[发明专利]一种石蜡相变储能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种石蜡相变储能材料及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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，随后取出搅拌均匀，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，这样就形成了均匀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％海藻酸钠水溶液均匀喷洒于混合料中，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。

本发明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。本发明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。