CN110776282A - 一种水泥基定形相变材料的制备方法 - Google Patents

一种水泥基定形相变材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110776282A
CN110776282A CN201911125529.5A CN201911125529A CN110776282A CN 110776282 A CN110776282 A CN 110776282A CN 201911125529 A CN201911125529 A CN 201911125529A CN 110776282 A CN110776282 A CN 110776282A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cement
change material
phase change
based shape
stabilized phase
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.)
Granted
Application number
CN201911125529.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110776282B (zh
Inventor
杜银飞
刘谱晟
魏唐中
马聪
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.)
Nanjing Xingyou Traffic Technology Co Ltd
Central South University
Original Assignee
Nanjing Xingyou Traffic Technology Co Ltd
Central South University
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 Nanjing Xingyou Traffic Technology Co Ltd, Central South University filed Critical Nanjing Xingyou Traffic Technology Co Ltd
Priority to CN201911125529.5A priority Critical patent/CN110776282B/zh
Publication of CN110776282A publication Critical patent/CN110776282A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110776282B publication Critical patent/CN110776282B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/06—Aluminous cements
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明公开了一种水泥基定形相变材料的制备方法，属于相变材料制备技术领域，本发明利用水泥的胶凝特性和相变材料聚乙二醇的水溶性，使用聚乙二醇水溶液拌合水泥，水泥与溶液中的水发生水化反应，而聚乙二醇由于过饱和而逐渐结晶析出，并且被生成的水化产物包裹，当水泥最终水化完成，聚乙二醇就牢牢地被水化产物所封装。本发明所述的水泥基定形相变材料具有相变材料封装率高、稳定性好、制备工艺简单、成本低廉等优点，能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。由于水泥的水化和聚乙二醇的结晶析出是同时进行的，造成水化产物和聚乙二醇链段互相缠绕，形成了稳固的封装体系，确保了制备的水泥基定形相变材料在发生相变时不会泄露。

