CN103770394B - 一种相变储能型保温复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种相变储能型保温复合板的制备方法，包括以下内容：将有机相变材料溶解在有机溶剂中，有机相变材料与有机溶剂的质量比为1:1～1:10；缓慢加入载体γ-氧化铝和偶联剂，γ-氧化铝与有机相变材料质量比为1:1～1:6，高速搅拌2～5h，使载体充分吸附有机相变材料，过滤洗涤干燥后制得相变储能集料；将相变储能集料、基体材料和水混合后，放入模具中压制即可制得相变储能型面层，相变储能型面层粘合于保温板表面即可制得相变储能型保温复合板。本发明相变储能型保温复合板具有相变储能与调温、抗压性强、防潮耐腐、环保无毒等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种保温复合板的制备方法，特别是涉及一种具有相变储能性能的保温复合板的制备方法。
背景技术
我国单位建筑面积的耗能量高达气候条件相近发达国家的3倍，且95%的建筑物属于高能耗建筑，建筑能耗占全社会总能耗的30%左右。而我国是能源相对缺乏的国家，人均能源占有量仅为世界水平的40%，但能耗消费总量却占世界第二。因此，建筑节能对我国是一个极为重要和迫切的课题。
目前国内的保温复合板，一般均是由外板和保温材料构成，所述的保温材料都是被包在外板里面，外板为水泥板、石膏、彩钢板或玻纤铁板等。虽具有一定的保温性能，但不具备优良的隔热性能，不能达到高效的蓄热保温之目的，节能效果不甚理想。因此，需进一步开发具有较高蓄热能力的建筑保温复合板，而相变材料发生相变时所需要吸收和释放的大量相变潜热正好满足了该需求。
相变储能属于潜热储能的一种，与显热储能相比具有储能密度高、储能（或释能）过程近似等温、过程易控等特点，可以缓解建筑物能量供给与需求失衡及其在空间、时间上不匹配的矛盾，平衡建筑物的供暖与空调负荷，大大提高居住环境的舒适度。如果能够将相变储能材料和普通建筑材料混合后制成面板，然后和保温材料复合使用，将极大程度上提高保温复合板的蓄热保温能力，目前这种结合使用的方式研究较少。
CN03116286.X公开了一种建筑用相变储能复合材料及其制备方法，其特征在于，采用真空浸渗法，使膨胀粘土等多孔材料集料吸附和储存有机相变材料，用聚合物水泥或者聚合物乳液等材料做多孔材料集料密封层后，和石膏、水泥等基体材料混合制成相变储能复合材料。此发明的材料来源广泛，成本低廉，储能耐久性好，但所使用的多孔材料集料孔体积较小，吸附量低，加上没有保温板的隔离作用，调温效果不明显。另外，该方法用多孔材料集料吸附有机相变材料时需使用真空干燥设备，后续工艺中还须制作密封层，因此该方法工艺复杂、生产成本高，不利于大规模生产。
CN200710202624.1公开了一种相变蓄能三合一外墙保温系统及其施工方法，这种保温层共三层，由内向外顺序为保温砂浆层、保温板、相变蓄能保温砂浆层。相变蓄能保温砂浆中的细骨料是以无机多孔颗粒为载体、空隙内吸附储存了有机相变物质、外表面包覆了聚合物基复合材料膜层的相变蓄热多孔介质。但该发明所使用的多孔颗粒也是常规的空心玻化微珠、膨胀珍珠岩或活性炭颗粒，这种多孔颗粒能吸附相变材料的有效含量低，热量储存、释放能力较低，自调温效果不明显。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种相变储能型保温复合板的制备方法。本发明方法制备的相变储能型保温复合板具有相变储能与调温、抗压性强、防潮耐腐、环保无毒等优点。
本发明的相变储能型保温复合板的制备方法，包括以下内容：将有机相变材料溶解在有机溶剂中，有机相变材料与有机溶剂的质量比为1:1～1:10；缓慢加入载体γ-氧化铝和偶联剂，γ-氧化铝与有机相变材料质量比为1:1～1:6，高速搅拌2～5h，使载体充分吸附有机相变材料，过滤洗涤干燥后制得相变储能集料；将相变储能集料、基体材料和水混合后，放入模具中压制即可制得相变储能型面层，相变储能型面层粘合于保温板表面即可制得相变储能型保温复合板。
