CN105368245A - 一种相变储能调温内墙涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种相变储能调温内墙涂料及其制备方法。该涂料由以下质量分数的组分组成：相变微胶囊乳液50~70%，钛白粉5~15%，煅烧高岭土2~8%，气相二氧化硅1~3%，聚丙烯酸钠0.5~2.5%，醇酯十二0.5~2%，有机硅消泡剂0.5~1%，余量为水。本发明采用聚丙烯酰胺和聚乙烯醇对相变微胶囊的壳体材料三聚氰胺甲醛树脂进行改性，提高了壳体的柔韧性，使得相变微胶囊乳液可以作为成膜物质，提高了涂料中相变材料的含量。与现有技术相比，涂料相变焓较高，调温控温效果更好。

Description

一种相变储能调温内墙涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种利用相变储能调节室内温度的内墙涂料及其制备方法。

背景技术

地球能源日趋枯竭，全球能源危机日益加剧，节约能源、有效利用能源变得尤为重要。目前，我国建筑能耗约占社会总能耗的1/3，并呈逐年增加的趋势。因此，研发与应用既能降低建筑能耗，又能保证室内舒适度的新型节能建筑材料势在必行。

相变材料（PCM）是一种能够吸收或释放潜热的功能材料，在建筑节能领域具有良好的发展前景。与传统的保温墙体材料不同，相变材料应用于建筑中不仅仅起到保温的作用，还能够通过高温吸热、低温放热来实现能源的储存和循环利用，将室内温度维持在一个舒适的温度范围内。相变材料在建筑节能上的应用已成为行业研究热点。

相变材料根据化学组成成分，可以无机相变材料和有机相变材料两大类。无机相变材料主要是结晶水合盐类，有机相变材料主要是石蜡、脂肪酸和多元醇等。由于无机相变材料存在过冷和相分离现象，应用受到限制，因此建筑材料中首选还是有机相变材料。目前研究较多并且可行的是固-液相变材料，但在实际应用中要解决其封装问题。公告号CN101139472B和公开号CN105062241A的专利文献分别报道了采用多孔材料浸渍吸附相变材料的方法，但浸渍吸附是不稳定的，仍然存在相变材料析出的问题。技术人员更倾向于采用微胶囊技术对相变材料进行封装。如公告号CN101659816B、CN102268222B、CN102352159B、公开号CN102391770A、CN102585639A、CN104312305A、CN104559508A、CN104817914A等专利文献分别报道了一种采用相变微胶囊作为功能填料的保温涂料。然而，相变微胶囊作为一种功能填料加入涂料中，添加量较少，相变材料在涂层中的含量大多不到10%，换热效率较低，涂料调温控温效果不明显，高含量的相变微胶囊又会导致涂料开裂等技术问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用相变微胶囊乳液作为成膜物质的新型内墙涂料及其制备方法，旨在提高相变材料含量，解决现有技术中涂料调温控温效果差的问题。

本发明提出的一种相变储能调温内墙涂料是由以下质量分数的组分组成：相变微胶囊乳液50~70%，钛白粉5~15%，煅烧高岭土2~8%，气相二氧化硅1~3%，聚丙烯酸钠0.5~2.5%，醇酯十二0.5~2%，有机硅消泡剂0.5~1%，余量为水。

所述相变微胶囊乳液按如下步骤制备：

步骤一、按质量份数将10份三聚氰胺、30~60份37%甲醛水溶液与10~30份去离子水配成混合溶液，用三乙醇胺调节溶液pH值到9~10，升温至60~70℃，反应30~45min，再加入5~10份聚丙烯酰胺，反应30~45min，制得预聚体；

步骤二、将8~15份苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）加入100~200份去离子水中，加热搅拌溶解，再加入80~120份石蜡，用高剪切乳化机以转速5000~12000rpm乳化10~30min，制得石蜡乳液；

步骤三、维持石蜡乳液温度60~80℃，用柠檬酸调节pH值到3~5，边搅拌边滴加预聚体，搅拌速度1000~1500rpm，滴加20~30min，滴加完后反应30~45min，加入5~10份聚乙烯醇，继续反应1~2h，冷却，用三乙醇胺调节pH值到8~9，制得相变微胶囊乳液。

所述石蜡是正十六烷至正二十烷中的一种或几种的混合物。

所述相变储能调温内墙涂料的制备方法如下：

按比例称取原料，在反应釜中加入部分水，开启搅拌，依次加入有机硅消泡剂、气相二氧化硅、聚丙烯酸钠，搅拌速度300~500rpm，搅拌5~10min；再将搅拌速度升至1000~1500rpm，搅拌5~10min；再依次加入钛白粉、煅烧高岭土和部分水，搅拌20~30min；搅拌速度降至600~800rpm，加入醇酯十二、相变微胶囊乳液和剩余的水，搅拌30~45min，即得相变储能调温内墙涂料。