Description

一种水泥基定形相变材料的制备方法
技术领域
本发明属于相变材料制备技术领域，具体涉及一种水泥基定形相变材料的制备方法，应用于热能储存、建筑节能等领域。
背景技术
近年来，随着温室气体排放的加剧和化石能源供应的短缺，如何提高能源利用效率逐渐成为大家关注的焦点。热能储存技术可以回收余热，缓解热能供需矛盾，是提高能源利用效率的重要环保技术。热能储存技术包括潜热存储、显热存储和化学热存储。其中，基于相变材料在发生相变时能吸收或释放大量热量的特点而发展起来的潜热存储技术是一种最有效、应用最广泛的储热技术。
相变材料可分为固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。考虑到焓值和相变过程中的体积变化，固-液相变储热材料被认为是最可行、最实用的相变储热材料。在实际应用固-液相变材料时，为了防止其在相变过程中发生泄漏，通常对其进行封装。常见的封装方法比如微胶囊相变材料，存在物理强度低，壳体材料容易破碎等缺点，或者是使用物理吸附法制备的复合定形相变材料，但这种方法也存在相变材料封装率不高，表面容易残存相变材料等缺点。因此本发明提供一种新型水泥基定形相变材料及其制备方法，本发明制备的水泥基定形相变材料封装率高、稳定性好、制备工艺简单、成本低廉，能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、成本低廉的水泥基定形相变材料的制备方法，相变材料封装率高、稳定性好，制备的水泥基定形相变材料能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种水泥基定形相变材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按照重量份称取以下原料：100份水泥、80～150份聚乙二醇水溶液、5～15份矿物掺和料、1～5份速凝剂和0.1～1份增稠剂；
S2.将干料按比例称取放入拌合锅内进行干拌；
S3.将聚乙二醇水溶液及其它液体材料缓慢倒入拌合锅内；
S4.启动水泥净浆搅拌机，先低速搅拌，再高速搅拌，搅拌完成后，然后将浆体倒入试模；
S5.标准养护后，将试件粉碎成粉体或颗粒，水泥基定形相变材料制备完成。
进一步，所述的聚乙二醇水溶液的浓度为40～70wt％，聚乙二醇的相对分子质量为500～6000。
进一步，所述的水泥为硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、磷酸盐水泥和超细水泥中的一种或多种。
进一步，所述的矿物掺和料为硅灰、粉煤灰、矿渣、石灰石粉中的一种或多种混合，且细度应高于1000目。
进一步，所述的速凝剂为铝氧熟料-碳酸盐系速凝剂、铝氧熟料-明矾石系速凝剂、水玻璃系速凝剂以及无碱速凝剂中的一种或多种。
进一步，所述的增稠剂可为丙烯系增稠剂、纤维素系增稠剂和多糖类增稠剂中的一种或多种。
进一步，所述步骤S2中，将干料按比例称取放入拌合锅内干拌1～2min。
进一步，所述步骤S4中，先低速搅拌120～150s，停15～30s，再高速搅拌120～150s，然后将浆体倒入试模。
进一步，所述步骤S5中，需要标准养护至少58天。
进一步，所述步骤S5中，可按需求将养护好的试件粉碎成不同粒径的水泥基定形相变材料。
本发明利用水泥的胶凝特性和相变材料聚乙二醇的水溶性，使用聚乙二醇水溶液拌合水泥，水泥与溶液中的水发生水化反应，而聚乙二醇由于过饱和而逐渐结晶析出，并且被生成的水化产物包裹，当水泥最终水化完成，聚乙二醇就牢牢地被水化产物所封装。本发明所述的水泥基定形相变材料具有相变材料封装率高、稳定性好、制备工艺简单、成本低廉等优点，能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1)由于水泥的水化和聚乙二醇的结晶析出是同时进行的，造成水化产物和聚乙二醇链段互相缠绕，形成了稳固的封装体系，确保了制备的水泥基定形相变材料在发生相变时不会泄露。
2)得益于水泥材料优秀的物理性能、化学稳定性和热稳定性，本发明制备的水泥基定形相变材料具有相变材料封装率高、稳定性好、制备工艺简单、成本低廉等优点，能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。
3)通过添加超细的具有活性效果的矿物掺和料以及增稠剂和速凝剂，提高了水泥基定形相变材料的水化速度、水化程度和物理强度。
附图说明
图1是对比例1制备的普通水泥净浆试件的扫描电镜图；
图2是实施例1制备的水泥基定形相变材料的扫描电镜图；
图3是实施例1制备的水泥基定形相变材料的差示扫描量热图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
本实施例所制备的水泥基定形相变材料原料组成为：所用水泥为普通硅酸盐水泥，所用相变材料为相对分子质量2000的聚乙二醇，所用矿物掺和料为硅灰，所用速凝剂为属于铝氧熟料-碳酸盐系的红星Ⅰ型速凝剂，所用增稠剂为属于丙烯系的聚丙烯酰胺，聚乙二醇水溶液浓度为70％。具体的制备步骤如下：
S1.在常温下将70g聚乙二醇2000加入30g水中搅拌，制备100g浓度为70％的聚乙二醇水溶液；
S2.称取100g水泥、10g硅灰、5g速凝剂和0.8g增稠剂放入拌合锅内干拌1～2min；
S3.将制备好的100g聚乙二醇水溶液缓慢倒入拌合锅内；
S4.启动水泥净浆搅拌机，先低速搅拌2min，停15s，再高速搅拌2min，然后将浆体倒入试模；
S5.标准养护58天后，将试件粉碎成颗粒，水泥基定形相变材料制备完成。
对制备好的水泥基定形相变材料进行热性能测试，其熔融焓为37.47J/g，经100次升降温循环后焓值为35.14J/g，说明该水泥基定形相变材料具有优秀的储热能力和热稳定性。
图2是实施例1制备的水泥基定形相变材料的扫描电镜图，从图2可以看出，水泥发生水化时，聚乙二醇会析出而填充到水化产物的微孔中，并且被生成的水化产物包裹，造成水化产物和聚乙二醇链段互相缠绕，形成了稳固的封装体系。
图3是实施例1制备的水泥基定形相变材料的差示扫描量热图，从图3可以看出该水泥基定形相变材料熔融焓为37.47J/g，结晶焓为34.44J/g，具备优秀的储热能力。
实施例2
本实施例所制备的水泥基定形相变材料原料组成为：所用水泥为硫铝酸盐水泥，所用相变材料为相对分子质量4000的聚乙二醇，所用矿物掺和料为超细粉煤灰，所用速凝剂为ART-SL12无碱液体速凝剂，所用增稠剂为属于纤维素系的纤维素醚，聚乙二醇水溶液浓度为50％。具体的制备步骤如下：
S1.在常温下将50g聚乙二醇4000倒入50g水中搅拌，制备100g浓度为50％的聚乙二醇水溶液；
S2.称取100g水泥、6g超细粉煤灰和0.2g增稠剂放入拌合锅内干拌1～2min；
S3.将制备好的100g聚乙二醇水溶液和2g速凝剂缓慢加入拌合锅内；
S4.启动水泥净浆搅拌机，先低速搅拌2min，停15s，再高速搅拌2min，然后将浆体倒入试模；
S5.标准养护58天后，将试件粉碎成粉体，水泥基定形相变材料制备完成。
对制备好的水泥基定形相变材料进行热性能测试，其焓值为38.29J/g，经100次升降温循环后焓值为36.72J/g，说明该水泥基定形相变材料具有优秀的储热能力和热稳定性。
对比例1
在不添加聚乙二醇而其余组分和制备步骤与实施例1一样的情况下制备普通水泥净浆试件作为对比例，图1是对比例1制备的普通水泥净浆试件的扫描电镜图，由图1可看出，普通水泥净浆试件存在许多孔隙，可以作为相变材料填充的载体，证明了本发明的可行性。
对比例2
将聚乙二醇磨细，然后将磨细的聚乙二醇作为外加剂与水泥拌合，其余条件同实施例1。
对制备好的相变材料进行热性能测试，其焓值为35.69J/g，经100次升降温循环后焓值为28.77J/g，与本发明实施例相比，对比例2制备的相变材料的储热能力和热稳定性较差。

