專利名稱：一種建筑節能相變恒溫材料及制備方法
技術領域：
本發明涉及建筑節能材料領域,具體涉及一種建筑節能相變恒溫材料及制備方法。
背景技術：
傳統的建筑節能保溫材料主要采用對內外墻保溫隔熱從而降低熱量的傳導消耗。我國常見的建筑節能保溫材料主要有巖棉、玻璃棉、膨脹珍珠巖、聚苯乙烯泡沫塑料、水泥 聚苯板、硬質泡沫聚氨酯、聚碳酸酯及酚醛、膠粉聚苯顆粒保溫砂漿、硅酸鹽復合絕熱砂漿、粘土空心磚、中空玻璃、泡沫玻璃等。目前用的節能保溫建材雖然具有很好的保溫效果，但這遠遠不能滿足當前節能的要求。一方面，傳統的節能建材保溫效果有限，無法從根本上防治能量流失；另一方面，無法滿足人們對環境溫度舒適度的要求。為了滿足節能保溫需求，同時確保室內舒適的溫度，一種新型的相變材料開始進入建筑節能保溫領域。相變材料(Phase Change Materials，PCM)具有較高的儲能密度，在相轉變過程中不斷進行吸熱/放熱從而保持溫度恒定，具有儲能和恒溫的雙重特性。如果向普通建筑材料中加入相變材料，可以制成具有較高熱容的輕質建筑材料，減小室內溫度的波動。因而將其作為節能材料應用于建筑材料中，可以大幅度減少建筑物內用于制冷/制熱所需的能耗，節能效果遠遠優于傳統的保溫隔熱材料。利用相變材料作建筑物的節能材料可以用在建筑物的圍護結構和裝飾等部位。例如用在建筑物砂漿中，相變材料可大量地釋放和儲存熱能，有效地恒定房屋溫度，維持居住環境的舒適溫度；用在磚瓦、墻板、石膏板、地板、天花板、膩子、涂料等裝飾建筑材料中，可消除了傳統裝飾部位不保溫的缺陷。由于相變材料在工作時存在微觀分子運動，甚至會出現軟化或固-液相態變化，無法直接與普通建筑材料混合使用，因此在應用之前首先進行定型復合。目前常用的技術手段有相變材料通過與高分子聚合物定型復合；采用高分子聚合物包覆大分子相變材料(微膠囊相變材料)；相變材料被多孔結構礦物吸附定型等。由于定型復合相變材料在使用中容易滲漏，易造成復合相變材料與基體建材相容性差或易脫落等缺陷。因此相變材料的定型效果以及與建筑材料的相容效果直接影響相變材料在建筑節能領域的推廣使用。公開號CN101121876A的專利報道了一種利用膨脹珍珠巖制備復合相變材料的方法。該技術發明利用吸附法將相變材料吸附在多孔的介質顆粒內，以達到定型復合的目的。雖然該技術利用了吸附技術，但開放式的多孔結構仍會有外露的相變材料，會嚴重影響與建筑材料的粘結和混合。公開號CN1903781A的專利報道了一種相變抗裂砂漿及其所使用的粒狀相變材料的制備方法，相變材料以多孔介質為基體材料，通過在聚合物溶液中長時間浸泡達到包覆處理。選用水性聚合物乳液作包覆材料不但成本高，而且與有機相變材料相容性較差，會影響聚合物乳液定向成膜包覆。公開號CN896173A的專利報道了一種膜包覆多孔吸附性無機相變復合材料生產方法。該技術以石蠟、聚烯烴等做包覆材料，將多孔吸附性無機相變材料進行包覆，較好的解決了破損滲漏問題，而且強度高。但包覆的石蠟等材料與普通建材水泥、涂料、石膏等相容性極差，因此難于在普通建材中推廣使用。 上述資料報道均采取了不同技術手段來達到定型相變材料，防止滲漏。由于上述吸附材料均為大顆粒狀，相變材料被吸附后在發生相變過程中極易通過大孔洞滲漏，由于有機相變材料為親油疏水性材料，與無機建筑基材相容性差、和易性差，影響在建筑材料中的混合與使用。因此將相變材料制成穩定性好，無滲漏，與建材相容性好的定型復合材料是解決相變材料在建筑節能領域應用的關鍵。·
發明內容
