CN109321208A - 一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用 - Google Patents

一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109321208A
CN109321208A CN201811144875.3A CN201811144875A CN109321208A CN 109321208 A CN109321208 A CN 109321208A CN 201811144875 A CN201811144875 A CN 201811144875A CN 109321208 A CN109321208 A CN 109321208A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
change material
sizing
transition heat
building
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811144875.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李勇
刘倩茹
刘艳峰
王登甲
周位华
刘加平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN201811144875.3A priority Critical patent/CN109321208A/zh
Publication of CN109321208A publication Critical patent/CN109321208A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials

Abstract

本发明提供一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用，包括相变材料，其特征在于，还包括支撑材料，所述的定型相变保温材料中支撑材料的质量分数为13.3％～33.7％，所述的支撑材料为纳米二氧化硅。本发明制备的定型相变材料解决了传统无机相变材料易渗漏、保温效果差的问题,具有热稳定性良好、相变温度适宜、相变潜热大等特征，可作为建筑用定型相变保温材料。

Description

一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及相变材料技术领域，具体为一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用。
背景技术
随着世界人口急剧增加和工业的迅速发展，全球能源消耗持续增加，同时传统能源的使用带来了严重的环境问题，其中，建筑能耗约占到整个能源消耗的25％～40％。而建筑节能技术是实现能源节约，绿色可持续发展的有效途径。在各种节能技术运用中，相变材料(PCM)具有储热密度大、储热放热过程近似等温、可控温度范围广等特征。在建筑中应用相变材料，可满足建筑节能保温需求，减小室内温度的波动，降低建筑采暖空调负荷，改善室内热舒适性。
目前，广泛研究的相变储能材料可大致分为三类，包括无机水合盐类、有机类以及金属类。其中无机水合盐类以及有机类相变材料主要用于中、低温储热，而金属及其合金主要用于高温储热。有机相变材料的特点是性能比较稳定，不易出现过冷和相分离现象，但是其单位面积的储能能力小，并且有些有机相变材料易燃，从而限制了其在建筑的广泛应用。与此相对应，无机水合盐等无机相变材料具有价格便宜，储能密度较高和相变温度适宜等特点，适宜于应用到建筑中。
六水氯化钙具有相变温度接近室温、相变潜热较大、价格便宜、无毒无污染、不可燃烧等优点，可掺加在建筑材料和构件中用作建筑节能材料，但是六水氯化钙的流动性较大，发生相变时容易发生渗漏，一般常把导热系数小于0.2W/(m·K)的材料称为保温材料，六水氯化钙的导热系数为0.55W/(m·K)，导致不利于用做建筑保温材料。因此，常在相变材料中添加膨胀珍珠岩、硅藻土等多孔材料，来解决熔融后相变材料易渗漏的问题，但是以上大多数多孔材料孔径较大，吸附率较低，而纳米二氧化硅具有纳米级微孔结构，吸附率可比传统支撑材料提高10％～15％，且纳米二氧化硅导热系数低，适宜与相变材料结合，制备相变保温材料。
发明内容
为解决现有技术不足，本发明提供一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用，利用纳米级材料二氧化硅SiO2的微孔吸附和比表面积吸附力得到的定型相变材料来解决六水氯化钙易渗漏和析出的问题，同时降低相变材料的导热系数，改善其保温效果。
