復(fù)合低溫相變防腐材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合低溫相變防腐材料及其制備方法，所述防腐材料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：甲酸鈉0-10份，乙酸鈉0-8份，丙酸鈉0-6份，乳酸鈉0-40份，硝酸鉀30-50份，水40-90份，十二烷基苯磺酸鈉0-2份：苯甲酸鈉0-2份，硼砂0-2份。制備方法包括以下步驟：將甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、硝酸鉀和乳酸鈉先按照比例均勻混合，加入水中均勻攪拌，再加入十二烷基苯磺酸鈉、苯甲酸鈉和硼砂，置于超聲波振蕩儀中均勻攪拌，混合均勻后方可灌入容器進(jìn)行封裝。本發(fā)明性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、取材廣泛、無(wú)毒無(wú)危險(xiǎn)、無(wú)腐蝕，適應(yīng)于長(zhǎng)期投產(chǎn)使用，提升低溫相變材料的防腐性。
【專利說(shuō)明】復(fù)合低溫相變防腐材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種相變防腐材料及其制備方法，具體涉及一種應(yīng)用于復(fù)合相變蓄冷的材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，主要體現(xiàn)在:①節(jié)能減排形勢(shì)嚴(yán)峻；②油氣供應(yīng)不足；③用電增長(zhǎng)迅速，電力供需形勢(shì)偏緊，峰谷差明顯，要實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展必須大力開(kāi)發(fā)可再生能源，同時(shí)積極推動(dòng)節(jié)能技術(shù)。本發(fā)明正是利用了蓄能技術(shù)，旨在通過(guò)移峰填谷，解決供求關(guān)系在時(shí)間和空間上不匹配的問(wèn)題。與此同時(shí)隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和人們生活水平的提高，對(duì)食品供應(yīng)的品質(zhì)和時(shí)效的要求也越來(lái)越高。冷鏈物流快速發(fā)展，但目前行業(yè)現(xiàn)狀遠(yuǎn)不能滿足巨大的市場(chǎng)需求，其關(guān)鍵原因在于冷藏運(yùn)輸成本較高，技術(shù)尚待完善。本發(fā)明正著眼于此，針對(duì)急需發(fā)展的冷藏運(yùn)輸行業(yè)，研究冷板冷藏車(chē)核心技術(shù)低溫相變蓄冷材料，間接節(jié)省機(jī)械制冷必須消耗的燃料，同時(shí)減少有害氣體排放。
[0003]相變材料利用蓄能技術(shù)，近年來(lái)研究應(yīng)用發(fā)展迅猛。相變材料是將物質(zhì)固有的熱容和物態(tài)變化的相變熱儲(chǔ)存釋放能量，具有較大的蓄熱密度。目前的相變蓄冷材料研究主要分為兩個(gè)方向:有機(jī)相變蓄冷材料和無(wú)機(jī)相變蓄冷材料。有機(jī)相變蓄冷材料性能較穩(wěn)定，幾乎無(wú)過(guò)冷和相分離問(wèn)題，這使得有機(jī)材料能長(zhǎng)效應(yīng)用于實(shí)際使用過(guò)程中，但通常其相變潛熱低，且其密度小。無(wú)機(jī)相變蓄冷材料具有較高的單位體積相變潛熱值和良好的導(dǎo)熱性，缺點(diǎn)是易產(chǎn)生過(guò)冷和相分離，長(zhǎng)期使用則熱性能衰減嚴(yán)重。低溫相變蓄冷材料主要集中在(TC——20°C這一溫度段，絕大多數(shù)相變材料的主材料均為無(wú)機(jī)鹽，傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽因其價(jià)格便宜，得到了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽水合物相變材料的廣泛使用，氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、氯化銨使用最為廣泛。但此類無(wú)機(jī)鹽多屬于全溶性鹽(在水中以離子狀態(tài)存在)，氯離子正是無(wú)機(jī)鹽腐蝕和環(huán)境污染的最大元兇。通過(guò)氯化鈣、氯化鈉對(duì)碳鋼的腐蝕性測(cè)試，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)兩者均對(duì)碳鋼有巨大腐蝕，氯化鈣對(duì)碳鋼腐蝕為氯化鈉的1.5倍，氯化鈉坑蝕則更為嚴(yán)重。而冷藏車(chē)為實(shí)現(xiàn)最大程度的導(dǎo)熱效果及經(jīng)濟(jì)效益，基本均采用金屬以制成相變材料容器，其與金屬相互接觸構(gòu)成堿性環(huán)境，使金屬表面形成鈍化膜并產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，而腐蝕后的金屬體積會(huì)膨脹2.5—5倍。同時(shí)經(jīng)冷藏車(chē)公司應(yīng)用傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽相變材料后反饋，無(wú)機(jī)鹽相變材料具有著極大的腐蝕性，使用一個(gè)月即會(huì)發(fā)生腐蝕甚至泄露，對(duì)蓄冷板與冷藏車(chē)車(chē)體造成極大的腐蝕，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并且傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)鹽水溶液的相變溫度比較單一，不能滿足各種溫度范圍的冷藏運(yùn)輸需要，因此通常為滿足不同溫度范圍，會(huì)將兩種或兩種以上的無(wú)機(jī)或者有機(jī)鹽與水進(jìn)行合理的配比。為了降低相變材料的相變溫度并提升熱力學(xué)性能，以滿足冷板式冷藏車(chē)對(duì)優(yōu)良相變材料的需要，很多研究人員都圍繞提高相變材料的抗腐及穩(wěn)定性能進(jìn)行了大量的改性探究。改性的目的是盡量降低相變溫度，增強(qiáng)穩(wěn)定性，提升相變潛熱，減小過(guò)冷度，使其更適應(yīng)于冷藏車(chē)系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明為解決這一問(wèn)題，從相變材料基底與添加劑共同出發(fā)，采用有機(jī)酸鹽代替?zhèn)鹘y(tǒng)無(wú)機(jī)鹽，并從防腐研究相對(duì)完善的汽車(chē)?yán)鋬鲆褐姓覍れ`感，向復(fù)合相變材料中添加防腐材料增強(qiáng)其防腐性能，最終研制出具有高效熱力學(xué)性能，無(wú)腐蝕性、無(wú)毒易于運(yùn)輸?shù)?20°C—-30°C相變材料，以豐富相變材料理論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種復(fù)合低溫相變防腐材料及其制備方法，其性能優(yōu)良、價(jià)格低廉、取材廣泛、無(wú)毒無(wú)危險(xiǎn)、無(wú)腐蝕性，適應(yīng)于長(zhǎng)期投產(chǎn)使用，以提高相變材料性能和解決目前市面上_20°C—-30°C溫度段防腐相變材料空缺的現(xiàn)狀，提升低溫相變材料的防腐性。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種復(fù)合低溫相變蓄能材料，其特征在于，其包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分:甲酸鈉0-10份，乙酸鈉0-8份，丙酸鈉0-6份，乳酸鈉0-40份，硝酸鉀30-50份，水40-90份，十二烷基苯磺酸鈉0_2份，苯甲酸鈉0_2份，硼砂0-2份。
[0007]優(yōu)選地，所述甲酸鈉為1-5份，所述乙酸鈉為1-5份，所述丙酸鈉為0-3份，所述乳酸鈉為10-20份，所述硝酸鉀為15-30份，所述水為50-70份，所述十二烷基苯磺酸鈉為0_1份，所述苯甲酸鈉為0-1份，所述硼砂為0-1份。
[0008]優(yōu)選地，所述甲酸鈉為2份，所述乙酸鈉為1份，所述丙酸鈉為0.9份，所述乳酸鈉為12.7份，所述硝酸鉀為20.09份，所述水為63份，所述十二烷基苯磺酸鈉為0.2份，所述苯甲酸鈉為0.01份，所述硼砂為0.1份。
[0009]將上述各組分材料均勻攪拌混合，之后方可進(jìn)行封裝。
[0010]本發(fā)明還公開(kāi)了一種所述復(fù)合防腐低溫相變蓄能材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟:將甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、硝酸鉀和乳酸鈉先按照比例均勻混合，加入水中均勻攪拌，再加入十二烷基苯磺酸鈉、苯甲酸鈉和硼砂，置于超聲波振蕩儀中均勻攪拌，混合均勻后方可灌入容器進(jìn)行封裝。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明達(dá)到所需低溫，相變溫度為-25°C，且經(jīng)過(guò)50次充放冷循環(huán)，相變材料無(wú)相分離現(xiàn)象，熱力學(xué)性能無(wú)衰減。通過(guò)添加劑，材料導(dǎo)熱性能防腐性能大大提升，復(fù)合防腐材料腐蝕度為0.11%為無(wú)機(jī)鹽相變材料的腐蝕度0.75%的14.7 %。復(fù)合低溫相變蓄冷材料常溫下為半流體狀態(tài)，無(wú)固定形態(tài)易于封裝兼容性好，不僅沒(méi)有相分離更沒(méi)有多次相變后材料析出分層現(xiàn)象。本發(fā)明取材方便，便于生產(chǎn)管理。本發(fā)明出色的防腐性能，解決了目前行業(yè)空缺，豐富了相變材料理論，在冷藏運(yùn)輸方面有較大應(yīng)用空間，材料充放冷循環(huán)性能好、熱力學(xué)性能優(yōu)、無(wú)腐蝕、不易泄露，既能保證使用效果，在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)也能得到良好的體現(xiàn)。本發(fā)明正是利用了蓄能技術(shù)，旨在通過(guò)移峰填谷，解決供求關(guān)系在時(shí)間和空間上不匹配的問(wèn)題。本發(fā)明正著眼于此，針對(duì)急需發(fā)展的冷藏運(yùn)輸行業(yè)，研究冷板冷藏車(chē)核心技術(shù)低溫相變蓄冷材料，間接節(jié)省機(jī)械制冷必須消耗的燃料，同時(shí)減少有害氣體排放。本發(fā)明為解決這一問(wèn)題，從相變材料基底與添加劑共同出發(fā)，采用有機(jī)酸鹽代替?zhèn)鹘y(tǒng)無(wú)機(jī)鹽，并從防腐研究相對(duì)完善的汽車(chē)?yán)鋬鲆褐姓覍れ`感，向復(fù)合相變材料中添加防腐材料增強(qiáng)其防腐性能，最終研制出具有高效熱力學(xué)性能，無(wú)腐蝕性、無(wú)毒易于運(yùn)輸?shù)?20°C — -30°C相變材料，以豐富相變材料理論。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0012]圖1為低溫相變材料溫度測(cè)試系統(tǒng)的原理示意圖。
[0013]圖2為有機(jī)酸鹽10% +硝酸鉀10% +水80%相變溫度測(cè)試的示意圖；其中有機(jī)酸鹽分別為:甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、乳酸鈉。
[0014]圖3為三組復(fù)合相變材料的主材料過(guò)冷度曲線測(cè)試的示意圖；其中，復(fù)合材料的質(zhì)量比為甲酸鈉:乙酸鈉:丙酸鈉:乳酸鈉:硝酸鉀:水=2%:1%:0.9%:12.7%:20.1%:63.2% ;復(fù)合材料2質(zhì)量比為甲酸鈉:乙酸鈉:乳酸鈉:硝酸鉀:水=6%:2%:10%:18%:64% ;復(fù)合材料3質(zhì)量比為甲酸鈉:乙酸鈉:乳酸鈉:硝酸鉀:水=17%:2%:5%:12%:64%。
[0015]圖4為復(fù)合防腐相變材料DSC (Differential Scanning Calorimetry,不差掃描量熱法)測(cè)試曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0017]本發(fā)明復(fù)合低溫相變蓄能材料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分:甲酸鈉0-10份，乙酸鈉0-8份，丙酸鈉0-6份，乳酸鈉0-40份，硝酸鉀30-50份，水40-90份，十二烷基苯磺酸鈉0-2份:苯甲酸鈉0-2份，硼砂0-2份；并且不存在所述甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、乳酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、苯甲酸鈉、硼砂都為O份、所述水為100份的情況；將甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、硝酸鉀和乳酸鈉先按照比例均勻混合，再加入水中均勻攪拌，再加入十二烷基苯磺酸鈉、苯甲酸鈉和硼砂，至于超聲波振蕩儀中均勻攪拌，制得所述材料。優(yōu)選地，所述甲酸鈉為
1-5份，所述乙酸鈉為1-5份，所述丙酸鈉為0-3份，所述乳酸鈉為10-20份，所述硝酸鉀為15-30份，所述水為50-70份，所述十二烷基苯磺酸鈉為0-1份，所述苯甲酸鈉為0_1份，所述硼砂為0-1份。優(yōu)選地，所述甲酸鈉為2份，所述乙酸鈉為1份，所述丙酸鈉為0.9份，所述乳酸鈉為12.7份，所述硝酸鉀為20.09份，所述水為63份，所述十二烷基苯磺酸鈉為0.2份，所述苯甲酸鈉為0.01份，所述硼砂為0.1份。
[0018]本發(fā)明還公開(kāi)了一種復(fù)合低溫相變蓄能材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟:將甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、硝酸鉀和乳酸鈉先按照比例均勻混合，加入水中均勻攪拌，再加入十二烷基苯磺酸鈉、苯甲酸鈉和硼砂，置于超聲波振蕩儀中均勻攪拌，混合均勻后方可灌入容器進(jìn)行封裝。
[0019]采用圖1所示的低溫相變材料溫度測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行相變溫度測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)采用低溫恒溫槽101、熱電阻102、試管103、測(cè)溫模塊104和電腦105。首先將相變材料在低溫恒溫槽中冷卻降溫至凝固點(diǎn)以下，然后在空氣中復(fù)溫至室溫的方法來(lái)尋找相變材料的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)。相變材料的降溫和升溫過(guò)程的溫度由溫度數(shù)據(jù)記錄軟件“組態(tài)王”記錄并保存，由此得到的步冷曲線。
[0020]根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到，將有機(jī)酸鹽(甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、乳酸鈉)逐一與硝酸鉀和水，按照質(zhì)量比1:1:8進(jìn)行配置并進(jìn)行相變溫度測(cè)試，相變材料的單一有機(jī)酸鹽與硝酸鉀混合后的水溶液相變均不理想，相變溫度低且相變不明顯，測(cè)試結(jié)果如圖2。因此重新制定組分配方與比例配方，進(jìn)行選擇，通過(guò)進(jìn)對(duì)甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、乳酸鈉、硝酸鉀、水、乙二醇按照不同比例混合，最終確定出3種優(yōu)良復(fù)合配方，復(fù)合材料I質(zhì)量比為甲酸鈉:乙酸鈉:丙酸鈉:乳酸鈉:硝酸鉀:水=2%:1%:0.9%:12.7%:20.1%:63.2% ;復(fù)合材料2質(zhì)量比為甲酸鈉:乙酸鈉:乳酸鈉:硝酸鉀:水=6%:2%:10%:18%:64% ;復(fù)合材料3質(zhì)量比為甲酸鈉:乙酸鈉:乳酸鈉:硝酸鉀:水=17%:2%:5%:12%:64%，所得相變溫度曲線如圖3。其中復(fù)合材料I的相變溫度曲線最為溫度，過(guò)冷度最小為3°C。
[0021] 為進(jìn)一步增強(qiáng)主材料的熱力學(xué)性能，增大其導(dǎo)熱系數(shù)，增強(qiáng)成核與防腐蝕性能，減小過(guò)冷度，本發(fā)明在主材料的基礎(chǔ)上添加性能優(yōu)良的添加劑，經(jīng)過(guò)材料研究，選擇采用硼砂作為鐵、鋁的特效緩蝕劑與相變材料的成核劑，苯甲酸鈉作為鋼的特效緩蝕劑，表面活性劑采用十二烷基苯磺酸鈉。通過(guò)不同比例的添加，發(fā)現(xiàn)到這三種添加劑均不能超過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的范圍，超過(guò)后相變溫度提升，且穩(wěn)定性不足，相變15次過(guò)后出現(xiàn)相分離現(xiàn)象。在基底復(fù)合材料I上添加這二類添加劑最優(yōu)的比例為:十二烷基苯橫酸納0.2%,苯甲酸納
0.01%，硼砂0.1%。添加防腐添加劑、表面活性劑、成核劑后，相變材料的性能比原先更為優(yōu)良，最終復(fù)合防腐相變材料相變時(shí)間長(zhǎng)，相變潛熱大，穩(wěn)定性好，且能達(dá)到-25°C相變溫度。最終配方相變潛熱為248.949J/g，相較傳統(tǒng)相變材料的100— 150J/g高出許多，且熱衰減小，性能優(yōu)良可推廣使用，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。
[0022]防腐是本發(fā)明研究的重點(diǎn)，配制傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽相變材料質(zhì)量比20%氯化鈉+20%氯化銨+60%水的腐蝕溶液，與有機(jī)酸鹽10% +硝酸鉀10% +水80%、復(fù)合材料1、復(fù)合材料
2、復(fù)合材料3、添加防腐添加劑后的最終材料，共6組溶液進(jìn)行腐蝕性測(cè)試，選取合金放于6組溶液中，在常溫下浸泡100天，添加防腐添加劑后的最終材料對(duì)應(yīng)I號(hào)金屬絲，I號(hào)為6根金屬絲中腐蝕程度最小的，僅在金屬表面出現(xiàn)細(xì)微點(diǎn)蝕，金屬未出現(xiàn)大量銹蝕。復(fù)合材料
1、復(fù)合材料2、復(fù)合材料3的這3根金屬絲相較I號(hào)金屬絲出現(xiàn)輕微銹蝕，金屬絲可在紙上摩擦出銹蝕粉末，5號(hào)復(fù)合材料5的金屬絲對(duì)應(yīng)有機(jī)酸鹽10% +硝酸鉀10% +水80%，此組材料為本發(fā)明開(kāi)始選材時(shí)使用的最初的材料，相較后期成熟的配方，此種材料性能略差，腐蝕性也較大,5號(hào)復(fù)合材料5的金屬絲相較前4組材料腐蝕明顯，金屬表層材料已基本腐蝕完全，可與紙摩擦出大量腐蝕粉末，6號(hào)復(fù)合材料6的金屬絲為六根中顏色最深的，金屬絲腐蝕嚴(yán)重，失重也嚴(yán)重，金屬失重具體數(shù)據(jù)參見(jiàn)下表1。
[0023]表1
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合低溫相變蓄能材料，其特征在于，其包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分:甲酸鈉0-10份，乙酸鈉0-8份，丙酸鈉0-6份，乳酸鈉0-40份，硝酸鉀30-50份，水40-90份，十二烷基苯磺酸鈉0-2份，苯甲酸鈉0-2份，硼砂0-2份。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合低溫相變蓄能材料，其特征在于，所述甲酸鈉為1-5份，所述乙酸鈉為1-5份，所述丙酸鈉為0-3份，所述乳酸鈉為10-20份，所述硝酸鉀為15-30份，所述水為50-70份，所述十二烷基苯磺酸鈉為0-1份，所述苯甲酸鈉為0-1份，所述硼砂為0-1 份。
3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合低溫相變蓄能材料，其特征在于，所述甲酸鈉為2份，所述乙酸鈉為1份，所述丙酸鈉為0.9份，所述乳酸鈉為12.7份，所述硝酸鉀為20.09份，所述水為63份，所述十二烷基苯磺酸鈉為0.2份，所述苯甲酸鈉為0.01份，所述硼砂為0.1份。
4.一種復(fù)合低溫相變蓄能材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟:將甲酸鈉、乙酸鈉、丙酸鈉、硝酸鉀和乳酸鈉先按照比例均勻混合，加入水中均勻攪拌，再加入十二烷基苯磺酸鈉、苯甲酸鈉和硼砂，置于超聲波振蕩儀中均勻攪拌，混合均勻后方可灌入容器進(jìn)行封裝。
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK103937462SQ201410199469
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】章學(xué)來(lái), 廖培忠, 袁園 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué), 廣州賽能冷藏科技有限公司