一种相变温度为-20~-25℃的有机相变材料及其制备方法与流程

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一种相变温度为-20～-25
℃
的有机相变材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及相变材料技术领域，尤其涉及一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料及其制备方法。

背景技术：

2.相变材料作为储能材料，在医疗、食品、化工、新能源等领域具有较为成熟的应用，而以药品、食品行业应用最为广泛。相变焓值是衡量材料的储热蓄冷的一个重要指标，市面上低温蓄冷材料运用得最广泛的是水合无机盐类，但存在密度大、过冷度大，长期使用后，蓄冷能力下降明显等问题。而低温有机相变材料一般存在焓值低，密度小等问题，造成了低温有机相变材料在市场运用的瓶颈。一些食品、药品对温度要求比较高，需要保持在低温状态，才能保障食品、药品不变质。而食品、药品是流动性较强的物品，需要不断的运输才能到达客户手中。而目前常规使用的水合盐化合物密度均大于1.0g/cm3，增加了企业的运输使用成本。所以研发一款密度合适，焓值高的有机相变材料，解决冷链运输企业的痛点迫在眉睫。

技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料及其制备方法，本发明所用原料环保、易得，加工工艺简单，操作便捷，生产过程中无副产物，密度低、焓值高、多次循环仍有很好的效果，循环寿命长。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，包括以下质量份数的原料：主蓄冷剂80-95份、复合添加剂5-15份和增稠剂1-8份；所述主蓄冷剂为相变温度-10℃～-20℃的醇类，且密度为0.80-0.90g/ml，且焓值≥180j/g。
5.进一步地，优选所述主蓄冷剂为正辛醇。
6.所述复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉20～30份、硅烷偶联剂5～10份、分散剂2～8份和有机溶剂70～80份。
7.所述硅烷偶联剂为γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
8.所述分散剂为水油两用分散剂，所述水油两用分散剂为路博润分散剂8200、路博润分散剂20000中的至少一种。
9.所述硅粉的粒径≤50nm。
10.所述增稠剂为油性醇级有机膨润土。
11.所述有机溶剂为乙醇、二丙二醇甲醚、苯甲醇、丙二醇、乙二醇、丙三醇和正癸醇中的至少一种。
12.还包括醇溶性着粉，所述醇溶性着粉的质量份数为0.1-1份。
13.本发明还提供一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料的制备方法，包括以下
10℃～-20℃的醇类，且密度为0.80-0.90g/ml，且焓值≥180j/g为相变蓄冷剂；在体系中加入复合添加剂，能有效的提升各物质之间的分子有结合力，进而提高相变焓值、延长蓄冷时长以及提高稳定性。同时也提升体系粘稠度，便于生产加工；在体系中加入增稠剂能够起到增稠作用，防止发生相分层，以及提高循环稳定性能；本发明的相变材料导热高、密度低、相变潜热高、稳定性好、材料成本低廉、安全无毒，制备工艺简单，本发明的相变材料的相变温度为-20～-25℃、相变焓值为170～190j/g、密度＜1g/cm3、过冷度《1℃，蓄冷时长超35h，稳定性好，静置48h内不分层。
31.进一步地，优选主蓄冷剂为正辛醇，正辛醇的焓值高，且密度低，且其相变温度为-10℃～-20℃，适用于作为主要蓄冷剂。进一步地，为了确保高焓值，正辛醇的纯度≥99％。
32.进一步地，复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉20～30份、硅烷偶联剂5～10份、分散剂2～8份和有机溶剂70～80份。复合添加剂的加入改善体系了中分子与分子之间的结合力，可以大幅提高有机相变材料体系的循环稳定性能，降低相变温度在循环前后的变化率，使相变温度保持稳定，可以显著提高相变材料的相变焓值。当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，能有效的提升有机物主蓄冷剂与其他原料之间的结合力，同时也体系中粘稠度，便于生产加工；同时还添加有分散剂，有利于主蓄冷剂均匀分散于体系中，提高分散性和稳定性，有利于延长蓄冷时效。
33.进一步地，优选硅烷偶联剂为γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(kh560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh570)中的至少一种。
34.进一步地，分散剂为水油两用分散剂，水油两用分散剂为路博润分散剂8200、路博润分散剂20000中的至少一种。
35.进一步地，体系中加入硅粉可增稠，硅粉与硅烷偶联剂可偶联形成无机-有机结构，使得形成的有机相变材料结构稳定性更强，还起到增加体系密度的作用；优选硅粉的粒径≤50nm，控制粒径主要是为了提高硅粉在体系中的分散效果，更好起到控制粒度的作用。
36.进一步地，增稠剂为油性醇级有机膨润土。在体系中加入醇级有机膨润土能够起到增稠作用，使得体系中主蓄冷剂的晶核能均匀分布在溶液中不受重力影响而出现分层现象，有效改善相变材料的相分离问题，防止发生相分层，以及提高循环稳定性能。增稠剂通过与原料分子之间的链接，形成网状或者链状结构，尤其是与羟基之间的链接，从而增大体系的粘度，还可大大改善有机相变材料的密度，提升单位体积储能能力，使总焓值提升。
37.进一步地，有机溶剂为乙醇、二丙二醇甲醚、苯甲醇、丙二醇、乙二醇、丙三醇和正癸醇中的至少一种。
38.进一步地，还可根据需要，在体系中加入醇溶性着粉，醇溶性着粉的质量份数为0.1-1份，醇溶性着粉与醇类有机物相容性好，分散后，着均匀，不分层不析出。
39.本发明还提供一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
40.s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉20～30份、硅烷偶联剂5～10份、分散剂2～8份和有机溶剂70～80份，在40-50℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为400-800r/min，搅拌20-60min，充分搅拌均匀后，即成复合添加剂。
41.s1、按比例取主蓄冷剂、复合添加剂进行搅拌，搅拌均匀，搅拌转速为400-800r/
min，时间为30-60min。
