一种高导热-储热性能纳米相变乳液的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热储热性能纳米相变乳液的制备方法，属于相变材料技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种高导热
‑
储热性能纳米相变乳液的制备方法


[0001]本专利技术涉及相变材料
，更具体的说是涉及一种高导热
、
储热性能纳米相变乳液的制备方法
。

技术介绍

[0002]潜热型功能换热流体目前主要分为相变微胶囊悬浮液和相变乳液，其独特之处在于能够储存热量并实现相变
。
与相变微胶囊相比，相变乳液换热热阻更小，工艺更简单
。
从开发液体热管理系统角度来看，相变乳液具有制备简单
、
成本低廉等突出优点，它们包含水和相变材料，因此比目前使用的基于冷却水的体系具有大得多的能量存储容量；并且与本体相变材料储热的体系相比，相变乳液具有更高的热导率
。
同时，相变乳液由于其性质稳定
、
易于与其他材料结合
、
安全节能
、
经济环保，被广泛用于太阳能和工业热回收
、
废热回收和家电储热
。
有机相变材料具有其成本低
、
来源广的优点，被研究学者们认为是用于制作相变乳液的理想材料
。
[0003]相变乳液在长期储存和机械运输过程中存在乳液分层和破乳的风险
。
提高乳液的稳定性是相变乳液进行实际应用的前提条件
。
颗粒小
、
粒径分布窄的纳米乳液较微米乳液具有更好的稳定性，但过冷度也会因此增大，即冷却到其熔点以下而不结晶，以及预期潜热的减少
。
有机相变材料本身少有过冷现象，但在水中乳化和分散成小粒径状态后，液滴在凝固或结晶时过冷的情况会很严重
。
这是由于相变乳液内颗粒的纳米尺寸使得成核位点有限，更多的液滴由于缺乏晶核而无法成核或结晶
。
特别地，过冷扩大了系统的操作温度范围，因此使能量效率和性能系数降低
。
[0004]如专利
(CN 111100605A)
提供的制备方法，所制备的相变乳液导热系数为
0.3
‑
1.4W/(m
·
K)。
其导热系数还有提升空间
。
单独的有机相变材料的导热系数通常为
0.2
‑
0.4W/(m
·
K)
，相变乳液受相变材料的影响，导热系数会有所降低，影响换热
/
相变过程
。
若在单一组分相变乳液中加入特定的功能纳米粒子，不仅可以有效克服和避免相变乳液过冷
、
导热性差等缺点，而且可以实现相变乳液的功能化应用
。
如专利
(CN 105622959 A)
提供的制备方法，虽然提到了添加纳米颗粒，但只考虑作为成核剂材料，且使用量较大，需要加入另外的稳定剂保证相变乳液的稳定和流动性
。
[0005]因此，如何提供一种稳定性好
、
过冷度低
、
导热系数高且原料配比合理
、
成本低廉的相变乳液是本领域技术人员亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种新的制备纳米相变乳液的方法，可以加入特定的功能纳米粒子对纳米相变乳液进行改性，使纳米相变乳液具有低过冷度，高导热的特性，并维持纳米相变乳液的流动特性及稳定性
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种高导热储热性能纳米相变乳液的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1：称取一定质量的相变材料和亲油乳化剂
I
，记作油相；
[0010]步骤2：称取一定质量的亲水乳化剂
II
溶于去离子水，记作水相；
[0011]步骤3：将油相和水相分别水浴加热，在水热条件下将水相缓慢加入完全融化且维持搅拌的油相，混合充分后进行超声预乳化；
[0012]步骤4：向预乳液中加入功能纳米粒子，超声分散后得到改性的纳米相变乳液
。
[0013]进一步的，以质量比计，所述纳米相变乳液的原料组成为：
[0014]相变材料
10
‑
30
％，乳化剂
I
和乳化剂
II
总含量为3‑9％，功能纳米粒子
0.06
‑
0.15
％，余量为水
。
[0015]优选的，所述相变材料选自商业石蜡相变材料
、
全
/
半精炼石蜡
、
切片石蜡
、
脂肪酸酯相变材料或脂肪酸相变材料
。
[0016]优选的，所述相变材料和乳化剂的质量比
≤8/3。
[0017]优选的，所述乳化剂
I
的
HLB≤9
，乳化剂
II
的
HLB
＞9；其中乳化剂
I
或乳化剂
II
选自吐温
80、
司盘
60、
吐温
60、
司盘
80
或吐温
20
中的一种
。
[0018]优选的，乳化剂
I
和乳化剂
II
配比的
HLB
值范围为
11
‑
14。
[0019]进一步的，所述功能纳米粒子为与水接触角范围在
70
‑
150
度，本身具有高导热性的纳米颗粒
。
[0020]优选的，所述功能纳米粒子选自纳米碳化硅，纳米
γ
‑
氧化铝，纳米二氧化硅，纳米二氧化钛，纳米石墨，纳米氮化硼，碳纳米管或石墨烯
。
[0021]优选的，以质量比计，所述纳米相变乳液的原料组成为：
[0022]进一步的，所述水浴加热和水热处理的温度为不低于相变材料熔点
20℃。
[0023]进一步的，所述预乳化的超声功率为
600
‑
1000W
，超声时间为5‑
10min。
[0024]进一步的，所述超声分散的功率为
600
‑
1000W
，超声时间为
20
‑
40min。
[0025]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种可以制备稳定性好且过冷度小，高导热性和高比热容的相变乳液的方法
。
需要的纳米颗粒材料量少，成本低廉
。
对于不同应用场景需要的功能可以通过纳米粒子的特性调控
。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高导热储热性能纳米相变乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：称取一定质量的相变材料和乳化剂
I
，记作油相；步骤2：称取一定质量的乳化剂
II
溶于去离子水，记作水相；步骤3：将油相和水相分别水浴加热，在水热条件下将水相以3‑
8mL/min
的速度加入完全融化且维持搅拌的油相，混合均匀后进行超声预乳化；步骤4：向预乳液中加入功能纳米粒子，超声分散后得到改性的纳米相变乳液
。2.
如权利要求1所述一种高导热储热性能纳米相变乳液的制备方法，其特征在于，以质量比计，所述相变材料为
10
‑
30
％，乳化剂
I
和乳化剂
II
总含量为3‑9％，功能纳米粒子为
0.06
‑
0.15
％，余量为水；所述相变材料与乳化剂总量的比
≤8/3。3.
如权利要求1所述一种高导热储热性能纳米相变乳液的制备方法，其特征在于，所述相变材料选自商业石蜡相变材料
、
全
/
半精炼石蜡
、
切片石蜡
、
脂肪酸酯相变材料或脂肪酸相变材料
。4.
如权利要求1所述一种高导热储热性能纳米相变乳液的制备方法，其特征在于，所述乳化剂
I
的
HLB≤9
，乳化剂
II
的
HLB
＞9；其中乳化剂
I
或乳化剂
II
选自吐温
80、<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱蓉，陈薇，白馨懿，肖一啸，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：