CN110744897A - 含有相变材料的建筑保温卷材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有相变材料的建筑保温卷材及其制备方法，所述保温卷材由面向建筑物一侧向外依次包括保温基层、第一反射层、载体层、储热层、第二反射层；所述储热层中含有相变材料。所述保温卷材通过悬浮聚合法得到石蜡微胶囊，将石蜡微胶囊分散于丙烯酸乳液得到储热材料，再将其涂覆在载体材料上，然后在载体材料两侧涂覆超细铜粉得到第一反射层和第二反射层，再将第一反射层与保温材料粘结在一起制得。采用本发明制得的保温卷材运输和施工方便，冬天保温效果好，夏天隔热效果好，且透气性好能够保持建筑物的干燥。

Description

含有相变材料的建筑保温卷材及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑保温材料技术领域，尤其涉及含有相变材料的建筑保温卷材及其制备方法。
背景技术
保温材料是具有低导热率的绝缘材料，用于绝热、阻碍热量传递或尽量减少热量传递，常用的保温材料有岩棉或玻璃棉。通过使用保温材料减少了热传递并保持了温度梯度。特别是温度波动较大时，例如在白天和夜晚，夏季和冬季，在热能太高的情况下，进行冷却，在热能太少的情况下，进行加热。但加热和冷却本身需要能量输入，因此成本高。
相变材料(PCM，即phase change material的简写)是指能在很窄的一个温度范围内发生相变，且相转变过程中以潜热的形式释放或吸收大量能量的物质。对于相变材料的研究，最早开始于1949年，但是直到二十世纪70年代，由于能源危机日趋严重，相变材料才受到了越来越多的关注，其被广泛应用于能源储存领域，如太阳能储存、智能织物、调温建筑等。相变储能材料应用于建筑墙板中可以减少环境温度对室内引起的温度波动，提高室内的舒适度，同时可以减少建筑能耗而起到节能的作用。如果建筑物内部和外部之间存在温度梯度，则可以通过热传导，对流和辐射将热量从暖侧传输到冷侧。相变材料可以减少通过建筑物的墙壁、屋顶的热传递。这旨在尽可能地防止冬季从内部向外部传递热量或者夏季从外部向内部传递热量，从而起到冬季保温、夏季隔热的作用。
相变储能建筑材料由相变物质(PCM)和建筑载体构成，具有优异的能量贮存和释放能力；相比普通建筑保温材料而言，具有更高的热容量与热惯性。当相变物质所处微环境温度低于相变点时，相变物质由液态凝结为固态，进行放热；当相变物质所处微环境温度高于相变点时，相变物质由固态熔化为液态，开始吸热。通过这种能量的吸、放，达到保持室温，节能减排的目的。
目前，市面上的相变储能建筑材料多为含有相变材料的砂浆或墙体，这些材料需要在建筑物施工时使用，在施工时将保温材料同时用于建筑中。但用于现有建筑物保温的相变储能材料较少，现有建筑中可能存在角落或凸起，特别是边缘区域的特定构造，需要柔软能改变形状的相变储能保温材料进行铺设。且目前市面上的相变储能保温材料透气性差，建筑表面的水蒸气无法通过保温材料，建筑物的外表面潮湿不干燥，也影响保温效果。
发明内容
本发明针对目前含有相变材料的保温材料不利于运输和施工，不适用于带有特定构造的建筑且透气性差等问题，提供含有相变材料的建筑保温卷材及其制备方法，能够方便运输和施工，冬天保温、夏天隔热，且透气性好能够保持建筑物的干燥。
本发明的第一方面，提供含有相变材料的建筑保温卷材，包括保温基层、第一反射层、载体层、储热层、第二反射层；所述储热层中含有相变材料。
优选的，所述保温基层由三聚氰胺泡沫或聚氨酯泡沫制成，所述保温基层的厚度为为5～20mm。
优选的，所述载体层由PP、PE或PET的无纺布制成，所述载体层的厚度为5～20mm。
优选的，所述无纺布的面密度为50g/m2～500g/m2；所述无纺布中PP、PE或PET纤维的直径为0.1μm～7μm。
优选的，所述储热层为含有10～15％相变材料的丙烯酸乳液涂层；所述储热层的厚度为60～80μm；所述相变材料为石蜡微胶囊；所述石蜡微胶囊的直径小于30μm；更为优选的，所述石蜡微胶囊的直径为5～20μm。
优选的，所述第一反射层和第二反射层均由超细铜粉制成，所述铜粉的直径为0.3μm或1.5μm；所述第一反射层和第二反射层上均喷涂一层透明丙烯酸乳液，所述透明丙烯酸乳液的厚度不超过10μm。
