專利名稱：粉煤灰相變微珠及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭、煤矸石等燃燒產(chǎn)生的粉煤灰資源化利用的方法，具體為一種粉煤灰相變微珠及其制備方法，以及粉煤灰相變微珠在建筑外墻材料方面的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，全球范圍內(nèi)能源供應(yīng)短缺的現(xiàn)狀與人們對室內(nèi)環(huán)境熱舒適度要求日益提高的需求，是能源規(guī)劃與建筑設(shè)計不可忽視的矛盾。在我國，建筑能耗連同圍護結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)能耗已占到全國能耗總量的27. 6%，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到33%以上。 伴隨著我國城市化建設(shè)的推進，隨著人們生活水平的提高，人們對室內(nèi)環(huán)境的舒適度要求也越來越高，空調(diào)普及程度越來越高，建筑能耗在社會商品能源總消費量所占的比例也將持續(xù)增加，對國民經(jīng)濟發(fā)展和人民的正常生活的影響日益突出。因此，如何使人們舒適度、節(jié)能、環(huán)保保持平衡已成為建筑設(shè)計及節(jié)能領(lǐng)域的研究熱點，尋求既可滿足建筑結(jié)構(gòu)、功能要求又可實現(xiàn)建筑節(jié)能的建筑材料。相變材料可在較窄的溫度范圍內(nèi)，蓄存或釋放大量的潛熱，且該過程可逆，可應(yīng)用于建筑外圍護結(jié)構(gòu)，提高建筑的熱惰性，緩解室內(nèi)溫度波動，削減空調(diào)負荷的峰值；又可與傳統(tǒng)空調(diào)采暖系統(tǒng)相結(jié)合，蓄存廉價或免費的冷熱量，從而起到建筑節(jié)能的作用。理想的相變儲能材料需滿足以下條件合適的相變溫度及較大的相變潛熱；適合的導(dǎo)熱系數(shù)；相變時膨脹或收縮性小；相變的可逆性好，不發(fā)生過冷現(xiàn)象，性能溫度；無毒、無腐蝕性、無異味、無降解；原料易購，價格便宜。通常采用的常低溫相變材料主要是石蠟類和脂肪酸類有機物。石蠟主要是碳原子數(shù)在15 24之間的烷烴混合物，具有相變潛熱高，無過冷現(xiàn)象，不析出，性能穩(wěn)定、無腐蝕性以及在有機相變材料中價格最低等優(yōu)點，已成為國內(nèi)外在儲能方面的研究熱點。脂肪酸類有機物的碳原子數(shù)主要在1(Γ18之間，如癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、軟脂酸、硬脂酸等。石蠟相變材料具有較高的相變焓和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是應(yīng)用于建筑墻體的首選相變材料，但純烷烴的價格及其昂貴，不利于研究和實際使用；而脂肪酸相變材料的特性與石蠟相近，價格也適中，也有一定的應(yīng)用價值。將相變材料摻入到現(xiàn)有的建筑材料中，制成相變蓄能圍護結(jié)構(gòu)，可以大大增強圍護結(jié)構(gòu)的蓄熱功能，使得少量的材料就可以儲存大量的熱量。由于相變材料在熔化吸熱時變?yōu)橐簯B(tài)，因此現(xiàn)在多采用高分子微膠囊封裝相變材料以防止發(fā)生滲漏。專利201210036398. 5發(fā)明了一種隔熱保溫相變調(diào)溫涂料，在建筑涂料中添加相變微膠囊以實現(xiàn)自動調(diào)溫，提高隔熱保溫性能。但是該相變微膠囊價格非常高，而且高分子材料導(dǎo)熱性能較差，相變過程中發(fā)生體積變化(15%)，機械強度較弱，導(dǎo)致多數(shù)相變微膠囊的循環(huán)性能較低。專利201110404154. 3發(fā)明了一種多孔復(fù)合有機相變蓄熱材料，用正十八烷和正二十烷混合作為相變材料，以市售常規(guī)分子篩作為載體，制備了相變蓄熱材料，其相變溫度為30. 5^36. 2°C，基本符合建筑外墻體蓄熱保溫要求。但由于純的正十八烷和正二十烷價格非常高，而且市售分子篩價格也不菲，因此，在工業(yè)化應(yīng)用中受到很大的限制。
