CN104169236A - 含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料及该土木建筑材料的制备方法，更详细地，通过在已选定的土木建筑材料的外表面附着固定微胶囊状的相变物质，以使在组合土木建筑材料中，能够使微胶囊状的相变物质保持均匀地混合在组合土木建筑材料中的状态，上述组合土木建筑材料是通过混合包含附着有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料的两种以上的土木建筑材料，是用于建筑物、道路及桥梁等建设的材料。

Description

含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料及该土木建筑材料的制备方法，更详细地，通过在已选定的土木建筑材料的外表面附着固定微胶囊状的相变物质，以使在组合土木建筑材料中，能够使微胶囊状的相变物质保持均匀地混合在组合土木建筑材料中的状态，上述组合土木建筑材料是通过混合包含附着有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料的两种以上的土木建筑材料，是用于建筑物、道路及桥梁等建设的材料。
背景技术
在本发明中，土木建筑材料是对具有代表性的沙子、水泥、石子、各种用于功能性改善的混合材、石膏及各种灰泥等涉及建设土木的个别构成材料的统称，组合土木建筑材料是对由上述土木建筑材料的组合而构成的具有代表性的干燥砂浆、预拌混凝土、混凝土、砂浆、石膏板、石膏砂浆、纤维板、镁板及水泥板等用于建设土木工程的构成物的统称。
为了建设住宅、铺设道路或建设桥梁等，作为代表性的组合土木建筑材料使用干燥砂浆或预拌混凝土、混凝土及沥青等，石膏板、石膏砂浆或镁板及纤维板、水泥板等耐火及绝热板等也广泛用作由组合土木建筑材料制备的产品。
这种组合土木建筑材料独立使用沙子、水泥、骨料、混合剂、石膏及灰泥等土木建筑材料，或者用作将两种以上的土木建筑材料以适当的比率进行混合而组成的组合土木建筑材料。
干燥砂浆作为代表性的组合土木建筑材料之一，不仅用于住宅或建筑物的地面等的施工，而且，为了将干燥砂浆用作装饰用、土木用等材料，以在混合了水泥、沙子及其他混合材等多个土木建筑材料后进行包装的方式来提供，在施工现场，只需按规定的比率仅配合水就能方便地使用，并且，预拌混凝土、混凝土是用于将由水泥、沙子、石子及混合材等多种材料组成的土木建筑材料与水进行混合后搭设于所需场所的材料。
为了利用这种干燥砂浆或预拌混凝土、混凝土等组合土木建筑材料来进行施工，以干混的方式对组成砂浆和混凝土的多个土木建筑材料进行混合，将加水后呈浆体状的砂浆和混凝土倒入所要搭设的场所，并均匀地摊开，所搭设的砂浆及混凝土在自然状态下干燥收缩，由此获得充分的强度，不会导致发生龟裂等。
一方面，近年来，在全球范围内正在尽最大的努力来防止在人类活动过程中排放的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)等由温室气体(Greenhouse Grass，GHG)而引起的全球变暖问题。
因此，作为全球层面的应对方案，1992年通过了《气候变化框架公约(UnitedNations Framework Convention On Climate Change，UNFCCC)》，各国制定符合自身的应对战略、相关政策等，一直以来做出了持续性的努力。作为气候变化框架公约的具体履行方案，在1997年发表了《京都协议书(KyotoProtocol)》之后，国际方面对温室气体减排的关注水平达到高潮，尤其，根据研究结果，在引起气候变化的主要原因的温室气体中，CO2引起的影响达到55％以上，显著高于其他因素产生的影响，因此，减少CO2的温室气体减排技术备受瞩目。
对此，在土木建筑材料部分，也基于有效的设备系统，在节能及CO2减排方案所需的建筑材质、材料及施工法的开发工作中做出了大量的努力，目前，基于这种开发结果的多个新技术目前以进入实用阶段。
在这种技术中，蓄热相关材料及技术会成为非常有效和创造性的技术。因此，在材料领域，虽然从20世纪80年代后期开始持续展开了利用具有蓄热及温度调节功能的创新性温度调节物质的相变材料(Phase Change Materials，PCM)的研究性努力，但就韩国国内而言，其水准还处于甚微的阶段。
观察当前的相变材料节能技术的发展趋势，大部分属于基于建筑物外装材料之类的结构体外在因素的相关技术。这种技术中的大部分在施工及维护管理方面存在不少问题，由此引起的经济性也成为问题。
