自控相變儲能節能材料及其生產方法
2023-12-03 15:14:31 1
專利名稱：自控相變儲能節能材料及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種建築牆體的保溫材料及其生產工藝。
背景技術：
現代建築向高層發展，要求所用圍護結構為輕質材料。但普通輕質材料熱容較小，導致室內溫度波動較大。這不僅造成室內熱環境不舒適，而且還增加空調負荷，導致建築能耗上升。我國建築能耗佔全國總能耗的27％。為了貫徹節能降耗、持續發展的國策，建設部提出了三步節能65％的新建築節能標準。要達到上述標準，就必須改進傳統的牆體保溫材料和施工工藝。傳統的建築保溫隔熱材料包括聚苯板材(EPS)、膠粉聚苯顆粒和聚氨酯硬發泡材料，這些材料均具有單一熱阻性功能，其防火、抗壓、抗裂性能差，受氣候變化影響較大，容易造成安全隱患，並且在燃燒時會產生有毒物質，難以符合環保要求，也難以達到建築節能65％的標準。上述傳統材料的具體特點如下1、聚苯板材(EPS)抗壓性板材自身的強度低，只能靠水泥砂漿層來維持其表面的強度，易被破壞且不易修補。
抗裂性板材在施工中是經拼湊組合而成，它在拼湊處受熱應力的影響，會不同成度的產生裂縫，且由於裂縫本身的熱橋反應，使其保溫體系受到破壞而失效。
耐候性聚苯板本身不透氣，且板材與主牆體之間由於溫差產生凝水，在外保溫情況下由於凝結水反覆凝結融化，使保溫體系被破壞。並且，板材與主牆體之間屬空腔粘結，在負風壓的作用下，有被風揭掉的危險，高層建築尤為明顯。
防火性B1級或B2級，當有火災發生時材料在明火狀態下會軟化，達到燃點時會燃燒，存在安全引患。
環保性聚苯板燃燒時產生的氣體為劇毒的苯氣，會對人體造成嚴重的傷害。
施工僅限於規則牆體和平整強面，且要處理板縫，用聚合物粘結，再抹聚合物來加強其強度，施工複雜，需要專業的施工隊伍，影響工期。
經濟性根據材料密度不同，價格不同，工期長不節省其成本，且用的輔料多。
2、膠粉聚苯顆粒抗壓性聚苯顆粒為主要成份，由於聚苯顆粒本身強度不高，因此它的抗壓性不強，需加水泥砂漿進行表面處理，提高其強度。
抗裂性它的組成是由聚苯顆粒與膠粉聚合而成，不易粘結，時間稍長，便會產生空鼓與裂縫。
耐候性聚苯顆粒屬於大分子物質，分子鏈很容易被外界的因素破壞，一旦表面被破壞，不僅影響了整個保溫體系的保溫性，而且一旦遇水它也會「受潮回軟」，粘結力喪失而脫落，隱患重重。
防火性B1級。
環保性膠粉聚苯顆粒都來自於回收聚苯板粉碎而成，回收的來源不定，且聚苯顆粒燃燒時生成的氣體也是苯氣，為劇毒物質。
施工材料在工地現場配比，聚苯顆粒質量輕，容易散失，配比時不僅浪費了一部份聚苯顆粒，而且還汙染了工地環境。
經濟性本產品是由板材與膠粉複合而成的，結構鬆散，配比時需要專業隊伍，工藝造價高。
3、聚氨酯硬發泡材料抗壓性該材料的面層料與聚氨酯保溫層之間主要靠界面砂漿來保證。
抗裂性原材料本身乾燥後比較脆，隨著時間在老化過程中基底容易產生裂縫，由於聚氨酯保溫層與面層料之間，也容易產生脫層導致裂縫產生。
耐候性聚氨酯屬石油衍生物，抗老化性能差，時間越長，降解的程度就越重，而且溫度越高，老化程度就越快。
防火性多為B級不燃或可燃，在公共場所、車庫等部位使用受限制。
環保性此產品一旦燃燒，產生的苯氣，會對人造成嚴重燒傷。且為劇毒物質。
