[发明专利]一种多元脂肪酸定形相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元脂肪酸定形相变材料及其制备方法，属于建筑节能和储热材料领域。

背景技术

随着世界能源危机的日益加剧，人们越来越关注能源的有效利用。相变材料是可以在一定温度范围内改变其物理状态且吸收或释放大量能量的一种物质。例如固-液相变材料，当环境温度高于其相变温度时，它将从固态转变为液态，同时吸收并储存大量的潜热；而当环境温度再次降低时，相变材料又进行从液态到固态的逆相变，并将储存的热量再次释放到环境中去。如此反复发生物理状态变化时，相变材料自身特性几乎不变，但可以将环境温度维持在一定的范围内，减少热量损失，有效提高能源的利用率。

脂肪酸作为非石蜡类有机相变材料，因其具有高熔融焓、不易燃、相变过程体积膨胀率小以及好的热稳定性和化学稳定性等优点，在建筑节能和日常生活方面得到广泛应用。但是，大多数脂肪酸的熔点高于应用环境的温度要求范围，因此常常需要用二元或多元混合脂肪酸来代替单一的脂肪酸以满足应用环境要求。施罗德公式是确定二元复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复合脂肪酸配比的确定则需要大量的实验，通过测定不同配比下产品的性质来筛选出适宜的多元脂肪酸相变材料。

定形相变材料通常是由相变物质和各种多孔材料组合而成，利用多孔介质内部的小孔隙将相变物质分散成小颗粒以储存，借助毛细管效应提高相变物质在多孔介质中储存的稳定性，进而使相变材料发生相变时能保持一定的形状，不会出现泄漏现象。同时利用多孔介质导热率高的特点还可以提高相变材料的换热效率。与普通相变材料相比，定形相变材料具有封装成本低，传热热阻小，不易泄漏，使用安全等优点。

中国专利文件CN101838521A(申请号201010169075.4)公开了一种以皂土为基体，以二元脂肪酸为相变储能主体的复合相变储能材料的制备方法，该方法首先对皂土进行改性处理，然后用豆蔻酸和棕榈酸或者用月桂酸和豆蔻酸制备二元脂肪酸低共熔物，最后将改性皂土、二元脂肪酸和无水乙醇混合、加热、搅拌、干燥至恒重，即得二元脂肪酸/皂土复合相变材料。该复合相变材料的相变点偏高，尤其是用月桂酸和豆蔻酸制备二元脂肪酸低共熔体系时，最终所得复合相变材料的相变温度高达36℃，使二元脂肪酸/皂土复合相变材料的应用受到了限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种相变温度较低的多元脂肪酸定形相变材料及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种定形相变材料，由多元脂肪酸和污泥陶粒按以下重量百分比复合而成：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为癸酸、月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸中的三种或三种以上的共熔混合物；所述污泥陶粒是以粘土和污水处理厂干化后的污泥为原料，按粘土∶干化后的污泥＝(8.8～9.2)∶(1.2～0.8)质量比混合、造粒、在920～970℃下烧制而成。

根据本发明优选的，所述的多元脂肪酸为癸酸/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/棕榈酸/硬脂酸四元共熔混合物。

本发明定形相变材料的制备方法，步骤如下：

将污泥陶粒在高于多元脂肪酸共熔混合物相变点10～20℃的温度下抽真空30～100分钟，真空度为0.08～0.10MPa；加入熔化的多元脂肪酸共熔混合物；升至常压，使液态多元脂肪酸共熔混合物逐渐渗入污泥陶粒中，吸附渗入时间为60～150分钟；降温，即得多元脂肪酸/污泥陶粒定形相变材料。

上述原料中多元脂肪酸共熔混合物与污泥陶粒均可按现有技术制备。本发明优选以下制备方法：

(1)多元脂肪酸的制备：

a.按照由施罗德公式计算出的二元脂肪酸共熔混合物的配比将癸酸、月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸中的任选两种混合，以两者中较高的熔点为基准T₀，在T₀+10℃～T₀+20℃的水浴条件下将该两种脂肪酸的混合物加热搅拌30～60分钟，超声2～5分钟后得到二元脂肪酸共熔混合物；

b.测定所得二元脂肪酸共熔混合物的相变点和对应焓值，并按照混合配比计算其理论分子质量；将该二元脂肪酸共熔混合物作为单一脂肪酸按照施罗德公式与第三种脂肪酸进行混合，方法如步骤a所述，得到三元脂肪酸共熔混合物；以此类推，由三元脂肪酸共熔混合物和第四种脂肪酸混合，可得到四元脂肪酸共熔混合物，以此类推，进而得多元脂肪酸共熔混合物。