一種相變蓄冷復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種相變蓄冷復(fù)合材料，該材料由十二醇、水、甘油或二者混合物及表面活性劑復(fù)合而成，具有硬度小，可利用的相變潛熱大，蓄冷能力穩(wěn)定等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種相變蓄冷復(fù)合材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相變蓄冷復(fù)合材料，特別涉及一種相變溫度為15°C~30°C之間的相變蓄冷復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]材料儲(chǔ)存熱能通常有兩種方式:顯熱和潛熱(即相變熱)。顯熱儲(chǔ)存是利用材料的比熱容和材料的溫度變化來(lái)進(jìn)行的；潛熱儲(chǔ)存是利用物質(zhì)在物態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中伴隨著能量吸收和釋放而進(jìn)行的，其中潛熱儲(chǔ)存通常比顯熱儲(chǔ)存具有高得多的儲(chǔ)能密度，因此利用材料的潛熱進(jìn)行儲(chǔ)能蓄冷具有更為廣闊的前景。
[0003]如非專利文獻(xiàn)《相變材料與相變儲(chǔ)能技術(shù)》中所述，目前相變儲(chǔ)能材料已經(jīng)成為材料科學(xué)研究的熱門，實(shí)驗(yàn)室中研制出的新材料層出不窮，但是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的卻為數(shù)不多，這些新材料普遍存在著原料成本高、制備工藝復(fù)雜、使用不便、產(chǎn)品壽命短等缺陷。
[0004]目前市場(chǎng)上銷售的相變蓄冷材料主要包括以下幾類:
[0005](1)無(wú)機(jī)結(jié)晶水合鹽類化合物，如:硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽及它們的組合物等，其中以Na2SO4.1OH2O最為常用，利用其脫附結(jié)晶水以及結(jié)晶-溶解的變化達(dá)到蓄冷目的。無(wú)機(jī)結(jié)晶水合鹽類化合物雖然成本低、導(dǎo)熱性能好、儲(chǔ)能密度大，但是其在蓄冷過(guò)程中容易出現(xiàn)過(guò)冷、相分離、板結(jié)等現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中往往需要添加防過(guò)冷劑及防相分離劑來(lái)減少上述現(xiàn)象的發(fā)生，因此增加了無(wú)機(jī)結(jié)晶水合鹽類化合物在使用中的成本；此外，由于這些無(wú)機(jī)結(jié)晶水合鹽類化合物隨著溫度升高會(huì)丟失結(jié)晶水，從而導(dǎo)致材料表現(xiàn)為個(gè)體差異明顯、蓄冷作用重復(fù)性差，多次使用后出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的性能降低等不良后果。同時(shí)，這些無(wú)機(jī)材料的密度通常都比較大，從而導(dǎo)致相同體積的條件下無(wú)機(jī)材料會(huì)重很多，因此其在大規(guī)模使用時(shí)存在困難。除此而外，無(wú)機(jī)材料的相變溫度都較高，甚至高達(dá)幾百度，與人體感覺(jué)最佳溫度相去甚遠(yuǎn)，因此，在服裝方面的應(yīng)用存在很大的阻礙。
[0006](2)有機(jī)相變蓄冷材料:常用的有機(jī)相變蓄冷材料包括高級(jí)脂肪烴、芳香烴、多元醇、羧酸和脂肪酸等，其中，以石蠟、癸酸、月桂酸、棕櫚酸等材料應(yīng)用最為廣泛。多元醇主要用于中高溫儲(chǔ)能領(lǐng)域，例如新戊二醇相變溫度為44.1°C，相變熱為116.5J/g;2-氨基-2-甲基1，3丙二醇相變熱為57.(TC，相變熱114.lj/g ;三羥甲基乙烷相變溫度為81.8°C，相變熱為 172.6J/g。
[0007]隨著溫室氣體排放的不斷增加，全球氣溫逐年升高，尤其是城市中存在著熱島現(xiàn)象，夏季最高氣溫可高達(dá)40°C以上，然而在這種高溫環(huán)境下，某些行業(yè)的工作人員卻避免不了在室外作業(yè)，在這樣的高溫環(huán)境中作業(yè)極易造成中暑、熱輻病等后果，輕則出現(xiàn)頭暈、惡心等身體不適的癥狀，重則會(huì)導(dǎo)致死亡，僅2013年夏季，在中國(guó)因高溫而死亡的人數(shù)大于5人。因此，開(kāi)發(fā)一種適用于服裝、坐墊等常見(jiàn)日用品中的相變蓄冷材料的問(wèn)題亟待解決。
[0008]目前，對(duì)降低人體體表溫度方面的相變蓄冷材料的研究尚不深入。正常人體體表平均溫度為37°C，而夏季人體感覺(jué)舒適的最佳溫度是23°C~28°C，冬季是18°C~25°C，因此需要開(kāi)發(fā)出一種相變溫度略低于人體體溫，大約在18~28°C，使人體與之接觸后感覺(jué)涼爽舒適的材料。
[0009]中國(guó)專利89201439.3公開(kāi)了一種相變蓄冷涼墊，其通過(guò)由塑料或橡膠膜構(gòu)成的密閉腔中置以軟泡沫塑料，在軟泡沫的小孔中吸入十二醇、十六烷等蓄冷物質(zhì)起到使人體感覺(jué)涼爽的作用。然而此種涼墊硬度大，尤其在十二醇變?yōu)楣滔嗪笃溆捕雀螅褂脮r(shí)無(wú)舒適度可言，同時(shí)，當(dāng)多次使用軟泡沫發(fā)生破碎后，坐墊凝固的形狀不易控制，因此在實(shí)際應(yīng)用中存在較大不便。此外，塑料軟泡沫本身即為發(fā)熱材料，人體與之接觸后由十二醇帶來(lái)的涼爽感覺(jué)會(huì)大大降低。因此，需要開(kāi)發(fā)出一種質(zhì)軟，能保證使用時(shí)舒適度的相變蓄冷材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明人經(jīng)銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):十二醇熔點(diǎn)與人體感覺(jué)舒適的最佳溫度接近，為26°C，并且其具有較大的相變潛熱，相變熱為182J/g，在常溫常壓的條件下其為液態(tài)，不溶于水、甘油，而溶于丙二醇、乙醇、苯、氯仿、乙醚等，其相對(duì)于水的密度為0.82，燃點(diǎn)275°C，因此其有常溫常壓環(huán)境中使用具有質(zhì)輕、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，水和甘油的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)于十二醇，因此本發(fā)明通過(guò)表面活性劑在攪拌或超聲的作用下，將十二醇與水或甘油等按特定比例混合制成微乳體系。該微乳體系由于水或甘油的加入，在體系相變熱可以達(dá)到十二醇總相變熱的95%以上的條件下，使得相變溫度略有降低，存在一個(gè)至兩個(gè)相變點(diǎn)；同時(shí)，體系的導(dǎo)熱能力有所提高，增強(qiáng)了該相變蓄冷材料在使用時(shí)的舒適度；此外，由于水或甘油的加入，使得該體系在相變后為質(zhì)軟的凝膠態(tài)，大大降低了十二醇相變后的硬度，彌補(bǔ)了十二醇在應(yīng)用方面的缺憾，并且該體系相變性能穩(wěn)定，可重復(fù)循環(huán)使用50次以上，實(shí)用性強(qiáng)。