施工噴聚氨酯硬發泡前先做基層處理，要靠特別底漆做粘結層，對建築物牆體表面處理要求較高，如清潔、乾燥程度等，如果施工達不到要求就會對粘結度造成很大影響，安全性就存在隱患，另外，面層材料與聚氨酯的結合主要靠砂漿來保證，工藝要求高，否則，就會造成面層材料與聚氨酯之間的粘結問題，存在二次安全隱患，施工程序繁雜，且需要專業的施工隊伍。
經濟性工藝造價較高。
在另一方面，相變儲能建築材料應用於建材的研究始於1982年，由美國能源部太陽能公司發起。20世紀90年代以相變材料PCM處理建築材料(如石膏板、牆板與混凝土構件等)的技術發展起來了。隨後，相變材料PCM在混凝土試塊、石膏牆板等建築材料中的研究和應用一直方興未艾。1999年，國外又研製成功一種新型建築材料—固液共晶相變材料，在牆板或輕型混凝土預製板中澆注這種相變材料，可以保持室內溫度適宜。另歐美有多家公司利用相變材料PCM生產銷售室外通訊接線設備和電力變壓設備的專用小屋，可在冬夏天均保持在適宜的工作溫度。相變材料與建築材料的複合工藝目前主要有以下幾種方法(a)將PCM密封在合適的容器內。(b)將PCM密封后置入建築材料中。(c)通過浸泡將PCM滲入多孔的建材基體(如石膏牆板、水泥混凝土試塊等)。(d)將PCM直接與建築材料混合。
就目前來說，現存的問題主要在相變儲能建築材料耐久性以及經濟性兩個方面。耐久性問題主要有相變材料在循環過程中熱物理性質的退化問題、相變材料易從基體的洩漏問題、相變材料對基體材料的作用問題。經濟性的問題是相變材料的加入增加了施工工序和工程預算，以致喪失了與傳統材料的競爭能力。
發明內容
本發明的目的是提供一種自控相變儲能節能材料及其生產方法，主要解決傳統牆體保溫材料潛熱值較低、難以達到建築節能65％的問題；並解決相變材料易從基體的洩漏，傳統牆體保溫材料抗壓強度低、容易受氣候變化影響產生伸縮裂縫、從而造成材料抗老化性能差，粘結力喪失而脫落，導致整個建築保溫體系失效、甚至造成安全隱患的問題；同時解決傳統保溫材料防火性差、施工程序繁雜，工藝造價高，無法滿足節能環保要求的問題。
本發明的目的是這樣實現的這種自控相變儲能節能材料，是一種粉狀的混合物，其特徵在於按材料總重量為100份計算的配比如下水泥25～35份；粉煤灰 5～8份；含有石蠟的相變粉20～30份；磨細礦渣粉 4～8份；膠粉3～6份；纖維1～3份輕骨料 20～30份。
上述含有石蠟的相變粉是石蠟相變添加劑、或者主要成分是微晶石蠟粉、粗晶石蠟粉或乳化石蠟粉的相變粉。
上述膠粉可為551膠粉、5044膠粉、MC膠粉、可再分散速溶膠粉或可再分散性乳膠粉。
上述纖維可以是甲基纖維素、杜拉縴維、木質纖維、聚丙烯短纖維、水鎂石纖維、甲基纖維素或由2/3重量的甲基纖維素和1/3重量的杜拉縴維組合而成的混合纖維。
上述輕骨料可以是玻化微珠或聚苯顆粒。
上述輕骨料的外表可噴有甲醛分解劑。
一種上述自控相變儲能節能材料的生產方法，其特徵在於步驟如下步驟1，將水泥、粉煤灰、相變粉、磨細礦渣粉、膠粉、纖維、依照配比，投入混合機內攪拌均勻；步驟2，將輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒，投入混合機內繼續攪拌，充分混合均勻；步驟3，包裝，出成品。
