CN107382232A - 一种无机胶凝材料封装的相变建筑材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机胶凝材料封装的相变建筑材料及其制备方法，各原料组分包括氧化镁粉，相变骨料，粉煤灰，Al₂O₃填料，木屑，柠檬酸，防锈剂，复合硫酸盐，水溶性高分子助剂。制备方法为：1）将各原料组分按照配比混合搅拌均匀，配成混合半干料浆；2）将步骤1）得到的混合半干料浆用压制方法成型，即得到相变建筑材料。本发明所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料应用于建筑内部装饰，具有抗弯强度大、容重小、耐水、防火、防水、等特点，同时高储能密度大量节约能源，不泄漏相变有效成份。而且还具有稳定性好、导热系数大、安全环保，不返卤，不会腐蚀金属。

Description

一种无机胶凝材料封装的相变建筑材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合建筑装饰材料领域，尤其涉及到一种无机胶凝材料封装的相变建筑材料及其制备方法。

背景技术

目前，社会能源总消耗的很大一部分用于建筑领域。从目前大量应用的建筑装饰材料如外墙板，内墙板，地板，吊顶，致热（冷）设备如空调、地暖、地源热、锅炉热水气等等，都存在着不同情况的问题。人们利用采暖或致冷的目的就是要平衡室内气温及增加室内的舒适度。而如果赋予建筑材料相变储能的功能，将很好的起到或者增加这种作用。蓄冷方面，在夜间电价低、空调负荷低的时间内蓄冷，在白天电价高、空调负荷高时释冷，以此从时间上全部或局部转移制冷负荷。在蓄热方面利用建筑材料的蓄热能力来调整室内的热波动，热流的波动幅度被削弱，作用的时间被退后。通过合理的设计，就可以把温度的波动控制在较舒适的范围内。

石蜡或硬质酸是很好的低温相变材料，相变温度符合人体较能接受的舒适范围，然而如何封装才能很好的用于建筑是很大的课题，目前较先进的做法，是将石蜡用纳米微胶囊包裹，掺入混凝土中。或者将石蜡、硬质酸吸附于多孔的石膏、膨胀石墨等载体材料。但面临着相变原料易流失，成本高昂，制成的材料用于建筑时，综合物理性能较差。利用无机胶凝材料的胶凝特性和优异的综合物理性能，将相变原料以较低成本封装，便形成一种新型的复合储能建筑材料。使用相变物质作为储能材料有如下优点:其一，相变基本上在恒温下进行，这种特性有利于把温度变化维持在较小的范围内，使人体感到更舒适;其二，相变材料有很高的储热密度，对于房间内气温的稳定及空调系统工况的平稳是非常有利的。

因此，如何解决上述技术问题成为本领域技术人员致力于研究的方向。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决背景技术中提到的相变原料易流失的问题，提供一种无机胶凝材料封装的相变建筑材料及其制备方法，该材料具有低温下相变储能的功能，大量节约能源，还同时具有抗弯强度大、容重小、防火、耐水、防水等建筑功能特点，长时间使用相变物质不会泄露。

技术方案：本发明所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料，其原料包括如下组分：

氧化镁粉 100份；

相变骨料 10～20份；

粉煤灰 15～25份；

Al₂O₃填料 6～7份；

秸秆、木屑、竹屑或稻壳粉 50～70份；

柠檬酸 0.2～1份；

防锈剂 0.5～1份；

复合硫酸盐 45～60份；

水溶性高分子助剂 1～2份；

所述相变骨料为吸附有石蜡或硬质酸的载体材料，上述份数为质量份数。

进一步的，所述相变骨料为硬质酸与膨胀石墨以质量比为8：1的比例在150℃高温下混合而成的材料，或在相对真空度为0.02 MPa~0.06 MPa的条件下用膨胀珍珠岩、膨胀蛭石或膨胀石墨吸附熔融的石蜡得到的材料。

进一步的，所述复合硫酸盐为七水硫酸镁与另一种硫酸盐的混合物，所述硫酸盐为五水硫酸铜、十二水硫酸钾铝或硫酸亚铁中的至少一种。

本发明所述的复合硫酸盐为改性剂，起到改性的作用。所述改性是指不同的改性剂会使材料的微观结构发生不同用途的变化，加速或减缓胶凝反应的速度，以适应制造环境的变化。

进一步的，所述水溶性高分子助剂为丙烯酸、聚氨酯及偏氯乙烯中的至少一种，水溶性高分子助剂为封堵剂，起到封堵相变骨料中相变原料的泄露，但不封堵气体的通过。

进一步的，所述Al₂O₃填料为铝硅灰、铝矾土或高岭土中的至少一种。

进一步的，所述防锈剂为亚硝酸钠。

进一步的，各原料组分的重量份配比为：氧化镁粉100份，相变骨料15份，粉煤灰20份，Al₂O₃填料6.5份，木屑70份，柠檬酸0.5份，防锈剂0.5份，复合硫酸盐50份，水溶性高分子助剂1.5份。

