CN108997982B - 一种智能自调温材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能自调温材料及其制备方法，其中含有硬脂酸酯与玻璃轻石，硬脂酸负载于玻璃轻石孔隙内，所述硬脂酸酯为硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯，硬脂酸酯为硬脂酸甲酯：硬脂酸乙酯质量比为1:1。本发明的这种相变储能复合保温材料具有相变潜热大，相变过程形态稳定，经在建筑物外墙附加本发明的保温材料后，可有效地控温调温，在一个采集周期内相变储能复合材料发生相变循环，采用相变材料的房间，其白天最高温度要比普通房间低3‑5℃(在室温最高温度时相差5℃)，夜间最低温度比普通房间高1℃左右，具有很好的应用前景。

Description

一种智能自调温材料及其制备方法

技术领域

本发涉及一种智能自调温材料及其制备方法及使用方法，特别是一种具有相变储能功能，能智能调温，可保持居住环境温度为人体适宜温度的外墙保温的材料及其制备方法和使用方法，属于节能新材料领域。

背景技术

建筑能耗一直在能源消耗中占有很大比重，部分发达国家全社会总能耗的40％都用于建筑能耗，而在我国社会总能耗的28％左右用于建筑能耗。墙体在传热过程中引起的热量损失是影响墙体是否保温的主要因素，节能保温墙体对于我国的能源安全尤为重要，建筑节能势在必行。

相变储能材料是一类新型的保温储能材料，它是利用相变材料的相变潜热进行能量储存的一项新型环保节能技术。相变材料在相变物理状态发生变化的过程中，与外界环境进行热量交换，但是同时材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，从而可以达到控制周围环境温度和节能的目的。这类材料的研制是当前的一个热点。目前，国内外研制的固一液相变材料主要是无机水合盐类或有机类相变材料。

无机水合盐具有较大的相变潜热和固定的相变温度，是一种重要的中低温相变材料，主要包括结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等。结晶水合盐包括了近70种相变材料，相变温度从几摄氏度到100多摄氏度。该类相变材料的优点包括导热系数高、相变潜热大、相变过程体积变化小、价廉等。但是，这类相变材料在使用过程中容易出现“过冷”和“相分离”现象。如果使用在建筑物外墙，则易被雨水带走流失。

常用的有机类相变材料包括高级脂肪烃类、醇类、脂肪酸或其酯或盐类、芳香酮类、芳香烃类、氟利昂类、酰胺类、多羟基碳酸类和高分子类等。有机类相变材料的优点是固体成型较好、一般无过冷和相分离、腐蚀性较小、长期使用性能稳定等，但相变潜热较小，易燃。

一种保温材料及其制备方法(申请号：201511015696.6)专利公开一种具有相变储能功能的保温材料，以及这种材料的制备方法和使用方法。复合材料中有硬脂酸酯盐与载体，具体讲，本发明的保温材料包括有硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯、硬脂酸盐和作为载体的质轻多空的无机材料，其中的硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯和硬脂酸负载于多孔载体的孔隙内。无法实现智能自调温，材料用料成本高。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种智能自调温材料，同时本发明还提供这种材料的制备方法和这种材料的方法。

所述智能调温相变储能复合材料中有硬脂酸酯与玻璃轻石，硬脂酸负载于玻璃轻石孔隙内，所述硬脂酸酯为硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯。

在本发明的一种实施方式中，所述硬脂酸酯为硬脂酸甲酯：硬脂酸乙酯质量比为1:1。

在本发明的一种实施方式中，所述硬脂酸酯与玻璃轻石质量比为1：3-10。

在本发明的一种实施方式中，所述硬脂酸酯与玻璃轻石质量比为1：4。

本发明解决的另一个技术问题是提供一种制备上述智能自调温材料的方法，将硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯在熔融态充分搅拌混匀，再在其中加入载体玻璃轻石，施加0.5-1.0兆帕负压，同时继续充分搅拌，使相变材料负载于玻璃轻石孔隙内。

本发明的另一个实施方式是：将载体玻璃轻石加热到70-80℃，同时抽真空使系统保持0.5-0.6兆帕负压10-30min，然后停止抽真空，在载体中缓慢加入熔融化的硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯混合物，停止进料，抽真空并保持0.9-1.0兆帕的负压，同时进行充分搅拌、保温30-60min，冷却得到所述的保温材料。

