CN103113852B - 一种建筑相变储能保温粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑相变储能保温粉及其制备方法，其特征在于相变储能保温粉重量份组成为：有机相变材料70-80份，分散剂10-25份，水溶性聚合物粉3-5份，改性剂 1-2份，酸碱调节剂0.1-0.3份。本发明通过改性剂、分散剂，在反应釜压力反应、机械力化学架桥，将有机相变材料变为一种能够在水中快速分散的粉末型相变储能保温粉，可在混凝土、砂浆、腻子、涂料等多种建筑材料中直接添加使用，能够感应室内环境温度，不断吸热或放热调节温度。产品生产工艺简短，可连续化操作，易于实施与控制，利于工业化生产。

Description

一种建筑相变储能保温粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑节能保温材料领域，具体涉及一种可用于建筑材料的相变储能保温粉及其制备方法。

背景技术

根据发达国家经验，建筑能耗总量约占社会总能耗的三分之一，我国经济发展迅速，而能源的发展相对滞后，解决能源短缺的一个最好办法就是节约能源。在建筑中使用各种节能建材，一方面可提高建筑物的隔热保温效果，降低采暖空调能源损耗；另一方面又可以极大地改善建筑使用者的生活、工作环境。因此，大力开发和利用各种高品质的节能建材，是节约能源，降低能耗，保护生态环境的迫切要求，同时又对实现我国21世纪经济和社会的可持续性发展有着现实和深远的意义。目前建筑节能主要通过使用保温隔热材料减缓热流失。尽管现有节能保温建材具有很好的保温效果，但这远远不能满足当前节能的要求。为了实现能源循环利用，提升节能效果，保证室内舒适的温度，一种具有储能、保温功能的新型节能材料在建筑领域的应用得到了快速的发展。该类材料的工作原理是通过相态变化不断吸热放热，通过循环利用能量保持室内温度恒定，不但从根本上杜绝了建筑物室内能量流失，而且可以将室内温度维持在一个舒适的温度。这种通过相态转变达到储能、保温功能的相变材料可广泛应用于现有混凝土、砂浆、腻子、涂料等建筑材料达到节能目的。

根据材料的化学组成成分，相变材料可以分成无机和有机两大类。无机类主要是一些水合物盐类如硫酸盐水合物和硝酸盐水合物等。但由于无机相变材料存在过冷和相分离现象，其在建筑材料中的应用受到限制。有机相变材料主要是石蜡、脂肪酸和多元醇等，有机相变材料克服了无机材料的过冷和相分离现象，具有良好的热行为，化学、物理特性稳定，在建筑材料中的应用成为首选。但由于有机相变材料与众多建材存在极性差异，直接混合使用存在不相容、析出、渗漏等缺陷。为了解决这些缺陷，技术人员通过多孔无机载体吸附法、微胶囊包覆法对相变材料进行了预处理。

公开号CN101139472A的专利文献报道了一种相变储能复合涂料及其制备方法，该技术发明为了拓宽相变材料的应用，提出了将有机相变材料与膨胀的多孔石墨复合成储能微粉，可用于涂料。该发明的微粉拓宽了相变材料的应用，通过对石墨的技术处理，在很大程度减轻了渗漏，但多孔插层的石墨仍然会存在有机相变材料的析出。   

公开号CN1513938A的专利文献报道了一种微胶囊包覆相变材料及其制备方法，该技术通过微胶囊技术将相变材料包覆在微胶囊内得到一种粉末状，可添加在抹灰面中用以墙体。微胶囊技术解决了相变材料的渗漏问题，但由于使用了厚厚的壁材容易导致换热效率降低，而且微胶囊相变材料生产成本高，工艺复杂。

因此，目前相变材料在建筑领域的应用日益广泛，但在具体的使用过程中存在不相容、析出、渗漏、换热效率降低等缺陷，影响了相变材料在建筑节能材料领域的推广使用。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供一种建筑相变储能保温粉，具体讲是通过改性剂将有机相变材料变为一种能够与建筑材料相容的粉末型相变储能保温粉，并通过分散剂实现相变储能保温粉在水中快速分散，可在混凝土、砂浆、腻子、涂料等多种建筑材料中直接添加使用，以调节环境温度。从根本上解决了有机相变材料在建筑材料应用中不相容、析出、渗漏、热交换率低等缺陷。本发明并进一步提供相变储能保温粉的制备方法，该制备方法通过反应釜压力反应、机械力化学架桥制备相变储能保温粉，工艺简短，可连续化操作，易于实施与控制，利于工业化生产，可在建材领域广泛应用。

为实现上述目的，本发明的建筑相变储能保温粉是由按下列重量份混合组成：

有机相变材料         70-80份，

分散剂               10-25份，

水溶性聚合物         3-5份，

改性剂               1-2份，

酸碱调节剂           0.1-0.3份，

其中所说的有机相变材料为正二十烷、58#石蜡、52#石蜡、30#石蜡、正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、硬脂酸丁酯中的至少一种；