一種上述自控相變儲能節能材料的生產方法，其特徵在於步驟如下步驟1、將水泥、粉煤灰、相變粉、磨細礦渣粉、膠粉、纖維、依照配比，投入混合機內攪拌5-8分鐘，使其均勻；步驟2，在輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒表面噴灑甲醛分解劑；步驟3、待表面的甲醛分解劑自然乾躁或烘乾；步驟4、將噴灑了甲醛分解劑的輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒，投入混合機內繼續攪拌58分鐘，充分混合均勻；步驟5、包裝，出成品。
本發明經國家建築材料測試中心檢驗，技術性能參數如下
汙染限量要求
本發明與現有傳統技術相比具有以下有益效果(一)、提高了保溫節能性能，具有自控調溫的能力。
本發明利用相變調溫機理，通過蓄能介質的相態變化實現對熱能儲存釋放，來改善室內熱循環質量。當環境溫度低於一定量值時，相變材料由液態凝結為固態，形成放熱；當環境溫度高於一定量值時，相變材料由固態熔化為液態，形成吸熱，使室溫相對平衡。本發明中的相變材料儲熱值很高，能將多餘熱量儲存起來，並適時平穩向外釋放，使室溫變化梯度減小，保持室溫趨近恆定。本發明利用相變蓄熱調溫機理，可改善當前大城市電力緊張狀況，通過對電負荷「削峰平谷」，充分利用低谷電價，降低住戶用電成本。
本發明自控相變儲能節能材料中的各組分相互作用，防止了材料熱物理性質的退化。本發明的自控相變儲能節能材料以獨特的自控功能，改變了當今建築室內單純依靠空調、採暖設備調節室溫的模式。本發明的材料將熱阻性和熱熔性結合應用於建築節能，同時打破了傳統保溫隔熱材料只具有單一熱阻性功能。本發明的自控相變儲能節能材料各組分配比恰當，從而不易從基體中洩漏，具有良好的黏結性、隔音性、環保性能和應用性。
本發明利用相變調溫機理有效提高牆體的保溫隔熱性能，可降低頂層、靠邊、首層等居住環境的採暖空調能耗，使整個建築各個位置節能效果均衡，同時提高夏季隔熱和冬季保溫的性能指標，有利於實現分戶採暖政策的實施。
本發明提高了保溫砂漿的施工性能、耐水性能、防水性能及軟化係數，本發明在無機膠凝粉料中加入了相變粉，使材料的潛熱值大於2000KJ，達到6500KJ，傳熱係數0.563W/(m2k)，使所保護的對象的溫度不會因環境溫度升高或降低產生明顯的變化。由於相變材料的自控固液相變轉化，存在著吸熱和放熱過程，起到很好的蓄熱、蓄能作用，所以具有保溫、隔熱雙重效果，從而改善了室內的熱環境，降低了能源消耗，實現了節能的目的。
(二)、抗裂防潮由於石蠟材料本身的有機物與主牆體之間的游離酸反應直接滲入主牆體的微孔隙之中，從而形成共同體，抗擊自然原因及其它原因引起的裂縫的產生能力很強，可提高牆體氣密性，熱容量，降低了牆體含溼率，有效防止冷輻射及空調對人體的危害，提高辦公、居住的舒適性。且材料中的水鎂石纖維與木質纖維的特殊構造形成網狀拉力結構，從而保證了材料的整體性，不易被破壞。水鎂石也稱氫氧鎂石(Brucite)Mg(OH)2，是蛇紋巖或白雲巖中的典型低溫熱液蝕變礦物，化學組成MgO 69.12％，H2O 30.88％。水鎂石的晶體結構屬層狀，單晶體呈厚板狀，常見者為片狀集合體，有時成纖維狀集合體，稱為纖水鎂石(nemalite)。
本發明配料中的纖維可形成網狀拉力抗裂結構，整體性好，可有效防止裂縫產生。
本發明配料中的輕骨料具有組織結構穩定的矽氧四面體，可確保材料的使用壽命。