本发明的另一个实施方式是：将载体玻璃轻石加热到70-80℃，同时抽真空使系统保持0.5-0.6兆帕负压20min，然后停止抽真空，在载体中缓慢加入熔融化的硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯混合物，停止进料，抽真空并保持0.9-1.0兆帕的负压，同时进行充分搅拌、保温30min，冷却得到所述的保温材料。

本发明解决的另一个技术问题是提供一种使用本发明智能自调温材料的方法：先在墙壁上批抹上普通水泥浆作为内层，再批抹所述复合材料作为中间层，然后再在中间层外批抹普通水泥浆作为外层，其中：当玻璃轻石载体时水泥混合浆中的复合材料∶水泥∶水的质量比为1∶1.25∶1.35。

本发明的这种相变储能复合保温材料具有相变潜热大，相变过程形态稳定，相变点接近25℃，成本低廉，无毒无泄漏，环境友好等特点。经在建筑物外墙附加本发明的保温材料后，可有效地控温调温，在符合建筑物强度要求的同时满足节能环保的深度要求。

本发明采用的玻璃轻石载体，是一种人工合成的硅酸盐材料，孔隙大小可以在生产过程中调节。此外它堆积密度较小200-900kg/m以及是多孔物质还可以起到隔音及阻燃效果。采用本发明的材料的建筑物外墙，其与相变储能材料之间的吸附相容性非常好，不脱落，不裂缝和不掉皮现象，且抗压可达到1.2-1.7兆帕，当在一个采集周期内相变储能复合材料发生相变循环，采用相变材料的房间，其白天最高温度要比普通房间低2-3.8℃(在室温最高温度时相差4℃)，夜间最低温度比普通房间高1℃左右(放热不太明显)，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1智能调温相变储能材料DSC测试图

图2玻璃轻石负载硬脂酸前XRD分析图

图3玻璃轻石负载硬脂酸后XRD分析图

图4玻璃轻石负载硬脂酸前红外分析图

图5玻璃轻石负载硬脂酸后红外分析图

具体实施方式

以下实施例便于更好地理解本发明，但并未涵盖和穷尽了发明人所做的所有实验，目的仅仅在于用那些数据来阐述本发明的直观性和准确性。

DSC测试

本发明所述智能调温相变储能材料的相变温度和相变潜热(相变焓)的测定通过示差扫描量热仪(DSC)所测试：在N₂气氛下，升温速率5℃/min，测量温度范围为室温至200℃。仪器可给出相变点和相变潜热(相变焓)，选取硬脂酸酯(2克)作为相变储能材料，玻璃轻石(8克)为载体，在70-80℃负压吸附1-2小时进行测试。

XRD粉末衍射测试

仪器工作条件：Cu靶，石墨单色器，电压35kv，电流30mA,扫描范围为2θ“10°-90°”

红外检测

采用溴化钾研磨压片法(温度为25℃)傅里叶红外光谱仪进行FTIR测试，扫描范围一般为4000-400cm^-1

实施例1智能调温相变储能复合材料

智能调温相变储能复合材料中有硬脂酸酯与玻璃轻石，硬脂酸负载于玻璃轻石孔隙内，所述硬脂酸酯为硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯。

实施例2智能调温相变储能复合材料

智能调温相变储能复合材料中有硬脂酸酯与玻璃轻石，硬脂酸负载于玻璃轻石孔隙内，所述硬脂酸酯为硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯，其中硬脂酸甲酯：硬脂酸乙酯质量比为1:1，所述硬脂酸酯与玻璃轻石质量比为1：3-10。

实施例3智能调温相变储能复合材料

智能调温相变储能复合材料中有硬脂酸酯与玻璃轻石，硬脂酸负载于玻璃轻石孔隙内，所述硬脂酸酯为硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯，其中硬脂酸甲酯：硬脂酸乙酯质量比为1：1，所述硬脂酸酯与玻璃轻石质量比为1：4。图1显示，该材料相变温度点为24.5℃，相变焓为﹣13.0160/g。图2、图3XRD表征证明，载体在负责在前后没有变化，而负载的相变材料为无定型化合物。图4、图5玻璃轻石红外谱图中，位于1000cm^-1的吸收为典型的Si-O键伸缩振动吸收，3400cm^-1为玻璃轻石吸附水分的O-H伸缩振动。而负载相应的材料后，位于1000cm^-1的Si-O键伸缩振动吸收为发生变化，证明物理吸附为主，而且在1750cm^-1出现的新峰为脂类化合物中酯羰基的伸缩振动吸收，2950cm^-1出现的新峰为C-H振动，这两点充分证实负载有效。

实施例4智能调温相变储能复合材料的制备方法

按硬脂酸甲酯：硬脂酸乙酯：比为1∶1称取相变各材料及载体玻璃轻石，将硬脂酸甲酯：硬脂酸乙酯，然后加入载体中，对体系施以0.5-1.0兆帕的负压，经搅拌并维持负压适当时间，使硬脂酸甲酯：硬脂酸乙酯负载于玻璃轻石孔隙内。

实施例5智能调温相变储能复合材料的制备方法

1)将玻璃轻石加入水浴加热反应釜中，转速80r/min，70-80℃，抽真空20min，负压0.5-0.6兆帕，关闭气阀并开启液体加料阀，将已经融化的硬脂酸酯材料缓慢加入；

2)关闭进料阀，抽真空，负压为0.9-1.0兆帕，搅拌转速调制120r/min，保温反应30min，关闭真空泵，卸料、冷却即得到保温材料。

实施例6相变储能复合材料应用于建筑物外墙体作业

根据施工厚度分层批抹，先在墙壁上批抹上普通水泥浆作为内层，再批抹吸附有相变储能复合材料的载体作为中间层。批抹时，需要注意用力均匀，无需反复搓压，多次批抹达到需要的厚度，最后再抹一层普通水泥浆作为外层。其中，内层和外层厚度大概为0.5-1厘米，中间层3-6厘米。

根据此实施例所得墙体，在涂抹的过程中普通水泥浆与相变储能材料之间的吸附性非常好，不会出现脱落，干燥后也不会出现裂缝和掉皮现象。并且强度测试表明，实验玻璃轻石为载体抗压达到1.7兆帕，完全达到有关外墙外保温系统抗压能力需0.4兆帕，屋面0.8兆帕的标准要求。

实施例7相变储能复合材料性能测试

根据实施例6制备模型间，采集模型温度数据用以测试所述相变储能复合材料在实际应用中的控温调温性能。模型间体积20cm X 20cm X 20cm，墙体厚度按实施例6要求，内层0.5cm，中间层3cm，外层0.5cm。此条件下的测试结果表明，当在一个采集周期内相变储能复合材料发生相变循环，采用相变材料的房间，其白天最高温度要比普通房间低3-5℃(在室温最高温度时相差5℃)，夜间最低温度比普通房间高1℃左右(放热不太明显)。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种智能自调温材料，其特征在于，包括硬脂酸酯与玻璃轻石，硬脂酸酯负载于玻璃轻石孔隙内，所述硬脂酸酯为硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯；

所述硬脂酸甲酯与硬脂酸乙酯质量比为1：1；

所述硬脂酸酯与玻璃轻石质量比为1：4。

2.一种生产权利要求1所述智能自调温材料的方法，其特征在于，将硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯在熔融态充分搅拌混匀，再在其中加入载体玻璃轻石，施加0.5-1.0兆帕负压，同时继续充分搅拌，使相变材料负载于玻璃轻石孔隙内。

3.权利要求2所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将载体玻璃轻石加热到70-80℃，同时抽真空使系统保持0.5-0.6兆帕负压10-30 min，然后停止抽真空，在载体中缓慢加入熔融化的硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯混合物，停止进料，抽真空并保持0.9-1.0兆帕的负压，同时进行充分搅拌、保温30-60 min，冷却得到所述的保温材料。

4.权利要求2或3所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将载体玻璃轻石加热到70-80℃，同时抽真空使系统保持0.5-0.6兆帕负压20min，然后停止抽真空，在载体中缓慢加入熔融化的硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯混合物，停止进料，抽真空并保持0.9-1.0兆帕的负压，同时进行充分搅拌、保温30min，冷却得到所述的保温材料。

5.一种使用权利要求1所述智能自调温材料的方法，其特征在于，先在墙壁上批抹上普通水泥浆作为内层，再批抹智能自调温材料作为中间层，然后再在中间层外批抹普通水泥浆作为外层。

6.权利要求5所述的方法，其特征在于，复合材料、水泥和水的质量比为1：1.25：1.35。

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