本发明还提供一种无机胶凝材料封装的相变建筑材料的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：

1）将各原料组分按照配比混合搅拌均匀，配成混合半干料浆；

2）将步骤1）得到的混合半干料浆用压制方法成型，即得到相变建筑材料。

所述搅拌的工艺条件为：温度10-25℃，搅拌时间为12~18分钟。

有益效果：本发明所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料应用于建筑内部装饰，具有抗弯强度大、容重小、耐水、防火、防水、等特点，同时高储能密度大量节约能源，不泄漏相变有效成份。而且还具有稳定性好、导热系数大、安全环保，不返卤，不会腐蚀金属。

当无机胶凝封装相变建筑材料厚度为6mm～10mm时，表面压强0.55MPa；厚度为10mm～15mm时，表面压强1.09 MPa；厚度为15～18mm时，表面压强2.60 MPa，为异形建筑装饰构件且厚度超过18mm时，表面压强保持3.2 MPa。

本发明原料组分中的氧化镁粉是由含碳酸镁（MgCO₃）的菱镁矿在700至800摄氏度煅烧出具有一定活性的粉末材料，可参与胶凝反应，起到将其他混合物料胶凝的作用，此为化学反应凝结，产生纯粹的无机物结构，也称作轻烧氧化镁。

相变材料是一类在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境放出热（冷）量，从而达到控制周围环境温度的目的的材料。其中，无机胶凝材料封装低温相变材料，按其相变温度的范围可分为高温（大于250℃）、中温（100～250℃）和低温（小于100℃）相变材料。本发明的材料相变发生在常温环境下，属于低温相变材料中优选的温度范围。

本发明的无机胶凝封装相变建筑材料通过胶凝反应，产生固化的高强度的板材或任意有强度的形状，其结构是微孔结构，其微孔孔径为0.5～1μm。

微孔中吸附的相变材料，解决了相变材料容器的限制并且绝无分层现象，稳定性好，不易受外界环境的影响；相变温度在7℃至60℃之间，其相变潜热在160kJ/kg以上；由于相变在具有建筑承载力的结构中发生，避免了过冷、分层；水溶性高分子助剂有效的封堵微孔、阻止相变物质泄漏。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种无机胶凝封装相变建筑材料，包括如下重量份数的原料：氧化镁粉100份，粉煤灰15份，相变骨料 15份，Al₂O₃填料6.5份，竹屑30份，木屑40份，柠檬酸0.5份，七水硫酸镁49份，十二水硫酸钾铝1份，丙烯酸1.5份，亚硝酸钠0.5份。

将上述生物质胶凝材料的原料混合在一起，其中相变骨料为硬质酸与膨胀石墨在150℃高温下以质量比为8：1混合，然后加入水（加入水的重量份数与氧化镁粉的重量份数比为50:100）进行搅拌至均匀配成半干混合料浆，搅拌时间15分钟，料浆搅拌温度控制在20℃。所述半干混合料浆成型时，选用合适的压制模具，再将稠稀度合适的半干混合料浆加入，开启压机压制16分钟，保持板面压强0.55MPa，将半干混合料浆挤压升温至48℃时，成型成为相应厚度的板材。

将制得的板材脱模放入养护室，在38℃条件继续养护5天，保持湿度65%。

按照实施例1制得的无机胶凝封装相变建筑板材厚9mm，密度为1.2g/cm³，干态抗弯强度（按GB／T 7019-2014《纤维水泥制品试验方法》检测，参照标准GB25970-2010《不燃无机复合板》）25.3MPa，湿态抗弯强度23.2MPa，抗弯强度软化系数为0.92。热重（TG）测试相变温度58℃，其相变潜热在165kJ/kg。经冻融耐久实验，热重循环实验测试，材料物理综合性能未明显丧失，相变物质无泄露。

实施例2

一种无机胶凝封装相变建筑材料，包括如下重量份数的原料：氧化镁粉100份，粉煤灰15份，相变骨料 15份，Al₂O₃填料6.5份，秸秆40份，竹屑30份，柠檬酸0.5份，五水硫酸铜0.5份，七水硫酸镁49.5份，丙烯酸1.5份，亚硝酸钠1份。

将上述生物质胶凝材料的原料混合在一起，其中，相变骨料为在真空容器用膨胀石墨吸附熔融的石蜡，然后加入水（加入水的重量份数与氧化镁粉的重量份数比为50:100）进行搅拌至均匀配成半干混合料浆，搅拌时间17分钟，料浆搅拌温度控制在20℃。所述半干混合料浆成型时，选用合适的压制模具，再将稠稀度合适的半干混合料浆加入，开启压机压制20分钟，保持板面压强1.09MPa，将半干混合料浆挤压升温至55℃时，成型成为相应厚度的板材。

将制得的板材脱模放入养护室，在35℃条件继续养护5天，保持湿度65%。

按照实施例2制得的无机胶凝封装相变建筑板材厚12mm，密度为1.2g/cm3，干态抗弯强度（按GB／T 7019-2014《纤维水泥制品试验方法》检测，参照标准GB25970-2010《不燃无机复合板》）28.3MPa，湿态抗弯强度25.2MPa，抗弯强度软化系数为0.89，热重（TG）测试相变温度28℃，其相变潜热在201kJ/kg。经冻融耐久实验，热重循环实验测试，材料物理综合性能未明显丧失，相变物质无泄露。

