专利名称：有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于材料制备领域，具体涉及有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料的制备 方法。
技术背景现代建筑普遍采用轻质材料作围护结构，但普通轻质材料的热容较小，导致室内温度 波动较大，这不仅造成室内热环境不舒适，而且使空调负荷增加，建筑能耗上升。相变物 质(包括无机物和有机物)在熔化或凝固过程中温度不变，而吸收或释放的潜热相当大。 把相变材料与普通的建筑材料进行有机结合，便形成一种储热建筑材料，该材料兼具普通 建筑材料与相变材料的双重功能。目前，可能采用的相变材料的潜热达170J/g左右，而普通建筑材料在温度变化rc时储存同等热量将需要19o倍于相变材料的质量。因此，储 热建筑材料具有普通建筑材料无法比拟的热容，可提高建筑物的热惯性，使室内温度变化 幅度减小，提高舒适度，并减少采暖或空调设备的开停次数，从而提高设备的运行效率并 节能。储热建筑材料除必须满足储热材料本身的要求(如储热密度大、性能稳定、导热系数高、无毒、无腐蚀性、成本低等)外，还必须满足建筑材料在应用中的要求，主要是相变温度(要求在人体舒适温度20。C左右)、与建筑材料的相容性以及不增大可燃性。尽管有的无机盐水合物相变材料的相变温度合适、潜热大并且价格低廉，但因其具有过冷和相 分离的缺点、以及对建筑材料具有腐蚀性和强吸潮性，因而其在储热建筑材料的研究和应 用中较少被采用。目前，国内外的研究主要集中在有机物相变材料，具有在建筑材料中应用合适相变温度的有机物相变材料主要包括正十八烷、硬脂酸丁酯及一些有机酸混合物等。相变储热建筑材料的制备方法主要包括如下三种1、采用"浸泡法"直接将建筑基 材浸泡在溶解后的液态有机物相变材料中，使有机物相变材料渗入到多孔的建筑材料基体 内。这是有机物相变材料与建筑基材最简单的结合工艺，但这种方法制备的储热建筑材料, 在长时间的储(放)热运行过程中有机物相变材料会从建筑材料基体中流出或渗出，导致 建筑材料表面会出现细小分散的相变材料(称为"表面结霜"现象)，从而严重影响储热建筑材料的性能，同时还增大了建筑材料的可燃性。2、采用"熔融混合法"将有机物相变材料与某些高聚物进行交联复合，使有机物相变材料包裹在高聚物的网络内，制备出定 型(即相变前后均能维持固态)的复合相变储热材料，然后再将其应用于建筑材料中。这 种方法虽然能解决"浸泡法"制备有机物相变储热建筑材料所出现的渗漏问题，也能在一 定程度上抑制建筑材料的可燃性。但是，高分子材料本身导热系数低的缺点进一步恶化了 有机物相变材料的传热性能，且这类有机物相变材料掺入到建筑材料后还会降低建筑材料 的机械性能。3、采用"原位聚合法"或"界面聚合法"制备相变微胶囊，将有机物相变 材料包裹在外壳由高分子材料聚合而成的微胶囊体内，从而构成定型的复合相变储热材 料，然后再将微胶囊相变储热材料与建筑材料混合，制备出储热建筑材料。但微胶囊相变 储热材料存在制备成本高、长时间固一液相变过程中体积的收縮而导致微胶囊外壳因应力 变化而破裂的问题，且高分子材料外壳也降低了有机物相变材料的传热性能。 发明内容本发明目的就是为了克服和解决现有有机物相变储热建筑材料在实际应用中存在有 机物相变材料会从建筑材料中渗漏出来从而影响储热建筑材料的性能并使建筑材料存在 可燃性或有机物相变材料在储、放热过程中的传热性能差、成本高等缺点和问题，提供一 种有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料的制备方法，以使制备出来的复合相变储热建 筑材料储热密度大、成本较低，且在储热建筑材料中有机物相变材料与建筑材料相容性好， 发生相变时有机物相变材料不会从建筑材料中渗漏出来，且有机物相变材料在储、放热过 程中传热性能好。本发明的另一目的在于提供上述复合相变储热材料的制备方法。 本发明通过如下技术方案来实现的，有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料的制备方法为(下述百分比均为重量百分比) 第一步石墨的膨化将酸化石墨置于功率为500 2000W的微波炉内膨化5 15秒，制备出具有丰富微孔 结构的膨胀石墨。第二步膨胀石墨吸附有机物相变储热材料将膨胀石墨与有机物相变材料在高于其相变温度下进行共混吸附1 4小时，有机物相变材料被吸附到膨胀石墨的微孔后，经过虑、干燥，制备出有机物/膨胀石墨复合相变储热材料，在复合相变储热材料中，有机物相变材料的重量百分含量为40% 90%。第三步有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料的制备 (1)储热纤维石膏板的制备其原料组成及重量份数为熟石膏粉 50 64 纸纤维 10 25 有机物/膨胀石墨复合相变储热材料 20 25 其它促进剂、填充剂 1 2 将所有原料加进混合机内加水混合，待混合均匀后，干燥成型;(2)储热水泥的制备 其原料组成及重量份数为水泥 50~60 江砂或河砂 20 30 有机物/膨胀石墨复合相变储热材料 20 30 将所有原料加进混合机内加水混合，待混合均匀后直接使用。本发明上述所指的有机物相变材料包括正十六烷、正十八烷、硬脂酸正丁酯、芥 酸与硬脂酸的混合物以及葵酸与硬脂酸的混合物、葵酸与软脂酸的混合物。本发明的机理和有益效果如下:膨胀石墨作为碳材料具有良好的化学稳定性和惰性且 无毒无害，导热系数较高，能与建筑材料很好地相容。膨胀石墨还具有丰富的微孔结构， 对有机物具有良好的吸附性能，有机物的重量含量高达90%，所以储热密度大。此外， 有机物被吸附在膨胀石墨的微孔结构中，在发生固一液相变时，由于毛细作用力和表面张 力的作用，液态的有机物相变材料很难从微孔中脱附出来。因此，将有机物/膨胀石墨复 合相变储热材料作为建筑材料的组分制备出的储热建筑材料,不会出现有机物相变材料从 建筑材料中渗漏出来的现象，也不存在有机物相变储热建筑材料的可燃性问题。同时，膨 胀石墨高的导热系数，使得制备出的储热建筑材料在储、放热过程中传热性能好。我国石墨资源丰富，价格低廉。采用微波加热对石墨进行膨化，以及共混吸附法制 备有机物/膨胀石墨复合相变储热材料，制备成本低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式
作进一歩介绍，各实施例的具体内容请见表l。表1\实施例 方\ 步骤及结^\实施例1实施例2实施例3第一步的石 墨的膨化将酸化石墨置于功率为500W的 微波炉内加热膨化15秒，制备 膨胀石墨将酸化石墨置于功率为 1500W的微波炉内加热膨化 10秒，制备膨胀石墨将酸化石墨置于功率为 2000W的微波炉内加热 膨化5秒，制备膨胀石 甲第二步膨胀 石墨吸附有 机物相变储 热材料将有机物相变材料正十六烷与 膨胀石墨置于50'C烘箱内共混 吸附lh,然后进行过虑、干燥。 原料重量百分比为正十六烷 40%,膨胀石墨60%。将有机物相变材料正十八烷 与膨胀石墨置于60'C烘箱内 共混吸附2h，然后进行过虑、 干燥。原料重量百分比为正 十六垸60%,膨胀石墨40%。将有机物相变材料硬脂 酸正丁酯与膨胀石墨置 丁-6(TC烘箱内共混吸附 4h，然后进行过虑、干 燥。原料重量百分比为 正十六烷90%，膨胀石墨 腦。第三步相变 储热建筑材 料的制备(1)储热纤维石膏板制备原 料组成及重量份数熟石膏50、 纸纤维25、有机物/膨胀石墨复 合相变材料24、促进剂、填充 剂1。把所有原料加进混合机内 加水混合均匀，干燥成型。(2) 储热水泥的制备原料组成及 重量份数水泥50、河砂30、 有机物/膨胀石墨复合相变材 料20。把所有原料加进混合机 内加水混合均匀后直接使用。(1)储热纤维石膏板制备 原料组成及重量份数熟" 膏60、纸纤维18、有机物/ 膨胀心墨复合相变材料20、 促进剂、填充剂2。把所冇 原料加进混合机内加水混合 均匀，干燥成型。(2)储热 水泥的制备原料组成及重 量份数水泥54、河砂23、 有机物/膨胀石墨复合相变 材料23。把所有原料加进混 合机内加水混合均匀后直接 使用。(1)储热纤维石膏板制 备原料组成及重量份 数熟石膏64、纸纤维 12、有机物/膨胀石墨复 合相变材料22、促进剂、 填充剂2。把所有原料加 进混合机内加水混合均 匀，干燥成型。(2)储 热水泥的制备原料组 成及重量份数水泥52、 江砂20、有机物/膨胀石 墨复合相变材料28。把 所有原料加进混合机内 加水混合均匀后直接使 用。所制备的复 合相变储热 建筑材料的 主耍性能储热建筑材料性能稳定、储 (放)热特性好，储热密度较 高。储热建筑材料性能稳定、储 (放)热特性好，储热密度 高。储热建筑材料性能稳 定、储(放)热特性好， 储热密度很高。
权利要求
1、一种有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料的制备方法，其特征在于如下步骤(1)石墨的膨化将酸化石墨置于功率为500～2000W的微波炉内膨化5～15秒，制备出具有丰富微孔结构的膨胀石墨；(2)膨胀石墨吸附有机物相变材料将膨胀石墨与有机物相变材料在高于其相变温度下进行共混吸附1～4小时，有机物相变材料被吸附到膨胀石墨的微孔后，经过虑、干燥，制备出有机物/膨胀石墨复合相变储热材料；在该复合相变储热材料中，有机物相变材料的重量百分含量为40％～90％；(3)有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料的制备，包括储热纤维石膏板的制备和储热水泥的制备储热纤维石膏板的制备，其原料组成及重量份数为熟石膏粉 50～64纸纤维 10～25有机物/膨胀石墨复合相变储热材料20～25其它促进剂、填充剂 1～2将所有原料加进混合机内加水混合，待混合均匀后，干燥成型；储热水泥的制备，其原料组成及重量份数为水泥 50～60江砂或河砂 20～30有机物/膨胀石墨复合相变储热材料20～30将所有原料加进混合机内加水混合均匀。
2、 根据权利要求1所述的一种有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料的制备方法， 其特征在于所述的有机物相变材料为正十六垸或正十八烷或硬脂酸正丁酯或芥酸与硬脂 酸的混合物或葵酸与硬脂酸的混合物或葵酸与软脂酸的混合物。
3 、由权利要求l或2所述方法制得的有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料。
全文摘要
本发明公开了一种有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料及其制备方法，所述方法包括如下步骤(1)使酸性石墨在微波作用下的膨化，形成具有丰富微孔结构的膨胀石墨；(2)将有机物相变材料与膨胀石墨在高于其相变温度条件下进行共混吸附，有机物相变材料被吸附到膨胀石墨的微孔结构中；(3)有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料的制备①储热纤维石膏板的制备；②储热水泥的制备。本发明从根本上解决有机物相变材料与建筑材料相容性及稳定性问题。本发明提供的方法所制得的有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑材料成本低、储热密度大、导热性能好、不存在可燃性问题。
文档编号C04B28/14GK101239798SQ20081002563
公开日2008年8月13日 申请日期2008年1月4日 优先权日2008年1月4日
发明者张正国, 方晓明, 方玉堂, 陈中华, 高学农 申请人:华南理工大学