本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种相变建筑材料及其制备方法和应用。
背景技术:
1、建筑耗能在各领域的能源消耗中占有相当大的比例,我国直接或间接的建筑耗能十分巨大,因此,降低建筑能耗和提高能源使用效率是实现节能的一条必经之路。相变材料(pcm-phase change material)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。将具有储热功能的相变材料与建筑材料复合并应用于建筑领域,是建筑领域革命性发展,可以有效地降低能源消耗,实现节能的目的。将相变储能材料加入到建筑构件中,温度过高时吸热温度过低时放热,使建筑构件根据室温的变化进行相变,从而自动调节室内温度。相变储能建筑材料与传统建筑材料相比,具有储热效果明显,更为环保等优点。
2、根据相变材料的相变形式可分为固-固、固-液、固-气和液-气储能相变材料。其中固-液相变材料相变过程近似恒温、相变温度范围广、体积变化率小且成本低廉等优点而成为目前研究热点。相变储能材料按照材料本身性质可分为有机和无机类相变材料。有机类相变材料主要包括石蜡类和非石蜡类两种。无机类相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐和金属合金等,无机类相变材料因其价格底联、蓄热密度大、相变潜热大而被广泛应用。
3、相变储能材料用作建筑材料时一般很难直接使用,在大多数情况下,需要将其形成固体形状或不泄漏的复合材料。目前相变储能材料在建筑中的应用方法包括:①将相变材料直接浸入建筑材料的孔隙中或作为填料掺入到建筑材料。例如中国发明专利cn1303181c公开了一种建筑用相变储能复合材料及其制备方法,该法以石膏、水泥等气硬性或水硬性胶凝材料为基体,其中分散有膨胀粘土等多孔材料集料,多孔材料集料中储存有石蜡或、硬脂酸丁酯等有机相变材料。该法采用真空浸渗法制得相变储能集料,再用建筑材料的通用方法制得相变储能复合材料。②将相变材料制备成定形相变材料或封装成单体再与建筑材料进行结合。例如中国发明专利cn113175174b公开了一种建筑用相变蓄热板材,将相变材料颗粒封装于建筑板材内部使得建筑板材具有蓄热放热的作用,第一种方式方法操作简单,但是相变过程中构件表面易产生明显的渗漏,安全性和稳定性不良,不利于长期使用。第二种方式避免了相变材料与传统建材的直接接触,可有效地实现潜热储能并提高了应用的稳定性,但是定形相变材料或封装成单体制作过程较为复杂,考虑到封装费用、操作工艺、经济性等不利于推广。
4、综上所述,相变储能材料直接渗入或掺入建筑材料中是今后发展的重点,无机相变材料是相变材料中应用最广泛的一种,也是典型的固一液相变材料,与有机相变材料相比,其来源广泛且价格低廉,没有刺激性气味,化学性质稳定,更适合应用于建筑节能领域。然而,无机相变材料存在过冷和相分离缺陷,其应用受到限制,其次无机相变材料大多为水合盐,与传统的建筑材料结合不仅会产生直接渗漏问题,长期使用会对基体材料产生腐蚀导致相变材料泄露或失效。因此亟需提供一种相变建筑材料的制备方法来解决这些难题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的技术问题,本发明提供一种相变建筑材料及其制备方法和应用,目的在于通过操作简单的制备方法,制备和易性好导热性能更佳,相变材料与建筑材料相容性好、相变材料分布均匀的相变建筑材料。
2、为实现上述目的,本发明提供以下技术方案。
3、一种相变建筑材料的制备方法及其应用,制备方法包括:在料浆中掺入造孔颗粒,经固化处理后形成固相材料,将所述造孔颗粒经溶解或熔融从所述固相材料中排出,得到内部具有连通孔的多孔固相材料;将所述多孔固相材料浸入相变溶液中,得到所述连通孔内充满所述相变溶液的相变建筑材料。
4、进一步地,将所述固相材料破碎成固相颗粒材料,再将所述造孔颗粒经溶解或熔融从固相颗粒材料中排出,得到内部具有连通孔的多孔固相颗粒材料;将所述多孔固相颗粒材料浸入相变溶液中,得到所述连通孔内充满所述相变溶液的相变建筑材料,将所述相变建筑材料与所述料浆混合注入模具;
