CN107098681A - 一种可相变控温的瓷砖及其制备方法 - Google Patents

一种可相变控温的瓷砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可相变控温的瓷砖，由下至上是由砖基体、相变控温层、防水层组成，其中：砖基体是由以下重量份的原料组成：铁尾矿12‑25、粘土矿20‑30、废陶瓷料25‑45、碳化硅微粉1‑2、菱镁矿尾矿10‑15、石英砂3‑8；相变控温层是由粘接剂、金属有机骨架包覆的相变材料按照10:1‑2的重量比配制而成；防水层是由含导热填料的水性树脂乳液固化而成，所述的导热填料为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅中的一种。

Description

一种可相变控温的瓷砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷砖技术领域，尤其涉及一种可相变控温的瓷砖及其制备方法。
背景技术
随着经济的发展，消费者对生活品质的要求越来越高，陶瓷砖作为建筑装饰中不可或缺的重要材料，是一种兼具实用性和艺术性相结合的产品，广受消费者青睐。由于昼夜温差、气候更迭，建筑物的温度也随之变化，使得居住体验变差，需要极高的能耗来启用制冷或者采暖设备对温度进行调控，建筑成本急剧增加。在建筑中应用具有相变调温功能的瓷砖是建筑节能的有效手段之一。
相变材料按物质的组成可分为无机类和有机类，无机相变材料主要包括结晶水和盐、熔融盐、金属合金等；有机相变材料主要有石蜡、烷烃、酯类、脂肪酸类和醇类。无机相变材料具有储能密度高、无毒、不燃、成本低等优点，目前使用较多的室温无机相变材料主要包括Na2SO4·10H2O（十水硫酸钠）和CaCl2·6H2O（六水氯化钙）等，但是无机盐水合物的过冷（相变材料在相变温度以下仍不发生液态向固态的相变过程）和相分离（相变材料所含的水不足以使其中的无机盐完全溶解而产生沉淀）现象严重影响了其使用。
目前有机相变材料的研究已从石蜡逐渐向提取于植物的酯类转移，因为酯类直接提取于植物，绿色天然无毒害，且其成本要低于石蜡，同时不同种类的植物油具有不同的相变温度可以满足不同情况的需求。当选取到合适的相变材料的时候，怎样将这些相变材料与瓷砖实现有效的负载，也是至关重要的技术问题。
发明内容
本发明为了弥补已有技术的缺陷，提供一种可相变控温的瓷砖及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可相变控温的瓷砖，由下至上是由砖基体、相变控温层、防水层组成，其中：
砖基体是由以下重量份的原料组成：铁尾矿12-25、粘土矿20-30、废陶瓷料25-45、碳化硅微粉1-2、菱镁矿尾矿10-15、石英砂3-8；
相变控温层是由粘接剂、金属有机骨架包覆的相变材料按照10:1-2的重量比配制而成；
防水层是由含导热填料的水性树脂乳液固化而成，所述的导热填料为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅中的一种。
所述的粘接剂为固含量为20-30%的碱性硅溶胶。
所述的金属有机骨架包覆的相变材料的制备方法如下：
（1）将非离子表面活性剂、去离子水依次投入搅拌反应器中，搅拌混合均匀，配制成浓度为1-20g/L的溶液，保持搅拌状态，体系加热至50-80℃，然后滴加融化状态的低温相变材料，滴加完毕后继续搅拌振荡处理1-2h，配制相变材料乳化液备用，乳液中低温相变材料的质量分数为5-45%；
（2）将金属盐溶于50-60℃热水中，配制成浓度为10-100g/L的溶液，然后在搅拌状态下滴加到相变材料乳化液中，滴加完毕后混合反应30-50min；
