CN108570309A - 相变蓄热保温材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种相变蓄热保温材料，包括：多孔无机定型材料；填充于所述多孔无机定型材料的液‑固相变材料；封装于所述多孔无机定型材料的高效成膜包封材料。其针对现有相变材料热稳定性的不足，特别是在长期随着环境温度反复变化而发生反复相转变的条件下易发生泄漏而导致热稳定性降低，提出使用多孔无机定型材料为基础载体封装液‑固相变材料，高效成膜封装材料为覆膜材料进行二次包封，所制备的定型相变材料的热稳定性好，并获得防渗漏效果。另外，本发明同时提供上述相变蓄热保温材料制备方法。

Description

相变蓄热保温材料及制备方法

技术领域

本发明涉及了中低温领域用定型相变蓄热材料，具体涉及相变蓄热保温材料及其制备方法。

背景技术

相变材料(Phase Change Material，PCM)是指随着外界环境温度条件的变化，发生物理相态的变化，并从环境中自动吸/放热能的材料。当环境温度不断升高，超过材料的相变温度时，相变材料发生相变反应并从环境中吸收热量；当环境温度降至相变温度以下，相变材料发生相变反应向环境中释放热量，从而达到控温、储能的作用。

按照相变过程中材料形态变化的不同，相变储能材料可分为为固-固相变﹑固-液相变﹑液-气相变和固-气相变四大类。液-气相变和固-气相变在相变过程中产生大量的气体，相变材料体积波动比较大，流动性大，易发生渗漏现象，使用范围具有很大的局限性，一般应用较多的是液-固相变材料。有机类液-固相变材料不易发生相分离及过冷现象，但达到液-固相变温度时易泄露。石蜡具有很理想的熔解热，相变潜热大，价格低廉，无过冷现象，可通过不同型号石蜡之间的复配调节相变温度范围，是理想的液-固相变材料。

为解决单独的相变材料在使用的过程中往往会发生挥发、渗漏、析出等问题，通常会采用相变材料和无机载体基质材料有机结合的方式制备定形相变材料，不仅可有效预防相变材料的渗漏，还有利于实际工程应用。常用的无机多孔材料主要有膨胀石墨、介孔二氧化硅、膨胀珍珠岩、蛭石等，制备工艺简单，基体材料价格低廉，投入成本较少，适合工程上的大批量生产。膨胀珍珠岩是一种公认的优质保温隔热材料，一般呈白色或浅白色，由酸性火山珍珠岩破碎、筛分、预热并在1400℃以上的高温条件下延时烧结而成，呈颗粒状。膨胀珍珠岩具有无毒、无味、阻燃、不腐蚀、耐酸碱、保温隔热、隔音等特性，内部呈蜂窝状多孔结构；膨胀珍珠岩内部孔隙结构呈均匀分布的蜂窝状，大部分均与表面连通。可通过物理吸附的方式，使石蜡充分填充于膨胀珍珠岩内部的孔结构中，可有效发挥相变材料在建筑领域蓄热保温节能的作用。但是，在建筑结构的实际使用过程中，是处于一个反复升温降温的过程，相变材料也反复地在液态和固态之间进行转换，为保障相变保温材料在建筑结构中的使用寿命及大规模推广应用，其热稳定性和防渗漏及其重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种相变蓄热保温材料及其制备方法。其针对现有相变材料热稳定性的的不足，特别是在长期随着环境温度反复变化而发生反复相转变的条件下易发生泄漏而导致热稳定性降低，提出使用多孔无机定型材料为基础载体封装液-固相变材料，高效成膜封装材料为覆膜材料进行二次包封，所制备的定型相变材料的热稳定性好，并获得防渗漏效果，且制备方法简单。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种相变蓄热保温材料，包括：

多孔无机定型材料；

填充于所述多孔无机定型材料的液-固相变材料；

封装于所述多孔无机定型材料的高效成膜包封材料；

其中，液-固相变材料、多孔无机定型材料及高效成膜包封材料的质量百分比为:液-固相变材料60％—80％，多孔无机定型材料15％—35％，高效成膜封装材料1-5％。

进一步地，所述液-固相变材料由液态相变材料和固态相变材料根据使用温度范围复配而成，质量比为1:1-3。

进一步地，所述多孔无机定型材料优选为膨胀珍珠岩。

进一步地，所述膨胀珍珠岩为不规则粒状，粒径范围为：0.05mm—4mm。

进一步地，所述高效成膜封装材料由和成膜助剂制备而成，质量比为7-13:1。

上述相变蓄热保温材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将多孔无机定型材料过筛后进行煅烧，以清除孔结构中的杂质，获得改性多孔无机定型材料；

2)将液态相变材料和固态相变材料按一定质量比混合，搅拌均匀获得液-固相变材料；

3)将液态成膜剂和成膜助剂，按一定质量比混合，搅拌均匀获得高效成膜包封材料；

4)将改性多孔无机定型材料置于反应釜中，加热，抽真空，缓慢搅拌的同时向反应釜中缓慢注入液-固相变材料，保压以使液-固相变材料充分进入到改性多孔无机定型材料的孔结构中，冷却至室温，获得半成品；

5)将半成品置于振动筛上，在半成品振动同时将高效成膜包封材料喷洒在半成品表面，至高效成膜包封材料充分包裹半成品表面，加热风晾干，得到成品，所述成品中液-固相变材料、多孔无机定型材料及高效成膜包封材料的质量百分比为:液-固相变材料60％—80％，多孔无机定型材料15％—35％，高效成膜封装材料1-5％。

进一步地，步骤1)中所述多孔无机定型材料为膨胀珍珠岩，过筛时选取的粒径在0.05mm—4mm范围内，置于烧结炉中以不低于500℃煅烧1-4小时。

进一步地，步骤2)中所述液态相变材料和固态相变材料分别为液态石蜡和52#固态石蜡，所述质量比为1:1-3，搅拌均匀后置于50℃—100℃环境中。

进一步地，步骤3)中所述液态成膜剂为EVA，所述质量比为7-13:1。

进一步地，步骤4)中所述将改性多孔无机定型材料置于反应釜中，加热至50℃—100℃，所述缓慢搅拌速度不超过100r/min，所述保压时间为1—3小时。

通过采取上述技术方案，在使用多孔无机材料封装液-固相变材料的基础上，使用高效成膜包封材料对其进行二次包封，扩大了使用温度范围，提高了相变材料的热稳定性和耐久性，且工艺简单，满足液-固相变材料在中低温领域应用的大部分需求。

附图说明

图1为本发明一实施例中膨胀珍珠岩的孔结构图扫描电子显微镜照片。

图2为本发明一实施例中吸附复合石蜡后半成品的扫描电子显微镜照片。

图3a及图3b为本发明一实施例中相变蓄热保温材料的半成品与成品的渗出试验结果对比示意图。

图4为本发明一实施例中相变蓄热保温材料的成品的相变温度及热值曲线图。

图5为本发明一实施例中相变蓄热保温材料的成品构造的相变砂浆板断面照片。

图6为本发明一实施例中相变蓄热保温材料的成品进行控温模拟试验的实验装置示意图。

图7为本发明一实施例中相变蓄热保温材料的成品进行控温模拟试验的温升结果曲线图。

图8为本发明相变蓄热保温材料的制备方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施应用例对本发明做进一步说明，而不是限定本发明。

如图8所示，本发明提供的相变蓄热保温材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将多孔无机定型材料过筛后进行煅烧，以清除孔结构中的杂质，获得改性多孔无机定型材料；