42.s2、按比例加入增稠剂，搅拌均匀，搅拌速度提升至1000-1500r/min，搅拌时间为60-90min，即得有机相变材料。
43.本发明的制备方法，工艺简单，原料易得，生产过程中无副产品，反应条件温和，制备所得的有机相变材料的相变温度为-20～-25℃、相变焓值为170～190j/g、密度＜1g/cm3、过冷度《1℃，蓄冷时长超35h，稳定性好，静置48h内不分层，适用于冷链运输。
44.以下通过具体实施方式进行进一步解释说明。
45.实施例1
46.一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，包括以下质量份数的原料：主蓄冷剂正辛醇92份、复合添加剂5份和增稠剂油性醇级有机膨润土3份；其中复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉30份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh560 10份、路博润分散剂8200 8份和有机溶剂二丙二醇甲醚80份。
47.其中kh560可替换为kh570或与之混合物；路博润分散剂8200可替换为路博润分散剂20000或与之混合物；二丙二醇甲醚可替换为乙醇、苯甲醇、丙二醇、乙二醇、丙三醇和正癸醇中的至少一种或与之混合物。
48.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
49.s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉30份、硅烷偶联剂kh560 10份、路博润分散剂8200 8份和有机溶剂二丙二醇甲醚80份，在50℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为800r/min，搅拌60min，充分搅拌均匀后，即成复合添加剂。
50.s1、取主蓄冷剂正辛醇92份，从以上复合添加剂中取5份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为800r/min，时间为60min。
51.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土3份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1500r/min，搅拌时间为90min，即得有机相变材料。
52.实施例2
53.一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，包括以下质量份数的原料主蓄冷剂正辛醇86.8份、复合添加剂10份和增稠剂油性醇级有机膨润土3份、醇溶性着粉0.2份；其中复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉25份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh570 8份、路博润分散剂20000 5份和有机溶剂乙醇75份。
54.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
55.s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉25份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh570 8份、路博润分散剂20000 5份和有机溶剂乙醇75份，在45℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为600r/min，搅拌40min，充分搅拌均匀后，即成复合添加剂。
56.s1、取主蓄冷剂正辛醇86.8份，从以上复合添加剂中取10份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为600r/min，时间为45min。
57.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土3份、醇溶性着粉0.2份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1200r/min，搅拌时间为70min，即得有机相变材料。
58.实施例3
59.一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，包括以下质量份数的原料主蓄冷剂正辛醇89份、复合添加剂6份和增稠剂油性醇级有机膨润土4.8份、醇溶性着粉0.2份；其
中复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉20份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh570 5份、路博润分散剂20000 2份和有机溶剂二丙二醇甲醚70份。
60.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
61.s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉20份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh570 5份、路博润分散剂20000 2份和有机溶剂二丙二醇甲醚70份，在40℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为400r/min，搅拌20min，充分搅拌均匀后，即成复合添加剂。
62.s1、取主蓄冷剂正辛醇89份，从以上复合添加剂中取6份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为400r/min，时间为30min。
63.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土4.8份、醇溶性着粉0.2份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1000r/min，搅拌时间为60min，即得有机相变材料。
64.实施例4
65.一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，包括以下质量份数的原料主蓄冷剂正辛醇80份、复合添加剂11份和增稠剂油性醇级有机膨润土8份、醇溶性着粉1份；其中复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉23份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh570 7份、路博润分散剂20000 3份和有机溶剂二丙二醇甲醚76份。
66.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
67.s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉23份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh570 7份、路博润分散剂20000 3份和有机溶剂二丙二醇甲醚76份，在40℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为400r/min，搅拌20min，充分搅拌均匀后，即成复合添加剂。
68.s1、取主蓄冷剂正辛醇80份，从以上复合添加剂中取11份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为400r/min，时间为30min。
69.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土8份、醇溶性着粉1份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1000r/min，搅拌时间为60min，即得有机相变材料。
70.实施例5
71.一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，包括以下质量份数的原料主蓄冷剂正辛醇81份、复合添加剂15份和增稠剂油性醇级有机膨润土4份；其中复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉23份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh570 7份、路博润分散剂20000 3份和有机溶剂二丙二醇甲醚76份。
72.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
73.s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉23份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh570 7份、路博润分散剂20000 3份和有机溶剂二丙二醇甲醚76份，在40℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为400r/min，搅拌20min，充分搅拌均匀后，即成复合添加剂。
74.s1、取主蓄冷剂正辛醇81份，从以上复合添加剂中取15份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为400r/min，时间为30min。
75.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土4份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1000r/min，搅拌时间为60min，即得有机相变材料。
76.实施例6
77.一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，包括以下质量份数的原料：主蓄冷剂正辛醇94份、复合添加剂5份和增稠剂油性醇级有机膨润土1份；其中复合添加剂由以下
质量份数的原料制成：硅粉22份(粒径≤50nm)、硅烷偶联剂kh560 6份、路博润分散剂8200 4份和有机溶剂二丙二醇甲醚78份。
78.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
79.s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉22份、硅烷偶联剂kh560 6份、路博润分散剂8200 4份和有机溶剂二丙二醇甲醚78份，在50℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为800r/min，搅拌60min，充分搅拌均匀后，即成复合添加剂。
80.s1、取主蓄冷剂正辛醇94份，从以上复合添加剂中取5份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为800r/min，时间为60min。
81.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土1份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1500r/min，搅拌时间为90min，即得有机相变材料。
82.对比例1
83.一种有机相变材料，包括以下质量份数的原料：主蓄冷剂正辛醇92份和增稠剂油性醇级有机膨润土8份。
84.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
85.s1、取主蓄冷剂正辛醇92份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为400r/min，时间为30min。
86.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土8份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1000r/min，搅拌时间为60min，即得有机相变材料。
87.对比例2
88.一种有机相变材料，包括以下质量份数的原料：主蓄冷剂正辛醇95份、和增稠剂油性醇级有机膨润土4.8份、醇溶性着粉0.2份。
89.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
90.s1、取主蓄冷剂正辛醇95份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为400r/min，时间为30min。
91.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土4.8份、醇溶性着粉0.2份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1000r/min，搅拌时间为60min，即得有机相变材料。
92.对比例3
93.一种相变材料，包括以下质量份数的原料：主蓄冷剂正辛醇80份、复合添加剂11份和增稠剂油性醇级有机膨润土8份、醇溶性着粉1份；其中复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉23份(粒径≤50nm)、有机溶剂二丙二醇甲醚77份。