本發明在材料中加入了可再分散膠粉，具有成膜快、粘度高、流平性好、保溼性強、硬度高、防裂性能好、抗酶、抗老化、性能穩定、無毒、無害、無汙染、無放射性、使用方便，使用量小、成本低廉的特點。
本發明乾燥成型後，具有溼呼吸性，有效防止主牆基底的冷凝水造成的空鼓、裂縫、脫落、結露、起皮、發黴等建築先天不足的問題。
經國家建築材料測試中心檢驗，本發明的幹表觀密度為235kJ/m3，水蒸氣溼流密度為1.56g/(m2k)。
(三)、抗壓性好經國家建築材料測試中心檢驗，材料的壓剪粘結強度達到216KPa，抗壓強度達到235Kpa，抗衝擊力能力強，不易被破壞。
(四)、耐候性好由於材料本身的物質都來原於天然的礦物質，惰性強，分子結構穩定，因此不易被水蒸氣、負風壓、高溫輻射、熱應力等因素分解，不影響其保溫性，且經中國建築材料檢測中心對樣品做凍融性檢測，結論是表面無裂紋、無龜裂、無脫落。
(五)、防火性能佳經國家建築材料測試中心檢驗，本發明屬A級不燃。
(六)、吸音降噪本發明配料中的輕骨料具有許多不穿透的中空結構、隔音效果理想，可有效控制震動源和阻隔撞擊樓板的聲波傳遞阻止空氣波傳遞，降低音量分貝數。分別使用在分戶隔牆、頂棚、地板部位，可解決住戶之間及城市噪音幹擾。
(七)、滅菌消毒本發明因相變材料中含有純天然香萜和香醇物質，具有驅蟲、滅菌、除臭作用，能夠滿足人們對居住環境更高層次的衛生要求。
(八)、綠色環保本發明材料中不含放射性物質，也沒有可揮發性有毒氣體。可以在輕骨料表面噴上甲醛分解劑，具有甲醛分解功能，材料上牆後可形成一層細微的具有長期效果的分解層，專門用來分解室內甲醛與二氧化碳，無腐蝕、無汙染、無異味、對環境和人體無害、確保了室內達到綠色環保標準。經檢測，可以將有害氣體分解且與之吸收，即有吸音降噪之功能。
(九)、施工簡便本發明為常溫、常壓生產，施工簡便，按比例加水攪拌均勻後，直接塗抹；可替代基底抹灰層，並具有防潮及防泛鹼效果。本發明屬保溫砂漿類產品，適用面廣，可用於外牆、內牆、屋面、樓梯間、頂棚、分戶隔牆及牆體異形拐角處勻能使用，可操作性好，且工藝流程簡便易行，同樣的施工面積工期比板材可縮短15％。
(十)、經濟性本發明應用於牆體時，牆面無需處理，施工輕便，可機器攪拌，大大縮短工期，可在滿足建築節能65％的前提下，節省1/3的施工成本。
綜上，本發明解決了相變材料在循環過程中熱物理性質不易退化的問題；相變材料易從基體的洩漏問題。其應用可促使房間內的氣溫穩定及空調系統工況的平穩，提高建築圍護結構的絕熱性、蓄熱性和溼呼吸性能，促使人類居住條件實現自然化、舒適化、智能化、節能化。
具體實施例方式
實施例一這種自控相變儲能節能材料是一種粉狀的混合物，按材料總重量為100份計算的配比如下(1)、水泥35份。
(2)、粉煤灰5.5份。
(3)、含有石蠟的相變粉25份。上述含有石蠟的相變粉為河北保定華工廠生產的石蠟相變添加劑，可以是由微晶石蠟粉、粗晶石蠟粉或乳化石蠟粉與季戊四醇的混合物。
(4)、磨細礦渣粉5份。
(5)、551膠粉4份。還可選擇市場上銷售的5044膠粉、德國進口的551膠粉，MC膠粉、BHW-可再分散速溶膠粉或VA-8可再分散性乳膠粉。
(6)、杜拉縴維0.5份；甲基纖維素(MC)1份。也可以選擇木質纖維、聚丙烯短纖維、水鎂石纖維、或由上述纖維組合而成的混合纖維。上述纖維的長度為1-1.5cm。
(7)、玻化微珠輕骨料24份。噴在輕骨料表面的甲醛分解劑選擇市場上公開銷售的產品，例如青島路博產的含有甲醛溶解酶的甲醛清除劑、除甲醛劑。
