一種水凝膠型相變蓄冷材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水凝膠型相變蓄冷材料及其制備方法，所述材料包括聚乙烯醇、降溫劑和膠凝劑。所述制備方法包括，將質(zhì)量濃度為3～8％的聚乙烯醇水溶液在55～65℃的恒溫水浴中加熱，并在加熱后的聚乙烯醇水溶液中加入降溫劑，形成均勻的混合溶液；在所述混合溶液中加入質(zhì)量濃度為10～15％膠凝劑水溶液，形成均勻水凝膠；將所述水凝膠在90～100℃的恒溫水浴中加熱，去除水凝膠中的氣泡，形成水凝膠型無氣泡相變蓄冷材料。本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單，原料無毒無害，降溫效果好，性能穩(wěn)定，潛熱高，保冷時(shí)間長(zhǎng)，無氣泡，且能反復(fù)使用，使用壽命長(zhǎng)；反復(fù)使用后的水凝膠可以二次利用，提高了能源的利用率，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。
【專利說明】一種水凝膠型相變蓄冷材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及相變儲(chǔ)能【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種凝膠型相變蓄冷材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]相變材料PCM(phase change materials)是指一種利用相變潛熱來IC能和放能的化學(xué)材料。在一定的溫度范圍內(nèi)，相變材料利用其本身相態(tài)或結(jié)構(gòu)變化，向環(huán)境自動(dòng)吸收或釋放潛熱，從而達(dá)到調(diào)控環(huán)境溫度的目的。對(duì)于相變材料的研宄，最早開始于1949年，但是直到二十世紀(jì)70年代，由于能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，相變材料才受到越來越多的關(guān)注，其被廣泛用于能源儲(chǔ)存，如太陽能儲(chǔ)存、降溫服、調(diào)溫建筑等。
[0003]理想的相變材料應(yīng)該具有高潛熱、高儲(chǔ)能熱密度、相變過程中體積變化小、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、無腐蝕性且化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。然而絕大數(shù)無機(jī)相變蓄冷材料具有腐蝕性，而且在相變過程中具有過冷和相分離的缺點(diǎn)，影響了其蓄冷能力，而有機(jī)物相變蓄冷材料腐蝕性小，且在相變過程中幾乎沒有相分離，能夠克服無機(jī)相變材料的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種凝膠型相變蓄冷材料及其制備方法。本發(fā)明提供的水凝膠型相變蓄冷材料具有較大的相變潛熱和合適的相變溫度，且凝膠化能夠抑制熱對(duì)流，可長(zhǎng)時(shí)間保冷，使保冷時(shí)間較長(zhǎng)；再者，其彈性及柔性好，無氣泡，可反復(fù)使用；人體與其接觸時(shí)，有舒適感等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種凝膠型相變蓄冷材料，包括:
[0007]所述材料包括聚乙烯醇、降溫劑和膠凝劑。
[0008]一種凝膠型相變蓄冷材料的制備方法，包括:
[0009]A將質(zhì)量濃度為3?8%的聚乙烯醇水溶液在55?65°C的恒溫水浴中加熱，并在加熱后的聚乙烯醇水溶液中加入降溫劑，形成均勻的混合溶液；
[0010]B在所述混合溶液中加入質(zhì)量濃度為10?15%膠凝劑水溶液，形成均勻水凝膠；
[0011]C將所述水凝膠在90?100°C的恒溫水浴中加熱，去除水凝膠中的氣泡，形成水凝膠型無氣泡相變蓄冷材料。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]本發(fā)明有效解決了水凝膠不均勻的問題，同時(shí)也解決了凝膠攪拌過程中帶入的氣泡問題，而且制備得到的水凝膠相變蓄冷材料相變潛熱可達(dá)到260?290J/g，保冷時(shí)間可達(dá)5小時(shí)，其高潛熱及保冷效果可以有效解決高溫酷暑等工作人群的工作環(huán)境，其次水凝膠相變材料烘干后可以進(jìn)行二次凝膠，且二次凝膠后不影響其各方面性能，水凝膠的二次利用提高了原料的利用率，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0015]圖1是實(shí)施例1制備的水凝膠的示差掃描量熱曲線圖；
[0016]圖2是實(shí)施例2制備的水凝膠的示差掃描熱量曲線圖；
[0017]圖3是實(shí)施例1制備的水凝膠反復(fù)循環(huán)冰凍-解凍后的示差掃描量熱曲線圖；
[0018]圖4是實(shí)施例1制備的水凝膠二次凝膠后的示差掃描量熱曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出本發(fā)明的多個(gè)結(jié)構(gòu)方式和制作方法。因此以下【具體實(shí)施方式】以及附圖僅是本發(fā)明的技術(shù)方案的具體說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為本發(fā)明技術(shù)方案的限定或限制。
