CN110577409B - 一种建筑室内蓄能保温材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑室内蓄能保温材料及其制备方法，保温材料采用的原料包括硅墨烯原料组合物和相变微胶囊材料，所述相变微胶囊材料的相变储热值大于200J/g，所述硅墨烯原料组合物与所述相变微胶囊材料的质量比为95:5至80:20。本发明的建筑室内蓄能保温材料及其制备方法在不改变原有硅墨烯保温材料性能的前提下，使其具有了蓄能功能。在保持良好的保温性能、防火功能与施工安全性的前提下，对调节室内环境温度、提高居住舒适度、节能降耗起到积极作用。

Description

一种建筑室内蓄能保温材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种建筑室内蓄能保温材料及其制备方法。

背景技术

目前建筑节能的主要措施是集中在建筑墙体、屋顶和门窗上，墙体则是其中最主要的、也是最应该达到节能目标的围护结构体系，而一般的内保温产品，都是通过自身隔热性能来提高其保温性能，其蓄热性能通常比较差，不能实现热能的吸收、储存和释放，无法满足夏热冬冷地区对于墙体隔热的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中不能实现墙体吸收、储存和释放热能的缺陷，提供一种建筑室内蓄能保温材料及其制备方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种建筑室内蓄能保温材料，其特点在于，其原料包括硅墨烯原料组合物和相变微胶囊材料，所述硅墨烯原料组合物包括硅质矿物10-121份、粘结剂60-100份、矿物激发剂80-270份、添加剂5-15份、增强纤维1-2份、预发泡的石墨聚苯乙烯颗粒12-20份、水40-65份，所述相变微胶囊材料的相变储热值大于200J/g，所述硅墨烯原料组合物与所述相变微胶囊材料的质量比为95:5至80:20。

较佳地，所述硅质矿物包括活性微硅粉、二氧化硅、玻化微珠和石英粉，所述粘结剂包括水泥、氧化钙和粉煤灰，所述矿物激发剂包括硅酸钠和氟硅酸钠，所述添加剂包括减水剂、防水剂、可再分散乳胶粉、纤维素醚、石墨和发泡剂。

较佳地，所述硅墨烯原料组合物的组分及重量配比包括：水50份；活性微硅粉30-50份；二氧化硅3-5份；玻化微珠5-6份；石英粉50-60份；水泥40-50份；氧化钙25-30份；粉煤灰8-15份；硅酸钠90-110份；氟硅酸钠4-5份；减水剂1份；防水剂2份；可再分散乳胶粉2-3份；纤维素醚2份；发泡剂4-5份；石墨3份；增强纤维1份；预发泡的石墨聚苯乙烯颗粒12-15份。

较佳地，所述硅墨烯原料组合物与所述相变微胶囊材料的质量比为90:10至84:16。

较佳地，所述硅墨烯原料组合物与所述相变微胶囊材料的质量比为88:12至86:14。

较佳地，所述相变微胶囊材料包括芯材和壁材，所述芯材包括相变材料，所述壁材为二氧化硅，所述芯材占所述相变微胶囊材料的质量百分比为85-90％。

较佳地，所述相变材料为烷烃类固-液相变材料，所述相变材料的相变温度为20-40℃。

较佳地，所述相变材料为石蜡或十八烷。

较佳地，所述相变微胶囊材料的粒径为1至10微米。

一种建筑室内蓄能保温材料的制备方法，其特点在于，包括以下步骤：

S1、采用包括硅质矿物10-121份、粘结剂60-100份、矿物激发剂80-270份、添加剂5-15份、增强纤维1-2份、预发泡的石墨聚苯乙烯颗粒12-20份、水40-65份的原料组合物均匀地预混合，搅拌成凝胶状的硅墨烯原料组合物；

S2、将硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为95:5至80:20的比例均匀混合，形成凝胶状的预混料原料组合物；

S3、将所述预混料原料组合物输入厚度可调的模具内，将所述预混料原料组合物在厚度方向上压缩45-55％成型，锁定所述模具，使所述预混料原料组合物保持0.15MPa-0.2MPa的压力；

