一种多孔地聚物发泡相变储能材料及其制备方法

1.本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种多孔地聚物发泡相变储能材料及其制备方法。


背景技术：

2.地聚物发泡材料作为一种以地质聚合物材料为基体或通过地质聚合物法制备的无机发泡材料，既具有无机材料耐高温的特性，也具有多孔材料轻质、隔热保温的优良性能，与其他硅酸盐多孔材料相比，具有更好的耐酸碱性和更高的抗压强度。同时，地聚物的生产，可以充分利用钢渣、粉煤灰、矿渣、煤矸石等固体废弃物，且有制备工艺简单，能耗低、污染少等优点，不但在保温隔热等领域得到快速应用，也为废弃物的资源化利用提供一条有效的途径。
3.根据专利名称为新型环保相变抹面腻子的配方及制备方法(专利号：200810057944.7)，该专利公开的技术是直接在腻子原材料中添加无机相变材料或有机相变材料，能起到自动调节室内环境温度的作用。该研究是直接添加的相变材料，虽然起到了调节温度的作用，但也存在很多不足，如相变材料不易分散，潜热值低等问题，且由于目前大多数该类发明均使用的微胶囊相变材料作为有机高分子材料，其制备过程复杂且价格较高，还会导致与无机材料的相容较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发泡孔径均匀、导热系数低、固化速度快、生产效率高成本低廉、原材料来源广泛的多孔地聚物发泡相变储能材料及其制备方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明选取多孔材料载体，该种载体的选择解决了微胶囊相变材料多为有机高分子材料，制备过程复杂且价格较高，与无机材料的相容性较差等问题，利用其吸附作用制得轻质细颗粒材料，加入到粉煤灰-矿渣地聚物发泡材料中，研究制备出一种地聚物发泡相变材料，不仅能够充分利用粉煤灰、矿渣等固废，而且能够利用调温性和多孔性，达到实现建筑墙体调节室内温度的目的，具体方案如下：
7.一种多孔地聚物发泡相变储能材料，该相变储能材料由地聚物发泡材料、多孔相变材料和发泡剂按照重量比(25-40):(2.5-5):1组合而成。
8.进一步地，所述的地聚物发泡材料包括以下质量份组分：粉煤灰10-15份、矿渣10-15份、水玻璃7-12份、氢氧化钠0.05-0.1份、硬脂酸钙0.1-0.2份、减水剂0.1-0.15份、二氧化锰0.05-0.1份和水5-8份。
9.进一步地，所述的粉煤灰为市售一级或市售二级；所述的矿渣为细度100-600目的高炉水渣或100-600目的转炉钢渣；
10.进一步地，所述的水玻璃为工业水玻璃经过改性所得的高活性水玻璃，模数为
2.6，波美度为50be；所述的减水剂为萘系减水剂。
11.所述的氢氧化钠为分析纯，用来调节水玻璃的模数；所述的硬脂酸钙为化学纯；所述的二氧化锰为分析纯，用来辅助发泡剂发泡；所述的水为自来水。
12.进一步地，所述的多孔相变材料包括以下质量份组分：月桂酸1-3份，肉豆蔻酸0.5-2份、棕榈酸0.5-1份、石墨0.15-0.3份和珍珠岩1.5-4份。
13.所述的月桂酸为化学纯，相变温度约为26℃；所述的肉豆蔻酸为分析纯，相变温度约为50℃；所述的棕榈酸为分析纯，相变温度约为64℃；所述的石墨导热率约为50.63w/(m
·
k)。
14.进一步地，所述的发泡剂为双氧水。
15.进一步地，所述双氧水的质量浓度为25-30wt％。
16.一种如上所述多孔地聚物发泡相变储能材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
17.地聚物发泡浆料的配制：按质量份，将粉煤灰、矿渣、水玻璃、氢氧化钠、硬脂酸钙、减水剂、二氧化锰和水混合均匀，得到地聚物发泡浆料待用；
18.多孔相变材料的配制：按质量份，将月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、石墨和珍珠岩混合，然后融化、搅拌、真空浸渍，得到多孔相变材料；