（3）将有机配体溶于适量的水中，配制成浓度为5-50g/L的溶液，然后将有机配体化合物溶液滴加到步骤（2）的溶液体系中，滴加完毕后搅拌反应50-80min，反应结束后出料，混合体系快速冷却至5-10℃，继续振荡处理10-15h后抽滤，所得物料用0℃的去离子水洗涤2-3次后冷冻干燥，即得所述的金属有机骨架包覆的相变材料。
所述的低温相变材料为石蜡、十二醇、硬脂酸丁酯、月桂酸、辛酸、肉豆蔻酸中的一种或者几种混合。
所述的金属盐为Zn、Cu、Co中的一种的硝酸盐或氯化盐。
所述的有机配体化合物为对苯二甲酸、均苯三甲酸、2-甲基咪唑中的一种。
所述的低温相变材料、金属盐、有机配体三者的摩尔比为（1-5）:1:1。
所述的一种可相变控温的瓷砖的制备方法包括以下步骤：
（1）将组成砖基体的各原料进行混合，投入球磨机中粉碎，过200-625目筛，所得粉料加入适量的水，经制浆、除铁、陈腐处理后送入模具中压制成坯，然后将坯体预干燥，除去水分，最后送入窑炉烧结而成，所得砖体经表面抛光、清洗、干燥处理，即得砖基体；
（2）将金属有机骨架包覆的相变材料投入粘结剂中超声分散均匀后快速涂覆与砖基体表面，厚度控制为0.1-1mm，涂覆完毕后干燥固化，得相变控温层；
（3）将含导热填料的水性树脂乳液涂覆在相变控温层上，厚度为1-5mm，然后热风固化，待其完成固化后即得成品。
本发明通过在传统瓷砖表面涂覆相变控温层的方法来实现建筑瓷砖的相变控温，将低温相变材料通过乳化的方式形成微小液滴的乳化液，然后以金属有机骨架化合物作为载体，利用金属有机骨架材料的三维多孔结构实现了相变材料的高效包覆，材料制备简单，包覆效果稳定，其本身具有良好的导热、传热和吸附能力，对温度变化敏感，从而实现了相变材料在陶瓷基体上的有效负载，再结合含有导热填料的树脂层作为防水表层，起到良好的感温、防护效果，而且这种瓷砖的砖基体是一种具有高强度和良好热敏感度的材料，使用时可到达优良的控温效果和持久的使用寿命。
具体实施方式
一种可相变控温的瓷砖，由下至上是由砖基体、相变控温层、防水层组成，其中：
砖基体是由以下重量份的原料组成：铁尾矿12、粘土矿20、废陶瓷料25、碳化硅微粉1、菱镁矿尾矿10、石英砂3；相变控温层是由粘接剂、金属有机骨架包覆的相变材料按照10:1的重量比配制而成；防水层是由含纳米氧化锌的硅丙乳液固化而成。
其中粘接剂为固含量为20%的碱性硅溶胶。
其中金属有机骨架包覆的相变材料的制备方法如下：
（1）将非离子表面活性剂、去离子水依次投入搅拌反应器中，搅拌混合均匀，配制成浓度为1g/L的溶液，保持搅拌状态，体系加热至65℃，然后滴加融化状态的石蜡，滴加完毕后继续搅拌振荡处理1h，配制石蜡乳化液备用，乳液中石蜡的质量分数为5%；
（2）将硝酸锌溶于50℃热水中，配制成浓度为10g/L的溶液，然后在搅拌状态下滴加到石蜡乳化液中，滴加完毕后混合反应30min；
（3）将2-甲基咪唑溶于适量的水中，配制成浓度为5g/L的溶液，然后将溶液滴加到步骤（2）的溶液体系中，滴加完毕后搅拌反应50min，反应结束后出料，混合体系快速冷却至5℃，继续振荡处理10h后抽滤，所得物料用0℃的去离子水洗涤2次后冷冻干燥，即得所述的金属有机骨架包覆的相变材料。
其中低温相变材料、金属盐、有机配体三者的摩尔比为2.5:1:1。
该实施例瓷砖的制备方法包括以下步骤：
（1）将组成砖基体的各原料进行混合，投入球磨机中粉碎，过200目筛，所得粉料加入适量的水，经制浆、除铁、陈腐处理后送入模具中压制成坯，然后将坯体预干燥，除去水分，最后送入窑炉烧结而成，所得砖体经表面抛光、清洗、干燥处理，即得砖基体；
（2）将金属有机骨架包覆的相变材料投入粘结剂中超声分散均匀后快速涂覆与砖基体表面，厚度控制为0.1mm，涂覆完毕后干燥固化，得相变控温层；
（3）将含导热填料的水性树脂乳液涂覆在相变控温层上，厚度为1mm，然后热风固化，待其完成固化后即得成品。

