專利名稱：一種納米定型相變材料的三元復合制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種相變蓄熱材料的制備方法，具體涉及有機/無機材料三元復合制備納米級的儲熱相變材料的制備方法。
背景技術：
在我國建筑已逐漸成為能耗的主體之一，建筑能耗目前占國民經(jīng)濟總能耗的25% 左右，且呈遞增趨勢，而且據(jù)測試，50%左右的建筑總能耗是通過墻體造成的。采用目前廣泛應用的外墻外保溫和內(nèi)墻內(nèi)保溫技術雖然可以降低能量的消耗，但由于材料本身的熱容量有限，不能充分地將能量進行儲存利用，因而限制了建筑的節(jié)能能力。相變材料是一種應用前景十分廣闊的環(huán)保節(jié)能型智能材料。它具有獨特的潛熱性能。應用于建筑中既可以降低室內(nèi)溫度波動，又可以緩解建筑物的能量供求在時間和強度上不匹配的矛盾，能明顯提高建筑節(jié)能水平，對節(jié)能和環(huán)保有重要的意義。把相變材料應用到建筑材料構(gòu)件中，目前主要有以下幾種方法，一是先將相變材料封裝于適當?shù)娜萜鲀?nèi)，然后再置于圍護結(jié)構(gòu)中，二是先將合適的相變材料封裝于聚乙烯、 粘土等載體基質(zhì)內(nèi)形成顆粒狀定型相變材料，然后摻入到建筑材料中，三是將直接熔化的相變材料滲透進多孔隙的建筑材料中。其中將相變材料封裝于載體基質(zhì)內(nèi)形成顆粒狀定型相變材料的方法具有儲熱穩(wěn)定性好，工藝較簡單，對基體材料的腐蝕破壞作用小等優(yōu)點，引起了國內(nèi)外的廣泛重視和研究。張東、周劍敏等利用真空吸附法使多孔介質(zhì)如膨脹石墨、膨脹珍珠巖、膨脹粘土材料、粉煤灰膨脹材料與有機相變物質(zhì)復合而成顆粒型相變儲能復合集料，然后將制備的相變集料分散在石膏、水泥等氣硬性的凝膠材料基體中，制得建筑用相變儲能復合材料。楊睿、郭寶華等以高分子聚乙烯、聚丙烯、SBS、sebs中的一種或幾種為支撐材料，氧化鋁、蒙脫土等為改性劑，金屬或石墨為導熱添加劑，與50%—80%的石蠟復合制成高導熱定型相變材料，適合于建筑采暖中的大規(guī)模應用。目前顆粒狀定型相變材料的研制主要以二元復合材料為主，雖然可以在一定程度上提高有機相變材料的性能，但不足以實現(xiàn)復合體系性能的最優(yōu)化，在導熱性、熱穩(wěn)定性和與建筑材料相容性方面存在不足。三元納米復合材料是探索制備高性能相變材料的一種新思路，利用不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能的多樣性，對它們進行納米復合以得到適應于相變儲能的各種性能，克服二元復合材料性能不足的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種納米定型相變材料的三元復合制備方法，其目的在于克服有機相變材料如石蠟相變時的泄露性和低傳熱速率的缺點。本發(fā)明的技術方案為一種納米定型相變材料的三元復合制備方法，相變物質(zhì)為石蠟或脂肪酸，膨脹石墨同時作為相變材料的支撐體與導熱增強劑，粘土同時作為相變材料的支撐體與無機改性材料，具體步驟為第一步，石墨的膨化將酸化石墨置于850 950°C的馬弗爐中膨化30 60s，制備出處于膨化狀態(tài)的膨脹石墨；
第二步，蒙脫土的有機化處理稱取膨潤土與蒸餾水攪拌混合均勻成懸浮液，以十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨為有機化試劑對膨潤土按常規(guī)方法進行有機化處理得到有機蒙脫土待用；
第三步，有機蒙脫土 /石墨二元納米復合材料的制備將有機蒙脫土與膨脹石墨混合均勻，加入溶劑，置于超聲波處理器中超聲處理6 10小時，得二元納米復合材料懸浮液； 第四步，有機蒙脫土/石墨/相變物質(zhì)三元納米復合相變材料的制備在所制的二元納米復合材料懸浮液中加入相變物質(zhì)，超聲分散處理1 2個小時，然后加熱冷凝回流出的溶劑，真空干燥即制得三元納米復合相變材料。第三步中有機蒙脫土與膨脹石墨的質(zhì)量比為1: (3 5)。第三步中所述的溶劑為無水乙醇、異丙醇或三乙胺中任意一種。第四步中二元納米復合材料與相變物質(zhì)的質(zhì)量比為1: (6 9)。有益效果
1.具有很高的儲能性，單位質(zhì)量的潛熱容量大。2.相變材料的導熱系數(shù)高，可加快相變換熱的速度。3.材料的成本便宜，制備工藝較簡便。
具體實施例方式
本發(fā)明利用膨脹石墨和有機蒙脫土的特殊層狀結(jié)構(gòu)。通過將層狀的膨脹石墨和層狀的有機蒙脫土在無水乙醇等溶劑中超聲分散剝離，實現(xiàn)了石墨與蒙脫土層片的納米交疊復合，通過液相插層法，將相變物質(zhì)與溶劑混合，冷凝回流出溶劑，相變物質(zhì)嵌入石墨與蒙脫土的納米層間孔隙中，即可制得三元納米復合相變材料。本發(fā)明與膨脹石墨/有機物二元復合相變材料相比，在不顯著改變相變潛熱和導熱速率的條件下，提高了相變材料的熱穩(wěn)定性，與水泥、粉煤灰等無機建材的結(jié)合性；與粘土 /有機物二元復合相變材料相比，則有效地提高了潛熱量和導熱速率?？稍谔柲芾?， 玻璃暖房與建筑節(jié)能等領域中廣泛應用。一種納米定型相變材料的三元復合制備方法，相變物質(zhì)為石蠟或脂肪酸，膨脹石墨同時作為相變材料的支撐體與導熱增強劑，粘土同時作為相變材料的支撐體與無機改性材料，具體步驟為
(1)石墨的膨化將酸化石墨置于850 950°C的馬弗爐中膨化30 60s，制備出處于膨化狀態(tài)的膨脹石墨。(2)蒙脫土的有機化處理按常規(guī)方法進行有機化處理，將膨潤土與蒸餾水攪拌混合均勻成懸浮液，加入有機化試劑十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨，并將其PH值調(diào)到6，然后70°C恒溫攪拌3小時，過濾干燥待用。(3)有機蒙脫土 /石墨二元納米復合材料的制備將有機蒙脫土與膨脹石墨按有機蒙脫土與膨脹石墨的質(zhì)量比為1: (3 5)的比例混合均勻，以無水乙醇、異丙醇或三乙胺等為溶劑，置于超聲波處理器中超聲處理6 10小時，得二元納米復合材料懸浮液。(4)有機蒙脫土 /石墨/相變物質(zhì)三元納米復合相變材料的制備在前一步所制的二元納米復合材料的懸浮液中加入相變物質(zhì)，二元納米復合材料與相變物質(zhì)的質(zhì)量比為1 (6 9)，超聲分散處理2個小時，然后加熱冷凝回流出溶劑，真空干燥即制得三元納米復合相變材料。實施例1
將按步驟1和2制得的有機蒙脫土 Ig與膨脹石墨3g混合，加入到500ml的無水乙醇中分散均勻，IOOff功率超聲處理Mi后，加入28g相變物質(zhì)石蠟并超聲分散lh，冷凝回收無水乙醇并干燥后得到三元復合相變材料。實施例2
將按步驟1和2制得的有機蒙脫土 Ig與膨脹石墨4g混合，加入到500ml的無水乙醇中分散均勻，IOOff功率超聲處理Mi后，加入33g相變石蠟并超聲分散lh，冷凝回收無水乙醇并干燥后得到三元復合相變材料。實施例3
將按步驟1和2制得的有機蒙脫土 Ig與膨脹石墨4g混合，加入到500ml的無水乙醇中分散均勻，IOOff功率超聲處理Mi后，加入36g相變石蠟并超聲分散lh，冷凝回收無水乙醇并干燥后得到三元復合相變材料。實施例4
將按步驟1和2制得的有機蒙脫土 Ig與膨脹石墨4g混合，加入到500ml的無水乙醇中分散均勻，IOOff功率超聲處理他后，加入36g相變石蠟并超聲分散lh，冷凝回收無水乙醇并干燥后得到三元復合相變材料。以上實施例的相變溫度與相變潛熱的測試結(jié)果見表1。表1發(fā)明實施例相變溫度與相變潛熱
實施例三元復合相變材料1234相變溫度/°c27. 3827. 3927. 4527. 49相變潛熱J/g123. 25144. 21158. 29159. 0權(quán)利要求
1.一種納米定型相變材料的三元復合制備方法，其特征在于，相變物質(zhì)為石蠟或脂肪酸，膨脹石墨同時作為相變材料的支撐體與導熱增強劑，粘土同時作為相變材料的支撐體與無機改性材料，具體步驟為第一步，石墨的膨化將酸化石墨置于850 950°C的馬弗爐中膨化30 60s，制備出處于膨化狀態(tài)的膨脹石墨；第二步，蒙脫土的有機化處理稱取膨潤土與蒸餾水攪拌混合均勻成懸浮液，以十四烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨為有機化試劑對膨潤土按常規(guī)方法進行有機化處理得到有機蒙脫土待用；第三步，有機蒙脫土 /石墨二元納米復合材料的制備將有機蒙脫土與膨脹石墨混合均勻，加入溶劑，置于超聲波處理器中超聲處理6 10小時，得二元納米復合材料懸浮液；第四步，有機蒙脫土/石墨/相變物質(zhì)三元納米復合相變材料的制備在所制的二元納米復合材料懸浮液中加入相變物質(zhì)，超聲分散處理1 2個小時，然后加熱冷凝回流出的溶劑，真空干燥即制得三元納米復合相變材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米定型相變材料的三元復合制備方法，其特征在于第三步中有機蒙脫土與膨脹石墨的質(zhì)量比為1: (3 5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米定型相變材料的三元復合制備方法，其特征在于第三步中所述的溶劑為無水乙醇、異丙醇或三乙胺中任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米定型相變材料的三元復合制備方法，其特征在于第四步中二元納米復合材料與相變物質(zhì)的質(zhì)量比為1: (6 9)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種納米定型相變材料的三元復合制備方法，相變物質(zhì)為石蠟或脂肪酸，膨脹石墨同時作為相變材料的支撐體與導熱增強劑，粘土同時作為相變材料的支撐體與無機改性材料，先將石墨膨化再對蒙脫土有機化處理，然后進行有機蒙脫土/石墨二元納米復合材料的制備將有機蒙脫土與膨脹石墨混合均勻，加入溶劑，超聲處理得二元納米復合材料懸浮液；最后進行有機蒙脫土/石墨/相變物質(zhì)三元納米復合相變材料的制備在所制的二元納米復合材料懸浮液中加入相變物質(zhì)，超聲分散處理1～2個小時，然后加熱冷凝回流出的溶劑，真空干燥即制得三元納米復合相變材料。得到的材料熱導率高，相變穩(wěn)定，而且與建筑材料相容性好，無腐蝕。
文檔編號C09K5/06GK102212339SQ20111007044
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者吳智深, 李敏, 考宏濤, 譚金淼 申請人:東南大學