CN102795805A

CN102795805A - 一种建筑节能相变恒温材料及制备方法

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Publication number: CN102795805A
Application number: CN2012102724776A
Authority: CN
Inventors: 陈庆; 曾军堂
Original assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Current assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-08-02
Also published as: CN102795805B

Abstract

本发明提供一种建筑节能相变恒温材料及制备方法。其特征在于建筑节能相变恒温材料由下列重量份混合组成：相变材料60-75份，纳米氧化物15-35份，变性淀粉3-15份。其制备方法是先将相变材料吸附在具有微孔结构的纳米氧化物中形成定型复合相变材料，再利用变性淀粉的两性基团特性，使亲油基团向定型复合相变材料定向分布形成包覆膜，在齿盘式高速分散机作用下干燥、磨细从而得到建筑节能相变恒温材料。本发明不但解决了定型复合相变材料渗漏问题，而且变性淀粉的亲水基团外露，在与建筑材料的砂浆、板材、腻子、涂料混合使用时具有良好润湿性、和易性、粘结性，有利于相变材料在建筑节能领域的推广应用。

Description

一种建筑节能相变恒温材料及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑节能材料领域，具体涉及一种建筑节能相变恒温材料及制备方法。

背景技术

传统的建筑节能保温材料主要采用对内外墙保温隔热从而降低热量的传导消耗。我国常见的建筑节能保温材料主要有岩棉、玻璃棉、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯泡沫塑料、水泥聚苯板、硬质泡沫聚氨酯、聚碳酸酯及酚醛、胶粉聚苯颗粒保温砂浆、硅酸盐复合绝热砂浆、粘土空心砖、中空玻璃、泡沫玻璃等。目前用的节能保温建材虽然具有很好的保温效果，但这远远不能满足当前节能的要求。一方面，传统的节能建材保温效果有限，无法从根本上防治能量流失；另一方面，无法满足人们对环境温度舒适度的要求。

为了满足节能保温需求，同时确保室内舒适的温度，一种新型的相变材料开始进入建筑节能保温领域。相变材料（Phase Change Materials，PCM）具有较高的储能密度，在相转变过程中不断进行吸热/放热从而保持温度恒定，具有储能和恒温的双重特性。如果向普通建筑材料中加入相变材料，可以制成具有较高热容的轻质建筑材料，减小室内温度的波动。因而将其作为节能材料应用于建筑材料中，可以大幅度减少建筑物内用于制冷/制热所需的能耗，节能效果远远优于传统的保温隔热材料。

利用相变材料作建筑物的节能材料可以用在建筑物的围护结构和装饰等部位。例如用在建筑物砂浆中，相变材料可大量地释放和储存热能，有效地恒定房屋温度，维持居住环境的舒适温度；用在砖瓦、墙板、石膏板、地板、天花板、腻子、涂料等装饰建筑材料中，可消除了传统装饰部位不保温的缺陷。

由于相变材料在工作时存在微观分子运动，甚至会出现软化或固-液相态变化，无法直接与普通建筑材料混合使用，因此在应用之前首先进行定型复合。目前常用的技术手段有：相变材料通过与高分子聚合物定型复合；采用高分子聚合物包覆大分子相变材料（微胶囊相变材料）；相变材料被多孔结构矿物吸附定型等。由于定型复合相变材料在使用中容易渗漏，易造成复合相变材料与基体建材相容性差或易脱落等缺陷。因此相变材料的定型效果以及与建筑材料的相容效果直接影响相变材料在建筑节能领域的推广使用。

公开号CN101121876A的专利报道了一种利用膨胀珍珠岩制备复合相变材料的方法。该技术发明利用吸附法将相变材料吸附在多孔的介质颗粒内，以达到定型复合的目的。虽然该技术利用了吸附技术，但开放式的多孔结构仍会有外露的相变材料，会严重影响与建筑材料的粘结和混合。

