CN106010456A - 一种用于建筑节能的相变储能粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于建筑节能的相变储能粉及其制备方法，涉及建筑节能材料领域，其特征是含有防过冷剂并经螺杆挤压包覆的粉末型储能材料，由80‑85份相变材料，2‑3份活性剂，0.1‑0.3份防过冷剂，8‑12份包裹剂，1‑2份导热剂，0.5‑1份稳定剂，2‑3份阻燃剂按重量份制备而成；该相变储能粉储能密度高、无过冷现象、阻燃、与大部分建筑材料相容性极佳，可以大量添加而不影响建筑材料的强度，适用于混凝土、砂浆、腻子、涂料等。
Description
技术领域
本发明涉及建筑节能材料领域，具体涉及一种用于建筑节能的相变储能粉及其制备方法。
背景技术
我国是能源消耗大国，建筑能源消耗量占社会能源总消耗量已由上世纪70年代末的10%，激增到2015年的35%。每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高耗能建筑；既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。随着我国城市化和房地产业的高速发展，环境保护、资源利用、能源供应方面的压力也日益增大。走建筑节能之路，是我国乃至世界建筑的必然发展趋势。
现阶段我国采用的室内建筑节能方法主要是减缓热传递的保温方式，如采用玻璃棉保温、岩棉保温、聚苯乙烯塑料泡沫保温、发泡聚氨酯保温等。这种保温形式的能量最终会流失，尽管我们在建筑节能材料的研究方面进行了不断的改进和完善，但始终难以满足高效节能的要求。因此，开发新型的建筑节能材料成为人类解决能源危机最为迫切的课题。
相变材料成为解决建筑节能的最佳材料。相变材料（Phase Change Material-PCM）是指随温度变化而改变相态并能提供潜热的物质。物质在发生相态变化的过程中伴随着潜热的吸收与释放，利用此类相变材料可以实现热能的存储与释放，从而使能量循环利用。相变材料在建筑体系中，可以主动吸收环境中的热量，当环境温度低于其相变温度时，再将热量释放出来，如此能量往复循环起到节能保温的作用。相比传统的保温节能方式，其节能效率大幅提高。
目前，相变材料作为一种新型节能材料，在混凝土、墙板、石膏板、地板、天花板、腻子、涂料等中开始使用。大幅度减少了建筑物内用于制冷/制热所需的能耗，节能效果远远优于传统的保温隔热材料。但在实际应用过程中，相变材料往往不能直接使用，目前大多数实用性的相变储能材料，包括结晶水合盐以及一些有机化合物(如石蜡、脂肪酸等)，是利用物质的固-液相转变方式实现能量的贮存和释放。由于固-液相转变材料在相变化过程中会出现液体状态，因此存在着过冷、相分离、储能稳定性差、影响建筑材料强度等缺点。由于相变材料是一种相态随温度变化而变化的材料，不断发生固-液相的转变，在建筑材料中使用时适应性较差。特别是出现析出、渗漏等造成建筑材料性能的劣化。因而出现了一种复合性的定型相变材料，它是通过一定的基体材料将固液相变材料包覆或网络在基体结构中，从而表现为一种定型的相变材料。如目前已有将相变材料通过吸附、包裹等定型处理后用于建筑材料，来克服析出渗漏造成的影响。公开号CN102408877A的专利公开了将石蜡或十二烷醇与载体材料高密度聚乙烯复合；公开号CN101139472A的专利公开了一种相变储能复合涂料及其制备方法，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；公开号CN1513938A的专利公开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。
上述所报道的相变材料都是具有稳定形态的相变材料，是适用于建筑节能领域的较好节能材料。但目前这些材料的储能性能、过冷、耐火性能，以及与其它建筑材料间的相容性等方面尚不能令人满意。相变材料的定型由于采用大量的载体，易造成相变复合材料储能密度降低，势必造成需要添加更多的相变材料，而现有技术的相变材料在高添加量时会造成建筑材料性能的劣化。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供一种相变储能粉，用于建筑节能以克服目前此类材料的上述缺点，该相变储能粉储能密度高、无过冷现象、阻燃、与大部分建筑材料相容性极佳，可以大量添加而不影响建筑材料的强度，适用于混凝土、砂浆、腻子、涂料等建筑材料和装饰材料。在此基础上，本发明还提供所述相变储能粉的制备方法。
为解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种用于建筑节能的相变储能粉，其特征是含有防过冷剂并经螺杆挤压包覆的粉末型储能材料，由如下重量份的原料制备而成：
相变材料 80-85份，
活性剂 2-3份，
防过冷剂 0.1-0.3份，
包裹剂 8-12份，
导热剂 1-2份，
稳定剂 0.5-1份，
无机阻燃剂 2-3份，
