CN110759670A - 一种纳米相变储能防火保温板及其制备方法 - Google Patents

一种纳米相变储能防火保温板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：15‑40份超细珍珠岩、15‑20份植物短纤维、17‑20份无机矿粉、20‑32份凝胶剂、3‑5份纳米相变储能材料、1‑2份玻纤布。有益效果是解决目前相变储能防火保温板循环稳定性差、保温性能差及储能材料析出的问题。

Description

一种纳米相变储能防火保温板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种防火保温板，更具体的涉及一种纳米相变储能防火保温板及其制备方法。
背景技术
能源是人类社会生存的基础，而能源的开发和利用是人类社会发展的动力，随着全球经济的发展，能源短缺矛盾日益凸显，化石能源的枯竭以及环境污染问题逐渐成为人们关注的焦点，因此，提高能源利用效率成了研发的重点。相变材料是指能够在一定温度范围内发生相变，释放出能量，并保持自身温度基本不变的储能材料。当周围温度高于相变材料的相变温度时，相变材料吸收热量发生融化；而周围气温低于相变材料的相变温度时，相变材料发生凝固结晶并放出热量，从而使得周围气温始终能够维持在适宜的范围内。
虽然相变储能技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，但是由于相变材料在使用中存在着一些致命的缺陷(如循环稳定性、过冷、热传导性能差等)，特别是热传导性能差，使储能释能效果大大减低，因而限制了相变材料在工业及建筑节能上的大规模应用。
目前国内建筑节能材料90％以上的均是采用EPS、XPS，PU板，这些材料的节能效果较好，导热系数低。但缺陷是易燃，燃烧后烟雾多，毒性大，废弃后污染土地水源。采用岩棉、矿棉制作的建筑板，能够达到A级防火不燃的标准，但保温性能差，强度低，易吸水失去保温性能，达不到节能的预期效果，施工时无机纤维的粉尘，吸入肺部可致癌。
授权公告号为CN106701035B的发明专利“具有高循环寿命的纳米复合相变储能材料及其制备方法”公开了一种纳米复合相变储能材料，但该储能材料的相变温度约为57℃，无法用于室内建材。申请号为201710223669.0的发明专利“一种相变储能建筑保温材料及其制备方法”公开了将石蜡通过多孔二氧化硅吸附后掺混在水泥中来制备保温材料，虽然降低了储能材料的渗透性，但由于多孔二氧化硅的孔洞为开放式，无法有效将石蜡封堵在内部，因此无法杜绝储能材料的析出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米相变储能防火保温板及其制备方法，使相变储能防火保温板具有优异循环稳定性及保温性能，而且储能材料不析出。
为了实现上述技术效果，本发明采用如下技术方案：
一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：15-40份超细珍珠岩、15-20份植物短纤维、17-20份无机矿粉、20-32份凝胶剂、3-5份纳米相变储能材料、1-2份玻纤布。
所述超细珍珠岩粒径为120-140目。
所述植物短纤维为木纤维、竹纤维、秸秆纤维中的至少一种，长度2-3mm。
所述无机矿粉为硅微粉、碳酸钙中的至少一种，粒径为0.1-0.3μm。
所述凝胶剂为等级在C60以上的高强水泥。
所述纳米相变储能材料平均粒径为400-800nm，通过下述方法制备：将多壁碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺按重量比1：20进行混合，3000-3500转/分高速搅拌至混合溶液均匀无沉淀物，加入正十八烷保持原转速继续搅拌至均匀，正十八烷加入量为多壁碳纳米管重量的3-4倍；加入重量为多壁碳纳米管4.8-5.6倍的聚酯多元醇，搅拌均匀并加热至50-55℃，按比例加入异氰酸酯、引发剂反应2-3小时；加入液体纳米二氧化硅，搅拌并降至室温；进行冷冻干燥得到纳米相变储能材料。
所述多壁碳纳米管管径为15-20nm,长度为200-500nm；
所述聚酯多元醇为聚碳酸酯型，优选聚碳酸(1,6-己二醇酯)二醇，羟值30-55mgKOH/g；
所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；
所述引发剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种；
所述液体纳米二氧化硅中二氧化硅含量为50％，二氧化硅粒径为60-80nm，加入量为多壁碳纳米管重量的10-13倍；
聚酯多元醇、异氰酸酯、引发剂比例按物质的量比为1:(0.9-0.95):0.001。
本发明还提供了一种纳米相变储能防火保温板制备方法，步骤为：
(1)将原料进行筛选，按比例进行配料。
(2)加水搅拌，进入模具成型，常温固化24小时、养护3天。
(3)锯板、打包，得到纳米相变储能防火保温板。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将吸收了正十八烷的碳纳米管作为纳米相变储能材料的芯料，能够改善芯料导热性差的缺点；纳米相变储能材料的壳为两层，具体为聚碳酸酯型聚氨酯层及外表包覆的纳米二氧化硅层，兼具韧性和刚性，能够有效抵抗反复相变过程中外壳的破裂，循环稳定性好。
(2)纳米相变储能材料外表面为无机材料，在保温板中与其他无机材料结合性好，能够有效吸收热量，保温效果更好；纳米相变储能材料具有无机包覆结构，无法流动，难以析出。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。
一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：15-40份超细珍珠岩、15-20份植物短纤维、17-20份无机矿粉、20-32份凝胶剂、3-5份纳米相变储能材料、1-2份玻纤布。
所述超细珍珠岩粒径为120-140目。
所述植物短纤维长度2-3mm，可选用木纤维、竹纤维、秸秆纤维中的至少一种，在用作纳米相变储防火保温板内部增强。
所述无机矿粉为硅微粉、碳酸钙中的至少一种，粒径为0.1-0.3μm。
所述凝胶剂为等级在C60以上的高强水泥。
所述纳米相变储能材料平均粒径为400-800nm，通过下述方法制备：将多壁碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺按重量比1：20进行混合，3000-3500转/分高速搅拌至混合溶液均匀无沉淀物，加入正十八烷保持原转速继续搅拌至均匀，正十八烷加入量为多壁碳纳米管重量的3-4倍；加入加入重量为多壁碳纳米管4.8-5.6倍的聚酯多元醇，搅拌均匀并加热至50-55℃，按比例加入异氰酸酯、引发剂反应2-3小时；加入液体纳米二氧化硅，搅拌并降至室温；进行冷冻干燥得到纳米相变储能材料。
所述多壁碳纳米管管径为15-20nm,长度为200-500nm，有效吸附正十八烷，同时提高纳米相变储能材料芯料的导热性；
所述聚酯多元醇为聚碳酸酯型，优选聚碳酸(1,6-己二醇酯)二醇，羟值30-55mgKOH/g。
所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；
所述引发剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种；
聚酯多元醇、异氰酸酯、引发剂比例按物质的量比为1:(0.9-0.95):0.001，形成了具有冲击韧性的聚氨酯层，能够有效抵抗反复相变过程中外壳的破裂；
所述液体纳米二氧化硅中二氧化硅含量为50％，二氧化硅粒径为60-80nm，加入量为多壁碳纳米管重量的10-13倍，在聚氨酯层外形成了纳米二氧化硅层，使纳米相变储能材料外层具有刚性，而且能够防止纳米相变储能材料之间的粘结。
一种纳米相变储能防火保温板制备方法，步骤为：
(1)将原料进行筛选，按比例进行配料。
(2)加水搅拌，进入模具成型，常温固化24小时、养护3天。
(3)锯板、打包，得到纳米相变储能防火保温板。
实施例1
一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：15份超细珍珠岩、20份木纤维、20份无机矿粉、32份凝胶剂、5份纳米相变储能材料、1.5份玻纤布。
所述超细珍珠岩粒径为120目。
所述木纤维长度2mm。
所述无机矿粉为硅微粉、碳酸钙中的至少一种，粒径为0.1μm。
所述凝胶剂为等级在C60的高强水泥。
所述纳米相变储能材料平均粒径为400nm，通过下述方法制备：将多壁碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺按重量比1：20进行混合，3000转/分高速搅拌至混合溶液均匀无沉淀物，加入正十八烷保持原转速继续搅拌至均匀，正十八烷加入量为多壁碳纳米管重量的3倍；加入加入重量为多壁碳纳米管4.8倍的聚酯多元醇搅拌均匀并加热至50-55℃，按比例加入异佛尔酮二异氰酸酯、辛酸亚锡反应2小时；加入液体纳米二氧化硅，搅拌并降至室温；进行冷冻干燥得到纳米相变储能材料。
所述多壁碳纳米管管径为15nm,长度为200nm；
所述聚酯多元醇为聚碳酸酯型，优选聚碳酸(1,6-己二醇酯)二醇，羟值30mgKOH/g；
所述聚酯多元醇、异氰酸酯、引发剂比例按物质的量比为1:0.9:0.001；
所述液体纳米二氧化硅中二氧化硅含量为50％，二氧化硅粒径为60nm，加入量为多壁碳纳米管重量的10倍。
一种纳米相变储能防火保温板制备方法，步骤为：
(1)将原料进行筛选，按比例进行配料。
(2)加水搅拌，进入模具成型，常温固化24小时、养护3天。
(3)锯板、打包，得到纳米相变储能防火保温板。