2)将液态相变材料和固态相变材料按一定质量比混合，搅拌均匀获得液-固相变材料；

3)将液态成膜剂和成膜助剂，按一定质量比混合，搅拌均匀获得高效成膜包封材料；

4)将改性多孔无机定型材料置于反应釜中，加热，抽真空，缓慢搅拌的同时向反应釜中缓慢注入液-固相变材料，保压以使液-固相变材料充分进入到改性多孔无机定型材料的孔结构中，冷却至室温，获得半成品；

5)将半成品置于振动筛上，在半成品振动同时将高效成膜包封材料喷洒在半成品表面，至高效成膜包封材料充分包裹半成品表面，加热风晾干，得到成品。

在步骤4)及步骤5)通过调整投料比例，使成品中液-固相变材料、多孔无机定型材料及高效成膜包封材料的质量百分比为:液-固相变材料60％—80％，多孔无机定型材料15％—35％，高效成膜封装材料1-5％。

制备获得的相变蓄热保温材料，包括：多孔无机定型材料；填充于所述多孔无机定型材料的液-固相变材料；封装于所述多孔无机定型材料的高效成膜包封材料。

分别以多组实施例实现前述制备方法，各实施例中参数及反应条件具体按照如下范围调整：

步骤1)中多孔无机定型材料优选为膨胀珍珠岩，过筛时选取的粒径优选在0.05mm—4mm范围内，置于烧结炉中以不低于500℃煅烧1-4小时。

步骤2)中液态相变材料和固态相变材料分别优选为液态石蜡和52#固态石蜡，质量比优选为1:1-3，搅拌均匀后置于50℃—100℃环境中。当然，固态相变材料也可以根据需要选择其他类型的固态石蜡。

步骤3)中液态成膜剂为EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)，所述质量比为7-13:1，相应的成膜助剂按照本技术领域常规选取即可，在此不再赘述。

步骤4)中所述将改性多孔无机定型材料置于反应釜中，加热至50℃—100℃，所述缓慢搅拌速度不超过100r/min，所述保压时间为1—3小时。

抽取由上述其中一个实施例制备的相变蓄热保温材料进行测试，该实施例中，步骤1)中膨胀珍珠岩，过筛时选取的粒径为0.3mm，置于烧结炉中以500℃煅烧3小时。步骤2)中液态石蜡和52#固态石蜡的质量比优选为1:2.5，搅拌均匀后置于70℃环境中。步骤3)中EVA与成膜助剂的质量比为12:1。步骤4)中加热温度80℃，搅拌速度85r/min，保压时间2.5小时。

结果如下：如图1和图2所示，液-固相变材料已充分填充于多孔定型材料中；如图5所示，直观显示液-固相变材料在砂浆板中均匀分布。如图4所示，成品的相变蓄热保温材料相转变温度为30.4℃，相变焓为98.18J/g，性能稳定、良好。如图3a及图3b所示，渗出试验表明，包封后相变材料渗出极少，热稳定性得到极大提高。

进一步实验上述实施例制备获得相变蓄热保温材料的性能，采用该实施例成品制备保温砂浆板：将水泥、标准砂按照1:3的比例，水灰比0.45，相变蓄热保温材料的成品分别按砂浆板体积分数的0、5％、10％、15％为掺量，掺入砂浆中，搅拌均匀，入模，制成30mm厚的相变砂浆板，标准养护24h后脱模，继续养护28d。

进行控温模拟试验：如图6所示，用砂浆板构建房屋模型，房屋模型的屋顶采用前述的相变砂浆板102，其他部位采用普通砂浆板103，在模型上部0.5m处用红外灯101加热，采用自动测温仪监测房屋模型正中部位空气温度变化。自动测温仪包括一布置于房屋模型内部的热电偶104，信号传输线105及监控终端106，测试过程中，将整体环境温度降至10℃，然后通过红外灯采用恒定功率持续加热3h，随后关闭红外灯，开启降温装置，采集整个过程中砂浆板模型中央气温变化。

如图7所示，相同加热条件下，普通砂浆(相变蓄热保温材料按体积份数掺量为0)中最高气温可达38℃，且升温速度快，而定型相变材料掺量为15％时，最高气温可降至29℃，整个升温速度相对缓慢，有效降低室内温度，提高舒适度；而降温过程中，普通砂浆板模型中气温迅速降低，相变砂浆板降温则相对平缓，降温过程完成后，普通砂浆中气温降至5℃，而相变材料掺量为15％的砂浆板模型中，气温为16℃，整体气温保持在平稳状态，舒适度高，可对能源进行充分利用，达到节能减排的目的。

除抽取上述实施例成品进行上述试验外，申请人还另外抽取了多组成品，对其比例参数和反应条件做了些许调整，具体实验步骤及参数完全一致，最终获得相变蓄热保温材料的结构和性能与上面的试验结果无明显差异，仅在较小的范围内浮动。下面通过列表将所获得试验数据进行描述说明。

表1各实施例制备参数列表

表2各实施例实验结果列表

需说明的是，上述实例只是本发明的举例，尽管为说明目的公开了本发明的实例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于该实例的内容。

Claims (10)

1.一种相变蓄热保温材料，其特征在于，包括：

多孔无机定型材料；

填充于所述多孔无机定型材料的液-固相变材料；

封装于所述多孔无机定型材料的高效成膜包封材料；

其中，液-固相变材料、多孔无机定型材料及高效成膜包封材料的质量百分比为:液-固相变材料60％—80％，多孔无机定型材料15％—35％，高效成膜封装材料1-5％。

2.如权利要求1所述的相变蓄热保温材料，其特征在于，所述液-固相变材料由液态相变材料和固态相变材料根据使用温度范围复配而成，质量比为1:1-3。

3.如权利要求1所述的相变蓄热保温材料，其特征在于，所述多孔无机定型材料优选为膨胀珍珠岩。

4.如权利要求1所述的相变蓄热保温材料，其特征在于，所述膨胀珍珠岩为不规则粒状，粒径范围为：0.05mm—4mm。

5.如权利要求1所述的相变蓄热保温材料，其特征在于，所述高效成膜封装材料由和成膜助剂制备而成，质量比为7-13:1。

6.一种相变蓄热保温材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将多孔无机定型材料过筛后进行煅烧，以清除孔结构中的杂质，获得改性多孔无机定型材料；

2)将液态相变材料和固态相变材料按一定质量比混合，搅拌均匀获得液-固相变材料；

3)将液态成膜剂和成膜助剂，按一定质量比混合，搅拌均匀获得高效成膜包封材料；

4)将改性多孔无机定型材料置于反应釜中，加热，抽真空，缓慢搅拌的同时向反应釜中缓慢注入液-固相变材料，保压以使液-固相变材料充分进入到改性多孔无机定型材料的孔结构中，冷却至室温，获得半成品；

5)将半成品置于振动筛上，在半成品振动同时将高效成膜包封材料喷洒在半成品表面，至高效成膜包封材料充分包裹半成品表面，加热风晾干，得到成品；

所述成品中液-固相变材料、多孔无机定型材料及高效成膜包封材料的质量百分比为:液-固相变材料60％—80％，多孔无机定型材料15％—35％，高效成膜封装材料1-5％。

7.如权利要求1所述的相变蓄热保温材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述多孔无机定型材料为膨胀珍珠岩，过筛时选取的粒径在0.05mm—4mm范围内，置于烧结炉中以不低于500℃煅烧1-4小时。

8.如权利要求1所述的相变蓄热保温材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述液态相变材料和固态相变材料分别为液态石蜡和52#固态石蜡，所述质量比为1:1-3，搅拌均匀后置于50℃—100℃环境中。

9.如权利要求1所述的相变蓄热保温材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述液态成膜剂为EVA，所述质量比为7-13:1。

10.如权利要求1所述的相变蓄热保温材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述将改性多孔无机定型材料置于反应釜中，加热至50℃—100℃，所述缓慢搅拌速度不超过100r/min，所述保压时间为1—3小时。