實施例二這種自控相變儲能節能材料是一種粉狀的混合物，按材料總重量為100份計算的配比如下(1)、水泥27.5份。
(2)、粉煤灰7.5份。
(3)、含有石蠟的相變粉25份。上述含有石蠟的相變粉為河北保定華工廠生產的石蠟相變添加劑，或由微晶石蠟粉、粗晶石蠟粉或乳化石蠟粉與季戊四醇的混合物。
(4)、磨細礦渣粉6份。
(5)、551膠粉4份。還可選擇市場上銷售的5044膠粉、德國進口的551膠粉，MC膠粉、BHW-可再分散速溶膠粉或VA-8可再分散性乳膠粉。
(6)、杜拉縴維0.5份；甲基纖維素(MC)1.5份。也可以選擇木質纖維、聚丙烯短纖維、水鎂石纖維、或由上述纖維組合而成的混合纖維。上述纖維的長度為1-1.5cm。
(7)、玻化微珠輕骨料28份。噴在輕骨料表面的甲醛分解劑選擇市場上公開銷售的產品，例如青島路博產的含有甲醛溶解酶的甲醛清除劑、除甲醛劑。
實施例三這種自控相變儲能節能材料是一種粉狀的混合物，按材料總重量為100份計算的配比如下(1)、水泥27份。
(2)、粉煤灰7.5份。
(3)、含有石蠟的相變粉27份。上述含有石蠟的相變粉可以是石蠟相變添加劑，或由微晶石蠟粉、粗晶石蠟粉或乳化石蠟粉與粉料載體的混合物。
(4)、磨細礦渣粉6.5份。
(5)、551膠粉5份。還可選擇市場上銷售的5044膠粉、MC膠粉、BHW-可再分散速溶膠粉或VA-8可再分散性乳膠粉。
(6)、水鎂石纖維1份和木質纖維1份，上述纖維的長度為1-1.5cm。
(7)、輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒25份。甲醛分解劑選擇市場上公開銷售的產品，例如青島路博產的含有甲醛溶解酶的甲醛清除劑、除甲醛劑。噴灑量以輕骨料表面潤溼或以需要為宜。
實施例四這種自控相變儲能節能材料是一種粉狀的混合物，按材料總重量為100份計算的配比如下(1)、水泥25份。
(2)、粉煤灰6份。
(3)、含有石蠟的相變粉30份。可以是石蠟相變添加劑，或由微晶石蠟粉、粗晶石蠟粉或乳化石蠟粉與無機粉料載體的混合物。
(4)、磨細礦渣粉6份。
(5)、551膠粉6份。還可選擇市場上銷售的5044膠粉、MC膠粉、BHW-可再分散速溶膠粉或VA-8可再分散性乳膠粉。
(6)、杜拉縴維1份；甲基纖維素(MC)2份。也可以選擇木質纖維、聚丙烯短纖維。或由上述纖維組合而成的混合纖維。上述纖維的長度為1-1.5cm。
(7)、低導熱係數的玻化微珠或聚苯顆粒輕骨料24份。輕骨料的外表噴有甲醛分解劑。甲醛分解劑可選擇市場上公開銷售的產品，例如青島路博產的含有甲醛溶解酶的甲醛清除劑、除甲醛劑。
這種自控相變儲能節能材料的生產方法實施例如下實施例一，步驟如下步驟1，將水泥、粉煤灰、相變粉、磨細礦渣粉、膠粉、纖維、依照上述配比，順序投入混合機內攪拌7分鐘，使其混合均勻。
步驟2，將輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒，投入混合機內繼續攪拌，充分混合7分鐘。
步驟3，儲存、包裝，出成品。
