高吸水性樹脂基相變儲冷材料及其在冷鏈運輸中的應用

李亞溪，林釀志，李傳常

(長沙理工大學能源與動力工程學院，湖南 長沙 410114)

我國地域廣闊，易腐貨物生產區域分布廣泛，大量的貨物在長途運輸過程中因冷藏條件不達標而導致品質下降甚至腐爛，造成了巨大的經濟損失.然而，冷鏈運輸可以在保證運輸貨物新鮮度的前提下突破時間和空間的限制，將貨物運輸到消費者的手中，不但調節了市場的需求結構，而且有效地減少了運輸過程中的資源浪費.目前，我國冷鏈運輸體系尚不完善，每年仍有大量的商品在運輸中變質而損失[1].因此，我國對冷鏈運輸予以高度的重視，并大力發展冷鏈運輸技術，而該技術的發展核心是儲冷材料，其中高吸水性樹脂基相變儲冷材料受到的關注度最大、應用范圍最為廣泛.

針對傳統相變材料易泄漏的缺點[2]，研究者們[3，4]通過在相變材料中加入高吸水性樹脂使其呈凝膠態，能夠有效解決液態儲冷材料易泄漏的問題；以高吸水性樹脂為載體吸附一定比例的KCl、C6H7KO2(山梨酸鉀)、C6H14O6(甘露醇)溶液制備了復合型相變儲冷材料，相變溫度低至-2.3 ℃，相變焓值為319.5 J·g-1，其性能明顯優于大部分儲冷材料.由于高吸水性樹脂基相變儲冷材料的儲冷功能體含有水溶液，所以它的相變溫度通常低于0 ℃且相變潛熱值很高[5].此外，利用高吸水性樹脂作為載體的儲冷劑能使冷量釋放均勻，樹脂的吸水倍率對儲冷效果幾乎沒有影響，而它的粒徑大小決定了材料儲冷效果的好壞，但具體規律仍有待探索[6].

一種市場上銷售的高吸水性樹脂基儲冷劑吸水前后的狀態如圖1所示.鑒于高吸水性樹脂基相變儲冷材料在市場上的普遍性，不難發現其非常具有實用性.然而，目前缺乏一個對該復合型相變儲冷材料較全面的總結.因此，本文從高吸水性樹脂基相變儲冷材料的組成、制備方法、性能測試及其在冷鏈運輸中的應用等方面進行較詳細的總結.

圖1 高吸水性樹脂基儲冷劑注水前后的狀態

1 高吸水性樹脂基相變儲冷材料

1.1 材料的組成

1.1.1 高吸水性樹脂

高吸水性樹脂(Superabsorbent polymers，SAPs)是由線形或支鏈形親水聚合物構成的具有三維網絡結構的水溶脹型高分子材料如圖2所示，因其聚合物鏈中的物理交聯和化學交聯結構而使這種高分子材料具有很強的吸水能力和保水能力，其吸水倍率可達幾百甚至幾千，即使在一定壓力下仍具有很強的保水能力[7].

圖2 高吸水性樹脂的SEM圖[9]

高吸水性樹脂按其原料來源可分為合成系高吸水性樹脂和天然系高吸水性樹脂.合成系吸水倍率高、生產成本低、結構穩定并且絡合金屬離子的能力強，但是耐鹽性能差限制了它的應用.天然系中的纖維素系吸水樹脂是工程材料中應用范圍最廣的一種，它具有原料來源廣、生物可降解性、生物相容性等優勢，同時纖維素特殊的化學結構為其網絡結構的形成創造了條件，但長期使用易受到微生物分解作用的影響，會使材料的吸水和保水能力下降[8].

在當今生態環境形勢日益嚴峻的背景下，我國優先發展天然系高吸水性樹脂.由于這種高分子材料具有良好的吸水性能和保水性能，在農業生產、醫療衛生、工業生產、工程建筑等領域都起到了至關重要的作用[10].雖然它在冷鏈運輸領域只是初露頭角，但是已經引起了很多學者的關注，發展以高吸水性樹脂基相變儲冷材料為核心的冷鏈運輸技術將是未來該領域研究的重點.

