一种石蜡相变储能材料及其制备方法技术

本发明专利技术为一种石蜡相变储能材料及其制备方法，包含石蜡、高密度聚乙烯、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、成膜材料海藻酸钠、交联剂无水氯化钙，各组分的重量百分比为石蜡48％～56.7％，高密度聚乙烯14.2％～32％，十二烷基苯磺酸钠4-5.7％，海藻酸钠10.4％-15.6％，无水氯化钙5.6％-7.8％。制备这种石蜡相变储能材料的方法为：首先以石蜡为芯材，高密度聚乙烯为支撑材料，采用熔融法制备微胶囊相变材料，然后采用薄膜包衣技术制备出毫米级胶囊相变材料。本发明专利技术解决了已有微胶囊相变材料存在的石蜡可掺入量较低，储能性能差，易渗漏，稳定性差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于相变储能材料
，具体涉及。
技术介绍
现有的建筑材料多为常物性材料，其热容远达不到理想节能建筑围护结构所要求 的热容，导致室内温度波幅度较大，热舒适性低。将相变材料与混凝土相结合，制成相变储 能混凝土，用它作外墙体材料，利用相变材料在相变过程中吸能和释能的特点实现能量的 利用与转换，有利于建筑物室内温度的调控，可以大大增加围护结构的蓄热作用，使建筑物 室内和室外之间的热流波动幅度被减弱，作用时间延迟，改善室内热环境，达到节能与舒适 的目的。目前在建筑节能中应用比较广泛的石蜡相变储能材料在与建筑材料结合时采用直 接渗透法和囊化封装法，直接渗透法虽然操作简单，但发生相变时产生的液体易发生泄漏 或腐蚀基体材料，而现有的囊化封装只能达到纳米和微米级(统称为微胶囊相变材料)，其 主要存在以下问题1.相变储能建筑材料的耐久性和实用性问题。微胶囊相变材料在不断的循环相变 过程中出现热物理性质的退化，发生相变时仍有液体泄漏和腐蚀基体材料的现象，表现为 在材料表面结霜，不能长期使用，不能大量掺入相变材料，缺乏实用价值。2.相变储能建筑材料的储热性能问题。微胶囊封装法的单位重量相变材料含量 低，储热能力小，同时部分微胶囊相变材料亲水性低，不易与建筑材料相结合，导致传热效 率降低，相变材料的热效能不能有效发挥。现有采用微胶囊相变材料的混凝土，除存在上述问题外，还由于相变材料本身的 亲水性差，与混凝土基体材料难结合，同时在相变过程中产生的应力容易破坏基体材料，使 得整个混凝土建筑材料的机械强度明显降低，应用范围有限。
技术实现思路
本专利技术提供了一种毫米级胶囊相变储能材料及其制备方法，解决了已有微胶囊相 变材料存在的石蜡可掺入量较低，储能性能差，易渗漏，稳定性差的技术问题。本专利技术的相变材料是相变点接近室温，相变潜热大的石蜡与高密度聚乙烯(密度 高于0. 940g/cm3的聚乙烯材料)制备的微胶囊材料再经海藻酸钙包裹制得的毫米级胶囊 相变材料，包含石蜡、高密度聚乙烯、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、成膜材料海藻酸钠、 交联剂无水氯化钙，各组分的重量百分比为石蜡48 % 56. 7 %，高密度聚乙烯14. 2 % 32%，十二烷基苯磺酸钠4-5. 7%，海藻酸钠10.4% -15. 6%，无水氯化钙5. 6% -7.8%。这种毫米级胶囊相变材料的制备方法如下(1)首先以石蜡为芯材，高密度聚乙烯为支撑材料，采用熔融法制备微胶囊相 变材料，具体过程为将石蜡和高密度聚乙烯的混合物加热到全部熔融，当温度加热到 138-142 时熔融效果更好，随后取出搅拌均勻，放在空气中冷却至凝固定型，冷却过程中，高密度聚乙烯首先凝固并形成空间网状结构，而石蜡被束缚在网状结构里，这样就形成了 均勻的石蜡和高密度聚乙烯组成的相变材料，然后将凝固成型的材料粉碎成粒径小于200 微米的微胶囊相变材料；(2)采用薄膜包衣技术制备出毫米级胶囊相变材料①将上述微胶囊置入包衣机 内，调节转速为20 30r/min，喷入质量浓度为2 3%的十二烷基苯磺酸钠表面活性剂用 于润湿表面，让切粒滚动3 4min ；②将质量浓度为4 6%海藻酸钠水溶液均勻喷洒于混 合料中，同时开热风干燥，待水分蒸干掉90%左右时，喷入质量浓度为8 12%氯化钙水溶 液，包裹10 15min后，待水分蒸干后再喷入海藻酸钠水溶液；③重复第②步操作，直至胶 囊表面光亮为止，进一步干燥后，冷却，出料，制得毫米级胶囊相变材料。本专利技术使用的石蜡与高密度聚乙烯、氯化钙、海藻酸钠等材料价格便宜，可大量获 得。