本发明中，有机相变材料通常为石蜡、C14～C22的正构烷烃、C9～C18的高级脂肪酸及其酯类中的一种或多种，优选为18#石蜡、20#石蜡、25#石蜡、30#石蜡、45#石蜡、58#石蜡或硬脂酸正丁酯等中的一种或多种。有机相变材料的相变温度为18～60℃。有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇中的任何一种。将有机相变材料溶解在有机溶剂中，加热到30～80℃，恒温搅拌10～60min。
本发明中，γ-氧化铝优选为纳米级γ-氧化铝。γ-氧化铝同石膏和水泥一样，具有多孔结构，但其比表面积更大，孔道结构也明显区别于传统多孔材料，能高效吸附有机相变储能材料。γ-氧化铝与有机相变材料质量比为1:4～1:6。
本发明中，偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-巯基丙基三甲氧基硅烷，偶联剂与有机相变材料的质量比为1:3～1:10。
本发明中，基体材料为气硬性或水硬性的胶凝材料基体，可以采用常规建筑材料如石灰、水泥、熟石膏等，并粉碎过筛制成粒度为270～325目的粉末。基体材料与相变储能集料的质量比为1:1～4:1。
本发明中，相变储能型面层中最好加入添加剂，添加剂可以为增强纤维、缓凝剂、可分散乳胶粉或纤维素醚中的一种或几种。加入的添加剂与基体材料的质量比为1:20～1:200，加入的水与基体材料的质量比为1:2～1:20。
本发明中，保温板为聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯板、酚醛泡沫板等有机泡沫板，优选加了阻燃材料的泡沫板。
本发明中，粘结采用聚氨酯、组合聚醚、异氰酸酯、酚醛树脂、环氧树脂粘合剂等中的任一种。
本发明中，相变储能型面层厚度为2mm～30mm，保温板厚度为20mm～120mm。相变储能型面层通过粘合剂粘合于保温板表面，可以是单面复合，也可以是双面复合。
与现有技术相比，本发明的优点如下:
(1)本发明采用γ-氧化铝吸附有机相变材料，与传统的无机多孔材料相比，γ-氧化铝比表面积和表面张力极大，可使内部产生较大的压力，因此γ-氧化铝有良好的化学稳定性和较强的吸附能力，能高效吸附有机相变材料，且吸附的有机相变材料不易渗漏。
(2)γ-氧化铝极大的比表面积和表面张力，使得γ-氧化铝吸附有机相变材料过程无需使用传统的真空浸渍法，用吸附法即可达到高效吸附的目的。吸附法工艺简单，无需使用真空干燥设备，生产成本低，有利于大规模生产。γ-氧化铝与各种基体材料有良好的亲和能力，用在相变储能型面层中，不仅能降低其重量、且能明显提高其力学性能。
(3)将有机相变材料加入相变储能型面层而非保温板中，不会降低或损害保温板的力学性能（如抗压性、弹性变量）和保温性能。同时，相变储能型面层中由于加入了有机相变材料，其吸水率远低于一般的无机面层，能有效防止空气中的水、酸碱等杂质渗入保温层中，造成保温层因吸水过多而造成开裂腐蚀。
(4)相变储能型面层蓄热能力强，使得保温板周围温度波动远小于周围环境，防止温度骤变产生裂纹开缝等，延长了保温板的寿命；同时，保温板较强的保温能力和较低的导热系数，也使得相变材料的吸热放热时间延长，有利于保持相变储能型面层运行工况的稳定，进一步提高了其蓄热保温能力。
附图说明
图1是环境温度、复合板A和复合板B的随时间的温度变化对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。本发明中，所述的份数为质量份。
实施例1
选用熔点为25℃，相变潜热为147kJ/kg的石蜡为有机相变材料。先将58份石蜡溶解在280份乙醇溶液中，将有机溶液加热到40℃，恒温搅拌30min后，缓慢加入13份纳米γ-氧化铝和10份偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，高速搅拌3h，过滤洗涤干燥后即可制得相变储能集料。再将100份的水泥、80份相变储能集料、18份水和2份增强纤维共混，搅拌均匀后放入模具中压制即可制得相变储能型面层。DSC测得该相变储能型面层潜热值是52kJ/kg。
采用加入阻燃剂的聚氨酯泡沫板为保温板，采用聚氨酯粘合剂将相变储能型面层黏合在聚氨酯板的两面，正反两面面层厚度相等，相变储能型面层厚度为10mm，聚氨酯板的厚度为85mm。此复合板记为A。
比较例1
选用熔点为25℃，相变潜热为147kJ/kg的石蜡为有机相变材料。采用孔隙率为82.3%膨胀珍珠岩作为吸附有机相变材料的多孔介质，膨胀珍珠岩破碎后过300目筛。采用真空浸渍法吸附石蜡，真空浸渍过程为：在真空压为80kPa的条件下，抽除膨胀珍珠岩中的空气30min后，在真空环境下用石蜡浸泡膨胀珍珠岩30min，浸泡温度70℃，然后去掉真空，继续浸泡30min。取出膨胀珍珠岩后即可制得相变储能集料。测定膨胀珍珠岩中能吸附60wt%的石蜡。再将100份水泥、80份相变储能集料、18份水和2份增强纤维共混，搅拌均匀后放入模具中压制即可制得相变储能型面层。DSC测得该相变储能型面层潜热值是20kJ/kg。
采用加入阻燃剂的聚氨酯泡沫板为保温板，采用聚氨酯粘合剂将相变储能型面层黏合在聚氨酯板的两面，正反两面面层厚度相等，相变储能型面层厚度为10mm，聚氨酯板的厚度为85mm。此复合板记为B。
在两个等体积的模拟房屋四面外墙上，分别安装复合板A和复合板B，在中国北方地区的夏季，正午温度可以超过30℃的情况下，从上午9时到午后17时进行蓄热调温对比试验，其温度变化如图1所示。实验结果表明复合板A和复合板B都有一定的蓄热调温功能，其温度波动小于周围环境温度波动。而复合板A由于蓄热调温能力较强，其温度波动远小于复合板B，从而有效降低了建筑物能耗，为改善人居环境提供了一定条件。
将复合板A和B如上述测试方法进行了300天循环测试后，所得温度曲线变化规律与图1相似，说明相变储能型保温复合板工作稳定，经过长时间的相变循环后仍能保持良好的工作稳定性能。经过400天的测试发现，含有有机相变材料的复合板A表面完好如初，没有发现任何表面破损和面板泄露现象，且面板潜热值变化很小，复合板A保温性能良好，而复合板B表面有少量的石蜡渗出，保温性能下降。
实施例2
选用熔点为30℃，相变潜热为155kJ/kg的石蜡为有机相变材料。先将20份石蜡溶解在100份乙醇溶液中，加热到50℃，恒温搅拌30min后，缓慢加入5份γ-氧化铝和6份偶联剂γ-巯基丙基三甲氧基硅烷，高速搅拌3h，过滤洗涤干燥后即可制得相变储能集料。再将100份的熟石膏、30份相变储能集料、35份水、1份增强纤维和0.5份缓凝剂共混，搅拌均匀后放入模具中压制即可制得相变储能型面层。DSC测得该相变储能型面层潜热值是29kJ/kg。
采用加入阻燃剂的酚醛泡沫板为保温板，采用酚醛树脂粘合剂将相变储能型面层粘合在保温板的一面，相变储能型面层厚度为20mm，聚氨酯板的厚度为80mm，即可制得相变储能型酚醛复合板。经测试，此复合板调温效率较高，在反复加热冷却700个循环的情况下，没有出现石蜡渗漏和酚醛泡沫板破损腐蚀的现象，使用性能稳定。
实施例3
选用熔点为49℃，相变潜热为165kJ/kg的石蜡为有机相变材料。先将40份石蜡溶解在100份乙醇中，加热到50℃，恒温搅拌30min后，缓慢加入7份纳米γ-氧化铝和6份偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，高速搅拌3h，过滤洗涤干燥后即可制得相变储能集料。再将100份的熟石膏、50份相变储能集料、40份水、1份增强纤维和0.5份缓凝剂共混，搅拌均匀后放入模具中压制即可制得相变储能型面层。DSC测得该相变储能型面层潜热值是44kJ/kg。
采用加入阻燃剂的聚氨酯泡沫板为保温板，采用聚氨酯树脂黏合剂将相变储能型面层黏合在保温板的两面，相变储能型面层厚度为10mm，聚氨酯板的厚度为80mm，即可制得相变储能型聚氨酯复合板。经测试，此复合板调温效率较高，在反复加热冷却700个循环的情况下，没有出现石蜡渗漏和聚氨酯泡沫板破损腐蚀的现象，使用性能稳定。
实施例4
选用熔点为28℃，相变潜热为127kJ/kg的脂肪酸为有机相变材料。先将55份脂肪酸溶解在300份乙醇溶液中，加热到60℃，恒温搅拌30min后，缓慢加入11份纳米γ-氧化铝和6份偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，高速搅拌4h，过滤洗涤干燥后即可制得相变储能集料。再将100份的水泥、70份相变储能集料、30份水和3份增强纤维共混，搅拌均匀后放入模具中压制即可制得相变储能型面层。DSC测得该相变储能型面层潜热值是42kJ/kg。
