CN111139038A - 多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多元脂肪酸‑脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料及制备方法，属于建筑节能材料领域。该方法以多元脂肪酸‑脂肪醇为相变材料，完全干燥的膨胀珍珠岩为载体材料，通过多孔基吸附法将不同质量分数的多元脂肪酸‑脂肪醇吸附到膨胀珍珠岩的孔隙中，得到建筑用多元脂肪酸‑脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。本发明所述的建筑用多元脂肪酸‑脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料具有优良的阻燃性、相变温度达18～29.7℃，达到人体热舒适标准，具有良好的热循环稳定性和渗漏稳定性等特点，是一种经济、环保的绿色建筑节能储热材料。

Description

多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料及制备方法

技术领域

本发明属于建筑节能材料技术领域，涉及一种建筑用的多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料及制备方法。

背景技术

据统计，建筑能耗已占到社会总能耗的30％以上，在建筑领域产生的温室气体排放量达到了总排放量的30％，对生态环境造成了严重的影响。相变材料(PCM)因其可在相变过程中吸收或释放热量来调节周围环境温度，且具有较高的储热密度同时相变过程易于控制而备受关注，基于相变材料的热能储存技术一旦在生活中被广泛利用，将会成为实现建筑节能的有效方式。

目前，相变材料按化学组成可分为有机和无机相变材料，有机相变材料中的脂肪酸以及脂肪醇类因其具有合适的相变温度、融化潜热高、可反复使用、在相变过程中无过冷和相分离现象、无毒、无腐蚀性及化学和热稳定性好等特点，成为目前最具有应用潜力的相变储热材料。然而在建筑领域的实际工程中，存在单一脂肪酸和脂肪醇的相变温度难以与实际需求相匹配、在固-液相变过程中会发生渗漏问题等缺点。

为了扩展有机相变材料的相变温度范围，近年来，国内外学者致力于将不同的脂肪酸复合制得二元或者三元低共熔混合物以及将石蜡等烷烃与脂肪酸二元复合，然而将脂肪酸和脂肪醇进行二元或三元复合的研究尚为少见。癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和十四醇作为相变材料单独使用时，由于相变温度较高难以适应建筑领域的要求，利用脂肪酸、脂肪醇具有良好的相混性特点，将二者按照一定比例混合形成二元及三元低共熔混合物，可得到价格更低廉、相变温度更适用于建筑领域的复合相变材料。

同时为了解决脂肪酸、脂肪醇相变过程中的渗漏问题，合理选择和利用适宜的载体将其有效地包覆并固定是目前研发工作的关键。目前常用的方法主要有以下几种：溶胶-凝胶法，熔融浸渗法，微胶囊法以及多孔基吸附法等。相比于其它方法，多孔基吸附法不仅能够有效防止固-液相变材料的泄漏问题，还具有工艺简单、成本低廉等优势。在常用的多孔载体中，膨胀珍珠岩因其资源丰富、成本低廉、孔隙率高、吸附能力强、无毒等特性，被认为是相变材料的优良载体。此外，膨胀珍珠岩还具备不燃、稳定性好、环保等优点。

CN105349107A(申请公布日2016年2月24日)专利中设计了一种制备膨胀石墨/癸酸-月桂酸-油酸复合相变材料的方法，该方法以膨胀石墨浸渍混酸，虽然发明工艺简单，但复合相变材料的相变温度(18～21℃)比较低，在建筑领域人体热舒适标准的边缘，故在建筑节能领域的应用中有很大的局限性。

CN110055036A(申请公布日2019年7月26日)专利中设计了一种水合盐-多孔木复合相变储能材料的制备方法，该方法利用真空浸渍法以多孔木基体材料封装水合盐，虽然具有优异的形态稳定性，但由于水合盐有严重的过冷现象会导致该储能材料的循环稳定性不好。

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价格低廉、安全可靠、工艺简单、阻燃性良好的建筑用多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料及其制备方法，同时该复合相变储热材料不仅相变温度在18～30℃内，符合建筑领域人体热舒适标准，而且热循环稳定性、渗漏稳定性极好，满足建筑领域循环使用的要求。材料可用于制备建筑用相变混凝土、相变石膏板和相变砂浆等。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，包括如下步骤：

1)二元或三元低共熔混合物的制备：

按照质量比(10～70)：(90～30)将一元脂肪酸或二元脂肪酸与脂肪醇在热水浴中搅拌混合，自然冷却至室温，即制得二元或三元低共熔混合物；

2)二元或三元低共熔混合物与膨胀珍珠岩复合制备相变储热材料：

将膨胀珍珠岩置于干燥箱烘干后，按照质量比为(30～60)：(70～40)将二元或三元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩搅拌均匀后，将其置于热水浴中加热，使二元或三元低共熔混合物均匀吸附到膨胀珍珠岩的孔隙中，后冷却至室温，即得到建筑用多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

优选的，所述一元脂肪酸为癸酸、月桂酸或棕榈酸中的一种。

优选的，所述二元脂肪酸为癸酸-肉豆蔻酸、癸酸-棕榈酸、肉豆蔻酸-月桂酸、肉豆蔻酸-棕榈酸或月桂酸-棕榈酸中的一种。

优选的，所述二元脂肪酸为一元脂肪酸与一元脂肪酸按照质量比为(5～90)：(95～10)的混合物。

优选的，所述脂肪醇为十四醇或十六醇的一种。

优选的，步骤1)中，所述热水浴温度为65～75℃，搅拌时间为10～30min。

优选的，所述膨胀珍珠岩为开孔膨胀珍珠岩，导热系数为0.042～0.051W/(m·K)，粒径范围为0.9～2.5mm。

优选的，步骤2)中，所述干燥箱烘干温度为60～100℃，烘干时间为20～26h。步骤2)中，所述水浴温度为35～65℃，加热时间为30～90min。

利用本发明所述方法制备的多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料，包括质量比的二元或三元低共熔混合物30～60份；膨胀珍珠岩70～40份；所述二元或三元低共熔混合物包括一元脂肪酸或二元脂肪酸10～70份；脂肪醇90～30份。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)由于建筑用多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料以膨胀珍珠岩为载体，保持了其优异的阻燃性，同时多元脂肪酸-脂肪醇和膨胀珍珠岩都具有无毒、来源广泛、价格低廉等特性。

2)本发明的建筑用多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料，复合相变储热材料燃烧等级达《建筑材料及制品燃烧性能分级》A级，相变温度为18～29.7℃，在30次冷热循环后质量损失率不小于0.32％。广泛适用于建筑节能领域，主要体现在建筑用相变混凝土、相变石膏板和相变砂浆等的制备中，对节约能耗和缓解能源危机具有重要的意义。同时复合相变储热材料不仅循环稳定性和渗漏稳定性良好，而且其制备方法简洁、可重复性强，能够满足实际工程大规模生产需要。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1(a)、图1(b)分别为本发明实施例1的月桂酸-棕榈酸-十四醇三元低共熔混合物的形貌，其中图1(a)为混合物熔融状态下的形貌，图1(b)为混合物结晶状态下的形貌；

图2为本发明实施例1的月桂酸-棕榈酸-十四醇/膨胀珍珠岩复合相变储热材料的步冷曲线；

图3(a)、图3(b)分别为本发明实施例1的月桂酸-棕榈酸-十四醇/膨胀珍珠岩复合相变储热材料及渗漏圈的照片，其中图3(a)为储热材料的实物图，图3(b)为储热材料的渗出圈照片。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供的建筑用多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料的制备方法，包括如下步骤：

1)二元或三元低共熔混合物的制备：

按照质量比(10～70)：(90～30)将一元脂肪酸或二元脂肪酸与脂肪醇在温度为65～75℃的热水浴中搅拌10～30min，混合均匀后自然冷却至室温，即制得二元或三元低共熔混合物；

其中，一元脂肪酸为一元脂肪酸为癸酸、月桂酸或肉豆蔻酸中的一种；二元脂肪酸为癸酸-肉豆蔻酸、癸酸-棕榈酸、肉豆蔻酸-月桂酸、肉豆蔻酸-棕榈酸或月桂酸-棕榈酸中的一种；二元脂肪酸中一元脂肪酸与一元脂肪酸的质量比为(5～90)：(95～10)；脂肪醇为十四醇或十六醇的一种。

2)二元或三元低共熔混合物与膨胀珍珠岩复合制备相变储热材料：

将膨胀珍珠岩置于干燥温度为60～100℃的干燥箱中，烘干时间为20～26h，烘干后，将质量比为(30～60)：(70～40)将二元或三元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩搅拌均匀后，将其置于温度为35～65℃热水浴中，加热时间为30～90min，使二元或三元低共熔混合物均匀吸附到膨胀珍珠岩的孔隙中，冷却至室温，即得到建筑用多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

其中，膨胀珍珠岩为开孔膨胀珍珠岩，导热系数为0.042～0.051W/(m·K)，粒径范围为0.9～2.5mm。

下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

1)按照质量比51:49分别称取月桂酸-棕榈酸与十四醇放入烧杯中，用保鲜膜封口后将烧杯置于温度为70℃的热水浴中，待样品完全融化后用玻璃棒连续搅拌10min，保证月桂酸-棕榈酸和十四醇均匀混合，后将混合物自然冷却至室温，即制得月桂酸-棕榈酸-十四醇三元低共熔混合物，其中月桂酸-棕榈酸二元低共熔混合物中月桂酸与棕榈酸的质量比为90:10；

