專利名稱：相變復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬建筑節能材料技術領域，具體涉及一種相變復合材料及其制備方法。
背景技術：
能源是人類社會生存和發展的血液，在電力供電引起的能源和環境危機越來越被人們關注的情況下，如何開發出新的綠色能源以及提高能源的利用率顯得尤為重要。相變儲能材料可以從環境中吸收能量和向環境中釋放能量，較好地解決了能量供求在時間和空間上不匹配的矛盾，從而有效地提高了能量的利用率。同時相變儲能材料在相變過程中溫度基本上保持恒定，能夠用于調控周圍環境的溫度，并且能重復使用。相變儲能材料的這些特性使得其在電力“移峰填谷”、工業與民用建筑和空調的節能、紡織品以及軍事等領域有著廣泛的應用前景。將相變材料摻入到現有的建筑材料中，制成相變蓄能圍護結構，可以大大增強圍護結構的蓄熱功能，使得少量的材料就可以儲存大量的熱量。由于相變蓄能結構的儲熱作用，建筑物室內和室外之間的熱流波動幅度被減弱，作用時間被延遲，從而可以降低建筑物供暖、空調系統的設計負荷，達到節能的目的。相變儲能材料及其在建筑節能中的應用研究可分為兩個層面。第一個層面相變儲能與建筑節能的理論研究。清華大學張寅平教授在這方面做了較多的工作，建立了分析夏季結合夜間通風的相變墻房間熱性能的理論模型，分析了我國不同地區使用夏季型相變墻體的不同性能，并提出在我國新疆地區利用相變墻體的效果比較好。同時他還深入研究了相變蓄熱地板電采暖系統，利用相變材料蓄熱量大的特點，提高室內的熱舒適性，同時在實行峰谷電價的地區，可以節省電費。清華的鐘志鵬對結合夜間通風用的相變墻板的熱性能進行了模擬分析，也通過模型的預測對相變墻板的熱設計提出了一些比較有參考價值的建議。清華的康艷兵提出了夜間通風相變蓄能系統，并建立了系統的運行效果的數學模型，并通過試驗裝置，測量了系統的有關性能參數，而且分析了夜間通風系統的一般規律，為相變蓄能吊頂的推廣應用奠定了理論基礎。第二個層面復合定形相變材料的的研究。葉宏等人研究了石蠟(熔點58°C)和高聚乙烯組成的定形相變材料的結構和性能，并進行理化分析。肖敏等人研究了石蠟和熱塑彈性體SBS組成的復合相變材料的熱傳導性能，其中石蠟的質量百分數是20% 80%。秦鵬華等人對熔點為60 62°C的石蠟分別和高聚乙烯、低聚乙烯混合后形成的定形相變材料的潛熱、穩定性和 均勻性進行了分析，并研究了定形材料與混凝土混合后材料的熱性能。蔡利海、張興祥等人研究了以石蠟為囊心，三聚氰胺一甲醛樹脂為壁材，具有蓄熱調溫功能的相變材料微膠囊。聞全英等人研究了低熔點石蠟和高聚乙烯形成的定形相變材料的相變溫度和相變潛熱，證明其應用于相變墻體中的可行性。然而，以上幾種相變復合材料均存在以下不足之處1、適用于建筑節能的相變材料的最佳相變溫度范圍為25 35°C，而上述相變復合材料的相變溫度范圍不能與建筑節能很好的適用。2、石蠟類相變復合材料相變焓不高，單位使用量下調溫效果欠佳。3、機械性能和耐久性差。在以往研究中對相變材料在使用過程中的保護性措施研究不多，或是簡單將相變材料包裹制備微膠囊，缺少支撐結構，機械性能和耐久性差，容易被破壞。4、并沒有提出一個切實可行的建筑節能解決方案。利用以上技術制備的相變材料或者相變復合材料在建筑材料中的應用適應性和應用方式缺乏有效的驗證和深入研究。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術存在的不足，提供一種相變復合材料及其制備方法。本發明利用真空吸附工藝，將由3 4種脂肪酸共混制成的相變材料與膨脹珍珠巖相結合，并以聚合物乳液將相變材料與膨脹珍珠巖的結合體包裹制備而成。本發明所述相變復合材料相變儲能量大、封閉性能好、材料來源廣泛、成本低，可替代或部分替代現有無機保溫砂漿中的保溫骨料用于建筑內保溫和建筑外保溫，也可以與水泥、石膏等無機膠凝材料混合后制備板材制品。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的本發明涉及一種相變復合材料，由相變材料、膨脹珍珠巖顆粒和聚合物乳液組成；所述膨脹珍珠巖顆粒為相變材料的吸附載體，所述聚合物乳液包裹在吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒表面；所述相變材料為十烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸中任意3 4種的共混物；所述相變材料、膨脹珍珠巖顆粒、聚合物乳液的重量比為(O. 55
0.75) : I: (O. 5 2. O)。優選地，所述相變材料為十烷酸、十二烷酸、十四烷酸的共混物，十烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸的共混物和十烷酸、十四烷酸、十八烷酸的共混物中的一種或幾種。優選地，所述十烷酸、十二烷酸、十四烷酸的共混物中各組分占總重的重量百分比含量分別為十烷酸25% 37. 5%，十二烷酸33%，十四烷酸29. 5% 42%。優選地，所述十烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸的共混物中各組分占總重的重量百分比含量分別為十烷酸25% 37. 5%，十二烷酸34. 5%，十四烷酸12. 5% 25%，十六烷酸15. 5%。優選地，所述十烷酸、十四烷酸、十八烷酸的共混物中各組分占總重的重量百分比含量分別為十烷酸25% 37. 5%，十四烷酸44. 5% 57%，十八烷酸18%。優選地，所述膨脹珍珠巖顆粒的堆積密度為70 200kg/m3，導熱系數彡O. 056W/(m. k)，孔隙率為75% 80%，抗壓強度為350 450kPa，所述膨脹珍珠巖顆粒中粒徑分布在