以往，含有微胶囊状的相变物质(以下称之为“相变材料微胶囊”)的干燥砂浆的制备方法公开于韩国特许登录第10-0602717号。
根据上述现有技术，干燥相变材料微胶囊并制成粉末状后，混合干燥砂浆使用。
但是，在将以往的以粉末状制备的相变材料微胶囊与干燥砂浆或混凝土相混合的情况下，在搭设后收缩的期间内，混合在砂浆或混凝土中的相变材料微胶囊因比重的差异而向上层移动，导致集中分布，因此，出现搭设的地面翘起的现象，不仅导致压缩强度、附着强度及拉伸强度的降低，而且还会引起龟裂和水化热的不均衡等严重的问题。尤其，在为了实现以自重方式保持水平并形成平坦且耐久性优秀的底面而混合过量的水的地面用干燥砂浆的情况下，这种现象非常严重。
导致这种现象的原因如混凝土的情况，水泥具有约3.15的密度，沙子具有约2.6左右的密度，但相变材料微胶囊的比重为0.8至1.0左右，因此，在搭设之后实现收缩的期间内，相变材料微胶囊向上层浮上，而浮上的相变材料微胶囊在上部形成层，由此引起上述的问题。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，本发明的目的在于，提供能够节约能源、减少结露现象以及能够控制混凝土收缩时所发生的水化热的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料及该土木建筑材料的制备方法，本发明能够提供向一种以上的土木建筑材料投入浆体状的相变材料微胶囊并选择性地投入水泥、石膏或粘结剂，一边流动，一边实现充分的接触之后进行干燥，由此使相变材料微胶囊坚固地附着于土木建筑材料的表面，避免在搭设之后因比重差导致相变材料微胶囊移动并在砂浆或混凝土的上层上形成层，保持以均匀分散的方式混在的状态的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料。
并且，当制备石膏板、石膏砂浆、镁板及水泥板等各种板类组合土木建筑材料时，同样向一种以上的现有板类原材料投入浆体状的相变材料微胶囊，并选择性地投入石膏、水泥或粘结剂，一边流动，一边实现充分的接触之后进行干燥，由此使相变材料微胶囊坚固地附着于所选择的现有原材料成分，第一次制备含有与现有的原材料相似比重的相变材料微胶囊状的相变物质的各种板类原材料，并将上述板类原材料用于各种板类组合土木建筑材料的制备工序，由此能够消除当制备建筑用板类时，因比重的差异所产生的问题。
解决问题的手段
为了实现如上所述的目的，本发明的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，在选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的一种以上的土木建筑材料的外表面，固定附着有相变材料微胶囊。
并且，本发明的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料的制备方法，其特征在于，在选自包含沙子、水泥、石子、混合材、混合剂、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的一种以上的土木建筑材料中，投入浆体状的相变材料微胶囊，并混合水泥或粘结剂之后，一边流动，一边干燥，以使相变材料微胶囊附着固定在土木建筑材料的外表面。
发明的效果
本发明在土木建筑材料的外表面直接附着固定相变材料微胶囊，当搭设并收缩由多个土木建筑材料混合而制成的砂浆或预拌混凝土、混凝土等组合土木建筑材料时，避免因与土木建筑材料相分离的相变材料微胶囊之间的比重差而向上侧移动的相变材料微胶囊形成层，由此能够防止因相变材料微胶囊层的形成而产生的地面的翘起或压缩强度、附着强度及拉伸强度的低下，能够防止龟裂，并且，能够通过相变材料微胶囊的均匀的分散，来提高热效果。
并且，当制备石膏板、石膏砂浆等轻量的建材时，通过向其中的一种以上材料投入浆体状的相变材料微胶囊并进行混合及干燥来实现附着固定，因此，能够解决当制备这种轻量的建材时的因比重差会导致出现的制备上的问题。
尤其，在为了将相变材料微胶囊附着于土木建筑材料而执行的干燥过程中，通过将制备微胶囊时所使用的表面活性剂作为高分子粘结剂，来获得能够显著节约建材的制备成本的经济效果。
附图说明
图1为本发明的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料的剖视图。
