相變材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種相變材料及其制備方法，相變材料的制備原料包括六水氯化鈣、六水氯化鍶、熔點調節(jié)劑，上述原料中各組分的質量百分比為六水氯化鈣80-90%、六水氯化鍶5%-10%、熔點調節(jié)劑5%-10%；相變材料的具體制備步驟為：稱取六水氯化鈣、六水氯化鍶、熔點調節(jié)劑，將上述原料按照質量份數(shù)混合配制成溶液；將溶液在60-80℃的恒溫水浴中加熱并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體；將透明液體置于4-6℃的低溫下結晶，得到相變材料。本發(fā)明的相變材料制備工藝簡單，僅有混合-熔融-結晶三步，使用原料種類少，原料價廉易得，制備得到的相變材料無毒無腐蝕，相變溫度在24-31℃之間可調，相變潛熱在120-170J/g之間，過冷度小于10℃，相變過程可逆。
【專利說明】相變材料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于相變材料【技術領域】，具體地說，涉及一種相變材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002]相變材料(PCM-Phase Change Material)是指隨溫度變化而物理性質改變并能提供潛熱的物質。轉變物理性質的過程稱為相變過程，這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱并保持溫度恒定。比如0°c時，IKg的冰完全變成水需要吸收333KJ的熱量，并在此過程中溫度恒為(TC。在食品恒溫儲存、紡織恒溫保暖、建筑恒溫節(jié)能燈方面，相變材料有著極大的市場需求和潛力。
[0003]目前國內外研究的相變材料主要有三種:金屬類相變材料、有機相變材料和無機相變材料。金屬類相變材料的相變主要依靠晶型的轉變，且相變溫度很高，在100°C以上，主要用于高溫領域。有機相變材料主要集中于石蠟類，糖醇和高分子類，最常用的有機類相變材料為石蠟類，根據(jù)石蠟烷烴的碳鏈長度，相變溫度從-12到75°C不等，潛熱也在150-250J/g之間變動，但有機相變材料易燃、導熱系數(shù)小、易揮發(fā)、相變時體積變化大。
[0004]無機相變材料主要是指無機水合鹽類，相變溫度在0-200°C變化，熱焓也在100-300J/g之間變動。無機相變材料使用范圍廣、價格便宜、密度大，導熱系數(shù)較有機相變材料高。在10-30°C左右的相變溫度范圍內，無機相變材料中有KF.4Η20(18.5°C, 23.lj/g)和 Mn (NO3)2.6Η20(25.8 °C，125.9J/g)。然而，KF.4Η20 具有一定的腐蝕性，而 Mn (NO3) 2.6Η20的潛熱太低，要得到合適的相變溫度還需要進行調節(jié)。同時，現(xiàn)有的無機相變材料容易發(fā)生過冷現(xiàn)象，影響熱量的及時釋放與利用，且相變材料的制備工藝復雜，使用原料種類多，原料成本聞昂。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種相變材料的制備方法，相變材料的制備工藝簡單，原料價廉易得，成本低廉；制備得到的相變材料具有合適的特定溫度，其相變潛熱大、使用安全且穩(wěn)定性好。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下:
[0007]—種相變材料，包括六水氯化鈣、六水氯化鍶、熔點調節(jié)劑，上述原料中各組分的質量百分比分別為六水氯化鈣80-90%、六水氯化鍶5%-10%、熔點調節(jié)劑5%-10%。
[0008]一種相變材料的制備方法，包括以下步驟:稱取六水氯化鈣、六水氯化鍶、熔點調節(jié)劑,將上述原料按照質量份數(shù)混合配制成溶液；將溶液在60-80°C的恒溫水浴中加熱并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體；將透明液體置于4-6°C的低溫下結晶，得到相變材料。
[0009]優(yōu)選地，所述六水氯化鈣、所述六水氯化鍶、所述熔點調節(jié)劑均為無機物。
[0010]優(yōu)選地，所述熔點調節(jié)劑可為六水氯化鎂MgCl2.6H20、硝酸鎂Mg(NO3)2、硝酸鉀KNO3、氯化鈉NaCl中的一種。[0011 ] 優(yōu)選地，所述六水氯化鈣由降溫結晶方法制備而成。
