CN111393096A - 核壳型轻质保温材料及其制备方法和应用 - Google Patents

核壳型轻质保温材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核壳型轻质保温材料及其制备方法和应用，核壳型轻质保温材料的制备方法包括以下步骤：取粒度为0.5～2.5mm的多孔型水渣作为相变材料基体；将相变材料基体干燥，干燥后再在压强为0～0.2MPa下保持30～60min，得到水渣；将水渣浸泡在液态熔融有机相变材料中5～15h；浸泡后，对水渣进行过滤，以滤去液态熔融有机相变材料，再加入高活性硅质粉末并与水渣混合均匀，得到核壳型保温相变单元；将核壳型保温相变单元与凝胶材料、水和外加剂均匀混合，得到核壳型轻质保温材料。通过核壳型轻质保温材料的固‑液相变转化的吸热、放热过程，实现保温效果，降低建筑物内的空调负荷，有良好的节能效果，具有节能环保，轻质保热，经济适用等特点。

Description

核壳型轻质保温材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种核壳型轻质保温材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业技术的发展，大量的工业废渣也随之产生，将这些工业废渣重复利用顺应了节能减排的新理念。多孔型工业废渣具有轻质、廉价、稳定等特点，被大大利用于建筑工程材料。自控性保温相变材料也逐渐被人们利用起来。为了建立资源节约型社会，推动循环经济发展，大力开发节能技术、节能材料与节能保温系统降低建筑能源消耗对节约能源有着十分重要的意义。
轻质保温相变材料在相变过程中可以从环境中吸收热(冷)或向环境中释放出热(冷)量，从而使温度随着环境的改变能够自行控制。与普通建筑材料相比该材料较轻，能更好的减轻建筑物的承重。大大提高了建筑物保温与及质量的性能。
因此，在提倡大力发展节能、节材、环保型建筑，促进经济社会可持续发展背景下，开发出一种保温性能好、蓄热能力强的相变材料具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种核壳型轻质保温材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法获得的核壳型轻质保温材料。
本发明的另一目的是提供上述核壳型轻质保温材料在降低容重和导热系数中的应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种核壳型轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取粒度为0.5～2.5mm的多孔型水渣作为相变材料基体；
(2)将步骤(1)得到的相变材料基体干燥，干燥后再在压强为0～0.2MPa下保持30～60min，得到水渣；
(3)将步骤(2)得到的水渣浸泡在液态熔融有机相变材料中5～15h，所述液态熔融有机相变材料的熔点为15～50℃；
(4)浸泡后，对水渣进行过滤，以滤去液态熔融有机相变材料，再加入高活性硅质粉末并与水渣混合均匀，得到核壳型保温相变单元，其中，按质量份数计，所述高活性硅质粉末与步骤(2)中所述水渣的比为(0.5～1)：1；
(5)将步骤(4)所得的核壳型保温相变单元与凝胶材料、水和外加剂均匀混合，得到核壳型轻质保温材料，按质量份数计，所述核壳型保温相变单元、凝胶材料、水和外加剂的比为(25～70)：(15～45)：(10～30)：(0.1～0.4)，所述胶凝材料为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或碱激发水泥，所述外加剂为减水剂、增塑剂或抗冻剂。
在上述技术方案中，在所述步骤(1)中，所述多孔型水渣选用粒化高炉矿渣，堆积密度为800～1200kg/m3，吸水率为5～20％。
在上述技术方案中，在所述步骤(2)中，所述干燥的温度为100～110℃，时间为8～10h。
在上述技术方案中，在所述步骤(2)中，在真空度为0～0.2MPa下保持30～60min，温度为20～25℃。
在上述技术方案中，在所述步骤(3)中，所述液态熔融有机相变材料为石蜡、正十八烷、脂肪酸类或聚乙二醇。
在上述技术方案中，在所述步骤(4)中，所述高活性硅质粉末的粒度≤0.075mm。
在上述技术方案中，在所述步骤(4)中，所述高活性硅质粉末为粉煤灰、硅灰粉、矿渣粉或火山岩粉。
在上述技术方案中，在所述步骤(5)中，所述均匀混合通过搅拌实现，搅拌时间为3～5min。
上述制备方法获得的核壳型轻质保温材料。
上述核壳型轻质保温材料在降低容重和导热系数中的应用。
本发明的有益效果为：
本发明的制备方法提供了的一种核壳型轻质保温材料，该核壳型轻质保温材料可以有效解决保温控制的问题。核壳型轻质保温材料通过发生固液转换实现储能或放能的效果，进而可以自动控制调节温度。通过核壳型轻质保温材料的固-液相变转化的吸热、放热过程，实现保温效果，降低建筑物内的空调负荷，有良好的节能效果，具有节能环保，轻质保热，经济适用等特点。使用高活性硅质粉末作为外壳，在碱性环境中会发生反应并生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H凝胶)，水化硅酸钙凝胶不仅可以有效封装核壳型保温相变单元中的相变组分，而且还能解决相变材料与水泥基体的兼容性问题，有效提升保温相变材料的强度。
附图说明
图1为本发明核壳型轻质保温材料的单元结构的示意图。
其中：
1：开口腔，2：水渣颗粒，3：石蜡，4：闭口腔，5：壳体区，6：C-S-H凝胶层，7：未反应水渣粉层，8：石蜡和水渣粉混合层。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种核壳型轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取粒度在0.63～1.25mm的多孔型水渣(粒化高炉矿渣)作为相变材料基体，多孔型水渣的堆积密度为1.14g/cm3，吸水率为8％；
(2)对步骤(1)得到的相变材料基体进行干燥，干燥的温度为105℃，干燥的时间为8h，干燥后在105℃和0.2MPa压强下保持30min，得到水渣；
(3)将步骤(2)得到的水渣浸泡在液态熔融有机相变材料中7h，液态熔融有机相变材料的熔点为40℃，液态熔融有机相变材料为石蜡；
(4)浸泡后，对水渣进行过滤，以滤去多余液态熔融有机相变材料石蜡，再加入矿渣粉并与水渣混合均匀，得到核壳型保温相变单元，其中，按质量份数计，矿渣粉与步骤(2)中水渣的比为3:5；
(5)将步骤(4)所得的核壳型保温相变单元与硅酸盐水泥、水和减水剂(聚羧酸型高效减水剂)搅拌4min至均匀，得到核壳型轻质保温材料，按质量份数计，核壳型保温相变单元、硅酸盐水泥、水和减水剂的比为50：35：15：0.2。
核壳型轻质保温材料的单元结构如图1所示，核壳型轻质保温材料的单元结构为核壳结构，核壳结构的壳为壳体区5，壳体区的外层为C-S-H凝胶层6，壳体区的内层为石蜡和水渣粉混合层8，在石蜡和水渣粉混合层和C-S-H凝胶层之间为未反应水渣粉层7；壳体区内填充的为水渣颗粒2，即核壳结构的核，在水渣颗粒内嵌有开口腔1、石蜡3和闭口腔4。
实施例2
一种核壳型轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取粒度在1.25～2.50mm的多孔型水渣作为相变材料基体，多孔型水渣的堆积密度为0.87g/cm3，吸水率为10％；
(2)对步骤(1)得到的相变材料基体进行干燥，干燥的温度为105℃，干燥的时间为8h，干燥后在105℃和0.2MPa压强下保持30min，得到水渣；
(3)将步骤(2)得到的水渣浸泡在液态熔融有机相变材料中7h，液态熔融有机相变材料的熔点为40℃，液态熔融有机相变材料为石蜡；
(4)浸泡后，对水渣进行过滤，以滤去多余液态熔融有机相变材料石蜡，再加入硅灰粉并与水渣混合均匀，得到核壳型保温相变单元，其中，按质量份数计，硅灰粉与步骤(2)中水渣的比为2.5:5；
(5)将步骤(4)所得的核壳型保温相变单元与硅酸盐水泥、水和减水剂(聚羧酸型高效减水剂)均匀搅拌4min，得到核壳型轻质保温材料，按质量份数计，核壳型保温相变单元、硅酸盐水泥、水和减水剂的比为45：35：20：0.15。
实施例3
一种核壳型轻质保温材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取粒度在1.25～2.50mm的多孔型水渣作为相变材料基体，多孔型水渣的堆积密度为0.87g/cm3，吸水率为10％；
(2)对步骤(1)得到的相变材料基体进行干燥，干燥的温度为105℃，干燥的时间为8h，干燥后在105℃和0.2MPa压强下保持30min，得到水渣；
(3)将步骤(2)得到的水渣浸泡在液态熔融有机相变材料中7h，液态熔融有机相变材料的熔点为30℃，液态熔融有机相变材料为正十八烷；
(4)浸泡后，对水渣进行过滤，以滤去多余液态熔融有机相变材料正十八烷，再加入粉煤灰并与水渣混合均匀，得到核壳型保温相变单元，其中，按质量份数计，粉煤灰与步骤(2)中水渣的比为3:5；