具体实施方式
根据本发明的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料1，在选自包含沙子、水泥、骨料及用作特性改善剂的混合材、石膏及灰泥等的一种以上的土木建筑材料中，投入浆体状的相变材料微胶囊2并进行混合之后，通过干燥以使相变材料微胶囊2能够坚固地附着在所选择的土木建筑材料1的表面。
此时，若所选择的上述土木建筑材料1并非水泥，则只要将作为建筑、土木的代表性结合固化剂的适当量的水泥或石膏一起混合在其中，就能够将相变材料微胶囊更加坚固地附着在土木建筑材料1的表面。并且，根据需要，能够使用投入粘结剂的方法。
根据实施例，在选定为土木建筑材料1的沙子中，投入固体成分的含量为1重量百分比至80重量百分比的浆体状的相变材料微胶囊，优选地，投入固体成分含量为30重量百分比至60重量百分比的浆体状的相变材料微胶囊，并进行混合和干燥，由此能够获得相变材料微胶囊附着于外表面的沙子。
此时，所投入的浆体状的相变材料微胶囊的量能够根据使用目的来适当地进行调节。
一方面，上述浆体状的相变材料微胶囊，根据词典上的意义，表示具有流动性的固体和液体的混合物，为了符合本发明，优选地，当制备微胶囊时，不应减少所使用的高分子表面活性剂，以便因下述的理由而增加与土木建筑材料之间的附着力，并且，为了实现与土木建筑材料之间的均匀的分散性和提高个别的附着力，必须具有流动性。优选地，为了具有流动性，应使相变材料微胶囊本身的固体成分保持在60％以下。为了提高固体成分而在制备微胶囊之后使用压滤机进行脱水的处理方法，由于会减少大多数高分子表面活性剂，且导致流动性消失，因此，并不符合本发明的宗旨。
并且，在将浆体状的相变材料微胶囊与上述土木建筑材料相混合之后执行的干燥过程中，通过保持30℃至500℃的温度范围，能够防止相变材料微胶囊的受损。
上述干燥能够采用利用干燥炉的高温干燥方式或保持真空的低温干燥方式，上述干燥通常能够通过直接利用水泥或干燥砂浆及预拌混凝土、混凝土等现有制备过程中所具有的干燥工序或追加设备或略微的变形，在没有其他追加费用的情况下使相变材料微胶囊得以干燥，由此实现附着。
此时，相混合的土木建筑材料和浆体状的相变材料微胶囊一边持续保持流动状态，一边在流入到以30℃至500℃的温度范围内运转的干燥炉后也继续保持流动状态，由此，能够使与所选择的粘结剂相混合的相变材料微胶囊在没有凝结的情况下均匀地附着固定在土木建筑材料的外表面。
在该干燥过程中，制备微胶囊时为了赋予乳化的稳定性而作为必要成分用于浆体状的相变材料微胶囊中的高分子的表面活性剂，经过脱水、干燥过程后能够作为高分子粘结剂而使得相变材料微胶囊坚固地附着固定在建设材料的外表面。通过这种机理，能够使用现有的微胶囊的乳化剂作为粘结剂。如现有技术，在仅干燥浆体状的微胶囊并制备成粉末状后投入到土木建筑材料的情况下，由于以微胶囊的单独自身比重的粉末的方式制备并投入，因此，当与大部分的土木建筑材料相混合时，因大的比重之差而产生无法制备组合土木建筑材料的严重问题，并且，未将浆体状的相变材料微胶囊附着于土木建筑材料中的任意一种而直接投入的情况下，同样在被收缩前或在与板类等组合土木建筑材料的制备工序中的流动状态下，产生因与大部分的土木建筑材料之间的大的比重之差而导致仅有相变材料微胶囊分离的严重问题。
本发明提供能够制备组合土木建筑材料的方法，根据上述能够制备组合土木建筑材料的方法，通过由制备微胶囊时所使用的高分子表面活性剂起到粘结剂的作用，或者通过选择性地追加水泥或石膏或粘结剂作为结合剂，将相变材料微胶囊坚固地附着于选自作为主材的土木建筑材料中的一种材料的外表面，并使相变材料微胶囊的比重与作为主材的土木建筑材料的现有比重几乎相同，由此制备出均匀地含有干燥砂浆或预拌混凝土、石膏板等相变材料微胶囊的组合土木建筑材料，同时，本发明在利用浆体状态的相变材料微胶囊的情况下，不需要实施额外的相变材料微胶囊的干燥过程，通过利用现有土木建筑材料的干燥过程，来实现成本节约的效果。
更详细地，当制备相变材料微胶囊时，为了赋予聚合过程的乳化稳定性，可使用乙烯丙烯酸共聚物、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯马来酸共聚物、乙烯马来酸共聚物、聚乙烯醇及乙烯丙烯酸共聚物等具有10000至800000左右的分子量的高分子乳化剂用于相变材料微胶囊，这作为同时具有亲水性部分和疏水性部分的高分子表面活性剂，能够形成当制备微胶囊时可提供粒子稳定化和聚合场所的聚合体(aggregate)，同时还可以起到静电稳定化作用，并且，能够选择性地使用该领域公知的表面活性剂。
