ОХЛАЖДАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1995 года по МПК C08L29/04 A61F7/10 C08K13/02 C08K13/02 C08K3/36 C08K3/38 C08K5/21 

Изобретение относится к области аккумулирующих и удерживающих холод материалов, предназначенных для создания малогабаритных автономных источников холода, используемых в быту, технике и медицине.

Известно, что лед является естественным и простейшим источником холода, который в контакте с более нагретыми телами плавится и при этом поглощает теплоту в количестве 333 кДж/кг льда, переходя в жидкое состояние. При использовании чистого льда предельная степень охлаждения 0^оС.

Для достижения более низких температур используют лед - солевые системы, которые плавятся при различных температурах в зависимости от природы и концентрации соли.

Однако, такие простейшие системы, обладая эффектом охлаждения, не обеспечивают необходимой длительности охлаждения, срок их использования ограничивается одним циклом, при изменении температур от отрицательных до положительных происходит существенное изменение объема.

Более эффективное охлаждение может быть достигнуто на материале, который является эластичным, "твердым" хладагентом, содержащим значительное количество воды, способным к неоднократному замораживанию и оттаиванию без потерь воды, сохраняющим состояние охлаждения в течение длительного времени и обеспечивающим хороший теплоотвод.

Таким материалом может быть полимерный охлаждающий материал.

Известен охлаждающий материал, содержащий поливиниловый спирт, одноатомный спирт (метанол, пропанол, изопропанол), а также соединение для желатинизации этой системы (борная кислота, конго-красный, нафтол и др.).

Основными недостатками указанного охлаждающего материала являются:
кратковременно охлаждающего действия при низкой температуре замерзания из-за наличия в составе одноатомных спиртов;
невозможность использовать материал многократно из-за выделения жидкой фазы и усадки в результате локальной кристаллизации полимера во времени;
малые сроки хранения материала из-за порчи поливинилового спирта;
отсутствие эластичных свойств.

Известен охлаждающий материал, содержащий поливиниловый спирт, тетраборат натрия, сахарозу или ацетамид, или акриламид, аэросил или белую сажу и воду.

Указанный материал - эластичен, легко формуется и способен к многократному воспроизведению охлаждающих свойств, кратность его использования без изменения первоначальных свойств не менее 130 циклов замораживания - оттаивания (отсутствуют потери воды, сохраняется целостность материала при скручивании, не наблюдается усадка и порча образца), степень охлаждения поверхности материала можно регулировать от -3 до -7^оС, длительность использования его на объекте составляет 45-120 мин.

Но для создания атомных источников холода, применяемых в быту и технике, необходим более длительный эффект охлаждения.

Технической задачей изобретения является увеличение срока охлаждения.

Поставленная задача достигается тем, что охлаждающий материал, включающий поливиниловый спирт, тетраборат натрия, аэросил, целевую добавку и воду, он содержит в качестве целевой добавки карбамид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Поливиниловый спирт 4,0-11,5
Тетраборат натрия 0,16-0,38 Аэросил 2,4-6,9 Карбамид 2,0-5,7 Вода Остальное
Для получения охлаждающего материала используют
Поливиниловый спирт, марки 16/1 - ГОСТ 10779-78
Тетраборат натрия, марки "ч" - ГОСТ 4199-76
Аэросил, марки А-175, ГОСТ 14922-77
Карбамид, марки "ч", ГОСТ 6691-77
Охлаждающий материал получают путем растворения поливинилового спирта, карбамида в воде и введения аэросила и тетрабората натрия.

Полученный охлаждающий материал в виде эластичного геля упаковывают в пакеты из полиэтиленовой или поливинилхлоридной пленки. Масса пакета составляет 200 г, толщина наполнения 8-10 мм, размер пакета 250х100 мм.

Такой пакет является охлаждающим элементом для любого типа контейнера, имеющего теплоизоляционные прокладки или стенки.

Аккумулирование холода пакетом проводят в морозильной камере бытового холодильника при различных отрицательных температурах.

Цикл размораживания проводят на воздухе при 20^о или в закрытом контейнере из пенопласта.

Температуру поверхности пакета замеряют с помощью термометра-аппликатора, датчика температур.

Кратность использования характеризуют по количеству циклов замораживания - оттаивания, при которых образец сохранял первоначальные свойства.

Длительность эффекта охлаждения характеризуют по времени существования "кристаллизационной полки" у образца.

Нижеследующий пример иллюстрирует данное изобретение.

П р и м е р 1 (мас.%).

В 94,44 воды при нагревании растворяют 4 поливинилового спирта, затем вводят 2 карбамида, 2,4 аэросила и 0,16 тетрабората натрия.

Данные по остальным составам и свойства полученных материалов приведены в таблице. В этой же таблице указаны составы и свойства контрольных и аналогичных образцов.

Из таблицы видно, что состав охлаждающего материала, содержащий карбамид, обладает "кристаллизационной полкой", и это свойство материала является основопоглощающим для получения длительного эффекта охлаждения. Температура "кристаллизационной полки" зависит от концентрации карбамида, но также определяют временем аккумулирования холода и содержанием остальных ингредиентов (отмечается синергетическое влияние компонентов).

Указанный материал-аналог этим свойством не обладает и не позволяет материал использовать при контейнерной перевозке различных объектов в течение длительного времени.

Использование: для создания малогабаритных автономных источников холода, используемых в быту, технике и медицине. Сущность изобретения: материал содержит: поливиниловый спирт 4,0 - 11,5%, карбамид 2,0 - 5,7%,аэросил 2,4 - 6,9%, тетраборат натрия 0,16 - 0,38%, вода - остальное. В воде при нагревании растворяют поливиниловый спирт, карбамид, аэросил и тетраборат натрия. Характеристика свойств: температура охлаждения -30°С, время охлаждения 3 ч, количество циклов 300 - 450. 1 табл.

ОХЛАЖДАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ, включающий поливиниловый спирт, тетраборат натрия, аэросил, целевую добавку и воду, отличающийся тем, что он в качестве целевой добавки содержит карбамид при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Поливиниловый спирт - 4,0 - 11,5
Карбамид - 2,0 - 5,7
Аэросил - 2,4 - 6,9
Тетраборат натрия - 0,16 - 0,38
Вода - Остальное