半纤维素树脂复合相变蓄冷剂的研制及性能研究

发布时间：2019-10-12 10:44

【摘要】：传统的相变蓄冷剂在使用过程中,由固态转变为液态后,呈现一定的流动性,尤其是运用在冷藏车上时,蓄冷剂的晃动会产生过多的载荷,且容易因包装破裂产生泄漏。针对上述问题,选择高吸水树脂作为载体与蓄冷剂进行复合,可使得蓄冷剂在液态时呈现为凝胶状,不仅具有高分子材料的物理性质,还具有蓄冷剂的蓄冷性能。本研究旨在开发一系列相变温度在-6℃~0℃范围内,可应用于冷藏保鲜方面,具有高相变潜热,无过冷和相分离现象,且无毒无害,成本低廉的高吸水树脂复合相变蓄冷剂,着重对主储能剂筛选、过冷现象的消除以及高吸水树脂的复合等方面进行研究。本研究选取了醋酸钠、乳酸乙酯、季戊四醇、丙二醇、丙三醇、苯甲酸钠以及A物质共七种未被广泛研究过的材料作为相变温度调节剂,以其水溶液作为相变蓄冷剂的主储能剂,通过DSC确定了符合课题要求的材料以及可以复合的单体物质。研究发现,A物质水溶液Onset温度与浓度无明显关系,始终在-15℃附近波动,较其他材料的Onset温度低很多,可以用它来调节混合物的共晶相变温度。季戊四醇、乳酸乙酯和苯甲酸钠溶液的相变潜热较高,是很好的复合物的单体物质。通过对初步筛选和复配结果的对比分析,分别得到了在-6℃~0℃范围内的五种主储能剂I、II、III、IV、V。由于此五种主储能剂均存在不同程度的过冷现象,且过冷度均在2℃以上,实验通过添加成核剂的方法来消除其过冷现象。结果表明,硅藻土能够完全消除五种主储能剂的过冷现象,其在五种主储能剂中的较适宜用量分别为0.1%、0.02%、0.02%、0.1%和0.2%。为了确定高吸水树脂是否适宜作主储能剂的载体,本研究利用水浴加热法在实验室制备半纤维素高吸水树脂的配方和工艺基础上,分别合成了半纤维素-AA、半纤维素-AA-TEGDA以及半纤维素-AA-SSS三种高吸水树脂,并探究了不同吸水量倍率和不同吸水率的半纤维素树脂的复合对溶液热参数的影响。研究表明,半纤维素树脂的加入对溶液的热物性影响不大,且通过考察三种树脂在初选相变材料中的吸液率,发现半纤维素-AA-SSS高吸水树脂更适宜作为载体。在此基础上,并对其在五种主储能剂中的吸液率、吸液速率和保液率方面做了进一步考察,结果表明,吸液率大小关系为:IIIIIIIVV,吸液饱和所需时间关系为:VIVIIIII,保液能力大小排序为:IIIIII≈IVV。其中吸液率最高可达237g/g,吸液速率较快,在180min内即可达到饱和状态,且保液能力较好,保液率在30%~50%之间。
【图文】：

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图 2-1 DSC 基本原理示意图材料与仪器.1 实验主要原料根据以上初选原则，本实验初步选定的主要原料如表 2-1 所示。表 2-1 实验主要原料表序号名称分子式分子量规格1 水 H2O18 纯净水2 醋酸钠 CH3COONa136.08 分析纯3 乳酸乙酯 C5H10O3118.13 分析纯4 季戊四醇 C5H12O4136.15 分析纯5 丙二醇 C3H8O276.09 分析纯6 丙三醇 C3H8O392.09 分析纯7 苯甲酸钠 C6H5CO2Na144.10 分析纯8 A —— 分析纯

DSC曲线,乳酸乙酯,DSC曲线,复合物

复配前的单体物质的热参数进行对比分析，最终确定复配物是否能够达到实验要求。3.3.2 实验方法实验方法同 2.4.2。3.4 结果与讨论3.4.1 乳酸乙酯与A物质复合主储能剂的结果与分析向蒸馏水中加入 3%乳酸乙酯和 1%A 物质配制成混合物，所称取的坩埚内样品质量为 8.81 mg。如图 3-1 所示，，混合物在此复配比例下的 DSC 曲线出现了 2 个溶解峰，通过确定起始点发现，左侧溶解峰的 Onset 温度为-23.20℃，与 A 物质发生相分离时的 Onset 温度较为接近，右侧溶解峰的 Onset 温度为-2.84℃，接近 3%乳酸乙酯溶液的 Onset 温度，据此可以判定图 3-1 中左右两侧的溶解峰分别为 A 物质水溶液和乳酸乙酯水溶液的溶解峰；若要寻找相变温度接近 3%乳酸乙酯溶液的 Onset 温度且相变潜热在 270 J/g 以上的溶解峰，应当保持乳酸乙酯质量分数不变，同时应适当减少 A 物质的用量。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB64

【参考文献】