針對上述技術不足，本發明提供一種建筑節能相變恒溫材料，具體講是利用微孔結構納米級氧化物的微孔吸附和比表面積吸附力，通過吸附相變材料得到定型復合相變材料，利用有親水親油基團的變性淀粉對定型復合相變材料進行界面包覆處理，得到的建筑節能相變恒溫材料不滲漏、不析出，與普通建材具有良好的潤濕性、和易性、粘結性。可以廣泛應用于砂漿、板材、膩子、涂料等領域。進一步提供一種利用齒盤式高速分散機制備建筑節能相變恒溫材料的制備方法，該制備方法是借助齒形盤的高速分散研磨，對相變材料吸附、包覆、干燥、磨細得到一種微細粉體狀的建筑節能相變恒溫材料，該工藝可連續化操作、易于實施與控制、利于工業化推廣應用。為實現上述目的，本發明的建筑節能相變恒溫材料是由相變材料、納米氧化物、變性淀粉按下列重量份混合組成
相變材料60-75份，
納米氧化物15-35份，
變性淀粉3-15份。在上述的建筑節能恒溫材料中，所述的相變材料可以為石蠟類直鏈烷烴成分、月旨肪酸成分、酯類成分、醇類成分中至少一種。所說的石蠟類直鏈烷烴成分可以為全精煉或半精煉石蠟(涉及牌號有48#、52#、54#、56#、58#、60#、62#和64#等)、液體石蠟、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷中至少一種；脂肪酸成分可以為辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸、硬脂酸中至少一種；酯類成分可以為硬脂酸丁酯、硬脂酸辛酯中至少一種；醇類成分為十二醇、環己醇、叔丁醇中至少一種。在上述的建筑節能恒溫材料中，所述的納米氧化物為具有微孔結構的氧化鋅、氧化鎂、氧化鋁、α氧化鐵、氧化鈦、氧化硅中的至少一種，該類氧化物是通過水熱法、溶膠_凝膠法、化學氣相沉積法、模板法、化學沉淀法等工藝制備的具有微孔結構和高比表面積的納米級粉體材料，其粒徑< lOOnm。納米氧化物粒子一方面具有大的比表面積，吸附作用強；另一方面，納米氧化物粒子內部具有網絡結構的微孔通道，吸附容量大。多孔納米氧化物粒子的表面作用和微孔作用最大程度吸附并固定相變材料，防止滲漏。
在上述的建筑節能恒溫材料中，所述的變性淀粉為含有酯基的醋酸酯淀粉、黃原酸酯淀粉、氨基甲酸酯淀粉、丁二酸酯淀粉、磷酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉、十二烯基琥珀酸酯淀粉中的一種。所述的變性淀粉取代度(DS)為0. 5 < DS < I. 5，充分保證具有親水和親油兩性基團，利用變性淀粉兩性基團的特性，親油基團向定型復合相變材料定向分布形成包覆膜，親水基團外露，與建筑材料相容性良好。尤其是變性淀粉特殊的成膜性和粘結性，不但對定型復合相變材料完全包覆，而且在使用中與建筑材料的砂漿、膩子、涂料等具有良好的潤濕性、和易性、粘結性。本發明進一步提供建筑節能相變恒溫材料的具體制作步驟
O在分散機溫度80°c -120°c條件下，把15-35份的納米氧化物加入分散機攪拌預熱3-5分鐘，調分散機整轉速為500-1500rpm，把60-75份的相變材料緩慢加入分散機，分散研磨10-20分鐘，得到完全吸附的定型復合相變材料；
2)把3-15份的變性淀粉加水配制成淀粉乳，配制濃度20-30%，緩慢噴灑加入運轉中的分散機，控制在10-30分鐘內緩慢均勻加完淀粉乳，同時打開揮發排氣孔。在500-1500rpm的攪拌和80°C _120°C溫度條件下，淀粉乳定向分布在定型復合相變材料顆粒表面，并隨著水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型復合相變材料顆粒表面定向成膜，形成一層強度高韌性好的包膜；
