核劑,它們的作用機理仍然未知。(TWada 和RYamamoto"Studiesonsalthydratesforlatentheatstorage.1.Crystal nucleationofsodiumacetatetrihydratecatalyzedbytetrasodiumpyrophosphate decahydrate',,BulletinoftheChemicalSocietyofJapan.第55卷,第3603頁, 1982;TWada,RYamamoto和YMatsuo"Heatstoragecapacityofsodiumacetate trihydrateduringthermalcycling",SolarEnergy.第33卷,第373頁至375頁,1984; 以及HKimura,"Nucleatingagentsforsodiumacetatetrihydrate',,Journalofthe JapaneseAssociationofCrystalGrowth.第9卷,第3期,第73頁,1982.)
[0071] 此外,這些成核劑在高溫時具有公知的所謂的減活化,其破壞了它們被認為與用 于相變系統的含SAT的PCM潛在配對的潛能,因為就它們的性質,PCM打算長期使用,因此 在貫穿預期的加熱/冷卻/重加熱循環期間,需要按需可靠的活性。
[0072] 出乎意料地,申請人認定特別的磷酸氫二鈉的水合物、二水合物為SAT的活性成 核種類,并且還表明如下文詳細描述地,在含SAT的水狀聚合溶液中應用該水合物將提供 非常適合在相變系統中用作PCM的組合物。根據本發明的組合物通常含有一種或多種成核 促進劑,每種成核促進劑的水平獨立地為約〇. 1 %至約5 %,約0. 2 %至約3 %,約0. 5 %至約 2%〇
[0073] 因此本發明另外提供作為相變材料的含三水乙酸鈉組合物,其包括:
[0074] (a)約48 %至約60 %的無水乙酸鈉;
[0075] (b)約0. 1%至約10%的至少一種適合的堿溶性聚合物;
[0076] (c)約0· 1%至約5%的至少一種適合的成核促進劑;以及
[0077] (d)余量的水。
[0078] 或者,當使用三水乙酸鈉時,上述的組合物變為:
[0079] (a)約80%至約100%的三水乙酸鈉;
[0080] (b)約(λ1 %至約10%的至少一種適合的堿溶性聚合物;
[0081] (c)約(λ1 %至約5%的至少一種適合的成核促進劑;以及
[0082] (d)余量的水。
[0083] 同時,能夠成核SAT的任意物質都適用于本文,不僅成核SAT并能夠保持其在高溫 下有效的優選物質尤其適用于根據本發明用作PCM的組合物。這種物質包括:磷酸氫二鈉 (DSP)、焦磷酸四鈉(TSPP)、及其水合物形式。適用于本文的特別物質為二水磷酸氫二鈉以 及十水焦磷酸四鈉。因此,本發明提供前文所限定的組合物,其中成核促進劑為磷酸氫二鈉 (DSP)、焦磷酸四鈉(TSPP)、及其水合物形式,每種的水平獨立為約0. 1 %至約5%,約0. 2% 至約3%,約0. 5%至約2%。此外,提供如前文所限定的組合物,其中成核促進劑為二水磷 酸氫二鈉和十水焦磷酸四鈉,其中這些促進劑的總水平為約〇. 5%至約5%,約0. 2%至約 2. 5%,約 0. 5%至約 2% .
