CN100387544C - 相变抗裂砂浆及其所使用的粒状相变材料的制备方法 - Google Patents

相变抗裂砂浆及其所使用的粒状相变材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种相变抗裂砂浆及其所使用的粒状相变材料的制备方法，主要用于建筑物的外墙保护和保温。本发明包含均匀混合的聚合物胶粉、低碱水泥、无机填料和天然纤维，还混合有重量百分比为10%～50%的粒状相变材料，所述粒状相变材料以多孔介质为基体材料，所述多孔介质的微孔中填充有相变材料，并以聚合物包覆材料作为封装表面材料。通过使用本发明的相变抗裂砂浆，既能抗裂又能保温，还可以调节室内温度。

Description

相变抗裂砂浆及其所使用的粒状相变材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑用砂浆，特别涉及一种混合了相变材料的相变抗裂砂浆。本发明还涉及一种应用于所述相变抗裂砂浆中的相变材料的制备方法。
背景技术
随着人们节能环保意识的增强，对建筑节能提出了更高的要求。如何提高能源的利用效率成为大家关注的焦点。在建筑节能方面，主要集中在建筑墙体的蓄热和隔热上。现阶段一般采用导热系数小的聚苯板，聚氨酯板或掺加聚苯颗粒的保温浆料作为外墙保温隔热材料，以降低外界环境对室内温度的影响。现在比较新的墙体保温隔热做法也有采用相变材料作为保温系统主要节能材料或辅助节能材料。
由于现行的保温系统表面强度比较差，所以需要做抗裂砂浆层保护。但是普通的抗裂砂浆只起到保护作用，本身对系统保温隔热效果起不到任何作用。
传统的相变材料，使用时会发生固～液态的互相转化，故必须使用专门的容器加以封装，这不但会增加传热介质和相变材料之间的热阻，降低传热效率，且成本亦会相应提高，而且固液相变材料，特别是水合盐易发生过冷，相分离和易老化等问题。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种掺有粒状相变材料的相变抗裂砂浆，即能抗裂又能保温，还可以调节室内温度。本发明还提供了应用于该相变抗裂砂浆中的粒状相变材料的制备方法，制造工艺简单，能够制造出适合混合在上述相变抗裂砂浆中的粒状相变材料。
为实现上述目的，本发明提供一种相变抗裂砂浆，包含均匀混合的聚合物胶粉、低碱水泥、无机填料和天然纤维，还混合有重量百分比为10％～50％的粒状相变材料，所述粒状相变材料以多孔介质为基体材料，相变材料填充在所述多孔介质的微孔中，并以聚合物包覆材料作为封装表面材料。
使用这种相变抗裂砂浆，与现有的砂浆相比，由于在已知的砂浆中混合一定重量百分比的粒状相变材料，粒状相变材料具有蓄热特性，在温度升高时发生相变吸收热量，而当温度降低时放出热量，这样就可以实现在白天充分储存能量，夜间释放能量，用来全部或部分负担白天的峰值负荷，使建筑供暖或空调不用或少用，也可减少所需空气处理设备的容量，降低空调或供暖系统的运行维护费用，而更加合理有效地利用能源。同时还可减小建筑物内的温度波动，提高室内的舒适度。从而可以使砂浆即起到保护作用，又起到保温和调节温度的作用。
所述相变材料为正十八烷酸或正十六烷酸与硬脂酸丁酯的混合物。
所述多孔介质为玻璃微珠、活性碳或膨胀珍珠岩。
所述粒状相变材料的制备方法为：
a、将相变材料在65℃下熔融制成相变材料熔液；
b、将多孔介质倒入所述相变材料熔液中，并进行机械搅拌，使所述相变材料熔液充分进入所述多孔介质的微孔中，然后将多孔介质取出；
c、将上一步骤所得到的多孔介质放入聚合物包覆材料浆液中，浸泡4～8小时后取出；
d、将聚合物包覆材料包覆的多孔介质在室温下干燥，使聚合物包覆材料成膜；
e、经机械研磨成均匀颗粒，然后过筛，得到均匀的粒状相变材料。
上述方法中的其中所述a步骤和b步骤可用以下两个步骤代替：
a、将相变材料机械研磨成纳米级相变材料粉末；
b、将所述相变材料粉末与多孔介质机械混合，使所述相变材料粉末充分进入所述多孔介质的微孔中，然后将多孔介质取出。
通过上述方法，可使相变材料充分进入多孔介质的微孔中，再经过上述方法的c～e步骤即可得到均匀的相变材料。制作工艺简单。
粒状相变材料采用空心玻璃微珠等多孔介质作为相变材料的基体，硬脂酸丁酯混合物作为相变材料，聚合物树脂等包覆材料作为封装表面材料。采用共混的方法，将改性的硬脂酸丁酯与多孔介质混合，冷却后硬脂酸丁酯嵌入到空心玻璃微珠中。将加工后的材料加入聚合物树脂胶液中搅拌均匀，冷却后包覆一层聚合物树脂薄膜。把该粒状相变材料直接与进口可再分散聚合物胶粉、优质低碱水泥、无机填料和天然纤维按一定的比例混合均匀，制得相变抗裂砂浆。应用到保温系统中，利用相变材料的相变潜热进行能量的储存，在发生相变的过程中吸收环境的热(冷)量，在环境温度变化时放出热(冷)量，达到控制室外环境温度，降低室外环境温度对室内的影响，进一步降低墙体的传热量，从而保持室内温度恒定和节约空调能耗的目的。
该相变抗裂砂浆主要有以下优点：
1、所采用的粒状相变材料在相变前后均能维持原来的固态形状，对容器的要求很低，大大降低了相变蓄热的成本，而且该性能优异的相变材料可以与传热介质直接接触，使换热效率得到很大的提高。同时可以减少墙体自重，使墙体变薄，增加房屋的使用面积。
2、保温绝热性能优良。普通的粘接和抹面砂浆由于导热系数大于0.9W/m·k，所以对保温系统的保温效果贡献不大，将含有相变材料的空心玻璃微珠加入砂浆中，一方面降低了导热系数，导热系数可降低至0.07W/m·k。另一方面利用相变材料的相变潜热进行能量的储存，最大相变潜热为170J/K，使热量不能很快的传递到室内，降低了对室内温度的影响。
3、砂浆中加入粒状相变材料，利用相变材料的蓄热特性来控制体系的温度，储存和释放能量过程几乎是在恒定的温度下进行的。该相变材料的相变温度在24～50℃范围内，在温度升高熔化时吸收热量，而当温度降低凝结时放出热量，对室外的温度变化进行调节，加上保温板的隔离作用，起到了进一步隔绝室外温度对室内环境的影响，从而更加合理有效地利用能源。同时还可减小建筑物内的温度波动，提高室内的舒适度。提高了保温系统的储能密度和热效率。
4、无毒、无害，绿色环保。
5、与传统的化学储能相比，将相变材料加入抗裂砂浆中，储能技术简单、使用方便。
6、该相变砂浆适用范围广，可与聚苯板、聚苯颗粒、聚氨酯板等相结合应用在节能保温系统中，也可单独应用在节能保温系统内、外墙。
具体实施方式
相变材料的制备：
选用正十八烷酸C18H36O2或正十六烷酸C16H32O2与硬脂酸丁酯C22H44O2的混合物作为相变材料，所述相变材料还可单独采用十二醇，环己醇，叔丁醇，蜂蜡等或这几种材料的混合物作为相变材料。活性炭，空心玻璃微珠，膨胀珍珠岩等多孔材料作为基体材料，聚合物水泥，环氧树脂，聚氨酯树脂，丙烯酸树脂，硅树脂，聚合物胶乳等作为包覆材料。将一定比例配合的正十八烷酸或正十六烷酸与硬脂酸丁酯的混合物在一定温度下熔融，将基体材料倒入，搅拌均匀后倒出；或者采用将相变材料粉末与基体材料机械混合，使相变材料粉末充分地进入基体材料的微孔中；然后将相变颗粒浸泡在聚合物包覆材料浆液中搅拌均匀，充分浸泡4-8小时后取出。放置在室温环境下24小时聚合物成膜干燥后，经机械研磨后过筛，从而制得颗粒均匀的粒状相变材料。
实施例1
将一定比例配合的正十八烷酸与硬脂酸丁酯的混合物，正十八烷酸∶硬酯酸丁酯＝20∶80，在80℃熔融后，将活性炭倒入，机械搅拌均匀后倒出。然后将分散均匀的相变颗粒浸泡在聚合物胶料(环氧胶，丙烯酸胶，聚氨酯胶，醋酸乙烯胶等)浆液中搅拌均匀，充分浸泡4小时后取出。放置在室温环境下24小时聚合物成膜干燥后，经机械研磨成均匀颗粒后过筛，从而制得颗粒均匀的粒状相变材料。此种相变材料的相变温度为30℃～40℃，适用于寒冷地区居住建筑物外墙体。
实施例2：将一定比例配合的正十六烷酸与硬脂酸丁酯的混合物，正十六烷酸∶硬酯酸丁酯＝20∶80。在65℃熔融后，将活性炭倒入，机械搅拌均匀后倒出。然后将分散均匀的相变颗粒浸泡在聚合物胶料浆液中搅拌均匀，充分浸泡4小时后取出。放置在室温环境下24小时聚合物成膜干燥后，再经机械研磨成均匀颗粒后过筛，从而制得颗粒均匀的粒状相变材料。此种相变材料的相变温度为20℃～30℃，适用于严寒地区居住建筑物外墙体或居住建筑物室内墙体。
实施例3：将一定比例配合的正十八烷酸与硬脂酸丁酯的混合物，正十八烷酸∶硬酯酸丁酯＝80∶20。机械研磨成纳米级相变材料粉末后，与膨胀珍珠岩机械混合，使混合物粉末充分进入膨胀珍珠岩的微孔中，然后将分散均匀的相变颗粒浸泡在聚合物胶液中搅拌均匀，充分浸泡8小时后取出。待聚合物干燥成膜后，再经机械研磨成均匀颗粒后过筛，从而制得粒状相变材料。此种相变材料的相变温度为40℃～50℃，适用于夏热冬暖地区居住建筑物外墙体。
实施例4：将一定比例配合的正十六烷酸与硬脂酸丁酯的混合物，正十六烷酸∶硬酯酸丁酯＝80∶20。机械研磨成纳米级相变材料粉末后，与空心玻璃微珠机械混合，使混合物粉末充分进入空心玻璃微珠的微孔中，然后将分散均匀的相变颗粒浸泡在聚合物胶液中搅拌均匀，充分浸泡8小时后取出。待聚合物干燥成膜后，再经机械研磨成均匀颗粒后过筛，从而制得相变材料。此种相变材料的相变温度为35℃～45℃，适用于夏热冬冷地区居住建筑物外墙体。
将上述方法所制备的相变材料与进口可再分散聚合物胶粉、优质低碱水泥、无机填料和天然纤维混合均匀，按重量比配制相变砂浆，比例如下：相变材料10～50％，进口可再分散聚合物胶粉1～3％、优质低碱水泥20～30％、无机填料50～70％、天然纤维2～10％，即可得到相变抗裂砂浆。
施工方法
采用分装工艺，施工时现场配制的方法，将相变抗裂砂浆与水按1.25～2.5的比例倒入搅拌容器中混合搅拌均匀，即可进行施工。
产品性能参数
粒状相变材料的性能参数
  试验项目   性能指标
  相变温度(工作温度范围)℃   20～50
  相变潜热J/g   100～170
  充放热周期(次)   ＞4000
相变抗裂砂浆性能参数

Claims (5)

1.一种相变抗裂砂浆，包含均匀混合的聚合物胶粉、低碱水泥、无机填料和天然纤维，其特征在于，还混合有重量百分比为10％～50％的粒状相变材料，所述粒状相变材料以多孔介质为基体材料，所述多孔介质的微孔中填充有相变材料，所述多孔介质的外表面设有聚合物包覆材料，所述相变材料为正十八烷酸或正十六烷酸与硬脂酸丁酯的混合物，所述正十八烷酸或正十六烷酸∶硬脂酸丁酯的配比为20～80∶80～20。
2.如权利要求1所述相变抗裂砂浆，其特征在于，所述多孔介质为玻璃微珠、活性碳或膨胀珍珠岩。
3.如权利要求1所述相变抗裂砂浆，其特征在于，所述的粒状相变材料按如下方法制得：
a、将相变材料加热熔融制成相变材料熔液，其中相变材料为正十八烷酸或正十六烷酸与硬脂酸丁酯的混合物，所述正十八烷酸或正十六烷酸∶硬脂酸丁酯的配比为20～80∶80～20；
b、将多孔介质倒入所述相变材料熔液中，并进行机械搅拌，使所述相变材料熔液充分进入所述多孔介质的微孔中，然后将多孔介质取出；
c、将上一步骤所得到的多孔介质放入聚合物包覆材料溶液中，浸泡4～8小时后取出；
d、将聚合物包覆材料包覆的多孔介质在室温下干燥，使聚合物包覆材料成膜；
e、经机械研磨成均匀颗粒，然后过筛，得到均匀的粒状相变材料。
4.如权利要求3所述相变抗裂砂浆，其特征在于，所述a和b步骤可用下述方法代替，a步骤为将相变材料机械研磨成纳米相变材料粉末；b步骤为将所述相变材料粉末与多孔介质机械混合，使所述相变材料粉末充分进入所述多孔介质的微孔中，然后将多孔介质取出。
5.如权利要求1或3所述相变抗裂砂浆，其特征在于，所述聚合物包覆材料为聚合物水泥、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、硅树脂或聚合物胶乳。
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