CN107841292A - 一种无机相变材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种建筑用无机相变材料及其制备方法，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠75～85份，氯化钠8～12份，硼砂2～4份，增稠添加剂6～10份，制备方法为将十水硫酸钠，氯化钠，硼砂配成饱和溶液，然后加入增稠添加剂进行搅拌吸附，最后制成可调节室温的复合相变材料。
Description
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体为一种建筑用无机相变材料及其制备方法。
背景技术
近年来，由于能源短缺问题越来越显著，各国开始致力于发展可再生能源和回收废热。储热技术可用于解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用效率和保护环境的有效手段，在太阳能利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能等领域具有广泛的应用前景，已成为世界范围的研究热点。相变材料(PCM)作为相变储能技术的核心材料在储存太阳能和废热利用等方面有很大的潜力，相比于一般的储存材料，如水或岩石等，单位体积的PCM能储存更多的热量，另一个关键优势是PCM储热和恢复等温发生，这使得它们非常适用于空间加热或冷却。
为了满足节能保温需求，同时确保室内舒适的温度，一种新型的相变材料开始进入建筑节能保温领域。相变材料(PCM)具有较高的储能密度，在相转变过程中不断进行吸热/放热从而保持温度恒定，具有储能和恒温的双重特性。如果向普通建筑材料中加入相变材料，可以制成具有较高热容的轻质建筑材料，减小室内温度的波动。因而将其作为节能材料应用于建筑材料中，可以大幅度减少建筑物内用于制冷/制热所需的能耗，节能效果远远优于传统的保温隔热材料。
相变材料大体上可以分为有机相变材料和无机相变材料，其中，有机相变材料的特点是稳定性好，过冷度小，但是其储能密度较低，并且有些有机相变材料易燃且有毒，对其的应用较少。与此相对应，无机水合盐等无机相变材料具有储能密度较高和相变温度可调节等特点，所以目前对于无机相变材料的应用较为广泛。
公开号CN101121876A的专利报道了一种利用膨胀珍珠岩制备复合相变材料的方法。该技术发明利用吸附法将相变材料吸附在多孔的介质颗粒内，以达到定型复合的目的。虽然该技术利用了吸附技术，但开放式的多孔结构仍会有外露的相变材料，会严重影响与建筑材料的粘结和混合；公开号CN106987234A以十四烷酸、羊蜡酸、2－羟基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、α,ω－二甲基丙烯酸酯基聚乙二醇和壳聚糖等为原料制备出微胶囊结构的相变材料解决了溶液泄漏问题且稳定，但其微胶囊成本较高，在建筑领域较少应用；公开号CN106867466A的专利报道了一种利用粉煤灰和十水硫酸钠合成无机相变储能材料，优点在于成本低，合成简单且与建材结合好，但是应有粉煤灰的存在使得建材的收缩性增大，抗渗透性和抗冻性很差。
在实际应用中，十水硫酸钠由于其相变温度与人体适宜温度较为接近，所以被广泛应用在建筑材料等蓄热系统中，但是由于十水硫酸钠在相变时的过冷度较高，导致无法在较短时间内进行储放热，以至于储放热的效率较低，不利于实际应用；此外，十水硫酸钠的流动性较大，在用作建筑材料时受到了一定的限制。
目前市场上能够应用的相变节能材料还不是很多，所以开发新型的相变材料用于制备节能建筑材料具有重要的意义。
发明内容
为解决现有技术不足，本发明提供一种建筑用无机相变材料及其制备方法利用微孔结构的纳米级氧化物的微孔吸附和比表面积吸附力得到的建筑相变材料做到了不泄露不析出，同时解决了十水硫酸钠过冷度以及流动性问题。
本发明所述的无机相变材料包括以下重量份数原料组成：十水硫酸钠75～85份，氯化钠8～12份，硼砂2～4份，增稠添加剂6～10份。
优选的本发明所述的增稠添加剂由气相白炭黑和聚乙烯醇组成，所述的增稠添加剂中气相白炭黑5～8份，聚乙烯醇为1～2份。
