專利名稱：納米膠囊相變蓄冷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄冷材料，具體地說是一種納米膠囊相變蓄冷材料及其制備 方法。
背景技術(shù)：
近年來由于我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大、中城市空調(diào)系統(tǒng)不斷普及，在整個(gè)城市 的電力負(fù)荷中，空調(diào)系統(tǒng)的電力負(fù)荷占有相當(dāng)大的比重，約為30—40%。而空調(diào) 系統(tǒng)的電力負(fù)荷高峰時(shí)段和整個(gè)城市的電力負(fù)荷高峰時(shí)段重疊，這就造成了高峰 時(shí)電力供應(yīng)較緊張，同時(shí)也導(dǎo)致了低谷時(shí)電力負(fù)荷剩余。因此，在現(xiàn)有的空調(diào)系 統(tǒng)中加入蓄冷系統(tǒng)，充分蓄存利用低谷期電力產(chǎn)生的冷量，而在高峰期釋放蓄存 的冷量，這樣就可大大減少高峰期的電力負(fù)荷，緩解供電緊張的壓力。
目前得到實(shí)際應(yīng)用的蓄冷空調(diào)系統(tǒng)分為水蓄冷和冰蓄冷兩種，兩種系統(tǒng)的蓄 能密度都較低，蓄能效率不高，造成蓄冷系統(tǒng)體積龐大，成本較高，只能應(yīng)用于 大型建筑物的集中式空調(diào)系統(tǒng)中。若將納米膠囊相變蓄冷材料作為蓄冷介質(zhì)，由 于其蓄能密度高，體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以大大降低蓄冷系統(tǒng)的體積，提高蓄冷空調(diào) 的效率。利用納米膠囊相變蓄冷材料可以制成小型蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，用于居民住宅 制冷空調(diào)裝置，這樣就能大大地拓寬蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，達(dá)到緩解能源供 應(yīng)壓力以及節(jié)能環(huán)保的目的。
現(xiàn)有的微膠囊相變蓄能材料，普遍存在材料制備成本高、工藝復(fù)雜、相變材 料包覆效率低、封裝牢固性差、循環(huán)耐久性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述蓄冷材料存在的種種不足，本發(fā)明的目的是提供一種納米膠囊相變 蓄冷材料及其制備方法，它是將有機(jī)相變蓄冷材料包覆到脲醛樹脂囊材內(nèi)，制備 成納米膠囊相變蓄冷材料，強(qiáng)化蓄、放冷過程的傳熱，并解決蓄冷材料液相的泄 漏和腐蝕問題。該蓄冷材料的相變溫度在5—9'C與空調(diào)系統(tǒng)的工作溫度相吻合， 相變潛熱較高為160—200 kj/kg，無過冷和相分離現(xiàn)象，無毒、無腐蝕性，性 能穩(wěn)定、重復(fù)性好?？煽朔罾淇照{(diào)系統(tǒng)蓄冷密度低和冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)蓄冷溫 度低的缺點(diǎn)，提高了蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的蓄冷量和蓄冷效率，改善了蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的 經(jīng)濟(jì)性。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種納米膠囊相變蓄冷材料，包括芯材和囊壁壁材，芯材由有機(jī)相變蓄冷材料制成，其特征在于所述膠囊壁材由脲醛樹脂制成；芯材和壁材的質(zhì)量比為5: 3或5: 2或10: 3。
一種上述納米膠囊相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于納米膠囊壁材通 過兩類單體的聚合反應(yīng)而形成，其中一類是油溶性單體，另一類是水溶性單體； 油溶性單體和水溶性單體分別位于芯材液滴的內(nèi)部和外部，并在芯材液滴的表面 進(jìn)行反應(yīng)形成聚合物薄膜，其具體步驟如下
(1) 預(yù)聚物制備將2—5g尿素和12—20g甲醛加入錐形瓶中，加入20mL 去離子水稀釋，待尿素完全溶解后用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至7—8，用磁力攪拌器 加熱攪拌反應(yīng)1小時(shí)后再加入20mL熱水稀釋，溫度控制在50-8(TC，轉(zhuǎn)速控制 在200rpm。得到預(yù)聚物溶液；
