分层现象，若加热过程中盐的溶解度很高，则无机盐水合物可全部溶解；由于溶解度低使得有些盐仍处在固态状态，此时未溶解的盐因其密度大而沉到容器底部。当冷却过程结束后，容器中出现分层现象，底部为未溶解的固体层，中间为结晶水合盐层，上层为饱和溶液层，即相分离现象。随着熔化-凝固反复循环进行，储热性能随容器底部固体沉积的增多而变得越来越差，当循环达到一定次数便失去储热能力。解决相分层的办法一般有：加增稠剂、加晶体结构改变剂、盛装相变材料的容器采用薄层结构和在冷却过程中摇晃或搅动。

无机水合盐类相变材料中最为常用和有效的增稠剂为离子型增稠剂，如羧甲基纤维素钠(CMC)等。在其加入无机水合盐类相变材料后，CMC上羧甲基羟基上的Na⁺但是在水溶液中极易离出，CMC在水溶液中以阴离子的形式存在，显负电荷。对无机水合盐类相变材料的稳定性和结晶都会产生不利影响。

另外，离子型增稠剂，无法从根本上解决相分层问题，随着使用时间的增长，仍然会出现相分离，相变储能材料的使用寿命显著下降。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术上述问题，提供一种能有效解决相分离，提高无机水合盐类相变材料经多次冻熔循环后的储热能力的含有非离子型增稠剂的相变储能材料。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种含有增稠剂的相变储能材料，由无机水合盐、成核剂、无机填料、增稠剂和表面活性剂组成，所述的无机水合盐的含量为75～95wt％，所述的成核剂的含量为2～10wt％，所述的无机填料的含量为1～5wt％，所述的增稠剂的含量为0.1～5wt％，所述的表面活性剂的含量为0.5～5wt％。

进一步的，所述的增稠剂为非离子型纤维素醚或非离子型聚氨酯或纸浆中的任意一种或多种的混合物。

进一步的，所述的增稠剂包括纤维素醚、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素。

进一步的，所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂；所述的非离子型表面活性剂包括烷基葡糖苷或脂肪酸甘油酯或脂肪酸山梨坦或聚山梨酯中的任意一种。

进一步的，所述的无机填料为碳化硅微粉或炭黑或碳酸钙或陶土或粉煤灰。

进一步的，所述的纸浆中固形物的含量≥50％。

进一步的，所述的纸浆的制备方法为：将纸粉碎后加入去离子水浸泡，碎纸软化后50～100rpm搅拌10～30min，200～1000rpm搅拌5～10min，静置后除去多余水分。

进一步的，所述增稠剂通过以下步骤添加到相变储能材料中：

非离子型纤维素醚或/和非离子型聚氨酯与成核剂和无机填料混合均匀；

相变储能材料熔融后，先加入表面活性剂，混合均匀；再加入非离子型纤维素醚或/和非离子型聚氨酯与成核剂和无机填料混合的混合物，搅拌均匀。

进一步的，所述增稠剂通过以下步骤添加到相变储能材料中：

固形物含量≥50％的纸浆中加入成核剂和无机填料，200～1000rpm搅拌5～10min；

相变储能材料熔融后，先加入表面活性剂，混合均匀；再加入纸浆、成核剂和无机填料的混合物，搅拌均匀。

进一步的，所述的相变储能材料的相变温度为15～150℃。

本发明提供的含有增稠剂的相变储能材料，添加非离子型纤维素醚、非离子型聚氨酯、纸浆作为增稠剂。其在水中不电离，本身的稳定性高，不易无机盐电离的影响，也不易受PH值的影响。能有效增大溶液的黏度，能够防止混合物中不同成分之间发生分离，从而达到改善相分离的目的。由于采用非离子型增稠剂，其不会在水中电离，不会对无机水合盐类相变材料的稳定性和结晶产生不利影响。

本发明提供的含有增稠剂的相变储能材料，添加非离子型表面活性剂，能改变亲疏水性质，降低无机水合盐冷却时饱和溶液层的界面张力，同时能改变水合盐颗粒与饱和溶液之间的接触角，促进水合盐晶体的形成，从而达到改善相分离和过冷的目的。