94.有机相变材料制备方法具体包括以下步骤：
95.s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉23份(粒径≤50nm)、有机溶剂二丙二醇甲醚77份，在40℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为400r/min，搅拌20min，充分搅拌均匀后，即成复合添加剂。
96.s1、取主蓄冷剂正辛醇80份，从以上复合添加剂中取11份，加入搅拌釜进行搅拌混合，搅拌均匀，搅拌转速为400r/min，时间为30min。
97.s2、按比例加入增稠剂油性醇级有机膨润土8份、醇溶性着粉1份，搅拌均匀，搅拌速度提升至1000r/min，搅拌时间为60min，即得有机相变材料。
98.取实施例1-3以及对比例1-3的相变材料进行性能测试：
99.密度的测量：依据gb t 4472-2011《化工产品密度、相对密度的测定标准》测定密度。
100.相变温度和焓值测定：测定温度范围-40～10℃，升温速率为10℃/min，测试设备为美国ta dsc 25，实施例1-3与对比例1-3的检测结果分别见图1-图6。
101.蓄冷时长测试：将制备的样品灌装于长宽高为37cm*24cm*2.5cm高密度聚乙烯冰排盒中，每个冰排盒灌封量为1500ml。并将灌封样品放置于-40℃的环境中冷冻48时间。取冰冻后的6块样品冰排安装于冷冻运输箱中，并将冷冻箱放置于30℃的环境中，每隔1h观测记录冷冻箱上显示温度及时长，直至最终冷冻箱温度回温显示为10℃，记录所需的时长。
102.静置试验：取搅拌后的样品50g装入100ml锥形瓶中，静置48小时观测样品是否有分层。
103.测试结果见下表：
104.表1.实施例1-3以及对比例1-3的相变材料的性能测试结果
105./实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3密度(g/cm3)0.890.920.950.900.880.96相变温度(℃)-22.2-21.7-21.0-17.3-17.5-17.0焓值(j/g)186.5174.2176.0168.3164.8155.0蓄冷时长(h)484039302917静置试验不分层不分层不分层分层分层分层
106.由上表以及图1-6可知，在本发明的实施例中，通过将正辛醇作为主蓄冷剂，并搭配复合添加剂以及增稠剂制备用于储存和释放冷量的相变材料，能够使制备所得的相变材料的相变温度在-20～-25℃、相变焓值为170～190j/g、密度＜1g/cm3、过冷度《1℃，蓄冷时长超35h，稳定性好，静置48h内不分层。
107.与实施例1-3相比，对比例1-3的有机相变材料的相变温度均高于-20℃，且相变焓值较低，蓄冷时长短，静置稳定性差，不适于冷链运输。
108.由实施例1～3与对比例3对比来看，体系中加入偶联剂和分散剂有利于增强体系的稳定性。
109.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：主蓄冷剂80-95份、复合添加剂5-15份和增稠剂1-8份；所述主蓄冷剂为相变温度-10℃～-20℃的醇类，且密度为0.80-0.90g/ml，且焓值≥180j/g。2.根据权利要求1所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，所述主蓄冷剂为正辛醇。3.根据权利要求1所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，所述复合添加剂由以下质量份数的原料制成：硅粉20～30份、硅烷偶联剂5～10份、分散剂2～8份和有机溶剂70～80份。4.根据权利要求3所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。5.根据权利要求3所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，所述分散剂为水油两用分散剂，所述水油两用分散剂为路博润分散剂8200、路博润分散剂20000中的至少一种。6.根据权利要求3所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，所述硅粉的粒径≤50nm。7.根据权利要求3所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，所述增稠剂为油性醇级有机膨润土。8.根据权利要求3所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、二丙二醇甲醚、苯甲醇、丙二醇、乙二醇、丙三醇和正癸醇中的至少一种。9.根据权利要求1所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料，其特征在于，还包括醇溶性着粉，所述醇溶性着粉的质量份数为0.1-1份。10.一种权利要求1-9任意一项所述的相变温度为-20～-25℃的有机相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、按比例取主蓄冷剂、复合添加剂进行搅拌，搅拌均匀；s2、按比例加入增稠剂，搅拌均匀，即得有机相变材料。11.根据权利要求10所述的-20～-25℃的有机相变材料的制备方法，其特征在于，在s1步骤之前，包括s0、制备复合添加剂：按以下质量份数取原料：硅粉20～30份、硅烷偶联剂5～10份、分散剂2～8份和有机溶剂70～80份，在40-50℃的密封良好的搅拌釜中，搅拌速度为400-800r/min，搅拌20-60min，充分搅拌均匀后，即得复合添加剂。12.根据权利要求10所述的-20～-25℃的有机相变材料的制备方法，其特征在于，在s1步骤中，搅拌转速400-800r/min，时间为30-60min。13.根据权利要求10所述的-20～-25℃的有机相变材料的制备方法，其特征在于，在s2步骤中，搅拌速度提升至1000-1500r/min，搅拌时间为60-90min。

技术总结

本发明公开了一种相变温度为-20～-25℃的有机相变材料及其制备方法；有机相变材料，包括以下质量份数的原料：主蓄冷剂80-95份、复合添加剂5-15份和增稠剂1-8份；主蓄冷剂为相变温度-10℃～-20℃的醇类，且密度为0.80-0.90g/ml，且焓值≥180J/g；制备方法：按比例取主蓄冷剂、复合添加剂、增稠剂，搅拌混匀即得；本发明的相变材料导热高、密度低、相变潜热高、稳定性好、材料成本低廉、安全无毒，制备工艺简单，本发明的相变材料的相变温度为-20～-25℃、相变焓值为170～190J/g、密度＜1g/cm3、过冷度<1℃，蓄冷时长超35h，稳定性好，静置48h内不分层。不分层。不分层。