为了实现以上任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种建筑用定型相变保温材料，包括相变材料，其特征在于，还包括支撑材料，所述的定型相变保温材料中支撑材料的质量分数为13.3％～33.7％，所述的支撑材料为纳米二氧化硅。
可选的，所述纳米二氧化硅粒径包括10～55nm。
可选的，所述的相变材料包括氯化锶和氯化钙；
具体地，按质量百分比计，所述的氯化锶的质量是氯化钙质量的1.5％～2.0％，所述的定型相变保温材料中氯化钙的质量分数为65％～85％，氯化锶、氯化钙和纳米二氧化硅总量为100％。
可选的，将氯化钙和氯化锶混合后制备得到熔融的相变材料，再将熔融的相变材料与纳米二氧化硅混合干燥即得。
具体地，所述的混合干燥温度均为45～50℃。
一种建筑用定型相变保温材料的制备方法，其特征在于，将氯化钙和氯化锶混合后制备得到熔融的相变材料，再将熔融的相变材料与纳米二氧化硅混合干燥即得；所述的定型相变保温材料中纳米二氧化硅的质量分数为13.3％～33.7％。
可选的，具体包括：
(1)在温度为45～50℃下，制备氯化锶与氯化钙的熔融混合物，氯化锶的质量是氯化钙质量的1.5％～2.0％，将熔融混合物凝固即得相变材料；
(2)将步骤(1)制得的相变材料于45～50℃下加热熔融，即得熔融的相变材料；
(3)向步骤(2)制得的熔融的相变材料加入纳米二氧化硅，搅拌混合干燥即得定型相变材料。
可选的，所述的纳米二氧化硅粒径为10～55nm。
可选的，所述搅拌的搅拌频率为每隔0.5～1h搅拌一次，每次搅拌时间为5min，所述的干燥温度为45～50℃，干燥时间为4～5h。
本发明所述的定型相变保温材料或本发明所述的定型相变保温材料的制备方法制备得到的定型相变保温材料用于制备调节室温的复合相变材料的应用。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明的定型相变材料相变温度为23℃～26℃，符合人体热舒适温度范围；相变潜热为135～150J/g，应用到建筑中可使建筑具有较高热容，减小室内温度波动。
(2)本发明解决了六水氯化钙发生相变时容易发生渗漏的问题，同时相比纯相变材料CaCl2·6H2O，定型相变材料导热系数可降低70％～80％，改善其保温效果，适合作为相变保温材料用于建筑外围护结构，例如墙体，屋顶等，避免了传统的相变材料在用于建筑领域时受到的限制。
(3)原料属于无机相变材料，来源广，成本低，不可燃烧；合成方法简单，相变潜热较大，相变温度适宜，可以作为建筑用保温材料，白天时相变材料吸收并储存太阳辐射热量；夜间时室内温度低于相变温度，相变材料将储存的热量释放到房间内，起到减小室内温度波动、调节室温的作用。
附图说明
图1为实施例1制备的定型相变材料的泄露实验结果，其中a、b、c和d分别代表含73％，75％，78％和80％的CaCl2·6H2O的六水氯化钙/纳米二氧化硅(15±5nm)复合相变材料(CPCM)的泄露实验照片；
图2为实施例1中含75％的CaCl2·6H2O的六水氯化钙/纳米二氧化硅(15±5nm)复合相变材料(CPCM)的SEM照片，其中a、b分别代表纳米二氧化硅和六水氯化钙/纳米二氧化硅复合相变材料；
具体实施方式
结合图1和图2，本发明所述定型相变材料的制备原料及方法优选的如下：
原料：六水氯化钙、六水氯化锶和孔径分别为15±5nm，30±5nm，50±5nm的纳米二氧化硅。六水氯化钙(分析纯级，纯度≥99％)，由天津市福晨化学试剂厂提供；纳米二氧化硅(分析纯级，纯度≥99.5％)和六水氯化锶(分析纯级，纯度≥99.5％)均由上海麦克林生化科技有限公司提供。其中六水氯化钙为无机相变材料，六水氯化锶为成核剂。
(1)相变材料的制备：在烧杯中依次加入六水氯化钙和六水氯化锶，六水氯化锶的质量是六水氯化钙质量的1.5％～2.0％，将烧杯放置在温度为45～50℃的磁力搅拌器上，待全部熔化，搅拌均匀后将得到的混合物放置到冰箱中凝固，即得相变材料；
(2)相变材料的熔融：将步骤(1)制得的相变材料从冰箱中拿出，放在45～50℃恒温干燥箱中加热至熔融状态，即得熔融的相变材料；
(3)定型相变材料的制备：向步骤(2)制得的熔融的相变材料加入纳米二氧化硅，在混合物中纳米二氧化硅的含量为13.3％～33.7％，在温度为45～50℃的恒温水浴中用玻璃棒搅拌，每隔0.5～1h搅拌一次，每次搅拌时间为5min，在温度为45～50℃的恒温干燥箱中加热4～5h，最后将混合物取出，在室温下自然冷却，即得六水氯化钙/纳米二氧化硅定型相变材料，在该定型相变材料中六水氯化钙的含量为65％～85％。
实施例1：
原料：六水氯化钙、六水氯化锶和孔径为15±5nm的二氧化硅。
