CN103320096B - 一种相变蓄能胶囊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种常温相变蓄能胶囊及其制备方法。该胶囊采用极性胶乳在添加助剂的作用下于预先制备的常温相变材料（25～28°C）颗粒表面进行界面聚合，形成胶囊，使相变材料在高于相变温度点时融化后仍然包裹在胶囊内，不会四处溢流。本法制备的常温相变蓄能胶囊可与建筑墙体结合，在昼夜温差的条件下，通过相变材料吸收和释放潜热的特性赋予墙体调节温度的功能。本发明相变胶囊采用芯材成型后壁材包裹的方式制备，与其他种类的相变胶囊相比具有以下优点：1、采用乳胶成膜包裹芯材，不含甲醛和其他挥发性单体物质，产品环保无污染；2、胶囊颗粒为毫米级，芯材单位容量大使产品无过冷现象；3、壁材柔韧性好，能够随芯材液化后扩张胶囊体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑节能材料，特别涉及一种相变蓄能胶囊及其制备方法。
技术背景
含相变材料(Phase Change Material，PCM)的蓄能材料是利用环境的昼夜温差和相变潜热吸收释放来调节室内空气温度，减小室内温度上升幅度，降低调节室内温度的空调设备能耗，是建筑节能的一项重要措施，也是目前建材领域的主流发展趋势。有研究者估计若能在建筑物中广泛采用含相变材料的建筑材料将可减少50%用于建筑物加热和制冷的电力消耗。
目前使用于建材的相变材料为石蜡基的有机材料，石蜡不溶于水的非极性有机化合物，难以和建筑材料直接掺混，即使勉强掺混成功也会大大降低建材的机械强度，同时相变材料融化后渗流到建材表面，影响建材的表观。
为使相变材料与建筑材料掺混后能够保持性能的稳定，发挥其调温作用，业界将相变材料进行胶囊包裹。目前文献和专利报道的建筑型相变材料多采用以三聚氰胺脲醛树脂或酚醛树脂原位聚合法将低熔点石蜡包裹成微米级的石蜡微胶囊。如公告号CN101073761的《一种相变微胶囊及制备方法》，公告号为CN102079970A的《建筑用相变蓄能蜡微胶囊材料及其制备方法》，公告号为CN102504766A的《一种相变储能微胶囊及其制备方法及应用》等。但这些制备方法存在以下缺陷：1）采用醛类树脂作为原材料，在制备和产品上造成环境污染，因此难以开展实际生产；2）相变微胶囊中的粒径为微米级，胶囊中的相变材料过少导致过冷度大，使芯材在温度节点时难以实现相变；3）芯材在固-液相变时体积增加10%左右，而酚醛、脲醛的胶囊材料材质坚硬弹性小，严重阻碍芯材体积扩张，导致相变不能顺利实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保、过冷度小的相变蓄能胶囊。
本发明相变蓄能胶囊是采用极性胶乳在添加助剂的作用下于相变蓄能材料颗粒表面进行界面聚合形成胶囊，使相变材料在高于相变温度点时融化后仍然包裹在胶囊内，不会四处溢流。其组成成分按照质量配比如下：
所述的胶乳为带极性基团的合成胶乳或天然胶乳，如环氧化橡胶胶乳、丁苯胶乳、聚丁二烯胶乳、氯丁胶乳、丁腈胶乳等带极性基团的胶乳，能均匀分散于水中的乳状溶液,优选固形物50%左右。
所述的常温相变蓄能材料，其制备方法按照在先专利“一种常温相变蓄能材料（专利号：201210240188.8）”所述方法制备。以十二醇、石蜡为主要材料，在25～28°C以下为固体状态，高于25～28°C时，吸收潜热发生相变，成为液体状态。
各组分的选用为现有技术，优选方案为：
所述的分散剂为阴离子表面活性剂，如萘磺酸甲醛缩合物钠盐、烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠。
所述的引发剂选自过硫酸铵或过氧化氢溶液，质量分数为1～10%。
所述的固化剂为硫酸铝溶液，质量分数为1～10%。
所述的稳定剂为氧化锌、硬脂酸、去离子水，按质量比3:1：4或3:1：3混合后，用球磨机研磨2～3h。
本发明相变蓄能胶囊的制备方法步骤如下：
（1）用螺杆挤出机将固态的常温相变蓄能材料加工成粒径为2～5mm的颗粒，在温度20°C以下保存；
（2）按照上述组分配比，取极性胶乳、分散剂、引发剂、稳定剂，加入反应釜，启动搅拌器，转速调制200rpm，搅拌30min，获得聚合乳液；
（3）按照上述组分配比，将常温相变蓄能材料颗粒倒入反应釜，温度调至20～23°C，启动搅拌器，转速调制100rpm，喷淋固化剂，搅拌15min，然后喷淋固化剂，继续搅拌30min，加淀粉，搅拌15min，出料，获得产品；
（4）产品在20～25°C下风干至总重量的60～70%，获得常温相变蓄能胶囊产品。
本发明采用环保型极性胶乳在预先制成毫米级颗粒状相变蓄能材料表面聚合包裹成相变胶囊，以此隔离保护相变材料，防止其融化后溢流。本发明具有原材料环保、胶囊颗粒中相变材料较多使之过冷度低、外层薄膜弹性好易伸展的特点，制成的相变胶囊在相变温度点时能迅速产生相变。通过掺混或填埋本材料可使墙体在室内温度高于25～28°C时吸收空气热量，达到调节温度的作用。该胶囊掺混或填塞在建筑墙体中，可在日间吸收热量，减小墙体温度升高幅度，夜间气温降低时释放潜热，减小墙体温度下降幅度，从而使室内日夜温差减小，增加房间舒适度，减少室内空调设备能耗。