19.按质量比，将多孔相变材料和发泡剂加入地聚物发泡浆料中，混合搅拌均匀后浇筑成型，经室温条件下养护即得到多孔地聚物发泡相变储能材料。
20.进一步地，多孔相变材料的配制的具体步骤为：
21.(2-1)按质量份，称取月桂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸，加热直至完全熔化；
22.(2-2)将石墨逐渐加入，并在热水浴中搅拌，冷却得到三元脂肪酸相变材料；
23.(2-3)将三元脂肪酸相变材料与干燥后的膨胀珍珠岩放入真空容器中，开启真空泵使内部形成真空，然后加热使材料融化，保持真空，之后打开通气阀，如此重复2-3次，冷却得到多孔相变材料。
24.进一步地，所述养护的时间为1-5天。
25.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
26.(1)本发明采用工业废渣作为原料，添加了多孔相变材料，且与地质聚合物易结合，相变温度低，潜热值大，无毒环保，寿命长等优点；
27.(2)本发明不仅能够充分利用粉煤灰、矿渣等固废，而且能够利用调温性和多孔性，达到实现建筑墙体调节室内温度的目的，且还具有固化速度快、生产效率高成本低廉、原材料来源广泛的优点，并能吸收及释放能量，真正能达到节能环保的效果，弥补同类材料中存在的不足；
28.(3)本发明的多孔相变材料在升温和降温过程中，开始相变温度为29.39-28.68℃，相变潜热为99.62-89.96j/g，符合建筑用相变材料的温度范围。地聚物发泡相变材料的升降温过程中，相变初始温度为27.88-28.33℃，相变潜热为14.79-13.31j/g，与多孔相变材料的相变温度范围几乎一致，因此掺入多孔相变材料能有效提高地聚物发泡材料的调温性能；
29.(4)本发明是一种防火、耐久、相变储能的地质聚合物多孔材料。将本发明发泡块干燥后测试，其导热系数0.06-0.14w/(m
·
k)，抗压强度0.8-12mpa，潜热值达到140-160kj/m2；
30.(5)本发明用于建筑上，能吸收室内采暖系统或空调系统释放出来的热量并存储起来，且当室内温度降低时则将吸收的能量释放出来，保持室内温度恒定，提高了舒适度，进而达到了不用或者少用室内采暖和空调系统，降低了环境能耗，真正达到了冬暖夏凉的效果，符合国家政策在建筑节能上的要求。
附图说明
31.图1为实施例1-2中多孔相变材料的制备过程；
32.图2为实施例2中地聚物发泡材料的扫描电镜图；
33.图3为实施例2中多孔地聚物发泡相变储能材料的扫描电镜图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
35.一种多孔地聚物发泡相变储能材料的制备方法，该相变储能材料由地聚物发泡材料、多孔相变材料和发泡剂按照重量比(25-40):(2.5-5):1组合而成。
36.地聚物发泡材料包括以下质量份组分：粉煤灰10-15份、矿渣10-15份、水玻璃7-12份、氢氧化钠0.05-0.1份、硬脂酸钙0.1-0.2份、减水剂0.1-0.15份、二氧化锰0.05-0.1份和水5-8份。粉煤灰为市售一级或市售二级；所述的矿渣为细度100-600目的高炉水渣或100-600目的转炉钢渣；水玻璃为工业水玻璃经过改性所得的高活性水玻璃，模数为2.6，波美度为50be；所述的减水剂为萘系减水剂。所述的氢氧化钠为分析纯，用来调节水玻璃的模数；所述的硬脂酸钙为化学纯；所述的二氧化锰为分析纯，用来辅助发泡剂发泡；所述的水为自来水。
37.多孔相变材料包括以下质量份组分：月桂酸1-3份，肉豆蔻酸0.5-2份、棕榈酸0.5-1份、石墨0.15-0.3份和珍珠岩1.5-4份。所述的月桂酸为化学纯，相变温度约为26℃；所述的肉豆蔻酸为分析纯，相变温度约为50℃；所述的棕榈酸为分析纯，相变温度约为64℃；所述的石墨导热率约为50.63w/(m
·
k)。
38.发泡剂为双氧水。双氧水的质量浓度为25-30wt％。
39.该制备方法包括以下步骤：
40.地聚物发泡浆料的配制：按质量份，将粉煤灰、矿渣、水玻璃、氢氧化钠、硬脂酸钙、减水剂、二氧化锰和水混合均匀，得到地聚物发泡浆料待用；
41.多孔相变材料的配制：按质量份，将月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、石墨和珍珠岩混合，然后融化、搅拌、真空浸渍，得到多孔相变材料；
42.具体步骤为：
43.(2-1)按质量份，称取月桂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸，加热直至完全熔化；
44.(2-2)将石墨逐渐加入，并在热水浴中搅拌，冷却得到三元脂肪酸相变材料；
45.(2-3)将三元脂肪酸相变材料与干燥后的膨胀珍珠岩放入真空容器中，开启真空泵使内部形成真空，然后加热使材料融化，保持真空，之后打开通气阀，如此重复2-3次，冷却得到多孔相变材料。
46.按质量比，将多孔相变材料和发泡剂加入地聚物发泡浆料中，混合搅拌均匀后浇筑成型，经室温条件下养护1-5天即得到多孔地聚物发泡相变储能材料。
47.以下实施例中各组分用量是从发明内容中组分的用量范围选取，并进行实验，得出实验数据。
48.实施例1
49.一种多孔地聚物发泡相变储能材料及其制备方法
50.(1)地聚物发泡材料的配制：称取粉煤灰12份、矿渣12份、水玻璃7份、氢氧化钠0.05份、硬脂酸钙0.1份、减水剂0.12份、二氧化锰0.05份、水6份混合均匀待用。
51.(2)多孔相变材料的配制：首先，称取月桂酸1份，肉豆蔻酸0.5份和棕榈酸0.5份，在105℃的干燥箱中加热直至完全熔化。将石墨以重量的7％逐渐加入，并在80℃的水浴中以400rpm的速度使用磁性搅拌器搅拌，冷却得到三元脂肪酸相变材料，然后将相变材料与在80℃烘箱中干燥24h的膨胀珍珠岩按质量比3:2放入真空容器中。开启真空泵并设定真空度为0.09mpa，使内部形成真空，然后加热使相变材料融化，保持真空1h，之后打开通气阀，如此重复2-3次，冷却得到多孔相变材料待用。
52.(3)将得到的地聚物发泡材料、多孔相变材料和发泡剂按照重量比30：3：1的比例制成多孔地聚物发泡相变储能浆料。
53.(4)将发泡浆料注入到模具中制备发泡块，2小时后拆模得到发泡块，并在室温下进行养护1-5天即可。
54.根据实验测得该组的导热系数为0.08w/(m
·
k)，抗压强度为5mpa，潜热值为144kj/m2。
55.实施例2
56.一种多孔地聚物发泡相变储能材料及其制备方法
57.(1)地聚物发泡材料的配制：称取粉煤灰15份、矿渣15份、水玻璃12份、氢氧化钠0.1份、硬脂酸钙0.2份、减水剂0.15份、二氧化锰0.1份、水8份混合均匀待用，如图2。
58.(2)多孔相变材料的配制：首先，称取月桂酸3份，肉豆蔻酸2份和棕榈酸1份，在105℃的干燥箱中加热直至完全熔化。将石墨以重量的7％逐渐加入，并在80℃的水浴中以400rpm的速度使用磁性搅拌器搅拌，冷却得到三元脂肪酸相变材料，然后将相变材料与在80℃烘箱中干燥24h的膨胀珍珠岩按质量比3:2，放入真空容器中。开启真空泵并设定真空度为0.09mpa，使内部形成真空，然后加热使相变材料融化，保持真空1h，之后打开通气阀，如此重复2-3次，冷却得到多孔相变材料待用。
59.(3)将得到的地聚物发泡材料、多孔相变材料和发泡剂按照重量比40：5：1的比例制成多孔地聚物发泡相变储能浆料。
60.(4)将发泡浆料注入到模具中制备发泡块，2小时后拆模得到发泡块，并在室温下进行养护1-5天即可，如图3。
61.根据实验测得该组的导热系数为0.10w/(m
·
k)，抗压强度为3mpa，潜热值为155kj/m2。
62.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所
作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。