1.1.2 儲冷功能體

儲冷功能體是一種通過相變過程吸收或釋放大量潛熱從而保持一定低溫環境的相變儲冷材料，它具有高于其他兩種儲能方式10多倍的儲冷密度，是實現節能環保的綠色載體[11-13].按照相變形式可以分為液-氣相變型、固-氣相變型、固-固相變型和固-液相變型，其中固-液相變型儲冷材料具有體積波動小、工作溫度穩定和儲能密度高等優點[14]，因此，目前所應用的相變儲冷材料通常為固-液相變型.相變儲冷材料具體分類如圖3所示.

圖3 相變儲冷材料的分類[16，17]

有機型相變儲冷材料主要分為烷烴類、石蠟、脂肪酸、醇和酯，這類型相變儲冷材料具有過冷度小、無相分離現象和熱穩定性好等優點，但是易燃和導熱系數低等缺點限制了其應用.脂肪酸因具有合適的相變溫度、較高的潛熱值、化學性質穩定和過冷度小等特點，相關學者對其應用于儲能領域進行了大量的研究.通過比較七種不同的脂肪酸發現：脂肪酸相變溫度為7 ℃～18 ℃，其中甲酸具有最低的相變溫度和最大的相變潛熱，同時也表明了脂肪酸較石蠟具有更多種類可用作儲冷材料，可以滿足不同工作溫度條件[15].

無機型相變儲冷材料主要分為水合鹽、無機鹽和水等，主要應用于中低溫環境.最常見的無機相變儲冷材料是水，它的相變溫度為0 ℃，相變潛熱值為335 J·g-1，但是其固定的相變溫度限制了它的應用范圍.水合鹽具有相變潛熱高、導熱系數大和價格低廉等優點，目前需要解決過冷、相分離和易腐蝕現象等問題[18].

復合型相變儲冷材料是由兩種或兩種以上化合物經共混或吸附制成的混合體系，根據其化合物組成種類又可分為有機-有機共晶、有機-無機共晶和無機-無機共晶[19].該類儲冷材料一般不存在相分離和過冷現象，可根據其材料組成比例來調整相變溫度，增強了材料的實用性[20].本文所綜述的高吸水性樹脂基相變儲冷材料是一種新興的高分子復合型材料，它將高分子材料和儲冷材料的良好性能結合，增強了純儲冷材料的儲冷能力，有效解決了傳統材料易泄漏的缺點.

1.1.3 助劑

助劑是加入儲冷功能體中用來優化材料性能的一種功能試劑，常用的助劑有導熱增強劑、成核劑、增稠劑、防腐劑和阻燃劑等[21].

對于導熱性能差的有機類相變儲冷材料，通常會加入納米金屬粒子、納米金屬化合物、多層石墨烯等物質來提高材料的導熱性能.相關研究者選取分散穩定性較好的納米粒子用來提高相變材料導熱性能，研究發現：在儲冷劑中加入納米Al粒子[22]和納米Al2O3粒子[23]均可提高材料的導熱系數，并且加快了材料的融化和凝固過程，但同時也導致了儲冷量的減少.除了納米粒子以外，多層石墨烯、TiO2和石墨也是常用的導熱增強材料，研究表明：當儲冷劑中分別加入濃度為0.5 g L-1的TiO2/石墨烯及TiO2顆粒時，熱導率較不加入任何助劑時的相變儲冷材料分別提高了27.22%和20.61%；當在儲冷劑中加入濃度為0.3 g L-1的石墨烯時，其熱導率較純相變儲冷材料提高了30.49%[24]；水/石墨復合相變儲冷材料與純相變儲冷材料(水)相比，改進后的復合材料熱導率增大了12倍[25].

