一種相變陶粒及其製備方法
2023-05-03 16:29:46 2
一種相變陶粒及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種相變陶粒及其製備方法，通過真空吸附,先後在多孔陶粒上吸附相變溫度較低的無機水合鹽相變材料和相變溫度較高的有機相變材料，其中無機水合鹽相變材料具有較高的相變潛熱，其在多孔陶粒中的吸附量明顯高於有機相變材料，得到的相變陶粒具有較高的相變潛熱，可在多個溫度條件下發揮相變儲能作用；同時，有機相變材料對無機水合鹽相變材料具有封裝作用，可防止無機水合鹽吸水後相變儲熱功能失效。
【專利說明】一種相變陶粒及其製備方法
(-)【技術領域】
[0001]本發明涉及一種相變陶粒及其製備方法，屬節能材料與製品【技術領域】。
(二)【背景技術】
[0002]作為建築圍護結構的重要組成部分，牆體節能技術在建築節能中發揮著重要作用，牆體節能材料和構造的研究開發受到廣泛關注。通過在建築材料中引入相變材料，利用相變材料在發生相變時的吸熱和釋熱特性，溫度升高時，在建築材料中儲存相變潛熱，溫度下降時，將熱量釋放出來，可在一定程度上減小室內溫差變化幅度，因而有助於提高室內居住舒適度。發明專利03116286.X公開了一種建築用相變儲能複合材料，它以石膏、水泥等氣硬性或水硬性膠凝材料為基體，其中分散有膨脹粘土等多孔材料集料，多孔材料集料中儲存有石蠟或硬脂酸丁酯等有機相變材料。然而，該發明所用多孔材料集料中儲存的石蠟、硬脂酸丁酯等有機相變材料為憎水性材料，而多孔材料集料的孔隙為親水性表面，因而多孔集料中有機相變材料的吸附量較小，同時，與無機水合鹽相變材料相比，有機相變材料的價格較高，相變潛熱則較小。
[0003]另一方面，若直接在多孔材料集料中吸附無機水合鹽相變材料，雖然其吸附量較大,但無機水合鹽相變材料易吸收空氣中的水分而失去相變功能；攪拌於混凝土拌合物中時，也易吸水失效。
(三)
【發明內容】
[0004]本發明的目的主要是提供一種以吸附無機水合鹽相變材料為主，同時吸附有機相變材料，並能有效防止無機水合鹽吸水失效的相變陶粒及其製備方法。
[0005]本發明採用的技術方案是:
[0006]一種相變陶粒的製備方法，所述方法為:陶粒在負壓條件下先吸附相變為液態的無機水合鹽類相變材料，過濾，吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒在負壓條件下充分吸附相變為液態的有機相變材料，過濾，製得所述相變陶粒；所述無機水合鹽類相變材料和有機相變材料的相變溫度為10°c~55°C，所述的無機水合鹽相變材料的相變溫度低於有機相變材料的相變溫度；所述陶粒在_20kPa~-1OOkPa相對真空度下的吸水率大於40%。
[0007]進一步，本發明所述方法包括以下步驟:
[0008](I)將無機水合鹽類相變材料和有機相變材料分別加熱至各自相變溫度以上5~350C，分別得相變為液態的無機水合鹽相變材料和相變為液態的有機相變材料；所述無機水合鹽類相變材料和有機相變材料的相變溫度為10°c~55°C，所述的無機水合鹽相變材料的相變溫度低於有機相變材料的相變溫度；
[0009](2)將陶粒加熱至無機水合鹽相變材料的相變溫度以上5~35°C，置於反應器中抽真空至相對真空度為_20kPa~_80kPa ;在`負壓作用下將過量的步驟(1)中得到的相變為液態的無機水合鹽相變材料加入所述反應器中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的無機水合鹽相變材料中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，得吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒；
[0010](3)將步驟(2)中製得的吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒加熱至有機相變材料的相變溫度以上5~35°C，置於反應裝置中抽真空至相對真空度為-50kPa~-1OOkPa ；在負壓作用下，將過量的步驟(1)中得到的相變為液態的有機相變材料加入所述反應裝置中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的有機相變材料中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，濾餅在低於有機相變材料的相變溫度5~30°C下靜置10~30min，使吸附的有機相變材料相變成為固態後，製得所述相變陶粒。
