一种节能建筑用相变材料的制备方法与用途与流程

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种节能建筑用相变材料的制备方法与用途。

背景技术：

随着国内城镇化速度的加快和房地产市场的异常火热，建筑材料的使用量也达到了新的高峰。而由此产生的建筑采暖和制冷大幅度增加，长此以往将导致严重的能源和环境危机，因此，建筑节能技术得到了广泛的关注和重视。相变材料是近年来国内外在能源利用和材料科学方面开发研究十分活跃的领域。相变材料根据化学成分分为无机类和有机类。无机材料具有溶解热大、导热系数高，相变体积小，价格便宜等，其缺点是：过冷度大、易产生相分离和老化变质等不利影响；有机类材料固体成型好、不宜发生相分离及过冷现象、腐蚀性小、性能稳定，但导热系数小、密度小、易挥发、易燃和相变时体积变化大等。

cn105000840b公开了一种相变潜热环保节能型建筑材料及其制备方法，以水泥石、硅藻土为主要原料，在温度为45-50℃下、压力为40mpa-60mpa压力下压制而成，制备出的建筑材料导热系数为0.35-0.7w/m.k，相变温度为15-30℃，相变潜热值为40-90j/g。天津大学（沈阳建筑大学学报，2006（22）1:129-132，脂酸类相变材料在节能建筑中的可行性研究）公开了一种葵酸和月硅酸的低熔混合物制备的相变材料；同济大学（新型建筑材料，2010（21-24），脂肪酸/膨胀珍珠岩/石蜡复合相变材料的制备及其在建筑节能中的应用）采用真空吸附法以膨胀珍珠岩为载体吸附脂肪酸相变材料，然后用石蜡包裹制备了脂肪酸/膨胀珍珠岩/石蜡复合相变材料，并将其掺入砂浆中制备了相变砂浆。

目前市场上能够应用的相变节能材料还不是很多，所以开发新型的相变材料用于制备节能建筑材料具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种热稳定性好的节能建筑用相变材料的制备方法，包括以下步骤：

1）十四烷酸、羊蜡酸、2-羟基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯和非离子表面活性剂加入到纯化水中，然后在60℃下采用高剪切分散乳化机进行剪切3h得乳液；

2）向步骤1）所得乳液中加入过氧化二苯甲酰，然后升温至80℃，滴加浓度为0.2mol/l的氯化亚铁的水溶液得待聚合溶液；

3）向待聚合溶液中加入α,ω-二甲基丙烯酸酯基聚乙二醇，然后一次性加入壳聚糖高速搅拌20min，最后滴加12%wt多聚甲醛的水溶液，滴加结束后80℃反应4h；

4）反应结束后滴加醋酸调节ph为4.5-5.0，析出大量沉淀，过滤，室温下干燥得节能建筑用相变材料。

优选的，本发明所述的非离子表面活性剂为α-[三(苯基甲基)苯基]-ω-羟基聚(氧基-1,2-亚乙基)或聚乙二醇辛基苯基醚，优选为α-[三(苯基甲基)苯基]-ω-羟基聚(氧基-1,2-亚乙基)。

优选的，按重量比计算，十四烷酸：羊蜡酸：2-羟基乙基丙烯酸酯：甲基丙烯酸甲酯：非离子表面活性剂=3:2:20:33:1；所述α,ω-二甲基丙烯酸酯基聚乙二醇用量为十四烷酸重量的21倍；所述壳聚糖用量为十四烷酸重量的3倍；所述12%wt多聚甲醛的水溶液用量为十四烷酸重量的4倍；

优选的，本发明所述过氧苯甲酰的用量为十四烷酸重量的1%-3%，氯化亚铁用量为十四烷酸重量的0.6%-0.9%；

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种节能建筑用相变材料的用途，即用于制备节能建筑用相变砂浆，具体的制备方法包括以下步骤：按重量份数计将100份水泥、20份相变材料、40重量份膨胀珍珠岩、6-8份聚羧酸系减水剂、300-320份水、12-15份乳胶粉、脂肪族引气剂3-5份、纤维素11重量份、重钙粉与轻钙粉的混合物22重量份搅拌混匀即可。

优选的，所述纤维素为聚丙烯纤维、聚酰胺纤维或木质纤维；

优选的，所述乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯、丙烯酸酯-苯乙烯共聚物或苯乙烯-丁二烯共聚物；

优选的，所述重钙粉与轻钙粉的混合物中重钙粉与轻钙粉的重量比为3:1；

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）本发明制备出了一种微胶囊结构的相变材料，通过sem表征微胶囊尺寸达到了1微米以下，远比现有技术制备的尺寸要小一个数量级以上；

2）本发明在制备相变材料过程中采用壳聚糖进行改性，提高了相变材料的热稳定性；

3）本发明在相变砂浆的制备过程中优化了重钙粉与轻钙粉的重量比例，提高了砂浆的抗压强度。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的相变材料的sem表征图；

图2为本发明实施例1制备的相变材料热循环前后的傅里叶变换红外光谱图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

实施例1

一、制备节能建筑用相变材料

包括以下步骤：

1）300g十四烷酸、200g羊蜡酸、2kg2-羟基乙基丙烯酸酯、3.3kg甲基丙烯酸甲酯和100gα-[三(苯基甲基)苯基]-ω-羟基聚(氧基-1,2-亚乙基)加入到50l纯化水中，然后在60℃下采用100l的高剪切分散乳化机进行剪切3h得乳液；

2）向步骤1）所得乳液中加入6g过氧化二苯甲酰，然后升温至80℃，滴加浓度为0.2mol/l的氯化亚铁的水溶液（含氯化亚铁为2.1g）得待聚合溶液；

3）向待聚合溶液中分批加入6.3kgα,ω-二甲基丙烯酸酯基聚乙二醇，然后一次性加入0.9kg壳聚糖高速搅拌20min，最后滴加1.2kg12%wt多聚甲醛的水溶液，滴加结束后80℃反应4h；

4）反应结束后滴加醋酸调节ph为4.5-5.0，析出大量沉淀，过滤，室温下干燥得节能建筑用相变材料。

sem表征：干燥后将制备的相变材料采用扫描电镜（sem）进行表征，结果如图1所示，从扫描电镜的结果来看本发明制备了一种微胶囊结构的相变材料，本发明制备的相变材料粒径小于1微米，在0.3微米左右，远远小于其他现有技术制备的微胶囊结构的相变材料；

热稳定性评估：

（1）dsc循环表征：采用差示扫描量热法（dsc）对实施例1制备的相变材料的加热和冷却循环1000次，dsc热分析循环结果如表1所示：

表1热循环测试结果

注：初熔对应dsc曲线上的oneset温度，终熔对应end温度，峰值对应peak温度。

表1的试验结果表明，本发明制备的微胶囊结构的相变材料相变温度在15.9-26.3℃之间，相变潜热值在100.6-102.4j/g；差示扫描量热法表明本发明制备的微胶囊结构的相变材料热稳定性能良好，在冷热循环1000次后仍保留最初的热力学性质；

（2）红外光谱表征：将dsc循环1000次的后的相变材料与循环前的相变材料采用傅里叶变换红外光谱进行表征（ftir），溴化钾进行压片，表征结果如图2所示（图2中含有两个红外光谱图，上边的为热处理前的相变材料对应的红外光谱，下边的为热处理循环1000次的红外光谱），从图2中红外光谱可以看出，循环热处理1000次前后没有发生变化保留原来的化学结构，表明本发明制备的相变材料具有很好的化学稳定性。

实施例2

制备节能建筑用相变砂浆，具体的制备方法包括以下步骤：按重量份数计将100份水泥、20份相变材料（实施例1制备所得）、40重量份膨胀珍珠岩、8份聚羧酸系减水剂、300份水、15份乳胶粉乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、脂肪族引气剂5份、聚丙烯纤维11重量份、重钙粉与轻钙粉的混合物22重量份（重钙粉11份，轻钙粉11份）搅拌混匀即可。

将制备的相变砂浆按照gb/t20473—2006中的检测方法进行物理力学性能检测，结果如表2所示：

表2相变砂浆的物理力学性能检测结果

以上结果表明，本发明制备的相变砂浆除在抗压强度其它性能均为良好。

为提高相变砂浆的抗压强度，本发明仅通过调节重钙粉与轻钙粉的比例（二者的总重量在配方中的比例不变，将重钙粉与轻钙粉的重量比调节为3:1），按照gb/t20473—2006中的检测方法进行检测抗压强度由原来的1.6mpa提高到了6.6mpa。

对比例1壳聚糖对相变材料热稳定性的影响

制备相变材料的原料和方法同实施例1（十四烷酸投料量为3g，其余原料做等比例缩小），区别仅在于制备过程中不添加壳聚糖，对制备出的相变材料做dsc循环测试，结果如表3所示：

表3不添加壳聚糖制备的相变材料热稳定性测试

以上结果表明，不添加壳聚糖制备的相变材料其热稳定性能差，在dsc冷热循环600次后与0次相比，相变温度发生了很大变化（相变温度呈现增大的趋势）。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。