一种棕榈酸甲酯‑硬脂酸甲酯复合相变储能材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种棕榈酸甲酯‑硬脂酸甲酯复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比1/4～4加入到反应容器中，恒温水浴中加热并搅拌25～35min后冷却至室温，所述恒温水浴温度设置为50℃～70℃，得到棕榈酸甲酯‑硬脂酸甲酯复合相变储能材料。本发明利用相变材料具有相变潜热较高的特点，相变过程中相变材料的体积变化小，表面温度波动小，与建筑材料有较好的融合，价格低廉，相变材料的相变温度最接近室内外适宜温度等优势，来合成复合相变储能材料，复合相变储能材料的相变温度明显低于单一的相变材料，将室内温度梯度降低到小于5℃的舒适状态，提高空调的使用效率，节约能源。

说明书

技术领域

本发明涉及相变材料领域，具体涉及一种棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料及其制备方法。

背景技术

相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以通过在环境中吸收热(冷)量或向环境中放出热(冷)量，进行能量的储存和释放，是近年来材料领域的研究热点，该技术对建筑节能有着重要的应用价值。我国现阶段主要采用的建筑节能方法，主要有外墙外保温系统和内墙保温系统.其中，外墙外保温由于其施工技术相对成熟，保温效果较好，在保证使用功能及面积不变的情况下，可减少墙体厚度以达到增大使用面积的效果等优点，但是对室内温度的调节作用较差，在实际使用过程中易出现了系统结构开裂、材料脱落等问题。因此近年来，相变储能材料作为一种高效建筑节能材料而受到广泛研究。这种材料在相变过程中有较大能量吸收或释放，从而可以保持环境温度的恒定，具有广泛应用的基础和范围，特别适用于温度变化较频繁的场合。相变材料储能与显热储能相比，相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点，相变墙体节能相较于普通墙体材料的表面温度波动较小，可以提供更高的热舒适度。利用此特性在工业与民用建筑和空调的节能等领域制造出各种提高能源利用率的设施，以对建筑的采暖空调负荷起到削峰和延迟的作用，从而有助于减少空调机组和供暖设备的装机容量，但由于单一的相变材料其相变温度很高，浪费能源，不节能环保。根据对于给定气候条件的建筑，相变材料合适的相变温度取决于该地区的平均室温，广东地区室内在使用空调的情况下室温范围在20℃～25℃之前，且使用于建筑节能的相变材料需具有足够大的相变潜热。棕榈酸甲酯的相变温度为28℃～30℃，硬脂酸甲酯的相变温度为37℃～41℃，均高于适用于建筑节能的20℃～25℃温度范围，不满足建筑节能相变材料的基本要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料及其制备方法，通过实验制备得到相变温度和相变潜热满足建筑节能应用的相变材料。本发明采用脂肪酸类有机物作为原料，利用其具有相变潜热较高的特点，相变过程中体积变化小，与建筑材料有较好的融合，价格低廉，相变材料的相变温度最接近室内外适宜温度等优势，来合成复合相变储能材料，复合相变储能材料的相变温度明显低于单一的相变材料，将室内温度梯度降低到小于5℃的舒适状态，提高空调的使用效率，节约能源。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

本发明的目的是提供一种棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比1/4～4加入到反应容器中，恒温水浴中加热并搅拌25～35min后冷却至室温，所述恒温水浴温度设置为50℃～70℃，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯两种材料在20℃～25℃的温度范围下均为固态，反应温度高于棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的相变温度有利于相变材料充分熔融复合，本发明对原料要求低，无需进行原料预处理，复合反应工艺简单、产率高，产物后续处理简单，无需使用催化剂，易于实现连续化生产。水浴温度设置在50℃～70℃是为了确保棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯两种相变材料在该温度下都是处于熔融状态。

优选地，所述的棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的质量比为3/2～4。

棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的质量比为4:1合成的复合相变储能材料的相变温度为22.4℃，相变潜热为188.7J/g，棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的质量比为3:2合成的复合相变储能材料的相变温度为21.7℃，相变潜热为186.8J/g，棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料在棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的质量比为3/2～4时，相变温度范围为20℃～25℃，将室内温度梯度降低到小于5℃的舒适状态，提高空调的使用效率，节约能源。由观察DSC谱图可知，复合相变材料在熔融复合的过程中只有一个吸热峰，说明棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯两种材料在复合过程中完全共熔。

本发明的另一个目的是提供一种棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料，相变温度为20℃～25℃，相变潜热＞150J/g。

优选地，相变温度为22.4℃，相变潜热为188.7J/g。

棕榈酸甲酯分子量为270.45moL/L，棕榈酸甲酯的相变温度为28.3℃，相变潜热为166.2J/g，硬脂酸甲酯的相变温度为37℃～41℃，棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的相变温度均高于棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料的相变温度范围20℃～25℃，本发明通过实验将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯进行复合，配制出相变温度范围在20℃-25℃的相变材料。

本发明的有益效果是：本发明利用棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料封装在建筑内墙板、地板和天花板等建筑材料内，或者放在室内比较隐蔽的地方，如果在室内的地板，墙板和天花板中使用相变储能材料，当室内温度高于相变材料的相变温度时，相变储能墙板中的相变材料发生相变，吸收房间里多余的热量，当室内温度低于相变温度时，相变材料发生相变，又释放出储存的热量；由于相变储能材料的贮热和放热作用，可将室内温度梯度降低到小于5℃的舒适状态，提高空调的使用效率，节约能源，而且室内环境的舒适度也得到了提高。

附图说明

图1是棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的质量比为4:1时，棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料DSC测试图；

图2是棕榈酸甲酯的DSC测试图。

具体实施方式

下面结合具体实例，进一步阐明本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

除特别说明，本发明使用的设备和原料为本技术领域常规市购产品。

一种棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比1/4～4加入到反应容器中，恒温水浴中加热并搅拌25～35min后冷却至室温，所述恒温水浴温度设置为50℃～70℃，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。

本发明相变温度和相变潜热的测定，采用差示扫描量热法(DSC)测定相变材料的相变温度和相变潜热，在程序温度控制下，测定输入到试样和标准样的热功率差对温度和时间的关系。每次测量记录以温度为X轴，热功率差为Y轴。通过测定在恒定压力条件下相变材料的熔融温度和熔融焓变来体现二元相变体系的热工性能。测定棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯二元体系相变温度和相变潜热，差示扫描量热仪型号为DSC Q20，测试温度范围(配冷却附件)为-50℃～60℃，温度准确度为0.1℃，样品取8.5mg。

实施例1

将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比4:1加入到三口烧瓶当中，放在在恒温水浴装置中加热并搅拌30min，搅拌器转速取100r/min，恒温水槽槽温度选取60℃，充分搅拌混合后冷却至室温，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。最后通过DSC测定棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料储能温度和相变潜热。

实施例2

将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比4:1加入到三口烧瓶当中，放在在恒温水浴装置中加热并搅拌25min，搅拌器转速取100r/min，恒温水槽槽温度选取50℃，充分搅拌混合后冷却至室温，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。最后通过DSC测定棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料储能温度和相变潜热。

实施例3

将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比4:1加入到三口烧瓶当中，放在在恒温水浴装置中加热并搅拌35min，搅拌器转速取100r/min，恒温水槽槽温度选取70℃，充分搅拌混合后冷却至室温，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。最后通过DSC测定棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料储能温度和相变潜热。

将实施例1～3制备得到的棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料测定其T_m(熔点)、T_c(结晶温度)和H_m(熔融焓)，表1为不同的搅拌时间和水浴温度棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料DSC测试数据表如表1所示。

表1不同的搅拌时间和水浴温度棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料DSC测试数据表

由表1所示，棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比为4:1时，棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料的相变温度在该搅拌时间25～35min和水浴温度50℃～70℃范围内，在搅拌时间30min和水浴温度60℃时，棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料的相变潜热最高，相变温度差别不大，因此，搅拌时间30min为最佳的搅拌时间，水浴温度60℃为最佳的水浴温度。

实施例4

将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比3:2加入到三口烧瓶当中，放在在恒温水浴装置中加热并搅拌30min，搅拌器转速取100r/min，恒温水槽槽温度选取60℃，充分搅拌混合后冷却至室温，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。最后通过DSC测定棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料储能温度和相变潜热。

实施例5

将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比1:1加入到三口烧瓶当中，放在在恒温水浴装置中加热并搅拌30min，搅拌器转速取100r/min，恒温水槽槽温度选取60℃，充分搅拌混合后冷却至室温，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。最后通过DSC测定棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料储能温度和相变潜热。

实施例6

将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比2:3加入到三口烧瓶当中，放在在恒温水浴装置中加热并搅拌35min，搅拌器转速取100r/min，恒温水槽槽温度选取70℃，充分搅拌混合后冷却至室温，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。最后通过DSC测定棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料储能温度和相变潜热。

实施例7

将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯按照质量比1:4加入到三口烧瓶当中，放在在恒温水浴装置中加热并搅拌30min，搅拌器转速取100r/min，恒温水槽槽温度选取60℃，充分搅拌混合后冷却至室温，得到棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料。最后通过DSC测定棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料储能温度和相变潜热。

将实施例1、实施例4～7制备得到的棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料测定其T_m(熔点)、T_c(结晶温度)和H_m(熔融焓)，如表2所示。

表2棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料DSC测试数据表

由表2所示，本发明所得到的棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯复合相变储能材料在棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的质量比为3/2～4时，相变温度在20℃～25℃之间，相变潜热＞150J/g。例如，针对实例1的中棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯质量比为4:1时，对该相变储能材料进行DSC测试，如图1所示，该复合相变储能材料的相变温度为22.4℃，相变潜热为188.7J/g。

棕榈酸甲酯经DSC测试，得到结果如图2所示，相变温度为28.3℃，相变潜热为166.2J/g。棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯的相变温度均高于棕榈酸甲酯-硬脂酸甲酯复合相变储能材料的相变温度范围20℃～25℃，本发明通过实验将棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯进行复合，配制出相变温度范围在20℃-25℃的相变材料。本发明提出的棕榈酸甲酯和硬脂酸甲酯复合相变储能材料可将室内温度梯度降低到小于5℃的舒适状态，提高空调的使用效率，节约能源，而且室内环境的舒适度也得到了提高。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利保护范围中。