實施例二，步驟如下步驟1、將水泥、粉煤灰、相變粉、磨細礦渣粉、膠粉、纖維、依照上述配比，投入混合機內攪拌6分鐘，使其混合均勻；步驟2，在輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒表面噴灑甲醛分解劑；步驟3、待輕骨料表面的甲醛分解劑自然乾躁或烘乾；步驟4、將表面噴灑了甲醛分解劑的輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒，投入混合機內繼續攪拌6分鐘，充分混合均勻；步驟5、包裝，出成品。
權利要求
1.一種自控相變儲能節能材料，是一種粉狀的混合物，其特徵在於按材料總重量為100份計算的配比如下水泥25～35份；粉煤灰 5～8份；含有石蠟的相變粉20～30份；磨細礦渣粉 4～8份；膠粉3～6份；纖維1～3份輕骨料 20～30份。
2.根據權利要求1所述的自控相變儲能節能材料，其特徵在於上述含有石蠟的相變粉是石蠟相變添加劑、或者主要成分是微晶石蠟粉、粗晶石蠟粉或乳化石蠟粉的相變粉。
3.根據權利要求1所述的自控相變節能保溫材料，其特徵在於上述膠粉為551膠粉、5044膠粉、MC膠粉、可再分散速溶膠粉或可再分散性乳膠粉。
4.根據權利要求1所述的自控相變儲能節能材料，其特徵在於上述纖維是甲基纖維素、杜拉縴維、木質纖維、聚丙烯短纖維、水鎂石纖維、甲基纖維素或由2/3重量的甲基纖維素和1/3重量的杜拉縴維組合而成的混合纖維。
5.根據權利要求1所述的自控相變儲能節能材料，其特徵在於上述輕骨料是玻化微珠或聚苯顆粒。
6.根據權利要求1所述的自控相變儲能節能材料，其特徵在於上述輕骨料的外表噴有甲醛分解劑。
7.一種權利要求1-6任意一項所述自控相變儲能節能材料的生產方法，其特徵在於步驟如下步驟1，將水泥、粉煤灰、相變粉、磨細礦渣粉、膠粉、纖維、依照配比，投入混合機內攪拌均勻；步驟2，將輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒，投入混合機內繼續攪拌，充分混合均勻；步驟3，包裝，出成品。
8.一種權利要求1-6任意一項所述自控相變儲能節能材料的生產方法，其特徵在於步驟如下步驟1、將水泥、粉煤灰、相變粉、磨細礦渣粉、膠粉、纖維、依照配比，投入混合機內攪拌58分鐘，使其均勻；步驟2，在輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒表面噴灑甲醛分解劑；步驟3、待表面的甲醛分解劑自然乾躁或烘乾；步驟4、將噴灑了甲醛分解劑的輕骨料玻化微珠或聚苯顆粒，投入混合機內繼續攪拌5-8分鐘，充分混合均勻；步驟5、包裝，出成品。
全文摘要
一種自控相變儲能節能材料及其生產方法，該材料按材料總重量為100份計算的配比如下水泥25～35份；粉煤灰5～8份；含有石蠟的相變粉20～30份；磨細礦渣粉4～8份；膠粉3～6份；纖維1～3份；輕骨料20～30份。上述輕骨料是玻化微珠或聚苯顆粒，其外表可分布有甲醛分解劑。本發明利用相變調溫機理，通過蓄能介質的相態變化實現對熱能儲存釋放，來改善室內熱循環質量，解決了相變材料在循環過程中熱物理性質易退化的問題，並解決了相變材料易從基體中洩漏的問題，其應用可促使房間內的氣溫穩定及空調系統工況的平穩，提高建築圍護結構的絕熱性、蓄熱性和溼呼吸性能。
文檔編號C04B14/04GK101074157SQ20071020080
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月8日 優先權日2007年6月8日
發明者王勝懷 申請人:王勝懷