具有磷化合物的蓄热制造技术

本发明专利技术涉及用于蓄热的组合物，其硬化材料，蓄热装置，用于储存热能的方法，以及用于获得上述组合物的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有磷化合物的蓄热
本专利技术涉及用于蓄热的组合物，其硬化材料，蓄热装置，用于储存热能的方法以及用于获得上述组合物的方法。
技术介绍
一些现有技术使用磷酸盐作为相变材料(例如，熔化并结晶或吸收或释放结晶水的磷酸盐)以在其相变时储存和释放热量。可以在US20080008858A1、DE102011083735A1、EP140467B1中找到实例。JP5104836B2提及了作为腐蚀抑制剂的磷酸盐。KR101233006B1提及了作为沥青添加剂的磷酸盐。WO2012101110A1提及了通过聚合和水解磷酸盐来储存和释放热量。WO2009034031A1描述了包含磷化合物的建筑材料。基于盐(如NaNO3)的蓄热相当昂贵，因为需要耐腐蚀的管道和储罐。还存在最低温度以避免结晶以及在最高温度下开始降解。这些用于储存和释放热量的当前系统都依赖于潜热蓄热(LHS)。到目前为止，难以实现含磷化合物的显热蓄热系统(SHS)。目前包含磷化合物的用于储存和释放热量的系统的另一个缺点是它们没有足够的物理韧性来用作建筑材料。基于混凝土的蓄热系统仅限于200℃至约400℃的温度。基于陶瓷材料的蓄热系统非常昂贵。
技术实现思路
根据本专利技术的问题为提供具有磷化合物或材料组合物的显热蓄热系统(SHS)，所述磷化合物或材料组合物有益于这些系统可用作建筑材料。在第一实施方案中，根据本专利技术的问题通过用于蓄热的组合物来解决，所述组合物包含固体核心颗粒和至少一种磷化合物，其中至少部分磷化合物为低聚物。该组合物在硬化时非常坚硬并且可用作建筑材料，例如作为混凝土的替代品。另外，这种材料在硬化时具有出人意料的高热容量，使得其可用于显热蓄热系统(SHS)。原材料的高材料效率很重要。例如，考虑磷酸盐的制造过程。它们通常是通过用硫酸消化磷矿石来获得。产生的磷酸被传递至化学工业或食品工业。硫酸的阴离子与磷矿石中的其他成分反应，产生一种高度污染的石膏，而这种石膏一般地只是被废弃。对于每吨P2O5，这会产生4至5吨的石膏。磷酸盐混合物的其余部分通常用氨处理并作为肥料销售。在分离磷酸盐之后，所得到的原料可以作为实例用于通过本专利技术的核心-壳添加剂来提供无机基体。在该基体中(聚合完成后)，先前废弃的石膏可作为实例用作填料。如果基体材料硬化，则大于90重量％的水可以以纯化形式释放回环境中。这是原材料几乎100％的使用，在这种情况下，磷矿石产生根据本专利技术的组合物。在该实施例中，可以显著减少石膏垃圾填埋场(或含有废水的海洋的负荷)。材料效率与生态效率紧密相关。理论上，根据本专利技术生产的材料可以被分解并因此可以进入循环回路。组合物优选地，组合物包含：a.具有壳的核心颗粒，所述壳包含至少一种通过化学吸附或物理吸附与核心颗粒结合的壳磷化合物，和b.至少一种基体磷化合物，其中至少一种壳磷化合物和/或至少一种基体磷化合物的至少部分为低聚物。优选地，根据本专利技术的组合物能够流动并且最优选为液体。优选地，根据本专利技术的组合物是含水的。根据本专利技术的组合物中的固体含量优选在30至60重量％的范围内，更优选在40至50重量％的范围内。该优选范围的优点是具有用于处理和制造的最佳粘度。在硬化过程中控制反应条件也很容易。另一个优点是颗粒之间的距离较好，使得它们不会太接近以致形成凝胶。可替代地，对于如建筑蓄热装置的应用，固体含量高达90重量％也是可行的。上述优选范围的下限也适用于这些情况。核心颗粒核心颗粒的中值直径(d50)优选在1至10μm的范围内。该直径和粒径分布可以在通常条件下用光学显微镜测量。较小的颗粒具有严重的缺点，即组合物会更具反应性并且在硬化过程中的收缩会更加严重。这可能导致预制构件的应力开裂和不精确。核心颗粒优选由具有氧化、羟基、羟基氧化和/或极性表面的材料组成。该表面还可以具有有机基团，如糖苷或胺。优选地，羟基基团或极性基团的表面密度为至少2.4μmol/mm2。羟基基团的表面密度可以按照WO2002049559A2中所描述的来获得。优选地，核心颗粒由具有氧化表面的材料组成并且表现出核心颗粒的中值直径(d50)在0.1至10μm的范围内，更优选在1至10μm的范围内。在该范围之外，加工时间和用于建立最终产品的时间(例如，硬化时间)可能(可以与较低含水量结合)太短，使得不可能建立更大的结构，例如蓄热装置。当使用在此优选范围之外的颗粒时，硬化产品内部的网状物可能太硬。该优选范围内的颗粒使得硬化产品中具有更柔韧的网状物，这在蓄热装置的情况下可能是需要的，其中热膨胀可能导致裂纹。更细的颗粒还需要更多的粘合剂，这会使其在经济上较少令人关注。优选地，核心颗粒具有包含至少一种磷化合物的壳。优选地，核心颗粒的表面用反应性物质进行预处理。该反应性物质可以选自单磷酸酯、二磷酸酯或硅烷。这增加了当暴露于根据本专利技术的磷化合物如低聚物时核心颗粒的反应性。另一个优点是可以建立连续的结构。根据本专利技术的组合物优选包含量在1至30重量％内的核心颗粒。核心颗粒可以例如还包含至少一部分功能颗粒，例如磁铁矿颗粒。这使得向最终产品添加有益的物理性质。磷化合物优选地，至少一种磷化合物，特别是至少一种壳磷化合物和/或至少一种基体磷化合物的分子包含15至50摩尔％，更优选20至40摩尔％的氢。优选地，至少一种磷化合物，特别是至少一种壳磷化合物和/或至少一种基体磷化合物的分子包含5至30摩尔％，更优选10至25摩尔％的磷光体。优选地，至少一种磷化合物，特别是至少一种壳磷化合物和/或至少一种基体磷化合物的分子包含35至65摩尔％，更优选40至60摩尔％的氧。优选地，至少一种磷化合物，特别是至少一种壳磷化合物和/或至少一种基体磷化合物的分子包含10至25摩尔％的磷光体，20至40摩尔％的氢，40至60摩尔％的氧，其中三种原子的含量不能超过100摩尔％。优选地，至少一种磷化合物，特别是至少一种壳磷化合物和/或至少一种基体磷化合物选自偏磷酸盐、低聚磷酸盐、多磷酸盐、单磷酸盐或其混合物，或其包括包含磷光体或单磷酸盐的单体的混合物。优选地，至少一种低聚物或低聚磷酸盐含有3至50个，更优选6至12个重复单元。优选地，根据本专利技术的组合物包含至少一种磷化合物为低聚物，所述低聚物具有8至14个重复单元，所述重复单元基于以下酸HPO3、HPO2、H4P2O6、H4P2O5、H4P2O4、H3PO3、H3PO4、H4P2O7、H3PO5、H3PO6、H4P2O8，或其混合物。已经表明，所得到的蓄热装置在物理和热学方面更稳定。组合物中该特定低聚物的含量优选在20至80重量％的范围内。优选地，组合物包含含有有机重复单元的低聚物或低聚磷酸盐。这具有以下优点：可以使用这些低聚物作为蓄热装置的外边缘上的材料的一部分来将蓄热装置隔热。包含磷光体或单磷酸盐的单体或偏磷酸盐、低聚物、低聚磷酸盐或聚磷酸盐的重复单元优选选自HPO3、HPO2、H4P2O6、H4P2O5、H4P2O4、H3PO3、H3PO4、H4P2O7、H3PO5、H3PO6、H4P2O8、其盐、或其混合物。盐可以优选为碱金属、碱土金属、周期表第13族金属(例如Al)的盐。至少一种壳磷化合物优选为低聚物。至少一种壳磷化合物的该低聚物优选含有3至50个，更优选6至12个重复单元。在含水组合物中难以获得更长的低聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于蓄热的组合物，其包含固体核心颗粒和至少一种磷化合物，其中至少部分磷化合物为低聚物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.04 EP 16150083.01.一种用于蓄热的组合物，其包含固体核心颗粒和至少一种磷化合物，其中至少部分磷化合物为低聚物。2.根据权利要求1所述的组合物，其包含：a.具有壳的核心颗粒，所述壳包含通过化学吸附或物理吸附与核心颗粒结合的壳磷化合物，和b.基体磷化合物，其中至少部分壳磷化合物和/或基体磷化合物为低聚物。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，固体含量在30重量％至60重量％的范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其特征在于，核心颗粒的中值直径在1μm至10μm的范围内。5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其特征在于，核心颗粒的表面用反应性物质进行预处理。6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其特征在于，至少一种低聚物含有3至50个重复单元。7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其特征在于，至少一种磷化合物中结晶水的含...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·席希特尔，
申请(专利权)人：奈布马股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE