CN101913814A - 一种功能型相变储能砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功能型相变储能砂浆，同时还涉及其制备方法，属于建筑节能材料技术领域。该砂浆由以下质量百分比原料制成：定型相变单元5～40％，水泥20～50％，聚合物胶粉1～10％，纤维素醚0.1～1％，轻骨料25～60％，助剂0～5％，水10～45％；定型相变单元由有机多孔载体材料和相变材料构成；有机多孔载体材料由以下有机多孔载体材料的质量百分比各组分配制而成：水性单体6～30％，水溶性引发剂0.01～0.1％，乳化剂Ⅰ 0.1～2％，疏水性油相5～33％，油性单体6～30％，油溶性引发剂0.01～0.1％，乳化剂Ⅱ 0.1～2％，水5～33％。本发明的有益效果是该砂浆节能效果显著，能控制建筑物室内温度波动，降低建筑物能耗，制作简单，原料易得，成本低，应用范围广，适合大量生产。

Description

一种功能型相变储能砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种功能型相变储能砂浆，同时还涉及其制备方法，属于建筑节能材料技术领域。

背景技术

随着经济建设的发展，人类社会对能源的需求和依赖性日益增大，能源供给短缺已经成为制约经济发展的重要因素，而能源的枯竭性危机和环境污染问题越来越受到人们的关注，提高能源使用效率和开发可再生能源就成为人类社会的重要课题。同时，随着人们生活水平的提高，采暖、通风及空调用能急剧增加，电力资源消耗严重，造成了电网负荷峰谷差不断加大，给电网的安全性和经济性带来很大影响。为了缓解生活耗能带给电网的压力，人们利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，以提高能源利用率，开发可再生资源，相变储能成为近年来能源学和材料学中一个十分活跃的前沿研究方向。相变材料在相变过程中能够与环境进行能量交换，以达到控制环境温度和能量利用的目的。在相变过程中相变材料还存在相态变化，使得相变材料需要一个特定的工作环境，因此相变材料的封装就成为目前业内研究的热点和难点之一。

现在应用最多的相变材料封装方法为两种：微胶囊法和多孔材料吸附法。采用微胶囊法封装的相变材料其选择范围较窄，针对不同地区相变温度范围的调整较为复杂；而采用多孔材料吸附法进行封装就可以根据不同的气候条件筛选、组合相应的相变材料，使其达到适合的相变温度区间，能够在全国范围内推广。目前多孔材料吸附法使用较多的材料是海泡石、多孔石墨等天然无机材料，这种材料虽然具有较好的吸附效果，但是由于多数为块状或大颗粒状材料，其相容性较低，无法与建筑砂浆复合使用，尤其是无法与内墙水泥砂浆复合。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术存在的问题，提供一种成本低，配制方便，应用范围广的功能型相变储能砂浆，同时给出其制备方法。

为实现上述目的，本发明的一个技术方案提供了功能型相变储能砂浆，该砂浆由以下质量百分比原料制成：定型相变单元5～40％，水泥20～50％，聚合物胶粉1～10％，纤维素醚0.1～1％，轻骨料25～60％，助剂0～5％，水10～45％；所述定型相变单元由有机多孔载体材料和相变材料构成；其中所述有机多孔载体材料由以下有机多孔载体材料的质量百分比各组分配制而成：水性单体6～30％，水溶性引发剂0.01～0.1％，乳化剂Ⅰ 0.1～2％，疏水性油相5～33％，油性单体6～30％，油溶性引发剂0.01～0.1％，乳化剂Ⅱ 0.1～2％，水5～33％。

上述技术方案中所述水性单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述水溶性引发剂为过硫酸钾、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丙基咪唑啉中的至少一种。

上述技术方案中所述油性单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯中的至少一种；所述油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种。