其中，所述的相变材料为六水氯化钙、十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、三水乙酸钠中的至少一种；所述的防过冷剂为硼酸钠、偏铝酸钠、焦锑酸钾中的至少一种；所述的活性剂为甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸甘油酯、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种；所述的包裹剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚己内酯、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、松香中的至少一种；所述相变储能粉，由如下方法制备而得：
（1）相变材料的表面改性：将80-85重量份的相变材料、0.1-0.3重量份的防过冷剂、2-3重量份的活性剂研磨均匀，得到改性相变材料；
（2）挤压包覆：将步骤（1）得到的改性相变材料与8-12重量份的包裹剂、1-2重量份的导热剂、0.5-1重量份的稳定剂在高速混合机中分散均匀，然后送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区50℃~60℃；四至六区6℃~80℃；七至九区50℃~60℃；十区40℃；螺杆转速为50~100r/min；物料由一区进入经挤压包覆后从十区出料口排除，相变材料没有完全熔融，以粉末态被包裹剂包覆，得到粉状或颗粒状相变储能材料；
（3）研磨复合：将步骤（2）得到的相变储能材料与2-3重量份阻燃剂在研磨机中分散研磨，使阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，并过筛得到相变储能粉。
优选的，所述导热剂为铝粉、铜粉、铁粉、石墨粉中的至少一种。
优选的，所述稳定剂可以根据产品的使用用途和需要，选择使用具有不同稳定性能的成分。对于本发明所涉及的建筑材料而言，例如至少选则包括常用的二碱式硬脂酸铅、月桂酸钡、二乙酸正丁基锡、抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP在内的热稳定剂和抗氧剂中的一种或多种。
优选的，所述阻燃剂为磷酸酯、含卤磷酸酯、聚磷酸铵、硼酸锌、红磷、氢氧化镁、氢氧化铝中的至少一种。
优选的，所述阻燃剂为纤维状氢氧化镁、氢氧化铝中的至少一种。其不但起阻燃作用，而且通过研磨后该阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，从而改善与相变储能粉与建筑材料的相容性。
一种如上述相变储能粉的制备方法，其具体制备方法如下：
（1）相变材料的表面改性：将80-85重量份的相变材料、0.1-0.3重量份的防过冷剂、2-3重量份的活性剂研磨均匀，得到改性相变材料；
（2）挤压包覆：将步骤（1）得到的改性相变材料与8-12重量份的包裹剂、1-2重量份的导热剂、0.5-1重量份的稳定剂在高速混合机中分散均匀，然后送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区50℃~60℃；四至六区6℃~80℃；七至九区50℃~60℃；十区40℃；螺杆转速为50~100r/min；物料由一区进入经挤压包覆后从十区出料口排除，相变材料没有完全熔融，以粉末态被包裹剂包覆，得到粉状或颗粒状相变储能材料；
（3）研磨复合：将步骤（2）得到的相变储能材料与2-3重量份阻燃剂在研磨机中分散研磨，使阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，并过筛得到相变储能粉。
优选的，所述的螺杆挤出机优选为同向双螺杆挤出机。经螺杆强剪切挤压，使聚合物直接包覆粉状相变材料得到从而使相变材料定型。
优选的，所述的螺杆挤出机优选为单螺杆挤出机。
本发明提供一种相变储能粉，采用高储能密度的无机水合盐为相变材料，通过交联防过冷解决了水合盐的过冷缺陷，进一步利用螺杆挤出机挤压包覆使相变材料表面裹覆一层导热薄膜，解决了相变材料的渗漏、导热不良的缺陷。特别是通过研磨复合，将阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，从而改善了阻燃性并提升了相变储能粉与建筑材料的相容性。从而极大地拓宽了相变储能粉的适应范围。在混凝土、砂浆、腻子、涂料等加水体系中该相变储能粉具有良好的分散性。
本发明一种用于建筑节能的相变储能粉，与现有技术相比突出的特点和有益的效果在于：
1、本发明用于建筑节能的相变储能粉采用交联防过冷剂解决了无机相变材料过冷现象，储能密度超过150KJ/kg。
2、本发明用于建筑节能的相变储能粉利用螺杆挤出机挤压包覆使相变材料表面裹覆一层导热薄膜，解决了相变材料的渗漏、导热不良的缺陷。
3、将阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，从而改善了阻燃性并提升了相变储能粉与建筑材料的相容性。从而极大地拓宽了相变储能粉的适应范围。在混凝土、砂浆、腻子、涂料中作为填料直接加入使用。