公开号CN1903781A的专利报道了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，相变材料以多孔介质为基体材料，通过在聚合物溶液中长时间浸泡达到包覆处理。选用水性聚合物乳液作包覆材料不但成本高，而且与有机相变材料相容性较差，会影响聚合物乳液定向成膜包覆。

公开号CN896173A的专利报道了一种膜包覆多孔吸附性无机相变复合材料生产方法。该技术以石蜡、聚烯烃等做包覆材料，将多孔吸附性无机相变材料进行包覆，较好的解决了破损渗漏问题，而且强度高。但包覆的石蜡等材料与普通建材水泥、涂料、石膏等相容性极差，因此难于在普通建材中推广使用。

上述资料报道均采取了不同技术手段来达到定型相变材料，防止渗漏。由于上述吸附材料均为大颗粒状，相变材料被吸附后在发生相变过程中极易通过大孔洞渗漏，由于有机相变材料为亲油疏水性材料，与无机建筑基材相容性差、和易性差，影响在建筑材料中的混合与使用。因此将相变材料制成稳定性好，无渗漏，与建材相容性好的定型复合材料是解决相变材料在建筑节能领域应用的关键。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供一种建筑节能相变恒温材料，具体讲是利用微孔结构纳米级氧化物的微孔吸附和比表面积吸附力，通过吸附相变材料得到定型复合相变材料，利用有亲水亲油基团的变性淀粉对定型复合相变材料进行界面包覆处理，得到的建筑节能相变恒温材料不渗漏、不析出，与普通建材具有良好的润湿性、和易性、粘结性。可以广泛应用于砂浆、板材、腻子、涂料等领域。进一步提供一种利用齿盘式高速分散机制备建筑节能相变恒温材料的制备方法，该制备方法是借助齿形盘的高速分散研磨，对相变材料吸附、包覆、干燥、磨细得到一种微细粉体状的建筑节能相变恒温材料，该工艺可连续化操作、易于实施与控制、利于工业化推广应用。

为实现上述目的，本发明的建筑节能相变恒温材料是由相变材料、纳米氧化物、变性淀粉按下列重量份混合组成：

相变材料 60-75份，

纳米氧化物 15-35份，

变性淀粉 3-15份。

在上述的建筑节能恒温材料中，所述的相变材料可以为石蜡类直链烷烃成分、脂肪酸成分、酯类成分、醇类成分中至少一种。所说的石蜡类直链烷烃成分可以为全精炼或半精炼石蜡（涉及牌号有48#、52#、54#、56#、58#、60#、62#和64#等）、液体石蜡、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷中至少一种；脂肪酸成分可以为辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸中至少一种；酯类成分可以为硬脂酸丁酯、硬脂酸辛酯中至少一种；醇类成分为十二醇、环己醇、叔丁醇中至少一种。

在上述的建筑节能恒温材料中，所述的纳米氧化物为具有微孔结构的氧化锌、氧化镁、氧化铝、α氧化铁、氧化钛、氧化硅中的至少一种，该类氧化物是通过水热法、溶胶- 凝胶法、化学气相沉积法、模板法、化学沉淀法等工艺制备的具有微孔结构和高比表面积的纳米级粉体材料，其粒径≤100nm。纳米氧化物粒子一方面具有大的比表面积，吸附作用强；另一方面，纳米氧化物粒子内部具有网络结构的微孔通道，吸附容量大。多孔纳米氧化物粒子的表面作用和微孔作用最大程度吸附并固定相变材料，防止渗漏。

在上述的建筑节能恒温材料中，所述的变性淀粉为含有酯基的醋酸酯淀粉、黄原酸酯淀粉、氨基甲酸酯淀粉、丁二酸酯淀粉、磷酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉、十二烯基琥珀酸酯淀粉中的一种。所述的变性淀粉取代度（DS）为：0.5≤DS≤1.5，充分保证具有亲水和亲油两性基团，利用变性淀粉两性基团的特性，亲油基团向定型复合相变材料定向分布形成包覆膜，亲水基团外露，与建筑材料相容性良好。尤其是变性淀粉特殊的成膜性和粘结性，不但对定型复合相变材料完全包覆，而且在使用中与建筑材料的砂浆、腻子、涂料等具有良好的润湿性、和易性、粘结性。

