一種相變儲能型保溫復合板的制備方法
【專利摘要】本發明公開一種相變儲能型保溫復合板的制備方法，包括以下內容：將有機相變材料溶解在有機溶劑中，有機相變材料與有機溶劑的質量比為1:1～1:10；緩慢加入載體γ-氧化鋁和偶聯劑，γ-氧化鋁與有機相變材料質量比為1:1～1:6，高速攪拌2～5h，使載體充分吸附有機相變材料，過濾洗滌干燥后制得相變儲能集料；將相變儲能集料、基體材料和水混合后，放入模具中壓制即可制得相變儲能型面層，相變儲能型面層粘合于保溫板表面即可制得相變儲能型保溫復合板。本發明相變儲能型保溫復合板具有相變儲能與調溫、抗壓性強、防潮耐腐、環保無毒等優點。
【專利說明】一種相變儲能型保溫復合板的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種保溫復合板的制備方法，特別是涉及一種具有相變儲能性能的保溫復合板的制備方法。
【背景技術】
[0002]我國單位建筑面積的耗能量高達氣候條件相近發達國家的3倍，且95%的建筑物屬于高能耗建筑，建筑能耗占全社會總能耗的30%左右。而我國是能源相對缺乏的國家,人均能源占有量僅為世界水平的40%，但能耗消費總量卻占世界第二。因此，建筑節能對我國是一個極為重要和迫切的課題。
[0003]目前國內的保溫復合板，一般均是由外板和保溫材料構成，所述的保溫材料都是被包在外板里面，外板為水泥板、石膏、彩鋼板或玻纖鐵板等。雖具有一定的保溫性能，但不具備優良的隔熱性能，不能達到高效的蓄熱保溫之目的，節能效果不甚理想。因此，需進一步開發具有較高蓄熱能力的建筑保溫復合板，而相變材料發生相變時所需要吸收和釋放的大量相變潛熱正好滿足了該需求。
[0004]相變儲能屬于潛熱儲能的一種，與顯熱儲能相比具有儲能密度高、儲能(或釋能)過程近似等溫、過程易控等特點，可以緩解建筑物能量供給與需求失衡及其在空間、時間上不匹配的矛盾，平衡建筑物的供暖與空調負荷，大大提高居住環境的舒適度。如果能夠將相變儲能材料和普通建筑材料混合后制成面板，然后和保溫材料復合使用，將極大程度上提高保溫復合板的蓄熱保溫能力，目前這種結合使用的方式研究較少。
[0005]CN03116286.X公開了一種建筑用相變儲能復合材料及其制備方法，其特征在于，采用真空浸滲法，使膨脹粘土等多孔材料集料吸附和儲存有機相變材料，用聚合物水泥或者聚合物乳液等材料做多孔材料集料密封層后，和石膏、水泥等基體材料混合制成相變儲能復合材料。此發明的材料來源廣泛，成本低廉，儲能耐久性好，但所使用的多孔材料集料孔體積較小，吸附量低，加上沒有保溫板的隔離作用，調溫效果不明顯。另外，該方法用多孔材料集料吸附有機相變材料時需使用真空干燥設備，后續工藝中還須制作密封層，因此該方法工藝復雜、生產成本高，不利于大規模生產。
[0006]CN200710202624.1公開了一種相變蓄能三合一外墻保溫系統及其施工方法，這種保溫層共三層，由內向外順序為保溫砂漿層、保溫板、相變蓄能保溫砂漿層。相變蓄能保溫砂漿中的細骨料是以無機多孔顆粒為載體、空隙內吸附儲存了有機相變物質、外表面包覆了聚合物基復合材料膜層的相變蓄熱多孔介質。但該發明所使用的多孔顆粒也是常規的空心玻化微珠、膨脹珍珠巖或活性炭顆粒，這種多孔顆粒能吸附相變材料的有效含量低，熱量儲存、釋放能力較低，自調溫效果不明顯。
【發明內容】
[0007]針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種相變儲能型保溫復合板的制備方法。本發明方法制備的相變儲能型保溫復合板具有相變儲能與調溫、抗壓性強、防潮耐腐、環保無毒等優點。
[0008]本發明的相變儲能型保溫復合板的制備方法，包括以下內容:將有機相變材料溶解在有機溶劑中，有機相變材料與有機溶劑的質量比為1:1?1:10 ;緩慢加入載體Y-氧化鋁和偶聯劑，Y -氧化鋁與有機相變材料質量比為1:1?1:6，高速攪拌2?5h，使載體充分吸附有機相變材料，過濾洗滌干燥后制得相變儲能集料；將相變儲能集料、基體材料和水混合后，放入模具中壓制即可制得相變儲能型面層，相變儲能型面層粘合于保溫板表面即可制得相變儲能型保溫復合板。
[0009]本發明中，有機相變材料通常為石蠟、C14?C22的正構烷烴、C9?C18的高級脂肪酸及其酯類中的一種或多種，優選為18#石蠟、20#石蠟、25#石蠟、30#石蠟、45#石蠟、58#石蠟或硬脂酸正丁酯等中的一種或多種。有機相變材料的相變溫度為18?60°C。有機溶劑為乙醇、乙二醇、異丙醇中的任何一種。將有機相變材料溶解在有機溶劑中，加熱到30?80°C，恒溫攪拌10?60min。
[0010]本發明中，Y-氧化鋁優選為納米級Y-氧化鋁。Y-氧化鋁同石膏和水泥一樣，具有多孔結構，但其比表面積更大，孔道結構也明顯區別于傳統多孔材料，能高效吸附有機相變儲能材料。Y -氧化鋁與有機相變材料質量比為1:4?1: 6。
[0011]本發明中，偶聯劑為Y-氨丙基二乙氧基娃燒或Y _疏基丙基二甲氧基娃燒，偶聯劑與有機相變材料的質量比為1:3?1:10。
[0012]本發明中，基體材料為氣硬性或水硬性的膠凝材料基體，可以采用常規建筑材料如石灰、水泥、熟石膏等，并粉碎過篩制成粒度為270?325目的粉末。基體材料與相變儲能集料的質量比為1:1?4:1。
[0013]本發明中，相變儲能型面層中最好加入添加劑，添加劑可以為增強纖維、緩凝劑、可分散乳膠粉或纖維素醚中的一種或幾種。加入的添加劑與基體材料的質量比為1:20?1:200，加入的水與基體材料的質量比為1:2?1:20。
[0014]本發明中，保溫板為聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯板、酚醛泡沫板等有機泡沫板，優選加了阻燃材料的泡沫板。
[0015]本發明中，粘結采用聚氨酯、組合聚醚、異氰酸酯、酚醛樹脂、環氧樹脂粘合劑等中的任一種。
[0016]本發明中，相變儲能型面層厚度為2mm?30mm,保溫板厚度為20mm?120mm。相變儲能型面層通過粘合劑粘合于保溫板表面，可以是單面復合，也可以是雙面復合。
[0017]與現有技術相比，本發明的優點如下:
(I)本發明采用Y-氧化鋁吸附有機相變材料，與傳統的無機多孔材料相比，Y-氧化鋁比表面積和表面張力極大，可使內部產生較大的壓力，因此Y-氧化鋁有良好的化學穩定性和較強的吸附能力，能高效吸附有機相變材料，且吸附的有機相變材料不易滲漏。
[0018](2) Y-氧化鋁極大的比表面積和表面張力，使得Y-氧化鋁吸附有機相變材料過程無需使用傳統的真空浸潰法，用吸附法即可達到高效吸附的目的。吸附法工藝簡單，無需使用真空干燥設備，生產成本低，有利于大規模生產。Y-氧化鋁與各種基體材料有良好的親和能力，用在相變儲能型面層中，不僅能降低其重量、且能明顯提高其力學性能。
[0019](3)將有機相變材料加入相變儲能型面層而非保溫板中，不會降低或損害保溫板的力學性能(如抗壓性、彈性變量)和保溫性能。同時，相變儲能型面層中由于加入了有機相變材料，其吸水率遠低于一般的無機面層，能有效防止空氣中的水、酸堿等雜質滲入保溫層中，造成保溫層因吸水過多而造成開裂腐蝕。
[0020](4)相變儲能型面層蓄熱能力強，使得保溫板周圍溫度波動遠小于周圍環境，防止溫度驟變產生裂紋開縫等，延長了保溫板的壽命；同時，保溫板較強的保溫能力和較低的導熱系數，也使得相變材料的吸熱放熱時間延長，有利于保持相變儲能型面層運行工況的穩定，進一步提聞了其畜熱保溫能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是環境溫度、復合板A和復合板B的隨時間的溫度變化對比圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例對本發明做進一步說明。本發明中，所述的份數為質量份。
[0023]實施例1
選用熔點為25°C，相變潛熱為147kJ/kg的石蠟為有機相變材料。先將58份石蠟溶解在280份乙醇溶液中，將有機溶液加熱到40°C，恒溫攪拌30min后，緩慢加入13份納米Y -氧化鋁和10份偶聯劑Y -氨丙基三乙氧基硅烷，高速攪拌3h，過濾洗滌干燥后即可制得相變儲能集料。再將100份的水泥、80份相變儲能集料、18份水和2份增強纖維共混，攪拌均勻后放入模具中壓制即可制得相變儲能型面層。DSC測得該相變儲能型面層潛熱值是52kJ/kg。
[0024]采用加入阻燃劑的聚氨酯泡沫板為保溫板，采用聚氨酯粘合劑將相變儲能型面層黏合在聚氨酯板的兩面，正反兩面面層厚度相等，相變儲能型面層厚度為10mm，聚氨酯板的厚度為85mm。此復合板記為A。
[0025]比較例I
選用熔點為25°C，相變潛熱為147kJ/kg的石蠟為有機相變材料。采用孔隙率為82.3%膨脹珍珠巖作為吸附有機相變材料的多孔介質，膨脹珍珠巖破碎后過300目篩。采用真空浸潰法吸附石蠟，真空浸潰過程為:在真空壓為SOkPa的條件下，抽除膨脹珍珠巖中的空氣30min后，在真空環境下用石蠟浸泡膨脹珍珠巖30min，浸泡溫度70°C，然后去掉真空，繼續浸泡30min。取出膨脹珍珠巖后即可制得相變儲能集料。測定膨脹珍珠巖中能吸附60wt%的石蠟。再將100份水泥、80份相變儲能集料、18份水和2份增強纖維共混，攪拌均勻后放入模具中壓制即可制得相變儲能型面層。DSC測得該相變儲能型面層潛熱值是20kJ/kg。
[0026]采用加入阻燃劑的聚氨酯泡沫板為保溫板，采用聚氨酯粘合劑將相變儲能型面層黏合在聚氨酯板的兩面，正反兩面面層厚度相等，相變儲能型面層厚度為10mm，聚氨酯板的厚度為85mm。此復合板記為B。
[0027]在兩個等體積的模擬房屋四面外墻上，分別安裝復合板A和復合板B，在中國北方地區的夏季，正午溫度可以超過30°C的情況下，從上午9時到午后17時進行蓄熱調溫對比試驗，其溫度變化如圖1所示。實驗結果表明復合板A和復合板B都有一定的蓄熱調溫功能，其溫度波動小于周圍環境溫度波動。而復合板A由于蓄熱調溫能力較強，其溫度波動遠小于復合板B，從而有效降低了建筑物能耗，為改善人居環境提供了一定條件。
[0028]將復合板A和B如上述測試方法進行了 300天循環測試后，所得溫度曲線變化規律與圖1相似，說明相變儲能型保溫復合板工作穩定，經過長時間的相變循環后仍能保持良好的工作穩定性能。經過400天的測試發現，含有有機相變材料的復合板A表面完好如初，沒有發現任何表面破損和面板泄露現象，且面板潛熱值變化很小，復合板A保溫性能良好，而復合板B表面有少量的石蠟滲出，保溫性能下降。
[0029]實施例2
選用熔點為30°C，相變潛熱為155kJ/kg的石蠟為有機相變材料。先將20份石蠟溶解在100份乙醇溶液中，加熱到50°C，恒溫攪拌30min后，緩慢加入5份Y -氧化鋁和6份偶聯劑Y-巰基丙基三甲氧基硅烷，高速攪拌3h，過濾洗滌干燥后即可制得相變儲能集料。再將100份的熟石膏、30份相變儲能集料、35份水、I份增強纖維和0.5份緩凝劑共混，攪拌均勻后放入模具中壓制即可制得相變儲能型面層。DSC測得該相變儲能型面層潛熱值是29kJ/kg。
[0030]采用加入阻燃劑的酚醛泡沫板為保溫板，采用酚醛樹脂粘合劑將相變儲能型面層粘合在保溫板的一面，相變儲能型面層厚度為20mm,聚氨酯板的厚度為80mm,即可制得相變儲能型酚醛復合板。經測試，此復合板調溫效率較高，在反復加熱冷卻700個循環的情況下，沒有出現石蠟滲漏和酚醛泡沫板破損腐蝕的現象，使用性能穩定。
[0031]實施例3
選用熔點為49°C，相變潛熱為165kJ/kg的石蠟為有機相變材料。先將40份石蠟溶解在100份乙醇中，加熱到50°C，恒溫攪拌30min后，緩慢加入7份納米、-氧化鋁和6份偶聯劑Y-氨丙基三乙氧基硅烷，高速攪拌3h，過濾洗滌干燥后即可制得相變儲能集料。再將100份的熟石膏、50份相變儲能集料、40份水、I份增強纖維和0.5份緩凝劑共混，攪拌均勻后放入模具中壓制即可制得相變儲能型面層。DSC測得該相變儲能型面層潛熱值是44kJ/kg。
[0032]采用加入阻燃劑的聚氨酯泡沫板為保溫板，采用聚氨酯樹脂黏合劑將相變儲能型面層黏合在保溫板的兩面，相變儲能型面層厚度為IOmm,聚氨酯板的厚度為80mm,即可制得相變儲能型聚氨酯復合板。經測試，此復合板調溫效率較高，在反復加熱冷卻700個循環的情況下，沒有出現石蠟滲漏和聚氨酯泡沫板破損腐蝕的現象，使用性能穩定。
[0033]實施例4
選用熔點為28°C，相變潛熱為127kJ/kg的脂肪酸為有機相變材料。先將55份脂肪酸溶解在300份乙醇溶液中，加熱到60°C，恒溫攪拌30min后，緩慢加入11份納米Y -氧化鋁和6份偶聯劑Y -氨丙基三乙氧基硅烷，高速攪拌4h，過濾洗滌干燥后即可制得相變儲能集料。再將100份的水泥、70份相變儲能集料、30份水和3份增強纖維共混，攪拌均勻后放入模具中壓制即可制得相變儲能型面層。DSC測得該相變儲能型面層潛熱值是42kJ/kg。
[0034]采用加入阻燃劑的聚苯泡沫板為保溫板，采用酚醛樹脂粘合劑將相變儲能型面層粘合在保溫板的兩面，正反兩面面層厚度相等，相變儲能型面層厚度為10mm，聚苯板的厚度為100_，即可制得相變儲能型聚苯復合板。經測試，此復合板調溫效率較高，在反復加熱冷卻1000個循環的情況下，沒有出現石蠟滲漏和聚苯泡沫板破損腐蝕的現象，使用性能穩定。
【權利要求】
1.一種相變儲能型保溫復合板的制備方法，包括以下內容:將有機相變材料溶解在有機溶劑中，有機相變材料與有機溶劑的質量比為1:1?1:10 ;緩慢加入載體Y-氧化鋁和偶聯劑，Y -氧化鋁與有機相變材料質量比為1:1?1:6，高速攪拌2?5h，使載體充分吸附有機相變材料，過濾洗滌干燥后制得相變儲能集料；將相變儲能集料、基體材料和水混合后，放入模具中壓制即可制得相變儲能型面層，相變儲能型面層粘合于保溫板表面即可制得相變儲能型保溫復合板。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:有機相變材料為石蠟、C14?C22的正構烷烴、C9?C18的高級脂肪酸及其酯類中的一種或多種。
3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:有機相變材料為18#石蠟、20#石蠟、25#石蠟、30#石蠟、45#石蠟、58#石蠟或硬脂酸正丁酯中的一種或多種。
4.按照權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于:有機相變材料相變溫度為18?60。。。
5.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:有機溶劑為乙醇、乙二醇、異丙醇中的任何一種。
6.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:將有機相變材料溶解在有機溶劑中，加熱到30?80°C,恒溫攬拌10?60min。
7.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:Y-氧化鋁為納米級Y-氧化鋁。
8.按照權利要求1或7所述的方法，其特征在于:Y-氧化鋁與有機相變材料質量比為1:4 ?1: 6。
9.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷或Y-巰基丙基三甲氧基硅烷，偶聯劑與有機相變材料的質量比為1:3?1:10。
10.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:基體材料為氣硬性或水硬性的膠凝材料基體，基體材料與相變儲能集料的質量比為1:1?4:1。
11.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:相變儲能型面層中加入添加劑，添加劑為增強纖維、緩凝劑、可分散乳膠粉或纖維素醚中的一種或幾種，加入的添加劑與基體材料的質量比為1:20?1:200。
12.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:水與基體材料的質量比為1:2?1:20。
13.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:保溫板為聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯板或酚醛泡沫板。
14.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:粘結采用聚氨酯、組合聚醚、異氰酸酯、酚醛樹脂、環氧樹脂粘合劑中的任一種。
15.按照權利要求1所述的方法，其特征在于:相變儲能型面層厚度為2mm?30mm，保溫板厚度為20_?120mm。
【文檔編號】C04B28/00GK103770394SQ201210411321
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月25日 優先權日:2012年10月25日
【發明者】馬蕊英, 趙亮, 王海洋, 方向晨, 王剛 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院