这种高分子表面活性剂还可在相变材料微胶囊粒子的干燥过程期间内通过脱水吸附于作为土木建筑材料的沙子、水泥、骨料及混合材等表面，或者可通过移接(grafting)来作为高分子粘结剂而发挥强附着力。
并且，如上所述，根据需要，可追加现有通常公知的水溶性或油溶性的粘结剂。大部分具有高分子性质，相接合的粘结剂的结合力取决于粘结剂的凝聚力和作用于粘结表面的粘结剂分子和化学剂分子之间的结合力，而若粘附剂分子和粘结剂分子进行共价键合，则获得强的结合力，并且，如同范德华力的二次键合或环氧树脂类的粘结剂，可形成基于氢键的粘结。
作为这种粘结剂的种类，可选择环氧树脂类、苯酚树脂类、聚醋酸乙烯类、聚酰胺类、聚乙烯醇类、硅树脂类、聚氨酯类、碘树脂类、三聚氰胺树脂类、聚烯烃类及橡胶类等通常公知的材料，而对于这种粘结剂并没有特殊限制。
能够以混合两种以上的经如上所述的处理来制备的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料的方式制备干燥砂浆或预拌混凝土、混凝土或铺路用沥青骨料或石膏板、石膏砂浆、镁板、纤维板及水泥板等组合土木建筑材料，而对于以混合土木建筑材料的方式制备的组合土木建筑材料并没有特殊限制。
相变材料作为相变物质，也能表现为潜热或蓄热物质，相变材料表示在规定温度范围内一边从膏状变成液状或从液状变成膏状，一边吸收或释放大量热能(潜热)的物质，因此，它能够是包括水的各种类型的物质，但在本发明中能够使用具有这种物性的任意物质，能够使用石蜡、酯等熔融温度约-20℃～90℃的物质，对此并没有特殊限定。
能够用于本发明的相变物质包括各种有机物质及无机物质。虽不受限制，但作为相关例，有碳氢化合物类(直链或支链烷烃或石蜡类碳氢化合物等)、水合盐类(氯化钙六水合物、氟化钾四水合物、铵明矾)、蜡类、油类、脂肪酸类、复合脂肪酸酯类、伯醇类、芳香族化合物、无水物类(硬脂酸无水物等)、多元醇(乙二醇、丙二醇、三甲基丙烷等)、高分子类(聚乙烯、聚乙二醇、聚丙烯、聚酯类、聚丙烯酸酯共聚物、聚乙二醇等)。
作为用于涂敷相变物质的表面的相变材料微胶囊的壁材，能够利用通常能够用作微胶囊的壁材的任意高分子，但可以利用选自包含三聚氰胺树脂、尿素树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚乙烯、聚酯、聚乙烯醇及明胶等的组中的至少一种高分子。

Claims (18)

1.一种含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，在选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的一种以上的土木建筑材料的外表面固定附着有相变材料微胶囊。
2.根据权利要求1所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，以浆体状供给的上述相变材料微胶囊以均匀分布的方式与土木建筑材料相配合，并被投入到以30℃至500℃的温度范围运转的干燥炉进行干燥。
3.根据权利要求1所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，以浆体状供给的上述相变材料微胶囊以以均匀分布的方式与土木建筑材料相配合，在流入到以30℃至500℃的温度范围运转的干燥炉后，一边保持流动搅拌状态，一边使上述相变材料微胶囊附着于土木建筑材料的外表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，在选自上述土木建筑材料组中的土木建筑材料为沙子、石子、混合材、骨料、灰泥、纤维及镁中的一种以上的情况下，作为结合剂添加水泥、石膏或粘结剂混合而成。
5.根据权利要求2或3所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，上述相变材料微胶囊的固体成分的含量为1重量百分比至55重量百分比。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在水泥、混合材及沙子中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的干燥砂浆制备用的水泥、混合材及沙子。