4、本发明用于建筑节能的相变储能粉采用常规廉价的无机相变材料，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）相变材料的表面改性：将40重量份的六水氯化钙、45重量份的十水硫酸钠相变材料、0.1重量份的偏铝酸钠、2重量份的甘油脂肪酸酯细化成粒径小于2μm的粉体，得到改性相变材料；
（2）挤压包覆：将步骤（1）得到的改性相变材料与12重量份的乙烯-醋酸乙烯共聚物、2重量份的铝粉、0.5重量份的抗氧剂1010在高速混合机中分散均匀，然后送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区50℃~60℃；四至六区6℃~80℃；七至九区50℃~60℃；十区40℃；螺杆转速为50~100r/min；物料由一区进入经挤压包覆后从十区出料口排除，相变材料没有完全熔融，以粉末态被包裹剂包覆，使乙烯-醋酸乙烯共聚物包覆相变材料，得到颗粒状相变储能材料；
（3）研磨复合：将步骤（2）得到的相变储能材料与2重量份聚磷酸铵、1重量份氢氧化镁纤维在研磨机中分散研磨，使阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，并过筛得到相变储能粉。
采用DSC 曲线测试，升温速率5℃/min，测出相变储能粉的储能密度为165KJ/kg，与水泥砂浆相容性良好无离析。
实施例2
（1）相变材料的表面改性：将50重量份的十二水磷酸氢二钠、30重量份的三水乙酸钠、0.2重量份的硼酸钠防过冷剂、3重量份的钛酸酯偶细化成粒径小于2μm的粉体，得到改性相变材料；
（2）挤压包覆：将步骤（1）得到的改性相变材料与10重量份的聚丙烯蜡、1重量份的导热剂石墨粉、0.8重量份的月桂酸钡稳定剂在高速混合机中分散均匀，然后送入双螺杆螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区50℃~60℃；四至六区6℃~80℃；七至九区50℃~60℃；十区40℃；螺杆转速为50~100r/min；物料由一区进入经挤压包覆后从十区出料口排除，相变材料没有完全熔融，以粉末态被包裹剂包覆，使聚丙烯蜡包覆相变材料，得到粉状相变储能材料；
（3）研磨复合：将步骤（2）得到的相变储能材料与3重量份阻燃剂含卤磷酸酯在研磨机中分散研磨，使阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，并过筛得到相变储能粉。
采用NETZSCH DSC 204F1进行DSC 曲线测试，升温速率5℃/min，测出相变储能粉的储能密度为210KJ/kg，经200 次冷热循无析出。可快速分散在水中，用于室内腻子相容性良好无离析。
实施例3
（1）相变材料的表面改性：将35重量份的十水硫酸钠、45重量份的三水乙酸钠、0.3重量份的防过冷剂焦锑酸钾、2重量份的聚氧乙烯脂肪酸甘油酯细化成粒径小于2μm的粉体，得到改性相变材料；
（2）挤压包覆：将步骤（1）得到的改性相变材料与8重量份的松香、2重量份的导热剂铜粉、0.6重量份的稳定剂抗氧剂DLTP在高速混合机中分散均匀，然后送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区50℃~60℃；四至六区6℃~80℃；七至九区50℃~60℃；十区40℃；螺杆转速为50~100r/min；物料由一区进入经挤压包覆后从十区出料口排除，相变材料没有完全熔融，以粉末态被包裹剂包覆，使松香包覆相变材料，得到粉状相变储能材料；
（3）研磨复合：将步骤（2）得到的相变储能材料与2重量份阻燃剂红磷，0.5重量份硼酸锌研磨机中分散研磨，使阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，并过筛得到相变储能粉。
采用NETZSCH DSC 204F1进行DSC 曲线测试，升温速率5℃/min，测出相变储能粉的储能密度为196 KJ/kg，相变温度为36℃,
80℃条件下热处理2小时后在滤纸渗出比率为零。
实施例4
（1）相变材料的表面改性：将40重量份的六水氯化钙、40重量份的三水乙酸钠相变材料、0.2重量份的偏铝酸钠、2重量份的铝酸酯偶联细化成粒径小于2μm的粉体，得到改性相变材料；
（2）挤压包覆：将步骤（1）得到的改性相变材料与10重量份的聚己内酯、2重量份的铁粉、0.5重量份的二碱式硬脂酸铅在高速混合机中分散均匀，然后送入单螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为一至三区50℃~60℃；四至六区6℃~80℃；七至九区50℃~60℃；十区40℃；螺杆转速为50~100r/min；物料由一区进入经挤压包覆后从十区出料口排除相变材料没有完全熔融，以粉末态被包裹剂包覆，，使聚己内酯包覆相变材料，得到颗粒状相变储能材料；