Claims (8)

1.一种可相变控温的瓷砖，其特征在于，由下至上是由砖基体、相变控温层、防水层组成，其中：
砖基体是由以下重量份的原料组成：铁尾矿12-25、粘土矿20-30、废陶瓷料25-45、碳化硅微粉1-2、菱镁矿尾矿10-15、石英砂3-8；
相变控温层是由粘接剂、金属有机骨架包覆的相变材料按照10:1-2的重量比配制而成；
防水层是由含导热填料的水性树脂乳液固化而成，所述的导热填料为纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅中的一种。
2.如权利要求1所述的一种可相变控温的瓷砖，其特征在于，所述的粘接剂为固含量为20-30%的碱性硅溶胶。
3.如权利要求1所述的一种可相变控温的瓷砖，其特征在于，所述的金属有机骨架包覆的相变材料的制备方法如下：
（1）将非离子表面活性剂、去离子水依次投入搅拌反应器中，搅拌混合均匀，配制成浓度为1-20g/L的溶液，保持搅拌状态，体系加热至50-80℃，然后滴加融化状态的低温相变材料，滴加完毕后继续搅拌振荡处理1-2h，配制相变材料乳化液备用，乳液中低温相变材料的质量分数为5-45%；
（2）将金属盐溶于50-60℃热水中，配制成浓度为10-100g/L的溶液，然后在搅拌状态下滴加到相变材料乳化液中，滴加完毕后混合反应30-50min；
（3）将有机配体溶于适量的水中，配制成浓度为5-50g/L的溶液，然后将有机配体化合物溶液滴加到步骤（2）的溶液体系中，滴加完毕后搅拌反应50-80min，反应结束后出料，混合体系快速冷却至5-10℃，继续振荡处理10-15h后抽滤，所得物料用0℃的去离子水洗涤2-3次后冷冻干燥，即得所述的金属有机骨架包覆的相变材料。
4.如权利要求3所述的一种可相变控温的瓷砖，其特征在于，所述的低温相变材料为石蜡、十二醇、硬脂酸丁酯、月桂酸、辛酸、肉豆蔻酸中的一种或者几种混合。
5.如权利要求3所述的一种可相变控温的瓷砖，其特征在于，所述的金属盐为Zn、Cu、Co中的一种的硝酸盐或氯化盐。
6.如权利要求3所述的一种可相变控温的瓷砖，其特征在于，所述的有机配体化合物为对苯二甲酸、均苯三甲酸、2-甲基咪唑中的一种。
7.如权利要求3所述的一种可相变控温的瓷砖，其特征在于，所述的低温相变材料、金属盐、有机配体三者的摩尔比为（1-5）:1:1。
8.如权利要求1-7所述的一种可相变控温的瓷砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将组成砖基体的各原料进行混合，投入球磨机中粉碎，过200-625目筛，所得粉料加入适量的水，经制浆、除铁、陈腐处理后送入模具中压制成坯，然后将坯体预干燥，除去水分，最后送入窑炉烧结而成，所得砖体经表面抛光、清洗、干燥处理，即得砖基体；
（2）将金属有机骨架包覆的相变材料投入粘结剂中超声分散均匀后快速涂覆与砖基体表面，厚度控制为0.1-1mm，涂覆完毕后干燥固化，得相变控温层；
（3）将含导热填料的水性树脂乳液涂覆在相变控温层上，厚度为1-5mm，然后热风固化，待其完成固化后即得成品。
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