实施例3

一种无机胶凝封装相变建筑材料，包括如下重量份数的原料：氧化镁粉100份，粉煤灰20份，相变骨料20份，Al₂O₃填料6.5份，木屑40份，稻壳粉30份，柠檬酸0.5份，硫酸亚铁0.5份，七水硫酸镁49.5份，丙烯酸1.5份，亚硝酸钠1份。

将上述生物质胶凝材料的原料混合在一起，其中，相变骨料为在真空容器用膨胀蛭石吸附熔融的石蜡，然后加入水（加入水的重量份数与氧化镁粉的重量份数比为60:100）进行搅拌至均匀配成半干混合料浆，搅拌时间18分钟，料浆搅拌温度控制在25℃。所述半干混合料浆成型时，选用合适的景观建筑构件压制模具，再将稠稀度合适的半干混合料浆加入，开启压机压制33分钟，保持板面压强2.60MPa，将半干混合料浆挤压升温至60℃时，成型成为相应的景观建筑构件。

将制得的景观建筑构件脱模放入养护室，在40℃条件继续养护5天，保持湿度70%。

按照实施例3制得的景观建筑构件，密度为1.2g/cm³，热重（TG）测试相变温度28℃，其相变潜热在201kJ/kg。经冻融耐久实验，热重循环实验测试，材料物理综合性能未明显丧失，相变物质无泄露。

本发明由于相变潜热的作用，大量的存储热量，按需释放，避免了热源在单位时间内过于集中而未能有效利用，使得能源利用率大大提高，在同等条件下，和应用传统建筑材料的建筑环境对比，节约能源70%。本发明材料因具备微孔结构，比表面积极大，可有效的吸附、容纳相变物质。又因水溶性高分子阻止了微孔中的相变物质泄露，非常有效的延长了相变功能的周期，使其与建筑寿命几乎相等。

在建筑承载功能方面还具有如下效果：

1、轻质高强，由同等密度下，强度优于传统建筑材料，抗折软化系数0.85以上。

2、本发明材料绝无燃烧，按GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》检验，不燃性达到A（A1）级。

3、本发明材料按GB/T20285-2006《材料产烟毒害性分级》，燃烧烟气浓度为100mg/h，生物麻醉性和刺激性检验达到安全（AQ）级，具有很高的安全性。

4、环保性能优异，经SGS检测，不含甲醛、石棉、甲苯、二甲苯、氰化物、SO₃、SO₂、放射性核素等数十项污染物，无返碱、返卤，应用紧固件时不生锈腐蚀。

5、本发明材料可应用在建筑装饰材料，其形状可塑性强，根据装饰环境需要几乎可以制作任意的花纹和形状。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无机胶凝材料封装的相变建筑材料，其特征在于，其原料包括如下组分：

氧化镁粉 100份；

相变骨料 10～20份；

粉煤灰 15～25份；

Al₂O₃填料 6～7份；

秸秆、木屑、竹屑或稻壳粉 50～70份；

柠檬酸 0.2～1份；

防锈剂 0.5～1份；

复合硫酸盐 45～60份；

水溶性高分子助剂 1～2份；

所述相变骨料为吸附有石蜡或硬质酸的载体材料，上述份数为质量份数。

2.根据权利要求1所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料，其特征在于，所述相变骨料为硬质酸与膨胀石墨以质量比为8：1的比例在150℃高温下混合而成的材料，或在相对真空度为0.02 MPa~0.06 MPa的条件下用膨胀珍珠岩、膨胀蛭石或膨胀石墨吸附熔融的石蜡得到的材料。

3.根据权利要求1或2所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料，其特征在于，所述复合硫酸盐为七水硫酸镁与另一种硫酸盐的混合物，所述硫酸盐为五水硫酸铜、十二水硫酸钾铝或硫酸亚铁中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料，其特征在于，所述水溶性高分子助剂为丙烯酸、聚氨酯及偏氯乙烯中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料，其特征在于，所述Al₂O₃填料为铝硅灰、铝矾土或高岭土中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料，其特征在于，所述防锈剂为亚硝酸钠。

7. 根据权利要求1或2所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料，其特征在于，各原料组分的重量份配比为：氧化镁粉100份，相变骨料15份，粉煤灰 20份，Al₂O₃填料6.5份，木屑70份，柠檬酸0.5份，防锈剂0.5份，复合硫酸盐50份，水溶性高分子助剂1.5份。

8.如权利要求1-7任意一项权利要求所述的无机胶凝材料封装的相变建筑材料的制备方法，其特征在于，包括顺序相接的如下步骤：

1） 将各原料组分按照配比混合搅拌均匀，配成混合半干料浆；

2）将步骤1）得到的混合半干料浆用压制方法成型，即得到相变建筑材料。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的工艺条件为：温度10~25℃，搅拌时间为12~18分钟。