多孔基相變儲熱顆粒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種多孔基相變儲熱顆粒及其制備方法，采用孔隙發(fā)達、力學性能良好的多孔火山巖作為基體材料，利用其多孔的良好吸附特性，在真空條件下將有機固-液相變材料吸附在基體孔結構中，外表面采用熱固性樹脂沉浸法包裹，其中為改善相變顆粒的導熱性能，在包裹料熱固性樹脂中添加了導熱系數(shù)高的導熱填料。所制得的多孔基相變儲熱顆粒具有穩(wěn)定形狀、低滲透、高傳導性、儲熱效果和力學性能優(yōu)良的特性。
【專利說明】多孔基相變儲熱顆粒及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種相變儲熱材料，具體為一種多孔基相變儲熱顆粒及其制備方法，可應用于建筑節(jié)能工程、交通工程、土木工程等領域。
【背景技術】
[0002]自20世紀70年代能源危機后，相變儲能技術在工業(yè)節(jié)能和新能源領域的應用日益受到重視。隨之相變儲能的基礎和應用研究在世界發(fā)達國家迅速崛起并得到不斷發(fā)展，其研究和應用涉及材料科學、太陽能、工程熱物理、空調、建筑節(jié)能、采暖及工業(yè)廢熱利用等領域。將相變材料用于建筑節(jié)能研究是一種新興的技術，國外在20世紀90年代中期開始逐步探索相變材料在建筑行業(yè)應用的可行性問題，近年來，國際能源機構也開展了相變儲能材料在建筑節(jié)能領域方面運用的研究和應用計劃，由歐、美、日等一些發(fā)達國家參與，相繼取得了一些成果。我國在相變儲能材料方面的研究起步較晚，近年來，在相變材料熱物性及儲熱理論方面取得了一些進展。
[0003]相變儲熱是利用相變材料物態(tài)轉變過程中伴隨的能量吸收和釋放而進行的，是一種潛熱儲存方式，由于相變潛熱比物質的比熱容大，其儲熱密度比顯熱儲存高得多，且具有在相變過程中溫度基本保持不變的特性。物質的相變形式有固-固、固-液、液-氣和固-氣四種，其中固-液相變過程，材料的體積變化甚小，且相變潛熱高，因此，固-液相變被認為是最可行的相變儲熱方式，也是目前具有最大實用價值的相變儲熱方式。目前國內外研制的作為固-液相變儲能材料主要包括無機類和有機類兩種，但當相變物質處于液相狀態(tài)時往往都會面臨流動和滲漏的問題，影響其使用效果，故必須進行適當?shù)姆庋b處理，如采用膠囊包裹、無機介質吸附等方式。
[0004]中國專利CN1294229C “多孔石墨基相變儲能復合材料及其制備方法”和CNlOl 144006“一種相變儲能砂漿及制備方法”中采用多孔石墨為吸附基體；CN1303181C“建筑用相變儲能復合材料”中采用的多孔材料為膨脹黏土、膨脹頁巖、膨脹珍珠巖或膨脹粉煤灰；CN1303182C “相變儲能陶粒及其制備方法”中采用多孔黏土、頁巖、膨脹珍珠巖陶粒為基體；CN101121876“一種利用膨脹珍珠巖制備復合相變材料的方法”和CN101671136 “一種基于相變蓄熱的新型儲能保溫砂漿的制備方法”中采用膨脹珍珠巖為載體；CN101348708 “有機無機復合相變材料的制備方法”中無機多孔礦物為膨脹珍珠巖、海泡石、沸石或凹凸棒土 ；CN101747868A “一種復合相變儲能材料及其制備方法”和CN101798497A “復合相變儲能材料及其制備方法”中均以埃洛石為基體。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種以多孔火山巖為基體的多孔基相變儲熱顆粒及其制備方法，該材料來源廣泛、成本低廉、儲熱效果和力學性能良好。
[0006]本發(fā)明提出的多孔基相變儲熱顆粒，以多孔火山巖為基體，其內部吸附儲存固-液相變材料，外部包覆含有導熱填料的熱固性樹脂膜層；該多孔火山巖孔隙率10%~55%，固-液相變材料的體積百分率為8%~50%，外包覆層厚度以熱固性樹脂與吸附后的多孔玄武巖相變顆粒的質量比表示，即8%~20%，導熱填料的摻量為熱固性樹脂質量的0.1% ~0.8%。
[0007]所述多孔基相變儲能顆粒的基體為多孔火山巖，火山巖是火山爆發(fā)后由形成的多孔形石材，因其在表面均勻布滿氣孔，同時具有抗風化、耐高溫、吸聲降噪、吸水防滑阻熱、調節(jié)空氣濕度，改善生態(tài)環(huán)境；導電系數(shù)小、無放射性、永不褪色等特性，已成為一種新型的功能型環(huán)保材料。該火山巖直徑為50mm，高徑比為I和2的圓柱體試件單軸抗壓強度達21.5MPa和69.4MPa，力學性能良好。將火山巖破碎后用標準篩篩分:31.5mm,26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm 等,制成多孔集料。
[0008]所述有機固-液相變材料為石蠟、聚乙二醇類(分子量2000~20000)、脂脂酸和脂肪醇類及其衍生物等一種或多種的混合。
[0009]所述外層包覆料為熱固性樹脂，熱固性樹脂A組份為液體環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯，B組份為相應的固化組份。
[0010]所述導熱填料為金屬招粉或銅粉、石墨粉，導熱填料占包覆料質量的0.1%~0.8%。
[0011]本發(fā)明提出的多孔基相變儲熱顆粒的制備方法為:采用真空吸附法利用多孔火山巖孔隙吸附儲存固-液相變材料，再采用沉浸法封裝，在火山巖顆粒表面包覆含有金屬粉或石墨粉的熱固性樹脂膜層，常溫固2~4天。
[0012]上述制備方法中，真空吸附法步驟如下:
1)取烘干后的多孔集料放入錐形瓶 中，抽取真空，并置于高于所選相變材料相變溫度的5~10°C水浴中，真空預熱0.5~Ih ;
2)將干燥處理的固-液相變材料放入錐形瓶中，置于高于所選相變材料相變溫度的5~10 C水浴中，全部溶融后備用；
3)將液體相變材料倒入多孔集料錐形瓶中，體積以淹沒多孔集料為準，真空吸附lh，每隔20min關閉一次真空，讓多孔集料孔隙形成內外壓差，加速氣泡逸出以增加吸附量；
4)將吸附顆粒倒在預熱的網篩上，表干后密封備用。
[0013]上述制備方法中，沉浸法封裝步驟如下:
1)稱取熱固性樹脂A劑，加入適量導熱填料，快速攪拌至均勻；
2)按配比加入固化組份B劑，快速攪拌約lOmin，使混合物充分混合；
3)靜置，待合適稠度時加入吸附顆粒，調和均勻；
4)取出包覆相變顆粒，攤鋪在聚四氟乙烯板上，注意顆粒間不要互相粘連，待熱固性樹脂常溫固化3~4天即可。
[0014]本發(fā)明制備的多孔基復合相變儲熱顆粒相變溫度為5~80°C之間，相變潛熱20~60J/g。本發(fā)明的熱特性參數(shù)均采用耐馳綜合熱分析儀STA449C，將相變儲熱顆粒磨細取樣所測。
[0015]本發(fā)明采用的多孔火山巖作為固-液相變材料的吸附基體，破碎后得到多孔火山巖集料粒徑可控，孔隙率和孔徑發(fā)達，力學性能良好，非常適合作固-液相變材料的儲存基體，外表面包覆一層低滲透性膜層，進一步提高了其儲存可靠性和儲熱穩(wěn)定性，同時為改善傳熱性能，在外覆膜層中添加導熱系數(shù)高的導熱填料，增強多孔基相變儲熱顆粒的傳熱功能。此外，多孔火山巖來源廣泛、價格低廉、力學性能好、制備工藝簡單、易實現(xiàn)工業(yè)化生產，因此該多孔基相變儲熱顆粒可直接應用于水泥混凝土、浙青混合料中，用作建筑節(jié)能、路面降溫等領域的應用。
【具體實施方式】
[0016]實施例1。
[0017]取粒徑為19~26.5mm的多孔火山巖破碎集料，測得孔隙率為43.8% ;選用相變溫度為62°C、相變潛熱為196J/g的國產64#石蠟為固-液相變材料。多孔集料于105°C中烘干12h，放入錐形瓶中，抽真空，于75°C水浴中，真空預熱30min ;將熔融液體石蠟倒入多孔集料錐形瓶中，體積以淹沒多孔集料為準，真空吸附lh，每隔20min關閉一次真空；取出吸附顆粒置于網篩上表干，浸入調配均勻的液體環(huán)氧A劑、固化組份B劑和適量石墨粉的混合液體中，慢速攪拌，使吸附顆粒表面均勻包覆環(huán)氧膜層，取出攤鋪在聚四氟乙烯板上，注意顆粒間不要互相粘連，待環(huán)氧樹脂常溫固化3天即可。石蠟在相變顆粒中的有效含量約17% ;相變顆粒的相變溫度為62.1°C，相變潛熱為33.lj/g。
[0018]實施例2。
[0019]取粒徑為16~19mm的多孔火山巖破碎集料，測得孔隙率為39.2% ;選用相變溫度為47°C、相變潛熱為219J/g的聚乙二醇4000作為固-液相變材料。多孔集料于105°C中烘干12h，放入錐形瓶中，抽真空，于70°C水浴中，真空預熱30min ;將熔融液體聚乙二醇4000倒入多孔集料錐形瓶中，體積以淹沒多孔集料為準，真空吸附lh，每隔20min關閉一次真空；取出吸附顆粒置于網篩上表干，浸入調配均勻的液體環(huán)氧A劑、固化組份B劑和適量石墨粉的混合液體中，慢速攪拌，使吸附顆粒表面均勻包覆環(huán)氧膜層，取出攤鋪在聚四氟乙烯板上，注意顆粒間不要互相粘連，待環(huán)氧樹脂常溫固化3天即可。聚乙二醇4000在相變顆粒的有效含量約15.2% ;相變顆粒的相變溫度為47.2°C，相變潛熱為32.3J/g。
[0020]實施例3。
[0021]取粒徑為13.2~16mm的多孔火山巖破碎集料，測得孔隙率為35.4% ;選用相變溫度為55°C、相變潛熱為250.3J/g的十八醇作為固-液相變材料。多孔集料于105°C中烘干12h，放入錐形瓶中，抽真空，于65°C水浴中，真空預熱30min ;將熔融液體十八醇倒入多孔集料錐形瓶中，體積以淹沒多孔集料為準，真空吸附lh，每隔20min關閉一次真空；取出吸附顆粒置于網篩上表干，浸入調配均勻的液體不飽和聚酯A劑、固化組份B劑和適量的鋁粉的混合液體中，慢速攪拌，使吸附顆粒表面均勻包覆不飽和聚酯膜層，取出攤鋪在聚四氟乙烯板上，注意顆粒間不要互相粘連，待環(huán)氧樹脂常溫固化3天即可。十八醇在相變顆粒的有效含量約14% ;相變顆粒的相變溫度為55.6°C，相變潛熱為34.3J/g。
[0022]實施例4。
[0023]取粒徑為9.5~13.2mm的多孔火山巖破碎集料，測得孔隙率為30.6% ;選用相變溫度為45°C、相變潛熱為188.lj/g的聚乙二醇2000作為固-液相變材料。多孔集料于105°C中烘干12h，放入錐形瓶中，抽真空，于60°C水浴中，真空預熱30min ;將熔融液體聚乙二醇2000倒入多孔集料錐形瓶中，體積以淹沒多孔集料為準，真空吸附lh，每隔20min關閉一次真空；取出吸附顆粒置于網篩上表干，浸入調配均勻的液體環(huán)氧A劑、固化組份B劑和適量石墨粉的混合液體中，慢速攪拌，使吸附顆粒表面均勻包覆環(huán)氧膜層，取出攤鋪在聚四氟乙烯板上，注意顆粒間不要互相粘連，待環(huán)氧樹脂常溫固化3天即可。聚乙二醇2000在相變顆粒的有效含量約12.4% ;相變顆粒的相變溫度為45.3°C，相變潛熱為23.lj/g。
[0024]實施例5。
[0025]取粒徑為4.75~9.5mm的多孔火山巖破碎集料，測得孔隙率為26.4% ;選用相變溫度為41.7°C、相變潛熱為228.lj/g的二十二酸作為固-液相變材料。多孔集料于105°C中烘干12h，放入錐形瓶中，抽真空，于50°C水浴中，真空預熱30min ;將熔融液體二十二酸倒入多孔集料錐形瓶中，體積以淹沒多孔集料為準，真空吸附lh，每隔20min關閉一次真空；取出吸附顆粒置于網篩上表干，浸入調配均勻的液體環(huán)氧A劑、固化組份B劑和適量鋁粉的混合液體中，慢速攪拌，使吸附顆粒表面均勻包覆環(huán)氧膜層，取出攤鋪在聚四氟乙烯板上，注意顆粒間不要互相粘連，待環(huán)氧樹脂常溫固化3天即可。二十二酸在相變顆粒的有效含量約11.2% ;相變顆粒的相變溫度為4`2.1°C，相變潛熱為24.7J/g。
【權利要求】
1.一種以多孔火山巖為基體的多孔基相變儲熱顆粒。
2.權利要求1所述的多孔基相變儲熱顆粒，其特征在于以多孔火山巖為基體，其內部吸附儲存有機固-液相變材料，外部包覆熱固性樹脂。
3.權利要求2所述多孔基相變儲熱顆粒，其特征在于多孔火山巖基體孔隙率為10%~55%。
4.權利要求2所述多孔基相變儲熱顆粒，其特征在于基體內部吸附的有機固-液相變材料為石蠟、聚乙二醇類(分子量2000~20000)、脂脂酸、脂肪醇類及其衍生物中的一種或多種的混合。
5.權利要求2所述多孔基相變儲熱顆粒，其特征在于其外部包覆材料為熱固性樹脂。
6.權利要求2所述多孔基相變儲熱顆粒，其特征在于外層熱固性樹脂添加導熱性能好的金屬粉或石墨粉。
7.一種與權利要求1~6所述的多孔基相變儲熱顆粒的制備方法，其特征在于采用真空吸附法，使多孔火山巖吸附和儲存有機固-液相變材料；再采用沉浸法，在吸附顆粒外部包覆含有導熱填料的熱固性樹脂。
8.權利要求1~7所述多孔基復合相變儲熱顆粒，其主要應用于建筑節(jié)能工程、交通工程、土木工程等領域。
【文檔編號】C09K5/06GK103509526SQ201210198506
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月17日 優(yōu)先權日:2012年6月17日
【發(fā)明者】曹雪娟, 何麗紅, 朱洪洲, 鄒曉翎, 劉唐志, 李菁若, 張一博 申請人:曹雪娟