S4、对所述模具进行加热，使石墨聚苯乙烯颗粒二次发泡，使所述预混料原料组合物内部的温度达到65-130℃，保持8-30分钟；

S5、将所述原料组合物冷却，脱模，养护即可。

较佳地，在步骤S4中，使所述预混料原料组合物内部的温度达到85-110℃，保持10-12分钟。

较佳地，所述模具采用锁扣进行锁定。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的建筑室内蓄能保温材料及其制备方法在不改变原有硅墨烯保温材料性能的前提下，使其具有了蓄能功能。在保持良好的保温性能、防火功能与施工安全性的前提下，对调节室内环境温度、提高居住舒适度、节能降耗起到积极作用。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明各个实施例使用的材料具体说明如下：

活性微硅粉：1250目(又称硅灰)，购自上海维特锐实业发展有限公司

二氧化硅：又称硅石，购自天津市津北精细化工有限公司

玻化微珠：购自东营万佳节能材料有限公司

石英粉：600目(又称硅微粉)，购自湖州华天微粉厂

水泥：525#，购自上海协庆实业有限公司

粉煤灰：C类高钙灰，购自上海市商品粉煤灰产品有限公司

硅酸钠：又称水玻璃，购自宜城晶瑞新材料有限公司

氟硅酸钠：购自宜城晶瑞新材料有限公司

减水剂：HF缓凝高效减水剂，购自上海东大化工有限公司

可再分散乳胶粉：购自广东龙湖科技股份有限公司

纤维素醚：购自欧锦化工

增强纤维：短切玻璃纤维，购自欧锦化工

石墨：购自辽阳兴旺石墨制品有限公司

氧化钙：又称生石灰，购自太仓市东方冶金石灰制品厂

发泡剂：碳酸盐或碳酸钙，购自广州江盐化工有限公司

防水剂：有机硅防水剂，购自上海仙邦化工有限公司

石墨聚苯乙烯颗粒：购自天津斯坦利新型材料有限公司(产品型号F301GT)，基本制作方法为是在可发性聚苯乙烯(EPS)中添加5-50％质量的膨化石墨和2-20％的磷酸化合物作为阻燃剂对可发性聚苯乙烯进行改性，通过悬浮聚合法或挤出法制备膨胀聚苯乙烯颗粒。

相变微胶囊材料：购自福建天利高新材料有限公司(产品型号TL)。

本发明各个实施例使用的测试标准具体说明如下：

根据GB/T 5486—2008《无机硬质绝热制品试验方法》测试抗压强度，根据GB/T29906-2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》测试垂直于板面的抗拉强度，根据GB/T 10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》测试导热系数，根据GB/T 10801.1《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》测试弯曲变形，根据GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》测试燃烧性能级别。

实施例1

实施例1的硅墨烯原料组合物包括：

硅质矿物，其中包括活性微硅粉50份、二氧化硅5份、玻化微珠6份和石英粉50份；

粘结剂，其中包括水泥50份、氧化钙30份和粉煤灰10份；

矿物激发剂，其中包括硅酸钠105份和氟硅酸钠5份；

添加剂，其中包括减水剂1份、防水剂2份、可再分散乳胶粉2份、纤维素醚2份、石墨3份和发泡剂4份；

增强纤维，本实施例中为短切玻璃纤维1份；

石墨聚苯乙烯颗粒15份；

水50份。

在实施例1的建筑室内蓄能保温材料的制作方法中，首先，使石墨聚苯乙烯颗粒预发泡，通过加热石墨聚苯乙烯颗粒，使之膨胀体积增加，并且通过设定蒸汽压力，使其密度发生相应的变化，从而达到所需密度要求。蒸汽压力设定为0.2MPa，温度设定100℃，预发泡的时间为10秒，然后保压30秒，然后减压3秒。