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0021]本實(shí)施提供了一種凝膠型相變蓄冷材料，包括:聚乙烯醇、降溫劑和膠凝劑。
[0022]上述降溫劑為異丙醇、丙二醇、丙三醇中的一種或多種。
[0023]上述膠凝劑為硼砂、海藻酸鈉中的一種或兩種。
[0024]上述凝膠型相變蓄冷材料的制備方法包括:
[0025]將質(zhì)量濃度為3?8%的聚乙烯醇水溶液在55?65°C的恒溫水浴中加熱，并在加熱后的聚乙烯醇水溶液中加入降溫劑，形成均勻的混合溶液；
[0026]B在所述混合溶液中加入質(zhì)量濃度為10?15%膠凝劑水溶液，形成均勻水凝膠；
[0027]C將所述水凝膠在90?100°C的恒溫水浴中加熱，去除水凝膠中的氣泡，形成水凝膠型無氣泡相變蓄冷材料。
[0028]本實(shí)施例以以下幾個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0029]實(shí)施例1
[0030]水凝膠相變蓄冷材料組分(質(zhì)量濃度)為:聚乙烯醇水溶液84%、硼砂水溶液14.4%、異丙醇1.6%、其余為去離子水。
[0031]配制聚乙烯醇水溶液:以聚乙烯醇為原料，以去離子水為溶劑，按照聚乙烯醇的質(zhì)量與去離子水的體積比為1:20的比例，將聚乙烯醇加入到去離子水中，加熱到90°C，并恒溫，攪拌至聚乙烯醇溶解為止，形成質(zhì)量濃度為4.8%的聚乙烯醇水溶液。
[0032]配置硼砂水溶液:以硼砂為溶質(zhì)，以去離子水為溶劑，按照硼砂質(zhì)量與去離子水的質(zhì)量比為1:9的比例，將硼砂加入到去離子水中，加熱到60°C，并恒溫，攪拌至硼砂溶解為止，制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硼砂水溶液。
[0033]制備水凝膠:按照聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量、異丙醇的質(zhì)量與10%硼砂水溶液的質(zhì)量比為52.5:1:9的比例，先將異丙醇加入到聚乙烯醇水溶液中，加熱到60°C，混合攪拌均勻，再加入10%的硼砂水溶液，快速攪拌，使其凝膠均勻，此時(shí)制得的水凝膠會(huì)混入大量氣泡，將制得的水凝膠放入90°C恒溫水浴中加熱，直至氣泡完全去除。
[0034]保冷時(shí)間測(cè)定:將制得的水凝膠10cm3從_18°C的冰箱里冰凍24小時(shí)后，把試樣放在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，設(shè)置溫度為35°C，用紅外溫度計(jì)測(cè)其表面溫度回到15°C為止的時(shí)間，使其保冷時(shí)間為6小時(shí)。
[0035]潛熱及相變點(diǎn)的測(cè)定:使用示差掃描量熱儀對(duì)本實(shí)施例水凝膠樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得的水凝膠相變起始溫度為-2.9°C，相變潛熱為277J/g(如圖1所示)。
[0036]實(shí)施例2
[0037]水凝膠型相變蓄冷材料的組分(質(zhì)量濃度)為:聚乙烯醇水溶液80%、海藻酸鈉水溶液15%、丙三醇3.7%、其余為去離子水。
[0038]以聚乙烯醇為原料，以去離子水為溶劑，按照聚乙烯醇的質(zhì)量與去離子水的體積為1:12.5的比例，將聚乙烯醇加入到去離子水中，加熱到95°C，并恒溫，攪拌至聚乙烯醇溶解為止，制得質(zhì)量濃度為7.4%的聚乙烯醇水溶液。
[0039]以海藻酸鈉為溶質(zhì)，以去離子水為溶劑，按照海藻酸鈉質(zhì)量與去離子水的質(zhì)量比為1:6.7的比例，將海藻酸鈉加入到去離子水中，加熱到55°C，并恒溫?cái)嚢柚梁Ｔ逅徕c溶解為止，制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%的海藻酸鈉水溶液。
[0040]按照聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量、丙三醇的質(zhì)量與海藻酸鈉水溶液的質(zhì)量比為21.6:1:4的比例，先將丙三醇加入到聚乙烯醇水溶液中，加熱到65°C，攪拌至混合均勻，再加入13 %的海藻酸鈉水溶液，快速攪拌，使其凝膠均勻，此時(shí)制得的水凝膠會(huì)混入大量氣泡，再將制得的水凝膠放入到95°C恒溫水浴中加熱，直至氣泡完全去除。
[0041]將制得的水凝膠200cm3從_18°C的冰箱里冰凍24小時(shí)后，把試樣放在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，設(shè)置溫度為45°C，用紅外溫度計(jì)測(cè)其表面溫度回到15°C為止的時(shí)間，使其保冷時(shí)間為5.5小時(shí)。
[0042]通過示差掃描量熱儀對(duì)本實(shí)施例水凝膠樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得水凝膠型相變起始溫度為-3.0°C，相變潛熱為262.4J/g(如圖2所示)。