[0011]優選的，步驟(3)中的相對真空度低於步驟(2)中的相對真空度，即步驟(3)中反應裝置抽真空後的絕對壓力低於步驟(2 )中反應器抽真空後的絕對壓力。
[0012]更進一步，本發明所述方法包括以下步驟:
[0013](a)將無機水合鹽類相變材料、有機相變材料A、有機相變材料B分別加熱至各自相變溫度以上5~35°C，分別得相變為液態的無機水合鹽相變材料、相變為液態的有機相變材料A、相變為液態的有機相變材料B ;所述無機水合鹽類相變材料、有機相變材料A和有機相變材料B的相變溫度為10°C~55°C;所述的無機水合鹽相變材料的相變溫度低於有機相變材料A的相變溫度，有機相變材料A的相變溫度低於有機相變材料B的相變溫度；
[0014](b)將陶粒加熱至無機水合鹽相變材料的相變溫度以上5~35°C，置於反應器中抽真空至相對真空度為_20kPa~_80kPa ;在負壓作用下將過量的步驟(a)中得到的相變為液態的無機水合鹽相變材料加入所述反應器中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的無機水合鹽相變材料中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，得吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒；
[0015](C)將步驟(b)中製得的吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒加熱至有機相變材料A的相變溫度以上5~35°C，置於反應裝置中抽真空至相對真空度為_50kPa~-1OOkPa ；在負壓作用下，將過量的步驟(a)中得到的相變為液態的有機相變材料A加入所述反應裝置中，使陶粒完全浸沒於相變為液態`的有機相變材料A中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，得吸附有無機水合鹽類相變材料和有機相變材料A的陶粒；
[0016](d)將步驟(C)製得的吸附有無機水合鹽類相變材料和有機相變材料A的陶粒加熱至有機相變材料B的相變溫度以上5~35°C，置於反應容器中抽真空至相對真空度為_60kPa~-1OOkPa ;在負壓作用下，將過量的步驟(a)中得到的相變為液態的有機相變材料B加入所述反應容器中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的有機相變材料B中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，濾餅在低於無機水合鹽類相變材料的相變溫度5~30°C下靜置10~30min，製得所述相變陶粒。
[0017]優選的，步驟(d)中的相對真空度低於步驟(C)中的相對真空度，步驟(C)中的相對真空度低於步驟(b)中的相對真空度，即步驟(d)中反應容器抽真空後的絕對壓力低於步驟(C)中反應裝置抽真空後的絕對壓力，步驟(C)中反應裝置抽真空後的絕對壓力低於步驟(b)中反應器抽真空後的絕對壓力。
[0018]本發明可選用各種市場上可獲得的陶粒，要求陶粒在_20kPa~-1OOkPa相對真空度下的吸水率大於40%，一般可選用多孔陶粒。
[0019]本發明可選用各種市場上可獲得的相變溫度在10°C~55°C範圍內的無機水合鹽類相變材料及有機相變材料，只要保證選用的無機水合鹽相變材料的相變溫度低於有機相變材料的相變溫度即可。
[0020]進一步，優選本發明所述無機水合鹽類相變材料為CaCl2.6H20 (相變溫度29.5 °C左右，29 ~30。。)、Na2SO4.IOH2O (相變溫度 31 ~32。。)、Na2HPO4.12H20 (相變溫度 35 ~36°C)或 KF.4H20 (相變溫度 18.5°C 左右，18 ~19°C)。
[0021]進一步，優選本發明所述有機相變材料為正葵酸(相變溫度32°C)、月桂酸(相變溫度42~44°C)或相變石蠟。所述相變石蠟的相變溫度為10°C~55°C，可選擇此範圍內的各種不同相變溫度的相變石臘，例如可選擇相變溫度為48~50°C的相變石蠟、相變溫度為20~22 °C的相變石蠟等等。
[0022]本發明方法中，可根據所選用的無機水合鹽相變材料的相變溫度，選用更高相變溫度的有機相變材料。
