一种相变储能水泥砂浆及其制备方法

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种相变储能水泥砂浆及其制备方法。

背景技术：

1、现有的建筑物难以实现自发的室内环境调节的功能，主要因素是作为围挡结构的核心材料水泥砂浆的热性能较差。因此，通常使用空调来实现室内温度的调节，而空调的使用不仅消耗了大量的能源，也给环境带来一定的影响。在水泥中添加相变材料可以改善建筑物的热性能，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，使建筑热环境得以改善，给人们带来了舒适感的同时降低了能耗。然而，现有的相变储能水泥砂浆还存在一定的问题，主要表现在：一是，凝固时间较长且易堵塞喷头，因此可打印性较差；二是，相变材料易泄露、挥发，造成相变材料的失效，缩短使用寿命；三是，储热性能还不够理想，相变材料的潜热难以得到高效释放和储存，对减少室内温度的改善影响较小。

技术实现思路

1、针对以上不足，本发明提供一种相变储能水泥砂浆及其制备方法，本发明通过在水泥砂浆中添加相变微胶囊等组分，该相变储能水泥砂浆改善了相变材料在建筑领域应用中易泄露、使用周期短等问题，且其具有良好的可打印性和宽温度区间的储热性能。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种相变储能水泥砂浆，该相变储能水泥的组分及质量配比如下：硅酸盐水泥240-300份，石英砂56-60份，水100-120份，硫铝酸盐水泥10-20份，增稠剂1-3份，相变微胶囊20-30份。

4、优选的，所述相变微胶囊的内核材质的相变温度区间为10℃-30℃。

5、优选的，所述相变微胶囊的内核材质为液-固相变材料。

6、优选的，所述相变微胶囊的内核材质采用有机类相变材料。

7、优选的，所述相变微胶囊的粒径大小为140-180μm。

8、优选的，所述相变微胶囊的内核材质为鲁尔ope(杭州鲁尔新材料科技有限公司鲁尔ope产品)，所述相变微胶囊的外壳材质为hdda(1,6-hexanediol diacrylate；中文名1,6-己二醇二丙烯酸酯)。

9、优选的，所述石英砂为40～80目。

10、优选的，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。

11、优选的，所述相变微胶囊具体通过以下方法制得：

12、将内核材质与中间相溶液和外相溶液同时注入微流控装置，以生成复合相液滴；

13、使用紫外线对复合相液滴进行少量的固化收集得到湿润的相变微胶囊；

14、将固化收集的湿润的相变微胶囊用纯水洗涤，然后对洗涤后的湿润的相变微胶囊进行烘干，烘干至相变微胶囊的重量不再改变为止，此时获得干燥的所述相变微胶囊。

15、优选的，所述中间相溶液和外相溶液具体通过以下方法制得：

16、所述中间相溶液的制备方法为：按质量百分比向玻璃试剂瓶中倒入93％-95％的hdda溶液、4％-5％的uv1173溶液(2-hydroxy-2-methylpropiophenone；中文名2-羟基-2-甲基苯丙酮)以及1％-2％的span 80溶液(亲油性表面活性剂)，在玻璃试剂瓶外部遮光，将玻璃试剂瓶放置在混匀仪上在室温下以460-480rpm的转速搅拌2-3小时，制得所述中间相溶液；

17、所述外相溶液的制备方法为：按质量百分比向玻璃试剂瓶内倒入87％-88％的纯水、2％-3％的tween 20(亲水性表面活性剂)以及10％-11％的pva颗粒(poly(vinylalcohol)，mw～31000)，将玻璃试剂瓶放置在混匀仪上，在55℃-60℃下持续加热，以540-580rpm的速度持续搅拌，直至玻璃试剂瓶内的pva颗粒完全溶解；当pva颗粒完全溶解后，在室温下以同样的转速搅拌1～2h，制得所述外相溶液。

18、优选的，将内核材质与中间相溶液和外相溶液同时注入微流控装置以生成复合相液滴的具体方法为：

19、将内核材质与中间相溶液和外相溶液分别装载在各自的玻璃针筒中，通过各自的注射泵进给，同时将三相液体注入微流控装置中；其中，所述内核材质的注入流量为127-800μl/h，所述中间相溶液的注入流量为230-1300μl/h，所述外相溶液的注入流量为2200-3000μl/h。

20、另一方面，本发明还提供一种相变储能水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：

21、按质量百分比向玻璃试剂瓶中倒入93％-95％的hdda溶液、4％-5％的uv1173溶液以及1％-2％的span 80溶液，在玻璃试剂瓶外部遮光，将玻璃试剂瓶放置在混匀仪上在室温下以460-480rpm的转速搅拌2-3小时，制得中间相溶液；

22、按质量百分比向玻璃试剂瓶内倒入87％-88％的纯水、2％-3％的tween 20以及10％-11％的pva颗粒，将玻璃试剂瓶放置在混匀仪上，在55℃-60℃下持续加热，以540-580rpm的速度持续搅拌，直至玻璃试剂瓶内的pva颗粒完全溶解；当pva颗粒完全溶解后，在室温下以同样的转速搅拌1～2h，制得外相溶液；

23、将内核材质与所述中间相溶液和外相溶液同时注入微流控装置中；其中，所述内核材质的注入流量为127-800μl/h，所述中间相溶液的注入流量为230-1300μl/h，所述外相溶液的注入流量为2200-3000μl/h；

24、使用紫外线对复合相液滴进行少量的固化收集得到湿润的相变微胶囊；

25、将固化收集的湿润的相变微胶囊用纯水洗涤，然后对洗涤后的湿润的相变微胶囊进行烘干，烘干至相变微胶囊的重量不再改变为止，此时获得干燥的相变微胶囊；

26、按质量份配比称取硅酸盐水泥240-300份，石英砂56-60份，水100-120份，硫铝酸盐水泥10-20份，增稠剂1-3份，相变微胶囊20-30份，并充分搅拌，混合均匀后得到所述相变储能水泥砂浆。

27、优选的，在相变储能水泥砂浆的制备方法中，所述相变微胶囊的内核材质的相变温度区间为10℃-30℃。

28、优选的，在相变储能水泥砂浆的制备方法中，所述相变微胶囊的内核材质为液-固相变材料。

29、优选的，在相变储能水泥砂浆的制备方法中，所述相变微胶囊的粒径大小为140-180μm。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1、本发明在水泥砂浆中加入相变微胶囊，由于较小的相变微胶囊粒子可以填补聚集体之间的空隙，颗粒间的联锁阻力和摩擦阻力随着骨料间空隙率的减小而增大，从而使材料具有良好的可打印性和可建造性。

32、2、本发明在水泥砂浆中加入有硫铝酸盐水泥，由于硫铝酸盐水泥的初凝和终凝时间明显小于硅酸盐水泥，在硅酸盐水泥中适当的加入硫铝酸盐水泥可以适当缩短水泥凝结时间，提高相变储能水泥的凝结固化速度，形成早期强度，从而提高相变储能水泥砂浆的可建造性。

33、3、本发明在水泥砂浆中加入有合理占比的相变微胶囊，所制备的相变储能水泥砂浆具有良好的储热性能，相变材料的潜热能够完全释放和储存，能够有效减少室内温度波动，具有良好的热稳定性。

34、4、本发明采用微流控技术制备的相变微胶囊不易泄露，对建筑和人体无害；采用微流控技术可以成功封装相变材料且生成的微胶囊成球形，内核居于壳体中间，可以有效防止内核的泄露和挥发，内核和外壳不易发生化学反应，使用周期长，从而能够保证相变储能水泥砂浆的使用周期。

35、综上所述，所制备的类岩石相变储能水泥砂浆不仅具有良好的温控性能且具有良好的可打印性和可建造性，打印过程中不易出现流淌、坍塌和喷头堵塞等现象，具有良好的应用价值。本发明的相变储能水泥砂浆的制备方法，能够制备上述功能的相变储能水泥砂浆。