Claims (10)

1.一种水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.按照重量份称取以下原料：100份水泥、80～150份聚乙二醇水溶液、5～15份矿物掺和料、1～5份速凝剂和0.1～1份增稠剂；
S2.将干料按比例称取放入拌合锅内进行干拌；
S3.将聚乙二醇水溶液及其它液体材料缓慢倒入拌合锅内；
S4.启动水泥净浆搅拌机，先低速搅拌，再高速搅拌，搅拌完成后，然后将浆体倒入试模；
S5.标准养护后，将试件粉碎成粉体或颗粒，水泥基定形相变材料制备完成。
2.根据权利要求1所述水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述的聚乙二醇水溶液的浓度为40～70wt％，聚乙二醇的相对分子质量为500～6000。
3.根据权利要求1所述水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述的水泥为硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、磷酸盐水泥和超细水泥中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述的矿物掺和料为硅灰、粉煤灰、矿渣、石灰石粉中的一种或多种混合，且细度应高于1000目。
5.根据权利要求1所述水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述的速凝剂为铝氧熟料-碳酸盐系速凝剂、铝氧熟料-明矾石系速凝剂、水玻璃系速凝剂以及无碱速凝剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述的增稠剂可为丙烯系增稠剂、纤维素系增稠剂和多糖类增稠剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，将干料按比例称取放入拌合锅内干拌1～2min。
8.根据权利要求1所述水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，先低速搅拌120～150s，停15～30s，再高速搅拌120～150s，然后将浆体倒入试模。
9.根据权利要求1所述水泥基定形相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，可按需求将试件粉碎成不同粒径的水泥基定形相变材料。
10.根据权利要求1～9中任一项所述水泥基定形相变材料的制备方法制备得到的水泥基定形相变材料。
CN201911125529.5A 2019-11-18 2019-11-18 一种水泥基定形相变材料的制备方法 Active CN110776282B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911125529.5A CN110776282B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种水泥基定形相变材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911125529.5A CN110776282B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种水泥基定形相变材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110776282A true CN110776282A (zh) 2020-02-11
CN110776282B CN110776282B (zh) 2020-11-06

