專(zhuān)利名稱(chēng)：一種石蠟相變儲(chǔ)能材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于相變儲(chǔ)能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石蠟相變儲(chǔ)能材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的建筑材料多為常物性材料，其熱容遠(yuǎn)達(dá)不到理想節(jié)能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所要求 的熱容，導(dǎo)致室內(nèi)溫度波幅度較大，熱舒適性低。將相變材料與混凝土相結(jié)合，制成相變儲(chǔ) 能混凝土，用它作外墻體材料，利用相變材料在相變過(guò)程中吸能和釋能的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)能量的 利用與轉(zhuǎn)換，有利于建筑物室內(nèi)溫度的調(diào)控，可以大大增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱作用，使建筑物 室內(nèi)和室外之間的熱流波動(dòng)幅度被減弱，作用時(shí)間延遲，改善室內(nèi)熱環(huán)境，達(dá)到節(jié)能與舒適 的目的。目前在建筑節(jié)能中應(yīng)用比較廣泛的石蠟相變儲(chǔ)能材料在與建筑材料結(jié)合時(shí)采用直 接滲透法和囊化封裝法，直接滲透法雖然操作簡(jiǎn)單，但發(fā)生相變時(shí)產(chǎn)生的液體易發(fā)生泄漏 或腐蝕基體材料，而現(xiàn)有的囊化封裝只能達(dá)到納米和微米級(jí)(統(tǒng)稱(chēng)為微膠囊相變材料)，其 主要存在以下問(wèn)題1.相變儲(chǔ)能建筑材料的耐久性和實(shí)用性問(wèn)題。微膠囊相變材料在不斷的循環(huán)相變 過(guò)程中出現(xiàn)熱物理性質(zhì)的退化，發(fā)生相變時(shí)仍有液體泄漏和腐蝕基體材料的現(xiàn)象，表現(xiàn)為 在材料表面結(jié)霜，不能長(zhǎng)期使用，不能大量摻入相變材料，缺乏實(shí)用價(jià)值。2.相變儲(chǔ)能建筑材料的儲(chǔ)熱性能問(wèn)題。微膠囊封裝法的單位重量相變材料含量 低，儲(chǔ)熱能力小，同時(shí)部分微膠囊相變材料親水性低，不易與建筑材料相結(jié)合，導(dǎo)致傳熱效 率降低，相變材料的熱效能不能有效發(fā)揮?，F(xiàn)有采用微膠囊相變材料的混凝土，除存在上述問(wèn)題外，還由于相變材料本身的 親水性差，與混凝土基體材料難結(jié)合，同時(shí)在相變過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力容易破壞基體材料，使 得整個(gè)混凝土建筑材料的機(jī)械強(qiáng)度明顯降低，應(yīng)用范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種毫米級(jí)膠囊相變儲(chǔ)能材料及其制備方法，解決了已有微膠囊相 變材料存在的石蠟可摻入量較低，儲(chǔ)能性能差，易滲漏，穩(wěn)定性差的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的相變材料是相變點(diǎn)接近室溫，相變潛熱大的石蠟與高密度聚乙烯(密度 高于0. 940g/cm3的聚乙烯材料)制備的微膠囊材料再經(jīng)海藻酸鈣包裹制得的毫米級(jí)膠囊 相變材料，包含石蠟、高密度聚乙烯、表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉、成膜材料海藻酸鈉、 交聯(lián)劑無(wú)水氯化鈣，各組分的重量百分比為石蠟48 % 56. 7 %，高密度聚乙烯14. 2 % 32%，十二烷基苯磺酸鈉4-5. 7%，海藻酸鈉10.4% -15. 6%，無(wú)水氯化鈣5. 6% -7.8%。