(2) 乳液制備將0.5—lg的十二烷基硫酸鈉乳化劑、l一3g的間苯二酚 和l一8g的氯化鈉加入lOOmL去離子水中，然后加入10—30g的十四烷蓄冷材料， 使用磁力攪拌器攪拌，攪拌器的轉(zhuǎn)速為1500rpm;溫度控制在50-8(TC ，乳化完 成后用200mL去離子水稀釋，得到乳液；
(3) 聚合將預(yù)聚物溶液滴入乳液中，降低攪拌器轉(zhuǎn)速至200rpm，滴入20% 的甲酸溶液調(diào)節(jié)pH值至3—4之間，開始聚合反應(yīng)，待反應(yīng)容器內(nèi)出現(xiàn)白色渾濁 物后將攪拌器轉(zhuǎn)速升高至500rpm，繼續(xù)反應(yīng)3—4個(gè)小時(shí)，反應(yīng)溫度控制在40-80 °C;
(4) 后處理反應(yīng)完成后過濾出沉淀，用50-8(TC的去離子水洗滌3—5遍， 然后在真空干燥箱內(nèi)3(TC下真空干燥24小時(shí)，得到納米膠囊相變蓄冷材料。納 米膠囊相變蓄冷材料的尺寸在100nm左右，
本發(fā)明制備方法中，納米膠囊外殼是通過兩類單體的聚合反應(yīng)而形成的，參 加聚合反應(yīng)的單體至少有兩種，其中一類是油溶性單體，另一類是水溶性的單體。 它們分別位于芯材液滴的內(nèi)部和外部，并在芯材液滴的表面進(jìn)行反應(yīng)形成聚合物 薄膜。
本發(fā)明中納米膠囊相變蓄冷材料在蓄冷空調(diào)系統(tǒng)中工作原理如下 '在夜間電網(wǎng)低谷時(shí)間(同時(shí)也是空調(diào)負(fù)荷很低的時(shí)間)，空調(diào)主機(jī)開機(jī)制冷 并由蓄冷設(shè)備將冷量儲存在納米膠囊相變蓄冷材料中，納米膠囊相變蓄冷材料因 儲存冷量而凝固成固體；待白天電網(wǎng)高峰用電時(shí)間(同時(shí)也是空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí) 間)，再將冷量釋放出來滿足高峰空調(diào)負(fù)荷的需要，而蓄冷材料則由固相融化成 液相。這樣，空調(diào)系統(tǒng)的大部分耗電發(fā)生在夜間用電低谷期，而在白天用電高峰期只有輔助設(shè)備在運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷"移峰填谷"。
納米膠囊相變蓄冷材料除了用于蓄冷空調(diào)系統(tǒng)外；還可以作為空調(diào)系統(tǒng)的冷 量輸送介質(zhì)(載冷劑)，由于該介質(zhì)的表觀比熱容比傳統(tǒng)的冷量輸送介質(zhì)(水) 大得多，且在冷量傳遞和交換過程中具有較好的等溫性，因此，可使空調(diào)系統(tǒng)的 循環(huán)泵功耗和輸送管道尺寸相應(yīng)減小。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顯著優(yōu)點(diǎn)是
(1) 納米膠囊相變蓄冷材料在流動過程以及蓄、放冷過程中，可顯著增強(qiáng)其 傳熱能力；另外，納米膠囊也增加了相變蓄冷材料與流動介質(zhì)之間的傳熱 面積。
(2) 納米膠囊相變蓄冷材料與流動介質(zhì)之間的換熱屬于直接接觸式熱交換， 它不存在換熱器間壁熱阻以及換熱器壁面冰層增厚產(chǎn)生的附加熱阻。
(3) 納米膠囊還可減少一些具有腐蝕性的蓄冷材料與外部環(huán)境的接觸，這樣 可拓展相變蓄冷材料的種類和選擇范圍，同時(shí)也降低了對蓄冷裝置和熱 交換器的要求。
(5)納米膠囊相變蓄冷材料除了用在直接接觸式動態(tài)蓄冷系統(tǒng)外；還可作為 空調(diào)系統(tǒng)的冷量輸送介質(zhì)(載冷劑)，由于該載冷劑介質(zhì)的表觀比熱容比 傳統(tǒng)的冷量輸送介質(zhì)(水)大得多，且在冷量傳遞和交換過程中具有較 好的等溫性，因此，可使空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)泵功耗和輸送管道尺寸相應(yīng)減 小。
本發(fā)明改善了制備工藝，提高了包覆效率，降低了制備成本，提高了膠囊性能。


圖1為納米膠囊相變蓄冷材料微觀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
一種本發(fā)明所述的納米膠囊相變蓄冷材料，包括芯材和囊壁壁材，芯材即為 囊心物，囊壁壁材即為膠囊壁，由相變蓄冷材料制成的囊心物包覆在由脲醛樹脂 制成的膠囊壁內(nèi)。囊心物與膠囊壁按5: 3的質(zhì)量比構(gòu)成。
一種上述納米膠囊的制備方法，包括以下步驟