3)在500-1500rpm的攪拌和80°C_120°C溫度條件下，被包膜的定型復合相變材料顆粒在分散機中逐步干燥、研磨成微細粉狀，送入冷卻攪拌容器，通過攪拌冷卻、包裝，得到一種建筑節能相變恒溫材料。上述制備方法中所述的分散機為具有研磨功能的齒盤式高速分散機。分散機主軸高速運轉時，分散盤上下鋸齒進行高速的剪切、撞擊、粉碎、分散，在此設備作用下納米級氧化物粉體被齒形盤分散并與相變材料充分接觸吸附，變性淀粉與定型復合相變材料粉體界面充分結合包覆。本發明是將相變材料吸附在具有微孔結構的納米級氧化物中形成定型復合相變材料。不同于膨脹珍珠巖等大顆粒吸附，具有微孔結構的納米級氧化物微細顆粒吸附相變材料后，在發生相變時不會發生流淌。并進一步利用具有兩性基團的變性淀粉，使親油基團向定型復合相變材料定向分布形成包覆膜，從而得到建筑節能相變恒溫材料。不但解決了定型復合相變材料滲漏問題，而且變性淀粉的親水基團外露，在與建筑材料的砂漿、板材、膩子、涂料混合使用時具有良好潤濕性、和易性、粘結性。本發明的建筑節能相變恒溫材料具有以下優點
I.本發明利用納米級具有微孔結構氧化物的多孔隙、高比表面積特性對相變材料吸附定型，避免了相變材料相變過程中的滲漏、析出缺陷。2.本發明利用變性淀粉做包覆材料對定型復合相變材料進行包覆，徹底解決了復合相變材料滲漏的問題。由于變性淀粉具有親水和親油兩性性質，得到的建筑節能相變恒溫材料與普通建筑具有良好的相容性、粘結性、和易性。3.本發明產品制備過程中利用齒盤式高速分散機，保證了納米級氧化物粉體與相變材料充分接觸吸附，變性淀粉與定型復合相變材料粉體界面充分結合包覆。4.本發明的建筑節能相變恒溫材料為一種微細粉體材料,消除了傳統復合相變材料易滲漏、易破碎的缺陷，拓寬了相變材料在建筑領域的應用范圍，可以直接與砂漿、板材、膩子、涂料等混合使用，為相變材料在建筑節能領域的推廣提供了可靠保證，適合工業化生產推廣使用。
圖I為建筑節能相變恒溫材料的制備工藝流程圖。
具體實施例方式以下通過具體實施方式
對本發明的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發明上述技術思想情況下， 根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發明的范圍內。
實施例I
1)LlOO型齒盤式高速分散機的溫度維持在100°C，將20kg粒徑為50nm的多孔氧化鋅納米粉體加入分散機攪拌預熱5分鐘，調整混合機轉速為1500rpm，將40kg的52#全精煉石蠟與30kg的硬脂酸丁酯緩慢加入分散機，分散研磨10分鐘，得到完全吸附的定型復合相變材料；
2)將IOkg的辛烯基琥珀酸酯淀粉加水配制成濃度為20%的淀粉乳，緩慢噴灑加入運轉中的分散機，控制在10分鐘內緩慢均勻加完淀粉乳，同時打開揮發排氣孔。在1500rpm的攪拌和100°C溫度條件下，淀粉乳定向分布在定型復合相變材料顆粒表面，并隨著水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型復合相變材料顆粒表面定向成膜，形成一層強度高韌性好的包膜；
3)在1500rpm的攪拌和100°C溫度條件下，被包膜的定型復合相變材料顆粒在分散機中逐步干燥、研磨成微細粉狀，送入冷卻攪拌容器，通過攪拌冷卻、包裝，得到建筑節能相變恒溫材料。將所得的建筑節能相變恒溫材料在60°C烘箱內烘烤48h，濾紙未出現油跡，說明包覆效果良好，未出現滲漏。通過DSC測試，該節能相變恒溫材料相變溫度為35°C，儲能密度102 KJ/kg，適合用于寒冷地區室內保溫材料。將所得的建筑節能相變恒溫材料20kg、425#水泥20kg、珍珠巖30kg、水鎂石纖維5kg、樹脂膠粉Ikg混合均勻,直接加水攪拌,制成200mmX200mmX30mm模塊進行檢測。檢測結果為攪拌分層度16. 5mm ;干密度283kg/m3 ;抗壓強度378kPa ;壓剪粘結強度112kPa ；導熱系數 0.066W/ Cm .K)。
實施例2
I)LlOO型齒盤式高速分散機溫度維持在120°C，將15kg粒徑為80nm的多孔氧化鋁納米粉體、IOkg粒徑為IOOnm的多孔α氧化鐵納米粉體加入分散機攪拌預熱3分鐘，調整混合機轉速為500rpm ,將30kg的月桂酸和30kg的十二醇緩慢加入分散機,分散研磨10分鐘，得到完全吸附的定型復合相變材料；
2)將5kg的醋酸酯淀粉加水配制成濃度為25%的淀粉乳，緩慢噴灑加入運轉中的分散機，控制在20分鐘內緩慢均勻加完淀粉乳，同時打開揮發排氣孔。在500rpm的攪拌和120°C溫度條件下，淀粉乳定向分布在定型復合相變材料顆粒表面，并隨著水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型復合相變材料顆粒表面定向成膜，形成一層強度高韌性好的包膜；
3)在500rpm的攪拌和120°C溫度條件下，被包膜的定型復合相變材料顆粒在分散機中逐步干燥、研磨成微細粉狀，送入冷卻攪拌容器，通過攪拌冷卻、包裝，得到建筑節能相變恒溫材料。將所得的建筑節能相變恒溫材料在60°C烘箱內烘烤48h，濾紙未出現油跡，說明包覆效果良好，未出現滲漏。通過DSC測試，該節能相變恒溫材料相變溫度為30°C，儲能密度120 KJ/kg,適合用于南方夏天室內恒溫材料。 將所得的建筑節能相變恒溫材料35kg、425#水泥25kg、粉煤灰25kg、可再分散膠粉I. 5kg、水性抗裂膠粉1kg、聚丙稀短纖維O. 1kg、十二燒基苯磺酸鈉0. 03kg混合均勻,直接加水攪拌，制成200mmX200mmX30mm模塊進行檢測。檢測結果為攪拌分層度15mm ;干密度245kg/m3 ;抗壓強度475kPa ;壓剪粘結強度125kPa ;導熱系數O. 07W/ (m . K)。
實施例3
1)LlOO型齒盤式高速分散機的溫度維持在120°C，將IOkg粒徑為30nm的多孔氧化鈦納米粉體、5kg粒徑為IOOnm的多孔氧化鋁納米粉體加入分散機攪拌預熱3分鐘，調整混合機轉速為IOOOrpm，將35kg的正癸酸和30kg的25#石蠟緩慢加入分散機，分散研磨10分鐘，得到完全吸附的定型復合相變材料；
2)將15kg的十二烯基琥珀酸酯淀粉加水配制成濃度為30%的淀粉乳，緩慢噴灑加入運轉中的分散機，控制在30分鐘內緩慢均勻加完淀粉乳，同時打開揮發排氣孔。在IOOOrpm的攪拌和120°C溫度條件下，淀粉乳定向分布在定型復合相變材料顆粒表面，并隨著水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型復合相變材料顆粒表面定向成膜，形成一層強度高韌性好的包膜；
3)在IOOOrpm的攪拌和120°C溫度條件下，被包膜的定型復合相變材料顆粒在分散機中逐步干燥、研磨成微細粉狀，送入冷卻攪拌容器，通過攪拌冷卻、包裝，得到建筑節能相變恒溫材料。將所得的建筑節能相變恒溫材料在60°C烘箱內烘烤48h，濾紙未出現油跡，說明包覆效果良好，未出現滲漏。通過DSC測試，該節能相變恒溫材料相變溫度為28°C，儲能密度100 KJ/kg,適合用于室內涂料涂層、石膏板等恒溫材料。將所得的建筑節能相變恒溫材料20kg、含有纖維素的普通石膏粉80kg，加入適量的水和PVA分散劑的混合物，快速攪拌，迅速倒入100mm X 100mm X IOmm的模具中壓實并刮平，通風晾干即制成具有相變恒溫功能的石膏板。通過隔熱性能分析，石膏板從15°〇開始加熱，從15-25 1升溫時間30min，但從25_30°C的升溫時間則達到125min，升溫速率明顯減慢，說明由于建筑節能相變恒溫材料在相變溫度附近發生相變吸收大量熱量，從而延緩了石膏板表面的升溫，具有良好的保溫恒溫效果。