本发明进一步提供建筑节能相变恒温材料的具体制作步骤：

1）在分散机温度80℃-120℃条件下，把15-35份的纳米氧化物加入分散机搅拌预热3-5分钟，调分散机整转速为500-1500rpm ，把60-75份的相变材料缓慢加入分散机，分散研磨10-20分钟，得到完全吸附的定型复合相变材料；

2）把3-15份的变性淀粉加水配制成淀粉乳，配制浓度20-30%，缓慢喷洒加入运转中的分散机，控制在10-30分钟内缓慢均匀加完淀粉乳，同时打开挥发排气孔。在500-1500rpm 的搅拌和80℃-120℃温度条件下，淀粉乳定向分布在定型复合相变材料颗粒表面，并随着水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型复合相变材料颗粒表面定向成膜，形成一层强度高韧性好的包膜；

3) 在500-1500rpm 的搅拌和80℃-120℃温度条件下，被包膜的定型复合相变材料颗粒在分散机中逐步干燥、研磨成微细粉状，送入冷却搅拌容器，通过搅拌冷却、包装，得到一种建筑节能相变恒温材料。

上述制备方法中所述的分散机为具有研磨功能的齿盘式高速分散机。分散机主轴高速运转时，分散盘上下锯齿进行高速的剪切、撞击、粉碎、分散，在此设备作用下纳米级氧化物粉体被齿形盘分散并与相变材料充分接触吸附，变性淀粉与定型复合相变材料粉体界面充分结合包覆。

本发明是将相变材料吸附在具有微孔结构的纳米级氧化物中形成定型复合相变材料。不同于膨胀珍珠岩等大颗粒吸附，具有微孔结构的纳米级氧化物微细颗粒吸附相变材料后，在发生相变时不会发生流淌。并进一步利用具有两性基团的变性淀粉，使亲油基团向定型复合相变材料定向分布形成包覆膜，从而得到建筑节能相变恒温材料。不但解决了定型复合相变材料渗漏问题，而且变性淀粉的亲水基团外露，在与建筑材料的砂浆、板材、腻子、涂料混合使用时具有良好润湿性、和易性、粘结性。

本发明的建筑节能相变恒温材料具有以下优点：

1.本发明利用纳米级具有微孔结构氧化物的多孔隙、高比表面积特性对相变材料吸附定型，避免了相变材料相变过程中的渗漏、析出缺陷。

2.本发明利用变性淀粉做包覆材料对定型复合相变材料进行包覆，彻底解决了复合相变材料渗漏的问题。由于变性淀粉具有亲水和亲油两性性质，得到的建筑节能相变恒温材料与普通建筑具有良好的相容性、粘结性、和易性。

3.本发明产品制备过程中利用齿盘式高速分散机，保证了纳米级氧化物粉体与相变材料充分接触吸附，变性淀粉与定型复合相变材料粉体界面充分结合包覆。

4.本发明的建筑节能相变恒温材料为一种微细粉体材料，消除了传统复合相变材料易渗漏、易破碎的缺陷，拓宽了相变材料在建筑领域的应用范围，可以直接与砂浆、板材、腻子、涂料等混合使用，为相变材料在建筑节能领域的推广提供了可靠保证，适合工业化生产推广使用。

附图说明

图1为建筑节能相变恒温材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1

1）L100型齿盘式高速分散机的温度维持在100℃，将20kg粒径为50nm的多孔氧化锌纳米粉体加入分散机搅拌预热5分钟，调整混合机转速为1500rpm ，将40kg的52#全精炼石蜡与30kg的硬脂酸丁酯缓慢加入分散机，分散研磨10分钟，得到完全吸附的定型复合相变材料；

2）将10kg的辛烯基琥珀酸酯淀粉加水配制成浓度为20%的淀粉乳，缓慢喷洒加入运转中的分散机，控制在10分钟内缓慢均匀加完淀粉乳，同时打开挥发排气孔。在1500rpm 的搅拌和100℃温度条件下，淀粉乳定向分布在定型复合相变材料颗粒表面，并随着水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型复合相变材料颗粒表面定向成膜，形成一层强度高韧性好的包膜；

3) 在1500rpm 的搅拌和100℃温度条件下，被包膜的定型复合相变材料颗粒在分散机中逐步干燥、研磨成微细粉状，送入冷却搅拌容器，通过搅拌冷却、包装，得到建筑节能相变恒温材料。

将所得的建筑节能相变恒温材料在60℃烘箱内烘烤48h，滤纸未出现油迹，说明包覆效果良好，未出现渗漏。通过DSC测试，该节能相变恒温材料相变温度为35℃，储能密度102 KJ/kg，适合用于寒冷地区室内保温材料。

将所得的建筑节能相变恒温材料20kg、425#水泥20kg、珍珠岩30kg、水镁石纤维5kg、树脂胶粉1kg混合均匀，直接加水搅拌，制成200mm×200mm×30mm 模块进行检测。检测结果为：搅拌分层度16.5mm；干密度283kg/m3；抗压强度378kPa；压剪粘结强度112kPa；导热系数0.066W/（m .K）。

实施例2

1）L100型齿盘式高速分散机温度维持在120℃，将15kg粒径为80nm的多孔氧化铝纳米粉体、10kg粒径为100nm的多孔α氧化铁纳米粉体加入分散机搅拌预热3分钟，调整混合机转速为500rpm ，将30kg的月桂酸和30kg的十二醇缓慢加入分散机，分散研磨10分钟，得到完全吸附的定型复合相变材料；

2）将5kg的醋酸酯淀粉加水配制成浓度为25%的淀粉乳，缓慢喷洒加入运转中的分散机，控制在20分钟内缓慢均匀加完淀粉乳，同时打开挥发排气孔。在500rpm 的搅拌和120℃温度条件下，淀粉乳定向分布在定型复合相变材料颗粒表面，并随着水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型复合相变材料颗粒表面定向成膜，形成一层强度高韧性好的包膜；

3) 在500rpm 的搅拌和120℃温度条件下，被包膜的定型复合相变材料颗粒在分散机中逐步干燥、研磨成微细粉状，送入冷却搅拌容器，通过搅拌冷却、包装，得到建筑节能相变恒温材料。

将所得的建筑节能相变恒温材料在60℃烘箱内烘烤48h，滤纸未出现油迹，说明包覆效果良好，未出现渗漏。通过DSC测试，该节能相变恒温材料相变温度为30℃，储能密度120 KJ/kg，适合用于南方夏天室内恒温材料。

将所得的建筑节能相变恒温材料35kg、425#水泥25kg、粉煤灰25kg、可再分散胶粉1.5kg、水性抗裂胶粉1kg、聚丙稀短纤维0.1kg、十二烷基苯磺酸钠：0.03kg混合均匀，直接加水搅拌，制成200mm×200mm×30mm 模块进行检测。检测结果为：搅拌分层度15mm；干密度245kg/m3；抗压强度475kPa；压剪粘结强度125kPa；导热系数0.07W/（m .K）。

实施例3

1）L100型齿盘式高速分散机的温度维持在120℃，将10kg粒径为30nm的多孔氧化钛纳米粉体、5kg粒径为100nm的多孔氧化铝纳米粉体加入分散机搅拌预热3分钟，调整混合机转速为1000rpm ，将35kg的正癸酸和30kg的25#石蜡缓慢加入分散机，分散研磨10分钟，得到完全吸附的定型复合相变材料；