(1)相变材料的制备：在烧杯中依次加入六水氯化钙和六水氯化锶，六水氯化锶的质量是六水氯化钙质量的2.0％，将烧杯放置在温度为50℃的磁力搅拌器上，待全部熔化，搅拌均匀后将得到的混合物放置到冰箱中凝固，即得相变材料，备用；
(2)相变材料的熔融：将步骤(1)制得的相变材料从冰箱中拿出，放在50℃恒温干燥箱中加热至熔融状态，即得熔融的相变材料；
(3)定型相变材料的制备：向步骤(2)制得的熔融的相变材料加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的加入量是混合物的13.3％～33.7％，在温度为50℃的恒温水浴中用玻璃棒搅拌，每隔45min搅拌一次，每次搅拌时间为5min，在温度为50℃的恒温干燥箱中加热5h，最后将混合物取出，在室温下自然冷却，即得六水氯化钙/纳米二氧化硅定型相变材料，该定型相变材料中六水氯化钙的含量为65％～85％。通过差式扫描量热仪(DSC)测得定型相变材料的相变温度、相变焓，通过瞬态热线法测得定型相变材料的导热系数，具体如下表1。
表1定型相变材料中六水氯化钙的含量对相变温度、相变焓和导热系数的影响
从表1可看出，随着定型相变材料中六水氯化钙的含量增加(即纳米二氧化硅的含量减小)，定型相变材料的相变温度、相变焓和导热系数整体随之增大，当六水氯化钙含量为85％时，定型相变材料的导热系数为0.1546W/(m·K)，比六水氯化钙的导热系数0.55W/(m·K)小，即加入纳米二氧化硅降低了相变材料的导热系数。
同时为了确定纳米二氧化硅对六水氯化钙的最大吸附能力，对纳米二氧化硅孔径为15±5nm条件下制备的定型相变材料进行泄漏实验测试，具体实验操作步骤为：将含73％、75％、78％和80％的CaCl2·6H2O的六水氯化钙/纳米二氧化硅定型相变材料放在四片相同的滤纸上，然后将样品放入温度为50℃的恒温干燥箱中并保持30min，使六水氯化钙完全从固态变为熔融态，从恒温箱中取出样品后，将相变材料从滤纸上取下，对四片滤纸进行观察，如图1所示，实验结果表示：在放置含有73％、75％的CaCl2·6H2O的复合相变材料(图1a和b)的滤纸上没有发现任何残留物，而在其它两片滤纸上(图1c和d)可清楚地观察到六水氯化钙渗漏的痕迹，因此，当六水氯化钙/纳米二氧化硅复合相变材料中CaCl2·6H2O的质量分数为75％时，抑制了相变材料液态时的渗漏问题。
用扫描电镜(SEM)对制备的定型相变材料进行形貌分析，可观察出六水氯化钙被纳米二氧化硅吸附的情况，如图2所示，由图可以看出，六水氯化钙在纳米二氧化硅的孔隙和表面均匀分布，表明六水氯化钙与纳米二氧化硅混合良好。
实施例2：
原料：与实施例1不同的是：采用孔径为30±5nm的二氧化硅。
(1)相变材料的制备：在烧杯中依次加入六水氯化钙和六水氯化锶，六水氯化锶的质量是六水氯化钙质量的1.5％，将烧杯放置在温度为45℃的磁力搅拌器上，待全部熔化，搅拌均匀后将得到的混合物放置到冰箱中凝固，即得相变材料，备用；
(2)相变材料的熔融：将步骤(1)制得的相变材料从冰箱中拿出，放在50℃恒温干燥箱中加热至熔融状态，即得熔融的相变材料；
(3)定型相变材料的制备：向步骤(2)制得的熔融的相变材料加入纳米二氧化硅，在混合物中纳米二氧化硅的含量为25.9％，在温度为45℃的恒温水浴中用玻璃棒搅拌，每隔0.5h搅拌一次，每次搅拌时间为5min，在温度为45℃的恒温干燥箱中加热4h，最后将混合物取出，在室温下自然冷却，即得六水氯化钙/纳米二氧化硅定型相变材料，在该定型相变材料中六水氯化钙的含量为73％，通过差式扫描量热仪(DSC)测得定型相变材料的相变温度为25.2℃，相变焓为142.1J/g，通过瞬态热线法测得定型相变材料的导热系数为0.1439W/(m·K)。
实施例3：
原料与实施例1不同的是：采用孔径为50±5nm的二氧化硅。
(1)相变材料的制备：在烧杯中依次加入六水氯化钙和六水氯化锶，六水氯化锶的质量是六水氯化钙质量的2.0％，将烧杯放置在温度为50℃的磁力搅拌器上，待全部熔化，搅拌均匀后将得到的混合物放置到冰箱中凝固，即得相变材料；
(2)相变材料的熔融：将步骤(1)制得的相变材料从冰箱中拿出，放在50℃恒温干燥箱中加热至熔融状态，即得熔融的相变材料；
(3)定型相变材料的制备：向步骤(2)制得的熔融的相变材料加入纳米二氧化硅，在混合物中纳米二氧化硅的含量为28.6％，在温度为50℃的恒温水浴中用玻璃棒搅拌，每隔45min搅拌一次，每次搅拌时间为5min，在温度为50℃的恒温干燥箱中加热5h，最后将混合物取出，在室温下自然冷却，即得六水氯化钙/纳米二氧化硅定型相变材料，在该定型相变材料中六水氯化钙的含量分别为70％，并通过差式扫描量热仪(DSC)测得定型相变材料的相变温度为23.2℃，相变焓为136.6J/g，通过瞬态热线法测得定型相变材料的导热系数为0.1476W/(m·K)。