我國以煤為主要能源，電力的76%是由煤炭產(chǎn)生的。2010年全國排放粉煤灰已超過4. 5億噸，成為世界最大的排灰國，其利用率約為3(Γ40%，且大多利用水平較低，附加值較低。粉煤灰占用土地資源、引起大氣和地下水污染的問題日益突出，并對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響。經(jīng)分析，粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)的混合材料，含有很多玻璃微珠(漂珠、磁珠和沉珠等)，主要成分是SiO4和Al2O3 (二者含量約為8(Γ90%)，與沸石分子篩的成分相同，且具有抗壓強度高、耐火度高、電阻率高、耐腐蝕率高、熱傳導(dǎo)系數(shù)低和熱收縮系數(shù)小等特點，是很好的功能填料。因此，大力開發(fā)粉煤灰在節(jié)能材料領(lǐng)域的功能填料潛質(zhì)具有深遠的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種粉煤灰相變微珠及其制備方法，所制備的粉煤灰相變微珠強度好，液態(tài)相變材料不滲漏，蓄熱放熱效果良好，且制備成本低廉，可以在制備建筑外墻涂料中應(yīng)用。本發(fā)明提供的一種粉煤灰相變微珠，通過包括如下步驟的方法制得I)粉煤灰沸石分子篩制備將粉煤灰過100 300目篩，60(T85(TC下焙燒活化O. 5 Ih后，按固液比I : 8 15將活化粉煤灰加入至7mol/L的NaOH溶液混合成泥漿狀，7(T8(TC下攪拌2h后，離心分離取上清液；在上清液中加入適量NaAlO2，調(diào)節(jié)溶液中Si Al為:Γ7 (摩爾比)，快速攪拌30min，100°C密閉反應(yīng)5 24h后，固液分離，并用去離子水反復(fù)洗滌至濾液PH值約為8 9，洗滌后的固相產(chǎn)物于100°C烘干得到沸石分子篩；2)粉煤灰相變微球制備按10 20 60^55 30 25的質(zhì)量比稱取固體石蠟、癸酸與月桂酸，加熱使其全部熔化，攪拌，混合均勻后，再與粉煤灰沸石分子篩按質(zhì)量比I : 2飛混合，并攪拌0.5 lh后，常溫風(fēng)干制得粉煤灰相變微珠。本發(fā)明粉煤灰相變微珠具有較高的相變焓、機械強度和很好的穩(wěn)定性，相變溫度適合建筑節(jié)能材料，可用于制備建筑外墻節(jié)能涂料。
本發(fā)明的一種建筑外墻涂料，含有如前所述的粉煤灰相變微珠。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和效果為I)本發(fā)明中采用大宗工業(yè)固體廢棄物粉煤灰制備沸石分子篩，通過液態(tài)相變材料對其熔融浸潰，使沸石分子篩表面微孔及內(nèi)籠中充滿相變材料，溫變響應(yīng)較靈敏；當(dāng)相變材料在溫變過程中發(fā)生固液相變時，由于毛細孔的表面張力及吸附力，液態(tài)相變材料不會從中流出滲漏；與其它聞分子材料微膠囊相變材料相比，本發(fā)明的粉煤灰沸石分子篩相變材料的抗壓強度提高很多，不易變形。2)將工業(yè)級固體石蠟和脂肪酸(癸酸、月桂酸)混合制成的相變材料，價格低廉，且性能和石蠟接近，具有較高的相變焓、很好的穩(wěn)定性和機械強度，相變溫度適合建筑節(jié)能材料，很有應(yīng)用價值。3)本發(fā)明中將粉煤灰相變微珠用于建筑外墻涂料中，該涂料施工簡單、涂膜彈性好、附著力強，且可以使建筑物室內(nèi)與室外間的熱流波動幅度被減弱，有效降低建筑物供暖、空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計負荷，從而達到節(jié)能降耗的效果。
4)我國粉煤灰資源豐富，廉價易得，本發(fā)明對粉煤灰進行高值利用，使其變廢為寶，一定程度緩解粉煤灰大量堆積帶來的環(huán)境問題及社會問題。
具體實施方式

實施例II)粉煤灰沸石分子篩制備將太原第一熱電廠的粉煤灰過200目篩，置于馬弗爐820°C下焙燒活化Ih后，稱取45g該活化粉煤灰，加入450ml 3mol/L的NaOH溶液混合成泥漿狀，80°C下攪拌(300r/min)2h后，離心分離取上清液備用；在其中加入IOg NaAlO2，攪拌(2500r/min)30min后，將制得的硅鋁凝膠轉(zhuǎn)置于反應(yīng)釜中，100°C密閉反應(yīng)IOh后，離心分離，并用去離子水反復(fù)洗滌至濾液PH值約為8. 5，洗滌后的產(chǎn)物于100°C烘干24h后得到沸石分子篩。2 )粉煤灰相變微珠制備稱取固體石蠟I. 5g、癸酸9g與月桂酸4. 5g，在燒杯中混勻，用電爐加熱使其全部熔化，在300r/min轉(zhuǎn)速下攪拌30min,制成均勻的液體共熔混合物；加入45g粉煤灰沸石分子篩，在500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌O. 5h，常溫風(fēng)干制得粉煤灰相變微珠。通過差示掃描量熱儀檢測該粉煤灰相變微珠的相變溫度為23. 6°C，熔化潛熱為152. OJ/g。粉煤灰相變微珠在外墻涂料中的應(yīng)用將滑石粉150g，鈦白粉170g，粉煤灰相變微珠50g，潤濕劑3g，分散劑3g，纖維3g，依次加入粉料混合機中混合均勻；將350g苯丙乳液倒入攪拌器中,加入270g水,攪拌均勻；然后將粉料倒入攪拌器中，高速攪拌30min，再加入適量的消泡劑和pH調(diào)節(jié)劑，低速攪拌5min至混合均勻，配制成水性相變隔熱涂料。