[發明專利]一種定形復合相變材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200910022762.0
• 申請日: 2009-06-01
• 公開（公告）號: CN101560376A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 張勇;鄒志榮;李建明;陳紅武
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所
• 代理人: 李 婷

技術領域

本發明涉及太陽能利用和蓄熱建筑材料領域，特別涉及一種可用于蓄熱建筑領域的，以復合無機相變材料為主材，以有機聚合物為封裝材料的定形復合相變材料及其制備方法。

背景技術

利用物質在固液、固固相變過程中吸收或釋放能量的特性可以將暫時不用的能量儲存起來，待需要時再加以利用，這類材料統稱為相變儲能材料，被廣泛應用于空調節能、建筑節能、甚至空間技術等方面。相變儲能材料包括無機類(結晶水合鹽、熔融鹽等)、有機類(石蠟類、酯酸類等)以及無機有機復合類。有機相變材料具有具有合適的相變溫度和較高的潛熱，并且無毒、無腐蝕性、無過冷、無分層等問題，穩定性強，相變過程可逆性好，適合在建筑領域中應用。但有機相變材料的缺點是導熱性差、價格高，有些材料在高溫或強氧化劑存在時會燃燒分解等。

利用相變材料的潛熱來進行熱能的儲存或釋放，可以制造出各種提高能源利用率的設施，同時，利用相變材料在相變過程中溫度近似恒定的特性，可以達到控制溫度的目的。因此在能源供給日趨緊張的今天，優質相變材料的應用可以大大緩解能源供需之間的矛盾。目前，這類材料已被廣泛應用于太陽能利用、余熱廢熱回收、智能化自動空調建筑物、玻璃暖房、相變儲能型空調、保溫服裝等民用和軍用領域，而且范圍在不斷擴大。

常用的高能相變材料是通過固液相變進行能量的存儲和釋放的，由于儲能時材料為液態，必須有容器密封封裝，不僅容易泄露還增大了傳熱介質和材料間的熱阻，且成本亦會相應提高，使得傳統的材料在太陽能利用和建筑領域推廣應用存在一定的困難。

為了能夠將相變材料廣泛應用，在早期的研究中，大都以石蠟為主要的相變材料，制成復合定型的新型相變材料。但隨著現代能源的供應不足，石蠟本身的價格日趨高漲，而且已經不再是一個經濟的相變材料主材了。

從相變材料封裝技術的發展過程來看，主要采用將相變材料和其他基本材料進行復合，制成相變復合材料。大體有三種方法：直接浸泡法、微膠囊法和多孔無機載體復合法，除此之外還沒有其他有效的更加經濟適用的包裝方法。

通過將相變材料和其他材料復合制備成形狀穩定的相變儲能復合材料，可以不需要容器裝載，從而減少單位熱能的存儲費用，已經有很多研究者用傳統建筑材料直接吸收相變材料制備相變儲能復合材料。最初的研究主要為直接浸泡法(專利200610030051.4)，優點是工藝簡單，易于對已有建筑材料改進。但是相變材料與基體材料的相容性問題始終難以有效解決。在這些比較成熟的相變材料封裝方法中，直接浸泡法雖然具有方便操作，價格低廉的特點，但由于存在嚴重的滲漏問題，在工程實踐中較少采用。微膠囊法加工技術要求過高，加工成本過大，無法適應建筑行業的要求，在建筑中也較少采用。

相變復合材料的耐久性始終是一個制約其廣泛使用的因素，包括相變材料多次相變循環后熱物理性質的下降、相變材料泄露、相變材料載體破壞，相變材料的熱物理性質在多次融解-凝固循環后開始退化。

在已公開的專利技術中涉及了將相變材料封裝在多孔建筑材料中的方法，但其生產工藝復雜，而且由于要將鑲邊材料封裝在多孔的建筑材料中(專利200810048159.5中公開了利用珍珠巖等多孔材料制備復合相變材料的方法)，然后再將封裝有相變材料的該類多孔輕質材料作為骨料加入在建筑材料中，因此在施工過程中不得不影響建筑材料的強度，而且除此之外還面臨封裝材料的滲漏問題，在實踐推廣中有一定的難度。珍珠巖等孔隙材料雖然可以作為吸附相變材料，但是最終的成型材料由于強度較低，不能夠單獨應用于建造，因此會大大增加建筑的成本和構造施工的難度。

有機復合封裝的材料，雖然具有相變穩定、無毒等特點，但是其導熱困難，加之價格昂貴，同時隨著石化燃料的枯竭，價格更會日趨高漲，(目前，在一些化工市場中已經開始出現了有價無市的局面)，因此，從根本上不可能做到節能、環保，難于滿足建筑應用的需求。

相比之下，無機相變材料具有價格低廉、來源廣泛、相變時熱容量大的特點。

Na₂SO₄·10H₂O和Na₂HPO₄·12H₂O和CaCl₂·6H₂O是無機水合鹽類中的化合物，通過加熱和冷卻過程中結晶水的脫出和水合作用而吸收和釋放熱量，是常用的相變儲能材料，具有潛熱大、導熱系數高、相變時體積變化小等優點。但它們在相變過程中通常會發生過冷和分層現象，導致性能不穩定。