對于易發生過冷和相分離現象的相變儲冷材料，一般分別加入成核劑和增稠劑來解決相應的問題.在相變材料加入成核劑是降低材料過冷度應用最廣泛的方法，近年來，關于成核劑的研究主要集中在針對不同的相變材料篩選出高效、穩定性好和添加比重小的成核劑[26].上海海事大學章學來教授課題組做了大量該方面的工作，為進一步優化相變儲冷材料的性能做出了很大的貢獻.他們嘗試在甘露醇溶液中分別加入成核劑硫酸鉀、乙酸鈉和六偏磷酸鈉，并研究其濃度對主基液過冷度的影響.研究表明：當硫酸鉀、乙酸鈉及六偏磷酸鈉質量分數分別為0.5%時，能徹底消除主基液甘露醇水溶液的過冷現象[27].另外，他們還發現以75.5%Na2SO4·10H2O、3%硼砂、1.25%聚丙烯酸鈉(PAAS)、16%NH4Cl、4%KCl和0.25%去離子水為配方的復合儲冷劑完全沒有過冷現象[28].對于共晶鹽類相變儲冷材料，反復使用會出現相分離現象，從而使得材料的儲冷能力下降，雖然加入增稠劑可以得到一定的緩解，但是對于不同增稠劑的使用效果目前并沒有系統的研究.常用的增稠劑有羧甲基纖維素(CMC)、聚丙烯酸鈉、硅膠和氣相法白炭黑等，相關研究表明：加入一定比例的增稠劑可完全消除相分離現象[29]，但同時會降低材料的導熱系數.因此，篩選出能使儲冷功能體綜合性能最優的增稠劑是目前該領域需要持續進行的研究工作.

對于易腐敗和易燃的相變儲冷材料需要分別加入防腐劑和阻燃劑以延長其使用壽命.浙江大學應鐵進教授課題組制備了一種四元復合相變儲冷材料，并在其中加入了防腐劑苯甲酸鈉來延長材料的使用壽命[30].一定比例阻燃劑的加入可以提高有機相變儲冷材料的穩定性和安全性.含鹵型阻燃劑是常見的一種阻燃材料，它在燃燒過程中會產生大量有毒氣體造成二次污染，因此不提倡把它應用于相變領域.近年來，膨脹型阻燃劑憑借其阻燃效果好、添加量少、綠色環保等優越性成功引起了相關學者的關注.他們發現了一種由聚磷酸銨(APP)和三嗪系成炭發泡劑(CFA)配制的新型膨脹阻燃劑，以石蠟/聚丙烯定型相變材料作為研究對象，探索了這種新型阻燃劑對該相變材料阻燃特性和熱穩定性的影響.研究發現：隨著APP和CFA的添加，相變材料的儲能性能基本不變，殘炭量由0.4%增加到17.1%，有效提高了材料的阻燃特性[31].我國關于用在相變材料中的防腐劑和阻燃劑的研究很少，篩選出添加比重小的防腐劑和阻燃劑也是未來該領域發展的方向.

1.2 材料的制備

高吸水性樹脂作為一種高分子材料可采用枝接共聚法、溶液聚合法及反相懸浮聚合法制備.其中溶液聚合法具有高效、安全、體系純凈及交聯結構安全等優點，是最常用的一種方法.而復合相變儲冷材料的制備方法有熔融/溶液共混法、吸附法、微膠囊法、溶膠-凝膠法[32].下文將著重介紹針對不同相變儲冷材料所采用的制備方法.

1.2.1 熔融/溶液共混法

熔融/溶液共混法是利用相變物質和基體的相容性，溶解在同一種溶劑(或熔融)后混合在一起，從而制成組分均勻的儲能材料.這種方法可以通過調節材料的比例來控制相變溫度，操作過程簡單易行，通常為制備多元共晶復合相變儲冷材料的首選.圖4所示的高吸水性樹脂基相變儲冷材料制備流程所采用的方法即為溶液共混法.另外，利用低共熔原理將十四烷和正辛酸按51∶49比例混合可以制備得到有機復合相變儲冷材料，它的相變溫度為0～3 ℃、相變潛熱為191.8 J·g-1[34]；這種方法也實現了硬脂酸和正十八烷的熔融共混，配制的二元共晶復合相變材料在進行100次循環后，各項性能指標并未發生明顯的改變，而且具有良好的熱穩定性[35].

圖4 高吸水性樹脂基相變儲冷材料的制備流程圖[33]

1.2.2 吸附法

吸附法是以含有大量微孔的一類材料(如石墨、膨潤土、硅藻土等)作為載體，通過與儲冷劑充分浸泡混合后得到復合相變材料的一種方法.由于有機類儲冷材料具有疏水性，且與載體材料具有相容性，因此該種方法適用于無機類相變儲冷材料的制備.相關學者用硅藻土[36]、膨脹石墨[37]吸附水合鹽后形成復合相變材料，他們研究其性能發現：該復合相變材料較純相變材料具有更好的熱物性，具有良好的應用前景.

1.2.3 微膠囊法

微膠囊化相變材料是由壁材和芯材組成的，通常由高分子材料包覆固-液相變材料制得，外壁對芯材具有一定的限域作用[38].該技術不僅在很大程度上解決了相變材料的過冷現象和相分離現象，還能增強材料導熱系數[39].目前大多采用原位聚合法制備相變微膠囊，在此基礎上添加碳納米管、硅藻土等材料可進一步優化囊壁的力學性能，延長材料的使用壽命，使其更好地滿足低溫防護方面的調溫需求[40].隨著微膠囊技術的發展，出現了雙殼層微膠囊相變材料[41]，這種材料解決了純相變材料的泄漏問題并增強了其導熱性能，熱導率較純相變材料提高了133%.

1.2.4 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法就是將含高化學活性組分的化合物經過溶液、溶膠和凝膠而固化，再經熱處理而形成氧化物或其它化合物的方法.通過多種測試手段對由溶膠-凝膠法制備的SiO2基復合相變材料的結構和性能進行分析和表征，證實了脂肪酸能牢固地封存于SiO2的三維空間網絡結構中，從而提高了相變材料的穩定性[42].

1.3 材料的性能指標及測試方法

評價高吸水性樹脂基儲冷材料性能的指標主要有相變溫度、相變潛熱、過冷度、相分離、循環穩定性、儲冷能力以及高吸水性樹脂的吸液能力和保液能力，其中，材料的循環穩定性是相變儲冷材料成功應用的重要前提[43，44].

1.3.1 相變溫度和相變潛熱

相變溫度是相變材料在發生相變時的臨界溫度，而相變潛熱是指在一定的溫度和壓強下，單位質量相變材料發生相變時吸收(或釋放) 的熱量.這兩項指標直接反映了儲冷效果的好壞，因此，需要對其進行判斷和測定.相變溫度可采用步冷曲線法來初步判斷，而相變潛熱通常采用差示掃描量熱法(DSC)測定[45]，DSC可以更直觀和精準地得到材料的相變溫度和相變潛熱.

1.3.2 過冷度

過冷是指相變材料的實際結晶溫度低于理論結晶溫度的現象.實際結晶溫度與理論結晶溫度的差值叫做過冷度.過冷度較大會延長相變材料的儲冷時間，從而引起額外的能量損耗，所以必須采取一定的措施來避免過冷現象.

1.3.3 相分離

相分離是指相變材料在經過多次凍融循環過程后，部分材料從多元體系中分離而發生沉降的現象.判斷體系是否有相分離現象的方法為：將材料進行多次(如100次)凍融循環后，觀察體系中是否有沉淀物.這種現象通常發生在水合鹽相變儲冷材料中，并且會隨著相變循環次數的增加而加重，后期會嚴重影響相變材料的儲冷效果，應盡可能避免這種現象的發生.

1.3.4 循環穩定性

當相變儲冷材料用于冷鏈運輸時，要求其各項性能參數在經過多次凍融循環后基本保持不變，即要求材料具有良好的循環穩定性.具體的測定方法為：將相變材料置于低于相變溫度的環境中使其完全凝固，然后轉入高于相變溫度的環境中使其完全融化，反復進行上述過程，最后利用DSC測定相變潛熱和相變溫度，并與材料初始狀態的值進行比較，同時觀察體系是否出現相分離現象.

1.3.5 儲冷能力

高吸水性樹脂基相變儲冷材料的儲冷能力是指該相變材料在相變過程中所能儲存(或釋放)冷量的大小.通常利用DSC來測定材料的相變潛熱，首先稱取4～6 mg的材料放入鋁坩堝中，然后設定升降溫度范圍為-30～30 ℃，升降溫速率為5 ℃/min，在氮氣保護下測定其相變潛熱值[46，47].