本发明也可采用纸浆作为增稠剂，纸浆可以选择纸浆产品，也可以自制。自制纸浆方法：将纸粉碎后加入去离子水浸泡，碎纸软化后搅拌，除去多余水分。含量≥50％的纸浆中加入成核剂和无机填料，混合均匀后再与表面活性剂、熔融后的相变储能材料混合。纸浆在本发明提供的相变储能材料分布后，可以同时起到增稠剂、悬浮剂和填充剂的作用。能明显改善无机水合盐相变储能材料的过冷和相分层现象。

本发明提供的含有增稠剂的相变储能材料，添加碳化硅微粉或炭黑或碳酸钙或陶土或粉煤灰作为无机填料，作为悬浮剂和填充剂。由于添加的无机填料粒径小，分散均匀，其能协助增稠剂增大溶液的黏度。同时无机填料能作为导热剂，改善热导率低的问题，提高系统传热性能。

本发明提供的含有增稠剂的相变储能材料，增稠剂先与成核剂和无机填料混合均匀，相变储能材料熔融后，先加入表面活性剂，混合均匀后再加入增稠剂混合物。保证各组分混合均匀的同时，熔融对相变储能材料进行预处理，增加其稳定性。

与现有技术相比，本发明提供的含有增稠剂的相变储能材料的优点：

(1)有效解决相分离。

(2)提高无机水合盐类相变材料经多次冻熔循环后的储热能力。

(3)无过冷现象。

(4)制备工艺简单。

具体实施方式

一种含有增稠剂的相变储能材料，由无机水合盐、成核剂、无机填料、增稠剂和表面活性剂组成，所述的无机水合盐的含量为75～95wt％，所述的成核剂的含量为2～10wt％，所述的无机填料的含量为1～5wt％，所述的增稠剂的含量为0.1～5wt％，所述的表面活性剂的含量为0.5～5wt％。

进一步的，所述的增稠剂为非离子型纤维素醚或非离子型聚氨酯或纸浆中的任意一种或多种的混合物。

进一步的，所述的增稠剂包括纤维素醚、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素。

进一步的，所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂；所述的非离子型表面活性剂包括烷基葡糖苷或脂肪酸甘油酯或脂肪酸山梨坦或聚山梨酯中的任意一种。

进一步的，所述的无机填料为碳化硅微粉或炭黑或碳酸钙或陶土或粉煤灰。

进一步的，所述的纸浆中固形物的含量≥50％。

进一步的，所述的纸浆的制备方法为：将纸粉碎后加入去离子水浸泡，碎纸软化后50～100rpm搅拌10～30min，200～1000rpm搅拌5～10min，静置后除去多余水分。

进一步的，所述增稠剂通过以下步骤添加到相变储能材料中：

非离子型纤维素醚或/和非离子型聚氨酯与成核剂和无机填料混合均匀；

相变储能材料熔融后，先加入表面活性剂，混合均匀；再加入非离子型纤维素醚或/和非离子型聚氨酯与成核剂和无机填料混合的混合物，搅拌均匀。

进一步的，所述增稠剂通过以下步骤添加到相变储能材料中：

固形物含量≥50％的纸浆中加入成核剂和无机填料，200～1000rpm搅拌5～10min；

相变储能材料熔融后，先加入表面活性剂，混合均匀；再加入纸浆、成核剂和无机填料的混合物，搅拌均匀。

进一步的，所述的相变储能材料的相变温度为15～150℃。

以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一种含有增稠剂的相变储能材料，由75wt％无机水合盐、10wt％成核剂、5wt％碳化硅微粉、5wt％混合增稠剂以及5wt％脂肪酸甘油酯组成。该相变储能材料的相变温度为150℃，相变材料由62wt％的Mg(NO₃)₂·2H₂O和38wt％AlCl₃组成。

混合增稠剂由乙基纤维素、非离子型聚氨酯和固形物含量50％的纸浆组成，其重量比为：乙基纤维素:非离子型聚氨酯:纸浆＝1:1:2。

实施例2

一种含有增稠剂的相变储能材料，由95wt％无机水合盐、2wt％成核剂、2.4wt％炭黑、0.1wt％非离子型聚氨酯和0.5wt％脂肪酸山梨坦(司盘)组成。该相变储能材料的相变温度为15℃，相变材料由45wt％的CaCl₂·6H₂O和55wt％的CaBr₂·6H₂O组成。

