專利名稱：正十八烷相變微乳液及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微乳液及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種相變微乳液及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使各種功能模塊高度集成化，芯片溫度則不斷攀升，芯片的熱流密度急劇增長，由此帶來的散熱問題日益突出。微通道散熱器是一種新興的高效液冷散熱技術(shù)，在大規(guī)模集成電路和高功率芯片的熱管理技術(shù)中正逐步得到應(yīng)用，其工作原理是利用冷卻工質(zhì)在為通道中流動時帶走大量熱量，從而達(dá)到冷卻散熱效果。目前，微通道散熱用冷卻工質(zhì)主要為水，雖然與一般的冷卻工質(zhì)相比水具有較大的比熱，但在高熱流密度和泵功有限的條件下，其熱導(dǎo)率和比熱容仍顯得偏小，散熱效率有限，消耗量很大，仍無法滿足實(shí)際所需。為提高冷卻工質(zhì)的表觀比熱，目前多采用的方法是在基液中分散有機(jī)固-液相變材料來制備相變微膠囊懸浮液、相變?nèi)闋钜旱龋嘧兾⒛z囊懸浮液和相變?nèi)闋钜旱奈⒛z囊顆粒、相變顆粒在微米級，流體粘度大，用于微通道時流動阻力大，甚至?xí)澄?、堵塞微通道，泵功消耗大。而且，微膠囊顆粒為有機(jī)材料，熱導(dǎo)率低，使得流體中心的溫度偏低，部分不發(fā)生相變，降低了強(qiáng)化傳熱效果；乳狀液為熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，進(jìn)行數(shù)次固液相變循環(huán)后容易發(fā)生破乳、分層現(xiàn)象，致使產(chǎn)品失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相變潛熱高、適用溫度范圍寬、穩(wěn)定性好、可用作高效散熱冷卻工質(zhì)的正十八烷相變微乳液，還相應(yīng)提供一種配方簡單、成本低、制備容易的該正十八烷相變微乳液的制備方法和應(yīng)用。為解決上述技術(shù) 問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種正十八烷相變微乳液，所述相變微乳液包括水和以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分:
正十八烷5% 40%，
表面活性劑 2% 20%，
脂肪醇類O 20%，和
無機(jī)鹽類O 3%。上述的正十八烷相變微乳液中，所述表面活性劑優(yōu)選為親水親油平衡值(HLB值)大于或等于8的表面活性劑中的一種或多種復(fù)配。上述的正十八烷相變微乳液中，所述表面活性劑優(yōu)選為工業(yè)級劑料。相較現(xiàn)有技術(shù)中所采用的乳化效率高但價格昂貴的表面活性劑，本發(fā)明技術(shù)方案優(yōu)選采用的表面活性劑可為化工業(yè)副產(chǎn)品，價廉易得，來源廣泛，且乳化效率優(yōu)異。上述的正十八烷相變微乳液主要為水包油體系(0/W型)，因此，所述表面活性劑優(yōu)選為Tween80、Tween60、Tween40、Tween20、脂肪醇聚氧乙烯醚、燒基酹聚氧乙烯醚、十二燒基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、土耳其紅油、聚氧乙烯蓖麻油系列(EL20、30、35、40、60、80)、聚氧乙烯氫化蓖麻油系列(C040、RH40)、十八烷基硫酸鈉、十八烷基聚氧乙烯醚、十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯一種或多種。上述的正十八烷相變微乳液中，優(yōu)選采用中短鏈長的脂肪醇類作為助表面活性齊U，所述的脂肪醇類優(yōu)選為乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、正己醇中的至少一種。在上述本發(fā)明的微乳體系中，這些優(yōu)選脂肪醇的加入可以增加油水界面膜的柔性，調(diào)節(jié)HLB值，降低界面張力，使界面易于彎曲，有利于微乳液的自發(fā)形成，使微乳液的粒徑更小，體系更穩(wěn)定，同時有利于增加體系的增溶水量或油量。上述的正十八烷相變微乳液中，所述的無機(jī)鹽類優(yōu)選為NaCl、KCl、CaCl2, MgCl2,AlCl3中的至少一種。在上述本發(fā)明的微乳體系中，這些優(yōu)選無機(jī)鹽的加入可以調(diào)節(jié)油水界面膜的電子層厚度，利于微乳液的形成，使體系更穩(wěn)定，同時利于增加體系的增容油量或水量。上述的正十八烷相變微乳液中，所述的正十八烷優(yōu)選為98%AR級。上述的正十八烷相變微乳液中，所述的相變微乳液優(yōu)選為澄清透明或淡藍(lán)色微乳液，所述的相變微乳液中分散液滴的粒徑大小分布優(yōu)選為IOnm lOOnm。上述本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的正十八烷相變微乳液是以正十八烷為油相，在所述表面活性劑以及優(yōu)選的助表面活性劑的作用下，油水界面張力大大降低，甚至產(chǎn)生瞬時負(fù)界面張力，引起自發(fā)乳化形成微乳液，并保持其良好穩(wěn)定性；基于該特性，本發(fā)明的正十八烷相變微乳液在微通道內(nèi)循環(huán)過程中不會發(fā)生破乳、分層等可能導(dǎo)致失效的狀況，有效使用壽命更長。作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種正十八烷相變微乳液的制備方法，所述正十八烷相變微 乳液為上述的正十八烷相變微乳液，該制備方法包括以下步驟:按照上述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值，將所述正十八烷、表面活性劑、有機(jī)醇類和無機(jī)鹽類進(jìn)行混合，在30°C 40°C溫度下添加余量的水，在300rpm 500rpm條件下攪拌均勻，室溫下靜置后即得到正十八烷相變微乳液。微乳液最直觀的判別方法是觀察其是否澄清透明。本發(fā)明中將所述各組分按適宜比例混合后，一定溫度下以一定的攪拌速度攪拌均勻，即可得到澄清透明或淡藍(lán)色的微乳液，并可用水大量稀釋，使其仍保持均一透明狀態(tài)。但由于微乳液體系中油相本身的相轉(zhuǎn)變溫度的限制，微乳液在溫度低于18°C時，有可能變成不透明的均一半固體，但在溫度升高后可重新恢復(fù)原狀，且其他性能不會受到影響。作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種正十八烷相變微乳液的應(yīng)用，將上述的正十八烷相變微乳液應(yīng)用于微電子系統(tǒng)熱管理領(lǐng)域中，并作為熱管理體系中微通道的高效散熱冷卻工質(zhì)使用。本發(fā)明的產(chǎn)品正十八烷相變微乳液作為高效散熱冷卻工質(zhì)在微通道高效散熱器中使用時，微乳液中的十八烷為相變材料，在相變溫度點(diǎn)時發(fā)生相變可以吸收或釋放大量熱量，比熱容可達(dá)到水的數(shù)倍，散熱效率優(yōu)于水。此外，由于微乳液的分散相粒徑小，一般為IOnm lOOnm，為熱力學(xué)穩(wěn)定體系，即使發(fā)生多次相變循環(huán)仍能保持其澄清透明狀態(tài)，且其他性能不會受到影響，因此在應(yīng)用方面優(yōu)于相變?nèi)闋钜汉拖嘧兾⒛z囊懸浮液等現(xiàn)有其他材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明的正十八烷相變微乳液不僅成分簡單、制備方法簡單，所得十八烷相變微乳液相變潛熱高，適用溫度范圍寬，穩(wěn)定性好，可作為微通道散熱器用高效冷卻工質(zhì)，其不僅散熱效率高，而且適用于各種高功率設(shè)備關(guān)鍵元器件的熱管理，可應(yīng)用到車輛的發(fā)動機(jī)冷卻、高性能PC散熱、LED顯示器散熱、節(jié)能儲能及空調(diào)等其他需要利用相變流體達(dá)到溫度調(diào)節(jié)效果的領(lǐng)域(但不限于這些領(lǐng)域)，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例2中正十八烷相變微乳液裝瓶后的外觀照片，由圖1可見，在單束光線下產(chǎn)品呈現(xiàn)丁達(dá)爾效應(yīng)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中正十八烷相變微乳液的分散相液滴粒徑分布曲線。圖3為本發(fā)明實(shí)施例4中的微通道散熱器通入正十八烷相變微乳液前后的熱紅外圖像圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1:
一種本發(fā)明的正十八烷相變微乳液，所述相變微乳液由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分組成:
正十八烷5% 40%，
表面活性劑 2% 20%，
脂肪醇類1% 10%，
無機(jī)鹽類0.25% 3%和
余量的水。上述表面活性劑優(yōu)選為親水親油平衡值(HLB值)大于或等于8的表面活性劑中的一種或多種復(fù)配。上述的正十八烷相變微乳液中，表面活性劑為工業(yè)級劑料，具體可以是TWeen80、Tween60、Tween40、Tween20、脂肪醇聚氧乙烯醚、燒基酹聚氧乙烯醚、十二燒基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、土耳其紅油、聚氧乙烯蓖麻油系列(EL20、30、35、40、60、80)、聚氧乙烯氫化蓖麻油系列(C040、RH40)、十八烷基硫酸鈉、十八烷基聚氧乙烯醚、十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯中的一種或多種。上述的正十八烷相變微乳液中，脂肪醇類為乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、正己醇中的至少一種。上述的正十八烷相變微乳液中，無機(jī)鹽類為NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、AlCl3中的至少一種。上述的正十八烷相變微乳液為澄清透明，相變微乳液中分散液滴的粒徑分布為IOnm IOOnm0實(shí)施例2:
一種如圖1所示本發(fā)明的正十八烷相變微乳液，該相變微乳液包括有5g正十八烷(98%AR級)、0.97g十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯(工業(yè)級)、0.15g Tween60U.5g正戊醇、
0.53gNaCl和IOg水 (普通飲用水即可)。本實(shí)施例的正十八烷相變微乳液的制備方法包括以下步驟:先將上述質(zhì)量的十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯、Tween60和2.5g正戊醇混合均勻，再加入上述質(zhì)量的正十八烷和NaCl，35°C水浴鍋中攪拌均勻，加入余量的水，體系逐漸由渾濁變?yōu)槌吻逋该?，室溫下靜置即得產(chǎn)品正十八烷相變微乳液，該相變微乳液中正十八烷含量約為28wt.%。使用Mastersizer2000激光粒度分析儀對本產(chǎn)品進(jìn)行測試，測試曲線如圖2所示，由圖2可見，分散相液滴粒徑分布較集中，可以看出相變微乳液中分散液滴的粒徑分布為IOnm lOOnm。實(shí)施例3:
一種本發(fā)明的正十八烷相變微乳液，該相變微乳液包括有5g正十八烷(98%AR級)、
0.88g蓖麻油聚氧乙烯醚(EL40)、1.25g RH40、3.3g正丁醇、0.58gNaCl和24g水(普通飲用水即可)。本實(shí)施例的正十八烷相變微乳液的制備方法包括以下步驟:先將上述質(zhì)量的EL40、RH40和正丁醇混合均勻，再加入上述質(zhì)量的正十八烷、NaCl，35°C水浴鍋中攪拌均勻，加入余量的水體系逐漸由渾濁變?yōu)槌吻逋该?，室溫下靜置即得產(chǎn)品正十八烷相變微乳液，該相變微乳液中正十八烷含量約為14wt.%。MastersizerfOOO激光粒度分析儀測試相變微乳液中分散液滴的粒徑分布為IOnm lOOnm。實(shí)施例4:
一種本發(fā)明的正十八烷相變微乳液，該相變微乳液包括有5g正十八烷(98%AR級)、
0.6g十二燒基硫酸鈉、1.1g Tween40、0.95g異丁醇、0.08gNaCl和IOg水(普通飲用水即可)。本實(shí)施例的正十八烷相變微乳液的制備方法包括以下步驟:先將上述質(zhì)量的十二烷基硫酸鈉、TWeen40和 異丁醇混合均勻，再加入上述質(zhì)量的正十八烷、NaCl，35°C水浴鍋中攪拌均勻，加入余量的水，體系逐漸由渾濁變?yōu)槌吻逋该?，室溫下靜置即得產(chǎn)品正十八烷相變微乳液，該相變微乳液中正十八烷含量約為28wt.%。Mastersizer2000激光粒度分析儀測試相變微乳液中分散液滴的粒徑分布為IOnm IOOnm(此例中表面活性劑含量為上限值9%)。實(shí)施例5:
一種本發(fā)明的正十八烷相變微乳液，該相變微乳液包括有5g正十八烷(98%AR級)、
0.78gTween80、0.34g C040、0.82g 正己醇、0.1lgNaCl 和 5.45g 水(普通飲用水即可)。本實(shí)施例的正十八烷相變微乳液的制備方法包括以下步驟:先將上述質(zhì)量的Tween80,C040和正己醇混合均勻，再加入上述質(zhì)量的正十八烷、NaCl，35°C水浴鍋中攪拌均勻，加入余量的水，體系逐漸由渾濁變?yōu)槌吻逋该?，室溫下靜置即得產(chǎn)品正十八烷相變微乳液，該相變微乳液中正十八烷含量為40wt.%。Mastersizer2000激光粒度分析儀測試相變微乳液中分散液滴的粒徑分布為IOnm lOOnm。實(shí)施例6:
一種本發(fā)明的正十八烷相變微乳液，該相變微乳液包括有5g正十八烷(98%AR級)、
1.83g脂肪醇聚氧乙烯醚、0.66g烷基酚聚氧乙烯醚、1.04g異戊醇、0.3gNaCl和91g水(普通飲用水即可)。本實(shí)施例的正十八烷相變微乳液的制備方法包括以下步驟:先將上述質(zhì)量的脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和異戊醇混合均勻，再加入上述質(zhì)量的正十八烷、NaCl，35°C水浴鍋中攪拌均勻，加入余量的水，體系逐漸由渾濁變?yōu)槌吻逋该?，室溫下靜置即得產(chǎn)品正十八烷相變微乳液，該相變微乳液中正十八烷含量為5wt.%。Mastersizer2000激光粒度分析儀測試相變微乳液中分散液滴的粒徑分布為IOnm lOOnm。 實(shí)施例7:
將按照實(shí)施例2 (或?qū)嵤├?)中配比及制備方法制備得到的250g正十八烷相變微乳液應(yīng)用于微電子系統(tǒng)熱管理中，具體將正十八烷相變微乳液置于500ml大燒杯中，作為熱管理體系中微通道高效散熱冷卻工質(zhì)使用進(jìn)行循環(huán)散熱。圖3為微通道散熱器通入正十八烷相變微乳液前后的熱紅外圖像，其中，上圖為未通入散熱工質(zhì)時的熱紅外圖像，局部溫度最高可達(dá)140°C ;下圖為通入本發(fā)明正十八烷相變微乳液作為散熱工質(zhì)時的熱紅外圖像，可以看出微通道散熱器溫度明顯降低，局部最低溫度降至30°C。由圖3可見，在通入本發(fā)明的產(chǎn)品正十八烷相變微乳液 后微通道散熱器溫度明顯降低。
