CN114589774A - 一种相变储能刨花板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相变储能刨花板的制备方法，按下述步骤进行：步骤一、将脱木素刨花木片置于融化后的聚乙二醇‑2000液体中，在0.1MPa的条件下真空浸渍20‑40min，浸渍后烘至绝干；步骤二、向烘干的脱木素刨花木片中加入其总质量10‑30％的脲醛树脂，再均匀施胶，然后在温度140‑160℃和压力1‑1.5MPa的条件下热压5‑15min，获得相变储能刨花板成品。本发明制备的相变储能木材不仅具有优异的蓄热储能的能力，而且良好的强度。

Description

一种相变储能刨花板的制备方法
技术领域
本发明涉及新型储能材料应用领域，具体地说，涉及一种相变储能刨花板的制备方法。
背景技术
全球经济发展往往伴随传统石化能源储量的减少，能源短缺问题日益突出，绿色低碳以及节能环保问题已经受到世界各国的关注。随着我国经济的迅速发展，城镇化进程的不断推进，建筑能耗已经占全国总能耗的30％，经计算，我国建筑耗能的比例最终将升至全国总耗能的50％左右。因此发展绿色低碳建筑节能材料逐渐引起人们的重视。相变储能材料是指随环境温度变化而改变自身物理状态，进而吸收或者释放大量潜热的物质，且自身温度保持不变，是绝佳的绿色节能材料，因此被广泛的应用于节能、太阳能开发和电子设备等领域。根据相变状态，相变材料主要分为固-液、固-固、液-汽相变材料，其中固-液相变材料与其它两种相比具有潜热高、温度适宜等优点，因此应用最为广泛。但目前的相变储能木材虽然可以赋予木材优异的蓄热储能的能力，但还存在力学性能差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相变储能刨花板的制备方法。本发明制备的相变储能刨花板不仅具有优异的蓄热储能的能力，而且良好的强度。
本发明的技术方案如下：一种相变储能刨花板的制备方法，按下述步骤进行：
步骤一、将脱木素刨花木片置于融化后的聚乙二醇-2000液体中，在0.1MPa的条件下真空浸渍20-40min，浸渍后烘至绝干；
步骤二、向烘干的脱木素刨花木片中加入其总质量10-30％的脲醛树脂，再均匀施胶，然后在温度140-160℃和压力1-1.5MPa的条件下热压5-15min，获得相变储能刨花板成品。
上述的相变储能刨花板的制备方法，按下述步骤进行：
步骤一、将脱木素刨花木片置于融化后的聚乙二醇-2000液体中，在0.1MPa的条件下真空浸渍20-40min，,取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干；
步骤二、向烘干的脱木素刨花木片中加入其总质量20％的脲醛树脂，再均匀施胶，然后在温度150℃和压力1-1.5MPa的条件下热压10min，获得相变储能刨花板成品。
前述的相变储能刨花板的制备方法，所述将脱木素刨花木片的制备是将2-3mol/L的氢氧化钠溶液和0.2-0.6mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的15-25％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的5-15％，再按质量份将50-100份的刨花木片置于800-1200份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，期间更换新的混合溶液重复上述步骤5-8次，最后将刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂，得到脱木素刨花木片。
前述的相变储能刨花板的制备方法，所述将脱木素刨花木片的制备是将2.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.4mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的20％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的10％，再按质量份将70份的刨花木片置于1000份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，期间更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次，最后将刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂，得到脱木素刨花木片。
前述的相变储能刨花板的制备方法，所述的刨花木片为杨木刨花片。
前述的相变储能刨花板的制备方法，步骤一中，所述的真空浸渍是在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次。
前述的相变储能刨花板的制备方法，在步骤一之前，先将脱木素刨花木片置于密闭的处理罐中，升温至100-185℃，再向处理罐内喷加2-3MPa的蒸气压力，保持2-3小时，然后泄压至0.4-0.8MPa，保持20-40分钟，以此交替2-5次，同时在泄压期间，施加微波辐射。
与现有技术相比，本发明以刨花木片为载体，通过真空浸渍法将聚乙二醇2000浸渍到脱木素后的刨花木片中，使其均匀填充在木材内部的导管与纤维中，使木材具有蓄热储能的能力，同时本发明利用脲醛树脂和热压工艺进行刨花板的制备，从而获得相变储能刨花板，通过力学测试发现，本发明制备的相变储能刨花板具有良好的力学性能。此外，本发明进一步了的优化了各项参数配比，使其更具有良好的相变储能能力。进一步地，本发明采用交替加压、泄压的方式使得木材内部通道内的物质在气压变化时松动，并结合泄压时的微波辐射的波形振动，使得松动木材内部通道内的物质更加容易地被排出，使得并木材内部形成大量的空洞，便于相变材料的进入和吸附。利用本发明的相变储能刨花板设计、研发能够智能调温、蓄热节能的新型木质家居产品，对于开发低碳节能建筑材料，推动木材产业转型升级具有重要意义。
附图说明
图1为展示了浸渍聚乙二醇的刨花板(PB100)、聚乙二醇2000(PEG2000)、普通刨花板(wood)和漂白后的刨花板(BW)的TG图像；
图2为展示了浸渍聚乙二醇的刨花板(PB100)、聚乙二醇2000(PEG2000)、普通刨花板(wood)和漂白后的刨花板(BW)的DTG图像；
图3是PB与PEG2000的DSC曲线图；
图4为本发明实施例3样品的力学测试图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例可以使本领域普通技术人员更全面的理解本发明。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1：一种相变储能刨花板的制备方法，按下述步骤进行：
一、配置3mol/L的氢氧化钠(NaOH)溶液和0.5mol/L的亚硫酸钠(Na2SO3)溶液，混合为1000mL的混合液(氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的15％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的10％)。
二、将60g的杨木刨花木片置于步骤(一)的1000ml混合溶液中，煮沸直至溶液颜色变浅(期间更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次)
三、将步骤(二)得到的木刨花用去离子水清洗去除残余化学药剂，清洗干净的程度为在煮沸24h的情况选测定清洗液酸碱值趋于中性即可。
四、将聚乙二醇-2000(PEG2000)加热融化，融化后的聚乙二醇能够完全覆盖木刨花，制得材料浸渍液。
五、将步骤(三)得到的脱木素刨花木片置于步骤(四)的混合溶液中，真空浸渍30min(0.1MPa),取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干。
六、将步骤(五)中的木刨花取出，加入占木刨花总质量15％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于155℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压15min，获得相变储能刨花板。
实施例2：一种相变储能刨花板的制备方法，按下述步骤进行：
一、配置2.8mol/L的氢氧化钠(NaOH)溶液和0.5mol/L的亚硫酸钠(Na2SO3)溶液，混合为1000mL的混合液(氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的25％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的15％)。
二、将80g的杨木刨花木片置于步骤(一)的1000ml混合溶液中，煮沸直至溶液颜色变浅(期间更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次)
三、将步骤(二)得到的木刨花用去离子水清洗去除残余化学药剂，清洗干净的程度为在煮沸24h的情况选测定清洗液酸碱值趋于中性即可。
四、将聚乙二醇-2000(PEG2000)加热融化，融化后的聚乙二醇能够完全覆盖木刨花，制得材料浸渍液。
五、将步骤(三)得到的脱木素刨花木片置于步骤(四)的混合溶液中，真空浸渍35min(0.1MPa),取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干。
六、将步骤(五)中的木刨花取出，加入占木刨花总质量15％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于160℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压15min，获得相变储能刨花板。
实施例3：一种相变储能刨花板的制备方法，按下述步骤进行：
一、配置2.5mol/L的氢氧化钠(NaOH)溶液和0.4mol/L的亚硫酸钠(Na2SO3)溶液，混合为1000mL的混合液(氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的20％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的10％)。
二、将70g的杨木刨花木片置于步骤(一)的1000ml混合溶液中，煮沸直至溶液颜色变浅(期间更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次)
三、将步骤(二)得到的木刨花用去离子水清洗去除残余化学药剂，清洗干净的程度为在煮沸24h的情况选测定清洗液酸碱值趋于中性即可。
四、将聚乙二醇-2000(PEG2000)加热融化，融化后的聚乙二醇能够完全覆盖木刨花，制得材料浸渍液。
五、将步骤(三)得到的脱木素刨花木片置于置于密闭的处理罐中，升温至160℃，再向处理罐内喷加3MPa的蒸气压力，保持2.5小时，然后泄压至0.5MPa，保持30分钟，以此交替4次，同时在泄压期间，施加频率为2.6GHz，功率密度为700W/cm2的微波辐射，处理完毕后将脱木素刨花木片置于步骤(四)的混合溶液中，在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次,浸渍后取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干。
六、将步骤(五)中的木刨花取出，加入占木刨花总质量20％的脲醛树脂均匀施胶，然后置于150℃、压力在1-1.5MPa的压机中热压10min，获得相变储能刨花板。