上述技术方案中所述相变材料为C14～C18石蜡、脂肪酸、脂肪酸盐中的至少一种。

上述技术方案中所述乳化剂Ⅰ为吐温-60、吐温-80、AEO-3、AEO-4、AEO-5、司盘60中的至少一种。

上述技术方案中所述疏水性油相为甲苯、四氯化碳、正己烷、环己烷中的至少一种。

上述技术方案中所述乳化剂Ⅱ为SDS、OP-10、DC193中的至少一种。

上述技术方案中所述聚合物胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉中的至少一种；所述轻骨料为膨胀矿渣珠、页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩中的至少一种。

为实现上述目的，本发明还提供了功能型相变储能砂浆的制备方法，其方法包括以下步骤：

1)按所需有机多孔载体材料质量百分比将6～30％水性单体，0.01～0.1％水溶性引发剂，0.1～2％乳化剂Ⅰ加入到反应釜中，搅拌均匀，并在搅拌过程中滴加质量百分比为5～33％的疏水性油相，持续搅拌20～120分钟直至形成水包油型预分散液，将水包油型预分散液加热至50～100℃引发聚合反应，反应结束后将得到的产物粉碎，抽滤，真空干燥至恒重，得到粒径为0.5～2mm的中间产物Ⅰ；

2)按所需有机多孔载体材料质量百分比向反应釜中添加6～30％油性单体，0.01～0.1％油溶性引发剂，0.1～2％乳化剂Ⅱ，搅拌均匀，并在搅拌过程中滴加质量百分比为5～33％的水，持续搅拌直至形成稳定的油包水型预分散液；

3)将中间产物Ⅰ加入到步骤2)得到的油包水型预分散液中，缓慢搅拌20～90分钟，抽滤，得到中间产物Ⅱ，将中间产物Ⅱ加热至40～90℃引发聚合反应，反应结束后将得到的产物粉碎，抽滤，真空干燥至恒重，得到粒径为0.5～2mm，孔隙率为40～80％的亲水/亲油型有机多孔载体材料；

4)将有机多孔载体材料加入到相变材料溶液中，减压吸附12小时，过滤、干燥，得到定型相变单元，其中相变材料为C14～C18石蜡、脂肪酸、脂肪酸盐中的至少一种；

5)按所需砂浆质量百分比将定型相变单元5～40％，水泥20～50％，聚合物胶粉1～10％，纤维素醚0.1～1％，轻骨料25～60％，助剂0～5％，水10～45％混合均匀，得到相变储能砂浆。

本发明提供的功能型相变储能砂浆，具有以下优点：采用了几种相变材料复配的方式，在确保定型相变单元与砂浆其他组分相容的同时，还达到了在最大范围温差内的相变调温，克服了单一相变材料无法满足在特定的相变温度区间内能量储存释放的要求；采用亲水/亲油型有机多孔载体材料不仅能够有效地解决有机多孔载体材料对非亲水性相变材料吸附量少的问题，还提高了有机多孔载体材料与相变材料的吸附相容性，使得相变材料在有机多孔载体材料的孔隙内吸附不渗漏，不结霜，具有较高的稳定性，同时由于有机多孔载体材料具有亲水性表层使得其与砂浆其他组分的相容性得到提高，从而使定型相变单元均匀有效地分散在砂浆中，确保定型相变单元在该砂浆固化的过程中不会迁移。总之，本发明的砂浆节能效果显著，能控制建筑物室内温度波动，降低建筑物能耗，制作简单，原料易得，成本低，应用范围广，适合大量生产。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的相变储能砂浆和普通聚苯颗粒保温砂浆的温度变化曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进一步加以说明。