1.18mm 2. 36mm之間的顆粒占總重的重量百分比含量大于98%。優選地，所述聚合物乳液為丙烯酸乳液或苯丙乳液。優選地，所述聚合物乳液的固含量為25 48%，成膜溫度為-10°C 18°C，粘度為50 5000mPa. S。優選地,所述聚合物乳液形成的包裹膜層厚度為O. 02 O. 05_。本發明還涉及一種前述的相變復合材料的制備方法，包括如下步驟I)、在0°C 20°C，將100重量份的膨脹珍珠巖顆粒和55 75重量份的相變材料放入密閉容器中，抽真空至75 SOkPa;所述相變材料為十烷酸、十二烷酸、十 四烷酸、十六烷酸、十八烷酸中任意3 4種的共混物；2)、在75 80kPa真空壓下，將溫度升至65 70°C，并保溫2 4h，然后降溫至(TC 20°C，取出已經吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒；
3)、將步驟2)制備的吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒置于可以使物料連續翻轉的旋轉容器中，將50 200重量份的聚合物乳液以霧狀噴灑在所述吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒表面，繼續翻轉物料至表面干燥即得。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果( I)本發明采用由3 4種脂肪酸共混制成的相變材料，相變材料的相變溫度范圍在25 35°C之間，是最適合應用于建筑內、外保溫調節室內溫度的范圍；本發明共混脂肪酸類材料制備的相變材料具有較高的相變焓，與結晶水合鹽類、石蠟類、單一組分或雙組份 脂肪酸類相變材料相比更具有實用性；本發明共混脂肪酸類材料制備的相變材料具有良好的循環熔融、結晶穩定的熱性能，無過冷和析出現象、熔點適中。(2)本發明采用膨脹珍珠巖作為對相變材料的吸附載體材料，并對其堆積密度、導熱系數、孔隙率、抗壓強度和粒徑等有嚴格的限定，通過對這些指標的限定，可以大大提高相同條件下真空吸附的效率。(3)本發明采用固含量25 48%，成膜溫度為_10°C 18°C，粘度為50 5000mPa.S的丙烯酸乳液或苯丙乳液為包裹材料，密封性好，成膜迅速，膜層較薄，將大大節省乳液用量并大大提高顆粒密封工藝的工作效率。(4)本發明在0°C 20°C進行顆粒表面封閉處理，相變材料為固體狀態，減少封閉過程中，相變材料從膨脹珍珠巖微孔中損失量。同時本發明采用將聚合乳液噴灑在膨脹珍珠巖顆粒表面的封閉工藝，該工藝使成膜均勻，減少乳液用量，提高封閉工藝工作效率。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干調整和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。實施例I將由十酸、十二酸、十四酸按重量比分別為25%、33%和42%共混制成的相變材料55重量份、膨脹珍珠巖顆粒100重量份，在18°C環境下放入密閉容器中，抽真空至75kPa，保持真空壓不變，將密閉容器加熱升溫至65°C，并保溫2h，逐漸降溫至18°C，取出已經吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒。將已經吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒置于可以使物料連續翻轉的旋轉容器中，將73. 5重量份的聚合物乳液以霧狀噴灑至其表面，得到的顆粒表面膜厚為O. 03mm，繼續翻轉物料至表面干燥即得。所選用的聚合物乳液為聯邦化工3099苯丙乳液。經過檢測本實例技術方案制備的相變復合材料的性能如表I所示表I
相變響應范圍相變材料相變焓I相變復合材料(°C)__(J/g)相變焓(J/g)
25 28°C16859.6由表I可知,本實施例的相變溫度范圍25 28°C,是最適合應用于建筑內、外保溫調節室內溫度的范圍；本實施例采用的相變材料的相變焓較高，制得的相變復合材料的相變焓也較石蠟類相變復合材料的相變焓高出較多，在單位使用量下具有較好的調溫效果；本實施例中采用的膨脹珍珠巖顆粒在制得的相變復合材料中還起到支撐作用，很好地保障了相變復合材料的機械性能和耐久性能。總之，本實施例制備的相變復合材料相變儲能量大、封閉性能好、材料來源廣泛、成本低，可替代或部分替代現有無機保溫砂漿中的保溫骨料，也可以與水泥、石膏等無機膠凝材料混合后制備板材制品。實施例2將由十酸、十二酸、十四酸按重量比分別為37. 5%、33%和29. 5%共混制成的相變材料75重量份、膨脹珍珠巖100重量份，在20°C環境下放入密閉容器中，抽真空至80kPa，保持真空壓不變，將密閉容器加熱升溫至70°C，并保溫4h，逐漸降溫至18°C，取出已經吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒。將已經吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒置于可以使物料連 續翻轉的旋轉容器中，將200重量份的聚合物乳液以霧狀噴灑至其表面，得到的顆粒表面膜厚為O. 05_，繼續翻轉物料至表面干燥即得。所選用的聚合物乳液為聯邦化工A-119丙烯酸乳液。經過檢測本實例技術方案制備的相變復合材料的性能如表2所示表權利要求