2)首先取膨胀珍珠岩置于80℃的干燥箱烘干24h，然后按照质量比60:40分别称取月桂酸-棕榈酸-十四醇三元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩共7.5g置于烧杯中，搅拌均匀并用保鲜膜封口后置于温度为65℃的水浴中，吸附60min后取出冷却至室温，即得到建筑用月桂酸-棕榈酸-十四醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

本发明图1(a)和图1(b)分别示出了实施例1的月桂酸-棕榈酸-十四醇三元低共熔混合物的形貌，其中图1(a)为混合物熔融状态下的形貌，图1(b)为混合物结晶状态下的形貌；从图2月桂酸-棕榈酸-十四醇/膨胀珍珠岩复合相变储热材料的步冷曲线可以看出，该材料降温过程中存在明显的缓变平台，能起到明显的调节和控制环境温度的作用，同时其相变温度为24.8℃。

图3(a)、图3(b)分别示出了实施例1月桂酸-棕榈酸-十四醇/膨胀珍珠岩复合相变储热材料及渗漏圈的照片，从图中可以看出，该实施例制备的复合相变储热材料颗粒与颗粒之间较分明，无明显的团聚现象，同时其渗漏圈也在评价标准合理的范围内，说明该材料具有优良的渗漏稳定性。

实施例2

1)按照质量比39:61分别称取肉豆蔻酸-棕榈酸与十四醇放入烧杯中，用保鲜膜封口后将烧杯置于温度为65℃的热水浴中，待样品完全融化后用玻璃棒连续搅拌30min，保证肉豆蔻酸-棕榈酸和十四醇均匀混合，后将混合物自然冷却至室温，即制得肉豆蔻酸-棕榈酸-十四醇三元低共熔混合物，其中肉豆蔻酸-棕榈酸二元低共熔混合物中棕榈酸与肉豆蔻酸的质量比为30:70；

2)首先取膨胀珍珠岩置于60℃的干燥箱烘干26h，然后按照质量比30:70分别称取肉豆蔻酸-棕榈酸-十四醇三元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩置于烧杯中，搅拌均匀并用保鲜膜封口后置于温度为35℃的水浴中，吸附90min后取出冷却至室温，即得到建筑用肉豆蔻酸-棕榈酸-十四醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

实施例3

1)按照质量比70:30分别称取癸酸与十四醇放入烧杯中，用保鲜膜封口后将烧杯置于温度为75℃的热水浴中，待样品完全融化后用玻璃棒连续搅拌20min，保证癸酸和十四醇均匀混合，后将混合物自然冷却至室温，即制得癸酸-十四醇二元低共熔混合物；

2)首先取膨胀珍珠岩置于100℃的干燥箱烘干20h，然后按照质量比50:50分别称取癸酸-十四醇二元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩置于烧杯中，搅拌均匀并用保鲜膜封口后置于温度为45℃的水浴中，吸附30min后取出冷却至室温，即得到建筑用癸酸-十四醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

实施例4

1)按照质量比10:90分别称取肉豆蔻酸与十六醇放入烧杯中，用保鲜膜封口后将烧杯置于温度为70℃的热水浴中，待样品完全融化后用玻璃棒连续搅拌20min，保证癸酸和十四醇均匀混合，后将混合物自然冷却至室温，即制得肉豆蔻酸-十六醇二元低共熔混合物；

2)首先取膨胀珍珠岩置于90℃的干燥箱烘干25h，然后按照质量比35:65分别称取肉豆蔻酸-十六醇二元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩置于烧杯中，搅拌均匀并用保鲜膜封口后置于温度为55℃的水浴中，吸附60min后取出冷却至室温，即得到建筑用肉豆蔻酸-十六醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

实施例5

1)按照质量比63:37分别称取癸酸-棕榈酸与十四醇放入烧杯中，用保鲜膜封口后将烧杯置于温度为75℃的热水浴中，待样品完全融化后用玻璃棒连续搅拌20min，保证癸酸-肉豆蔻酸和十四醇均匀混合，后将混合物自然冷却至室温，即制得癸酸-肉豆蔻酸-十四醇三元低共熔混合物；其中癸酸-棕榈酸二元低共熔混合物中棕榈酸与癸酸的质量比为5:95；

2)首先取膨胀珍珠岩置于70℃的干燥箱烘干24h，然后按照质量比55:45分别称取癸酸-棕榈酸-十四醇三元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩置于烧杯中，搅拌均匀并用保鲜膜封口后置于温度为40℃的水浴中，吸附50min后取出冷却至室温，即得到建筑用癸酸-棕榈酸-十四醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

实施例6

1)按照质量比65:35分别称取癸酸-肉豆蔻酸与十四醇放入烧杯中，用保鲜膜封口后将烧杯置于温度为65℃的热水浴中，待样品完全融化后用玻璃棒连续搅拌25min，保证癸酸-肉豆蔻酸和十四醇均匀混合，后将混合物自然冷却至室温，即制得癸酸-肉豆蔻酸-十四醇三元低共熔混合物；其中癸酸-肉豆蔻酸二元低共熔混合物中癸酸与肉豆蔻酸的质量比为82:18；