(1)預(yù)聚物制備將2g尿素和12g甲醛加入錐形瓶中，加入20mL去離子 水稀釋，待尿素完全溶解后用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至7—8。用磁力攪拌器加熱攪拌反應(yīng)1小時(shí)，溫度控制在70'C，轉(zhuǎn)速控制在200rpm。完成后再加入20mL熱水 稀釋。
(2) 乳液制備將0.5g的十二烷基硫酸鈉乳化劑、1.5g的間苯二酚和2g 的氯化鈉加入100mL去離子水中，然后加入10g的十四烷蓄冷材料，使用磁力攪 拌器以1500rpm的轉(zhuǎn)速乳化30分鐘，溫度保持在70°C 。乳化完成后用200mL去 離子水稀釋。
(3) 聚合將預(yù)聚物溶液滴入乳液中，然后將轉(zhuǎn)速降低至200rpm，滴入20% 的甲酸溶液調(diào)節(jié)pH值至3—4之間，開始聚合反應(yīng)，待反應(yīng)容器內(nèi)出現(xiàn)白色渾濁 物后將攪拌器轉(zhuǎn)速升高至500rpm，繼續(xù)反應(yīng)3_4個(gè)小時(shí)，反應(yīng)溫度控制在60 。C。
(4) 后處理反應(yīng)完成后過濾出沉淀，用70。C的去離子水洗滌3—5遍， 然后在真空干燥箱內(nèi)3(TC下真空干燥24小時(shí)，得到納米膠囊相變蓄冷材料。
實(shí)施例2:
又一種本發(fā)明所述的納米膠囊相變蓄冷材料，包括囊心物和膠囊壁，由相變
蓄冷材料制成的囊心物包覆在由脲醛樹脂制成的膠囊壁內(nèi)。囊心物與膠囊壁按 5: 2的質(zhì)量比構(gòu)成。
一種上述納米膠囊的制備方法，包括以下步驟
(1) 預(yù)聚物制備將3g尿素和14g甲醛加入錐形瓶中，加入20mL去離子 水稀釋，待尿素完全溶解后用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至7—8。用磁力攪拌器加熱攪 拌反應(yīng)1小時(shí)，溫度控制在60。C，轉(zhuǎn)速控制在200rpm。完成后再加入20mL熱水 稀釋。
(2) 乳液制備將0. 8g的十二浣基硫酸鈉乳化劑、2g的間苯二酚和4g的 氯化鈉加入100mL去離子水中，然后加入15g的十四烷蓄冷材料，使用磁力攪拌 器以1500rpm的轉(zhuǎn)速乳化30分鐘，溫度保持在70°C 。乳化完成后用200mL去離 子水稀釋。
(3) 聚合將預(yù)聚物溶液滴入乳液中，然后將轉(zhuǎn)速降低至200rpm，滴入20% 的甲酸溶液調(diào)節(jié)pH值至3—4之間，開始聚合反應(yīng)，待反應(yīng)容器內(nèi)出現(xiàn)白色渾濁 物后將攪拌器轉(zhuǎn)速升高至500rpm，繼續(xù)反應(yīng)3_4個(gè)小時(shí)，反應(yīng)溫度控制在50 。C。(4)后處理反應(yīng)完成后過濾出沉淀，用7(TC的去離子水洗滌3—5遍， 然后在真空干燥箱內(nèi)3(TC下真空干燥24小時(shí)，得到納米膠囊相變蓄冷材料。
實(shí)施例3:
又一種本發(fā)明所述的納米膠囊相變蓄冷材料，包括囊心物和膠囊壁，由相變
蓄冷材料制成的囊心物包覆在由脲醛樹脂制成的膠囊壁內(nèi)。囊心物與膠囊壁按 10: 3的質(zhì)量比構(gòu)成。
一種上述納米膠囊的制備方法，包括以下步驟
(1) 預(yù)聚物制備將3g尿素和16g甲醛加入錐形瓶中，加入20mL去離子 水稀釋，待尿素完全溶解后用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至7—8。用磁力攪拌器加熱攪 拌反應(yīng)1小時(shí)，溫度控制在8CTC，轉(zhuǎn)速控制在200rpm。完成后再加入20mL熱水 稀釋。
(2) 乳液制備將lg的十二烷基硫酸鈉乳化劑、3g的間苯二酚和5g的氯 化鈉加入100mL去離子水中，然后加入30g的十四垸蓄冷材料，使用磁力攪拌器 以1500rpm的轉(zhuǎn)速乳化30分鐘，溫度保持在80°C。乳化完成后用200mL去離子 水稀釋。
(3) 聚合將預(yù)聚物溶液滴入乳液中，然后將轉(zhuǎn)速降低至200rpm，滴入20% 的甲酸溶液調(diào)節(jié)pH值至3—4之間，開始聚合反應(yīng)，待反應(yīng)容器內(nèi)出現(xiàn)白色渾濁 物后將攪拌器轉(zhuǎn)速升高至500rpm，繼續(xù)反應(yīng)3—4個(gè)小時(shí)，反應(yīng)溫度控制在80 。C。
(4) 后處理反應(yīng)完成后過濾出沉淀，用80'C的去離子水洗滌3—5遍， 然后在真空干燥箱內(nèi)3(TC下真空干燥24小時(shí)，得到納米膠囊相變蓄冷材料。
本發(fā)明改善了現(xiàn)有納米膠囊相變蓄冷材料的制備工藝，提高了包覆效率，降 低了制備成本，提高了膠囊性能。