1.3.6 高吸水性樹脂的吸液能力

吸液能力是指樹脂所能吸取溶液質量的最大值，通常用吸液率來表征樹脂的吸液能力，可用公式(1)計算[46]：

(1)

式中中：Q為吸液率，%；ω、ω0分別為吸液后凝膠質量與吸液前樹脂質量，g.

具體測定方法為：取一定量的高吸水性樹脂，在其中加入一定量的去離子水(或0.9%生理鹽水)，待樹脂完全吸水膨脹成凝膠后，用100目的篩網過濾至無水滴滴下.記錄樹脂吸水前后質量的變化，進行多次實驗并取平均值.

1.3.7 高吸水性樹脂的保液能力

保液能力是指樹脂在吸液溶脹后對水分的保存能力，它的網絡結構使其在受壓下水分也不易丟失，所以通常采取加熱蒸發的方式進行脫水實驗來測定其保液能力.它通常由保液率來表征，可用公式(2)計算[46]：

(2)

公式中：W為保液率，%；m1、m2分別為干燥前和干燥后樹脂的質量，g.

具體測定方法為：取一定量的飽和吸液溶脹樹脂，置于80 ℃的烘箱中干燥，每隔1 h取出樹脂測量一次質量，直到樹脂質量不發生變化后再計算保液率.

1.4 高吸水性樹脂基相變儲冷材料的研究進展及其性能評價

以高吸水性樹脂為載體的相變儲冷材料多用于食物的冷凍貯存，因為現階段該復合材料的制備主要利用其超強的吸水性能，所以儲冷功能體以水為主，水的比重通常會占到90%以上，在此基礎上加入無機鹽(如Na2SO4、NaCl和KCl等)、有機小分子(如甘露醇、甘氨酸和葡萄糖等)或有機-無機復合物(如丙三醇-NH4Cl[48]和甘露醇-KCl[49]等)來降低材料的相變溫度，該配方下的相變儲冷材料能夠應用于溫度要求更低的低溫環境(如-16 ℃)中，而且在一定程度上能夠使釋冷速率更加均勻，從而延長了相變平臺.如果將上述的復合相變儲冷材料直接應用于果蔬的冷藏保鮮(最佳冷藏溫度為2 ℃～8 ℃)，極大可能會導致果蔬表皮凍傷.為了解決上述問題，相關學者發現：把水合鹽作為儲冷功能體(如Na2HPO4·12H2O和Na2SO4·10H2O等)、高吸水性樹脂作為載體的新型復合相變儲冷材料不僅能夠滿足果蔬冷藏的溫度需求，而且具有良好的儲冷效果.盡管水合鹽的相變潛熱值高達200 J·g-1～330 J·g-1，但是相變溫度普遍在30 ℃以上，因此需要加入適當比例的相變溫度調節劑將相變溫度降低至所需溫度范圍.相關研究表明：一定量的金屬陽離子具有削弱水分子之間氫鍵吸引力的作用，從而使得水合鹽的相變溫度降低[19].所以通常會加入一些無機鹽來降低材料的相變溫度，有時也會利用晶體結構與主儲冷劑相似的水合鹽來調節相變溫度，但是后者調節效果不是很顯著.然而，雖然在水合鹽中加入一系列相變溫度調節劑和助劑改善了純相變儲冷材料相變溫度高、過冷度大和相分離等問題，但是由于它們不參與相變過程，從而使得單位質量儲冷材料的相變潛熱值大大地減少，這也是目前限制其發展的瓶頸.隨著科研工作者的不斷探索，發現在水合鹽中加入少量的尿素和去離子水不僅起到了降低相變溫度的作用，而且還能有效地增大復合材料的相變潛熱值[50].另外，少量去離子水的加入還能補充水合鹽在多次循環后丟失的結合水.作為該領域的一種新型復合材料，以高吸水性樹脂為載體的水合鹽相變儲冷材料具有良好的儲冷效果，目前存在的問題是相變潛熱值較低(約100 J·g-1)，所以需要不斷優化材料配方，篩選出比重小的溫度調節劑，盡可能地去提高材料的相變潛熱.若能實現這一項突破，該新型復合相變儲冷材料必將在未來儲冷市場占據主導地位.目前關于相變溫度在0 ℃以上的高吸水性樹脂基相變儲冷材料的研究較少，因此研發相變溫度在2 ℃～8 ℃內的該種復合相變儲冷材料將會有很好的市場前景.