[0012]優(yōu)選地，所述相變材料進一步包括增稠劑，所述增稠劑可為羥甲基纖維素鈉(carboxymethyIcellulosesodium, NaCMC)或高吸水樹脂。
[0013]優(yōu)選地，所述相變材料的相變溫度在24-31 °C之間可調。
[0014]優(yōu)選地，所述相變材料的相變潛熱在120_170J/g之間。
[0015]優(yōu)選地，所述相變材料的過冷度小于10°C。
[0016]優(yōu)選地，所述相變材料的相變過程可逆。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中的六水氯化鈣GaCl2.6H20熔點低、蓄熱容量大、安全無毒、價廉易得，六水氯化銀SrCl2.6H20顯著降低了六水氯化I丐GaCl2.6H20的過冷度,熔點調節(jié)劑調節(jié)六水氯化鈣GaCl2.6H20和六水氯化鍶SrCl2.6H20的熔點。本發(fā)明的相變材料制備工藝簡單，僅有混合-熔融-結晶三步，使用原料種類少，原料價廉易得，制備得到的相變材料無毒無腐蝕，相變溫度在24-31°C之間可調，相變潛熱在120-170J/g之間，過冷度小于10°C，相變過程可逆。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的相變材料的制備方法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明相變材料的制備方法作進一步說明。
[0020]本發(fā)明公開了一種相變材料，所述相變材料包括六水氯化鈣、六水氯化鍶、熔點調節(jié)劑，上述原料中各組分的質量百分比為六水氯化鈣80-90%、六水氯化鍶5%-10%、熔點調節(jié)劑 5%-10%。
[0021]本發(fā)明中所述六水氯化鈣、所述六水氯化鍶、所述熔點調節(jié)劑均為無機物。
[0022]所述六水氯化鈣的分子式為GaCl2.6Η20，相變溫度32°C，相變潛熱175J/g，所述六水氯化鈣GaCl2.6H20為相變主劑。本發(fā)明所述相變材料中，所述六水氯化鈣GaCl2.6H20的含量無特別的限制，它取決于所需的用途。但是，如果含量太低，則儲能蓄熱效果不明顯，如果含量太高，則難以全部與所述六水氯化鍶SrCl2.6H20共熔。在本發(fā)明的相變材料中，所述六水氯化鈣GaCl2.6H20的含量為80-90%。
[0023]所述六水氯化鍶的分子式為SrCl2.6H20,所述六水氯化鍶SrCl2.6H20為成核劑。所述六水氯化鍶SrCl2.6H20顯著降低了所述六水氯化鈣GaCl2.6H20的過冷度。
[0024]所述熔點調節(jié)劑根據(jù)需要調節(jié)所述六水氯化鈣GaCl2.6Η20的相變點，所述熔點調節(jié)劑的用量一般為5%-10%。所述熔點調節(jié)劑可為六水氯化鎂MgCl2.6Η20、硝酸鎂Mg(NO3)2、硝酸鉀KNO3、氯化鈉NaCl中的一種。所述六水氯化鎂MgCl2.6Η20、所述硝酸鎂Mg(NO3)2、所述硝酸鉀KNO3、所述氯化鈉NaCl均為可以與相變主劑所述六水氯化鈣GaCl2.6Η20形成共晶的物質。
[0025]共晶(eutectic)是在低于任一種組成物熔點的溫度下所有成分的融合。所述相變材料的原料中各組分的質量百分比分別為所述六水氯化鈣80-90%、所述六水氯化鍶5%-10%、所述熔點調節(jié)劑5%-10%，正是在具有所述六水氯化鈣80-90%、所述六水氯化鍶5%-10%、所述熔點調節(jié)劑5%-10%這樣的組分比例時，所述相變材料的原料的熔點最低。
[0026]其中，所述相變材料可進一步包括增稠劑，所述增稠劑可為羥甲基纖維素鈉(carboxymethy I ce I lulose sodium, NaCMC )或高吸水樹脂。所述輕甲基纖維素鈉(NaCMC)能使六水氯化鈣GaCl2.6Η20經(jīng)反復循環(huán)后儲熱性能保持穩(wěn)定，可以多次利用。所述高吸水樹脂(Super Absorbent Polymer, SAP)是一種新型功能高分子材料,具有親水基團、能大量吸收水分而溶脹又能保持住水分不外流的合成樹脂。
[0027]請參閱圖1，本發(fā)明還公開了一種相變材料的制備方法，包括以下步驟:
[0028]首先，稱取所述六水氯化鈣GaCl2.6H20、所述六水氯化鍶SrCl2.6H20、所述熔點調節(jié)劑，將上述原料按照質量份數(shù)混合配制成溶液。所述熔點調節(jié)劑可為所述六水氯化鎂MgCl2.6H20、所述硝酸鎂Mg(NO3)2、所述硝酸鉀KNO3、所述氯化鈉NaCl中的一種。
[0029]其中，所述六水氯化鈣GaCl2.6H20由降溫結晶方法制備而成。先將無水氯化鈣GaCl2研磨成粉末配制溶液，加熱溶液，根據(jù)其溶解度制取過飽和溶液，然后再放入冷水浴中降溫，直至完全結晶為止，將殘留液倒掉，低溫干燥后得所述六水氯化鈣GaCl2.6H20o
[0030]然后，將溶液在60-80°C的恒溫水浴中加熱并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體。其中，將恒溫水浴的溫度設定為60-80°C，是為了使所述六水氯化鈣GaCl2.6H20、所述六水氯化鍶SrCl2.6H20、所述熔點調節(jié)劑熔化，如果恒溫水浴的溫度設定較低，最后形成的液體中可能會出現(xiàn)渾濁，如果恒溫水浴的溫度設定較高，因儀器自身參數(shù)性能的限制難以達到或較復雜。
[0031]接著，將透明液體置于4_6°C的低溫下結晶，得到相變材料。其中，將透明液體至于4_6°C的低溫下結晶，是因為在4-6°C低溫環(huán)境下，所述相變材料的結晶析出率最好。
[0032]本發(fā)明中制備相變材料時，稱量質量比為相變主劑六水氯化鈣GaCl2.6H2080-90%、成核劑六水氯化鍶SrCl2.6H205%_10%和熔點調節(jié)劑5%_10%的原料并混合配制成溶液，將溶液在60-80°C的恒溫水浴中加熱并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體，再將透明液體在4-6°C的低溫下結晶，完成初始能量的儲存與釋放，得到相變材料。
[0033]本發(fā)明制備的所述相變材料的相變溫度和相變熱焓可以采用差示掃描量熱法(differential scanning calorimetry)測定。
[0034]本發(fā)明制得的所述相變材料的相變溫度在24-31 V之間可調，相變潛熱在120-170J/g之間，其過冷度小于10°C，且所述相變材料的相變過程可逆。
[0035]實施例一
[0036]首先，稱量相變主劑六水氯化鈣GaCl2.6H2015g、成核劑六水氯化鍶SrCl2.6H200.75g、熔點調節(jié)劑氯化鈉NaCl0.5g、增稠劑羥甲基纖維素鈉(carboxymethy I ce I lulose sodium, NaCMC ) 0.25g 以及水 2.5g,將上述原料混合并配制成溶液。
[0037]然后，將配制好的溶液置于60-80°C的恒溫水浴中加熱，并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體。
[0038]接著，將透明液體置于4_6°C的低溫下結晶，完成初始能量的儲存與釋放，得到相變材料。
[0039]制得的相變材料的相變溫度為31 °C，相變潛熱為168J/g。
[0040]實施例二
[0041]首先，稱量相變主劑六水氯化鈣GaCl2.6H2015g、成核劑六水氯化鍶SrCl2.6Η200.45g、熔點調節(jié)劑硝酸鎂Mg (NO3)20.6g以及水2.5g，將上述原料混合并配制成溶液。
[0042]然后，將配制好的溶液置于60-80°C的恒溫水浴中加熱，并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體。
[0043]接著，將透明液體置于4_6°C的低溫下結晶，完成初始能量的儲存與釋放，得到相變材料。
[0044]制得的相變材料的相變溫度為30°C，相變潛熱為150J/g。
[0045]實施例三
[0046]首先，稱量相變主劑六水氯化鈣GaCl2.6H2015g、成核劑六水氯化鍶SrCl2.6H201.5g、熔點調節(jié)劑六水氯化鎂MgCl2.6H201.5g以及水2.5g，將上述原料混合并配制成溶液。
[0047]然后，將配制好的溶液置于60-80°C的恒溫水浴中加熱，并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體。
[0048]接著，將透明液體置于4_6°C的低溫下結晶，完成初始能量的儲存與釋放，得到相變材料。
[0049]制得的相變材料的相變溫度為29°C，相變潛熱為139J/g。
[0050]實施例四
