一种具有相变调温的复合陶瓷材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于相变轻质陶瓷材料技术领域，具体公开了一种具有相变调温的复合陶瓷材料及其制备方法、轻质陶瓷砖。复合陶瓷材料具有双层包裹的核壳结构，核壳结构的核中含有有机相变材料，核壳结构的壳层由内至外包括隔热层和保护层；隔热层中含有氧化锌，保护层中含有二氧化钛。制备方法，包括以下步骤：将石蜡加入水和阴离子表面活性剂中混合后，再滴加二水合乙酸锌，调节pH值为碱性，经陈化、洗涤、干燥后，制得单层包裹材料；将单层包裹材料加入乙醇溶液和正钛酸乙酯溶液，进行水热反应，经洗涤干燥，制得复合陶瓷材料。复合陶瓷材料在高温煅烧后，仍可保留相变材料的储能效果，并应用于轻质陶瓷产品中，从而获得具有相变调温的轻质陶瓷产品。瓷产品。

【技术实现步骤摘要】
一种具有相变调温的复合陶瓷材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于相变轻质陶瓷材料
，具体涉及一种具有相变调温的复合陶瓷材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]相变储能可以实现短期或长期的能量再分配从而有效地提升能源利用效率，在可行性和经济性上具有巨大的优势，成为最有应用前景的储能形式之一。而相变材料是实现相变储能的关键因素，相变材料是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质，转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。其中：可以应用在低温储能相变的材料主要有石蜡，聚乙二醇等，该类低温储能材料具有密度低的特点(大多小于1g/cm3)。
[0003]同时，低温储能相变材料因熔点低，经高温烧成后，则无法发挥相变储能的功能，因此，低温储能材料无法直接添加入陶瓷产品中使用，如果采用绝热结构保护低温储能材料，则又会因绝热结构无法使热能传输到低温储能材料当中，使得储能材料无法发挥相变储能作用。
[0004]因此，亟需研发一种低温储能相变材料的保护结构，使之在高温煅烧时，可以保护其不被氧化，而在陶瓷产品冷却后能够发挥蓄热材料作用，同时减轻陶瓷产品的重量。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种具有相变调温的复合陶瓷材料及其制备方法与应用，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0006]为克服上述技术问题，本专利技术的第一方面是提供了一种复合陶瓷材料。
[0007]具体地，一种复合陶瓷材料，所述复合陶瓷材料具有双层包裹的核壳结构，所述核壳结构的核中含有有机相变材料，所述核壳结构的壳层由内至外包括隔热层和保护层；所述隔热层中含有氧化锌，所述保护层中含有二氧化钛。
[0008]本专利技术的复合陶瓷材料以有机相变材料以核，通过在核的外层包裹双层壳结构，其中内层为隔热层，隔热层中含有氧化锌，氧化锌的导热系数随温度升高而降低，可有效隔绝高温热量，以保护核的低温有机相变材料；外层为保护层，保护层中含有二氧化钛，可进一步保护核的低温相变材料，同时，二氧化钛和氧化锌均可作为陶瓷原料，与陶瓷产品具有较好的相容性，因此，可将所述复合陶瓷材料作为原料直接加入陶瓷产品中，由于氧化锌的熔融温度略高于二氧化钛，通过控制陶瓷产品的烧成温度，使二氧化钛作为陶瓷原料熔于陶瓷基体材料中，而保留氧化锌的隔热层，以保护有机相变材料，从而使有机相变材料在经高温烧成后，仍具有相变储能效果。
[0009]作为上述方案的进一步改进，所述有机相变材料包括石蜡，石蜡作为蜡质相变材料，在加热到其熔化温度时，将产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，石蜡吸收并储存大量的潜热；当石蜡冷却时，储存的热量在一定的温度范围内将散发到环境中去，进行从液
态到固态的逆相变，且物理状态发生变化时，石蜡自身的温度在相变完成前维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却较大，从而实现对环境的调温作用。
[0010]作为上述方案的进一步改进，所述复合陶瓷材料的平均粒径为200
‑
900nm。
[0011]本专利技术的第二方面是提供了一种复合陶瓷材料的制备方法。
[0012]具体地，一种复合陶瓷材料的制备方法，所述复合陶瓷材料的制备方法用于制备上述复合陶瓷材料。
[0013]作为上述方案的进一步改进，所述的复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将石蜡加入水和阴离子表面活性剂中混合后，再滴加二水合乙酸锌，并调节溶液的pH为碱性，经陈化、洗涤、干燥后，制得单层包裹材料；
[0015](2)将所述单层包裹材料加入乙醇溶液和正钛酸乙酯溶液，进行水热反应，经洗涤干燥，制得所述复合陶瓷材料。
[0016]具体地，石蜡在阴离子表面活性剂的分散作用下，形成水包油的液滴，其中石蜡为油相，水为水相；然后在碱性条件下，滴加二水合乙醇锌，二水合乙醇锌在碱性条件下先发生水解反应，生成氢氧化锌，氢氧化锌在一定的温度下分解成为氧化锌粒子，氧化锌粒子将以石蜡为核发并包裹于其表面，形成氧化锌包裹石蜡的单层包裹材料，具体的化学反应式如下：
[0017]Zn(CH3COO)2·
2H2O
→
2H2O+Zn(CH2COO)2[0018]Zn(CH3COO)2+2OH
‑
→
2CH3COO
‑
+Zn(OH)2[0019]Zn(OH)2→
ZnO+H2O
[0020]将所述单层包裹材料加入乙醇溶液和正钛酸乙酯溶液，正钛酸乙酯溶液先发生水解得到氢氧化钛溶胶，氢氧化钛脱水后得到二氧化钛凝胶，具体化学反应方程式如下：
[0021]Ti(O
‑
C4H9)4+4H2O
→
Ti(OH)4+4C4H9OH
[0022]Ti(OH)4+Ti(O
‑
C4H9)4→
2TiO2+4C4H9OH
[0023]2Ti(OH)4→
2TiO2+4H2O
[0024]二氧化钛凝胶将以单层包裹材料为核继续包裹于其表面，形成以石蜡为核，氧化锌和二氧化锌为双层双层壳结构的复合包裹材料；再对所述复合包裹陶瓷材料进行洗涤，以去除没有完全反应的物质以及杂质，经干燥后，制得所述复合陶瓷材料。
[0025]作为上述方案的进一步改进，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基磷酸钠中的任一种，这些阴离子表面活性剂均对石蜡具有良好的分散作用，可使石蜡更好地分散，并与水形成水包油结构，从而提高石蜡的热承受温度。
[0026]作为上述方案的进一步改进，所述石蜡、二合水乙酸锌和正钛酸乙酯的质量比为(1
‑
4)：1：(5
‑
12.5)。
[0027]具体地，通过控制石蜡、二合水乙酸锌和正钛酸乙酯的质量比，以控制所制得的复合陶瓷材料的粒径大小，以及核、氧化锌壳层和二氧化钛壳层中各部分结构层的厚度，从而获得密度和烧成温度可控的复合陶瓷材料。
[0028]作为上述方案的进一步改进，步骤(1)中，所述混合的温度为70
‑
90℃。
[0029]作为上述方案的进一步改进，步骤(2)中，所述水热反应的温度为50
‑
80℃，所述水热反应的时间为3
‑
6小时。
[0030]优选地，一种复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031](1)将石蜡加入水和阴离子表面活性剂中，以转速为6000
‑
8000r/min，温度为70
‑
90℃进行搅拌10
‑
20min；然后滴加二水合乙酸锌，继续搅拌5
‑
10min后，加入质量分数为3
‑
5％的氢氧化钠溶液调节溶液的pH为碱性，继续搅拌1
‑
2小时，经陈化3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合陶瓷材料，其特征在于，所述复合陶瓷材料具有双层包裹的核壳结构，所述核壳结构的核中含有有机相变材料，所述核壳结构的壳层由内至外包括隔热层和保护层；所述隔热层中含有氧化锌，所述保护层中含有二氧化钛。2.根据权利要求1所述的复合陶瓷材料，其特征在于，所述有机相变材料包括石蜡。3.根据权利要求1所述的复合陶瓷材料，其特征在于，所述复合陶瓷材料的平均粒径为200
‑
900nm。4.一种复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述复合陶瓷材料的制备方法用于制备权利要求1至3任意一项所述的复合陶瓷材料。5.根据权利要求4所述的复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将石蜡加入水和阴离子表面活性剂中混合后，再滴加二水合乙酸锌，并调节溶液的pH为碱性，经陈化、洗涤、干燥后，制得单层包裹材料；(2)将所述单层包裹材料加入乙醇溶液和正钛酸乙酯溶液，进行水热反应，经洗涤干燥，制得所述复合陶瓷材料。6.根据权利要求5所述的复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述阴离子表...

【专利技术属性】
技术研发人员：何敏铿，柯善军，田维，马超，
申请(专利权)人：佛山欧神诺陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：