[0084] 除了聚合物和成核促進劑,當用作PCM時,根據本發明的組合物可額外包括改變 SAT熔點的另一試劑。任何能夠提供理想熔點改變的適合的試劑都可使用,為避免疑義,熔 點改變指的是降低熔點和結晶點。這種改性劑應用的相對濃度水平可為總質量的約1%至 約25%,5%至約25%,約10%至約20%,約2%至約10%。本文中用于降低組合物中SAT 熔點的試劑例子包括:金屬鹽,比如二水乙酸鋰;以及有機化合物,比如乙酰胺和三羥甲基 乙燒,其還可以包括非金屬鹽,例如乙酸銨。
[0085]因此本發明額外提供作為相變材料的含三水乙酸鈉組合物,其包括:
[0086] (a)約35 %至約60 %的無水乙酸鈉;
[0087](b)約(λ 1%至約10%的至少一種適合的堿溶性聚合物;
[0088] (c)約0· 1 %至約5%的至少一種適合的成核促進劑;
[0089](d)約1%至約95%的可選擇的熔點抑制劑;以及
[0090] (e)余量的水。
[0091] 本文優選的組合物,其中用作熔點抑制劑的二水乙酸鋰的水平為1%至約25%, 約5%至約25%,約10%至約20%。
[0092] 二水乙酸鋰為64. 67 %的LiOAc和35. 33%的水,下面的數值復制自上面的數值, 但乘以64, 67。
[0093] 本文優選的組合物,其中用作熔點抑制劑的無水乙酸鋰的水平為0.65%至約 16. 17%,約 3. 23%至約 16. 17%,約 6. 47%至約 12. 93%。
[0094] 還可通過添加乙酰胺和三羥甲基乙烷來降低熔點。
[0095] 可根據下列方法制備本發明作為PCM的含SAT組合物,該方法包括:
[0096] (a)混合含無水乙酸鈉的水溶液與至少一種適合的堿溶性聚合物、至少一種成核 促進劑、以及至少一種熔點抑制劑;
[0097] (b)加熱所得混合物,以提供58°C的含三水乙酸鈉的相變材料。
[0098] 根據本文的優選方法,在混合階段使用約35%至約60%的無水乙酸鈉、總量為約 0. 1 %至約10 %的適合的堿溶性聚合物、總量為約0. 1 %至約5 %的一種或多種成核促進 劑,并可選擇地包括約1 %至約25%的熔點抑制劑。該方法的例子可在下文的實施例3中 發現。
[0099] 根據本文的優選方法,在混合階段使用約35%至約60%的無水乙酸鈉、總量為約 0. 1 %至約10 %的適合的堿溶性聚合物、總量為約0. 1 %至約5 %的一種或多種成核促進 劑,并可選擇地包括約1 %至約95 %的熔點抑制劑。
[0100] 或者,聚合物可在熔融(加熱的)水狀SAT混合物中原位形成,在這種情況中,相 關的單體將被加至水溶液中,聚合作用開始。因此,可在并入熱交換器并密封之前在熱電池 外殼中制備PCM,或者在外部容器中制備PCM,然后倒入含熱交換器的外殼中。
[0101] 下文實驗結果所提供的下列非限制性實施例為根據本發明的PCM組合物及其制 備方法的典型。
[0102] 實驗結果
[0103]實施例1 :向水狀乙酸鈉中加入聚合物1以防lh沉淀
[0104] 1% (2g)的聚(甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)2:1共聚物的分子量為約 500, 000-1,000, 000 (購自Fluka,作為聚丙烯酸,CAS登記號25086-15-1,標記為中等黏度, 數均分子量為500, 000-1,000, 000,甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物),在約60°C至 約70°C,濃度為58. 24% (17. 002molΜπι3)的該共聚物伴隨著攪拌加入至混合均勻的198g 的乙酸鈉水溶液(來自VWR國際有限公司(英國)99%的無水乙酸鈉)中,然后降至室溫 (RT)。
[0105] 在室溫下,觀察到均一的液體,這與不具有任何聚合物的相同溶液形成鮮明對比, 在該不具有任何聚合物的溶液中觀察到明顯的乙酸鈉沉淀。此外,在整個約25至約80°C的 溫度范圍內,進行循環實驗,該實驗證實了聚合物輔助的溶液所觀察到的有益效果在測試 范圍內是一致的。此外,進一步的實驗證實僅在室溫下形成乙酸鈉晶種。
[0106]實施例2 :向水狀乙酸鈉中加入聚合物2以防lh沉淀
[0107] 根據實施例1的方法,將(對于僅為聚合物時為0. 66% )22. 6g分子量為9, 500 的聚(甲基丙稀酸,鈉鹽)(來自英國的SigmaAdrich公司,聚(甲基丙稀酸,鈉鹽),通 過凝膠滲透色譜法測得的溶液平均數均分子量為5, 400,平均重均分子量為9, 500,在水 中的重量百分比為30wt. %,CAS登記號為54193-36-1)的30%水溶液加入至59. 16% (17.66mol·dm3)的乙酸鈉水溶液(l,000g)中,然后冷卻至室溫(RT)。
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