高吸水性樹脂的加入不僅有效解決了純相變儲冷材料流動性大、易泄漏的缺點，而且改善了水合鹽相分離嚴重、循環穩定性差等缺點，所以純相變儲冷材料的性能得到了優化，對其綜合性能進行了總結如表1所示.值得注意的是，高吸水性樹脂在一定程度上可以提高相變儲冷材料的相變潛熱值，而且它的孔的結構特征可能會對相變材料的相變過程產生一定的影響：載體材料對相變儲冷材料的約束效應越強，相變溫度可能會有所降低；同時，載體材料與相變儲冷材料之間的表面相互作用力越弱，也會使得相變溫度降低.因此，可以通過改變高吸水性樹脂的粒徑大小、孔隙結構來調節相變儲冷材料的相變溫度，這樣既可以減少相變溫度調節劑所占的比重，又能在一定程度上提高相變儲冷材料的儲冷能力.這種高吸水性樹脂基相變儲冷材料的出現打破了水合鹽只能局限于儲熱領域的現狀，進而擴大了這類相變材料的應用范圍，未來它將會在儲冷領域受到越來越多的關注.

表1 高吸水性樹脂基相變儲冷材料的性能[3，7，30]

2 高吸水性樹脂基相變儲冷材料在冷鏈運輸中的應用

冷鏈運輸是指易腐貨物在產地商品化處理、預冷、冷藏、運輸、銷售、消費者家庭保鮮各環節始終處于規定的低溫環境下，是在保證低損耗、低污染的前提下最大限度的滿足消費者需求的一種特殊供應鏈系統.不同類型的運輸貨物在冷鏈運輸中的溫度需求是不同的，列舉了常見的易腐貨物在冷鏈運輸中的保存溫度范圍如圖5所示.高吸水性樹脂基相變儲冷材料具有相變溫度范圍廣、相變潛熱值較大、相變體積小和不易泄漏等優點，因此被廣泛應用于冷鏈運輸中，如農產品冷鏈運輸、血液和疫苗冷鏈運輸和海鮮冷鏈運輸等.

圖5 冷鏈運輸易腐貨物的保存溫度范圍[51]

2.1 農產品冷鏈運輸

我國是農業大國，再加上我國人口基數大，所以每年要生產消費大量的農產品，但是由于農產品冷鏈運輸系統的不完善，會使大量的農產品在運輸中品質下降，我國每年的農產品損失率高達20%[52]，因此亟需進一步完善農產品冷鏈運輸體系.

在農產品冷鏈運輸中使用高吸水性樹脂基相變儲冷材料可以提供適宜的冷藏溫度，并且相變材料不易從包裝中泄漏，充分保證了農產品在運輸中的品質，具有十分可觀的應用前景.目前，國內關于用高吸水性樹脂吸附相變儲冷材料的研究相對較少，最新研究成果表明：將有機小分子溶液與無機鹽溶液按一定比例混合，并用高吸水性樹脂吸附制備的儲冷劑的相變溫度通常低于0 ℃、相變潛熱高于290 J·g-1.這種儲冷劑集有機材料和無機材料的優勢于一體，儲冷能力明顯高于市面上的冰袋，可高效安全地應用于農產品冷鏈運輸中[53-55].

2.2 血液和疫苗冷鏈運輸

血液和疫苗作為溫度敏感性藥品，需要在嚴格的溫度環境(血液通常為3 ℃～5 ℃，疫苗通常為2 ℃～8 ℃)下運輸[56]，溫度過高會破壞血液和疫苗內部結構，甚至失效；而溫度過低則會影響其安全性[57]，嚴重的情況下會造成安全事件.隨著我國醫療事業的進步和發展，相變儲冷材料已經應用于血液和疫苗冷鏈運輸的醫用冷藏設備中，能夠有效保證血液和疫苗處于適宜的運輸環境.

表2 相變溫度為2 ℃～8 ℃的相變儲冷材料[17]

低溫醫用冷藏運輸箱實現了在斷電情況下疫苗等藥品仍然能在低溫環境下保存，它在供電時由半導體器件制冷，同時相變儲冷材料將冷量儲存起來，斷電時再將儲存的冷量釋放出來，延長了疫苗的冷藏時間，可用于野外環境藥品的貯運[58].具有同樣用途的還有小型冷藏包，它是由新型相變材料正十四烷、聚苯乙烯泡沫箱和外包組成的，在-20 ℃～40 ℃環境下可保持箱內溫度處于2 ℃～8 ℃范圍內6 h以上[59]，可用于疫苗冷鏈運輸的末端.總結了相變溫度位于2 ℃～8 ℃范圍內的相變儲冷材料[17]如表2所示.研究結果表明：這些低溫箱包最常用的相變材料為十四烷，在此基礎上可復合月桂醇[16]等材料來調節相變溫度至2 ℃～8 ℃，添加成核劑碘化銀改善相分離現象，加入泡沫銅等提高材料導熱性能[60].對其進行凍融循環實驗后發現它們具有良好的循環穩定性.用于血液和疫苗冷鏈運輸的相變儲冷材料需要具備相變溫度適合、相變潛熱大、無毒無害、高效且成本低等優點，并且要盡可能延長材料的冷藏時間，這也是目前乃至未來很長一段時間內的研究重點.

2.3 海鮮冷鏈運輸

海鮮類食品因其肉感肥美、味道鮮美且符合高蛋白低脂肪的膳食要求，受到了越來越多消費者的青睞.而海鮮的產地多位于濱海城市，由于我國地域廣闊，長距離運輸下傳統冷藏車保鮮技術耗能高，給資源和環境帶來了巨大的壓力.以相變儲冷技術為核心的冷鏈運輸在實現跨地域運輸的前提下，既保證了資源的合理利用，又極大地滿足了廣大消費者的需求.因此，相變儲冷材料憑借其良好的儲冷效果獲得了廣泛的關注，為海鮮冷鏈運輸事業的發展提供了科技動力.

高吸水性樹脂吸水后呈凝膠態，可以直接用來制作冰袋，相關研究表明：高吸水性樹脂基復合水溶液相變材料比純冰具有更好的儲冷效果，同時解決了易泄漏的問題.但是海鮮冷鏈運輸所需要的冷凍溫度更低，純水作儲冷劑并不能保證海鮮的品質，所以需要篩選出相變溫度更低的材料來維持低溫環境.研究者[61]利用三種無機鹽溶液冰袋(18.8%NaCl溶液、46.3%C2H5OH溶液以及29%CaCl2溶液)模擬了夏季金槍魚配送箱內溫度的變化情況，模擬結果表明：29%CaCl2溶液的冷藏時間長達5 h以上，保鮮效果最佳，而且成本低于其他兩種儲冷劑.在此研究基礎上，一些研究者發現了高吸水性樹脂復合13%Na2SO3溶液相變儲冷材料的冷藏效果更好，可延長保鮮時間至30 h[62].無機鹽溶液儲冷劑具有比純水儲冷劑相變溫度更低、保鮮時間更長的優勢，因此更適合應用于海鮮冷鏈運輸中.此外，用由高吸水性樹脂、丙二醇和乙酸配制而成的儲冷劑對鯽魚進行冰衣處理后冷藏，能使鯽魚在第十二天時仍然保持新鮮[63]，這也為魚類或肉類食品的冷藏保鮮提供了一種方法.

3 結 語

相變儲冷材料在冷鏈運輸的各個環節都占據了主導地位，并且為完善冷鏈運輸體系提供了重要的技術支撐.傳統的相變儲冷材料發展已相對成熟，但仍需繼續篩選性能良好的儲冷材料，為研發復合型相變儲冷材料創造條件.

將高吸水性樹脂基相變儲冷材料應用于冷鏈運輸不僅有效解決了傳統相變儲冷材料的相分離現象，還減少了相變過程中液態材料的流動性，在提高了材料本身穩定性的同時也避免了材料泄漏對冷藏商品的污染.此外，該高分子復合型相變儲冷材料憑借其較高的儲冷密度節約了大量的運輸空間，提高了能量的利用率，解決了能量供求在時間和空間上不匹配的矛盾，具有十分良好的應用前景.