CN109650766A - 一种具有蓄能调温作用的建筑材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有蓄能调温作用的建筑材料，涉及节能建筑材料技术领域。通过本发明制备的复合相变材料与建筑基体材料相复合制备的建筑材料比热容和储热能力大大高于普通的建筑基体材料，同时抗老化能力增强，阻燃性能也显著提升，而且该建筑材料能够在相变温度时快速地进行储热和放热以提高储放热的效率，使得其温度调节能力提高的同时减少建筑物供暖、空调设备的运行时间，减少了环境污染，提高了舒适度；同时具有吸声隔音、耐水防火、无毒无味、轻质、高强、安全的效果，更有利于实际大规模推广应用。

Description

一种具有蓄能调温作用的建筑材料

技术领域

本发明涉及节能建筑材料技术领域，特别是，一种具有蓄能调温作用的建筑材料。

背景技术

创造健康舒适、节能的居住和工作环境，开发建筑节能技术已引起世界各国的普遍关注。在建筑领域目前采用的墙体保温方法主要有二种，一种是在建筑物的墙体内表面或墙体外表面上贴附一层聚苯乙烯保温材料，另一种方法是在两叶墙体之间加入一层聚苯乙烯或其它保温材料做为填充物，以达到使建筑物保温节能的目的。采用在建筑物的墙体内表面或墙体外表面上贴附保温材料的方法存在很大安全隐患，因为保温材料聚苯乙烯与墙体之间没有附着力，只能采用粘结 和钉铆方法进行固定，随着使用时间的延长或经过夏、冬季节的风吹日晒，聚苯乙烯保温板很容易从建筑物的墙体上脱落；由于聚苯乙烯保温材料属于易燃材料，存在火灾隐患，另外在建筑物的墙体表面贴附聚苯乙烯保温板不仅增加了建筑成本、误工误时、而且不具备根据室内温度自动调节温度的功能，降低建筑能耗的效果有限。加之矿物能源枯竭和环境污染等问题越来越突出，提高能源使用效率和开发 可再生能源成为人类面临的重要课题，因此，自调温功能建筑材料应运而生。

自调温功能建筑材料就是将相变材料与建筑材料相复合利用相变材料的储热特性使建筑增加自调温功能的一种新的建材。复合到建筑材料中的相变材料在其转化温度下发生相变，当环境温度高于其相变点时，它吸收热量，由固态变为液态，从而降低环境温度；在环境温度低于其相变点时，释放热量，由液态变为固态从而使环境温度升高。因此，我们利用相变材料的这种储热特性，可以在环境温度较高时，把多余的能量储存起来，在环境温度较低时再把它释放出来从而降低建筑能耗、实现建筑节能，而且有助于提高能效和开发可再生能源，也是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有蓄能调温作用的建筑材料。

本发明提供的一种具有蓄能调温作用的建筑材料，由复合相变材料和建筑基体材料组成。

进一步，所述的建筑基体材料为：石膏板、混凝土板、泡沫板、水泥砖、隔墙板、松木板、多孔墙板、细木板。

进一步，所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成：5-10份海泡石、1-2份纳米石墨烯、6-9份无机盐、1.5-3.5份纳米二氧化钛、1.2-2.4份纳米铁、1-3份纳米锌、6-7.5份硬脂酸、7-9份肉豆蔻酸、3-6份改性粉煤灰、20-30份乙醇、2.5-4.5份壳聚糖、0.5-1.5份蚕丝纤维、4-7份银杏树皮、蒸馏水适量。

进一步，所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成：6-9份海泡石、1.5-1.7份纳米石墨烯、7-8份无机盐、2-3份纳米二氧化钛、1.4-1.8份纳米铁、1.5-2.5份纳米锌、6.5-7份硬脂酸、7.5-8.5份肉豆蔻酸、3.5-5.5份改性粉煤灰、22-28份乙醇、3-4份壳聚糖、0.8-1份蚕丝纤维、5-6份银杏树皮、蒸馏水适量。

进一步，所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成：7.5份海泡石、1.6份纳米石墨烯、7.5份无机盐、2.5份纳米二氧化钛、1.6份纳米铁、2份纳米锌、6.7份硬脂酸、8份肉豆蔻酸、4.5份改性粉煤灰、26份乙醇、3.5份壳聚糖、0.9份蚕丝纤维、5.5份银杏树皮、蒸馏水适量。

