专利名称：一种复合相变蓄热材料及其制备方法
一种复合相变蓄热材料及其制备方法所属领域
本发明涉及一种用于建筑墙体节能的复合相变蓄热材料，特别涉及十水硫酸、工业固体石蜡和膨胀珍珠岩的复合相变蓄热材料及制备方法。
背景技术：
随着工业发展，全球能耗不断增大，建筑能耗已经成为全社会总能耗的重要组成部分。例如，在一些发达国家建筑能耗要占其社会总能耗的30%-40%。我国的建筑能耗约占全国总用能的1/4，居耗能首位。开发建筑储能材料实现建筑物的节能已经成为国内外研究的重点。相变材料大致可以分为有机相变材料和无机相变材料。关于无机相变材料的研究，大部分主要集中在无机水和盐类，这类无机相变材料通常具有较为合适的相变温度和巨大的相变焓。但无机类相变材料因其自身相变过程中的过冷和相分离以及难以微封装的缺陷大大限制了其在建筑墙体中的应用。十水硫酸钠作为无机水和盐类的一种，相变温度为32.4°C,相变潜热254kJ/kg,且导热性能良好、化学稳定性好、无毒、价格低廉,但其过冷度也往往达十几摄氏度，并且在相变时易发生相分离。对于过冷和相分离的问题，通常采用添加成核剂和增稠剂的方式来解决；无机相变材料封装则通常采用大容器密封的方式来进行，微封装技术相比来说还不成熟。中国专利申请CN201010152509.X公开了有机物/介孔材料基复合相变蓄热材料及其制备方法；CN200810033606.X给出了一种相变蓄热材料及其制备方法，蓄热基材为十二水磷酸氢钠，并最终采用大容器封装；CN03116286.X给出了建筑用相变储能复合材料及其制备方法，其中多孔吸附载体包括膨胀珍珠岩、膨胀粘土、膨胀粉煤灰等；储能基材为石蜡、硬脂酸丁酯有机相变材料。以上方案仍未公开十水硫酸钠与膨胀珍珠岩结合的蓄热相变材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合相变蓄热材料及其制备方法。本发明目的通过以下技术方案来实现:种复合相变蓄热材料，由下述重量份数的材料组成:饱和十水硫酸钠溶液39.4 40.3、成核剂0.8 1.2、增稠剂1.2 2、固体石蜡23.6 24.0、导热填料1.2 2.4、膨胀珍珠岩17.8 18.6、蒸馏水13.6 13.9。所述的复合相变蓄热材料制备方法，将其中添加了成核剂与增稠剂40摄氏度的饱和十水硫酸钠溶液，采用真空吸附法吸附于膨胀珍珠岩中，吸附毕再采用工业固体石蜡对其进行密封处理，密封过程中，添加导热填料。将其中添加了成核剂与增稠剂40摄氏度的饱和十水硫酸钠溶液，采用真空吸附法吸附于膨胀珍珠岩中，吸附毕再采用工业固体石蜡对其进行密封处理，密封过程中，添加导热填料。作为吸附载体的膨胀珍珠岩需经过450°C以上高温煅烧处理0.5h以上；蓄热材料外围密封层为相变温度高于40°C的工业固体石蜡。采用真空吸附法，将十水硫酸钠饱和水溶液吸附于膨胀珍珠岩内部的具体过程为:首先，用压泵法计算得到膨胀珍珠岩内部连通微孔的总体积，并测量得到饱和十水硫酸钠溶液的密度，从而计算出单位质量膨胀珍珠岩对饱和十水硫酸钠的最大吸附量；其次，在40-50°C、真空压为150-200kpa环境下，将膨胀珍珠岩和满足其最大吸附量的十水硫酸钠溶液共混搅拌吸附，吸附时长为l_2h，吸附毕逐渐冷却至室温，将工业固体石蜡熔融成液态，在熔融液中添加一定量的导热填料并搅拌混合均匀，采取常规方法使其在蓄热材料表面形成均匀密封层。上述所添加成核剂为硼砂或者纳米氧化铝；增稠剂为羧甲基纤维素钠或者聚丙烯酰胺；导热填料为可膨胀石墨粉、碳化硅粉或者两者的混合。本发明的优越之处在于提出了一套关于无机水和盐十水硫酸钠的微封装方法，并且提出某些添加剂的配方以便能够在一定程度上改善十水硫酸钠的过冷和相分离问题。改性并微封装后，复合相变蓄热材料具有较小的过冷度，固液相变时溶液均匀、不分层，性能稳定，重复性好，使用寿命延长，能够更好的应用于实际的建筑节能工程中。