2）将15kg的十二烯基琥珀酸酯淀粉加水配制成浓度为30%的淀粉乳，缓慢喷洒加入运转中的分散机，控制在30分钟内缓慢均匀加完淀粉乳，同时打开挥发排气孔。在1000rpm 的搅拌和120℃温度条件下，淀粉乳定向分布在定型复合相变材料颗粒表面，并随着水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型复合相变材料颗粒表面定向成膜，形成一层强度高韧性好的包膜；

3) 在1000rpm 的搅拌和120℃温度条件下，被包膜的定型复合相变材料颗粒在分散机中逐步干燥、研磨成微细粉状，送入冷却搅拌容器，通过搅拌冷却、包装，得到建筑节能相变恒温材料。

将所得的建筑节能相变恒温材料在60℃烘箱内烘烤48h，滤纸未出现油迹，说明包覆效果良好，未出现渗漏。通过DSC测试，该节能相变恒温材料相变温度为28℃，储能密度100 KJ/kg，适合用于室内涂料涂层、石膏板等恒温材料。

将所得的建筑节能相变恒温材料20kg、含有纤维素的普通石膏粉80kg，加入适量的水和 PVA 分散剂的混合物,快速搅拌,迅速倒入 100mm ×100mm ×10mm的模具中压实并刮平,通风晾干即制成具有相变恒温功能的石膏板。通过隔热性能分析，石膏板从15 ℃开始加热，从15-25 ℃升温时间30min，但从25-30℃的升温时间则达到125min，升温速率明显减慢，说明由于建筑节能相变恒温材料在相变温度附近发生相变吸收大量热量,从而延缓了石膏板表面的升温，具有良好的保温恒温效果。

Claims

1.一种建筑节能相变恒温材料，其特征在于，组成是重量份为60-75份的相变材料，重量份为15-35份的纳米氧化物，重量份为3-15份的变性淀粉。

2.根据权利要求1所说的建筑节能相变恒温材料，其特征是具体制作步骤如下：

1）在分散机温度80℃-120℃条件下，把15-35份的纳米氧化物加入分散机搅拌预热3-5分钟，调分散机整转速为500-1500rpm ，把60-75份的相变材料缓慢加入分散机，分散搅拌10-20分钟，得到完全吸附的定型复合相变材料；

2）把3-15份的变性淀粉加水配制成淀粉乳，配制浓度20-30%，缓慢喷洒加入运转中的分散机，控制在10-30分钟内缓慢均匀加完淀粉乳，同时打开挥发排气孔，在500-1500rpm 的搅拌和80℃-120℃温度条件下，淀粉乳定向分布在定型复合相变材料颗粒表面，并随着水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型复合相变材料颗粒表面定向成膜，形成一层强度高韧性好的包膜；

3.根据权利要求1所说的建筑节能相变恒温材料，其特征是其中的相变材料为石蜡类直链烷烃成分、脂肪酸成分、酯类成分、醇类成分中至少一种。

4.根据权利要求1所说的建筑节能相变恒温材料，其特征是其中的纳米氧化物为具有微孔结构的氧化锌、氧化镁、氧化铝、α氧化铁、氧化钛、氧化硅中至少一种。

5.根据权利要求4所说的建筑节能相变恒温材料，其特征是其中的纳米氧化物为粒径≤100nm的纳米级粉体。

6.根据权利要求1所说的建筑节能相变恒温材料，其特征是其中的变性淀粉为含有酯基的醋酸酯淀粉、黄原酸酯淀粉、氨基甲酸酯淀粉、丁二酸酯淀粉、磷酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉、十二烯基琥珀酸酯淀粉中的一种。

7.根据权利要求6所说的建筑节能相变恒温材料，其特征是所说的变性淀粉取代度（DS）为：0.5≤DS≤1.5。

8.根据权利要求2所说的建筑节能相变恒温材料，其特征是制备方法中所说的分散机为具有研磨功能的齿盘式高速分散机。