进一步，所述的无机盐由磷酸镁、氯化钙、硫酸钠和硫代硫酸钠混合而成。

进一步，所述的无机盐由磷酸镁、氯化钙、硫酸钠和硫代硫酸钠按照重量比3:1:1:1比例混合而成。

进一步，所述的改性粉煤灰是将粉煤灰先用温度为80℃的蒸馏水浸泡5h,取出，再置于温度为110℃的干燥箱中5h,然后再置于升温炉中，于700℃，活化处理10h,取出冷却至室温，粉碎，过120目筛，即得。

进一步，所述的具有蓄能调温作用的建筑材料由以下步骤制得：

①将所述重量份数的海泡石、放入马弗炉中处理2h ，设置其温度为300℃，活化处理2h，取出冷却至室温，进行纳米粉碎，得纳米海泡石粉，然后再同纳米石墨烯和无机盐混合，加入混合重量1倍的蒸馏水，搅拌均匀，然后放入真空干燥箱中，于200℃，干燥1.5h,得浓缩纳米混合料；

②按重量份数，在真空反应釜中加入纳米铁、纳米锌、硬脂酸、肉豆蔻酸和改性粉煤灰，抽空釜中空气，后缓慢加入乙醇，在氮气的保护下，反应10h,然后和步骤①制备的浓缩纳米混合料混合置于高速搅拌机中，控制转速2000r/min，搅拌5min, 得混合拌料；

③按重量份数，取银杏树皮，在50℃环境中干燥至恒重，粉碎过120目筛，得银杏树皮粉，再将银杏树皮粉、纳米二氧化钛、壳聚糖和蚕丝纤维混合后与步骤②制备的混合拌料混合，在90℃恒温水浴条件下，机械搅拌共混1.5h,然后冷却至室温即得复合相变材料；

④将复合相变材料封入微型胶囊中，再将胶囊填充在建筑基体材料中，制成具有蓄能调温作用的建筑材料。

本发明的有益效果在于：

1、通过本发明制备的复合相变材料与建筑基体材料相复合制备的具有蓄能调温作用的建筑材料比热容和储热能力大大高于普通的建筑基体材料，同时抗老化能力增强，阻燃性能也显著提升，而且该建筑材料能够在相变温度时快速地进行储热和放热以提高储放热的效率，使得其温度调节能力提高的同时减少建筑物供暖、空调设备的运行时间，减少了环境污染，提高了舒适度。同时具有吸声隔音、耐水防火、无毒无味、轻质、高强、安全的效果，更有利于实际大规模推广应用。经普通石膏板和应用本发明的石膏板进行对比试验，在同样的环境温度和加热时间下，本发明的石膏板的升温速率和降温速率都比普通石膏板的小，所能达到的最高温度相差可达20℃，时间平移量最大可以达到10min，本发明的石膏板具有良好的调温性能。

2、相变储能材料在实际使用的过程中，相变材料会不断发生熔化-凝固的循环。凝固-熔化循环常常伴随着体积变化，产生较强的内部压力，对复合材料的结构构成威胁，经试验验证，本发明中制备的具有蓄能调温作用的建筑材料放入40℃的恒温干燥箱中30min，然后放入恒温环境（20℃）中放热，循环100次，质量损失率低至0.2%，可知，本发明制备的具有蓄能调温作用的建筑材料耐久性好、使用寿命大大延长。

3、在本发明制备的复合相变材料具有无毒、无腐蚀性、性能稳定的特性，而且无过冷及析出现象发生。传统的单一相变材料普遍存在过冷及析出现象。本发明制备的复合相变材料中添加的海泡石是具备纤维状的含镁的硅酸盐物质，海泡石纤维本身具备很强的吸附性、交换性、经过本发明的纳米化和高温200℃活化后，海泡石的比表面积大大增加，同时使得海泡石中毛细管排列有序，将无机盐紧紧进行吸附，同时还添加了纳米石墨烯，由于石墨烯具有网状片层结构，与海泡石结合后，使得海泡石纤维通过孔隙穿插在石墨烯片层的孔隙中，从而形成多孔网状结构，更好的为其他原料搭载提供空间，同时由于具有穿插结构，而且加之石墨烯性质优良，具有良好的储热和导热性能，因此大大的增加了本发明制备的复合相变材料的调温及节能效力。

4、在本发明复合相变材料中，还添加了纳米铁、纳米锌、硬脂酸、肉豆蔻酸和银杏树皮。纳米铁、纳米锌不仅作为本发明复合相变材料中的导热增强剂，而且纳米锌还同时具有良好的杀菌、抑菌性能，再同时配合植物抑菌（银杏树皮），更好的使得本发明制备的建筑材料具有良好的抗菌性，而且不用再单独使用其他抗菌剂，节约了资源的同时，提升了建筑材料的导热性能，充分的实现了节能；而添加的肉豆蔻酸均匀分散并嵌于在多孔网状结构中，为整个复合材料提供了机械强度，肉豆蔻酸的高浸润性使得其与石墨烯之间的两相界面能够紧凑连接，使得两者具有很好的相容性，使得本发明的复合相变材料性能稳定，不会发生过冷以及析出情况。同时肉豆蔻酸还因依附在海泡石毛细管表面，使得海泡石毛细管表面张力作用增强，提高复合相变材料的稳定性，从而起到一定的定形作用，而且不易发生渗漏。

5、甲醛是室内空气中主要的污染物之一，在建材及装饰材料中普遍存在，长期接触甲醛会对人体健康造成严重的伤害，本发明人还将粉煤灰进行改性添加至复合相变材料中，由于改性后的粉煤灰比表面积增大，能够对甲醛进行强有力的化学复合吸附作用，含有改性粉煤灰的复合相变材料的建筑材料不但能够实现自身吸附，而且用于室内时还能对其他装饰材料中的甲醛进行吸附，从而加速室内甲醛的清除。经验证，本发明改性后的粉煤灰比表面积达到399.57m²/g ,甲醛最大清除率达到71.5%。

6、本发明加入复合相变材料中含有的蚕丝的丝素蛋白纤维并不是完全实心的纤维,而是由许多直径一的细丝纤维并列在一起构成,细丝纤维之间存在微孔隙，通过反应将纳米二氧化钛植入在蚕丝纤维内部，实现了蚕丝纤维与和纳米颗粒的牢固结合，形成一个完整体系，提高了复合相变材料的抗老化性，而且增强了本发明制备的建筑材料的自清洁和抗菌能力。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

一种具有蓄能调温作用的建筑材料，由复合相变材料和建筑基体材料组成；

所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成：5份海泡石、1份纳米石墨烯、6份无机盐、1.5份纳米二氧化钛、1.2份纳米铁、1份纳米锌、6份硬脂酸、7份肉豆蔻酸、3份改性粉煤灰、20份乙醇、2.5份壳聚糖、0.5份蚕丝纤维、4份银杏树皮、蒸馏水适量；所述的建筑基体材料为石膏板。

实施例2

一种具有蓄能调温作用的建筑材料，由复合相变材料和建筑基体材料组成；

所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成： 10份海泡石、2份纳米石墨烯、9份无机盐、3.5份纳米二氧化钛、2.4份纳米铁、3份纳米锌、7.5份硬脂酸、9份肉豆蔻酸、6份改性粉煤灰、30份乙醇、4.5份壳聚糖、1.5份蚕丝纤维、7份银杏树皮、蒸馏水适量；所述的建筑基体材料为混凝土板。

实施例3

一种具有蓄能调温作用的建筑材料，由复合相变材料和建筑基体材料组成；

所述的复合相变材料，由以下重量份数的原料组成：6份海泡石、1.5份纳米石墨烯、7份无机盐、2份纳米二氧化钛、1.4份纳米铁、1.5份纳米锌、6.5份硬脂酸、7.5份肉豆蔻酸、3.5份改性粉煤灰、22份乙醇、3份壳聚糖、0.8份蚕丝纤维、5份银杏树皮、蒸馏水适量；所述的建筑基体材料为泡沫板。

实施例4

一种具有蓄能调温作用的建筑材料，由复合相变材料和建筑基体材料组成；

所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成： 9份海泡石、1.7份纳米石墨烯、8份无机盐、3份纳米二氧化钛、1.8份纳米铁、2.5份纳米锌、7份硬脂酸、8.5份肉豆蔻酸、5.5份改性粉煤灰、28份乙醇、4份壳聚糖、1份蚕丝纤维、6份银杏树皮、蒸馏水适量；所述的建筑基体材料为水泥砖。

实施例5

一种具有蓄能调温作用的建筑材料，由复合相变材料和建筑基体材料组成；所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成：7.5份海泡石、1.6份纳米石墨烯、7.5份无机盐、2.5份纳米二氧化钛、1.6份纳米铁、2份纳米锌、6.7份硬脂酸、8份肉豆蔻酸、4.5份改性粉煤灰、26份乙醇、3.5份壳聚糖、0.9份蚕丝纤维、5.5份银杏树皮、蒸馏水适量；所述的建筑基体材料为隔墙板。

实施例6

实施例1-实施例5所述的具有蓄能调温作用的建筑材料由以下步骤制得：

①将所述重量份数的膨胀海泡石、放入马弗炉中处理2h ，设置其温度为300℃，活化处理2h，取出冷却至室温，进行纳米粉碎，得纳米海泡石粉，然后再同纳米石墨烯和无机盐混合，加入混合重量1倍的蒸馏水，搅拌均匀，然后放入真空干燥箱中，于200℃，干燥1.5h,得浓缩纳米混合料；

②按重量份数，在真空反应釜中加入纳米铁、纳米锌、硬脂酸、肉豆蔻酸和改性粉煤灰，抽空釜中空气，后缓慢加入乙醇，在氮气的保护下，反应10h,然后和步骤①制备的浓缩纳米混合料混合置于高速搅拌机中，控制转速2000r/min，搅拌5min, 得混合拌料；

③按重量份数，取银杏树皮，在50℃环境中干燥至恒重，粉碎过120目筛，得银杏树皮粉，再将银杏树皮粉、纳米二氧化钛、壳聚糖和蚕丝纤维混合后与步骤②制备的混合拌料混合，在90℃恒温水浴条件下，机械搅拌共混1.5h,然后冷却至室温即得复合相变材料；

④将复合相变材料封入微型胶囊中，再将胶囊填充在建筑基体材料中，制成具有蓄能调温作用的建筑材料。

实施例7

实施例1-实施例5中所述的无机盐由磷酸镁、氯化钙、硫酸钠和硫代硫酸钠按照重量比3:1:1:1比例混合而成；所述的改性粉煤灰是将粉煤灰先用温度为80℃的蒸馏水浸泡5h,取出，再置于温度为110℃的干燥箱中5h,然后再置于升温炉中，于700℃，活化处理10h,取出冷却至室温，粉碎，过120目筛，即得。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

试验例

本发明复合相变材料节能效果的试验

把建筑的水泥和细砂按照1 : 2 的质量比进行混合 ，把本发明实施例1-5制备的复合相变材料捣碎与水泥和细砂按照重量比2:1:2比例进行充分的混合，把制的混合物倒入自制的模具中，制作成2 0 cm×20cm×20cm的相变蓄能调温墙体5个，在制备普通的建筑材料1个（对照墙板），尺寸也是20cm×20cm×20cm。把制备的墙体放在实验平台上 ， 利用小太阳对其进行加热处理 ， 每小时对其处理40分钟， 测试数据如下表1所示：