[0051]首先，稱量相變主劑六水氯化鈣GaCl2.6H2015g、成核劑六水氯化鍶SrCl2.6Η202.4g、熔點調節(jié)劑硝酸鉀KNO3L 5g以及水2.5g，將上述原料混合并配制成溶液。
[0052]然后，將配制好的溶液置于60-80°C的恒溫水浴中加熱，并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體。
[0053]接著，將透明液體置于4_6°C的低溫下結晶，完成初始能量的儲存與釋放，得到相變材料。
[0054]制得的相變材料的相變溫度為25°C，相變潛熱為140J/g。
[0055]實施例五
[0056]首先，稱量相變主劑六水氯化鈣GaCl2.6H2015g、成核劑六水氯化鍶SrCl2.6Η201.2g、添加劑二氧化硅S120.3g、熔點調節(jié)劑硝酸鉀KNO3L 5g以及水2.5g，將上述原料混合并配制成溶液。
[0057]然后，將配制好的溶液置于60-80°C的恒溫水浴中加熱，并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體。
[0058]接著，將透明液體置于4_6°C的低溫下結晶，完成初始能量的儲存與釋放，得到相變材料。
[0059]制得的相變材料的相變溫度為24°C，相變潛熱為125J/g。
[0060]本發(fā)明中的六水氯化鈣GaCl2.6H20熔點低、蓄熱容量大、安全無毒、價廉易得，六水氯化鍶SrCl2.6H20顯著降低了六水氯化鈣GaCl2.6H20的過冷度，熔點調節(jié)劑調節(jié)六水氯化鈣GaCl2.6H20和六水氯化鍶SrCl2.6H20的熔點。本發(fā)明的相變材料制備工藝簡單，僅有混合-熔融-結晶三步，使用原料種類少，原料價廉易得，制備得到的相變材料無毒無腐蝕，相變溫度在24-31°C之間可調，相變潛熱在120-170J/g之間，過冷度小于10°C，相變過程可逆。
[0061]上述說明是針對本發(fā)明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請范圍，凡本發(fā)明所揭示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應屬于本發(fā)明所涵蓋專利范圍。
【權利要求】
1.一種相變材料，其特征在于:包括六水氯化鈣、六水氯化鍶、熔點調節(jié)劑，上述原料中各組分的質量百分比分別為六水氯化鈣80-90%、六水氯化鍶5%-10%、熔點調節(jié)劑5%-10%。
2.如權利要求1所述的相變材料，其特征在于:所述六水氯化鈣、所述六水氯化鍶、所述熔點調節(jié)劑均為無機物。
3.如權利要求2所述的相變材料，其特征在于:所述熔點調節(jié)劑可為六水氯化鎂MgCl2.6H20、硝酸鎂Mg(NO3)2、硝酸鉀KNO3、氯化鈉NaCl中的一種。
4.如權利要求1所述的相變材料，其特征在于:所述六水氯化鈣由降溫結晶方法制備--? 。
5.如權利要求1所述的相變材料，其特征在于:進一步包括增稠劑，所述增稠劑可為羥甲基纖維素鈉(carboxymethylcellulose sodium, NaCMC)或高吸水樹脂。
6.如權利要求1至5任一所述的一種相變材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 稱取六水氯化鈣、六水氯化鍶、熔點調節(jié)劑，將上述原料按照質量份數(shù)混合配制成溶液； 將溶液在60-80°C的恒溫水浴中加熱并不斷地攪拌，直至原料全部熔融，溶液變成透明液體； 將透明液體置于4-6°C的低溫下結晶，得到相變材料。
7.如權利要求6所述的相變材料的制備方法，其特征在于:所述相變材料的相變溫度在24-31 °C之間可調。
8.如權利要求7所述的相變材料的制備方法，其特征在于:所述相變材料的相變潛熱在 120-170J/g 之間。
9.如權利要求8所述的相變材料的制備方法，其特征在于:所述相變材料的過冷度小于 10C0
10.如權利要求9所述的相變材料的制備方法，其特征在于:所述相變材料的相變過程可逆。
【文檔編號】C09K5/06GK104419381SQ201310404783
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權日:2013年9月6日
【發(fā)明者】王維, 張慧潔, 張哲明, 陳海濱, 吳景深 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院