实施例2
一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：40份超细珍珠岩、15份木纤维、17份无机矿粉、20份凝胶剂、3份纳米相变储能材料、2份玻纤布。
所述超细珍珠岩粒径为140目。
所述木纤维长度3mm。
所述无机矿粉为硅微粉、碳酸钙中的至少一种，粒径为0.3μm。
所述凝胶剂为等级在C60的高强水泥。
所述纳米相变储能材平均粒径为600nm，通过下述方法制备：将多壁碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺按重量比1：20进行混合，3500转/分高速搅拌至混合溶液均匀无沉淀物，加入正十八烷保持原转速继续搅拌至均匀，正十八烷加入量为多壁碳纳米管重量的4倍；加入加入重量为多壁碳纳米管5.6倍的聚酯多元醇，搅拌均匀并加热至50-55℃，按比例加入异佛尔酮二异氰酸酯、辛酸亚锡反应3小时；加入液体纳米二氧化硅，搅拌并降至室温；进行冷冻干燥得到纳米相变储能材料。
所述多壁碳纳米管管径为20nm,长度为500nm；
所述聚酯多元醇为聚碳酸酯型，优选聚碳酸(1,6-己二醇酯)二醇，羟值55mgKOH/g；
聚酯多元醇、异氰酸酯、引发剂比例按物质的量比为1:0.95:0.001；
所述液体纳米二氧化硅中二氧化硅含量为50％，二氧化硅粒径为80nm，加入量为多壁碳纳米管重量的13倍。
一种纳米相变储能防火保温板制备方法，步骤为：
(1)将原料进行筛选，按比例进行配料。
(2)加水搅拌，进入模具成型，常温固化24小时、养护3天。
(3)锯板、打包，得到纳米相变储能防火保温板。
实施例3
一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：29份超细珍珠岩、18份木纤维、18份无机矿粉、25份凝胶剂、4份纳米相变储能材料、1份玻纤布。
所述超细珍珠岩粒径为130目。
所述木纤维长度2.5mm。
所述无机矿粉为硅微粉、碳酸钙中的至少一种，粒径为0.2μm。
所述凝胶剂为等级在C60的高强水泥。
所述纳米相变储能材料平均粒径为800nm，通过下述方法制备：将多壁碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺按重量比1：20进行混合，3300转/分高速搅拌至混合溶液均匀无沉淀物，加入正十八烷保持原转速继续搅拌至均匀，正十八烷加入量为多壁碳纳米管重量的3.5倍；加入加入重量为多壁碳纳米管5倍的聚酯多元醇，搅拌均匀并加热至50-55℃，按比例加入异佛尔酮二异氰酸酯、辛酸亚锡反应2.6小时；加入液体纳米二氧化硅，搅拌并降至室温；进行冷冻干燥得到纳米相变储能材料。
所述多壁碳纳米管管径为18nm,长度为300nm；
所述聚酯多元醇为聚碳酸酯型，优选聚碳酸(1,6-己二醇酯)二醇，羟值40mgKOH/g；
聚酯多元醇、异氰酸酯、引发剂比例按物质的量比为1:0.92:0.001；
所述液体纳米二氧化硅中二氧化硅含量为50％，二氧化硅粒径为60-80nm，加入量为多壁碳纳米管重量的12倍。
一种纳米相变储能防火保温板制备方法，步骤为：
(1)将原料进行筛选，按比例进行配料。
(2)加水搅拌，进入模具成型，常温固化24小时、养护3天。
(3)锯板、打包，得到纳米相变储能防火保温板。
对比例1
一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：29份超细珍珠岩、18份木纤维、18份无机矿粉、25份凝胶剂、4份纳米相变储能材料、1份玻纤布。
所述超细珍珠岩粒径为130目。
所述木纤维长度2.5mm。
所述无机矿粉为硅微粉、碳酸钙中的至少一种，粒径为0.2μm。
所述凝胶剂为等级在C60的高强水泥。
所述纳米相变储能材料，通过下述方法制备：将多壁碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺按重量比1：20进行混合，3300转/分高速搅拌至混合溶液均匀无沉淀物，加入正十八烷保持原转速继续搅拌至均匀，正十八烷加入量为多壁碳纳米管重量的3.5倍；加入加入重量为多壁碳纳米管5倍的聚酯多元醇，搅拌均匀并加热至50-55℃，按比例加入异佛尔酮二异氰酸酯、辛酸亚锡反应2.6小时搅拌并降至室温，进行冷冻干燥得到纳米相变储能材料，测得平均粒径为3000nm。
所述多壁碳纳米管管径为18nm,长度为300nm；
所述聚酯多元醇为聚碳酸酯型，优选聚碳酸(1,6-己二醇酯)二醇，羟值40mgKOH/g；
聚酯多元醇、异氰酸酯、引发剂比例按物质的量比为1:0.92:0.001。
一种纳米相变储能防火保温板制备方法，步骤为：
(1)将原料进行筛选，按比例进行配料。
(2)加水搅拌，进入模具成型，常温固化24小时、养护3天。
(3)锯板、打包，得到纳米相变储能防火保温板。
对比例2
