一種經(jīng)過阻燃處理的定形相變材料及其制備方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種經(jīng)過阻燃處理的定形相變材料(PCM)，特別是以石蠟為儲能介質(zhì)的定形相變材料。本發(fā)明還涉及該定形相變材料的制備方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]定形相變材料可用于建筑、食品藥品、能源等領(lǐng)域的熱量管理，具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在建筑節(jié)能等領(lǐng)域。但是定形相變材料的儲能介質(zhì)通常是易燃物質(zhì)，例如石蠟，這導致在實際應(yīng)用中存在安全隱患，因此提高定形相變材料的阻燃性能顯得十分必要。[0003]定形相變材料的主要的阻燃處理方法是在基體中添加阻燃劑，如可膨脹石墨(EG)、聚磷酸胺(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)、氫氧化鎂、有機蒙脫土(OMMT)等。其中，EG和APP聯(lián)用能夠使HDPE/石蠟定形相變材料的峰值熱釋放速率(PHRR)降低到100kW/m2以下(YBCai,QWei,FHuang,etal.Preparat1nandpropertiesstudiesofhalogen-freeflameretardantform-stablephasechangematerialsbasedonparaffin/highdensitypolyethylenecomposites.AppliedEnergy,2008,85:765-775.)JPP、PER和OMMT聯(lián)用不僅會大幅度降低HDPE/石蠟定形相變材料的峰值熱釋放速率，蒙脫土的使用還能使形成的殘渣更為致密，加強對材料的保護作用(YBCai1YHu,LSong,etal.Preparat1nandflammabilityofhighdensitypolyethylene/paraffin/organophiIicmontmoriI1nitehybridsasaformstablephasechangematerial.EnergyConversat1nManagement，2007,48:462-469.)。氫氧化儀和紅磷聯(lián)用能夠使EPDM/石蠟定形相變材料的極限氧指數(shù)達到27vol.%(GLSongjSDMajGYTang,etal.Preparat1nandcharacterizat1nofflameretardantform-stablephasechangematerialscomposedbyEPDM,paraffinandnanomagnesiumhydroxide.Energy，2010，35:2179-2183)金屬粉和膨脹型阻燃劑聯(lián)用所生成的惰性氣體能稀釋可燃性氣體的濃度，產(chǎn)生阻燃效應(yīng)(PZhangjLSongjYHu,etal.Thethermalpropertyandflameretardantmechanismofintumescentflameretardantparaffinsystemwithmetal.1ndustrialandEngineeringChemistryResearch,2010,49:6003-6009；PZhangjYHujLSong，etal.Synergisticeffectofironandintumescentflameretardantonshape-stabilizedphasechangematerial.ThermochimicaActa，2009，487:74-79.)0[0004]然而，這些阻燃措施對定形相變材料雖有一定的阻燃效果，但并不顯著。此外，阻燃劑的添加量往往很大，因此會犧牲材料本身非常重要的儲熱能力。【
發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明的一個目的是提供一種克服了上述缺點的經(jīng)過阻燃處理的定形相變材料。特別是，該定形相變材料需要更少的阻燃劑添加量，具有更明顯的阻燃效果，且對材料其它性能的負面影響最小。[0006]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方案，本發(fā)明的經(jīng)過阻燃處理的定形相變材料包括定形相變材料基體以及涂布于該基體表面上的阻燃涂層。[0007]本發(fā)明的定形相變材料的定形相變材料基體包括結(jié)構(gòu)支撐材料和儲能介質(zhì)，其中結(jié)構(gòu)支撐材料可以是本領(lǐng)域中任何常規(guī)的結(jié)構(gòu)支撐材料，例如通用塑料(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)、彈性體(三元乙丙橡膠、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氫化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物等)等及其中的兩種或多種的混合物;儲能介質(zhì)可以是本領(lǐng)域中任何常規(guī)的有機儲能介質(zhì)，例如脂肪烴、脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯等及其中的兩種或多種的混合物，尤其是石蠟。