非冷冻低温区定形相变蓄冷剂的研究

摘要

近年来，相变材料(Phase change materials，PCMs)是研究较为热门的课题，相关应用材料很多，但是对于有机物复配应用于非冷冻低温区的蓄冷剂的相关研究较少，本文选择以十四烷为代表的中长链烷烃、月桂酸和正癸酸为代表的多元脂肪酸、月桂酸甲酯和水杨酸乙酯为代表的酯类化合物、正癸醇为代表的多元醇类物质，通过初筛和复配等一系列实验得到相变温度在冷藏区间，且相变潜热较高，可用于冷链运输的相变蓄冷剂。研究主要从以下几个方面展开:以凝固点下降的原理作为理论依据，对二元混合物的最低共融温度和相应的储热值进行测算，并以此为依据筛选出符合目标温度且相变潜热较高的两种混合物;保证两种物质充分混合，然后用差示扫描量热仪对复配物进行测试，对进一步筛选后的复配物做冻融循环测试和温度-时间(Temperature-time，T-t)测试;选用真空吸附法将相变蓄冷剂吸附至孔隙丰富的硅藻土和膨胀石墨中，得到定形相变蓄冷剂PCMs/SiO2·nH2O和PCMs/膨胀石墨。实验结果如下:
　　(1)通过差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimeter,DSC)测试初步筛选得到热物性良好的有机物，十四烷、月桂酸甲酯、正癸醇三种物质的Onset温度均在0-6℃之间，且相变潜热较高，因此具有研究价值;月桂酸、正癸酸Onset温度较高，主要应用于中高温区域，在太阳能等储能领域应用较多，所以选取二者作为相变调节剂分别与其他三种物质进行复配，旨在得到相变温度适宜、储能值较高、成本较低的复配物。
　　(2)分别采用热力学公式理论测算和DSC测定方法考察复配物的相变温度和相变潜热，结果表明两者的结果相接近，因此热力学公式在相变蓄冷物质的筛选中具有一定的指导意义。对初筛的复配有机物进行DSC、冻融循环测试。结果表明，月桂酸/十四烷复配物中月桂酸质量分数为3.12％时，具有最好的共熔性和稳定性，此时的相变温度4.03℃，相变潜热207.05J/g，月桂酸质量分数为6.17％时，复配物的相变温度3.89℃，成本较低，相变潜热为192.61J/g;正癸酸/十四烷复配物中的正癸酸质量分数为22.68％时，复配物性质稳定，相变潜热191.06J/g;正癸酸/正癸醇复配物中正癸酸质量分数在34.51％～47.24％间，相变温度在0.96～3.60℃之间，相变潜热在155～171J/g之间;正癸酸/月桂酸甲酯复配物相变潜热在170J/g左右，可作为0℃左右相变材料;正癸酸/十四烷复配物中正癸酸质量分数为17.84％时，Onset温度3.18℃，相变潜热200.95J/g。
　　(3)选用真空吸附法，将五组复配物吸附至硅藻土的孔隙中，结果表明:蓄冷剂适宜添加量在25％～35％;且由扫描电镜(Scanning Electron Microscope，SEM)扫描结果可知硅藻土吸附蓄冷剂以后，孔隙基本被填满;通过渗透性实验发现，吸附后的相变材料在相变过程中由于存在分子作用力等，而很难从孔隙中泄露。因此，制备得到的定形相变蓄冷剂(PCMs/SiO2·nH2O)在发生相变时不易发生液体泄露，容易封装，解决了液体封装存在的问题，具有一定的应用前景。
　　(4)选用真空吸附法，将五组复配物吸附至膨胀石墨的孔隙中，结果表明蓄冷剂适宜添加量在85％～87％;由SEM电镜扫描可以看出，五种不同蓄冷剂吸附至膨胀石墨后，基本填充满吸附剂的孔隙，而且结构更加紧密;同样地，渗透性实验表明，吸附后的相变材料在相变过程中由于分子作用力等而很难从孔隙中泄露。但是制备得到的“固-固”定形相变材料（PCMs/膨胀石墨）体积较大，若能解决体积大的问题，将具有较好的应用前景。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 相交蓄冷技术综述

1．2 相交材料综述

1．2．1 有机相变材料

1．2．2 无机相变材料

1．2．3 复合相变材料

1．2．4 相变蓄冷材料的应用研究

1．3 定形相变材料制备方法综述

1．3．1 溶胶凝胶法

1．3．2 微胶囊法

1．3．3 吸附法

1．4 相变材料的应用领域

1．5 本课题的选题背景及研究内容

第二章 单一有机材料的筛选

2．1 引言

2．1．1 DSC测试简介

2．1．2 单一有机物的物化性质

2．2 材料与方法

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 单一有机物DSC测试结果

2．4 本章小结

第三章 二元有机复配物的制备及性能分析

3．2．3 实验方法

3．3 结果与分析

3．3．1 二元有机混合物热物性测算

3．3．2 二元复配物DSC测试结果分析

3．3．3 蓄冷剂的T-t曲线测绘与分析

3．3．4 蓄冷剂冻融特性结果分析

3．4 本章小结

第四章 PCMs／硅藻土定形相变蓄冷剂的制备与性能测试

4．1 引言

4．2 实验试剂与方法

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．3．1 PCMs／硅藻土定形相变蓄冷剂的渗出程度分析

4．3．2 PCMs／硅藻土定形相变蓄冷剂的DSC结果分析

4．3．3 PCMs／硅藻土定形相变蓄冷剂的扫描电镜分析

4．4 本章小结

第五章 PCMs／膨胀石墨定形相变蓄冷剂的制备与性能测试

5．1 引言

5．2 实验试剂与方法

5．3．1 PCMs／膨胀石墨定形相变蓄冷剂的渗出程度分析

5．3．2 PCMs／膨胀石墨定形相变蓄冷剂的扫描电镜分析

5．3．3 PCMs／膨胀石墨定形相变蓄冷剂的热性能分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

作者简介及科研成果