一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：29份超细珍珠岩、18份木纤维、18份无机矿粉、25份凝胶剂、4份纳米相变储能材料、1份玻纤布。
所述超细珍珠岩粒径为130目。
所述木纤维长度2.5mm。
所述无机矿粉为硅微粉、碳酸钙中的至少一种，粒径为0.2μm。
所述凝胶剂为等级在C60的高强水泥。
所述纳米相变储能材料通过下述方法制备：将正十八烷与N,N-二甲基甲酰胺按重量比3.5：20进行混合，3300转/分高速搅拌至混合溶液均匀无沉淀物；加入加入重量为多壁碳纳米管5倍的聚酯多元醇，搅拌均匀并加热至50-55℃，按比例加入异佛尔酮二异氰酸酯、辛酸亚锡反应2.6小时；加入液体纳米二氧化硅，搅拌并降至室温；进行冷冻干燥得到纳米相变储能材料,测得平均粒径为800nm。
所述聚酯多元醇为聚碳酸酯型，优选聚碳酸(1,6-己二醇酯)二醇，羟值30-55mgKOH/g；
聚酯多元醇、异氰酸酯、引发剂比例按物质的量比为1:0.92:0.001；
所述液体纳米二氧化硅中二氧化硅含量为50％，二氧化硅粒径为60-80nm，加入量为正十八烷重量的3.4倍。
一种纳米相变储能防火保温板制备方法，步骤为：
(1)将原料进行筛选，按比例进行配料。
(2)加水搅拌，进入模具成型，常温固化24小时、养护3天。
(3)锯板、打包，得到纳米相变储能防火保温板。
对实施例、对比例及现有技术得到的保温防火材料进行性能测试，得到结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002283127120000091
由表1中可以看出，实施例保温性能高于对比例，当对比例1中未加入液体纳米二氧化硅，导致纳米相变储能材料聚氨酯层不耐磨，容易破损，造成析出，对比例1中未加入液体纳米二氧化硅，导致储能材料产生粘结，循环稳定性降低。对比例2中的纳米相变储能材料未加入碳纳米管，导致纳米相变储能材料导热性能下降，降低了防火保温板的蓄热系数。本申请得到的防火保温板蓄热系数、析出物、相变焓衰减、相变潜热值均优于现有技术。

Claims (8)

1.一种纳米相变储能防火保温板，以重量份计算，由以下组分构成：15-40份超细珍珠岩、15-20份植物短纤维、17-20份无机矿粉、20-32份凝胶剂、3-5份纳米相变储能材料、1-2份玻纤布。
2.根据权利要求1所述的一种纳米相变储能防火保温板，其特征在于：所述超细珍珠岩粒径为120-140目。
3.根据权利要求1所述的一种纳米相变储能防火保温板，其特征在于：所述植物短纤维长度为2-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种纳米相变储能防火保温板，其特征在于：所述无机矿粉为硅微粉、碳酸钙中的至少一种，粒径为0.1-0.3μm。
5.根据权利要求1所述的一种纳米相变储能防火保温板，其特征在于：所述凝胶剂为等级在C60以上的高强水泥。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种纳米相变储能防火保温板，其特征在于：所述纳米相变储能材料通过下述方法制备：将多壁碳纳米管与N,N-二甲基甲酰胺按重量比1：20进行混合，3000-3500转/分高速搅拌至混合溶液均匀无沉淀物，加入正十八烷保持原转速继续搅拌至均匀，正十八烷加入量为多壁碳纳米管重量的3-4倍；加入加入重量为多壁碳纳米管4.8-5.6倍的聚酯多元醇，搅拌均匀并加热至50-55℃，按比例加入异氰酸酯、引发剂反应2-3小时；加入液体纳米二氧化硅，搅拌并降至室温；进行冷冻干燥得到平均粒径为400-800nm的纳米相变储能材料。
7.根据权利要求6所述的一种纳米相变储能防火保温板，其特征在于：所述多壁碳纳米管管径为15-20nm,长度为200-500nm；
所述聚酯多元醇为聚碳酸(1,6-己二醇酯)二醇，羟值30-55mgKOH/g；
所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯；
所述引发剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种；
所述液体纳米二氧化硅中二氧化硅含量为50％，二氧化硅粒径为60-80nm，加入量为多壁碳纳米管重量的10-13倍；
所述聚酯多元醇、异氰酸酯、引发剂比例按物质的量比为1:(0.9-0.95):0.001。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的纳米相变储能防火保温板的制备方法，步骤为：
(1)将原料进行筛选，按比例进行配料；
(2)加水搅拌，进入模具成型，常温固化24小时、养护3天；
(3)锯板、打包，得到纳米相变储能防火保温板。
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