（3）研磨复合：将步骤（2）得到的相变储能材料与2重量份氢氧化铝纤维、1重量份含卤磷酸酯在研磨机中分散研磨，使阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，并过筛得到相变储能粉。
采用DSC 曲线测试，升温速率5℃/min，测出相变储能粉的储能密度为177KJ/kg，与混凝土相容性良好无离析。
Claims (8)
1.一种用于建筑节能的相变储能粉，其特征是含有防过冷剂并经螺杆挤压包覆的粉末型储能材料，由如下重量份的原料制备而成：
相变材料
80-85份，
活性剂
2-3份，
防过冷剂
0.1-0.3份，
包裹剂
8-12份，
导热剂
1-2份，
稳定剂
0.5-1份，
阻燃剂
2-3份，
其中，所述的相变材料为六水氯化钙、十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、三水乙酸钠中的至少一种；所述的防过冷剂为硼酸钠、偏铝酸钠、焦锑酸钾中的至少一种；所述的活性剂为甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸甘油酯、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种；所述的包裹剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚己内酯、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、松香中的至少一种；所述相变储能粉，由如下方法制备而得：
（1）相变材料的表面改性：将80-85重量份的相变材料、0.1-0.3重量份的防过冷剂、2-3重量份的活性剂研磨均匀，得到改性相变材料；
（2）挤压包覆：将步骤（1）得到的改性相变材料与8-12重量份的包裹剂、1-2重量份的导热剂、0.5-1重量份的稳定剂在高速混合机中分散均匀，然后送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区50℃~60℃；四至六区6℃~80℃；七至九区50℃~60℃；十区40℃；螺杆转速为50~100r/min；物料由一区进入经挤压包覆后从十区出料口排除，相变材料没有完全熔融，以粉末态被包裹剂包覆，得到粉状或颗粒状相变储能材料；
（3）研磨复合：将步骤（2）得到的相变储能材料与2-3重量份阻燃剂在研磨机中分散研磨，使阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，并过筛得到相变储能粉。
2.根据权利要求1所述用于建筑节能的相变储能粉，其特征在于：所述稳定剂选用二碱式硬脂酸铅、月桂酸钡、二乙酸正丁基锡、抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP在内的热稳定剂和抗氧剂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述用于建筑节能的相变储能粉，其特征在于：所述导热剂为铝粉、铜粉、铁粉、石墨粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述用于建筑节能的相变储能粉，其特征在于：所述阻燃剂为磷酸酯、含卤磷酸酯、聚磷酸铵、硼酸锌、红磷、氢氧化镁、氢氧化铝中的至少一种。
5.根据权利要求1所述用于建筑节能的相变储能粉，其特征在于：所述阻燃剂为纤维状氢氧化镁、氢氧化铝中的至少一种。
6.一种如权利要求1所述用于建筑节能的相变储能粉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）相变材料的表面改性：将80-85重量份的相变材料、0.1-0.3重量份的防过冷剂、2-3重量份的活性剂研磨均匀，得到改性相变材料；
（2）挤压包覆：将步骤（1）得到的改性相变材料与8-12重量份的包裹剂、1-2重量份的导热剂、0.5-1重量份的稳定剂在高速混合机中分散均匀，然后送入螺杆挤出机，螺杆挤出机的温度设置方式为：一至三区50℃~60℃；四至六区6℃~80℃；七至九区50℃~60℃；十区40℃；螺杆转速为50~100r/min；物料由一区进入经挤压包覆后从十区出料口排除，相变材料没有完全熔融，以粉末态被包裹剂包覆，得到粉状或颗粒状相变储能材料；
（3）研磨复合：将步骤（2）得到的相变储能材料与2-3重量份阻燃剂在研磨机中分散研磨，使阻燃剂镶嵌在相变储能材料颗粒表面，并过筛得到相变储能粉。
7.根据权利要求6所述用于建筑节能的相变储能粉的制备方法，其特征在于：所述的螺杆挤出机为同向双螺杆挤出机。
8.根据权利要求6所述用于建筑节能的相变储能粉的制备方法，其特征在于：所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机。
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