一种阻燃型功能化相变复合材料的制作方法

本发明涉及一种阻燃型功能化相变复合材料及其粉体、颗粒和板材产品，属于建筑材料领域。

技术背景

相变储能建筑材料应用于建材的研究始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。相变储能建筑材料兼备普通建材和相变材料两者的优点：能够大量吸收和释放热能；能够与其他传统建筑材料联合使用；安装便捷，不需要特殊的知识和技能；能够用标准生产设备生产；在经济、效益上具有竞争性。

相变材料是指在一定的温度范围内可改变物理状态的材料，以环境与体系的温度差为推动力，实现储-放热功能。作为能量存储器，相变材料具有储能密度大、储能能力强、温度恒定等优点。这些优点在节能、温度控制等方面有着极为重要的意义，使得相变材料在智能调温服装、航天、建筑及电子器件等应用领域受到了广泛关注。

对于实际应用来说，相变材料的安全性和功能化都非常重要。对于阻燃性能来说，其必须满足国家标准才能实际推广应用。而功能化，如防水、无甲醛、节能等则是产品创新性和竞争力的体现。公开号为cn101397489a和cn101531885的专利均仅报道了其样品具有一定的阻燃效果，前者虽提及改善了热释放速率，但并未指明通过某项标准检测，也没有显示出其他的功能性。公开号cn103212351a的专利报道了具有高导热的阻燃相变微胶囊，样品虽具有了阻燃和高导热能力，但并未说明确切的阻燃效果和导热能力。公开号cn103692709a专利报道了具有阻燃、防水的无甲醛相变实木复合地板，也未说明确切的阻燃效果。

为了能使相变材料利用太阳光热能，这就需要良好的光热转换能力。公开号cn106047305a报道了利用染料发色母体改性的二氧化硅负载聚乙二醇，聚乙二醇获得光热转换能力，但仅限于单一的相变材料，且染料发色母体耐候性一般欠佳，难以长期使用，且未说明光热转换能力。发明人之前所公开的cn103131395a专利，报道了具有光热转换能力的石蜡-石墨泡沫复合材料，但材料并没有阻燃性。此外，为了使相变材料能高效的存储热能，良好的导热系数必不可少。如公开号cn101531885的专利添加了金属铁粉，但其相变复合材料样品的导热系数只有0.36-0.42wmk，对于实际应用来说仍然偏低，产品的导热系数一般需高于水的导热系数(0.6w/mk)。

本发明的目的是提出一种阻燃型功能化相变复合材料，以使相变材料同时具备阻燃性、良好导热能力、较高光热转换效率和防水性、无甲醛等多种功能，进一步推动相变材料的在建筑材料领域的实际应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种阻燃型功能化相变复合材料，其同时具有阻燃性、良好导热能力、较高光热转换效率和防水性、无甲醛等多种功能的优点。

本发明实现上述目的的具体技术方案如下：

一种阻燃型功能化相变复合材料，其特征在于，所述的阻燃型功能化相变复合材料组分包括(质量百分比)：相变储能材料20-70、支撑材料17-55、多孔材料3-10、阻燃剂和协效剂5-25、相容剂2-5、导热材料1-5、吸光材料3-8％、其他功能助剂1-5。

进一步，所述的相变储能材料为相变点在10-100℃石蜡、烷烃、酯类、脂肪酸、脂肪醇等中的一种、以及同类或多类的调配物；

进一步，所述的支撑材料为聚氯乙烯、聚乙烯、苯乙烯—丁烯/乙烯—苯乙烯共聚物、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物、聚丙烯、环氧树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、聚氨酯等一种或几种的混合物；

进一步，所述的多孔材料包括膨胀珍珠岩、膨胀石墨、膨胀蛭石、沸石、活性炭、多孔二氧化硅中的一种或几种的混合物；

进一步，所述的阻燃剂为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、纳米阻燃剂、可膨胀石墨中的一种或多种的混合物；所述阻燃协效剂包括有机、无机两类，有机协效剂选自季戊四醇、季戊四醇多聚体、环氧树脂、三聚氰胺、磷酸三甲苯酯中的一种或几种的混合物；无机协效剂选自红磷、三氧化二锑、聚磷酸铵、氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、硼酸锌、纳米级蒙脱土、硅烷改性纳米蒙脱土、沸石、膨润土中的一种或几种的混合物，有机、无机协效剂可混合使用，且所述阻燃剂与阻燃协效剂的质量比例为1:3～4:1。

进一步，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、聚亚胺酯、丙烯酸酯类共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物；

进一步，所述导热材料为碳粉、碳纤维、碳化硅粉、石墨、膨胀石墨、铁粉，氮化硼、氮化铝、氧化铝、氧化镁、氧化铜中的一种或者几种的混合物。

进一步，所述吸光材料为碳粉、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、石墨、膨胀石墨、氧化铜中的一种或者几种的混合物。

进一步，一种利用包括权利要求1-10之一所述的复合材料制成的粉体、颗粒、板材。

进一步，一种利用权利要求11所述的粉体、颗粒、板材制成的产品或制品。

所述阻燃型功能化相变复合材料，可以通过压制工艺加工成型，也可通过挤出工艺加工成型。

以上技术方案制备出的阻燃型功能化相变复合材料，可根据需要选择使用的相变材料种类和配比，获得具有不同相变温度的相变材料。功能化的相变复合材料可通过国家铺地材料的阻燃标准(gb/t8626和gb8624-2012)，达到b1级标准；可有效存储和利用太阳光的热能，从而使建筑增加了自调温功能，降低了建筑能耗，提高人体舒适感。

附图说明

图1为功能化相变复合材料的实物图

图2为功能化相变复合材料的光热转换的温度变化曲线。

具体实施方式

本发明所述的功能化相变复合材料，其组分包括(质量百分比)：相变储能材料20-70、支撑材料17-55、多孔材料3-10、阻燃剂和协效剂5-25、相容剂2-5、导热材料1-5、吸光材料3-8、其他功能助剂1-5。

其中，多孔材料利用其尺寸效应、多孔限域效应等性能对相变材料进行有效封装。

阻燃剂和协效剂共同作用，可提高系统的阻燃效率，降低阻燃系统配方中的某些组分(例如某些昂贵或稀缺组分)的含量。

相容剂可提高各组分间的结合程度，从而提高产品的拉伸、冲击强度，改善加工流变性，提高表面光洁度等作用。

导热材料用于提升材料的导热系数，从而改善其存储热能的效率。

吸光材料用于增强材料吸收太阳光的能力，从而有助于提高材料的光热转换能力。

图1为功能化相变复合材料的实物图。

图2为功能化相变复合材料的光热转换的温度变化曲线。

下面结合实施例对本发明作以下进一步说明，本发明的范围不受这些实施例的限制，不限于实施例中的用料种类和用量的具体数值，可根据实际需要选择合适原料以及放大或缩小用量。

实施例一、将5kg石蜡和0.5kg膨胀石墨在60℃下混合。将得到的物料加入混炼系统，加入2kg聚乙烯、0.2kg苯乙烯一乙烯/丁烯一苯乙烯、0.02kg氧化铜、0.02kg稳定剂和0.2kg乙烯醋酸乙烯酯共聚物，在160℃下缓慢搅拌混合。待混合均匀后将温度降低至130℃，按顺序缓慢加入0.7kg可膨胀石墨，以及0.2kg三聚氰胺、0.6kg聚磷酸铵、0.5kg季戊四醇与0.06kg纳米蒙脱土的混合物。利用压制加工工艺在150℃下热压成型，得到的功能化相变复合材料，其阻燃测试可通过gb/t11785和gb/t8626标准、在一个标准太阳光辐照时(100mw/cm²)的光热转换效率大于70％、激光导热仪测得导热系数为1.1w/mk、差示扫描量热仪测得熔点为20℃、相变焓为80.2kj/kg。

实施例二、将5.7kg十六酸甲酯与硬脂酸甲酯的调配物和0.5kg石墨在80℃混合。将得到的物料与2kg高密度聚乙烯、0.3kg苯乙烯一乙烯/丁烯一苯乙烯和0.2kg乙烯醋酸乙烯酯共聚物在180℃缓慢进行混炼。待混合均匀后，缓慢添加0.5kg可膨胀石墨、0.5kg聚磷酸铵、0.3kg三聚氰胺的混合物，在150℃下再次混合均匀。利用压制加工工艺在160℃下成型，得到的功能化相变复合材料，其阻燃测试可通过gb/t11785和gb/t8626标准、在一个标准太阳光辐照时(100mw/cm²)的光热转换效率大于70％、激光导热仪测得导热系数为1.4w/mk、差示扫描量热仪测得熔点为22℃、相变焓为92.1kj/kg。

实施例三、将4kg十六酸甲酯和0.8kg膨胀石墨在80℃下混合均匀；将得到的物料与2.4kg聚氯乙烯、1kg甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯共聚物、0.8kg可膨胀石墨、0.1kg氯化石蜡、0.2kg三氧化二锑和0.3kg氢氧化铝在高速混合机中混合至60℃。利用挤出加工工艺在180℃下成型，得到功能化相变复合材料。其阻燃测试可通过gb/t11785和gb/t8626标准、在一个标准太阳光辐照时(100mw/cm²)的光热转换效率大于70％、激光导热仪测得导热系数为1.8w/mk、差示扫描量热仪测得熔点为24℃、相变焓为60.3kj/kg。

实施例四、将2kg十二醇和0.4kg膨胀蛭石和0.4kg多孔二氧化硅在60℃混合均匀；将得到的物料与5kg聚丙烯、0.3kg聚亚胺酯、1.0kg聚磷酸铵、0.8kg红磷、0.03kg铅盐稳定剂、0.07kg抗氧化剂在高速混合机中混合至60℃，利用挤出加工工艺在170℃下成型，得到功能化相变复合材料。其阻燃测试可通过gb/t11785和gb/t8626标准、在一个标准太阳光辐照时(100mw/cm²)的光热转换效率大于40％、激光导热仪测得导热系数为0.17w/mk、差示扫描量热仪测得熔点为21℃、相变焓为30.9kj/kg。

比较例将6kg十八醇和0.8kg膨胀珍珠岩在60℃混合均匀；将得到的物料与2kg聚氯乙烯、1.2kg苯乙烯一乙烯/丁烯一苯乙烯在高速混合机中混合至80℃。利用挤出加工工艺在175℃下成型，得到功能化相变复合材料。该材料易燃、在一个标准太阳光辐照时(100mw/cm²)的光热转换效率小于40％、激光导热仪测得导热系数为0.14w/mk、差示扫描量热仪测得熔点为55℃、相变焓为103.2kj/kg。