權(quán)利要求
1.一種正十八烷相變微乳液，其特征在于，所述相變微乳液包括水和以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分: 正十八烷5% 40%， 表面活性劑 2% 20%， 脂肪醇類O 20%，和 無機(jī)鹽類O 3%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正十八烷相變微乳液，其特征在于，所述表面活性劑為親水親油平衡值大于或等于8的表面活性劑中的一種或多種復(fù)配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正十八烷相變微乳液，其特征在于，所述表面活性劑為工業(yè)級。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正十八烷相變微乳液，其特征在于，所述表面活性劑為Tween80> Tween60、Tween40、Tween20、脂肪醇聚氧乙烯醚、燒基酹聚氧乙烯醚、十二燒基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、土耳其紅油、聚氧乙烯蓖麻油系列、聚氧乙烯氫化蓖麻油系列、十八烷基硫酸鈉、十八烷基聚氧乙烯醚、十八烷基聚氧乙烯醚磷酸酯中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的正十八烷相變微乳液，其特征在于，所述的脂肪醇類為乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、正己醇中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的正十八烷相變微乳液，其特征在于，所述的無機(jī)鹽類為 NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、AlCl3 中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的正十八烷相變微乳液，其特征在于，所述的正十八烷為98%AR級。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的正十八烷相變微乳液，其特征在于，所述的相變微乳液為澄清透明或淡藍(lán)色微乳液，所述相變微乳液中分散液滴的粒徑大小分布為IOnm IOOnm0
9.一種正十八烷相變微乳液的制備方法，所述正十八烷相變微乳液為權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的正十八烷相變微乳液，該制備方法包括以下步驟:按照權(quán)利要求1所述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值，將所述正十八烷、表面活性劑、脂肪醇類和無機(jī)鹽類進(jìn)行混合，在30°C 40°C溫度下添加余量的水，攪拌均勻，靜置后即得到正十八烷相變微乳液。
10.一種正十八燒相變微乳液的應(yīng)用，其特征在于:將權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的正十八烷相變微乳液應(yīng)用于微電子系統(tǒng)熱管理中，并作為熱管理體系中微通道的高效散熱冷卻工質(zhì)使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正十八烷相變微乳液，其包括水和以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分正十八烷5%～40%，表面活性劑2%～20%，脂肪醇類0～20%和無機(jī)鹽類0～3%；其制備是按照前述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值，先將正十八烷、表面活性劑、脂肪醇類和無機(jī)鹽類進(jìn)行混合，在30℃～40℃溫度下添加余量的水，攪拌均勻，靜置后即得到正十八烷相變微乳液。本發(fā)明的正十八烷相變微乳液可應(yīng)用于微電子系統(tǒng)熱管理中，并作為熱管理體系中微通道的高效散熱冷卻工質(zhì)使用。本發(fā)明的產(chǎn)品及應(yīng)用具有相變潛熱高、適用溫度范圍寬、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C09K5/06GK103146349SQ20131008147
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者程海峰, 郭亞飛, 鄭文偉, 張朝陽 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)