一种无机相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无机相变材料及其制备方法，该无机相变材料包括增稠剂和保水剂中的至少一种、主热剂、成核剂、pH调节剂、导热剂和水，所述的主热剂为十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的共晶盐。其制备方法为：将主热剂加入水中，并在40～45oC水浴中搅拌至完全熔化后，加入成核剂、pH调节剂、导热剂，经充分搅拌使成核剂和pH调节剂完全溶解、导热剂均匀分散，然后，加入增稠剂或保水剂中的至少一种，经搅拌使增稠剂均匀分散、保水剂完全膨胀，即得到无机相变材料。本发明专利技术的相变材料，不可燃、无毒，相变温度在21～27oC，相变潜热达214kJ/kg，循环凝固-熔化1000周后性能无衰减。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于节能环保材料领域，尤其涉及。
技术介绍
相变材料(PCM,Phase Change Material),由于其具有较高的潜热(>100kJ/kg),而被用作储能材料。材料在相变过程中释放的热量，用来加热保温时，可作为储热材料使用；材料在相变过程中吸收热量，用来降温时，可作为储冷材料使用。相变材料广泛应用于航天、建筑、医疗保健等领域。无机水合盐相变材料具有高的相变潜热，这类材料的相变潜热大都大于200kJ/kg，相变温度分布在0 100°C之间，是中低温相变材料最常使用的一、类。对于相变材料，相变点有两个，一个是凝固点，一个是熔点。相变温度是一个发生相变的温度范围，最低点是完全凝固所需要的温度，最高点是完全熔化所需的温度。相变材料可用于建筑节能领域。其可利用太阳能、季节温差、昼夜温差等可再生资源，有效降低建筑物室内的温度波动，降低室温控制设备的使用时间，从而降低能源支出，使室内环境更加舒适。使用相变材料的建筑，还可以利用低峰电力，减少能源消耗，缓解用电紧张。例如冬季可以在用电低谷时，将相变材料加热，实现热能的存储，然后在用电高峰期将热能释放出来，维持室内的温度；在夏季用电低谷时，将相变材料降温，在用电高峰时吸收室内热量，降低室温。现在将相变材料用于建筑节能领域的方法主要是将相变材料与混凝土、石膏板、涂料等混合，制成相变建材。而目前研究较多的有机相变材料，具有易燃性，虽然经过阻燃处理，但仍可能成为火灾的隐患。无机水合盐相变材料具有不可燃性，但过冷度和循环性能比较差。相变材料还可用于电子行业。随着电子设备高速化、小型化、集成化，集成电路的集成度、运算速度和功率消耗迅速提高，导致集成块内产生的热量大幅度增加，这就需要及时地将热量导出，以降低温度。现有的风冷、水冷等降温技术设备复杂，体积较大，使用不便。相变材料在熔点附近很窄的温度范围内吸收大量的热，可以迅速降低芯片温度，缓解过热问题，并且相变材料可以制成膜、片等形状，与芯片紧密接触，使用方便。目前研究较多的有机相变材料虽然易加工，但由于有机相变材料的易燃性，其可能在温度达到一定程度后燃烧，所以考虑安全问题，无机相变材料成为最有潜力的候选对象。十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠是最常用的两种无机水合盐相变材料。纯的十水硫酸钠，其熔点是32. 4°C,熔化潜热是250kJ/kg ;纯的十二水磷酸氢二钠，其熔点是35. 5°C,熔化潜热为265kJ/kg。纯的十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的过冷度都比较大，且由于熔点附近无水盐不能完全溶解在结晶水中，会析出固相，出现相分离，循环性能不断降低甚至失效。由于纯的十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的相变点稍高，不能直接作为相变温度在室温附近的相变材料，就需要通过形成共晶盐的方法来调节。1991年阮德水等人发表论文《磷酸氢二钠及其低共熔物贮热性能研究》，研究了十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的共晶盐体系相图，指出该体系有两个四相转熔温度，分别在28. 9°C和28. 2°C。2005年徐玲玲等人发表论文《Na2S04 IOH2O和Na2HPO4 12H20体系的相变特性》，将十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的质量比设为80 20,以硼砂为成核齐U，制备出相变点在28°C的相变材料。上述文献中的研究结论虽然证明该共晶盐体系可以制备出低于30°C的相变材料，但没有研究其相变潜热和循环性能，而且未能制备出相变点低于28°C的具有相变潜热高、循环性能稳定的相变材料。文中涉及的参考文献如下 阮德水，黎厚斌，张太平，胡起柱，磷酸氢二钠及其低共熔物的贮热性能研究，太阳能学报，1991，12(4) : 368-372 徐玲玲，沈艳华，梁斌斌，温勇，杨南如，Na2SO4 IOH2O和Na2HPO4 12H20体系的相变特性，南京工业大学学报，2005，27 (4) : 27-
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种以十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的共晶盐为主热剂、相变温度为21 27°C、且具有稳定循环性能的无机相变材料，及该无机相变材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为 一，一种无机相变材料，包括增稠剂和保水剂中的至少一种、主热剂、成核剂、PH调节齐U、导热剂和水，所述主热剂为十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的共晶盐；所述增稠剂的质量为主热剂的0. 01 3% ;所述保水剂的质量为主热剂的0. 01 6% ;所述成核剂的质量为主热剂的3 6%，优选值为5% ;所述pH调节剂的质量为主热剂的0 3% ;所述导热剂的质量为主热剂的0 1%，优选值为0. 5% ;所述水的质量为主热剂的9 20%。上述主热剂中十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的质量比为65 35 50 :50，优选值为 60 40 55 :45。上述成核剂为硼砂、十水硅酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或几种的组合物。上述增稠剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钠中的一种或几种的组合物。上述保水剂为高吸水性树脂。上述pH调节剂为硼酸、磷酸中的一种或两种的组合物。上述导热剂为石墨、膨胀石墨中的一种或两种的组合物。二、上述无机相变材料的制备方法为 将十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠加入水中，并在40 45°C水浴中搅拌至完全熔化后，加入成核剂、PH调节剂、导热剂，经充分搅拌使成核剂和pH调节剂完全溶解、导热剂均匀分散，然后，加入增稠剂或保水剂中的至少一种，经搅拌使增稠剂均匀分散、保水剂完全膨胀，即得到熔化状态的无机相变材料。此时可将材料进行封装，也可将材料降温凝固后经粉碎进行封装。 本专利技术的无机相变材料是以十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠的共晶盐为主要成分，并加入成核剂、增稠剂、保水剂等添加剂，成核剂可降低相变材料的过冷度，本专利技术中成核剂的加入使得相变材料的过冷度降至l°c以下；增稠剂和保水剂可以防止无机相变材料在液态时出现相分离，保水剂还可调节相变材料在固态时的硬度，通过控制保水剂的用量可制备出在固态时柔软的相变材料，保水剂的含量越高，相变材料在固态时的硬度越低。作为对本专利技术无机相变材料的进一步改进，本专利技术相变材料还可以含有导热剂或PH调节剂，导热剂可提高相变材料的导热率，PH调节剂用来调节相变材料的pH值。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点 1、本专利技术无机相变材料的相变范围为21 27°C，熔化潜热保持214kJ/kg，过冷度低于1°C，且在经历1000次熔化凝固循环后，本专利技术相变材料的熔化潜热几乎无衰减； 2、本专利技术无机相变材料无毒，不可燃，适用于制作发烧时物理降温的冰袋、储存太阳能用于建筑物的加热、添加到建筑材料中用于室温的调节、卫星和太空站的保温隔热； 3、本专利技术方法简单易操作，适合工业化生成，且不同批次产品性能差别小，重复性好。 附图说明图I为实施例I所得相变材料的凝固-熔化曲线； 图2为实施例2所得相变材料的凝固-熔化曲线； 图3为实施例4所得相变材料的凝固-熔化曲线； 图4为实施例4所得相变材料的凝固-熔化曲线； 图5为实施例5所得相变材料的凝固-熔化曲线； 图6为实施例6所得相变材料的凝固-熔化曲线； 图7为实施例6所得相变材料的焓-温曲线； 图8为实施例7所得相变材料的凝固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭天右，张清刚，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：