Claims (10)

1.一种建筑用定型相变保温材料，包括相变材料，其特征在于，还包括支撑材料，所述的定型相变保温材料中支撑材料的质量分数为13.3％～33.7％，所述的支撑材料为纳米二氧化硅。
2.如权利要求1所述的建筑用定型相变保温材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅粒径包括10～55nm。
3.如权利要求1或2所述的建筑用定型相变保温材料，其特征在于，所述的相变材料包括氯化锶和氯化钙；
按质量百分比计，所述的氯化锶的质量是氯化钙质量的1.5％～2.0％，所述的定型相变保温材料中氯化钙的质量分数为65％～85％，氯化锶、氯化钙和纳米二氧化硅总量为100％。
4.如权利要求1或2所述的建筑用定型相变保温材料，其特征在于，将氯化钙和氯化锶混合后制备得到熔融的相变材料，再将熔融的相变材料与纳米二氧化硅混合干燥即得。
5.如权利要求4所述的建筑用定型相变保温材料，其特征在于，所述的混合干燥温度均为45～50℃。
6.一种建筑用定型相变保温材料的制备方法，其特征在于，将氯化钙和氯化锶混合后制备得到熔融的相变材料，再将熔融的相变材料与纳米二氧化硅混合干燥即得；所述的定型相变保温材料中纳米二氧化硅的质量分数为13.3％～33.7％。
7.如权利要求6所述的建筑用定型相变保温材料的制备方法，其特征在于，具体包括：
(1)在温度为45～50℃下，制备氯化锶与氯化钙的熔融混合物，氯化锶的质量是氯化钙质量的1.5％～2.0％，将熔融混合物凝固即得相变材料；
(2)将步骤(1)制得的相变材料于45～50℃下加热熔融，即得熔融的相变材料；
(3)向步骤(2)制得的熔融的相变材料加入纳米二氧化硅，搅拌混合干燥即得定型相变材料。
8.如权利要求6所述的建筑用定型相变保温材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米二氧化硅粒径为10～55nm。
9.如权利要求7所述的建筑用定型相变保温材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌的搅拌频率为每隔0.5～1h搅拌一次，每次搅拌时间为5min，所述的干燥温度为45～50℃，干燥时间为4～5h。
10.权利要求1-5所述的定型相变保温材料或权利要求6-9所述的定型相变保温材料的制备方法制备得到的定型相变保温材料用于制备调节室温的复合相变材料的应用。
CN201811144875.3A 2018-09-29 2018-09-29 一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用 Pending CN109321208A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811144875.3A CN109321208A (zh) 2018-09-29 2018-09-29 一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811144875.3A CN109321208A (zh) 2018-09-29 2018-09-29 一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109321208A true CN109321208A (zh) 2019-02-12

Family

ID=65265270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811144875.3A Pending CN109321208A (zh) 2018-09-29 2018-09-29 一种建筑用定型相变保温材料、制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109321208A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113136174A (zh) * 2021-04-21 2021-07-20 贵州国锐鑫节能科技有限公司 一种太阳能无机储能材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103923614A (zh) * 2014-04-18 2014-07-16 北京科技大学 一种有序多孔基定形复合相变材料的制备方法
CN104371658A (zh) * 2014-10-29 2015-02-25 桂林电子科技大学 一种无机水合盐相变储热材料的封装定形方法
CN107227807A (zh) * 2017-06-13 2017-10-03 华南理工大学 一种相变储能建筑保温结构
CN107419819A (zh) * 2017-08-29 2017-12-01 华南理工大学 一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103923614A (zh) * 2014-04-18 2014-07-16 北京科技大学 一种有序多孔基定形复合相变材料的制备方法
CN104371658A (zh) * 2014-10-29 2015-02-25 桂林电子科技大学 一种无机水合盐相变储热材料的封装定形方法
CN107227807A (zh) * 2017-06-13 2017-10-03 华南理工大学 一种相变储能建筑保温结构
CN107419819A (zh) * 2017-08-29 2017-12-01 华南理工大学 一种含有双层相变材料板的储能建筑墙体结构

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113136174A (zh) * 2021-04-21 2021-07-20 贵州国锐鑫节能科技有限公司 一种太阳能无机储能材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rao et al. Experimental study on thermal properties and thermal performance of eutectic hydrated salts/expanded perlite form-stable phase change materials for passive solar energy utilization
Rao et al. Experimental study on a novel form-stable phase change materials based on diatomite for solar energy storage
Karaipekli et al. Development and thermal performance of pumice/organic PCM/gypsum composite plasters for thermal energy storage in buildings
Peng et al. Effect of fumed silica additive on supercooling, thermal reliability and thermal stability of Na2HPO4· 12H2O as inorganic PCM
Xie et al. Salt hydrate/expanded vermiculite composite as a form-stable phase change material for building energy storage
Fang et al. Thermal properties enhancement and application of a novel sodium acetate trihydrate-formamide/expanded graphite shape-stabilized composite phase change material for electric radiant floor heating
Zhang et al. A capric–palmitic–stearic acid ternary eutectic mixture/expanded graphite composite phase change material for thermal energy storage
Wang et al. Microencapsulation of phase change materials with binary cores and calcium carbonate shell for thermal energy storage
Sun et al. Two types of composite phase change panels containing a ternary hydrated salt mixture for use in building envelope and ventilation system
He et al. A novel polynary fatty acid/sludge ceramsite composite phase change materials and its applications in building energy conservation
Xie et al. Development of polyurethane acrylate coated salt hydrate/diatomite form-stable phase change material with enhanced thermal stability for building energy storage
Wi et al. Climatic cycling assessment of red clay/perlite and vermiculite composite PCM for improving thermal inertia in buildings
Fu et al. Preparation and properties of phase change temperature-tuned composite phase change material based on sodium acetate trihydrate–urea/fumed silica for radiant floor heating system
Chen et al. Polyurethane macro-encapsulation for CH3COONa· 3H2O-Na2S2O3· 5H2O/Melamine sponge to fabricate form-stable composite phase change material
CN105272098B (zh) 复合无机水合盐相变材料及无机复合相变板的制备方法
Zhang et al. Preparation and performance of novel form-stable composite phase change materials based on polyethylene glycol/White Carbon Black assisted by super-ultrasound-assisted
Bao et al. Development of a stable inorganic phase change material for thermal energy storage in buildings
Zhang et al. Enhanced thermal storage capacity of paraffin/diatomite composite using oleophobic modification
CN105586012B (zh) 一种脂肪酸/改性蛭石复合相变储能材料及其制备方法
Chen et al. Preparation and characteristics of composite phase change material (CPCM) with SiO2 and diatomite as endothermal-hydroscopic material
Fang et al. Fabrication and thermal properties of CaCl2· 6H2O–CO (NH2) 2/SiO2 as room-temperature shape-stable composite PCM for building thermal insulation
Li et al. Enhanced thermal conductivity and photo-to-thermal performance of diatomite-based composite phase change materials for thermal energy storage
CN101376583A (zh) 潜热储能型石膏基建筑材料
CN105399386B (zh) 复合无机水合盐相变材料及无机复合蓄热面板的制备方法
Li et al. Calcium chloride hexahydrate/nano-SiO2 composites as form-stable phase change materials for building energy conversation: The influence of pore size of nano-SiO2

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190212

RJ01 Rejection of invention patent application after publication