本发明的相变胶囊采用芯材成型后壁材包裹的方式制备，与其他种类的相变胶囊相比具有以下优点：1、采用乳胶成膜包裹芯材，不含甲醛和其他挥发性单体物质，产品环保无污染；2、胶囊颗粒为毫米级，芯材单位容量大使产品无过冷现象；3、壁材柔韧性好，能够随芯材液化后扩张胶囊体积。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明内容做详细说明：
下文出现的浓度均为质量分数。
实施例1
成分配比用量为：常温相变蓄能材料100kg；丁苯胶乳50kg；10%的NF（萘磺酸甲醛缩合物钠盐）10kg；10%过硫酸铵溶液5kg；5%硫酸铝溶液6kg；氧化锌、硬脂酸、去离子水，按质量比3:1：4混合的浆料27kg，简称锌脂浆料；淀粉2kg。
（1）取常温相变蓄能材料，用螺杆挤出机加工成2～5mm颗粒，在20°C以下保存备用。
（2）丁苯胶乳加入反应釜，加入NF、过硫酸铵溶液、锌脂浆料，转速调制200rpm，搅拌30min。
（3）加相变蓄能颗粒，温度调至20～23°C，转速调制100rpm，喷淋硫酸铝溶液，搅拌15min，喷淋硫酸铝溶液，继续搅拌30min，喷洒淀粉，使胶囊表面均匀吸附淀粉。
（4）停止搅拌，出料，产品在20～25°C下风干至总重量的60～70%，封装产品。
本实施例制备的相变蓄能胶囊产品相变温度为25°C，相变焓为120kJ/kg。
实施例2
成分配比用量为：常温相变蓄能材料120kg；丁苯胶乳50kg；40%十二烷基苯磺酸钠2.5kg；20%过硫酸铵溶液2.5kg；15%硫酸铝溶液2kg；氧化锌、硬脂酸、去离子水，按质量比3:1：3混合的浆料21kg，简称锌脂浆料；淀粉2kg。
1、取常温相变蓄能材料，用螺杆挤出机加工成2～5mm颗粒，在20°C以下保存备用。
2、丁苯胶乳加入反应釜，加入十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵、锌脂浆料，转速调制200rpm，搅拌30min。
3、加相变蓄能颗粒，温度调至20～23°C，转速调制100rpm，喷淋硫酸铝溶液，搅拌15min，喷淋硫酸铝溶液，继续搅拌30min，喷洒淀粉，使胶囊表面均匀吸附淀粉。
4、停止搅拌，出料，产品在20～25°C下风干至总重量的60～70%，封装产品。
本实施例制备的相变蓄能胶囊产品相变温度为26°C，相变焓为125kJ/kg。
实施例3
成分配比用量为：常温相变蓄能材料140kg；环氧化橡胶胶乳40kg；40%十二烷基苯磺酸钠2kg；30%过氧化氢溶液2kg；20%硫酸铝溶液2kg；氧化锌、硬脂酸、去离子水，按质量比3:1：3混合的浆料12kg，简称锌脂浆料；淀粉2kg。
1、取常温相变蓄能材料，用螺杆挤出机加工成2～5mm颗粒，在20°C以下保存备用。
2、环氧化橡胶胶乳加入反应釜，加入NF、过氧化氢、锌脂浆料，转速调制200rpm，搅拌30min。
3、加相变蓄能颗粒，温度调至20～23°C，转速调制100rpm，喷淋硫酸铝溶液，搅拌15min，喷淋硫酸铝溶液，继续搅拌30min，喷洒淀粉，使胶囊表面均匀吸附淀粉。
4、停止搅拌，出料，产品在20～25°C下风干至总重量的60～70%，封装产品。
本实施例制备的相变蓄能胶囊产品相变温度为27°C，相变焓为138kJ/kg。
Claims (2)
1.一种相变蓄能胶囊，其特征在于：以胶乳为囊壁材料，通过界面聚合反应将常温相变蓄能材料包裹为颗粒状的相变蓄能胶囊，使芯材发生相变时不会溢流；所述的胶乳为带极性基团的合成胶乳或天然胶乳，能均匀分散于水中的乳状溶液；其组成成分按照质量配比如下：
所述胶乳选自环氧化橡胶胶乳、丁苯胶乳、聚丁二烯胶乳、氯丁胶乳或丁腈胶乳；
所述的分散剂选自萘磺酸甲醛缩合物钠盐、烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠；
所述的引发剂选自过硫酸铵或过氧化氢溶液，质量分数为1～10％；
所述的固化剂为硫酸铝溶液，质量分数为1～10％；
所述的稳定剂为氧化锌、硬脂酸、去离子水，按质量比3:1：4或3:1：3混合后，用球磨机研磨2～3h。
2.权利要求1所述的相变蓄能胶囊的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)用螺杆挤出机将固态的常温相变蓄能材料加工成粒径为2～5mm的颗粒，在温度20℃以下保存；
(2)按照权利要求1所述组分配比，取胶乳、分散剂、引发剂、稳定剂，加入反应釜，启动搅拌器，转速调制200rpm，搅拌30min，获得聚合乳液；
(3)按照权利要求1所述组分配比，将常温相变蓄能材料颗粒倒入反应釜，温度调至20～23℃，启动搅拌器，转速调制100rpm，喷淋固化剂，搅拌15min，然后喷淋固化剂，继续搅拌30min，加淀粉，搅拌15min，出料，获得产品；
(4)产品在20～25℃下风干至总重量的60～70％，获得常温相变蓄能胶囊产品。
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