5、进一步地,所述固相颗粒材料的粒径在2-3cm。
6、进一步地,所述连通孔的孔径在0.5-10mm之间,进一步地平均孔径在2-5mm,使得相变材料分布均匀,提高了储热放热性能。
7、进一步地,所述料浆为mpc料浆。
8、进一步地,所述mpc料浆由重烧氧化镁、磷酸二氢铵、硼砂按照1.5:1:0.1的质量比混合后加水而成。
9、进一步地,在所述相变建筑材料表面吸附氧化镁形成一层防泄漏壳,再与所述料浆混合注入模具。
10、进一步地,所述料浆还包括moc料浆、mos料浆其中的任意一种。
11、进一步地,所述moc料浆由活性氧化镁与氯化镁溶液混合而成;所述mos料浆由活性氧化镁与硫酸镁溶液混合而成。
12、进一步地,所述活性氧化镁由白云石、菱镁矿、菱苦土其中的任意一种或两种以上的组合煅烧而成。
13、进一步地,所述活性氧化镁的活性含量在20%-80%。
14、进一步地,所述造孔颗粒包括可溶解或熔融的盐。
15、进一步地,所述造孔颗粒的掺入量为所述料浆质量的10-80%。
16、进一步地,将所述固相颗粒材料浸入水中或者有机溶剂中使得所述造孔颗粒溶解后排出;还可以加热使得所述造孔颗粒熔融排出。
17、进一步地,所述盐溶液的溶质与形成造孔颗粒的盐相同。
18、进一步地,所述有机溶剂包括乙醇、甲醇其中的任意一种。
19、进一步地,所述可溶解或熔融的盐包括氯化钠、光卤石、六水氯化镁、六水氯化钙、七水硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵其中的任意一种。
20、进一步地,所述相变溶液包括六水氯化钙、六水氯化镁其中的一种而二者的组合,或者是磷酸盐溶液。
21、进一步地,在所述相变溶液中加入成核剂或稳定剂,成核剂可以是硼酸、srcl2·6h2o、srco3、羟乙基纤维素(hec)、聚丙烯酰胺(pam)、聚丙烯酸钠(paas)中的任一种或两种以上的组合。
22、基于上述制备方法制备得的相变建筑材料,能够形成不与相变材料发生反应的多孔相变建筑材料,相变材料均匀分布在多孔材料内。
23、本发明制得的相变建筑材料在建筑业中的应用。
24、与现有技术相比本发明具有的有益效果至少在于:
25、1.采用本发明技术方案得到的相变建筑材料能够形成不与相变材料发生反应的多孔材料,相变材料均匀分布在多孔材料内,连通孔的孔径在0.5-10mm之间,平均孔径在2-5mm,使得相变材料分布均匀,提高了储热放热性能,增强了导热率,并且有效防止相变材料发生泄露。
26、2.胶凝材料与相变材料、封装材料一致,具有良好的和易性,同类材料更加利于形成整体,改善相变材料的过冷和相分离问题。
27、3.本发明基于同类材料可以视为直接掺入法和封装法的完美结合,实际操作简单,经济成本低。
1.一种相变建筑材料的制备方法,其特征在于包括:在料浆中掺入造孔颗粒,经固化处理后形成固相材料,将所述造孔颗粒经溶解或熔融从所述固相材料中排出,得到内部具有连通孔的多孔固相材料;将所述多孔固相材料浸入相变溶液中,得到所述连通孔内充满所述相变溶液的相变建筑材料。
2.根据权利要求1所述的相变建筑材料的制备方法,其特征在于:
3.根据权利要求2所述的相变建筑材料的制备方法,其特征在于:
4.根据权利要求2所述的相变建筑材料的制备方法,其特征在于:
5.根据权利要求3所述的相变建筑材料的制备方法,其特征在于:所述活性氧化镁由白云石、菱镁矿、菱苦土其中的任意一种或两种以上的组合煅烧而成;
6.根据权利要求3或4所述的相变建筑材料的制备方法,其特征在于:所述造孔颗粒包括可溶解或熔融的盐;
7.根据权利要求6所述的相变建筑材料的制备方法,其特征在于:将所述固相颗粒材料浸入水、盐溶液中或者有机溶剂中使得所述造孔颗粒溶解后排出;
8.根据权利要求7所述的相变建筑材料的制备方法,其特征在于:所述相变溶液包括六水氯化钙、六水氯化镁其中的一种而二者的组合,或者是磷酸盐溶液;
9.如权利要求1-8任一项所述的相变建筑材料的制备方法所制备的相变建筑材料。
10.如权利要求9所述的相变建筑材料在建筑领域中的应用。