該涂料基本性能符合相關(guān)行業(yè)國家標準，其隔熱保溫性能采用“美國軍標改進后的自制裝置”(張智強等，外墻隔熱涂料的制備及隔熱性能測試，重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2008，30 (2) :132-134)進行檢測，與對照試板相比，粉煤灰相變微珠涂料試板可使檢測系統(tǒng)的平衡溫度降低5°C，具有很好的隔熱保溫性能，對建筑節(jié)能起到很好的效果。實施例2I)粉煤灰沸石分子篩制備將太原第一熱電廠的粉煤灰過200目篩,置于馬弗爐650°C下焙燒活化Ih后,稱取45g該活化粉煤灰，加入450ml 3mol/L的NaOH溶液混合成泥漿狀，80°C下攪拌(300r/min)2h后，離心分離取上清液備用；在其中加入6. 5g NaAlO2，攪拌(2500r/min) 30min后，將制得的硅鋁凝膠轉(zhuǎn)置于反應(yīng)釜中，100°C密閉反應(yīng)IOh后，離心分離，并用去離子水反復(fù)洗滌至濾液PH值約為8. 5，洗滌后的產(chǎn)物于100°C烘干24h后得到沸石分子篩。2 )粉煤灰相變微珠制備稱取固體石蠟2. 5g、癸酸8. 5g與月桂酸4g，在燒杯中混勻，用電爐加熱使其全部熔化，在300r/min轉(zhuǎn)速下攪拌30min,制成均勻的液體共熔混合物；加入45g粉煤灰沸石分子篩，在500r/min轉(zhuǎn)速下攪拌O. 5h，常溫風(fēng)干制得粉煤灰相變微珠。通過差示掃描量熱儀檢測該粉煤灰相變微珠的相變溫度為25. 1°C，熔化潛熱約為160. 5J/g。粉煤灰相變微珠在外墻涂料中的應(yīng)用將滑石粉145g，鈦白粉170g，粉煤灰相變微珠55g，潤濕劑3g，分散劑3g，纖維3g，依次加入粉料混合機中混合均勻；將350g苯丙乳液倒入攪拌器中,加入270g水,攪拌均勻；然后將粉料倒入攪拌器中，高速攪拌30min，再加入適量的消泡劑和pH調(diào)節(jié)劑，低速攪拌5min至 混合均勻，配制成水性相變隔熱涂料。該粉煤灰相變微珠涂料試板可使檢測系統(tǒng)的平衡溫度降低6°C，具有很好的隔熱保溫性能，對建筑節(jié)能起到很好的效果。
權(quán)利要求
1.一種粉煤灰相變微珠，其特征在于，通過包括如下步驟的方法制得 1)粉煤灰沸石分子篩制備 將粉煤灰過100 300目篩，60(T85(TC下焙燒活化O. 5 Ih后，按固液比I : 8 15將活化粉煤灰加入至f 7mol/L的NaOH溶液混合成泥漿狀，7(T80°C下攪拌2h后，離心分離取上清液；在上清液中加入適量NaAlO2，調(diào)節(jié)溶液中Si : Al為3 7 (摩爾比)，快速攪拌30min，100°C密閉反應(yīng)5 24h后，固液分離，并用去離子水反復(fù)洗滌至濾液PH值約為8 9，洗滌后的固相產(chǎn)物于100°C烘干得到沸石分子篩； 2)粉煤灰相變微球制備 按1(Γ20 6(Γ55 3(Γ25的質(zhì)量比稱取固體石蠟、癸酸與月桂酸，加熱使其全部熔化，攪拌，混合均勻后，再與粉煤灰沸石分子篩按質(zhì)量比I : 2飛混合，并攪拌0.5 lh后，常溫風(fēng)干制得粉煤灰相變微珠。
2.一種粉煤灰相變微珠在制備建筑外墻涂料中的應(yīng)用。
3.一種建筑外墻涂料，其特征在于含有如權(quán)利要求I所述的粉煤灰相變微珠。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種粉煤灰相變微珠及其制備方法，以及粉煤灰相變微珠在制備建筑外墻涂料中的應(yīng)用。所述粉煤灰相變微珠通過如下方法制得將粉煤灰焙燒活化，將活化粉煤灰加入至NaOH溶液中，攪拌，分離，取上清液，加入適量NaAlO2，調(diào)節(jié)溶液中Si∶Al比，密閉反應(yīng)后，固液分離，洗滌后的固相產(chǎn)物烘干得到沸石分子篩；加入至全部熔化的固體石蠟、癸酸與月桂酸中，攪拌0.5~1h后，常溫風(fēng)干制得粉煤灰相變微珠。本發(fā)明粉煤灰相變微珠蓄熱放熱效果良好，具有較高的機械強度和很好的穩(wěn)定性，由于毛細管作用液態(tài)相變材料不易滲漏，相變溫度適合建筑節(jié)能材料，且制備成本低廉，可在制備建筑墻體材料如外墻涂料中應(yīng)用。
文檔編號C09D7/12GK102925114SQ20121043213
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者宋慧平, 薛芳斌, 程芳琴, 鄭楠, 張澤鵬 申請人:山西大學(xué), 山西瑞恩澤科技有限公司