对所述相变储能调温内墙涂料的调温性能按照行业标准《TC/T2111-2012建筑材料相变调温性能测试方法》进行。

由于三聚氰胺甲醛树脂脆性大，作为成膜物质涂层极易发裂；以三聚氰胺甲醛树脂为壳体的相变微胶囊作为功能填料，在高含量时也会导致涂层开裂。本发明采用聚丙烯酰胺和聚乙烯醇对相变微胶囊的壳体材料三聚氰胺甲醛树脂进行改性，提高了壳体的柔韧性，解决了以三聚氰胺甲醛树脂为壳体的相变微胶囊乳液作为成膜物质导致涂料开裂的问题。与现有技术相比，本发明提高了涂料中相变材料的含量，相变焓较高，调温控温效果更好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解的是，此处所述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而不用于限定本发明。

实施例1

一种相变储能调温内墙涂料，由以下质量分数的组分组成：相变微胶囊乳液70%，钛白粉9%，煅烧高岭土2%，气相二氧化硅1%，聚丙烯酸钠0.6%，醇酯十二1.8%，有机硅消泡剂0.8%，水14.8%。

相变微胶囊乳液按如下步骤制备：

步骤一、按质量份数将10份三聚氰胺、30份37%甲醛水溶液与10份去离子水配成混合溶液，用三乙醇胺调节溶液pH值到9~10，升温至60℃，反应30min，再加入5份聚丙烯酰胺，反应30min，制得预聚体；

步骤二、将8份苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）加入120份去离子水中，加热搅拌溶解，再加入80份石蜡，用高剪切乳化机以转速5000rpm乳化10min，制得石蜡乳液；

步骤三、维持石蜡乳液温度60℃，用柠檬酸调节pH值到3~5，边搅拌边滴加预聚体，搅拌速度1000rpm，滴加20min，滴加完后反应30min，加入8份聚乙烯醇，继续反应1h，冷却，用三乙醇胺调节pH值到8~9，制得相变微胶囊乳液。

相变储能调温内墙涂料的制备方法如下：

按比例称取原料，在反应釜中加入8份水，开启搅拌，依次加入有机硅消泡剂、气相二氧化硅、聚丙烯酸钠，搅拌速度500rpm，搅拌5min；再将搅拌速度升至1500rpm，搅拌10min；再依次加入钛白粉、煅烧高岭土和5份水，搅拌20min；搅拌速度降至800rpm，加入醇酯十二、相变微胶囊乳液和剩余的3.8份水，搅拌45min，即得相变储能调温内墙涂料。

本实施方式制得的相变储能调温内墙涂料相变温度为26~28℃，相变焓为89.2J/g。

实施例2

一种相变储能调温内墙涂料，由以下质量分数的组分组成：相变微胶囊乳液60%，钛白粉8%，煅烧高岭土4%，气相二氧化硅2%，聚丙烯酸钠2%，醇酯十二1%，有机硅消泡剂1%，水22%。

相变微胶囊乳液按如下步骤制备：

步骤一、按质量份数将10份三聚氰胺、60份37%甲醛水溶液与30份去离子水配成混合溶液，用三乙醇胺调节溶液pH值到9~10，升温至70℃，反应30min，再加入10份聚丙烯酰胺，反应30min，制得预聚体；

步骤二、将15份苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）加入180份去离子水中，加热搅拌溶解，再加入120份石蜡，用高剪切乳化机以转速12000rpm乳化20min，制得石蜡乳液；

步骤三、维持石蜡乳液温度65℃，用柠檬酸调节pH值到3~5，边搅拌边滴加预聚体，搅拌速度1500rpm，滴加30min，滴加完后反应45min，加入10份聚乙烯醇，继续反应2h，冷却，用三乙醇胺调节pH值到8~9，制得相变微胶囊乳液。

相变储能调温内墙涂料的制备方法如下：

按比例称取原料，在反应釜中加入12份水，开启搅拌，依次加入有机硅消泡剂、气相二氧化硅、聚丙烯酸钠，搅拌速度500rpm，搅拌5min；再将搅拌速度升至1500rpm，搅拌10min；再依次加入钛白粉、煅烧高岭土和5份水，搅拌20min；搅拌速度降至800rpm，加入醇酯十二、相变微胶囊乳液和剩余的5份水，搅拌30min，即得相变储能调温内墙涂料。

本实施方式制得的相变储能调温内墙涂料相变温度为23~25℃，相变焓为81.7J/g。

实施例3

一种相变储能调温内墙涂料，由以下质量分数的组分组成：相变微胶囊乳液50%，钛白粉12%，煅烧高岭土4%，气相二氧化硅3%，聚丙烯酸钠2.5%，醇酯十二0.8%，有机硅消泡剂0.8%，水26.9%。

相变微胶囊乳液按如下步骤制备：

步骤一、按质量份数将10份三聚氰胺、50份37%甲醛水溶液与20份去离子水配成混合溶液，用三乙醇胺调节溶液pH值到9~10，升温至60℃，反应45min，再加入8份聚丙烯酰胺，反应45min，制得预聚体；

步骤二、将12份苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）加入120份去离子水中，加热搅拌溶解，再加入100份石蜡，用高剪切乳化机以转速12000rpm乳化15min，制得石蜡乳液；

步骤三、维持石蜡乳液温度70℃，用柠檬酸调节pH值到3~5，边搅拌边滴加预聚体，搅拌速度1200rpm，滴加30min，滴加完后反应20min，加入6份聚乙烯醇，继续反应1.5h，冷却，用三乙醇胺调节pH值到8~9，制得相变微胶囊乳液；

相变储能调温内墙涂料的制备方法如下：

按比例称取原料，在反应釜中加入16份水，开启搅拌，依次加入有机硅消泡剂、气相二氧化硅、聚丙烯酸钠，搅拌速度500rpm，搅拌10min；再将搅拌速度升至1500rpm，搅拌10min；再依次加入钛白粉、煅烧高岭土和6份水，搅拌30min；搅拌速度降至800rpm，加入醇酯十二、相变微胶囊乳液和剩余的4.9份水，搅拌30min，即得相变储能调温内墙涂料。

本实施方式制得的相变储能调温内墙涂料相变温度为22~24℃，相变焓为78.7J/g。

实施例4

一种相变储能调温内墙涂料，由以下质量分数的组分组成：相变微胶囊乳液60%，钛白粉6%，煅烧高岭土8%，气相二氧化硅2%，聚丙烯酸钠1.5%，醇酯十二2%，有机硅消泡剂0.6%，水19.9%。

相变微胶囊乳液按如下步骤制备：

步骤一、按质量份数将10份三聚氰胺、50份37%甲醛水溶液与20份去离子水配成混合溶液，用三乙醇胺调节溶液pH值到9~10，升温至60℃，反应30min，再加入6份聚丙烯酰胺，反应45min，制得预聚体；

步骤二、将12份苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）加入120份去离子水中，加热搅拌溶解，再加入100份石蜡，用高剪切乳化机以转速10000rpm乳化15min，制得石蜡乳液；

步骤三、维持石蜡乳液温度70℃，用柠檬酸调节pH值到3~5，边搅拌边滴加预聚体，搅拌速度1200rpm，滴加30min，滴加完后反应20min，加入10份聚乙烯醇，继续反应2h，冷却，用三乙醇胺调节pH值到8~9，制得相变微胶囊乳液。

相变储能调温内墙涂料的制备方法如下：

按比例称取原料，在反应釜中加入12份水，开启搅拌，依次加入有机硅消泡剂、气相二氧化硅、聚丙烯酸钠，搅拌速度500rpm，搅拌10min；再将搅拌速度升至1500rpm，搅拌10min；再依次加入钛白粉、煅烧高岭土和5份水，搅拌20min；搅拌速度降至800rpm，加入醇酯十二、相变微胶囊乳液和剩余的2.9份水，搅拌45min，即得相变储能调温内墙涂料。

本实施方式制得的相变储能调温内墙涂料相变温度为24~26℃，相变焓为84.9J/g。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制。对本领域普通技术人员来说，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种相变储能调温内墙涂料，其特征在于，所述涂料是由以下质量分数的组分组成：相变微胶囊乳液50~70%，钛白粉5~15%，煅烧高岭土2~8%，气相二氧化硅1~3%，聚丙烯酸钠0.5~2.5%，醇酯十二0.5~2%，有机硅消泡剂0.5~1%，余量为水。

2.如权利要求1所述的相变储能调温内墙涂料，其特征在于，所述相变微胶囊乳液按如下步骤制备：

步骤一、按质量份数将10份三聚氰胺、30~60份37%甲醛水溶液与10~30份去离子水配成混合溶液，用三乙醇胺调节溶液pH值到9~10，升温至60~70℃，反应30~45min，再加入5~10份聚丙烯酰胺，反应30~45min，制得预聚体；

步骤二、将8~15份苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）加入100~200份去离子水中，加热搅拌溶解，再加入80~120份石蜡，用高剪切乳化机以转速5000~12000rpm乳化10~30min，制得石蜡乳液；

步骤三、维持石蜡乳液温度60~80℃，用柠檬酸调节pH值到3~5，边搅拌边滴加预聚体，搅拌速度1000~1500rpm，滴加20~30min，滴加完后反应30~45min，加入5~10份聚乙烯醇，继续反应1~2h，冷却，用三乙醇胺调节pH值到8~9，制得相变微胶囊乳液。

3.如权利要求1所述的相变储能调温内墙涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按比例称取原料，在反应釜中加入部分水，开启搅拌，依次加入有机硅消泡剂、气相二氧化硅、聚丙烯酸钠，搅拌速度300~500rpm，搅拌5~10min；再将搅拌速度升至1000~1500rpm，搅拌5~10min；再依次加入钛白粉、煅烧高岭土和部分水，搅拌20~30min；搅拌速度降至600~800rpm，加入醇酯十二、相变微胶囊乳液和剩余的水，搅拌30~45min，即得相变储能调温内墙涂料。