附图为本发明制备方法的工艺路线图。
具体实施例本发明所述的复合相变蓄热材料其特征在于主要组成材料以膨胀珍珠岩为吸附载体，十水硫酸钠作为储热基体，工业固体石蜡为覆膜密封材料。其中膨胀珍珠岩须经高温煅烧处理；为便于将十水硫酸钠吸附于载体，将其配制成40°C时的饱和水溶液。最后，为减小水合盐结晶水在相变过程中的损失，延长蓄热材料使用寿命，采用工业固体石蜡对材料外围进行覆膜密封处理，同时在覆膜过程中添加一定量的导热填料，以提高材料整体的导热系数，增强其热响应能力。复合相变蓄热材料质量组成为:17.8-18.6份膨胀珍珠岩、39.4-40.3份十水硫酸钠、13.6-13.9份蒸馏水、0.8-1.2份成核剂、1.2-2.0份增稠剂、23.6-24.0份工业固体石蜡以及1.2-2.4份导热填料其中蓄热基体材料占质量比例为39.4%-40.3%。本发明提出的制备方法，其特征包括以下主要步骤:
(1)将一定量膨胀珍珠岩置于450°C以上马弗炉中煅烧去除表面的有机物质和少量的水分，备用。(2)向质量为39.4-40.3份十水硫酸钠中添加质量为13.6-13.9份蒸馏水配制成40摄氏温度下的饱和水溶液，将质量为0.8-1.2份的成核剂，质量为1.2-2.0份增稠剂(成核剂和增稠剂使用前用研钵研磨)，在40-50度环境下混合均匀形成共混液。(3)取质量为17.8-18.6份的经过第一步处理的膨胀珍珠岩加入到第二步制备的共混液，密封真空40-50°C条件下搅拌吸附0.5-lh，逐渐冷却至室温。(4)将质量为23.6-24.0份固体石蜡和1.2-2.4份导热填料在高于石蜡熔点温度以上混合均匀熔融，用于蓄热材料外围覆膜密封，采用常规方法使熔融液在第三步制备的蓄热材料表面形成固态密封层，即可得到一种复合相变蓄热材料。下面结合具体的实施例对本发明做进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，未特别注明的工艺参数，可按常规操作来进行。实施例1
在40°C条件下将质量为40.3份十水硫酸钠和13.9份的蒸馏水置于烧杯中共混熔融。将质量为0.8份的硼砂及1.2份的羧甲基纤维素钠置于研钵内磨细，加入到共混熔融液中混合均匀。取质量为18.6份经450°C以上高温煅烧处理的膨胀珍珠岩加入到上步配置的混合液内，在密封40°C真空度150kpa条件下搅拌吸附共混lh，吸附毕，逐渐冷却至室温。将质量为24份固体石蜡和1.2份可膨胀石墨在高于石蜡熔点温度以上混合均匀熔融，采用常规方法使得熔融液在上步制备的蓄热材料表面形成固态密封层，即可得到一种复合相变蓄热材料。取上述复合相变材料的样品，进行差式扫描量热法实验，使用NETZSCH DSC 204差热分析仪测试得到相变焓为101.9kJ/kg，相变温度为32.3°C。采取平板法测试蓄热材料的导热系数为0.87ff/m.K。
实施例2
在40°C下取质量为39.8份十水硫酸钠和13.7份蒸馏水置于烧杯中共混熔融。将质量为1.1份的纳米氧化铝及1.6份的羧甲基纤维素钠置于研钵内磨细，加入到共混熔融液中混合均匀。取质量为18.1份经450°C以上高温煅烧处理的膨胀珍珠岩加入到上步配置的混合液内，在密封45°C真空度175kpa条件下搅拌吸附共混1.5h，吸附毕，逐渐冷却至室温。将质量为23.9份固体石蜡和1.8份碳化硅在高于石蜡熔点温度以上混合均匀熔融，采用常规方法使得熔融液在上步制备的蓄热材料表面形成固态密封层，即可得到一种复合相变蓄热材料。取上述复合相·变材料的样品，进行差式扫描量热法实验，使用NETZSCHDSC 204差热分析仪测试得到相变焓为98.8kJ/kg，相变温度为32.8°C。平板法测试蓄热材料导热系数为1.04ff/m.K。实施例3
在40°C下取质量为39.4份十水硫酸钠和13.6份蒸馏水置于烧杯内共混熔融。将质量为1.2份的硼砂及2.0份的聚丙烯酰胺置于研钵内磨细，加入到共混熔融液中混合均匀。取质量为17.8份经450°C以上高温煅烧处理的膨胀珍珠岩加入到上步配置的混合液内，在密封50°C真空度IOOkpa条件下搅拌吸附共混1.0h,吸附毕，逐渐冷却至室温。将质量为23.6份固体石蜡、1.6份可膨胀石墨以及0.8份碳化硅粉在高于石蜡熔点温度以上混合均匀熔融，采用常规方法使得熔融液在上步制备的蓄热材料表面形成固态密封层，即可得到一种复合相变蓄热材料。取上述复合相变材料的样品，进行差式扫描量热法实验，使用NETZSCH DSC 204差热分析仪测试得到相变焓为96.lkj/kg，相变温度为32.9°C。平板法测试蓄热材料导热系数为1.36ff/m.K。上述实施例为本发明较好的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、替代、组合、简化等应为等效的置换方式，全部包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种复合相变蓄热材料，其特征在于由下述重量份数的材料组成: 饱和十水硫酸钠溶液39.4 40.3、成核剂0.8 1.2、增稠剂1.2 2、固体石蜡23.6 24.0、导热填料L 2 2.4、膨胀珍珠岩17.8 18.6、蒸馏水13.6 13.9。
2.根据权利要求1所术的复合相变蓄热材料，其特征在于所添加成核剂为硼砂或者纳米氧化铝；增稠剂为羧甲基纤维素钠或者聚丙烯酰胺；导热填料为可膨胀石墨粉、碳化硅粉或者两者的混合。
3.根据权利要求1或2所述的复合相变蓄热材料制备方法，其特征在于将其中添加了成核剂与增稠剂40摄氏度的饱和十水硫酸钠溶液，采用真空吸附法吸附于膨胀珍珠岩中，吸附毕再采用工业固体石蜡对其进行密封处理，密封过程中，添加导热填料。
4.根据权利要求1或2所述的复合相变蓄热材料制备方法，其特征在于作为吸附载体的膨胀珍珠岩需经过450°C以上高温煅烧处理0.5h以上；蓄热材料外围密封层为相变温度高于40°C的工业固体石蜡。
5.根据权利要求1或2所述的复合相变蓄热材料制备方法，其特征在于采用真空吸附法，将十水硫酸钠饱和水溶液吸附于膨胀珍珠岩内部的具体过程为:首先，用压泵法计算得到膨胀珍珠岩内部连通微孔的总体积，并测量得到饱和十水硫酸钠溶液的密度，从而计算出单位质量膨胀珍珠岩对饱和十水硫酸钠的最大吸附量；其次，在40-50°C、真空压为150-200kpa环境下，将膨胀珍珠岩和满足其最大吸附量的十水硫酸钠溶液共混搅拌吸附，吸附时长为l_2h，吸附毕逐渐冷却至室温，将工业固体石蜡熔融成液态，在熔融液中添加一定量的导热填料并搅拌混合均匀，采取常规方法使其在蓄热材料表面形成均匀密封层。
全文摘要
本发明涉及公开了一种复合相变蓄热材料及制备方法，其特征在于由下述重量份数的材料组成饱和十水硫酸钠溶液39.4～40.3、成核剂0.8～1.2、增稠剂1.2～2、固体石蜡23.6～24.0、导热填料1.2～2.4、膨胀珍珠岩17.8～18.6、蒸馏水13.6～13.9。将其中添加了成核剂与增稠剂40摄氏度的饱和十水硫酸钠溶液，采用真空吸附法吸附于膨胀珍珠岩中，吸附毕再采用工业固体石蜡对其进行密封处理，密封过程中，添加导热填料。本发明的优越之处在于改性并微封装后，复合相变蓄热材料具有较小的过冷度，固液相变时溶液均匀、不分层，性能稳定，重复性好，使用寿命延长，能够更好的应用于实际的建筑节能工程中。
文档编号C09K5/06GK103194179SQ201310111388
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者管学茂, 朱建平, 张建武, 宋纤纤, 张海波 申请人:河南理工大学