申请人以最优选的实施例3中的成品进行示例，图1和图2分别展示了浸渍聚乙二醇的刨花板(PB100)、聚乙二醇2000(PEG2000)、普通刨花板(wood)和漂白后的刨花板(BW)的TG图像以及DTG图像，采用热重分析方法对相变储能刨花板的热稳定性进行了分析。根据TG图像可知，在250℃以下，由于结合水的蒸发，PB的失重率仅为6％，因此在实际应用中具有较好的热稳定性。根据DTG图像可知，在329℃时，木材中纤维素被降解，而392℃时PEG2000被降解。PB的降解分为两个阶段，首先是在338℃时最大失重温度与木材降解温度接近，而PB中的PEG的降解发生在393℃，与PEG2000的降解温度相近，证明两种材料复合后热稳定性基本不变。
图3是PB与PEG2000的DSC曲线图，利用差示扫描量热法来分析样品的焓值和相变温度。由图中数据分析可得，纯PEG潜热接近145J/g，浸渍进入木材后，焓值略有降低，这是因为PEG是唯一具有蓄热能力的物质，木材作为基质没有相变行为，纯木材的潜热为0J/g，但相变储能刨花板仍保持100J/g以上的焓值，且熔融温度与结晶温度与PEG2000相近，表明材料具有较好的蓄热能力和适宜的相变温度，可用于建筑能量的收集、储存和转换。
图4为本发明实施例3样品的力学测试图，测试采用了尺寸为70mm×20mm×2mm的小木板，在万能力学实验机(MTS Systems,China)下采用50mm的原始标距进行抗拉强度测试，与未经过处理的刨花板相比，由于木质素的去除，漂白后的刨花板力学性能明显降低，而储能刨花板虽然也去除了木质素，但在木材管腔内，PEG作为了填充剂，去除木材内的空气，降低了孔隙率，提高木材力学性能，其强度较漂白后的木板而言提高了4倍。实施例3中的成品在制备过程经过了交替加压、泄压的方法，使得木材内部通道内的物质在气压变化时松动，并结合泄压时的微波辐射的波形振动，使得松动木材内部通道内的物质更加容易地被排出，使得并木材内部形成大量的空洞，便于相变材料的进入和吸附。
综上所述，本发明以刨花木片为载体，通过真空浸渍法将聚乙二醇2000浸渍到脱木素后的刨花木片中，使其均匀填充在木材内部的导管与纤维中，使木材具有蓄热储能的能力，同时本发明利用脲醛树脂和热压工艺进行刨花板的制备，从而获得相变储能刨花板，通过力学测试发现，本发明制备的相变储能刨花板具有良好的力学性能。此外，本发明进一步了的优化了各项参数配比，使其更具有良好的相变储能能力。进一步地，利用本发明的相变储能刨花板设计、研发能够智能调温、蓄热节能的新型木质家居产品，对于开发低碳节能建筑材料，推动木材产业转型升级具有重要意义。

Claims (7)

1.一种相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
步骤一、将脱木素刨花木片置于融化后的聚乙二醇-2000液体中，在0.1MPa的条件下真空浸渍20-40min，浸渍后烘至绝干；
步骤二、向烘干的脱木素刨花木片中加入其总质量10-30％的脲醛树脂，再均匀施胶，然后在温度140-160℃和压力1-1.5MPa的条件下热压5-15min，获得相变储能刨花板成品。
2.根据权利要求1所述的相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：按下述步骤进行：
步骤一、将脱木素刨花木片置于融化后的聚乙二醇-2000液体中，在0.1MPa的条件下真空浸渍20-40min，取出刨花木刨花擦拭表面，用抽滤机抽去表面附着物，再置于80℃烘箱中烘至绝干；
步骤二、向烘干的脱木素刨花木片中加入其总质量20％的脲醛树脂，再均匀施胶，然后在温度150℃和压力1-1.5MPa的条件下热压10min，获得相变储能刨花板成品。
3.根据权利要求1所述的相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：所述将脱木素刨花木片的制备是将2-3mol/L的氢氧化钠溶液和0.2-0.6mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的15-25％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的5-15％，再按质量份将50-100份的刨花木片置于800-1200份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，期间更换新的混合溶液重复上述步骤5-8次，最后将刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂，得到脱木素刨花木片。
4.根据权利要求3所述的相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：所述将脱木素刨花木片的制备是将2.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.4mol/L的亚硫酸钠溶液混合，混合液中氢氧化钠溶液体积占总混合溶液体积的20％，亚硫酸钠溶液体积占总混合液体积的10％，再按质量份将70份的刨花木片置于1000份的混合液中煮沸至溶液颜色变浅，期间更换新的混合溶液重复上述步骤6-7次，最后将刨花木片用去离子水清洗去除残余化学药剂，得到脱木素刨花木片。
5.根据权利要求1所述的相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：所述的刨花木片为杨木刨花片。
6.根据权利要求1所述的相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述的真空浸渍是在0.1MPa的条件下浸渍10分钟/次，共浸渍3次。
7.根据权利要求6所述的相变储能刨花板的制备方法，其特征在于：在步骤一之前，先将脱木素刨花木片置于密闭的处理罐中，升温至100-185℃，再向处理罐内喷加2-3MPa的蒸气压力，保持2-3小时，然后泄压至0.4-0.8MPa，保持20-40分钟，以此交替2-5次，同时在泄压期间，施加微波辐射。
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