[0043]實(shí)施例3
[0044]將實(shí)施例1中制備的水凝膠材料在_18°C的冰箱冰凍，冰凍完后在45°C電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱解凍，重復(fù)進(jìn)行冰凍-解凍，當(dāng)循環(huán)次數(shù)200次、500次后，然后用差示掃描量熱議測(cè)試其熔點(diǎn)、潛熱，與初始的相變材料對(duì)比，分析循環(huán)對(duì)相變材料的影響。圖3為本實(shí)施例水凝膠樣品200次、500次循環(huán)示差掃描量熱曲線，發(fā)現(xiàn)200次、500次循環(huán)后水凝膠相變材料儲(chǔ)能性能改變量很小，因此水凝膠相變材料使用壽命長(zhǎng)。
[0045]實(shí)施例4
[0046]二次凝膠及性能測(cè)試
[0047]將實(shí)施例1中制備的水凝膠在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干，將烘干后的固體粉碎成粉末，將粉碎后的干凝膠粉加入實(shí)施例1中同比例的去離子水，在90°C的水浴中恒溫?cái)嚢?0分鐘，直至回到原來的水凝膠狀態(tài)，放入_18°C的冰箱中冰凍24小時(shí)，反復(fù)冰凍-解凍三次后，用示差掃描量熱儀測(cè)試其熔點(diǎn)、潛熱，與初始的相變材料對(duì)比，二次凝膠對(duì)相變材料的影響如圖4所示，二次凝膠相變起始溫度為-2.6°C，相變潛熱272.3J/g。
[0048]上述實(shí)施例的一次凝膠相變起始溫度為-2.90C，相變潛熱為277J/g，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)一次凝膠和二次凝膠的潛熱和相變點(diǎn)近似，說明二次凝膠并不影響水凝膠的性能，且水凝膠的二次利用提高了原料的利用率，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。
[0049]雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種水凝膠型相變蓄冷材料，其特征在于，所述材料包括聚乙烯醇、降溫劑和膠凝劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水凝膠型相變蓄冷材料，其特征在于，所述降溫劑為異丙醇、丙二醇、丙三醇中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水凝膠型相變蓄冷材料，其特征在于，所述膠凝劑為硼砂、海藻酸鈉中的一種或兩種。
4.一種水凝膠型相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括: A將質(zhì)量濃度為3?8%的聚乙烯醇水溶液在55?65°C的恒溫水浴中加熱，并在加熱后的聚乙烯醇水溶液中加入降溫劑，形成均勻的混合溶液； B在所述混合溶液中加入質(zhì)量濃度為10?15%膠凝劑水溶液，形成均勻水凝膠； C將所述水凝膠在90?100°C的恒溫水浴中加熱，去除水凝膠中的氣泡，形成水凝膠型無氣泡相變蓄冷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水凝膠型相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液的質(zhì)量濃度為80?90%，降溫劑的質(zhì)量濃度為O?5%，膠凝劑水溶液的質(zhì)量濃度為10?20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水凝膠型相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于，所述質(zhì)量濃度為3?8%的聚乙烯醇水溶液的配制方法為:將聚乙烯醇加入到去離子水中，加熱到90?95°C，并恒溫?cái)嚢柚寥芙鉃橹埂?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水凝膠型相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于，所述質(zhì)量濃度為10?15%的膠凝劑水溶液配制方法為:將膠凝劑加入到去離子水中，50-60°C恒溫加熱，攪拌至溶解為止。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水凝膠型相變蓄冷材料的制備方法，其特征在于，將100?200cm3去泡后的水凝膠密封后放于-18°C的溫度中進(jìn)行冰凍，24小時(shí)后解凍，可循環(huán)冰凍-解凍200-500次，水凝膠的熔點(diǎn)、潛熱變化不大。
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK104497989SQ201510033196
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月22日
【發(fā)明者】叢繼信, 王力, 周志明, 余浩, 張光友, 王建營(yíng) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總裝備部衛(wèi)生防疫隊(duì)