[發明專利]一種多元脂肪酸定形相變材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110435480.0
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102531550A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王俊鵬;何紅桃;岳欽艷;葉新強;高悅;高寶玉;高桂波
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B33/132
• 分類號: C04B33/132;C04B14/02;C09K5/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

技術領域

本發明涉及一種多元脂肪酸定形相變材料及其制備方法，屬于建筑節能和儲熱材料領域。

背景技術

隨著世界能源危機的日益加劇，人們越來越關注能源的有效利用。相變材料是可以在一定溫度范圍內改變其物理狀態且吸收或釋放大量能量的一種物質。例如固-液相變材料，當環境溫度高于其相變溫度時，它將從固態轉變為液態，同時吸收并儲存大量的潛熱；而當環境溫度再次降低時，相變材料又進行從液態到固態的逆相變，并將儲存的熱量再次釋放到環境中去。如此反復發生物理狀態變化時，相變材料自身特性幾乎不變，但可以將環境溫度維持在一定的范圍內，減少熱量損失，有效提高能源的利用率。

脂肪酸作為非石蠟類有機相變材料，因其具有高熔融焓、不易燃、相變過程體積膨脹率小以及好的熱穩定性和化學穩定性等優點，在建筑節能和日常生活方面得到廣泛應用。但是，大多數脂肪酸的熔點高于應用環境的溫度要求范圍，因此常常需要用二元或多元混合脂肪酸來代替單一的脂肪酸以滿足應用環境要求。施羅德公式是確定二元復合脂肪酸最低共熔物配比的常用有效方法，但是三元及三元以上復合脂肪酸配比的確定則需要大量的實驗，通過測定不同配比下產品的性質來篩選出適宜的多元脂肪酸相變材料。

定形相變材料通常是由相變物質和各種多孔材料組合而成，利用多孔介質內部的小孔隙將相變物質分散成小顆粒以儲存，借助毛細管效應提高相變物質在多孔介質中儲存的穩定性，進而使相變材料發生相變時能保持一定的形狀，不會出現泄漏現象。同時利用多孔介質導熱率高的特點還可以提高相變材料的換熱效率。與普通相變材料相比，定形相變材料具有封裝成本低，傳熱熱阻小，不易泄漏，使用安全等優點。

中國專利文件CN101838521A(申請號201010169075.4)公開了一種以皂土為基體，以二元脂肪酸為相變儲能主體的復合相變儲能材料的制備方法，該方法首先對皂土進行改性處理，然后用豆蔻酸和棕櫚酸或者用月桂酸和豆蔻酸制備二元脂肪酸低共熔物，最后將改性皂土、二元脂肪酸和無水乙醇混合、加熱、攪拌、干燥至恒重，即得二元脂肪酸/皂土復合相變材料。該復合相變材料的相變點偏高，尤其是用月桂酸和豆蔻酸制備二元脂肪酸低共熔體系時，最終所得復合相變材料的相變溫度高達36℃，使二元脂肪酸/皂土復合相變材料的應用受到了限制。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種相變溫度較低的多元脂肪酸定形相變材料及其制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種定形相變材料，由多元脂肪酸和污泥陶粒按以下重量百分比復合而成：多元脂肪酸共熔混合物30％～60％；污泥陶粒40％～70％；

所述的多元脂肪酸共熔混合物為癸酸、月桂酸、豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸中的三種或三種以上的共熔混合物；所述污泥陶粒是以粘土和污水處理廠干化后的污泥為原料，按粘土∶干化后的污泥＝(8.8～9.2)∶(1.2～0.8)質量比混合、造粒、在920～970℃下燒制而成。

根據本發明優選的，所述的多元脂肪酸為癸酸/月桂酸/豆蔻酸三元共熔混合物，或月桂酸/豆蔻酸/硬脂酸三元共熔混合物，或癸酸/月桂酸/硬脂酸三元共熔混合物，月桂酸/豆蔻酸/棕櫚酸/硬脂酸四元共熔混合物。

本發明定形相變材料的制備方法，步驟如下：

將污泥陶粒在高于多元脂肪酸共熔混合物相變點10～20℃的溫度下抽真空30～100分鐘，真空度為0.08～0.10MPa；加入熔化的多元脂肪酸共熔混合物；升至常壓，使液態多元脂肪酸共熔混合物逐漸滲入污泥陶粒中，吸附滲入時間為60～150分鐘；降溫，即得多元脂肪酸/污泥陶粒定形相變材料。

上述原料中多元脂肪酸共熔混合物與污泥陶粒均可按現有技術制備。本發明優選以下制備方法：

(1)多元脂肪酸的制備：

a.按照由施羅德公式計算出的二元脂肪酸共熔混合物的配比將癸酸、月桂酸、豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸中的任選兩種混合，以兩者中較高的熔點為基準T₀，在T₀+10℃～T₀+20℃的水浴條件下將該兩種脂肪酸的混合物加熱攪拌30～60分鐘，超聲2～5分鐘后得到二元脂肪酸共熔混合物；

b.測定所得二元脂肪酸共熔混合物的相變點和對應焓值，并按照混合配比計算其理論分子質量；將該二元脂肪酸共熔混合物作為單一脂肪酸按照施羅德公式與第三種脂肪酸進行混合，方法如步驟a所述，得到三元脂肪酸共熔混合物；以此類推，由三元脂肪酸共熔混合物和第四種脂肪酸混合，可得到四元脂肪酸共熔混合物，以此類推，進而得多元脂肪酸共熔混合物。