權利要求
1.一種建筑節能相變恒溫材料，其特征在于，組成是重量份為60-75份的相變材料，重量份為15-35份的納米氧化物，重量份為3-15份的變性淀粉。
2.根據權利要求I所說的建筑節能相變恒溫材料，其特征是具體制作步驟如下 1)在分散機溫度80°C-120°C條件下，把15-35份的納米氧化物加入分散機攪拌預熱3-5分鐘，調分散機整轉速為500-1500rpm，把60-75份的相變材料緩慢加入分散機，分散攪拌10-20分鐘，得到完全吸附的定型復合相變材料； 2)把3-15份的變性淀粉加水配制成淀粉乳，配制濃度20-30%，緩慢噴灑加入運轉中的分散機，控制在10-30分鐘內緩慢均勻加完淀粉乳，同時打開揮發排氣孔，在500-1500rpm的攪拌和80°C _120°C溫度條件下，淀粉乳定向分布在定型復合相變材料顆粒表面，并隨著水分的消耗和散失，淀粉乳迅速在定型復合相變材料顆粒表面定向成膜，形成一層強度高韌性好的包膜； 3)在500-1500rpm的攪拌和80°C_120°C溫度條件下，被包膜的定型復合相變材料顆粒在分散機中逐步干燥、研磨成微細粉狀，送入冷卻攪拌容器，通過攪拌冷卻、包裝，得到一種建筑節能相變恒溫材料。
3.根據權利要求I所說的建筑節能相變恒溫材料，其特征是其中的相變材料為石蠟類直鏈烷烴成分、脂肪酸成分、酯類成分、醇類成分中至少一種。
4.根據權利要求I所說的建筑節能相變恒溫材料，其特征是其中的納米氧化物為具有微孔結構的氧化鋅、氧化鎂、氧化鋁、a氧化鐵、氧化鈦、氧化硅中至少一種。
5.根據權利要求4所說的建筑節能相變恒溫材料，其特征是其中的納米氧化物為粒徑(IOOnm的納米級粉體。
6.根據權利要求I所說的建筑節能相變恒溫材料，其特征是其中的變性淀粉為含有酯基的醋酸酯淀粉、黃原酸酯淀粉、氨基甲酸酯淀粉、丁二酸酯淀粉、磷酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉、十二烯基琥珀酸酯淀粉中的一種。
7.根據權利要求6所說的建筑節能相變恒溫材料，其特征是所說的變性淀粉取代度(DS)為0. 5 彡 DS 彡 I. 5。
8.根據權利要求2所說的建筑節能相變恒溫材料，其特征是制備方法中所說的分散機為具有研磨功能的齒盤式高速分散機。
全文摘要
本發明提供一種建筑節能相變恒溫材料及制備方法。其特征在于建筑節能相變恒溫材料由下列重量份混合組成相變材料60-75份，納米氧化物15-35份，變性淀粉3-15份。其制備方法是先將相變材料吸附在具有微孔結構的納米氧化物中形成定型復合相變材料，再利用變性淀粉的兩性基團特性，使親油基團向定型復合相變材料定向分布形成包覆膜，在齒盤式高速分散機作用下干燥、磨細從而得到建筑節能相變恒溫材料。本發明不但解決了定型復合相變材料滲漏問題，而且變性淀粉的親水基團外露，在與建筑材料的砂漿、板材、膩子、涂料混合使用時具有良好潤濕性、和易性、粘結性，有利于相變材料在建筑節能領域的推廣應用。
文檔編號C04B24/38GK102795805SQ20121027247
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者陳慶, 曾軍堂 申請人:成都新柯力化工科技有限公司