7.根据权利要求4所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在水泥、混合材及沙子中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的干燥砂浆制备用的水泥、混合材及沙子。
8.根据权利要求5所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在水泥、混合材及沙子中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的干燥砂浆制备用的水泥、混合材及沙子。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在水泥、沙子、石子、混合材及骨料中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的预拌混凝土、混凝土制备用的水泥、沙子、石子、混合材及骨料。
10.根据权利要求4所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在水泥、沙子、石子、混合材及骨料中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的预拌混凝土、混凝土制备用的水泥、沙子、石子、混合材及骨料。
11.根据权利要求5所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在水泥、沙子、石子、混合材及骨料中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的预拌混凝土、混凝土制备用的水泥、沙子、石子、混合材及骨料。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在石膏、镁、水泥、石子、混合材、骨料、灰泥及纤维中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的板制备用的石膏、镁、水泥、石子、混合材、骨料、灰泥及纤维。
13.根据权利要求4所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在石膏、镁、水泥、石子、混合材、骨料、灰泥及纤维中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的板制备用的石膏、镁、水泥、石子、混合材、骨料、灰泥及纤维。
14.根据权利要求5所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在石膏、镁、水泥、石子、混合材、骨料、灰泥及纤维中的一种以上的外表面固定附着有相变材料微胶囊的板制备用的石膏、镁、水泥、石子、混合材、骨料、灰泥及纤维。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、混合剂、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在土木建筑材料的外表面固定附着有相变材料微胶囊的与铺路用沥青相混合的骨料。
16.根据权利要求4所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、混合剂、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在土木建筑材料的外表面固定附着有相变材料微胶囊的与铺路用沥青相混合的骨料。
17.根据权利要求5所述的含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料，其特征在于，选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的土木建筑材料是在外表面固定附着有相变材料微胶囊的与铺路用沥青相混合的骨料。
18.一种含有微胶囊状的相变物质的土木建筑材料的制备方法，其特征在于，在选自包含沙子、水泥、石子、混合材、石膏、骨料、灰泥、纤维及镁的土木建筑材料组中的一种以上的土木建筑材料中，投入浆体状的相变材料微胶囊，并混合水泥或粘结剂后，一边流动，一边干燥，以使相变材料微胶囊附着固定在土木建筑材料的外表面。
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