本专利技术的毫米级胶囊相变材料相对于微胶囊相变材料具有以下优点(1)其单位重量的相变材料含量高，包裹率高，相变潜热大，储热能力大，普通微胶 囊相变材料粒径在纳米和微米范围内，需要足够高的壳芯比，因此石蜡最大掺量只有20% 左右，而该毫米级胶囊相变材料石蜡含量最大掺量可达到56 %左右。(2)将微胶囊相变材料包裹后能有效改善相变材料的表面性质，将完全亲油性的 表面改善为完全亲水性或部分亲水性，拓展了材料的应用范围。相变材料石蜡与高密度聚 乙烯均是亲油性材料，实验数据显示反应其亲水性的Washbum方程斜率只有3. 36cm2/min, 与基体材料难结合，易出现基体材料开裂、传热性能降低等现象，而本专利技术的毫米级胶囊相 变材料通过海藻酸钙这种良好亲水性材料包覆后，反应其亲水性的Washbum方程斜率达到 了 6cm7min，这样更有利于与建筑基体材料如混凝土，石膏等的共混，提高了传热效率和制 品的稳定性。(3)实验证明，本专利技术与未包裹的微胶囊相变材料相比，经过多次循环之后未包裹 的微胶囊相变材料重量损失不断增大，达到了 10%，而经过包裹后的毫米级胶囊相变材料 重量损失基本维持在3%左右，因此毫米级胶囊相变材料有效的改善了微胶囊相变储能材 料易渗漏的问题，提高了产品的耐久性和实用性。还可在保证稳定性的同时，更大限度地提 高相变材料的含量，提高蓄热能力。本专利技术的石蜡相变储能混凝土含有重量含量为100份的水泥，45 52份的水， 95-105份的砂，190-210份的碎石，50 322份的毫米级胶囊相变材料。制备本专利技术石蜡相变储能混凝土的方法，先将砂、水泥、碎石、毫米级胶囊相变材 料按比例投入搅拌机中进行干拌，使胶囊相变材料均勻分散于前述干拌的混合物中，然后 加水进行湿拌，制得相变储能混凝土。本专利技术石蜡相变储能混凝土的一种优选的制备方法为，先将砂、水泥、碎石、毫米 级胶囊相变材料按比例投入搅拌机中干拌30-40秒，然后加水湿拌3-4分钟即可。本专利技术在混凝土中添加的是毫米级胶囊相变材料，与添加一般微胶囊相变材料的 混凝土相比，本专利技术具有以下优点(1) 一般微胶囊相变材料粒径都在纳米和微米范围内，需要足够高的壳芯比，而粒 径较大的毫米级胶囊相变材料的壳芯质量比由微胶囊相变材料的1/2降低到1/4，其单位 重量的相变材料含量高，相变潜热升高到了 30kJ/kg，因此毫米级胶囊相变混凝土的相变潜 热更大，蓄热能力更高，能更充分的利用相变材料的热效能。利用这种毫米级胶囊相变储能4混凝土作为墙体建筑材料，其相变储能材料能在室温附近发生固液相的转变，能够将热量 以相变潜热的形式进行储存，实现能量在不同时间，空间位置之间的转换，可大大增强围护 结构的储热功能，使用少量的材料就可以储存大量的热能。(2)因相变材料石蜡与高密度聚乙烯均是亲油性材料，其组成的微胶囊相变材料 反应其亲水性的Washbum方程斜率只有3. 36cm2/min,与混凝土基体材料难结合，制成的相 变储能混凝土稳定性差，机械强度低至只有13MPa，易出现基体材料开裂现象。而本专利技术的 毫米级胶囊相变材料通过海藻酸钙这种良好亲水性材料包覆后，反应其亲水性的Washbum 方程斜率升高到了 6cm2/min，更有利于与建筑混凝土基体材料的共混，制成的相变储能混 凝土传热效率高，稳定性好，机械强度提高到了 16. 3MPa，基体材料不易开裂。(3)实验证明，添加一般微胶囊相变储能材料的混凝土在多次循环之后表面已有 潮湿现象，而添加相同石蜡含量的毫米级胶囊相变储能混凝土材料在多次循环之后表面潮 湿现象不明显，证明毫米级胶囊相变储能混凝土有效改善了已有微胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种石蜡相变储能材料，其特征在于，包含石蜡、高密度聚乙烯、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、成膜材料海藻酸钠、交联剂无水氯化钙，各组分的重量百分比为石蜡４８％～５６．７％，高密度聚乙烯１４．２％～３２％，十二烷基苯磺酸钠４－５．７％，海藻酸钠１０．４％－１５．６％，无水氯化钙５．６％－７．８％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振乾，戴晓丽，吴智深，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84