实施例3

一种含有增稠剂的相变储能材料，由85wt％无机水合盐、7wt％成核剂、3wt％粉煤灰、3wt％羧甲基纤维素和2wt％烷基葡糖苷(APG)组成。该相变储能材料的相变温度为35℃，相变材料由12.82wt％的SrCl₂·6H₂O、19.23wt％的CaCl₂·6H₂O、6.41wt％的NaAc·3H₂O、6.41wt％的KAl(SO₄)₂·12H₂O、25.64wt％的Ba(OH)₂·8H₂O、12.82wt％的MgCl₂·6H₂O和16.67wt％的Na₂CO₃·10H₂O组成，其相变温度35℃。

实施例4

一种含有增稠剂的相变储能材料，由90wt％无机水合盐、3wt％成核剂、2wt％粉煤灰、2.5wt％纸浆和2.5wt％聚山梨酯(吐温)组成。

纸浆为自制纸浆，其制备方法为：将纸粉碎后加入去离子水浸泡，碎纸软化后80rpm搅拌20min，600rpm搅拌8min，静置后除去多余水分。纸浆中固形物的含量62.4％。该相变储能材料的相变温度为59℃，相变材料由58.7wt％的Mg(NO₃)₂·6H₂O和41.3wt％的MgCl₂·6H₂O组成。

实施例5

实施例1增稠剂的添加方法：

乙基纤维素、非离子型聚氨酯和固形物含量50％的纸浆按重量比乙基纤维素:非离子型聚氨酯:纸浆＝1:1:2混合均匀；再与成核剂和碳化硅微粉混合均匀；

相变储能材料熔融后，先加入脂肪酸甘油酯，混合均匀；

再加入乙基纤维素、非离子型聚氨酯、纸浆、成核剂和碳化硅微粉的混合物，搅拌均匀。

实施例6

实施例2增稠剂的添加方法：

非离子型聚氨酯与成核剂和炭黑混合均匀；

相变储能材料熔融后，先加入脂肪酸山梨坦(司盘)，混合均匀；

再加入非离子型聚氨酯、成核剂、炭黑的混合物，搅拌均匀。

实施例7

实施例4增稠剂的添加方法：

固形物含量62.4％的纸浆中加入成核剂和粉煤灰，800rpm搅拌6min；

相变储能材料熔融后，先加入聚山梨酯(吐温)，混合均匀；

再加入纸浆、成核剂和粉煤灰的混合物，搅拌均匀。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和步骤，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种含有增稠剂的相变储能材料，由无机水合盐、成核剂、无机填料、增稠剂和表面活性剂组成，其特征在于：所述的无机水合盐的含量为75～95wt％，所述的成核剂的含量为2～10wt％，所述的无机填料的含量为1～5wt％，所述的增稠剂的含量为0.1～5wt％，所述的表面活性剂的含量为0.5～5wt％。

2.根据权利要求1所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于：所述的增稠剂为非离子型纤维素醚或非离子型聚氨酯或纸浆中的任意一种或多种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于：所述的增稠剂包括纤维素醚、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素。

4.根据权利要求1所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于：所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂；所述的非离子型表面活性剂包括烷基葡糖苷或脂肪酸甘油酯或脂肪酸山梨坦或聚山梨酯中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于：所述的无机填料为碳化硅微粉或炭黑或碳酸钙或陶土或粉煤灰。

6.根据权利要求2所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于，所述的纸浆中固形物的含量≥50％。

7.根据权利要求2所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于，所述的纸浆的制备方法为：将纸粉碎后加入去离子水浸泡，碎纸软化后50～100rpm搅拌10～30min，200～1000rpm搅拌5～10min，静置后除去多余水分。

8.根据权利要求1所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于，所述增稠剂通过以下步骤添加到相变储能材料中：

非离子型纤维素醚或/和非离子型聚氨酯与成核剂和无机填料混合均匀；

相变储能材料熔融后，先加入表面活性剂，混合均匀；再加入非离子型纤维素醚或/和非离子型聚氨酯与成核剂和无机填料混合的混合物，搅拌均匀。

9.根据权利要求1所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于，所述增稠剂通过以下步骤添加到相变储能材料中：

固形物的含量≥50％的纸浆中加入成核剂和无机填料，200～1000rpm搅拌5～10min；

相变储能材料熔融后，先加入表面活性剂，混合均匀；再加入纸浆、成核剂和无机填料的混合物，搅拌均匀。

10.根据权利要求1或2所述的一种含有增稠剂的相变储能材料，其特征在于：所述的相变储能材料的相变温度为15～150℃。