Family

ID=69391985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911125529.5A Active CN110776282B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种水泥基定形相变材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110776282B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113201314A (zh) * 2021-04-22 2021-08-03 东南大学 C-s-h/peg1000相变复合材料的制备方法及应用
CN114940602A (zh) * 2022-04-08 2022-08-26 东南大学 一种自养护多梯度控温早强抗裂混凝土及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4587279A (en) * 1984-08-31 1986-05-06 University Of Dayton Cementitious building material incorporating end-capped polyethylene glycol as a phase change material
CN103214893A (zh) * 2013-04-07 2013-07-24 浙江大学宁波理工学院 相变保温腻子
CN105753390A (zh) * 2016-04-08 2016-07-13 东南大学 一种储热加气混凝土及其制备方法
CN106867462A (zh) * 2016-12-20 2017-06-20 北京建筑大学 一种复合相变材料及其制备方法、蓄能泥浆和蓄能地板
CN107500593A (zh) * 2017-09-22 2017-12-22 浙江海洋大学 一种节能墙体材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4587279A (en) * 1984-08-31 1986-05-06 University Of Dayton Cementitious building material incorporating end-capped polyethylene glycol as a phase change material
CN103214893A (zh) * 2013-04-07 2013-07-24 浙江大学宁波理工学院 相变保温腻子
CN105753390A (zh) * 2016-04-08 2016-07-13 东南大学 一种储热加气混凝土及其制备方法
CN106867462A (zh) * 2016-12-20 2017-06-20 北京建筑大学 一种复合相变材料及其制备方法、蓄能泥浆和蓄能地板
CN107500593A (zh) * 2017-09-22 2017-12-22 浙江海洋大学 一种节能墙体材料及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘红飞: "《建筑外加剂》", 28 February 2006 *
李东侠: "《建筑材料》", 31 August 2012, 北京理工大学出版社 *
王伟等: ""十八烷膨胀珍珠岩定形相变材料封装及隔热性能"", 《化工进展》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113201314A (zh) * 2021-04-22 2021-08-03 东南大学 C-s-h/peg1000相变复合材料的制备方法及应用
CN113201314B (zh) * 2021-04-22 2022-02-11 东南大学 C-s-h/peg1000相变复合材料的制备方法及应用
CN114940602A (zh) * 2022-04-08 2022-08-26 东南大学 一种自养护多梯度控温早强抗裂混凝土及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110776282B (zh) 2020-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110804422B (zh) 一种石蜡-水泥基定形相变材料的制备方法
CN105777039B (zh) 一种磷石膏基轻质保温板及其制备方法
CN100595173C (zh) 早强型聚羧酸高性能减水剂及其制备方法
CN107500703A (zh) 一种利用淤泥制备的环保轻集料及其制备方法
CN111807794A (zh) 低温套筒灌浆料及制备方法
CN110776282B (zh) 一种水泥基定形相变材料的制备方法
CN112266193A (zh) 人造钢渣骨料及其制备方法和应用
CN103241966A (zh) 无熟料钢渣再生微粉复合水泥
CN107445509B (zh) 复合改性水泥混凝土内养护材料及其制备方法
CN108358591B (zh) 含风积沙的建筑材料组合物及其制备方法
CN113354376B (zh) 一种磷石膏基集料及其制备方法
CN112209676B (zh) 一种抗冻抗泛碱赤泥免烧砖及制备方法
CN103570259A (zh) 一种地质聚合物干粉材料及制备方法
CN103449765A (zh) 一种防腐蚀加气砖的制备方法
CN102910852A (zh) 一种用于超硫酸盐水泥的促凝剂
CN103319103A (zh) 再生硬化水泥浆体胶凝材料及其制备方法
CN103265256B (zh) 水下不分散快凝型无机注浆材料及其制备方法
CN104310811A (zh) 水泥及制备方法
CN103965918A (zh) 一种水淬锰渣软土固化剂
CN115572086A (zh) 一种自燃煤矸石基地聚物胶凝材料及其制备方法
CN105130492A (zh) 一种镍渣加气混凝土及其制备工艺
CN102581922A (zh) 一种石英脉型金矿尾砂加气混凝土砌块的制备方法
CN109608107A (zh) 混凝土及其制备工艺
CN115594450B (zh) 地聚物陶粒轻质混凝土及其制备方法
CN115448621B (zh) 一种铝酸盐水泥基材料强度性能提升的方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant