一种经过阻燃处理的定形相变材料及其制备方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种经过阻燃处理的定形相变材料(PCM)，特别是以石蜡为储能介质的定形相变材料。本发明还涉及该定形相变材料的制备方法。【
背景技术：
】[0002]定形相变材料可用于建筑、食品药品、能源等领域的热量管理，具有广阔的应用前景，特别是在建筑节能等领域。但是定形相变材料的储能介质通常是易燃物质，例如石蜡，这导致在实际应用中存在安全隐患，因此提高定形相变材料的阻燃性能显得十分必要。[0003]定形相变材料的主要的阻燃处理方法是在基体中添加阻燃剂，如可膨胀石墨(EG)、聚磷酸胺(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、氢氧化镁、有机蒙脱土(OMMT)等。其中，EG和APP联用能够使HDPE/石蜡定形相变材料的峰值热释放速率(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联用不仅会大幅度降低HDPE/石蜡定形相变材料的峰值热释放速率，蒙脱土的使用还能使形成的残渣更为致密，加强对材料的保护作用(YBCai1YHu,LSong,etal.Preparat1nandflammabilityofhighdensitypolyethylene/paraffin/organophiIicmontmoriI1nitehybridsasaformstablephasechangematerial.EnergyConversat1nManagement，2007,48:462-469.)。氢氧化儀和红磷联用能够使EPDM/石蜡定形相变材料的极限氧指数达到27vol.%(GLSongjSDMajGYTang,etal.Preparat1nandcharacterizat1nofflameretardantform-stablephasechangematerialscomposedbyEPDM,paraffinandnanomagnesiumhydroxide.Energy，2010，35:2179-2183)金属粉和膨胀型阻燃剂联用所生成的惰性气体能稀释可燃性气体的浓度，产生阻燃效应(PZhangjLSongjYHu,etal.Thethermalpropertyandflameretardantmechanismofintumescentflameretardantparaffinsystemwithmetal.1ndustrialandEngineeringChemistryResearch,2010,49:6003-6009；PZhangjYHujLSong，etal.Synergisticeffectofironandintumescentflameretardantonshape-stabilizedphasechangematerial.ThermochimicaActa，2009，487:74-79.)0[0004]然而，这些阻燃措施对定形相变材料虽有一定的阻燃效果，但并不显著。此外，阻燃剂的添加量往往很大，因此会牺牲材料本身非常重要的储热能力。【
发明内容】[0005]本发明的一个目的是提供一种克服了上述缺点的经过阻燃处理的定形相变材料。特别是，该定形相变材料需要更少的阻燃剂添加量，具有更明显的阻燃效果，且对材料其它性能的负面影响最小。[0006]根据本发明的一种实施方案，本发明的经过阻燃处理的定形相变材料包括定形相变材料基体以及涂布于该基体表面上的阻燃涂层。[0007]本发明的定形相变材料的定形相变材料基体包括结构支撑材料和储能介质，其中结构支撑材料可以是本领域中任何常规的结构支撑材料，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)、弹性体(三元乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物等)等及其中的两种或多种的混合物;储能介质可以是本领域中任何常规的有机储能介质，例如脂肪烃、脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸酯等及其中的两种或多种的混合物，尤其是石蜡。[0008]本发明的定形相变材料的阻燃涂层包括涂层基体以及分散于该涂层基体中的阻燃剂，其中涂层基体由能够贴覆于定形相变材料基体上的成膜物质组成，包括但不限于丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、聚醋酸乙烯酯等;阻燃剂可以为本领域中的任何常规阻燃剂，包括但不限于可膨胀石墨、聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺聚磷酸盐、氢氧化镁、有机蒙脱土等。[0009]根据本发明的定形相变材料的一种示例性的具体实施方案，定形相变材料基体包含:[0010](1)40-75界七％的石蜡；[0011](2)0_20wt%的聚乙烯；[0012](3)20_40wt%的一种或多种如下聚合物:三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-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重量份的添加剂。所述添加剂可以选自但不限于以下种类:重钙、轻钙、高岭土、滑石粉、硅灰石、聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺、有机蒙脱土、可膨胀石墨和膨胀石墨等。[0014]根据本发明的定形相变材料的一种示例性的具体实施方案，阻燃涂层包含:[0015](1)5-20重量份的成膜物质，所述的成膜物质应当能够良好地贴覆在定形相变材料基体表面并且可以让阻燃剂和其它任选的添加剂在其中混合均匀，该成膜物质包括但不限于丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、聚醋酸乙烯酯等；[0016](2)1-20重量份的阻燃剂，所述的阻燃剂包括但不限于以下种类:可膨胀石墨、膨胀石墨、聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺、红磷等；[0017](3)任选的其它添加剂，例如分散剂、消泡剂、颜料等。[0018]本发明的另一个目的是提供一种经过阻燃处理的定形相变材料的制备方法，该方法包括以下步骤:[0019](I)将构成定形相变材料基体的结构支撑材料、储能介质和任选的添加剂混合并在稍高于(例如高1-30°C)储能介质熔点的温度下预热，使得储能介质熔化并被吸收完全。在此过程中，应避免储能介质如石蜡蒸发以及其它组分熔融；[0020](2)将上述原料熔融共混，得到混炼样品。在此过程中，要保证各组分混合均匀；[0021](3)将上述混炼样品放入模具中成型；[0022](4)将构成阻燃涂层的各组分分散于溶剂中，并涂覆在成型样品的表面上(涂层厚度可以为0.0l-1mm)并干燥。[0023]步骤(4)中所述的溶剂应当能够溶解成膜物质且具有挥发性，依具体的成膜物质来选定。例如成膜物质是丙烯酸树脂，则丙酮是可选溶剂之一，添加量为5_20phr。[0024]针对本发明的定形相变材料产品所述的各种特征，例如各组分的具体物质以及用量等，同样适用于本发明的方法的技术方案。[0025]本发明相对于现有的定形相变材料阻燃技术带来如下有益效果:[0026]在本发明的定形相变材料的情况下，阻燃剂主要集中在材料表面，用更少的阻燃剂添加量达到优于传统阻燃技术的阻燃效果，且保留了基体本身的优异性能，克服了传统阻燃技术即直接在基体中添加阻燃剂所具有的缺陷。【具体实施方式】[0027]下面通过实例对本发明的技术方案进行更详细的说明。[0028]以下实施例中使用的原料均为常规市售产品。[0029]实施例1[0030]按照以下步骤制备一种根据本发明的定形相变材料:[0031](I)将9g苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、3g高密度聚乙烯、18g石蜡和6g有机蒙脱土置于60°C鼓风烘箱中预热30min，待石蜡熔化被吸收完全。[0032](2)将混合物置于哈克转矩流变仪中熔融共混，混炼温度为140°C，混炼时间为6min，转速为60rpm。[0033](3)将上述的混炼样品放入成型模具中，在压片机下热压2min，冷压2min，模具温度140°C，压力8MPa，根据GB/T16172-2007《建筑材料热释放速率试验方法》，制成尺寸为130mmX13_X3mm的样条和100_X100_X3mm的样片。[0034](4)按丙烯酸树脂:丙酮:可膨胀石墨=10:20:10的重量比例制备阻当前第1页1 2