2)首先取膨胀珍珠岩置于80℃的干燥箱烘干24h，然后按照质量比40:60分别称取癸酸-肉豆蔻酸-十四醇三元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩置于烧杯中，搅拌均匀并用保鲜膜封口后置于温度为40℃的水浴中，吸附70min后取出冷却至室温，即得到建筑用癸酸-肉豆蔻酸-十四醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

实施例7

1)按照质量比35:65分别称取肉豆蔻酸-月桂酸与十六醇放入烧杯中，用保鲜膜封口后将烧杯置于温度为65℃的热水浴中，待样品完全融化后用玻璃棒连续搅拌15min，保证肉豆蔻酸-月桂酸和十六醇均匀混合，后将混合物自然冷却至室温，即制得肉豆蔻酸-月桂酸-十六醇三元低共熔混合物；其中肉豆蔻酸-月桂酸二元低共熔混合物中肉豆蔻酸与月桂酸的质量比为30:70；

2)首先取膨胀珍珠岩置于90℃的干燥箱烘干24h，然后按照质量比45:55分别称取肉豆蔻酸-月桂酸-十六醇三元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩置于烧杯中，搅拌均匀并用保鲜膜封口后置于温度为50℃的水浴中，吸附40min后取出冷却至室温，即得到建筑用肉豆蔻酸-月桂酸-十六醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

实施例的性能测试结果见表1

表1实施例的性能测试结果

从表1可以看出，本发明制备的建筑用多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料的燃烧等级在《建筑材料及制品燃烧性能分级》(GB8624-2012)中均划分为A级，具有良好的阻燃性。同时复合相变储热材料的相变温度为18～29.7℃，能广泛应用于建筑节能领域，符合建筑领域人体热舒适标准。另外本发明制备的复合相变储热材料在30次冷热循环后质量损失率最大为0.67％，具有优异的循环稳定性，同时复合相变储热材料的最大渗漏百分比为25％，满足渗漏性稳定性评判标准，具有良好的渗漏稳定性。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征做出一些替换和变形，这替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)二元或三元低共熔混合物的制备：

按照质量比(10～70)：(90～30)将一元脂肪酸或二元脂肪酸与脂肪醇在热水浴中搅拌混合，自然冷却至室温，即制得二元或三元低共熔混合物；

2)二元或三元低共熔混合物与膨胀珍珠岩复合制备相变储热材料：

将膨胀珍珠岩置于干燥箱烘干后，按照质量比为(30～60)：(70～40)将二元或三元低共熔混合物与干燥的膨胀珍珠岩搅拌均匀后，将其置于热水浴中加热，使二元或三元低共熔混合物均匀吸附到膨胀珍珠岩的孔隙中，后冷却至室温，即得到建筑用多元脂肪酸-脂肪醇与膨胀珍珠岩复合相变储热材料。

2.根据权利要求1所述的一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，其特征在于，所述一元脂肪酸为癸酸、月桂酸或肉豆蔻酸中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，其特征在于，所述二元脂肪酸为癸酸-肉豆蔻酸、癸酸-棕榈酸、肉豆蔻酸-月桂酸、肉豆蔻酸-棕榈酸或月桂酸-棕榈酸中的一种。

4.根据权利要求3所述的一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，其特征在于，所述二元脂肪酸为一元脂肪酸与一元脂肪酸按照质量比为(5～90)：(95～10)的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，其特征在于，所述脂肪醇为十四醇或十六醇的一种。

6.根据权利要求1所述的一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述热水浴温度为65～75℃，搅拌时间为10～30min。

7.根据权利要求1所述的一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，其特征在于，所述膨胀珍珠岩为开孔膨胀珍珠岩，导热系数为0.042～0.051W/(m·K)，粒径范围为0.9～2.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述干燥箱烘干温度为60～100℃，烘干时间为20～26h；所述水浴温度为35～65℃，加热时间为30～90min。

9.一种权利要求1-8任一项所述方法制备的多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料，其特征在于，包括以下质量比的原料：

二元或三元低共熔混合物30～60份；膨胀珍珠岩70～40份；

所述二元或三元低共熔混合物包括以下质量比的原料：

一元脂肪酸或二元脂肪酸10～70份；脂肪醇90～30份。

10.根据权利要求9所述的一种多元脂肪酸-脂肪醇/膨胀珍珠岩相变材料，其特征在于，所述复合相变储热材料燃烧等级达《建筑材料及制品燃烧性能分级》A级，相变温度为18～29.7℃，在30次冷热循环后质量损失率不小于0.32％。

Images