權(quán)利要求
1、一種納米膠囊相變蓄冷材料，包括芯材和囊壁壁材，芯材由有機(jī)相變蓄冷材料制成，其特征在于所述膠囊壁材由脲醛樹脂制成；芯材和壁材的質(zhì)量比為5∶3或5∶2或10∶3。
2、 一種權(quán)利要求1所述納米膠囊相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于 納米膠囊壁材通過兩類單體的聚合反應(yīng)而形成，其中一類是油溶性單體，另一類 是水溶性單體；油溶性單體和水溶性單體分別位于芯材液滴的內(nèi)部和外部，并在 芯材液滴的表面進(jìn)行反應(yīng)形成聚合物薄膜，其具體步驟如下(1) 預(yù)聚物制備將2—5g尿素和12—20g甲醛加入錐形瓶中，加入去離子水稀釋，待尿素完全溶解后用三乙醇胺調(diào)節(jié)pH值至7—8，用磁力攪拌器加熱 攪拌反應(yīng)后再加入熱水稀釋，溫度控制在50-80'C，得到預(yù)聚物溶液；(2) 乳液制備將0.5—lg的十二烷基硫酸鈉乳化劑、l一3g的間苯二酚 和1—8g的氯化鈉加入去離子水中，然后加入10—30g的十四垸蓄冷材料，使用 磁力攪拌器攪拌，溫度控制在50-8(TC，乳化完成后用去離子水稀釋，得到乳液；(3) 聚合將預(yù)聚物溶液滴入乳液中，降低攪拌器轉(zhuǎn)速，滴入甲酸溶液調(diào) 節(jié)pH值至3—4之間，開始聚合反應(yīng)，待反應(yīng)容器內(nèi)出現(xiàn)白色渾濁物后將攪拌器 轉(zhuǎn)速升高，繼續(xù)反應(yīng)3—4個(gè)小時(shí)，反應(yīng)溫度控制在40-8(TC;(4) 后處理反應(yīng)完成后過濾出沉淀，用50-8(TC的去離子水洗滌3—5遍， 然后在真空干燥箱內(nèi)真空干燥，得到納米膠囊相變蓄冷材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米膠囊相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于 步驟(1)中，用磁力攪拌器加熱攪拌反應(yīng)l小時(shí)，溫度控制在7(TC，轉(zhuǎn)速控制 在200rpm，完成后再加入20mL熱水稀釋。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米膠囊相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于 步驟(2)中，使用磁力攪拌器以1500rpm的轉(zhuǎn)速乳化30分鐘，溫度保持在70 。C，乳化完成后用200mL去離子水稀釋。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米膠囊相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于 步驟(3)中，降低攪拌器轉(zhuǎn)速至200rpm，滴入20%的甲酸溶液調(diào)節(jié)pH值至3— 4之間，開始聚合反應(yīng)，待反應(yīng)容器內(nèi)出現(xiàn)白色渾濁物后將攪拌器轉(zhuǎn)速升高至 500rpm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米膠囊相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于步驟(4)中，用7CTC的去離子水洗滌3—5遍，然后在真空干燥箱內(nèi)3(TC下真 空干燥24小時(shí)，得到納米膠囊相變蓄冷材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米膠囊相變蓄冷材料及其制備方法，納米膠囊相變蓄冷材料包括芯材和囊壁壁材，芯材由有機(jī)相變蓄冷材料制成，膠囊壁材由脲醛樹脂制成；芯材和壁材的質(zhì)量比為5∶3或5∶2或10∶3。納米膠囊壁材通過兩類單體的聚合反應(yīng)而形成，其中一類是油溶性單體，另一類是水溶性單體；油溶性單體和水溶性單體分別位于芯材液滴的內(nèi)部和外部，并在芯材液滴的表面進(jìn)行反應(yīng)形成聚合物薄膜，首先是預(yù)聚物制備，其次是乳液制備，然后聚合，最后是后處理，得到納米膠囊相變蓄冷材料。本發(fā)明改善了制備工藝，提高了包覆效率，降低了制備成本，提高了膠囊性能。
文檔編號C08G12/00GK101298552SQ20081012269
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者旭 劉, 吳雙茂, 曼 張, 方貴銀, 帆 楊 申請人:南京大學(xué)