采用加入阻燃剂的聚苯泡沫板为保温板，采用酚醛树脂粘合剂将相变储能型面层粘合在保温板的两面，正反两面面层厚度相等，相变储能型面层厚度为10mm，聚苯板的厚度为100mm，即可制得相变储能型聚苯复合板。经测试，此复合板调温效率较高，在反复加热冷却1000个循环的情况下，没有出现石蜡渗漏和聚苯泡沫板破损腐蚀的现象，使用性能稳定。
Claims (13)
1.一种相变储能型保温复合板的制备方法，包括以下内容：将有机相变材料溶解在有机溶剂中，有机相变材料为石蜡、C14～C22的正构烷烃、C9～C18的高级脂肪酸及其酯类中的一种或多种；有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇中的任何一种；有机相变材料与有机溶剂的质量比为1:1～1:10；缓慢加入载体γ-氧化铝和偶联剂，偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-巯基丙基三甲氧基硅烷，γ-氧化铝与有机相变材料质量比为1:1～1:6，高速搅拌2～5h，使载体充分吸附有机相变材料，过滤洗涤干燥后制得相变储能集料；将相变储能集料、基体材料和水混合后，放入模具中压制即可制得相变储能型面层，相变储能型面层粘合于保温板表面即可制得相变储能型保温复合板。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：有机相变材料为18#石蜡、20#石蜡、25#石蜡、30#石蜡、45#石蜡、58#石蜡或硬脂酸正丁酯中的一种或多种。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：有机相变材料相变温度为18～60℃。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：将有机相变材料溶解在有机溶剂中，加热到30～80℃，恒温搅拌10～60min。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：γ-氧化铝为纳米级γ-氧化铝。
6.按照权利要求1或5所述的方法，其特征在于：γ-氧化铝与有机相变材料质量比为1:4～1:6。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：偶联剂与有机相变材料的质量比为1:3～1:10。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：基体材料为气硬性或水硬性的胶凝材料基体，基体材料与相变储能集料的质量比为1:1～4:1。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：相变储能型面层中加入添加剂，添加剂为增强纤维、缓凝剂、可分散乳胶粉或纤维素醚中的一种或几种，加入的添加剂与基体材料的质量比为1:20～1:200。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：水与基体材料的质量比为1:2～1:20。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：保温板为聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯板或酚醛泡沫板。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：粘结采用聚氨酯、组合聚醚、异氰酸酯、酚醛树脂、环氧树脂粘合剂中的任一种。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：相变储能型面层厚度为2mm～30mm，保温板厚度为20mm～120mm。
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