這種毫米級(jí)膠囊相變材料的制備方法如下(1)首先以石蠟為芯材，高密度聚乙烯為支撐材料，采用熔融法制備微膠囊相 變材料，具體過(guò)程為將石蠟和高密度聚乙烯的混合物加熱到全部熔融，當(dāng)溫度加熱到 138-142 時(shí)熔融效果更好，隨后取出攪拌均勻，放在空氣中冷卻至凝固定型，冷卻過(guò)程中，高密度聚乙烯首先凝固并形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而石蠟被束縛在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)里，這樣就形成了 均勻的石蠟和高密度聚乙烯組成的相變材料，然后將凝固成型的材料粉碎成粒徑小于200 微米的微膠囊相變材料；(2)采用薄膜包衣技術(shù)制備出毫米級(jí)膠囊相變材料①將上述微膠囊置入包衣機(jī) 內(nèi)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為20 30r/min，噴入質(zhì)量濃度為2 3%的十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑用 于潤(rùn)濕表面，讓切粒滾動(dòng)3 4min ；②將質(zhì)量濃度為4 6%海藻酸鈉水溶液均勻噴灑于混 合料中，同時(shí)開(kāi)熱風(fēng)干燥，待水分蒸干掉90%左右時(shí)，噴入質(zhì)量濃度為8 12%氯化鈣水溶 液，包裹10 15min后，待水分蒸干后再?lài)娙牒Ｔ逅徕c水溶液；③重復(fù)第②步操作，直至膠 囊表面光亮為止，進(jìn)一步干燥后，冷卻，出料，制得毫米級(jí)膠囊相變材料。本發(fā)明使用的石蠟與高密度聚乙烯、氯化鈣、海藻酸鈉等材料價(jià)格便宜，可大量獲 得。本發(fā)明的毫米級(jí)膠囊相變材料相對(duì)于微膠囊相變材料具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)其單位重量的相變材料含量高，包裹率高，相變潛熱大，儲(chǔ)熱能力大，普通微膠 囊相變材料粒徑在納米和微米范圍內(nèi)，需要足夠高的殼芯比，因此石蠟最大摻量只有20% 左右，而該毫米級(jí)膠囊相變材料石蠟含量最大摻量可達(dá)到56 %左右。(2)將微膠囊相變材料包裹后能有效改善相變材料的表面性質(zhì)，將完全親油性的 表面改善為完全親水性或部分親水性，拓展了材料的應(yīng)用范圍。相變材料石蠟與高密度聚 乙烯均是親油性材料，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示反應(yīng)其親水性的Washbum方程斜率只有3. 36cm2/min, 與基體材料難結(jié)合，易出現(xiàn)基體材料開(kāi)裂、傳熱性能降低等現(xiàn)象，而本發(fā)明的毫米級(jí)膠囊相 變材料通過(guò)海藻酸鈣這種良好親水性材料包覆后，反應(yīng)其親水性的Washbum方程斜率達(dá)到 了 6cm7min，這樣更有利于與建筑基體材料如混凝土，石膏等的共混，提高了傳熱效率和制 品的穩(wěn)定性。(3)實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明與未包裹的微膠囊相變材料相比，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)之后未包裹 的微膠囊相變材料重量損失不斷增大，達(dá)到了 10%，而經(jīng)過(guò)包裹后的毫米級(jí)膠囊相變材料 重量損失基本維持在3%左右，因此毫米級(jí)膠囊相變材料有效的改善了微膠囊相變儲(chǔ)能材 料易滲漏的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的耐久性和實(shí)用性。還可在保證穩(wěn)定性的同時(shí)，更大限度地提 高相變材料的含量，提高蓄熱能力。本發(fā)明的石蠟相變儲(chǔ)能混凝土含有重量含量為100份的水泥，45 52份的水， 95-105份的砂，190-210份的碎石，50 322份的毫米級(jí)膠囊相變材料。制備本發(fā)明石蠟相變儲(chǔ)能混凝土的方法，先將砂、水泥、碎石、毫米級(jí)膠囊相變材 料按比例投入攪拌機(jī)中進(jìn)行干拌，使膠囊相變材料均勻分散于前述干拌的混合物中，然后 加水進(jìn)行濕拌，制得相變儲(chǔ)能混凝土。本發(fā)明石蠟相變儲(chǔ)能混凝土的一種優(yōu)選的制備方法為，先將砂、水泥、碎石、毫米 級(jí)膠囊相變材料按比例投入攪拌機(jī)中干拌30-40秒，然后加水濕拌3-4分鐘即可。本發(fā)明在混凝土中添加的是毫米級(jí)膠囊相變材料，與添加一般微膠囊相變材料的 混凝土相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 一般微膠囊相變材料粒徑都在納米和微米范圍內(nèi)，需要足夠高的殼芯比，而粒 徑較大的毫米級(jí)膠囊相變材料的殼芯質(zhì)量比由微膠囊相變材料的1/2降低到1/4，其單位 重量的相變材料含量高，相變潛熱升高到了 30kJ/kg，因此毫米級(jí)膠囊相變混凝土的相變潛 熱更大，蓄熱能力更高，能更充分的利用相變材料的熱效能。利用這種毫米級(jí)膠囊相變儲(chǔ)能
4混凝土作為墻體建筑材料，其相變儲(chǔ)能材料能在室溫附近發(fā)生固液相的轉(zhuǎn)變，能夠?qū)崃?以相變潛熱的形式進(jìn)行儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)能量在不同時(shí)間，空間位置之間的轉(zhuǎn)換，可大大增強(qiáng)圍護(hù) 結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)熱功能，使用少量的材料就可以?xún)?chǔ)存大量的熱能。(2)因相變材料石蠟與高密度聚乙烯均是親油性材料，其組成的微膠囊相變材料 反應(yīng)其親水性的Washbum方程斜率只有3. 36cm2/min,與混凝土基體材料難結(jié)合，制成的相 變儲(chǔ)能混凝土穩(wěn)定性差，機(jī)械強(qiáng)度低至只有13MPa，易出現(xiàn)基體材料開(kāi)裂現(xiàn)象。而本發(fā)明的 毫米級(jí)膠囊相變材料通過(guò)海藻酸鈣這種良好親水性材料包覆后，反應(yīng)其親水性的Washbum 方程斜率升高到了 6cm2/min，更有利于與建筑混凝土基體材料的共混，制成的相變儲(chǔ)能混 凝土傳熱效率高，穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度提高到了 16. 3MPa，基體材料不易開(kāi)裂。(3)實(shí)驗(yàn)證明，添加一般微膠囊相變儲(chǔ)能材料的混凝土在多次循環(huán)之后表面已有 潮濕現(xiàn)象，而添加相同石蠟含量的毫米級(jí)膠囊相變儲(chǔ)能混凝土材料在多次循環(huán)之后表面潮 濕現(xiàn)象不明顯，證明毫米級(jí)膠囊相變儲(chǔ)能混凝土有效改善了已有微膠囊相變混凝土石蠟易 滲漏的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品耐久性和實(shí)用性。為進(jìn)一步增強(qiáng)混凝土基體的機(jī)械強(qiáng)度，在相變混凝土組分中還含有纖維增強(qiáng)材 料，如重量含量為16 24份的鋼纖維或8-12份的玄武巖纖維。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，添加了纖 維材料后，相變儲(chǔ)能混凝土材料的抗壓強(qiáng)度提高了 10-15MPa，能有效解決因添加石蠟相變 材料后混凝土基體的機(jī)械強(qiáng)度降低的問(wèn)題，使得該建筑材料應(yīng)用范圍更廣。這種纖維增強(qiáng)相變儲(chǔ)能混凝土的制備方法為，先將鋼纖維或玄武巖纖維與碎石一 起投入攪拌機(jī)攪拌30-40秒，使纖維分散在石子中，再將砂、水泥、毫米級(jí)膠囊相變材料按 比例投入攪拌機(jī)干拌30-40秒，然后加水和減水劑濕拌3-4分鐘即可。上述減水劑是建筑工程中常用的減水劑，如木質(zhì)素磺酸鹽類(lèi)、多環(huán)芳香族鹽類(lèi)、水 溶性樹(shù)脂磺酸鹽類(lèi)，在混凝土和易性及水泥用量不變條件下，能減少拌合用水量、提高混凝 土強(qiáng)度；或在和易性及強(qiáng)度不變條件下，節(jié)約水泥用量的外加劑。當(dāng)然，本發(fā)明也可使用其 他減水劑，同樣能制得所述相變儲(chǔ)能混凝土。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 石蠟相變儲(chǔ)能材料，包括重量含量占相變儲(chǔ)能材料的48%的石蠟，32% 的高密度聚乙烯，4 %的十二烷基苯磺酸鈉，10. 4 %的海藻酸鈉，5. 6 %的無(wú)水氯化鈣。實(shí)施例2 石蠟相變儲(chǔ)能材料，包括重量含量占相變儲(chǔ)能材料的55. 5%的石蠟， 23. 8 %的高密度聚乙烯，4. 7 %的十二烷基苯磺酸鈉，10. 4 %的海藻酸鈉，5. 6 %的無(wú)水氯化 鈣。實(shí)施例3 石蠟相變儲(chǔ)能材料，包括重量含量占相變儲(chǔ)能材料的56. 7%的石蠟， 14. 2%的高密度聚乙烯，5. 7%的十二烷基苯磺酸鈉，15. 6%的海藻酸鈉，7. 8%的無(wú)水氯化 鈣。實(shí)施例4 石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，包括重量含量為45份的水，100份的水泥，95份 的砂，190份的碎石，50份的毫米級(jí)膠囊相變材料。實(shí)施例5 石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，包括重量含量占48份的水，100份的水泥，100份 的砂，200份的碎石，116份的毫米級(jí)膠囊相變材料。實(shí)施例6 石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，包括重量含量占51份的水，100份的水泥，100份的砂，200份的碎石，322份的毫米級(jí)膠囊相變材料。 實(shí)施例7 石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，包括重量含量占50份的水，100份的水泥，105份 的砂，210份的碎石，116份的毫米級(jí)膠囊相變材料，16份的鋼纖維。實(shí)施例8 石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，包括重量含量52份的水，100份的水泥，100份的 砂，200份的碎石，203份的毫米級(jí)膠囊相變材料，24份的鋼纖維。實(shí)施例9 石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，包括重量含量占50份的水，100份的水泥，100份 的砂，200份的碎石，116份的毫米級(jí)膠囊相變材料，8份的玄武巖纖維。實(shí)施例10 石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，包括重量含量52份的水，100份的水泥，100份 的砂，200份的碎石，203份的毫米級(jí)膠囊相變材料，12份的玄武巖纖維。實(shí)施例11 先將鋼纖維或玄武纖維與碎石一起投入攪拌機(jī)攪拌30-40秒，使纖維 分散在石子中，再將砂、水泥、毫米級(jí)膠囊相變材料按比例投入攪拌機(jī)干拌30-40秒，然后 加水和減水劑0. 6份濕拌3-4分鐘即可。實(shí)施例12 先將鋼纖維或玄武纖維與碎石一起投入攪拌機(jī)攪拌30-40秒，使纖維 分散在石子中，再將砂、水泥、毫米級(jí)膠囊相變材料按比例投入攪拌機(jī)干拌30-40秒，然后 加水和減水劑1份濕拌3-4分鐘即可。
權(quán)利要求
1.一種石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于，包含石蠟、高密度聚乙烯、表面活性劑 十二烷基苯磺酸鈉、成膜材料海藻酸鈉、交聯(lián)劑無(wú)水氯化鈣，各組分的重量百分比為石 蠟48 % 56. 7 %，高密度聚乙烯14. 2 % 32 %，十二烷基苯磺酸鈉4-5. 7 %，海藻酸鈉 10. 4% -15. 6%，無(wú)水氯化鈣 5. 6% -7. 8%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于所述石蠟相變儲(chǔ)能材料 是毫米級(jí)膠囊相變材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石蠟相變儲(chǔ)能材料，其特征在于所采用的石蠟的熔點(diǎn)為 室溫。
4.一種制造權(quán)利要求1所述的石蠟相變儲(chǔ)能材料的方法，其特征在于，制造步驟如下(1)首先以石蠟為芯材，高密度聚乙烯為支撐材料，采用熔融法制備微膠囊相變材料， 具體過(guò)程為將石蠟和高密度聚乙烯的混合物加熱到全部熔融后，取出攪拌均勻，放在空氣 中冷卻至凝固定型，然后粉碎成粒徑小于200微米的微膠囊相變材料；(2)采用薄膜包衣技術(shù)制備出毫米級(jí)膠囊相變材料①將上述微膠囊相變材料置入包 衣機(jī)內(nèi)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為20 30r/min，噴入質(zhì)量濃度為2 3%的十二烷基苯磺酸鈉表面活性 劑用于潤(rùn)濕表面，讓切粒滾動(dòng)3 ^iin ；②將質(zhì)量濃度為4 6%海藻酸鈉水溶液均勻噴灑 于混合料中，同時(shí)開(kāi)熱風(fēng)干燥，待水分蒸干掉90%左右時(shí)，噴入質(zhì)量濃度為8 12%氯化鈣 水溶液，包裹10 15min后，待水分蒸干后再?lài)娙牒Ｔ逅徕c水溶液；③重復(fù)第②步操作，直 至膠囊表面光亮為止，進(jìn)一步干燥后，冷卻，出料，制得毫米級(jí)膠囊相變材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種方法，其特征在于，所述步驟(1)中石蠟和高密度聚乙烯 的混合物加熱到138-142°C。
6.一種石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，其特征在于，含有重量含量為100份的水泥，45 52份 的水，95 105份的砂，190 210份的碎石，50 322份的毫米級(jí)膠囊相變材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石蠟相變儲(chǔ)能混凝土，其特征在于，組分中還含有纖維增強(qiáng) 材料，所述纖維增強(qiáng)材料為16 M份的鋼纖維或8-12份的玄武巖纖維。
8.一種制備權(quán)利要求6所述石蠟相變儲(chǔ)能混凝土的方法，其特征在于，先將砂、水泥、 碎石、毫米級(jí)膠囊相變材料按比例投入攪拌機(jī)中進(jìn)行干拌，使膠囊相變材料均勻分散于前 述干拌的混合物中，然后加水進(jìn)行濕拌，制得相變儲(chǔ)能混凝土。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種制備方法，其特征在于，先將砂、水泥、碎石、毫米級(jí)膠囊相 變材料按比例投入攪拌機(jī)中干拌30-40秒，然后加水濕拌3-4分鐘即可。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種制備方法，其特征在于，先將鋼纖維或玄武纖維與碎石一 起投入攪拌機(jī)攪拌30-40秒，使纖維分散在石子中，再將砂、水泥、毫米級(jí)膠囊相變材料按 比例投入攪拌機(jī)干拌30-40秒，然后加水和減水劑濕拌3-4分鐘即可。
全文摘要
本發(fā)明為一種石蠟相變儲(chǔ)能材料及其制備方法，包含石蠟、高密度聚乙烯、表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉、成膜材料海藻酸鈉、交聯(lián)劑無(wú)水氯化鈣，各組分的重量百分比為石蠟48％～56.7％，高密度聚乙烯14.2％～32％，十二烷基苯磺酸鈉4-5.7％，海藻酸鈉10.4％-15.6％，無(wú)水氯化鈣5.6％-7.8％。制備這種石蠟相變儲(chǔ)能材料的方法為首先以石蠟為芯材，高密度聚乙烯為支撐材料，采用熔融法制備微膠囊相變材料，然后采用薄膜包衣技術(shù)制備出毫米級(jí)膠囊相變材料。本發(fā)明解決了已有微膠囊相變材料存在的石蠟可摻入量較低，儲(chǔ)能性能差，易滲漏，穩(wěn)定性差的技術(shù)問(wèn)題。
文檔編號(hào)C09K5/02GK102127395SQ20101058168
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者吳智深, 戴曉麗, 陳振乾 申請(qǐng)人:東南大學(xué)