[0011]本發(fā)明的目的在于提供如下技術(shù)方案:
[0012](I) 一種 相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，其由以下重量配比的物質(zhì)制備而成:
[0013]表面活性劑: 0.5~1.5份；
[0014]十二醇:6 份；
[0015]水:0.4 ~5份；
[0016]其中，
[0017]表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20 ；
[0018]該相變蓄冷復(fù)合材料由以下方法制備得到:
[0019]在室溫下，按上述重量配比稱取十二醇、表面活性劑和水，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的水，在攪拌的條件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)通過(guò)攪拌或超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料。
[0020](2)如上述⑴所述的一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，其紅外光譜的特征峰為:3374cm S 1649cm S 1467cm \ 1059cm \ 722cm、
[0021](3) 一種相變蓄冷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0022]在室溫下，稱取十二醇、表面活性劑和水，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的水，在攪拌的條件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)通過(guò)攪拌或超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料，其中，
[0023]所述表面活性劑、十二醇、水按如下重量配比稱取:[0024]表面活性劑: 0.5~1.5份；
[0025]十二醇:6 份；
[0026]水:0.4 ~5 份；
[0027]其中，
[0028]表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20。
[0029](4) 一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，包括以下重量配比的組分:
[0030]表面活性劑: 0.5~1.5份；
[0031]十二醇:6 份；
[0032]甘油:3~5份；
[0033]其中，
[0034]表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20 ；
[0035]其由以下方法制備得到:
[0036]在室溫下，按上述重量配比稱取十二醇、表面活性劑和甘油，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的甘油，充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚詣┤芙夂?，在攪拌的條件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)攪拌或通過(guò)超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料。
[0037](5)如上述(4)所述的一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，其紅外光譜的特征峰為:3374cm S 1649cm S 1467cm \ 1059cm \ 722cm、
[0038](6) 一種相變蓄冷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0039]在室溫下，稱取十二醇、表面活性劑和甘油，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的甘油，充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚詣┤芙夂螅跀嚢璧臈l件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)攪拌或通過(guò)超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料，其中，
[0040]所述表面活性劑、十二醇、甘油按如下重量配比稱取:
[0041]表面活性劑: 0.5~1.5份；
[0042]十二醇:6 份；
[0043]甘油:3~5份；
[0044]其中，
[0045]表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20
[0046](7) 一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，包括以下重量配比的組分:
[0047]
表面活性劑: 1~1.5份；
十二醇:6份；
水:2~2.5份；
甘油:1.5~2份；
[0048]其中，
[0049]表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20 ；[0050]其由以下方法制備得到:
[0051]在室溫下，按上述重量配比稱取十二醇、表面活性劑、水和甘油，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的水和甘油，充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚詣┤芙夂?，在攪拌的條件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)攪拌或通過(guò)超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料。
[0052](8)如上述(7)所述的一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，其紅外光譜的特征峰為:3332cm \ 2924cm S 2854cm S 1466cm \ Illlcm \ 1043cm \ 924cm S 853cm S 677cm 1 或3378cm 1, 2923cm S 2853cm S 1650cm 1,1466cm 1,1113cm 1,1048cm S 721cm、
[0053](9) 一種相變蓄冷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在室溫下，稱取十二醇、表面活性劑、水和甘油，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的水和甘油，充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚詣┤芙夂螅跀嚢璧臈l件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)攪拌或通過(guò)超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料，其中，
[0054]所述十二醇、表面活性劑、水和甘油按以下重量配比稱取:
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，其由以下重量配比的物質(zhì)制備而成: 表面活性劑: 0.5~1.5份； 十二醇:6份； 水:0.4~5份； 其中， 表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20 ； 該相變蓄冷復(fù)合材料由以下方法制備得到: 在室溫下，按上述重量配比稱取十二醇、表面活性劑和水，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的水，在攪拌的條件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)通過(guò)攪拌或超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，其紅外光譜的特征峰為:3374cm S 1649cm -1、 1467cm-1、 1059cm -1、 722cm-1、
3.一種相變蓄冷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 在室溫下，稱取十二醇、表面活性劑和水，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的水，在攪拌的條件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)通過(guò)攪拌或超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料，其中， 所述表面活性劑、十二醇、水按如下重量配比稱取: 表面活性劑: 0.5~1.5份； 十二醇:6份； 水:0.4~5份； 其中， 表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20。
4.一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，包括以下重量配比的組分: 表面活性劑: 0.5~1.5份； 十二醇:6份； 甘油:3~5份； 其中， 表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20 ； 其由以下方法制備得到: 在室溫下，按上述重量配比稱取十二醇、表面活性劑和甘油，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的甘油，充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚詣┤芙夂螅跀嚢璧臈l件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)攪拌或通過(guò)超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，其紅外光譜的特征峰為:3374cm S 1649cm S 1467cm \ 1059cm \ 722cm、
6.一種相變蓄冷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 在室溫下，稱取十二醇、表面活性劑和甘油，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的甘油，充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚詣┤芙夂?，在攪拌的條件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)攪拌或通過(guò)超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料，其中， 所述表面活性劑、十二醇、甘油按如下重量配比稱取: 表面活性劑: 1份； 十二醇:6份； 甘油:3~5份； 其中， 表面活性劑選自:吐溫-80、吐溫-60、吐溫-40和吐溫-20。
7.—種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，包括以下重量配比的組分:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種相變蓄冷復(fù)合材料，其特征在于，其紅外光譜的特征峰為:3332cm 1,2924cm 1,2854cm 1,1650cm \ 1466cm、Illlcm \ 1043cm 1,924cm 1,853cm 1,721cm \ 677cm、
9.一種相變蓄冷復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在室溫下，稱取十二醇、表面活性劑、水和甘油，將稱量好的表面活性劑置于容器中，向其中加入稱量好的水和甘油，充分?jǐn)嚢枋贡砻婊钚詣┤芙夂螅跀嚢璧臈l件下分批加入或滴加加入十二醇，繼續(xù)攪拌或通過(guò)超聲波振蕩的方法使上述各組分充分混合均勻，制備成微乳狀相變蓄冷復(fù)合材料，其中， 所述十二醇、表面活性劑、水和甘油按以下重量配比稱取:
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK103820083SQ201310571996
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】賀安琪, 徐怡莊, 李畢忠, 石佳佳, 崔輝仙, 許晨曦, 陽(yáng)文, 郭然, 吳瑾光 申請(qǐng)人:北京大學(xué), 北京崇高納米科技有限公司, 徐怡莊