1.一種相變復合材料，其特征在于，由相變材料、膨脹珍珠巖顆粒和聚合物乳液組成；所述膨脹珍珠巖顆粒為相變材料的吸附載體，所述聚合物乳液包裹在吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒表面；所述相變材料為十烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸中任意3 4種的共混物；所述相變材料、膨脹珍珠巖顆粒、聚合物乳液的重量比為(O. 55 O.75) : I: (O. 5 2. O)。
2.如權利要求I所述的相變復合材料，其特征在于，所述相變材料為十烷酸、十二烷酸、十四烷酸的共混物，十烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸的共混物和十烷酸、十四烷酸、十八烷酸的共混物中的一種或幾種。
3.如權利要求2所述的相變復合材料，其特征在于，所述十烷酸、十二烷酸、十四烷酸的共混物中各組分占總重的重量百分比含量分別為十烷酸25% 37. 5%，十二烷酸33%，十四烷酸29. 5% 42%ο
4.如權利要求2所述的相變復合材料，其特征在于，所述十烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸的共混物中各組分占總重的重量百分比含量分別為十烷酸25% 37. 5%，十二烷酸34. 5%，十四烷酸12. 5% 25%，十六烷酸15. 5%。
5.如權利要求2所述的相變復合材料，其特征在于，所述十烷酸、十四烷酸、十八烷酸的共混物中各組分占總重的重量百分比含量分別為十烷酸25% 37. 5%，十四烷酸44. 5% 57%,十八烷酸18%。
6.如權利要求I所述的相變復合材料，其特征在于，所述膨脹珍珠巖顆粒的堆積密度為70 200kg/m3，導熱系數彡O. 056W/ (m. k)，孔隙率為75% 80%，抗壓強度為350 450kPa，所述膨脹珍珠巖顆粒中粒徑分布在I. 18mm 2. 36mm之間的顆粒占總重的重量百分比含量大于98%。
7.如權利要求I所述的相變復合材料，其特征在于，所述聚合物乳液為丙烯酸乳液或苯丙乳液。
8.如權利要求7所述的相變復合材料，其特征在于，所述聚合物乳液的固含量為25 48%，成膜溫度為-10°C 18°C，粘度為50 5000mPa. S。
9.如權利要求I所述的相變復合材料，其特征在于，所述聚合物乳液形成的包裹膜層厚度為O. 02 O. 05_。
10.一種如權利要求I所述的相變復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 1)、在0°C 20°C，將100重量份的膨脹珍珠巖顆粒和55 75重量份的相變材料放入密閉容器中，抽真空至75 SOkPa ;所述相變材料為十烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸中任意3 4種的共混物； 2)、在75 80kPa真空壓下，將溫度升至65 70°C，并保溫2 4h，然后降溫至(TC 20°C，取出已經吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒； 3)、將步驟2)制備的吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒置于可以使物料連續翻轉的旋轉容器中，將50 200重量份的聚合物乳液以霧狀噴灑在所述吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒表面，繼續翻轉物料至表面干燥即得。
全文摘要
本發明涉及一種相變復合材料及其制備方法。所述相變復合材料由重量比為(0.55～0.75):1:(0.5～2.0)的相變材料、膨脹珍珠巖顆粒和聚合物乳液組成；聚合物乳液包裹在吸附了相變材料的膨脹珍珠巖顆粒表面；相變材料為十烷酸、十二烷酸、十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸中任意3～4種的共混物。其制備方法為將相變材料利用真空吸附工藝與膨脹珍珠巖相結合，并以聚合物乳液將相變材料與膨脹珍珠巖的結合體包裹制備而成。本發明的相變復合材料相變儲能量大、封閉性能好、材料來源廣泛、成本低，可替代或部分替代現有無機保溫砂漿中的保溫骨料用于建筑內、外保溫，也可以與水泥、石膏等無機膠凝材料混合后制備板材制品。
文檔編號C04B14/18GK102827583SQ20121027604
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者程頤, 辛春華, 阮豐樂, 史繼超, 堯璟云 申請人:上海英碩聚合材料股份有限公司