其中所说的分散剂为硫酸钠、甲酸钙、明矾、氯化钾、氯化钠、氯化钙中的至少一种；

其中所说的水溶性聚合物为可再分散性醋酸乙烯-乙烯酯聚合物胶粉、聚乙烯醇胶粉、羧甲基淀粉、可溶性膨化淀粉、羟丙基甲基纤维素中的至少一种；

其中所说的改性剂为顺丁烯二酸酐、富马酸、糠酸、苯乙烯-马来酸酐共聚物中的至少一种；

其中所说的酸碱调节剂为氢氧化钠。

为得到上述建筑相变储能保温粉，本发明提供具体的制备方法，步骤如下：

1）将有机相变材料加入压力反应釜，桨叶采用涡轮式与刮板组合式，桨叶转速采用无极变速电机，无级变速0-1250转/分,在60-80℃条件下，搅拌速度为50-100rpm，搅拌10-20分钟，相变材料完全熔融后加入改性剂，并将反应釜加压至0.6-0.8MPa反应20-30分钟，泄压，得到改性有机相变材料；

2）在60-80℃，搅拌速度为400-800rpm条件下，将分散剂、酸碱调节剂加入步骤1）得到的改性有机相变材料中，搅拌时间5-10分钟，将分散剂均匀分散在熔融的有机相变材料中，卸料，冷却至室温；

3）将步骤2）得到的冷却料粉碎，与水溶性聚合物粉混合后送入粉体细化机，在分级机转速1200rpm条件下，通过高速涡旋气流的撞击产生的粉碎、剪切、碰撞、摩擦、团粒功能，使水溶性聚合物粉、分散剂与有机相变材料粉体表面发生物理吸附和化学架桥，并细化、团粒得到建筑相变储能保温粉。

上述制备方法中反应釜采用水浴循环加热，桨叶采用涡轮式与刮板组合式以确保有机相变材料熔融而不变质、不挥发。

上述制备方法中所述的粉体细化机为气流涡旋细化机，具有粉碎、剪切、碰撞、摩擦、团粒功能，实现了机械力化学架桥反应与物理球化，得到的产品为微细球形。

本发明以上制备方法得到的建筑相变储能保温粉与传统复合相变材料相比较具有显著性能，如表1所示：

表1 建筑相变储能保温粉测试性能与传统复合相变材料的应用性能比较

测试项目	本发明建筑相变储能保温粉	膨胀珍珠岩、石墨吸附相变材料	微胶囊包覆相变材料	测试标准
					与水泥砂浆相容性	分散于水中，与水泥砂浆相容	不能分散于水中，与水泥砂浆离析	不能分散于水中，与水泥砂浆离析
渗出率	0%	≥15%	≥8%	80℃条件下热处理2小时后在滤纸渗出比率
					导热系数	≥0.3W/(m·K)	≤0.2 W/(m·K)	≤0.1 W/(m·K)	GB/T 3399
相变温度	18-26℃	30-50℃	30-50℃	GB/T 19466.3
					储能密度	≥150J/g	≤100J/g	≤80J/g	GB/T 19466.3

本发明的建筑相变储能保温粉及其制备方法具有以下优点：

1.本发明通过改性剂制备出了一种与建筑材料具有良好相容性的粉末状相变储能保温粉。

2.本发明建筑相变储能保温粉无需吸附、包覆处理，可直接添加在建筑材料中不析出、不渗漏。

3.本发明建筑相变储能保温粉可直接与环境接触，对室内温度进行及时调节，具有较高的换热效率。

4、本发明建筑相变储能保温粉采用分散剂使有机相变材料能够在水中快速分散，很方便的用于混泥土、砂浆、腻子、涂料等建筑材料中，极大地推动了相变材料在建筑节能中的应用。

5、本发明生产技术工艺简短，可连续化操作，易于实施与控制，成本低廉，利于工业化生产。

具体实施方式

以下具体实施方式，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）将50份30#石蜡、20份月桂酸、10份棕榈酸加入FCH500压力反应釜，桨叶采用涡轮式与刮板组合式，在60-80℃条件下，搅拌速度为80rpm，搅拌20分钟，待相变材料完全熔融后加入1份富马酸、1份苯乙烯-马来酸酐，并将反应釜加压至0.8MPa反应30分钟，泄压，得到改性有机相变材料；

2）在60-80℃，搅拌速度为800rpm条件下，将15份甲酸钙、10份硫酸钠、0.2份氢氧化钠加入步骤1）得到的改性有机相变材料中，搅拌时间10分钟，分散均匀，卸料，冷却至室温；

3）将步骤2）得到的冷却料粉碎，与2份聚乙烯醇胶粉、1份羧甲基淀粉混合后送入粉体细化机，在分级机转速1200rpm条件下，与有机相变材料粉体表面发生物理吸附和化学连接，并细化、团粒得到建筑相变储能保温粉。

采用NETZSCH DSC 204F1进行DSC 曲线测试，升温速率5℃/min，测出建筑相变储能保温粉的储能密度为156J/g，相变温度为21℃,经200 次冷热循无析出。可快速分散在水中，与水泥砂浆相容性良好无离析。

