專利名稱：復合定型相變材料、制備方法及利用該相變材料制備的儲熱砂漿的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種相變材料，還涉及一種利用該相變材料制備的儲熱砂漿。
背景技術：
能源是人類賴以生存的基礎。隨著人們生活水平的提高，對能源的需求越來越大，但能源的儲量卻日趨減少，加上對能源的利用率不高，使得能源的供給矛盾日趨緊張。開發(fā)新能源和提高能源的利用率成為緩解能源供給矛盾的主要途徑。相變儲能是利用相變材料的相變潛熱進行能量儲存的一項新型環(huán)保節(jié)能技術，是利用物質(zhì)發(fā)生相變時需要吸收(或放出)大量熱量的性質(zhì)來貯熱的，具有貯熱密度高、設備體積小、熱效率高以及吸放熱為恒溫過程等優(yōu)點。其在太陽能利用、電力的“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑采暖與空調(diào)的節(jié)能等領域具有廣泛的應用前景。目前相變材料應用到建筑材料中的封裝方法有以下幾種一是，直接將相變材料封裝在適當?shù)娜萜髦?，然后置于建筑圍護結構中；二是，將相變材料封裝到乙烯、黏土等基質(zhì)內(nèi)形成顆粒狀定型相變材料；三是，利用真空吸附將熔化的相變材料吸附到多孔的建筑材料中。其中，將相變材料封裝到載體基質(zhì)內(nèi)形成顆粒狀定型相變材料的方法具有較好的熱穩(wěn)定性，導熱性與阻燃性，且工藝簡單，目前受到國內(nèi)外的廣泛關注與研究。中國專利文獻CN101654350A介紹了一種以石墨為基體的相變復合材料制備的儲熱砂漿；CN102408877A介紹了一種以高密度聚乙烯為基體的復合相變材料制備的儲熱砂漿；CN101671149A介紹了以微膠囊化相變材料制備儲熱砂漿。這些專利文獻中使用的復合相變材料的封裝材料均是 石墨或有機材料，它們與水泥基材料的相容性很差，并且有機材料易燃，會帶來相變蓄熱砂漿應用過程中耐久性與安全性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復合定型相變材料，使其具有優(yōu)良的儲熱效果和阻燃性能，并且與基體材料間相容性好。本發(fā)明的目的還在于提供一種利用上述復合定型相變材料制備的儲熱砂漿，使該砂衆(zhòng)具有高儲熱速率，可改善建筑的熱舒適性，降低建筑能耗。本發(fā)明的復合定型相變材料，包含如下組分1份有機層狀材料，I 4份導熱增強齊[J，10 20份有機相變材料，所述份數(shù)均為重量份；其中，所述有機層狀材料是由層狀結構材料經(jīng)過有機化處理后制得的，所述層狀結構材料為蒙脫土、蛭石或水滑石中的任意一種。所述導熱增強劑選自片狀石墨、膨脹石墨、炭黑、碳納米管或多層石墨烯中的任意一種。所述有機相變材料為石蠟或脂肪酸，優(yōu)選為石蠟、癸酸、月桂酸或棕櫚酸中的一種或兩種以上任意比例的混合物。
上述復合定型相變材料的制備方法第一步，將層狀結構材料和去離子水混合均勻后加入有機處理劑，然后調(diào)pH5-7，攪拌2 3h后過濾，用去離子水洗滌沉淀得有機層狀材料；第二步，將導熱增強劑、有機層狀材料、有機相變材料在有機溶劑中超聲6 8h，然后過濾去除有機溶劑，將濾渣烘干研磨后即得粉末狀復合定型相變材料。上述制備方法中，所述去離子水用量為層狀結構材料質(zhì)量的20-30倍，所述有機處理劑用量為層狀結構材料質(zhì)量的0. 3-0. 5倍。所述有機處理劑為十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨溶液。上述制備方法中，所述有機溶劑為乙醇或異丙醇。利用上述復合定型相變材料制備的砂漿，其包含如下組分1份水泥、1. 5 2. 5份細集料、0.1 0. 25份輕集料、0.1 0. 3份復合定型相變材料、0. 005 0. 02份粘結劑、0. 001 0. 004份保水劑、0. 001 0. 0025份纖維、0. 