[0008]本發(fā)明的定形相變材料的阻燃涂層包括涂層基體以及分散于該涂層基體中的阻燃劑，其中涂層基體由能夠貼覆于定形相變材料基體上的成膜物質(zhì)組成，包括但不限于丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯酯等;阻燃劑可以為本領(lǐng)域中的任何常規(guī)阻燃劑，包括但不限于可膨脹石墨、聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺聚磷酸鹽、氫氧化鎂、有機蒙脫土等。[0009]根據(jù)本發(fā)明的定形相變材料的一種示例性的具體實施方案，定形相變材料基體包含:[0010](1)40-75界七％的石蠟；[0011](2)0_20wt%的聚乙烯；[0012](3)20_40wt%的一種或多種如下聚合物:三元乙丙橡膠(EPDM)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氫化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS);[0013](4)每100重量份的上述成分(1)、(2)、(3)之和，0-40重量份的添加劑。所述添加劑可以選自但不限于以下種類:重鈣、輕鈣、高嶺土、滑石粉、硅灰石、聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺、有機蒙脫土、可膨脹石墨和膨脹石墨等。[0014]根據(jù)本發(fā)明的定形相變材料的一種示例性的具體實施方案，阻燃涂層包含:[0015](1)5-20重量份的成膜物質(zhì)，所述的成膜物質(zhì)應(yīng)當能夠良好地貼覆在定形相變材料基體表面并且可以讓阻燃劑和其它任選的添加劑在其中混合均勻，該成膜物質(zhì)包括但不限于丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯酯等；[0016](2)1-20重量份的阻燃劑，所述的阻燃劑包括但不限于以下種類:可膨脹石墨、膨脹石墨、聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺、紅磷等；[0017](3)任選的其它添加劑，例如分散劑、消泡劑、顏料等。[0018]本發(fā)明的另一個目的是提供一種經(jīng)過阻燃處理的定形相變材料的制備方法，該方法包括以下步驟:[0019](I)將構(gòu)成定形相變材料基體的結(jié)構(gòu)支撐材料、儲能介質(zhì)和任選的添加劑混合并在稍高于(例如高1-30°C)儲能介質(zhì)熔點的溫度下預(yù)熱，使得儲能介質(zhì)熔化并被吸收完全。在此過程中，應(yīng)避免儲能介質(zhì)如石蠟蒸發(fā)以及其它組分熔融；[0020](2)將上述原料熔融共混，得到混煉樣品。在此過程中，要保證各組分混合均勻；[0021](3)將上述混煉樣品放入模具中成型；[0022](4)將構(gòu)成阻燃涂層的各組分分散于溶劑中，并涂覆在成型樣品的表面上(涂層厚度可以為0.0l-1mm)并干燥。[0023]步驟(4)中所述的溶劑應(yīng)當能夠溶解成膜物質(zhì)且具有揮發(fā)性，依具體的成膜物質(zhì)來選定。例如成膜物質(zhì)是丙烯酸樹脂，則丙酮是可選溶劑之一，添加量為5_20phr。[0024]針對本發(fā)明的定形相變材料產(chǎn)品所述的各種特征，例如各組分的具體物質(zhì)以及用量等，同樣適用于本發(fā)明的方法的技術(shù)方案。[0025]本發(fā)明相對于現(xiàn)有的定形相變材料阻燃技術(shù)帶來如下有益效果:[0026]在本發(fā)明的定形相變材料的情況下，阻燃劑主要集中在材料表面，用更少的阻燃劑添加量達到優(yōu)于傳統(tǒng)阻燃技術(shù)的阻燃效果，且保留了基體本身的優(yōu)異性能，克服了傳統(tǒng)阻燃技術(shù)即直接在基體中添加阻燃劑所具有的缺陷。【具體實施方式】[0027]下面通過實例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行更詳細的說明。[0028]以下實施例中使用的原料均為常規(guī)市售產(chǎn)品。[0029]實施例1[0030]按照以下步驟制備一種根據(jù)本發(fā)明的定形相變材料:[0031](I)將9g苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、3g高密度聚乙烯、18g石蠟和6g有機蒙脫土置于60°C鼓風烘箱中預(yù)熱30min，待石蠟熔化被吸收完全。[0032](2)將混合物置于哈克轉(zhuǎn)矩流變儀中熔融共混，混煉溫度為140°C，混煉時間為6min，轉(zhuǎn)速為60rpm。[0033](3)將上述的混煉樣品放入成型模具中，在壓片機下熱壓2min，冷壓2min，模具溫度140°C，壓力8MPa，根據(jù)GB/T16172-2007《建筑材料熱釋放速率試驗方法》，制成尺寸為130mmX13_X3mm的樣條和100_X100_X3mm的樣片。[0034](4)按丙烯酸樹脂:丙酮:可膨脹石墨=10:20:10的重量比例制備阻當前第1頁1 2