表1

由表1明显看出，应用本发明实施例1-5的复合相变材料制备的墙体在小太阳照射40min后，充分吸热，使得墙体温度上升至41℃以上，与对照墙体经过照射后温度相比提升了12.8℃，在小太阳停止照射后，本发明实施例1-5的复合相变材料制备的墙体开始充分放出热量，而且放热后墙体的温度明显高于吸热时墙体的温度，节能效果更加明显，而且无渗漏；对照墙体虽有放热，但是放热不明显，节能效果较差。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有蓄能调温作用的建筑材料，由复合相变材料和建筑基体材料组成，所述的建筑基体材料为：石膏板、混凝土板、泡沫板、水泥砖、隔墙板、松木板、多孔墙板、细木板；其特征在于：所述的复合相变材料，由以下重量份数的原料组成：5-10份海泡石、1-2份纳米石墨烯、6-9份无机盐、1.5-3.5份纳米二氧化钛、1.2-2.4份纳米铁、1-3份纳米锌、6-7.5份硬脂酸、7-9份肉豆蔻酸、3-6份改性粉煤灰、20-30份乙醇、2.5-4.5份壳聚糖、0.5-1.5份蚕丝纤维、4-7份银杏树皮、蒸馏水适量；所述的改性粉煤灰是将粉煤灰先用温度为80℃的蒸馏水浸泡5h,取出，再置于温度为110℃的干燥箱中5h,然后再置于升温炉中，于700℃，活化处理10h,取出冷却至室温，粉碎，过120目筛，即得。

2. 根据权利要求1所述的一种具有蓄能调温作用的建筑材料，其特征在于：所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成：6-9份海泡石、1.5-1.7份纳米石墨烯、7-8份无机盐、2-3份纳米二氧化钛、1.4-1.8份纳米铁、1.5-2.5份纳米锌、6.5-7份硬脂酸、7.5-8.5份肉豆蔻酸、3.5-5.5份改性粉煤灰、22-28份乙醇、3-4份壳聚糖、0.8-1份蚕丝纤维、5-6份银杏树皮、蒸馏水适量；所述的改性粉煤灰是将粉煤灰先用温度为80℃的蒸馏水浸泡5h,取出，再置于温度为110℃的干燥箱中5h,然后再置于升温炉中，于700℃，活化处理10h,取出冷却至室温，粉碎，过120目筛，即得。

3.据权利要求1所述的一种具有蓄能调温作用的建筑材料，其特征在于：

所述的复合相变材料， 由以下重量份数的原料组成：7.5份海泡石、1.6份纳米石墨烯、7.5份无机盐、2.5份纳米二氧化钛、1.6份纳米铁、2份纳米锌、6.7份硬脂酸、8份肉豆蔻酸、4.5份改性粉煤灰、26份乙醇、3.5份壳聚糖、0.9份蚕丝纤维、5.5份银杏树皮、蒸馏水适量；所述的改性粉煤灰是将粉煤灰先用温度为80℃的蒸馏水浸泡5h,取出，再置于温度为110℃的干燥箱中5h,然后再置于升温炉中，于700℃，活化处理10h,取出冷却至室温，粉碎，过120目筛，即得。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种具有蓄能调温作用的建筑材料，其特征在于：所述的无机盐由磷酸镁、氯化钙、硫酸钠和硫代硫酸钠混合而成。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种具有蓄能调温作用的建筑材料，其特征在于：所述的无机盐由磷酸镁、氯化钙、硫酸钠和硫代硫酸钠按照重量比3:1:1:1比例混合而成。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种具有蓄能调温作用的建筑材料，其特征在于：由以下步骤制得：

①将所述重量份数的膨胀海泡石、放入马弗炉中处理2h ，设置其温度为300℃，活化处理2h，取出冷却至室温，进行纳米粉碎，得纳米海泡石粉，然后再同纳米石墨烯和无机盐混合，加入混合重量1倍的蒸馏水，搅拌均匀，然后放入真空干燥箱中，于200℃，干燥1.5h,得浓缩纳米混合料；

②按重量份数，在真空反应釜中加入纳米铁、纳米锌、硬脂酸、肉豆蔻酸和改性粉煤灰，抽空釜中空气，后缓慢加入乙醇，在氮气的保护下，反应10h,然后和步骤①制备的浓缩纳米混合料混合置于高速搅拌机中，控制转速2000r/min，搅拌5min, 得混合拌料；

③按重量份数，取银杏树皮，在50℃环境中干燥至恒重，粉碎过120目筛，得银杏树皮粉，再将银杏树皮粉、纳米二氧化钛、壳聚糖和蚕丝纤维混合后与步骤②制备的混合拌料混合，在90℃恒温水浴条件下，机械搅拌共混1.5h,然后冷却至室温即得复合相变材料；

④将复合相变材料封入微型胶囊中，再将胶囊填充在建筑基体材料中，制成具有蓄能调温作用的建筑材料。