75 0. 9份水，所述份數(shù)均為重量份。其中，所述水泥為普通硅酸鹽水泥，細集料為細度模數(shù)約為2. 5 2. 7的中砂，輕集料為膨脹珍珠巖或玻璃微珠，粘結劑為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物，保水劑選自羥丙基甲基纖維素醚、甲基纖維素、羥乙基纖維素或淀粉醚中的一種，纖維選自聚丙烯纖維、木質(zhì)素纖維或玄武巖纖維中的一種。按上述砂漿的配方制備砂漿，砂漿的制備工藝為本領域公知，通常是按配方稱取各種組分，先向攪拌鍋內(nèi)加入水泥和復合定型相變材料，混勻后再加入粘結劑和保水劑，然后攪拌混勻，再加入水，攪拌混 勻后加入細集料和輕集料，然后邊攪拌邊加入纖維，混勻后即得。本發(fā)明復合定型相變材料以及利用其制備的儲熱砂漿是利用層狀材料層間存在大界面效應，嵌入到納米層間的有機相變材料在發(fā)生固液相變時很難從其層間解嵌出來，且層狀材料化學成分與水泥相似，解決了相變材料與水泥基的不容性問題，同時層狀材料又可顯著提高阻燃性。導熱增強劑可解決有機相變材料導熱低的問題，顯著提高砂漿的儲熱速率，同時導熱增強劑也可提高阻燃性。


圖1為石蠟和復合定型相變材料的溫度-時間變化曲線；圖2為儲熱過程箱體中心處溫度-時間變化曲線；圖3為放熱過程箱體中心處溫度-時間變化曲線。
具體實施例方式復合定型相變材料實施例實施例1稱取30g蒙脫土與800ml去離子水混合攪拌均勻，稱取12g十六烷基三甲基氯化銨溶于160ml去離子水后倒入蒙脫土懸浮液中，調(diào)節(jié)PH值至6，在60°C水浴鍋中攪拌3h后過濾、洗滌、沉淀，干燥至恒重得有機蒙脫土。稱取膨脹石墨50g、有機蒙脫土 25g、石蠟300g置于一定量的乙醇溶劑中，超聲處理6 8h，去除有機溶劑，烘干研磨得粉末狀復合定型相變材料PCMl。
實施例2稱取15g蒙脫土與400ml去離子水混合攪拌均勻，稱取6g十六烷基三甲基溴化銨溶于80ml去離子水后倒入蒙脫土懸浮液中，調(diào)節(jié)PH值至6，在60°C水浴鍋中攪拌3h后過濾、洗滌、沉淀，干燥至恒重得有機蒙脫土。稱取膨脹石墨52g、有機蒙脫土 13g、癸酸260g置于一定量的乙醇溶劑中，超聲處理6 8h，去除有機溶劑，烘干研磨得粉末狀復合定型相變材料PCM2。實施例3稱取15g蛭石與400ml去離子水混合攪拌均勻，稱取6g十六烷基三甲基氯化銨溶于80ml去離子水后倒入蛭石懸浮液中，調(diào)節(jié)PH值至6，在60°C水浴鍋中攪拌3h后過濾、洗滌、沉淀，干燥至恒重得有蛭石。稱取炭黑52g、有機蛭石13g、石蠟260g置于一定量的乙醇溶劑中，超聲處理6 Bh,去除有機溶劑，烘干研磨得粉末狀復合定型相變材料PCM3。將實施例1-3制得的復合定型相變材料與市場上常用的相變材料石蠟進行性能測試對比，測試結果見表I。儲熱砂漿實施例

實施例4選用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，細度模數(shù)約為2. 5的中砂為細集料，輕集料為膨脹珍珠巖，粘結劑為醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物，保水劑為羥丙基甲基纖維素醚，按水泥砂膨脹珍珠巖=PCMl :粘結劑保水劑聚丙烯纖維水的質(zhì)量比為1:2. 5 :0.2 :0. 15 :0. 02 :0. 002 :0. 002 :0. 87稱取各種組分，先向攪拌鍋內(nèi)加入水泥和PCM1，混勻后再加入粘結劑和保水劑，然后攪拌混勻，再加入水，攪拌混勻后加入細集料和輕集料，然后邊攪拌邊加入纖維，混勻后即得。測稠度和分層度。然后將制備好的砂漿裝入模具，24h后拆模，標準養(yǎng)護28天后測試其性能，測試結果見表2。實施例5選用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，細度模數(shù)約為2. 5的中砂為細集料，輕集料為膨脹珍珠巖，粘結劑為醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物，保水劑為羥丙基甲基纖維素釀，按水泥砂膨脹珍珠巖PCM1 :粘結劑保水劑聚丙稀纖維水的質(zhì)量比1:2. 5 0. 2 0. 2 :0. 02 :0. 002 :0. 002 :0. 86稱取各種組分，先向攪拌鍋內(nèi)加入水泥和PCM1，混勻后再加入粘結劑和保水劑，然后攪拌混勻，再加入水，攪拌混勻后加入細集料和輕集料，然后邊攪拌邊加入纖維，混勻后即得。測稠度和分層度。然后將制備好的砂漿裝入模具，24h后拆模，標準養(yǎng)護28天后測試其性能，測試結果見表2。實施例6選用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，細度模數(shù)約為2. 5的中砂為細集料，輕集料為膨脹珍珠巖，粘結劑為醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物，保水劑為羥丙基甲基纖維素釀，按水泥砂膨脹珍珠巖PCM1 :粘結劑保水劑聚丙稀纖維水質(zhì)量比1:2. 5 :0. 2 :0. 25 :0. 02 :0. 002 :0. 002 :0. 9稱取各種組分，先向攪拌鍋內(nèi)加入水泥和PCMl，混勻后再加入粘結劑和保水劑，然后攪拌混勻，再加入水，攪拌混勻后加入細集料和輕集料，然后邊攪拌邊加入纖維，混勻后即得。測稠度和分層度。然后將制備好的砂漿裝入模具，24h后拆模，標準養(yǎng)護28天后測試其性能，測試結果見表2。
實施例1選用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，細度模數(shù)約為2. 5的中砂為細集料，輕集料為膨脹珍珠巖，粘結劑為醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物，保水劑為羥丙基甲基纖維素釀，按水泥砂膨脹珍珠巖PCM2 :粘結劑保水劑聚丙稀纖維水質(zhì)量比1:2. 5 0. 2 0. 2 :0. 02 :0. 002 :0. 002 :0. 86稱取各種組分，先向攪拌鍋內(nèi)加入水泥和PCM2，混勻后再加入粘結劑和保水劑，然后攪拌混勻，再加入水，攪拌混勻后加入細集料和輕集料，然后邊攪拌邊加入纖維，混勻后即得。測稠度和分層度。然后將制備好的砂漿裝入模具，24h后拆模，標準養(yǎng)護28天后測試其性能，測試結果見表2。實施例8選用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，細度模數(shù)約為2. 5的中砂為細集料，輕集料為膨脹珍珠巖，粘結劑為醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物，保水劑為羥丙基甲基纖維素釀，按水泥砂膨脹珍珠巖PCM3 :粘結劑保水劑聚丙稀纖維水質(zhì)量比1:2. 5 0. 2 0. 2 :0. 02 :0. 002 :0. 002 :0. 86稱取各種組分，先向攪拌鍋內(nèi)加入水泥和PCM3，混勻后再加入粘結劑和保水劑，然后攪拌混勻，再加入水，攪拌混勻后加入細集料和輕集料，然后邊攪拌邊加入纖維，混勻后即得。測稠度和分層度。然后將制備好的砂漿裝入模具，24h后拆模，標準養(yǎng)護28天后測試其性能，測試結果見表2。對比例選用普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，細度模數(shù)約為2. 5的中砂為細集料，膨脹珍珠巖為輕集料，粘結劑為醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物，保水劑為羥丙基甲基纖維素醚，按水泥砂輕集料粘結劑保水劑聚丙烯纖維水質(zhì)量比1:2. 5 :0. 2 :0. 02 :0. 002 0. 002 :0. 86稱取各種組分，先向攪拌鍋內(nèi)加入水泥、粘結劑和保水劑，攪拌混勻，再加入水，攪拌混勻后加入細集料和輕集料，然后邊攪拌邊加入纖維，混勻后即得。測稠度和分層度。然后將制備好的砂漿裝 入模具，24h后拆模，標準養(yǎng)護28天后測試其性能，測試結果見表2。性能測試( I)復合定型相變材料性能測試復合定型相變材料儲放熱性能采用多路溫度記錄儀進行測試，相變溫度用差示掃描量熱儀(DSC)進行測試，導熱系數(shù)采用TPS2500S型熱常數(shù)分析儀進行測試，氧指數(shù)采用JF-3型氧指數(shù)測試儀進行測試。 表I復合定型相變材料性能測試
權利要求
1.一種復合定型相變材料，其特征在于，包含如下組分I份有機層狀材料，I 4份導熱增強劑，10 20份有機相變材料，所述份數(shù)均為重量份； 其中，所述有機層狀材料是由層狀結構材料經(jīng)過有機化處理后制得的，所述層狀結構材料為蒙脫土、蛭石或水滑石中的任意一種。
2.如權利要求1所述的復合定型相變材料，其特征在于，所述導熱增強劑選自片狀石墨、膨脹石墨、炭黑、碳納米管或多層石墨烯中的任意一種。
3.如權利要求1所述的復合定型相變材料，其特征在于，所述有機相變材料選自石蠟、癸酸、月桂酸或棕櫚酸中的一種或兩種以上任意比例的混合物。
4.權利要求1或2或3任意一項所述的復合定型相變材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 第一步，將層狀結構材料和去離子水混合均勻后加入有機處理劑，然后調(diào)PH5-7，攪拌2 3h后過濾，用去離子水洗滌沉淀得有機層狀材料； 第二步，將導熱增強劑、有機層狀材料、有機相變材料在有機溶劑中超聲6 8h，然后過濾去除有機溶劑，將濾渣烘干研磨后即得粉末狀復合定型相變材料。
5.如權利要求4所述的復合定型相變材料的制備方法，其特征在于，所述去離子水用量為層狀結構材料質(zhì)量的20-30倍，所述有機處理劑用量為層狀結構材料質(zhì)量的0. 3-0. 5倍。
6.如權利要求4所述的復合定型相變材料的制備方法，其特征在于，所述有機處理劑為十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨溶液。
7.如權利要求4至6任一項所述的復合定型相變材料的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑為乙醇或異丙醇。
8.利用權利要求1至3任一項所述復合定型相變材料制備的儲熱砂漿，其特征在于，包括如下組分1份水泥、1. 5 2. 5份細集料、0.1 0. 25份輕集料、0.1 0. 3份復合定型相變材料、0. 005 0. 02份粘結劑、0. 001 0. 004份保水劑、0. 001 0. 0025份纖維、·0. 75 0. 9份水，所述份數(shù)均為重量份。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相變材料及利用該相變材料制備的儲熱砂漿。該相變材料包含1份有機層狀材料，1～4份導熱增強劑，10～20份有機相變材料，所述份數(shù)均為重量份。該相變材料具有優(yōu)良的儲熱效果和阻燃性能，并且與基體材料間相容性好。利用該相變材料制備的儲熱砂漿包括1份水泥、1.5～2.5份細集料、0.1～0.25份輕集料、0.1～0.3份復合定型相變材料、0.005～0.02份粘結劑、0.001～0.004份保水劑、0.001～0.0025份纖維、0.75～0.9份水，所述份數(shù)均為重量份。該砂漿具有高儲熱速率，可改善建筑的熱舒適性，降低建筑能耗。
文檔編號C04B24/08GK103059817SQ20121057889
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2012年12月27日
發(fā)明者李敏, 郭前剛, 吳智深, 陳錦祥 申請人:東南大學