(5)将步骤(4)所得的核壳型保温相变单元与硅酸盐水泥、水和减水剂(聚羧酸型高效减水剂)均匀搅拌4min，得到核壳型轻质保温材料，按质量份数计，核壳型保温相变单元、硅酸盐水泥、水和减水剂的比为40：40：20：0.1。
实施例4
试块的制备：按照实例1、2、3中配比和制备方法制成核壳型轻质保温材料，将核壳型轻质保温材料灌入40mm×40mm×160mm模具中，24h后脱模得到试块，将所得的试块放入温度为20±2℃、相对湿度为90±3％的养护室，养护28d(天)后对试块进行相关性能的检测。对照试样采用标准砂、硅酸盐水泥、水均匀搅拌4min，按质量份数计：标准砂、硅酸盐水泥、水的比为60：28：12。测试结果如表1所示。
表1轻质保温相变材料的性能测试结果
Figure BDA0002164033290000051
由表1可知，本发明的核壳型轻质保温材料能够在对强度、流动性影响程度较低的前提下，大幅降低容重和导热系数。
液态熔融有机相变材料可以根据感受的温度从而进行液-固之间的转换，当环境温度高于液态熔融有机相变材料的熔点时，液态熔融有机相变材料进行吸热，实现储热的效果；当环境温度低于液态熔融有机相变材料的熔点时，液态熔融有机相变材料进行放热，从而达到相变蓄热的目的。由于水泥基内部为碱性环境，富硅铝质材料(硅灰、水渣粉、粉煤灰等)含有大量的活性Al2O3和活性SiO2，活性Al2O3和活性SiO2在碱性环境中发生反应并生成水化硅酸钙凝胶，可有效的对液态熔融有机相变材料进行密闭封装，使其在基体中进行固-液循环；水化硅酸钙的形成还有利于相变单元在水泥基体中的兼容性，有利于提升建筑材料整体的强度。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核壳型轻质保温材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取粒度为0.5～2.5mm的多孔型水渣作为相变材料基体；
(2)将步骤(1)得到的相变材料基体干燥，干燥后再在压强为0～0.2MPa下保持30～60min，得到水渣；
(3)将步骤(2)得到的水渣浸泡在液态熔融有机相变材料中5～15h，所述液态熔融有机相变材料的熔点为15～50℃；
(4)浸泡后，对水渣进行过滤，以滤去液态熔融有机相变材料，再加入高活性硅质粉末并与水渣混合均匀，得到核壳型保温相变单元，其中，按质量份数计，所述高活性硅质粉末与步骤(2)中所述水渣的比为(0.5～1)：1；
(5)将步骤(4)所得的核壳型保温相变单元与凝胶材料、水和外加剂均匀混合，得到核壳型轻质保温材料，按质量份数计，所述核壳型保温相变单元、凝胶材料、水和外加剂的比为(25～70)：(15～45)：(10～30)：(0.1～0.4)，所述胶凝材料为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或碱激发水泥，所述外加剂为减水剂、增塑剂或抗冻剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述多孔型水渣选用粒化高炉矿渣，堆积密度为800～1200kg/m3，吸水率为5～20％。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述干燥的温度为100～110℃，时间为8～10h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，在真空度为0～0.2MPa下保持30～60min，温度为20～25℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述液态熔融有机相变材料为石蜡、正十八烷、脂肪酸类或聚乙二醇。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述高活性硅质粉末的粒度≤0.075mm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述高活性硅质粉末为粉煤灰、硅灰粉、矿渣粉或火山岩粉。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，所述均匀混合通过搅拌实现，搅拌时间为3～5min。
9.如权利要求1～7所述制备方法获得的核壳型轻质保温材料。
10.如权利要求9所述核壳型轻质保温材料在降低容重和导热系数中的应用。
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