專利名稱：有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，具體涉及有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料的制備 方法。
技術(shù)背景現(xiàn)代建筑普遍采用輕質(zhì)材料作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，但普通輕質(zhì)材料的熱容較小，導(dǎo)致室內(nèi)溫度 波動較大，這不僅造成室內(nèi)熱環(huán)境不舒適，而且使空調(diào)負(fù)荷增加，建筑能耗上升。相變物 質(zhì)(包括無機(jī)物和有機(jī)物)在熔化或凝固過程中溫度不變，而吸收或釋放的潛熱相當(dāng)大。 把相變材料與普通的建筑材料進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，便形成一種儲熱建筑材料，該材料兼具普通 建筑材料與相變材料的雙重功能。目前，可能采用的相變材料的潛熱達(dá)170J/g左右，而普通建筑材料在溫度變化rc時儲存同等熱量將需要19o倍于相變材料的質(zhì)量。因此，儲 熱建筑材料具有普通建筑材料無法比擬的熱容，可提高建筑物的熱慣性，使室內(nèi)溫度變化 幅度減小，提高舒適度，并減少采暖或空調(diào)設(shè)備的開停次數(shù)，從而提高設(shè)備的運(yùn)行效率并 節(jié)能。儲熱建筑材料除必須滿足儲熱材料本身的要求(如儲熱密度大、性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、無毒、無腐蝕性、成本低等)外，還必須滿足建筑材料在應(yīng)用中的要求，主要是相變溫度(要求在人體舒適溫度20。C左右)、與建筑材料的相容性以及不增大可燃性。盡管有的無機(jī)鹽水合物相變材料的相變溫度合適、潛熱大并且價格低廉，但因其具有過冷和相 分離的缺點、以及對建筑材料具有腐蝕性和強(qiáng)吸潮性，因而其在儲熱建筑材料的研究和應(yīng) 用中較少被采用。目前，國內(nèi)外的研究主要集中在有機(jī)物相變材料，具有在建筑材料中應(yīng)用合適相變溫度的有機(jī)物相變材料主要包括正十八烷、硬脂酸丁酯及一些有機(jī)酸混合物等。相變儲熱建筑材料的制備方法主要包括如下三種1、采用"浸泡法"直接將建筑基 材浸泡在溶解后的液態(tài)有機(jī)物相變材料中，使有機(jī)物相變材料滲入到多孔的建筑材料基體 內(nèi)。這是有機(jī)物相變材料與建筑基材最簡單的結(jié)合工藝，但這種方法制備的儲熱建筑材料, 在長時間的儲(放)熱運(yùn)行過程中有機(jī)物相變材料會從建筑材料基體中流出或滲出，導(dǎo)致 建筑材料表面會出現(xiàn)細(xì)小分散的相變材料(稱為"表面結(jié)霜"現(xiàn)象)，從而嚴(yán)重影響儲熱建筑材料的性能，同時還增大了建筑材料的可燃性。2、采用"熔融混合法"將有機(jī)物相變材料與某些高聚物進(jìn)行交聯(lián)復(fù)合，使有機(jī)物相變材料包裹在高聚物的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，制備出定 型(即相變前后均能維持固態(tài))的復(fù)合相變儲熱材料，然后再將其應(yīng)用于建筑材料中。這 種方法雖然能解決"浸泡法"制備有機(jī)物相變儲熱建筑材料所出現(xiàn)的滲漏問題，也能在一 定程度上抑制建筑材料的可燃性。但是，高分子材料本身導(dǎo)熱系數(shù)低的缺點進(jìn)一步惡化了 有機(jī)物相變材料的傳熱性能，且這類有機(jī)物相變材料摻入到建筑材料后還會降低建筑材料 的機(jī)械性能。3、采用"原位聚合法"或"界面聚合法"制備相變微膠囊，將有機(jī)物相變 材料包裹在外殼由高分子材料聚合而成的微膠囊體內(nèi)，從而構(gòu)成定型的復(fù)合相變儲熱材 料，然后再將微膠囊相變儲熱材料與建筑材料混合，制備出儲熱建筑材料。但微膠囊相變 儲熱材料存在制備成本高、長時間固一液相變過程中體積的收縮而導(dǎo)致微膠囊外殼因應(yīng)力 變化而破裂的問題，且高分子材料外殼也降低了有機(jī)物相變材料的傳熱性能。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的就是為了克服和解決現(xiàn)有有機(jī)物相變儲熱建筑材料在實際應(yīng)用中存在有 機(jī)物相變材料會從建筑材料中滲漏出來從而影響儲熱建筑材料的性能并使建筑材料存在 可燃性或有機(jī)物相變材料在儲、放熱過程中的傳熱性能差、成本高等缺點和問題，提供一 種有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料的制備方法，以使制備出來的復(fù)合相變儲熱建 筑材料儲熱密度大、成本較低，且在儲熱建筑材料中有機(jī)物相變材料與建筑材料相容性好， 發(fā)生相變時有機(jī)物相變材料不會從建筑材料中滲漏出來，且有機(jī)物相變材料在儲、放熱過 程中傳熱性能好。本發(fā)明的另一目的在于提供上述復(fù)合相變儲熱材料的制備方法。 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料的制備方法為(下述百分比均為重量百分比) 第一步石墨的膨化將酸化石墨置于功率為500 2000W的微波爐內(nèi)膨化5 15秒，制備出具有豐富微孔 結(jié)構(gòu)的膨脹石墨。第二步膨脹石墨吸附有機(jī)物相變儲熱材料將膨脹石墨與有機(jī)物相變材料在高于其相變溫度下進(jìn)行共混吸附1 4小時，有機(jī)物相變材料被吸附到膨脹石墨的微孔后，經(jīng)過慮、干燥，制備出有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料，在復(fù)合相變儲熱材料中，有機(jī)物相變材料的重量百分含量為40% 90%。第三步有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料的制備 (1)儲熱纖維石膏板的制備其原料組成及重量份數(shù)為熟石膏粉 50 64 紙纖維 10 25 有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料 20 25 其它促進(jìn)劑、填充劑 1 2 將所有原料加進(jìn)混合機(jī)內(nèi)加水混合，待混合均勻后，干燥成型;(2)儲熱水泥的制備 其原料組成及重量份數(shù)為水泥 50~60 江砂或河砂 20 30 有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料 20 30 將所有原料加進(jìn)混合機(jī)內(nèi)加水混合，待混合均勻后直接使用。本發(fā)明上述所指的有機(jī)物相變材料包括正十六烷、正十八烷、硬脂酸正丁酯、芥 酸與硬脂酸的混合物以及葵酸與硬脂酸的混合物、葵酸與軟脂酸的混合物。本發(fā)明的機(jī)理和有益效果如下:膨脹石墨作為碳材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和惰性且 無毒無害，導(dǎo)熱系數(shù)較高，能與建筑材料很好地相容。膨脹石墨還具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)， 對有機(jī)物具有良好的吸附性能，有機(jī)物的重量含量高達(dá)90%，所以儲熱密度大。此外， 有機(jī)物被吸附在膨脹石墨的微孔結(jié)構(gòu)中，在發(fā)生固一液相變時，由于毛細(xì)作用力和表面張 力的作用，液態(tài)的有機(jī)物相變材料很難從微孔中脫附出來。因此，將有機(jī)物/膨脹石墨復(fù) 合相變儲熱材料作為建筑材料的組分制備出的儲熱建筑材料,不會出現(xiàn)有機(jī)物相變材料從 建筑材料中滲漏出來的現(xiàn)象，也不存在有機(jī)物相變儲熱建筑材料的可燃性問題。同時，膨 脹石墨高的導(dǎo)熱系數(shù)，使得制備出的儲熱建筑材料在儲、放熱過程中傳熱性能好。我國石墨資源豐富，價格低廉。采用微波加熱對石墨進(jìn)行膨化，以及共混吸附法制 備有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料，制備成本低。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一歩介紹，各實施例的具體內(nèi)容請見表l。表1\實施例 方\ 步驟及結(jié)^\實施例1實施例2實施例3第一步的石 墨的膨化將酸化石墨置于功率為500W的 微波爐內(nèi)加熱膨化15秒，制備 膨脹石墨將酸化石墨置于功率為 1500W的微波爐內(nèi)加熱膨化 10秒，制備膨脹石墨將酸化石墨置于功率為 2000W的微波爐內(nèi)加熱 膨化5秒，制備膨脹石 甲第二步膨脹 石墨吸附有 機(jī)物相變儲 熱材料將有機(jī)物相變材料正十六烷與 膨脹石墨置于50'C烘箱內(nèi)共混 吸附lh,然后進(jìn)行過慮、干燥。 原料重量百分比為正十六烷 40%,膨脹石墨60%。將有機(jī)物相變材料正十八烷 與膨脹石墨置于60'C烘箱內(nèi) 共混吸附2h，然后進(jìn)行過慮、 干燥。原料重量百分比為正 十六垸60%,膨脹石墨40%。將有機(jī)物相變材料硬脂 酸正丁酯與膨脹石墨置 丁-6(TC烘箱內(nèi)共混吸附 4h，然后進(jìn)行過慮、干 燥。原料重量百分比為 正十六烷90%，膨脹石墨 腦。第三步相變 儲熱建筑材 料的制備(1)儲熱纖維石膏板制備原 料組成及重量份數(shù)熟石膏50、 紙纖維25、有機(jī)物/膨脹石墨復(fù) 合相變材料24、促進(jìn)劑、填充 劑1。把所有原料加進(jìn)混合機(jī)內(nèi) 加水混合均勻，干燥成型。(2) 儲熱水泥的制備原料組成及 重量份數(shù)水泥50、河砂30、 有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變材 料20。把所有原料加進(jìn)混合機(jī) 內(nèi)加水混合均勻后直接使用。(1)儲熱纖維石膏板制備 原料組成及重量份數(shù)熟" 膏60、紙纖維18、有機(jī)物/ 膨脹心墨復(fù)合相變材料20、 促進(jìn)劑、填充劑2。把所冇 原料加進(jìn)混合機(jī)內(nèi)加水混合 均勻，干燥成型。(2)儲熱 水泥的制備原料組成及重 量份數(shù)水泥54、河砂23、 有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變 材料23。把所有原料加進(jìn)混 合機(jī)內(nèi)加水混合均勻后直接 使用。(1)儲熱纖維石膏板制 備原料組成及重量份 數(shù)熟石膏64、紙纖維 12、有機(jī)物/膨脹石墨復(fù) 合相變材料22、促進(jìn)劑、 填充劑2。把所有原料加 進(jìn)混合機(jī)內(nèi)加水混合均 勻，干燥成型。(2)儲 熱水泥的制備原料組 成及重量份數(shù)水泥52、 江砂20、有機(jī)物/膨脹石 墨復(fù)合相變材料28。把 所有原料加進(jìn)混合機(jī)內(nèi) 加水混合均勻后直接使 用。所制備的復(fù) 合相變儲熱 建筑材料的 主耍性能儲熱建筑材料性能穩(wěn)定、儲 (放)熱特性好，儲熱密度較 高。儲熱建筑材料性能穩(wěn)定、儲 (放)熱特性好，儲熱密度 高。儲熱建筑材料性能穩(wěn) 定、儲(放)熱特性好， 儲熱密度很高。
權(quán)利要求
1、一種有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料的制備方法，其特征在于如下步驟(1)石墨的膨化將酸化石墨置于功率為500～2000W的微波爐內(nèi)膨化5～15秒，制備出具有豐富微孔結(jié)構(gòu)的膨脹石墨；(2)膨脹石墨吸附有機(jī)物相變材料將膨脹石墨與有機(jī)物相變材料在高于其相變溫度下進(jìn)行共混吸附1～4小時，有機(jī)物相變材料被吸附到膨脹石墨的微孔后，經(jīng)過慮、干燥，制備出有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料；在該復(fù)合相變儲熱材料中，有機(jī)物相變材料的重量百分含量為40％～90％；(3)有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料的制備，包括儲熱纖維石膏板的制備和儲熱水泥的制備儲熱纖維石膏板的制備，其原料組成及重量份數(shù)為熟石膏粉 50～64紙纖維 10～25有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料20～25其它促進(jìn)劑、填充劑 1～2將所有原料加進(jìn)混合機(jī)內(nèi)加水混合，待混合均勻后，干燥成型；儲熱水泥的制備，其原料組成及重量份數(shù)為水泥 50～60江砂或河砂 20～30有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料20～30將所有原料加進(jìn)混合機(jī)內(nèi)加水混合均勻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料的制備方法， 其特征在于所述的有機(jī)物相變材料為正十六垸或正十八烷或硬脂酸正丁酯或芥酸與硬脂 酸的混合物或葵酸與硬脂酸的混合物或葵酸與軟脂酸的混合物。
3 、由權(quán)利要求l或2所述方法制得的有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟(1)使酸性石墨在微波作用下的膨化，形成具有豐富微孔結(jié)構(gòu)的膨脹石墨；(2)將有機(jī)物相變材料與膨脹石墨在高于其相變溫度條件下進(jìn)行共混吸附，有機(jī)物相變材料被吸附到膨脹石墨的微孔結(jié)構(gòu)中；(3)有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料的制備①儲熱纖維石膏板的制備；②儲熱水泥的制備。本發(fā)明從根本上解決有機(jī)物相變材料與建筑材料相容性及穩(wěn)定性問題。本發(fā)明提供的方法所制得的有機(jī)物/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱建筑材料成本低、儲熱密度大、導(dǎo)熱性能好、不存在可燃性問題。
文檔編號C04B28/14GK101239798SQ20081002563
公開日2008年8月13日 申請日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者張正國, 方曉明, 方玉堂, 陳中華, 高學(xué)農(nóng) 申請人:華南理工大學(xué)