CN109180125A - 一种多孔石墨基相变蓄热石膏板及其制备方法 - Google Patents

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陶则超
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Abstract

本发明采用多孔石墨基相变蓄热微胶囊和石膏粉制备具有相变蓄热功能的石膏板应用于节能建筑领域。多孔石墨基相变蓄热微胶囊是通过多层次封装工艺实现的：首先采用多孔石墨对相变材料进行第一层次的封装，多孔石墨的微孔可以有效吸附相变材料，使其相变过程中不泄露，同时由于石墨的高导热特性也强化了热量的传导；其次采用高分子对一次封装后的相变颗粒进行包覆形成外壳，进一步确保了相变过程中相变材料的封装，避免对环境造成污染。将上述制备的多孔石墨基相变蓄热微胶囊与石膏粉混合均匀，制备得到具有相变蓄热功能的石膏板。

Description

一种多孔石墨基相变蓄热石膏板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种多孔石墨基相变蓄热性建筑石膏板及其制备方法。
背景技术
随着我国经济发展和人民生活水平的提高，人们对于建筑室内环境的舒适度要求越来越高，从而导致制冷及供暖系统的压力逐渐增大，在现在社会能源使用总量中，建筑耗能甚至消耗了社会总能源的三分之一。因此，提高建筑能效具有重要的社会意义和经济效益。
相变材料具有在一定温度条件下通过相变过程吸收或释放潜热的特性，人们对于相变材料的研究最早可追溯到二次大战后对于贮存太阳能的应用。80年代至今，随着人们对能源危机的认识逐渐深入，科学家对于相变材料的研究达到了高峰期。将相变储能建筑材料应用于建筑领域，一方面可以缓解能源供求双方在时间、强度和地点上的冲突，起到削峰填谷的作用，降低制冷及供暖装置的维护成本，另一方面可以降低建筑室内的温度波动，提高热舒适度，是一种降低能耗的有效途径。
石膏板是一种用量大、用途广的常用建筑材料，广泛应用于住宅、办公楼和工业厂房等各种建筑物的内隔墙、天花板、吸音板、地面基层和各种装饰板等的建筑材料，具有质量轻、保温强度较高、加工方便等优点。如果把建筑石膏与相变材料复合制备相变蓄热石膏板，能够在温度较高时吸收热量，温度较低时释放热量，从而很好地维持室内温度的平衡，减小其受室外温度波动的影响，提高室内环境的舒适性。西南交通大学硕士学位论文公开了一种脂肪酸类相变石膏板的制备方法，其采用物理吸附法直接将相变材料渗入石膏材料基体中，从而制备含有相变材料的石膏板。
目前将相变材料引入石膏板的方式可分为三种：直接混合法，浸渍法，对相变材料进行封装法。直接混合法和浸渍法将相变材料引入石膏板中时，相变材料与石膏板基体长期直接接触，可能会改变基体本身的性能，还可能出现相变材料的泄漏，一方面造成蓄热功能的丧失，另一方面也会对室内环境造成污染。对相变材料封装法则包括宏观和微观两种方式，宏观封装是将相变材料先密封在合适的容器内，再把这个容器放置在石膏板中，专利CN 102535735 A将石蜡封装于塑料袋中，再将其整体置于石膏板中，该种方式制备的相变石膏板不能任意钻孔，而且其在施工现场的安装过程需要额外工作量因而增加了成本，封装后的相变材料与石膏板基体之间的热传导能力差，从而会影响相变材料对建筑物室内的温控效果。
发明内容
为了解决相变材料的封装、传热以及与石膏板复合的问题，本发明的目的是提供一种成本低，温控效果好，无污染的多孔石墨基相变蓄热石膏板及其制备方法
本发明采用多孔石墨作为基体，由于多孔石墨具有丰富的微米级孔隙，具有很强的毛细吸附作用，可以有效吸附相变材料，并将其限制在多孔石墨的孔隙内，从而实现了相变过程中宏观上没有液体出现的状态，同时石墨材料由于具有较好的晶体结构，其热导率远远高于相变材料，因此，采用多孔石墨对相变材料进行封装，一方面对相变材料实现第一层次的封装，另一方面强化了热量在相变材料中的传导。在一次封装的基础上，采用高分子外壳对多孔石墨/相变材料复合颗粒进行二次封装，进一步确保了相变材料在相变过程中不泄露，且不对居住环境造成污染。
本发明的多孔石墨基相变蓄热石膏板，包括100重量份的石膏粉和5-120重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊。
所述的多孔石墨基相变复合微胶囊的颗粒尺寸为30-300目。
所述多孔石墨基相变复合微胶囊是由基体多孔石墨和相变物质组成。
所述多孔石墨包括石墨蠕虫、泡沫石墨及其复合物等。多孔石墨的密度为0.05-0.6g/cm3，相变物质为熔点20-40℃的石蜡。
所述的多孔石墨基相变复合微胶囊的制备方法如下：
制备密度为0.05-0.6g/cm3的多孔石墨预制体，与熔点为20-40℃的石蜡一起置于50－70℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗3－10h后取出并破碎至30－300目，将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹高分子材料外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
所述的高分子材料为酚醛树脂或环氧树脂等。
所述的喷雾法是下端气流作用下形成悬浮的流动床体系，上端用稀释过的高分子溶液喷洒颗粒，并在下端气流作用下干燥。
本发明相变蓄热石膏板的制备方法如下：
（1）将石膏粉和水按比例混合并搅拌均匀；
（2）将相变蓄热微胶囊加入（1）所述的混合物中搅拌均匀；
（3）将（2）所述混合物迅速倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，在干燥温度100-200℃，干燥2-5h；
其中石膏粉的质量为100份，相变蓄热微胶囊的质量为5-120份，水的质量为20-100份。
本发明的优势在于：
（1）由于多孔石墨具有丰富的微米级孔隙结构及高热导率，因此采用多孔石墨对相变材料进行第一层次封装，一方面可以有效防止相变材料的泄漏，另一方面也强化了热量的传导；
（2）采用高分子外壳对相变复合颗粒进行二次封装，进一步确保了相变过程中宏观上无液态出现，也避免了对环境造成污染；
（3）多孔石墨基相变蓄热微胶囊的外壳为高分子，不会对石膏的无机体系的强度等造成影响，也不会发生物理化学反应等，同时，由于石膏依然以连续相的形式存在，因此加入相变颗粒对整体强度影响甚微。
附图说明
图1是多孔石墨基相变蓄热微胶囊多层次封装的结构示意图，1是高分子材料外壳，2是多孔石墨骨架，3是相变物质。
图2是多孔石墨基相变蓄热微胶囊的DSC曲线。
图3是30%的相变蓄热微胶囊与石膏粉混合制备的相变蓄热石膏板的DSC曲线。
图4是10%的相变蓄热微胶囊与石膏粉混合制备的相变蓄热石膏板的DSC曲线。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
实施例1
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：将膨胀石墨压制成密度为0.2g/cm3的预制体，与熔点为28℃的石蜡一起置于50℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗10h后取出并破碎至100目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹酚醛高分子材料外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和50重量份的水先混合均匀，再加入30重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于150℃烘箱中干燥3h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为39.98J/g，其DSC曲线如附图3所示。
实施例2
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：制备密度为0.2g/cm3的泡沫石墨，与熔点为28℃的石蜡一起置于50℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗10h后取出并破碎至100目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹环氧高分子外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和40重量份的水先混合均匀，再加入11.5重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于150℃烘箱中干燥3h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为17.77J/g，其DSC曲线如附图4所示。
实施例3
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：制备密度为0.6g/cm3的泡沫石墨/石墨蠕虫复合物，与熔点为40℃的石蜡一起置于60℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗10h后取出并破碎至30目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹酚醛高分子外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和20重量份的水先混合均匀，再加入5重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于100℃烘箱中干燥2h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为4.45J/g。
实施例4
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：将膨胀石墨压制成密度为0.05g/cm3的预制体，与熔点为20℃的石蜡一起置于40℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗3h后取出并破碎至60目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹环氧高分子外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和100重量份的水先混合均匀，再加入120重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于200℃烘箱中干燥5h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为120.86J/g。
实施例5
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：制备密度为0.3g/cm3的泡沫石墨，与熔点为35℃的石蜡一起置于60℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗8h后取出并破碎至300目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹酚醛高分子外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和60重量份的水先混合均匀，再加入40重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于150℃烘箱中干燥2h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为46.65J/g。
实施例6
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：将膨胀石墨压制成密度为0.25g/cm3的预制体，与熔点为30℃的石蜡一起置于50℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗8h后取出并破碎至80目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹环氧高分子外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和50重量份的水先混合均匀，再加入30重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于120℃烘箱中干燥5h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为40.37J/g。
实施例7
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：将膨胀石墨压制成密度为0.1g/cm3的预制体，与熔点为30℃的石蜡一起置于50℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗5h后取出并破碎至80目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹酚醛高分子外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和60重量份的水先混合均匀，再加入50重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于160℃烘箱中干燥3h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为69.98J/g。
实施例8
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：制备密度为0.4g/cm3的泡沫石墨，与熔点为35℃的石蜡一起置于60℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗7h后取出并破碎至140目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹环氧高分子外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和80重量份的水先混合均匀，再加入60重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于120℃烘箱中干燥3h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为52.48J/g。
实施例9
（1）多孔石墨基相变复合微胶囊的制备：制备密度为0.5g/cm3的泡沫石墨/石墨蠕虫复合物，与熔点为30℃的石蜡一起置于50℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗10h后取出并破碎至200目；将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹环氧高分子外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
（2）相变蓄热石膏板的制备：取100重量份的石膏粉和90重量份的水先混合均匀，再加入80重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊，搅拌均匀，迅速将其倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，置于100℃烘箱中干燥5h。制备的相变蓄热石膏板的焓值为51.83J/g。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和效果进行详细说明，以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多孔石墨基相变蓄热石膏板,其特征在于多孔石墨基相变蓄热石膏板包括100重量份的石膏粉和5-120重量份的多孔石墨基相变复合微胶囊。
2.如权利要求1所述的一种多孔石墨基相变蓄热石膏板,其特征在于所述的多孔石墨基相变复合微胶囊的颗粒尺寸为30-300目。
3.如权利要求1所述的一种多孔石墨基相变蓄热石膏板,其特征在于所述多孔石墨基相变复合微胶囊是由多孔石墨基体和相变物质组成。
4.如权利要求3所述的一种多孔石墨基相变蓄热石膏板,其特征在于所述多孔石墨为石墨蠕虫、泡沫石墨及其复合物，多孔石墨的密度为0.05-0.6g/cm3，相变物质为熔点20-40℃的石蜡。
5.如权利要求4所述的一种多孔石墨基相变蓄热石膏板,其特征在于所述的多孔石墨基相变复合微胶囊的制备方法如下：
密度为0.05-0.6g/cm3的多孔石墨预制体与熔点为20-40℃的石蜡一起置于50－70℃的真空烘箱中，石蜡完全熔化后抽真空浸渗3－10h后取出并破碎至30－300目，将上述得到的相变复合颗粒表面采用喷雾法包裹高分子材料外壳，即得到多孔石墨基相变复合微胶囊。
6.如权利要求5所述的一种多孔石墨基相变蓄热石膏板,其特征在于所述的高分子材料为酚醛树脂或环氧树脂。
7.如权利要求5所述的一种多孔石墨基相变蓄热石膏板,其特征在于所述的喷雾法是下端气流作用下形成悬浮的流动床体系，上端用稀释过的高分子溶液喷洒颗粒，并在下端气流作用下干燥。
8.如权利要求1－7任一项所述的一种多孔石墨基相变蓄热石膏板的制备方法,其特征在于包括如下步骤：
（1）将石膏粉和水按比例混合并搅拌均匀；
（2）将相变蓄热微胶囊加入（1）所述的混合物中搅拌均匀；
（3）将（2）所述混合物迅速倒入模具中压实并刮平，反应硬化后脱模，在干燥温度100-200℃，干燥2-5h；
其中石膏粉的质量为100份，相变蓄热微胶囊的质量为5-120份，水的质量为20-100份。
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