实施例2

1）将40份58#石蜡、30份正癸酸加入FCH500压力反应釜，桨叶采用涡轮式与刮板组合式，在60-80℃条件下，搅拌速度为100rpm，搅拌10分钟，相变材料完全熔融后加入1份苯乙烯-马来酸酐，并将反应釜加压至0.8MPa反应30分钟，泄压，得到改性有机相变材料；

2）在60-80℃，搅拌速度为800rpm条件下，将5份硫酸钠、10份明矾、0.2份氢氧化钠加入步骤1）得到的改性有机相变材料中，搅拌时间5分钟，分散均匀，卸料，冷却至室温；

3）将步骤2）得到的冷却料粉碎，与1份醋酸乙烯-乙烯酯胶粉、3份可溶性膨化淀粉混合后送入粉体细化机，在分级机转速1200rpm条件下，与有机相变材料粉体表面发生物理吸附和化学连接，并细化、团粒得到建筑相变储能保温粉。

采用NETZSCH DSC 204F1进行DSC 曲线测试，升温速率5℃/min，测出建筑相变储能保温粉的储能密度为150J/g，相变温度为26℃,经200 次冷热循无析出。可快速分散在水中，与乳胶漆相容性良好无离析。

实施例3

1）将25份肉豆蔻酸、25份棕榈酸、20份硬脂酸丁酯加入FCH500压力反应釜，桨叶采用涡轮式与刮板组合式，在60-80℃条件下，搅拌速度为100rpm，搅拌10分钟，相变材料完全熔融后加入1份顺丁烯二酸酐，并将反应釜加压至0.8MPa反应30分钟，泄压，得到改性有机相变材料；

2）在60-80℃，搅拌速度为800rpm条件下，将5份硫酸钠、3份氯化钾、2份氯化钙、0.2份氢氧化钠加入步骤1）得到的改性有机相变材料中，搅拌时间10分钟，分散均匀，卸料，冷却至室温；

3）将步骤2）得到的冷却料粉碎，与3份醋酸乙烯-乙烯酯胶粉、1份羟丙基甲基纤维素混合后送入粉体细化机，在分级机转速1200rpm条件下，与有机相变材料粉体表面发生物理吸附和化学连接，并细化、团粒得到建筑相变储能保温粉。

采用NETZSCH DSC 204F1进行DSC 曲线测试，升温速率5℃/min，测出建筑相变储能保温粉的储能密度为160J/g，相变温度为23℃, 80℃条件下热处理2小时后在滤纸渗出比率为零，导热系数为0.39W/(m·K)，可快速分散在水中，与腻子粉相容性良好无离析。

Claims (4)

1.一种建筑相变储能保温粉，其特征是粉末型相变储能保温粉，由按下列重量份组成：

有机相变材料 70-80 份，

分散剂 10-25份，

水溶性聚合物 3-5份，

改性剂 1-2份，

酸碱调节剂 0.1-0.3份，

其中，所说的有机相变材料为正二十烷、58# 石蜡、52# 石蜡、30# 石蜡、正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、硬脂酸丁酯中的至少一种；分散剂为硫酸钠、甲酸钙、明矾、氯化钾、氯化钠、氯化钙中的至少一种；水溶性聚合物粉为可再分散性醋酸乙烯- 乙烯酯聚合物胶粉、聚乙烯醇胶粉、羧甲基淀粉、可溶性膨化淀粉、羟丙基甲基纤维素中的至少一种；改性剂为顺丁烯二酸酐、富马酸、糠酸、苯乙烯- 马来酸酐共聚物中的至少一种；酸碱调节剂为氢氧化钠。

2.根据权利要求1所述的一种建筑相变储能保温粉，其具体的制备方法如下：

1）将有机相变材料加入反应釜中，在60-80℃条件下，搅拌速度为50-100rpm，搅拌

10-20 分钟，相变材料完全熔融后加入改性剂，并将反应釜加压至0.6-0.8MPa 反应20-30 分钟，泄压，得到改性有机相变材料；

2）在60-80℃，搅拌速度为200-400rpm 条件下，将分散剂、酸碱调节剂加入步骤1）得到的改性有机相变材料中，搅拌时间5-10 分钟，将分散体均匀分散在熔融的有机相变材料中，卸料，冷却至室温；

3）将步骤2）得到的冷却料粉碎，与水溶性聚合物粉混合后送入细化机，经细化、团粒得到建筑相变储能保温粉。

3.根据权利要求2 所述的建筑相变储能保温粉，其特征在于制备方法中所述的反应釜为压力反应釜，采用水浴循环加热，桨叶采用涡轮式与刮板组合式以确保有机相变材料熔融而不变质、不挥发。

4.根据权利要求2 所述的建筑相变储能保温粉，其特征在于制备方法中所述的细化机为气流涡旋粉体细化机，分级机转速为1200rpm，高速气流撞击产生的粉碎、剪切、碰撞、摩擦、团粒功能，使水溶性聚合物粉、分散剂与有机相变材料粉体表面发生物理吸附和化学架桥，并细化、团粒得到建筑相变储能保温粉。