[發明專利]一種火山灰定形復合相變材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610583391.3
• 申請日: 2016-07-16
• 公開（公告）號: CN107619657A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 馬學文
• 申請（專利權）人: 山東森森礦業新材料有限公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種以天然火山灰為載體的復合相變材料及其制備方法，屬于非金屬礦深加工領域，產品主要用于室內建筑節能領域。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，能源危機已成為制約社會發展的關鍵因素。建筑用能占國家一次能源消耗的20～40％，在某些發達地區甚至高達45％。研究表明，預計到2020年我國高耗能建筑面積將達到700億平方米。因此，如果不注重建筑節能設計，將直接加劇我國能源危機。同時，建筑節能也是未來解決全球能源困境的重要途徑之一。

相變儲能是一種有效解決太陽能、風能等新能源供需矛盾的儲能技術，是提高能源利用效率、節約能源的有效手段。利用相變材料在發生相變時吸收或放出大量潛熱，可以有效調整、控制工作源周圍環境的溫度，減輕能源供求之間在時間和速度上的不匹配程度，具有相變過程近似恒溫、蓄能密度大、熱穩定性好等特性，已成為目前最具有實際發展前途，也是目前應用最多和最重要的建筑節能材料。相變材料作為一類高效的儲能物質，既可以提升建筑材料功能、降低建筑能耗和調整建筑室內環境舒適度，又能夠將可利用的熱能以相變潛熱的形式進行儲存，從而實現可利用熱能的儲存與轉換，在建筑節能中具有良好的發展前景。

常用的固液相變材料包括石蠟、烷烴、脂肪酸或醇類等。由于上述材料具有導熱系數小，熔融易泄漏、易揮發、易燃燒和易腐蝕等缺陷，極大限制了其大規模實際工程應用。在工程應用時，固-液相變材料往往需要載體容納或封裝包裹，使其發生固液“相”態變化時，液體無泄漏或滲出，而且有空間容納其體積膨脹或收縮，使材料不變形或破裂。因此，實用性的相變儲能材料基本上是一種包裹型或負載型的定形復合相變材料。這種定形復合技術不僅可以使材料在相變時保持宏觀形狀不發生變化，也有效解決了材料滲漏問題。

定形相變材料，一般主要由相變材料和支撐材料組成。支撐材料主要包括微膠囊、高分子樹脂、多孔介質、天然礦物等。目前，定形相變材料已成為國內外建筑節能材料領域的研究熱點。例如：專利CN 102888211公開了用聚苯胺和長鏈脂肪酸在表面活性劑、引發劑等作用下制得定形相變材料，但該制備工藝復雜，且用于制備支撐材料聚苯胺的原料的毒性較大，屬于致癌物質；專利CN 103666380公開了一種多孔介質復合相變儲能顆粒的制備方法，利用多孔礦物介質作為載體，對液態相變材料進行混合吸附，并將其灌入流化床，利用流化床中一定流速的冷空氣對未冷卻的相變顆粒進行強制對流冷卻，并利用氣流及物料之間的沖擊作用使顆粒分散；專利CN 103570311公開了一種石蠟/膨脹珍珠巖相變保溫砂漿的制備方法，采用“兩步法”制備了石蠟/膨脹珍珠巖相變保溫砂漿。上述幾種定形復合相變材料均存在以下不足之處：(1)室內相變材料適宜的相變溫度為15～30℃，而大多數材料相變溫度不合適，不能與室內建筑節能很好的適用；(2)機械性能和耐久性差：將相變材料包裹制備微膠囊，機械性能和耐久性差，容易被破壞；(3)微膠囊或高分子制備工藝過程復雜，制備成本高，或原料具有毒性；(4)所得的定形復合相變材料熱穩定性差且易燃，在實際應用中適應性較差。

火山灰是一種天然的多孔礦物材料，是火山噴發時隨同熔巖一起噴發的大量熔巖碎屑和粉塵，沉積到地表面或水中成松散或輕度膠結的物質。火山灰中含有活性較高的SiO₂和Al₂O₃，具有比重小、粒度細、比表面積大的特點，顆粒具有發達的孔結構。火山灰是隨著火山噴發而可以再生的天然礦物，開發利用成本較低。我國是一個多火山的國家，火山灰資源十分豐富，分布區域北起黑龍江、南至海南島。目前，國內在火山灰開發利用上沒能充分發掘火山灰功能性，只是作為普通膠凝填料應用在混凝土和改性瀝青中或用作吸音保溫建材，產品附加值不高。

本項發明的目的是針對目前火山灰開發與負載型定形復合相變材料的不足，提供一種以來源廣泛的天然火山灰為固定載體、有機固-液相變材料為相變體的有機/無機相變儲能復合材料的制備方法。這種有機/無機相變儲能復合材料不僅相變溫度適宜、相變潛熱較高、穩定性好，而且生產成本較低、附加值高、實用性好。

發明內容

本發明的技術方案是，首先通過季銨鹽改性天然火山灰，改善其與有機相變材料的相容性，然后將有機改性后的火山灰與有機相變材料進行熱混復合，制得所述火山灰定形復合相變材料。具體制備方法及工藝步驟如下：