本发明的第二方面，提供含有相变材料的建筑保温卷材的制备方法，包括以下步骤：
(1)在载体层的一侧均匀涂覆含有相变材料的丙烯酸乳液，50～60℃下烘烤30～40min得到储热层；
(2)在载体层的另一侧涂覆一层超细铜粉得到第一反射层，在第一反射层上喷涂一层透明丙烯酸乳液；在储热层上涂覆一层超细铜粉得到第二反射层，在第二反射层上喷涂一层透明丙烯酸乳液；
(3)使用丙烯酸粘合剂将第一反射层与保温基层粘结在一起得到含有相变材料的建筑保温卷材。
优选的，所述含有相变材料的丙烯酸乳液由如下方法制备：
(1)以甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸的共聚物为壁材采用悬浮聚合法包覆石蜡制得石蜡微胶囊；
(2)将石蜡微胶囊分次分散于丙烯酸乳液中，石蜡微胶囊每次的加入量为剩余量的1/2，制得含有相变材料的丙烯酸乳液。
本发明的第三方面，提供含有相变材料的建筑保温卷材的应用，包括：
1)建筑物外墙或屋顶的保温；
2)建筑物外墙或屋顶的隔热；
3)保持建筑外墙或屋顶的干燥；
4)现有建筑物，特别是旧建筑的保温翻新。
优选的，所述卷材用于建筑外墙时，其宽度最大为3m；所述卷材用于建筑屋顶时，其宽度最大为1.5m。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的提供含有相变材料的建筑保温卷材可以冬季保温、夏季隔热；
(2)本发明的提供含有相变材料的建筑保温卷材对于已经建成的建筑，特别是边缘区域的特定构造的建筑或旧建筑的保温翻新，可以快速清洁的铺设；
(3)本发明的提供含有相变材料的建筑保温卷材运输、存储方便且占用空间小；
(4)本发明的提供含有相变材料的建筑保温卷材透气性好，可保证建筑物的干燥。
附图说明
图1为含有相变材料的建筑保温卷材的结构图；
图中所示：
1、保温基层，2、第一反射层，3、载体层，4、储热层，5、第二反射层，6、相变材料。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所述，含有相变材料的保温材料不利于运输和施工，不适用于带有特定构造的建筑且透气性差等问题。基于此，本发明提供含有相变材料的建筑保温卷材，包括保温基层，第一反射层，载体层，储热层，第二反射层；所述储热层中含有相变材料。
所述保温基层有三聚氰胺泡沫或聚氨酯泡沫制成，所述保温基层的厚度为为5～20mm。三聚氰胺泡沫或聚氨酯泡沫为保温基材，为提高保温卷材的透气性，可使用开孔泡沫。
所述载体层由PP、PE或PET的无纺布制成，所述载体层的厚度为5～20mm。所述无纺布的面密度为50g/m2～500g/m2；所述无纺布中PP、PE或PET纤维的直径为0.1μm～7μm。采用无纺布做载体层，无纺布的透气性较好，且无纺布的表面粗糙易于丙烯酸乳液的涂覆。使用直径为0.1μm～7μm范围内的纤维制造的无纺布，制成载体层的隔热效果特别好。
所述储热层为含有10～15％相变材料的丙烯酸乳液涂层；所述储热层的厚度为60～80μm；所述相变材料为石蜡微胶囊；所述石蜡微胶囊的直径小于30μm；优选的，所述石蜡微胶囊的直径为5～20μm。相变材料为石蜡微胶囊，微胶囊包覆的方法在相变材料中应用最广泛，这种方法不仅能控制相变过程中相变材料的体积变化，使得相变材料不易流失，还能很有效的让相变材料免受外界环境的影响；同时这种方法还具有增加传热面积，加快热传导率等优点。且石蜡微胶囊的壁材使用的是甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸的共聚物，易分散与丙烯酸乳液中；另外丙烯酸乳液的透气性较好，不影响水汽的通过。
所述第一反射层和第二反射层均由超细铜粉制成，所述铜粉的直径为0.3μm或1.5μm；所述第一反射层和第二反射层上均喷涂一层透明丙烯酸乳液，所述透明丙烯酸乳液的厚度不超过10μm。载体层的两侧的铜粉可以有效的反射热辐射，而不管热辐射在保温卷材上的辐射方向如何，载体两侧的反射层可以通过反射热辐射来应对建筑物室内与室外在一年中温度梯度的变化，即室内温度高于室外温度，则建筑物需保温，反射层就可以反射室内散发出的热量，减少室内散热；如室外温度高于室内温度，则建筑物需隔热，反射层就可以反射室外的热量，减少室外热量向室内的传递。与采用铜箔或铝箔相比，采用铜粉可以确保水蒸汽从保温卷材中通过，从而不影响建筑物的干燥性。特别是在安装状态下背离建筑物一侧的第二反射层，使用铜粉可以有利地减少眩光效应。此外，铜在IR区域中具有更高的反射作用。铜粉外喷涂一层透明的丙烯酸乳液，可以防止铜粉氧化，且能确保铜粉牢固的固定在载体层的两侧。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或者按照试剂公司所推荐的条件；下述实施例中所用的试剂、耗材等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。
实施例1
1.含有相变材料的建筑保温卷材的制备：
(1)相变材料的制备：将10gMMA和3g引发剂BPO加入250ml的三口烧瓶中水浴加热，并在65℃预聚30min，然后加入10gAA预聚30min，再将60g30号石蜡和2g交联剂DVB加入到预聚液的三口烧瓶中，混合反应10min，以此为油相；将在同温度下预热好的500g水以及0.4g分散剂三乙醇胺作为连续相倒入恒温水浴杯中，打开剪切乳化仪，并将油相投入到水相中，进行剪切分散，3min中后将混合液转入三口烧瓶中，升温75℃进行反应，反应时间5h，将制得的微胶囊混合物进行过滤，用蒸馏水反复洗涤，最后在60℃下干燥24h，得到石蜡微胶囊粉末颗粒。
(2)储热层的制备：将步骤(1)制得的150g石蜡微胶囊分次加入850g丙烯酸乳液中，同时加入5g分散剂三乙醇胺，3g消泡剂磷酸三丁酯并高速搅拌，石蜡微胶囊每次的加入量为剩余量的1/2，制得含有相变材料的丙烯酸乳液。
(3)将步骤(2)制得的含有相变材料的丙烯酸乳液涂覆在厚度为10mm，面密度为200g/m2的PP无纺布背向建筑物的一侧，涂覆厚度为70μm，60℃下烘烤30分钟。
(4)将直径为0.3μm超细铜粉均匀涂覆在步骤(3)得到的无纺布的两侧，在铜粉上喷涂一层厚度为4μm的透明丙烯酸乳液，得到第一反射层与第二反射层。
(5)使用丙烯酸胶黏剂将第一反射层与厚度为20mm的三聚氰胺泡沫粘结在一起得到含有相变材料的建筑保温卷材。
2.裁剪打包
将制得的保温卷材裁剪成宽为1.5米的片材，并打包成卷。
实施例2
1.含有相变材料的建筑保温卷材的制备：
(1)相变材料的制备：将10gMMA和3g引发剂BPO加入250ml的三口烧瓶中水浴加热，并在65℃预聚30min，然后加入10gAA预聚30min，再将60g30号石蜡和2g交联剂DVB加入到预聚液的三口烧瓶中，混合反应10min，以此为油相；将在同温度下预热好的500g水以及0.4g分散剂三乙醇胺作为连续相倒入恒温水浴杯中，打开剪切乳化仪，并将油相投入到水相中，进行剪切分散，3min中后将混合液转入三口烧瓶中，升温75℃进行反应，反应时间5h，将制得的微胶囊混合物进行过滤，用蒸馏水反复洗涤，最后在60℃下干燥24h，得到石蜡微胶囊粉末颗粒。
(2)储热层的制备：将步骤(1)制得的100g石蜡微胶囊分次加入900g丙烯酸乳液中，同时加入6g分散剂六偏磷酸钠，4g消泡剂磷酸三丁酯并高速搅拌，石蜡微胶囊每次的加入量为剩余量的1/2，制得含有相变材料的丙烯酸乳液。
(3)将步骤(2)制得的含有相变材料的丙烯酸乳液涂覆在厚度为20mm，面密度为350g/m2的PET无纺布背向建筑物的一侧，涂覆厚度为80μm，60℃下烘烤30分钟。
(4)将直径为1.5μm的超细铜粉均匀涂覆在步骤(3)得到的无纺布的两侧，在铜粉上喷涂一层厚度为8μm的透明丙烯酸乳液，得到第一反射层与第二反射层。
(5)使用丙烯酸胶黏剂将第一反射层与厚度为10mm聚氨酯泡沫粘结在一起得到含有相变材料的建筑保温卷材。
2.裁剪打包
将制得的保温卷材裁剪成宽为1.5米的片材，并打包成卷。
对比例1
采用三聚氰胺泡沫作为保温卷材，厚度、宽度均同实施例1。
制备方法：将三聚氰胺树脂、发泡剂、发泡助剂和交联剂在捏合机中捏合后进入挤出机挤出母片，对母片进行预热然后发泡制得。
对比例2
采用含有相变材料的三聚氰胺泡沫作为保温卷材，厚度、宽度均同实施例1。
相变材料采用实施例1制得的石蜡微胶囊，以同样数量分散于三聚氰胺泡沫中。
制备方法：将将三聚氰胺树脂、石蜡微胶囊、发泡剂、发泡助剂、交联剂在捏合机中捏合后进入挤出机挤出母片，对母片进行预热然后发泡制得。
试验例
以砖/混凝土结构搭建实验房，实验房尺寸为：2m×2m×3m；
将实施例1、实施例2、对比例1和对比例2制得的保温卷材分别铺设于实验房的房顶与外部墙面，实验房内初始温度为20℃。
使用数显温度计置测试实验房内温度与室外温度；在实验房中选取10个位置分别测试室内温度，取平均值。按照GB/T17146标准测量水蒸汽透过量；所得结果见表1；
表1温度与水蒸汽透过量测量结果
Figure BDA0002195461700000061
由表1可以看出，采用相同尺寸的保温卷材时，实施例1、实施例2、对比例2均含有相同的相变材料，对比例1采用不含相变材料的保温卷材。室外-2℃时，室内温度越高，保温效果越好；室外36℃时，室内温度越低，隔热效果越好。实施例1与实施例2的保温隔热效果明显好于对比例2，更高于对比例1。而通过水蒸气透过量试验可以看出，实施例1与实施例2的结果远高于对比例1和对比例2，可见实施例制成的保温卷材具有良好的水蒸气透过性，有利于建筑物的干燥；而水蒸气也是制约保温卷材导热系数的因素之一，水蒸气透气性越好，材料的保温隔热性能越高。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.含有相变材料的建筑保温卷材，其特征在于：所述卷材包括保温基层、第一反射层、载体层、储热层、第二反射层；所述储热层中含有相变材料。
2.根据权利要求1所述的保温卷材，其特征在于：所述保温基层由三聚氰胺泡沫或聚氨酯泡沫制成，所述保温基层的厚度为为5～20mm。
3.根据权利要求1所述的保温卷材，其特征在于：所述载体层由PP、PE或PET的无纺布制成，所述载体层的厚度为5～20mm。
4.根据权利要求3所述的保温卷材，其特征在于：所述无纺布的面密度为50g/m2～500g/m2；所述无纺布中PP、PE或PET纤维的直径为0.1μm～7μm。
5.根据权利要求1所述的保温卷材，其特征在于：所述储热层为含有10～20％相变材料的丙烯酸乳液涂层；所述储热层的厚度为60～80μm；所述相变材料为石蜡微胶囊；所述石蜡微胶囊的直径小于30μm；优选的，所述石蜡微胶囊的直径为5～20μm。
6.根据权利要求1所述的保温卷材，其特征在于：所述第一反射层和第二反射层均由超细铜粉制成，所述铜粉的直径为0.3μm或1.5μm；所述第一反射层和第二反射层上均喷涂一层透明丙烯酸乳液，所述透明丙烯酸乳液的厚度不超过10μm。
7.权利要求1～6所述含有相变材料的建筑保温卷材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在载体层的一侧均匀涂覆含有相变材料的丙烯酸乳液，50～60℃下烘烤30～40min得到储热层；
(2)在载体层的另一侧涂覆一层超细铜粉得到第一反射层，在第一反射层上喷涂一层透明丙烯酸乳液；在储热层上涂覆一层超细铜粉得到第二反射层，在第二反射层上喷涂一层透明丙烯酸乳液；
(3)使用丙烯酸粘合剂将第一反射层与保温基层粘结在一起得到含有相变材料的建筑保温卷材。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述含有相变材料的丙烯酸乳液由如下方法制备：
(1)以甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸的共聚物为壁材采用悬浮聚合法包覆石蜡制得石蜡微胶囊；
(2)将石蜡微胶囊分次分散于丙烯酸乳液中，石蜡微胶囊每次的加入量为剩余量的1/2，制得含有相变材料的丙烯酸乳液。
9.权利要求1～6所述含有相变材料的建筑保温卷材在如下1)～3)项至少一项中的应用：
1)建筑物外墙或屋顶的保温；
2)建筑物外墙或屋顶的隔热；
3)保持建筑外墙或屋顶的干燥；
4)现有建筑物，特别是旧建筑的保温翻新。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于：所述卷材用于建筑外墙时，其宽度最大为3m；所述卷材用于建筑屋顶时，其宽度最大为1.5m。
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