然后，取硅酸钠溶液、石英粉、氧化钙、水泥及氟硅酸钠在设定水温20℃条件下充分搅拌，再依次加入粉煤灰、活性微硅粉、纤维素醚、短切玻璃纤维、减水剂、防水剂、可再分散乳胶粉、石墨、发泡剂进行5分钟搅拌(搅拌时间根据温度变化进行相应调整，搅拌机转速设定为300转/分钟)，使其全部搅拌均匀成为预拌胶凝材料。硅酸钠的加入可使混合物具有防火性能。石墨等材料的加入，可使混合物初凝时间逐渐缩短，降低混合物流动性，主要作用为提升弯曲性能，增强成品抗压强度与抗弯折强度。同时，降低导热系数增强保温效果。

接着，在搅拌缸中加入预发泡石墨聚苯乙烯颗粒，开动搅拌机后放入预拌凝胶材料进行混合搅拌，充分使其均匀混合，制得硅墨烯原料组合物。经过多次反复试验，搅拌转速需设定在100转/分钟，搅拌5分钟，转速过快或搅拌时间过长会使石墨聚苯乙烯颗粒收缩、变形。

将硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为95:5的比例均匀混合，形成凝胶状的预混料原料组合物，再将搅拌后的预混料原料组合物(含有石墨聚苯乙烯颗粒)输入模具内(模具内垫1mm厚玻璃纸，便于后期脱模)，在模具内初步定型为板状的预混料原料组合物，模具的内腔在厚度方向上可调。由于材料加热加压后会产生一定比例收缩，经过多次试验后发现，按产品厚度5cm为例，料位计的高度需调整到10cm，收缩比例为45％。且为保证混合物输入模具过程中避免不均匀现象产生，传动速度应设定在1分钟1m的比例为最佳，然后锁定所述模具，使预混料原料组合物保持压力；

对模具进行加热，使石墨聚苯乙烯颗粒二次发泡，使预混料原料组合物内部的温度达到100℃，使预混料原料组合物内部的压力达到0.2MPa，保持10分钟，将预混料原料组合物冷却，脱模，养护，即制得保温材料A。

采用硅质矿物能够提高建筑室内蓄能保温材料的燃烧性能级别，粘结剂和矿物激发剂能够提高抗压和抗拉强度，增强纤维能够提高抗拉强度，石墨聚苯乙烯颗粒能够明显降低密度和导热系数。相变材料是一种新型的建筑节能材料，在相变过程中可以从环境吸收热(冷)量或向环境释放出热(冷)量，从而达到能量储存和释放的目的。

相变微胶囊材料包括芯材和壁材，芯材包括相变材料，壁材为二氧化硅，芯材占相变微胶囊材料的质量百分比为85％-90％。若芯材质量比例过小，则蓄能效果不好，若芯材质量比例过大，则容易压碎。相变材料为烷烃类固-液相变材料，烷烃类材料性质稳定，质量轻，比热容较高。相变材料的相变温度为20-40℃。相变材料为石蜡或十八烷。相变微胶囊材料的粒径为1至10微米。

相变蓄热应用在建筑节能技术中，其能量的储存和释放，将大大提高能源的综合利用达到建筑节能目的；而且，相变能量变化发生在较窄的温度范围内，还能大大提高居住的舒适度。

实施例2

本实施例的硅墨烯原料组合物包括：

硅质矿物，其中包括活性微硅粉35份、二氧化硅3份、玻化微珠5份和石英粉60份；

粘结剂，其中包括水泥40份、氧化钙30份和粉煤灰12份；

矿物激发剂，其中包括硅酸钠110份和氟硅酸钠5份；

添加剂，其中包括减水剂1份、防水剂2份、可再分散乳胶粉3份、纤维素醚2份、石墨3份和发泡剂5份；

增强纤维，本实施例中为短切玻璃纤维1份；

石墨聚苯乙烯颗粒15份；

水45份。

实施例2的建筑室内蓄能保温材料的制作方法与实施例1基本相同，不同之处在于硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为92:8，加热时施加在预混料原料组合物的温度分别为80℃，模具对预混料原料组合物施加的压力为0.18MPa，保持20分钟。采用上述制备工艺制得保温材料B。

实施例3

本实施例的硅墨烯原料组合物包括：

硅质矿物，其中包括活性微硅粉40份、二氧化硅4份、玻化微珠5份和石英粉50份；

粘结剂，其中包括水泥45份、氧化钙25份和粉煤灰10份；

矿物激发剂，其中包括硅酸钠100份和氟硅酸钠5份；

添加剂，其中包括减水剂1份、防水剂2份、可再分散乳胶粉3份、纤维素醚2份、石墨3份和发泡剂5份；

增强纤维，本实施例中为短切玻璃纤维1份；

石墨聚苯乙烯颗粒15份；

水55份。

实施例3的建筑室内蓄能保温材料的制作方法与实施例1基本相同，不同之处在于硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为90:10，加热时施加在预混料原料组合物的温度分别为65℃，模具对预混料原料组合物施加的压力为0.15MPa，保持30分钟。采用上述制备工艺制得保温材料C。

实施例4

本实施例的硅墨烯原料组合物包括：

硅质矿物，其中包括活性微硅粉45份、二氧化硅4份、玻化微珠6份和石英粉50份；

粘结剂，其中包括水泥50份、氧化钙30份和粉煤灰15份；

矿物激发剂，其中包括硅酸钠90份和氟硅酸钠5份；

添加剂，其中包括减水剂1份、防水剂2份、可再分散乳胶粉3份、纤维素醚2份、石墨3份和发泡剂5份；

增强纤维，本实施例中为短切玻璃纤维1份；

石墨聚苯乙烯颗粒15份；

水60份。

实施例4的建筑室内蓄能保温材料的制作方法与实施例1基本相同，不同之处在于硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为88:12，加热时施加在预混料原料组合物的温度分别为130℃，模具对预混料原料组合物施加的压力为0.2MPa，保持8分钟。采用上述制备工艺制得保温材料D。

实施例5

本实施例的硅墨烯原料组合物包括：

硅质矿物，其中包括活性微硅粉45份、二氧化硅5份、玻化微珠5份和石英粉50份；

粘结剂，其中包括水泥45份、氧化钙25份和粉煤灰8份；

矿物激发剂，其中包括硅酸钠95份和氟硅酸钠4份；

添加剂，其中包括减水剂1份、防水剂2份、可再分散乳胶粉2份、纤维素醚2份、石墨3份和发泡剂4份；

增强纤维，本实施例中为短切玻璃纤维1份；

石墨聚苯乙烯颗粒12份；

水65份。

实施例5的建筑室内蓄能保温材料的制作方法与实施例1基本相同，不同之处在于硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为86:14，加热时施加在预混料原料组合物的温度分别为110℃，模具对预混料原料组合物施加的压力为0.15MPa，保持10分钟。采用上述制备工艺制得保温材料E。

实施例6

本实施例的硅墨烯原料组合物包括：

硅质矿物，其中包括活性微硅粉50份、二氧化硅5份、玻化微珠6份和石英粉50份；

粘结剂，其中包括水泥50份、氧化钙30份和粉煤灰10份；

矿物激发剂，其中包括硅酸钠105份和氟硅酸钠5份；

添加剂，其中包括减水剂1份、防水剂2份、可再分散乳胶粉2份、纤维素醚2份、石墨3份和发泡剂4份；

增强纤维，本实施例中为短切玻璃纤维1份；

石墨聚苯乙烯颗粒15份；

水50份。

实施例6的建筑室内蓄能保温材料的制作方法与实施例1基本相同，不同之处在于硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为84:16，加热时施加在预混料原料组合物的温度分别为100℃，模具对预混料原料组合物施加的压力为0.2MPa，保持12分钟。采用上述制备工艺制得保温材料F。

实施例7

本实施例的硅墨烯原料组合物包括：

硅质矿物，其中包括活性微硅粉50份、二氧化硅5份、玻化微珠6份和石英粉50份；

粘结剂，其中包括水泥50份、氧化钙30份和粉煤灰10份；

矿物激发剂，其中包括硅酸钠105份和氟硅酸钠5份；

添加剂，其中包括减水剂1份、防水剂2份、可再分散乳胶粉2份、纤维素醚2份、石墨3份和发泡剂4份；

增强纤维，本实施例中为短切玻璃纤维1份；

石墨聚苯乙烯颗粒15份；

水50份。

实施例7的建筑室内蓄能保温材料的制作方法与实施例1基本相同，不同之处在于硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为82:18，加热时施加在预混料原料组合物的温度分别为90℃，模具对预混料原料组合物施加的压力为0.2MPa，保持13分钟。采用上述制备工艺制得保温材料G。

实施例8

本实施例的硅墨烯原料组合物包括：

硅质矿物，其中包括活性微硅粉50份、二氧化硅5份、玻化微珠6份和石英粉50份；

粘结剂，其中包括水泥50份、氧化钙30份和粉煤灰10份；

矿物激发剂，其中包括硅酸钠105份和氟硅酸钠5份；

添加剂，其中包括减水剂1份、防水剂2份、可再分散乳胶粉2份、纤维素醚2份、石墨3份和发泡剂4份；

增强纤维，本实施例中为短切玻璃纤维1份；

石墨聚苯乙烯颗粒15份；

水50份。

实施例8的建筑室内蓄能保温材料的制作方法与实施例1基本相同，不同之处在于硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料按照质量比为80:20，加热时施加在预混料原料组合物的温度分别为110℃，模具对预混料原料组合物施加的压力为0.2MPa，保持11分钟。采用上述制备工艺制得保温材料H。

实施例1-8的测试结果见表1。要想作为建筑室内蓄能保温材料，需要保温材料满足抗压强度0.25MPa以上，抗拉强度0.18MPa以上，弯曲变形值3mm以上。

表1实施例1-8的测试结果

实施例1-8均满足上述作为建筑室内蓄能保温材料的条件，并且本发明实施例1-8的导热系数均在0.06W/(m·K)以下，燃烧性能级别均为A2级别。从实施例1-8可以看出，硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料的质量比为90:10至84:16时，抗压强度均在0.254MPa以上，垂直于板面的抗拉强度均在0.188MPa以上，弯曲变形均在3.044mm以上，导热系数均在0.0573W/(m·k)以下，蓄热值均在208KJ/㎡以上，达到了比较良好的技术效果。进一步地，硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料的质量比为88:12至86:14时，抗压强度均在0.256MPa以上，垂直于板面的抗拉强度均在0.188MPa以上，弯曲变形均在3.051mm以上，导热系数均在0.0567W/(m·k)以下，蓄热值均在210KJ/㎡以上，达到了非常好的技术效果。

对比例1-4

对比例1-4采用的制作工艺与实施例1基本相同，不同之处在于硅墨烯原料混合物与相变微胶囊材料的配比，在对比例1、2、3和4中，相变微胶囊材料添加的比例分别为3％、22％、24％和26％，对比例1-4所得试样检测结果如表2。

表2对比例1-4的测试结果

从对比例1-4可以看出，以硅墨烯原料混合物为载体，均匀混合相变微胶囊材料，4组试样的燃烧性能级别不发生变化，均为A2级不燃。相变微胶囊添加比例如果太低，就达不到需要的蓄热值，但是相变微胶囊添加比例过大，虽然蓄热值相应有所提高，蓄热效果更好，但导致试样的抗压强度、抗拉强度、弯曲变形及导热系数均呈下降趋势。

因此综合实施例1-8和对比例1-4可以得出，硅墨烯原料组合物与相变微胶囊材料的质量比在95:5至80:20之间能够达到较好的蓄热效果，同时又能满足作为建筑室内蓄能保温材料的需要。