优选的本发明所述的无机相变材料包括以下重量份数原料组成：十水硫酸钠80份，氯化钠10份，硼砂3份，聚乙烯醇1份，气相白炭黑6份。
本发明所述无机相变材料的制备方法包括以下步骤：
(1)原料准备：选择十水硫酸钠、氯化钠两种无机盐作为相变材料，选择硼砂作为成核剂；
(2)无机复合相变材料制备：控制十水硫酸钠、氯化钠、硼砂质量比，加适量水，在温度为45～55℃中搅拌至固体完全熔化形成溶液；
(3)增稠添加剂的加入：向步骤(2)所得溶液中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后，降温到35～40℃，缓慢加入气相白炭黑，期间保持转速500～800r/min搅拌0.5～1.5h，使得气相白炭黑均匀分散于复合相变材料的饱和溶液中；
(4)低温蒸发：将步骤(3)制成的复合相变材料的饱和溶液，置10～20℃恒温环境中干燥10～15h，蒸发掉多余的水分，即得。
优选的本发明所述无机相变材料的制备方法包括以下步骤：
(1)原料准备：选择十水硫酸钠、氯化钠两种无机盐作为相变材料，选择硼砂作为成核剂；
(2)无机复合相变材料制备：控制十水硫酸钠、氯化钠、硼砂质量比，加适量水，在温度为45℃中搅拌至固体完全熔化形成溶液；
(3)增稠添加剂的加入：向步骤(2)所得溶液中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后，降温到40℃，缓慢加入气相白炭黑，期间保持转速600r/min搅拌1.5h，使得气相白炭黑均匀分散于复合相变材料的饱和溶液中；
(4)低温蒸发：将步骤(3)制成的复合相变材料的饱和溶液，置15℃恒温环境中干燥10h，蒸发掉多余的水分，即得。
优选的本发明所述的无机相变材料在建筑领域中应用。
有益效果：
(1)本发明的无机相变材料相变温度为18～21℃，相变潜热为135～165J/g。
(2)原料属于无机材料，来源广、成本低；合成方法简单，相变温度处于室温范围，方便对室内温度的调节。
附图说明
图1：实施例1～3制备的复合相变材料循环实验结果
具体实施方式
实施例1：无机相变材料的制备
无机相变材料包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠80份，氯化钠10份，硼砂3份，聚乙烯醇1份，气相白炭黑6份。
无机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：选择十水硫酸钠、氯化钠两种无机盐作为相变材料，选择硼砂作为成核剂；
(2)无机复合相变材料制备：控制十水硫酸钠、氯化钠、硼砂质量比，加适量水，放在温度控制在45℃的磁力搅拌器上搅拌直至其中的固体完全熔化形成溶液；
(3)增稠添加剂的加入：向步骤(2)所得溶液中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后，降温到40℃，缓慢加入气相白炭黑，期间保持转速600r/min搅拌1.5h，使得气相白炭黑均匀分散于复合相变材料的饱和溶液中；
(4)低温蒸发：将上述复合相变材料放15℃恒温环境中干燥10h，蒸发掉多余的水分，即得。
本案例相变材料的相变温度为20.6℃、相变焓为159.24J/g，冻融循环100次后，材料的相变焓仍在150.31J/g以上。
实施例2无机相变材料的制备
无机相变材料，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠80份，氯化钠8份，硼砂4份，聚乙烯醇2份，气相白炭黑6份。
无机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：选择十水硫酸钠、氯化钠两种无机盐作为相变材料，选择硼砂作为成核剂；
(2)无机复合相变材料制备：控制十水硫酸钠、氯化钠、硼砂质量比，加适量水放在温度控制在45℃的磁力搅拌器上搅拌直至其中的固体完全熔化形成溶液；
(3)增稠添加剂的加入：向步骤(2)所得溶液中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后，降温到40℃，缓慢加入气相白炭黑，期间保持转速600r/min搅拌1h，使得气相白炭黑均匀分散于复合相变材料的饱和溶液中；