[0023]本發明還提供按照本發明所述的方法製得的相變陶粒。
[0024]與現有技術相比，本發明所述的相變陶粒的有益效果主要體現在:(I)在多孔陶粒中通過真空吸附法先引入具有較低相變溫度的無機水合鹽相變材料，再進一步通過真空吸附引入具有較高相變溫度的有機相變材料，得到的相變陶粒具有一定的相變儲熱功能；
(2)無機水合鹽相變材料具有較高的相變潛熱，其在多孔陶粒中的吸附量明顯高於有機相變材料，因而得到的相變陶粒具有較高的相變潛熱，可在多個溫度條件下發揮相變儲能作用，相比單獨吸附有機相變材料，相變潛熱顯著提高；(3)後吸附的有機相變材料對先吸附的無機水合鹽相變材料具有封裝作用，可防止無機水合鹽相變材料在使用中因吸水後相變儲熱功能失效，克服了無機水合鹽相變材料在工業運用中的缺陷。
(四)【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例中使用的相變陶粒製備裝置圖。
(五)【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護範圍並不僅限於此。
[0027]實施例1:
[0028]採用粒徑10~20mm多孔陶粒作為製備相變陶粒的多孔集料，_70kPa真空飽水法測得的質量吸水率為73.2%。選用的無機水合鹽相變材料為CaCl2.6H20，其相變溫度為29.5°C左右；選用的有機相變材料為正葵酸，其相變溫度為32°C。使用的裝置圖如圖1所示。但不限於此裝置，各種能夠抽真空的反應裝置均適用於本發明。
[0029]相變陶粒製備前，先將陶粒、無機水合鹽相變材料和有機相變材料分別加熱至29.50C +30.5 0C =60 °C, 29.5 °C +30.5°C =60 °C, 32 °C +27.5 °C =60°C，將真空處理罐置於水浴中加熱至60°C，然後將18.49g陶粒加入真空處理罐中進行抽真空處理，設定真空度為-50kPa,抽真空時間為lOmin。然後在負壓作用下,將50mL相變成為液態的無機水合鹽相變材料溶液加入真空處理罐，使陶粒完全浸沒於相變為液態的無機水合鹽相變材料中，繼續真空吸附lOmin。消除真空狀態後，過濾得到吸附有無機水合鹽相變材料CaCl2.6H20的多孔相變陶粒；將上述多孔相變陶粒置於另一個預熱至60°C的真空處理罐中進行真空處理，真空度為-70kPa，抽真空時間為lOmin。然後在負壓作用下，將50mL相變成為液態的有機相變材料溶液加入真空處理罐，使陶粒完全浸沒於相變為液態的有機相變材料中，繼續真空吸附lOmin，過濾得到進一步吸附有機相變材料正葵酸的多孔相變陶粒。經測定，所得相變陶粒產品中CaCl2.6H20的吸附量達到44.4%，正葵酸的吸附量為10.3%。而在真空度為_70kPa時，單獨吸附CaCl2.6H20的吸附量約為58.2%，單獨吸附正葵酸的吸附量約為42.3%。可見，採用本發明所述方法製備的相變陶粒，其相變材料總吸附量與單獨吸附CaCl2.6H20時相當，但明顯大於單獨吸附正葵酸時的吸附量，得到的複合相變陶粒，與單獨吸附正葵酸時相比，其相變潛熱明顯增大，如表1所示。且該相變陶粒可在不同溫度條件下發揮相變儲能作用。
[0030]表1
【權利要求】
1.一種相變陶粒的製備方法，其特徵在於所述方法為:陶粒在負壓條件下先吸附相變為液態的無機水合鹽類相變材料，過濾，吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒在負壓條件下充分吸附相變為液態的有機相變材料，過濾，製得所述相變陶粒；所述無機水合鹽類相變材料和有機相變材料的相變溫度為10°c~55°C，所述的無機水合鹽相變材料的相變溫度低於有機相變材料的相變溫度；所述陶粒在_20kPa~-1OOkPa相對真空度下的吸水率大於40%。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟: (1)將無機水合鹽類相變材料和有機相變材料分別加熱至各自相變溫度以上5~350C，分別得相變為液態的無機水合鹽相變材料和相變為液態的有機相變材料；所述無機水合鹽類相變材料和有機相變材料的相變溫度為10°c~55°C，所述的無機水合鹽相變材料的相變溫度低於有機相變材料的相變溫度； (2)將陶粒加熱至無機水合鹽相變材料的相變溫度以上5~35°C，置於反應器中抽真空至相對真空度為_20kPa~_80kPa ;在負壓作用下將過量的步驟(1)中得到的相變為液態的無機水合鹽相變材料加入所述反應器中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的無機水合鹽相變材料中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，得吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒； (3)將步驟(2)中製得的吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒加熱至有機相變材料的相變溫度以上5~35°C，置於反應裝置中抽真空至相對真空度為-50kPa~-1OOkPa ;在負壓作用下，將過量的步驟(1)中得到的相變為液態的有機相變材料加入所述反應裝置中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的有機相變材料中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，濾餅在低於有機相變材料的相變溫度5~30°C下靜置10~30min，製得所述相變陶粒。
3.如權利要求2所述的 方法，其特徵在於所述步驟(3)中的相對真空度低於步驟(2)中的相對真空度。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述無機水合鹽類相變材料為CaCl2.6H20、Na2SO4.IOH2O, Na2HPO4.12H20 或 KF.4H20。
5.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述有機相變材料為正葵酸、月桂酸或相變石蠟。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟: (a)將無機水合鹽類相變材料、有機相變材料A、有機相變材料B分別加熱至各自相變溫度以上5~35°C，分別得相變為液態的無機水合鹽相變材料、相變為液態的有機相變材料A、相變為液態的有機相變材料B ；所述無機水合鹽類相變材料、有機相變材料A和有機相變材料B的相變溫度為10°C~55°C;所述的無機水合鹽相變材料的相變溫度低於有機相變材料A的相變溫度，有機相變材料A的相變溫度低於有機相變材料B的相變溫度； (b)將陶粒加熱至無機水合鹽相變材料的相變溫度以上5~35°C，置於反應器中抽真空至相對真空度為_20kPa~_80kPa ;在負壓作用下將過量的步驟(a)中得到的相變為液態的無機水合鹽相變材料加入所述反應器中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的無機水合鹽相變材料中，保持真空5~lOmin，消 除真空狀態至常壓，過濾，得吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒；(c)將步驟(b)中製得的吸附有無機水合鹽類相變材料的陶粒加熱至有機相變材料A的相變溫度以上5~35°C，置於反應裝置中抽真空至相對真空度為-50kPa~-1OOkPa ;在負壓作用下，將過量的步驟(a)中得到的相變為液態的有機相變材料A加入所述反應裝置中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的有機相變材料A中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，得吸附有無機水合鹽類相變材料和有機相變材料A的陶粒； (d)將步驟(c)製得的吸附有無機水合鹽類相變材料和有機相變材料A的陶粒加熱至有機相變材料B的相變溫度以上5~35°C，置於反應容器中抽真空至相對真空度為_60kPa~-1OOkPa ;在負壓作用下，將過量的步驟(a)中得到的相變為液態的有機相變材料B加入所述反應容器中，使陶粒完全浸沒於相變為液態的有機相變材料B中，保持真空5~lOmin，消除真空狀態至常壓，過濾，濾餅在低於無機水合鹽類相變材料的相變溫度5~30°C下靜置10~30min，製得所述相變陶粒。
7.如權利要求1~6之一所 述的方法製得的相變陶粒。
【文檔編號】C09K5/06GK103509529SQ201310459544
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】孔德玉, 郝傳忠, 楊楊, 曾洪波 申請人:浙江工業大學