本发明的建筑室内蓄能保温材料及其制备方法在不改变原有硅墨烯保温材料抗压强度(达到0.25MPa以上)、抗拉强度(达到0.18MPa以上)、导热系数值(0.06W/(m·k)以下)、弯曲变形值(达到3mm以上)与燃烧性能等级(A2级不燃)的前提下，添加相变微胶囊材料，使其具有了蓄能功能。在保持良好的保温性能、防火功能与施工安全性的前提下，高效利用相变微胶囊相变蓄热、放热的功能对调节室内环境温度、提高居住舒适度、节能降耗起到积极作用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种建筑室内蓄能保温材料，其特征在于，其原料包括硅墨烯原料组合物和相变微胶囊材料，所述硅墨烯原料组合物包括硅质矿物10-121份、粘结剂60-100份、矿物激发剂80-270份、添加剂5-15份、增强纤维1-2份、预发泡的石墨聚苯乙烯颗粒12-20份、水40-65份，所述相变微胶囊材料的相变储热值大于200J/g，所述硅墨烯原料组合物与所述相变微胶囊材料的质量比为95:5至80:20；

所述硅质矿物包括活性微硅粉、二氧化硅、玻化微珠和石英粉，所述粘结剂包括水泥、氧化钙和粉煤灰，所述矿物激发剂包括硅酸钠和氟硅酸钠；

所述添加剂包括减水剂、防水剂、可再分散乳胶粉、纤维素醚、石墨和发泡剂；

所述相变微胶囊材料包括芯材和壁材，所述芯材包括相变材料，所述壁材为二氧化硅，所述芯材占所述相变微胶囊材料的质量百分比为85-90%；

所述相变材料为烷烃类固-液相变材料，所述相变材料的相变温度为20-40℃。

2.如权利要求1所述的建筑室内蓄能保温材料，其特征在于，所述硅墨烯原料组合物的组分及重量配比包括：水50份；活性微硅粉30-50份；二氧化硅3-5份；玻化微珠5-6份；石英粉50-60份；水泥40-50份；氧化钙25-30份；粉煤灰8-15份；硅酸钠90-110份；氟硅酸钠4-5份；减水剂1份；防水剂2份；可再分散乳胶粉2-3份；纤维素醚2份；发泡剂4-5份；石墨3份；增强纤维1份；预发泡的石墨聚苯乙烯颗粒12-15份。

3.如权利要求1所述的建筑室内蓄能保温材料，其特征在于，所述硅墨烯原料组合物与所述相变微胶囊材料的质量比为90:10至84:16。

4.如权利要求1所述的建筑室内蓄能保温材料，其特征在于，所述硅墨烯原料组合物与所述相变微胶囊材料的质量比为88:12至86:14。

5.如权利要求1所述的建筑室内蓄能保温材料，其特征在于，所述相变材料为石蜡。

6.一种如权利要求1~5中任一项所述的建筑室内蓄能保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用包括所述硅质矿物10-121份、所述粘结剂60-100份、所述矿物激发剂80-270份、所述添加剂5-15份、所述增强纤维1-2份、所述预发泡的石墨聚苯乙烯颗粒12-20份、所述水40-65份的原料组合物均匀地预混合，搅拌成凝胶状的硅墨烯原料组合物；

S2、将所述硅墨烯原料组合物与所述相变微胶囊材料按照质量比为95:5至80:20的比例均匀混合，形成凝胶状的预混料原料组合物；

S3、将所述预混料原料组合物输入厚度可调的模具内，将所述预混料原料组合物在厚度方向上压缩45-55%成型，锁定所述模具，使所述预混料原料组合物保持0.15MPa-0.2MPa的压力；

S4、对所述模具进行加热，使石墨聚苯乙烯颗粒二次发泡，使所述预混料原料组合物内部的温度达到65-130℃，保持8-30分钟；

S5、将所述预混料原料组合物冷却，脱模，养护即可。

7.如权利要求6所述的建筑室内蓄能保温材料的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，使所述预混料原料组合物内部的温度达到85-110℃，保持10-12分钟。