(4)低温蒸发：将上述复合相变材料放10℃恒温环境中干燥15h，蒸发掉多余的水分，即得。
本案例相变材料的相变温度为21.3℃、相变焓为162.23J/g，冻融循环100次后，材料的相变焓仍在154.52J/g以上。
实施例3无机相变材料的制备
无机相变材料，包无机相变材料的制备括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠75份，氯化钠12份，硼砂3份，聚乙烯醇1.6份，气相白炭黑8份。
无机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料准备：选择十水硫酸钠、氯化钠两种无机盐作为相变材料，选择硼砂作为成核剂；
(2)无机复合相变材料制备：控制十水硫酸钠、氯化钠、硼砂质量比，加适量水放在温度控制在45℃的磁力搅拌器上搅拌直至其中的固体完全熔化形成溶液；
(3)增稠添加剂的加入：向步骤(2)所得溶液中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后，降温到40℃，缓慢加入气相白炭黑，期间保持转速600r/min搅拌1.5h，使得气相白炭黑均匀分散于复合相变材料的饱和溶液中；
(4)低温蒸发：将上述复合相变材料放20℃恒温环境中干燥15h，蒸发掉多余的水分，即得。
本案例相变材料的相变温度为18.6℃、相变焓为147.17J/g，冻融循环100次后，材料的相变焓仍在136.65J/g以上。
Claims (7)
1.一种无机相变材料，其特征在于，该材料包括以下重量份数原料组成：十水硫酸钠75～85份，氯化钠8～12份，硼砂2～4份，增稠添加剂6～10份。
2.根据权利要求1所述的无机相变材料，其特征在于，所述的增稠添加剂由气相白炭黑和聚乙烯醇组成。
3.根据权利要求2所述的无机相变材料，其特征在于，所述的增稠添加剂中气相白炭黑5～8份，聚乙烯醇为1～2份。
4.根据权利要求3所述的无机相变材料，其特征在于，该材料包括以下重量份数原料组成：十水硫酸钠80份，氯化钠10份，硼砂3份，聚乙烯醇1份，气相白炭黑6份。
5.根据权利要求4所述的无机相变材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
(1)原料准备：选择十水硫酸钠、氯化钠两种无机盐作为相变材料，选择硼砂作为成核剂；
(2)无机复合相变材料制备：控制十水硫酸钠、氯化钠、硼砂质量比，加适量水，在温度为45～55℃中搅拌至固体完全熔化形成溶液；
(3)增稠添加剂的加入：向步骤(2)所得溶液中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后，降温到35～40℃，缓慢加入气相白炭黑，期间保持转速500～800r/min搅拌0.5～1.5h，使得气相白炭黑均匀分散于复合相变材料的饱和溶液中；
(4)低温蒸发：将步骤(3)制成的复合相变材料的饱和溶液，置10～20℃恒温环境中干燥10～15h，蒸发掉多余的水分，即得。
6.根据权利要求5所述的无机相变材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
(1)原料准备：选择十水硫酸钠、氯化钠两种无机盐作为相变材料，选择硼砂作为成核剂；
(2)无机复合相变材料制备：控制十水硫酸钠、氯化钠、硼砂质量比，加适量水，在温度为45℃中搅拌至固体完全熔化形成溶液；
(3)增稠添加剂的加入：向步骤(2)所得溶液中加入聚乙烯醇，搅拌均匀后，降温到40℃，缓慢加入气相白炭黑，期间保持转速600r/min搅拌1.5h，使得气相白炭黑均匀分散于复合相变材料的饱和溶液中；
(4)低温蒸发：将步骤(3)制成的复合相变材料的饱和溶液，置15℃恒温环境中干燥10h，蒸发掉多余的水分，即得。
7.根据权利要求1-4任一项所述的无机相变材料的应用，其特征在于所述无机相变材料在建筑领域中的应用。
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