实施例1

高内相比反相乳液法制备有机多孔载体材料：在反应釜中加入丙烯酰胺0.5kg，过硫酸钾0.001kg，吐温-60 0.0035kg，司盘-600.0065kg，搅拌均匀，并在搅拌过程中滴加0.4kg甲苯，持续搅拌20分钟，形成水包油型预分散液，将水包油型预分散液加热至50℃引发聚合反应，反应结束后将得到的产物粉碎，抽滤，真空干燥至恒重，得到粒径为0.5mm的中间产物Ⅰ。另外，在反应釜中添加甲基丙烯酸甲酯0.5kg，偶氮二异丁腈0.001kg，SDS0.01kg，搅拌均匀，并在搅拌过程中滴加0.4kg水，持续搅拌直至形成稳定的油包水型预分散液。将中间产物Ⅰ加入到步骤2)得到的油包水型预分散液中，缓慢搅拌20分钟，抽滤，得到中间产物Ⅱ，加热至40℃引发聚合反应，反应结束后将得到的产物粉碎，抽滤，真空干燥至恒重，得到粒径0.5mm，孔隙率41％的亲水/亲油型有机多孔载体材料。

匀化吸附法制备定型相变单元：将有机多孔载体材料加入到过量的C16石蜡与硬脂酸混合溶液中，减压吸附12小时，过滤、干燥，得到定型相变单元。由于有机多孔载体材料内具有亲油层，吸附过程中复合相变材料的吸附量可以达到50～70％，相变焓可达到110J/g，相变温度为25～30℃。

称量反应得到的定型相变单元，按所需砂浆质量百分比将定型相变单元5％，水泥30％，聚合物胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉1％，纤维素醚1％，膨胀矿渣珠40％，水20％混合均匀，得到相变储能砂浆。取本实施例的相变储能砂浆a和普通聚苯颗粒保温砂浆b进行性能测试，得到其温度随时间变化的曲线图(见图1)，由图1可以看出，相变储能砂浆a具有明显的恒温平台，由此可知相变储能砂浆具有一定的储能作用，在用于建筑中时优于聚苯颗粒保温砂浆的节能效果。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：粒径为2mm的中间产物Ⅰ由以下质量原料制成：甲基丙烯酰胺2kg，偶氮二异丁基脒盐酸盐0.006kg，偶氮二异丙基咪唑啉0.004kg，吐温-80 0.06kg，司盘-600.09kg四氯化碳1.9kg，搅拌120分钟，加热至100℃。油包水型预分散液由以下质量原料配制：丙烯酸丁酯1kg，苯乙烯1kg，偶氮二异庚腈0.009kg，SDS 0.1kg，OP-10 0.06kg，水1.7kg。中间产物Ⅰ加入油包水型预分散液中，缓慢搅拌90分钟，加热90℃，得到粒径2mm，孔隙率80％的有机多孔载体材料。复合相变材料为C18石蜡和硬脂酸盐。砂浆由以下质量百分比原料配制：定型相变单元40％，水泥20％，丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉3％，纤维素醚0.4％，页岩陶粒25％，助剂1.6％，水10％。其中，助剂可以为甲酸钙(早强剂)。本实施例的相变储能砂浆与普通聚苯颗粒保温砂浆的温度随时间变化曲线图与实施例1中的图1相同。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：粒径为0.8mm的中间产物Ⅰ由以下质量原料制成：丙烯酰胺0.7kg，偶氮二氰基戊酸0.002kg，吐温-80 0.007kg，AEO-3 0.01kg，司盘-60 0.013kg甲苯0.6kg，搅拌30分钟，加热至60℃。油包水型预分散液由以下质量原料配制：苯乙烯0.6kg，偶氮二异丁腈0.002kg，DC193 0.03kg，水1.0kg。中间产物Ⅰ加入油包水型预分散液中，缓慢搅拌35分钟，加热50℃，得到粒径0.8mm，孔隙率47％的有机多孔载体材料。砂浆由以下质量百分比原料配制：定型相变单元8％，水泥25％，醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉5％，纤维素醚0.5％，粘土陶粒20％，页岩陶粒30％，甲酸钙0.2％，水11.3％。本实施例的相变储能砂浆与普通聚苯颗粒保温砂浆的温度随时间变化曲线图与实施例1中的图1相同。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于：粒径为1.0mm的中间产物Ⅰ由以下质量原料制成：丙烯酸0.6kg，甲基丙烯酸0.4kg，偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐0.003kg，AEO-5 0.027kg，司盘-60 0.023kg正己烷0.5kg，环己烷0.4kg，搅拌55分钟，加热至65℃。油包水型预分散液由以下质量原料配制：甲基丙烯酸丁酯1kg，偶氮二异庚腈0.002kg，过氧化二苯甲酰0.002kg，SDS0.02kg，OP-10 0.03kg，水0.9kg。中间产物Ⅰ加入油包水型预分散液中，缓慢搅拌50分钟，加热55℃，得到粒径1.0mm，孔隙率54％的有机多孔载体材料。砂浆由以下质量百分比原料配制：定型相变单元17％，水泥37.4％，醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉2％，醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉2％，纤维素醚0.6％，粘土陶粒20％，膨胀珍珠岩15％，水16％。本实施例的相变储能砂浆与普通聚苯颗粒保温砂浆的温度随时间变化曲线图与实施例1中的图1相同。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于：粒径为1.2mm的中间产物Ⅰ由以下质量原料制成：丙烯酸1.2kg，过硫酸钾0.005kg，AEO-40.03kg，司盘-60 0.04kg甲苯1.2kg，搅拌60分钟，加热至70℃。油包水型预分散液由以下质量原料配制：丙烯酸丁酯0.5kg，苯乙烯0.7kg，过氧化二苯甲酰0.004kg，SDS 0.08kg，水1.2kg。中间产物Ⅰ加入油包水型预分散液中，缓慢搅拌60分钟，加热60℃，得到粒径1.2mm，孔隙率60％的有机多孔载体材料。砂浆由以下质量百分比原料配制：定型相变单元24％，水泥28％，醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉2％，纤维素醚0.8％，粘土陶粒34％，甲酸钙1.2％，水10％。本实施例的相变储能砂浆与普通聚苯颗粒保温砂浆的温度随时间变化曲线图与实施例1中的图1相同。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于：粒径为1.5mm的中间产物Ⅰ由以下质量原料制成：N-羟甲基丙烯酰胺1kg，丙烯酸0.5kg，过硫酸钾0.006kg，吐温-80 0.04kg，司盘-60 0.06kg甲苯1.5kg，搅拌80min，加热至80℃。油包水型预分散液由以下质量原料配制：丙烯酸丁酯0.8kg，苯乙烯0.7kg，偶氮二异丁腈0.007kg，OP-10 0.09kg，水1.5kg。中间产物Ⅰ加入油包水型预分散液中，缓慢搅拌70分钟，加热70℃，得到粒径1.5mm，孔隙率68％的有机多孔载体材料。砂浆由以下质量百分比原料配制：定型相变单元30％，水泥25％，醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉8.9％，纤维素醚0.1％，粘土陶粒26％，水10％。本实施例的相变储能砂浆与普通聚苯颗粒保温砂浆的温度随时间变化曲线图与实施例1中的图1相同。

实施例7

本实施例与实施例1的不同之处在于：粒径为1.8mm的中间产物Ⅰ由以下质量原料制成：丙烯酸1.7kg，过硫酸钾0.008kg，吐温-800.052kg，司盘-60 0.078kg甲苯1.2kg，环己烷0.5kg，搅拌100min，加热至90℃。油包水型预分散液由以下质量原料配制：丙烯酸丁酯1.2kg，苯乙烯0.5kg，偶氮二异丁腈0.005kg，过氧化二苯甲酰0.003kg，SDS 0.1kg，OP-10 0.03kg，水1.7kg。中间产物Ⅰ加入油包水型预分散液中，缓慢搅拌80分钟，加热80℃，得到粒径1.8mm，孔隙率75％的有机多孔载体材料。砂浆由以下质量百分比原料配制：定型相变单元35％，水泥20％，丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉1％，纤维素醚1％，页岩陶粒30％，水13％。本实施例的相变储能砂浆与普通聚苯颗粒保温砂浆的温度随时间变化曲线图与实施例1中的图1相同。

本发明的助剂除了为早强剂甲酸钙外，还可以为湿润剂、减水剂、抗菌防霉剂或防冻剂。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种功能型相变储能砂浆，其特征在于：所述砂浆由以下质量百分比原料制成：定型相变单元5～40％，水泥20～50％，聚合物胶粉1～10％，纤维素醚0.1～1％，轻骨料25～60％，助剂0～5％，水10～45％；所述定型相变单元由有机多孔载体材料和相变材料构成；其中所述有机多孔载体材料由以下有机多孔载体材料的质量百分比各组分配制而成：水性单体6～30％，水溶性引发剂0.01～0.1％，乳化剂Ⅰ 0.1～2％，疏水性油相5～33％，油性单体6～30％，油溶性引发剂0.01～0.1％，乳化剂Ⅱ 0.1～2％，水5～33％。

2.根据权利要求1所述的功能型相变储能砂浆，其特征在于：所述水性单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺中的至少一种；所述水溶性引发剂为过硫酸钾、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丙基咪唑啉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的功能型相变储能砂浆，其特征在于：所述油性单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯中的至少一种；所述油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的功能型相变储能砂浆，其特征在于：所述相变材料为C14～C18石蜡、脂肪酸、脂肪酸盐中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的功能型相变储能砂浆，其特征在于：所述乳化剂Ⅰ为吐温-60、吐温-80、AEO-3、AEO-4、AEO-5、司盘60中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的功能型相变储能砂浆，其特征在于：所述疏水性油相为甲苯、四氯化碳、正己烷、环己烷中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的功能型相变储能砂浆，其特征在于：所述乳化剂Ⅱ为SDS、OP-10、DC193的至少一种。

8.根据权利要求1所述的功能型相变储能砂浆，其特征在于：所述聚合物胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉中的至少一种；所述轻骨料为膨胀矿渣珠、页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩中的至少一种。

9.一种功能型相变储能砂浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按所需有机多孔载体材料质量百分比将6～30％水性单体，0.01～0.1％水溶性引发剂，0.1～2％乳化剂Ⅰ加入到反应釜中，搅拌均匀，并在搅拌过程中滴加质量百分比为5～33％的疏水性油相，持续搅拌20～120分钟直至形成水包油型预分散液，将水包油型预分散液加热至50～100℃引发聚合反应，反应结束后将得到的产物粉碎，抽滤，真空干燥至恒重，得到粒径为0.5～2mm的中间产物Ⅰ；

2)按所需有机多孔载体材料质量百分比向反应釜中添加6～30％油性单体，0.01～0.1％油溶性引发剂，0.1～2％乳化剂Ⅱ，搅拌均匀，并在搅拌过程中滴加质量百分比为5～33％的水，持续搅拌直至形成稳定的油包水型预分散液；

3)将中间产物Ⅰ加入到步骤2)得到的油包水型预分散液中，缓慢搅拌20～90分钟，抽滤，得到中间产物Ⅱ，将中间产物Ⅱ加热至40～90℃引发聚合反应，反应结束后将得到的产物粉碎，抽滤，真空干燥至恒重，得到粒径为0.5～2mm，孔隙率为40～80％的亲水/亲油型有机多孔载体材料；

4)将有机多孔载体材料加入到相变材料溶液中，减压吸附12小时，过滤、干燥，得到定型相变单元，其中相变材料为C14～C18石蜡、脂肪酸、脂肪酸盐中的至少一种；

5)按所需砂浆质量百分比将定型相变单元5～40％，水泥20～50％，聚合物胶粉1～10％，纤维素醚0.1～1％，轻骨料25～60％，助剂0～5％，水10～45％混合均匀，得到相变储能砂浆。