CN102417340B - 一种石膏基相变储能聚合物保温砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石膏基相变储能聚合物保温砂浆及其制备方法，其各组分及各组分的重量份分别如下：煅烧脱硫石膏粉20-30份，活性矿物掺合料10-40份，玻化微珠骨料20-40份，相变温度为18-27℃的定型脂肪酸相变储能材料5-30份，可再分散乳胶粉2-5份，木质纤维0.1-0.5份，保水剂0.2-0.6份，憎水剂0.1-0.5份，石膏缓凝剂0.2-0.6份，石膏减水剂0.3-0.8份，水50-80份。先将煅烧脱硫石膏粉，粉煤灰，矿渣，石膏减水剂，石膏缓凝剂，木质纤维，保水剂，憎水剂，可再分散乳胶粉投入到砂浆搅拌机中混合搅拌，然后再加入玻化微珠骨料、定型脂肪酸相变材料和水后混合搅拌，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
Description
技术领域
本发明涉及储能复合材料领域，尤其涉及一种石膏基相变储能聚合物保温砂浆及其制备方法。
背景技术
石膏基玻化微珠聚合物保温砂浆是指用具有绝热保温性能的低密度玻化微珠作为轻质骨料，采用石膏粉为主要胶凝材料和其它多元复合外加剂，按一定比例经一定工艺制成的保温抹面材料，具有质量轻，保温隔热、成本低、施工速度快等优点，较一般有机保温砂浆具有较好的阻燃性能和物理-化学稳定性。近年来，综合利用工业废渣制备新型绿色节能建筑材料成为我国建材行业的一个发展趋势，利用脱硫石膏、粉煤灰等工业固体废弃物制备新型无机聚合物保温砂浆替代传统的以建筑石膏粉为胶凝材料无机聚合物保温砂浆成为保温砂浆行业一个热门研究课题。
保温砂浆作为一种绝热保温材料，在一定程度上满足了夏热冬冷地区建筑隔热的需要，在建筑内外墙涂抹一层建筑保温砂浆，降低了墙体围护结构的导热系数，降低了热传导效率，有效的阻止了冬天晚上室内热量自内而外的传递，达到了保温隔热的目的。传统的无机保温砂浆虽然具有保温隔热的效果，但是作为组成建筑围护结构的建筑材料不仅要有较低的导热系数，还要具有较高的蓄热系数，即具有较高的热惰性，具有较好的抗温度波动能力，保温砂浆由于密度较低，导致其热惰性无法同传统砖墙结构相比，抗温度波动能力较弱，在夏天较热或者冬天较冷时就需要空调调节室内温度，无法进一步满足建筑节能对轻质墙体材料的性能需求。
在现代高层建筑中，轻质高强建筑材料应用越来越广泛，对材料的热工性能要求越来越高，因此，通过在传统保温砂浆上掺入相变材料，利用相变材料的相变吸放热进行能量的储存和释放，有效的增加保温砂浆的热惰性，提高保温砂浆抵抗温度波动能力，同时具有较低的导热系数，隔热能力较好，相变保温砂浆这一特性使其在现代高层建筑和建筑节能上具有很好的应用前景。脂肪酸是一类具有较好相变潜热和化学稳定性的相变材料，在相变过程中体积变化率小，且无腐蚀性，过冷度较低，化学稳定性较好，是一类应用较多的相变储能材料。定型相变材料是将相变材料和无机多孔材料、高分子塑料等复合起来，通过一定的工艺过程将相变材料包裹在一定的空间结构中，使相变材料在相变熔化过程中仍然处于一定的约束状态而不流失。采用物理吸附法制备的多孔介质脂肪酸定型相变材料，制备工艺简单，只需通过简单的搅拌融合将脂肪酸相变材料融入进多孔介质中，就可以制备定型颗粒状定型相变材料，这种颗粒状相变材料易于在干粉砂浆中分散，高温时相变材料受到约束作用而不渗漏。在相变储能材料领域，文献报道中关于相变储能混凝土、相变墙体材料已经有了较多的研究，但是将相变材料掺入到保温砂浆中，制备相变储能保温砂浆很少报道。
发明内容
本发明的目的在于为了提高保温砂浆的蓄热能力提供一种制备工艺简单，保温隔热效果明显，具有一定蓄能效应的石膏基相变储能聚合物保温砂浆，本发明的另一目的是提供了上述材料的制备方法。
本发明的技术方案是：一种石膏基相变储能聚合物保温砂浆，其各组分及各组分的重量份分别如下：煅烧脱硫石膏粉20-30份，活性矿物掺合料10-40份，玻化微珠骨料20-40份，相变温度为18-27℃的定型脂肪酸相变储能材料5-30份，可再分散乳胶粉2-5份，木质纤维0.1-0.5份，保水剂0.2-0.6份，憎水剂0.1-0.5份，石膏缓凝剂0.2-0.6份，石膏减水剂0.3-0.8份，水50-80份。
其中优选所述的煅烧脱硫石膏粉的比表面积为350-500m2/kg；其主要成分为半水石膏，所述的矿物掺合料为粉煤灰和矿渣的混合料，其中粉煤灰为II级或III级粉煤灰，矿渣的比表面积为280-500m2/kg，粉煤灰与矿渣的重量比为1∶1.5～4。
优选所述的定型脂肪酸相变储能材料是由占定型脂肪酸相变储能材料的质量比例为10-30％的多孔基质和由占定型脂肪酸相变储能材料的质量比例为70-90％的月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料在相变温度熔融混合而成。
优选所述的石膏基相变储能聚合物保温砂浆，其特征在于：所述的多孔基质为膨润土、活性炭粉末或硅藻土中的一种，多孔基质颗粒平均粒径在15-40μm之间；所述的月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料中月桂酸和癸酸的摩尔比为4∶6-6∶4，相变温度为18-27℃。
优选所述的石膏缓凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸、多聚磷酸钠或酒石酸；所述的石膏减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛树脂或聚羧酸减水剂中的一种；所述的保水剂为羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)、甲基纤维素醚(MC)或羟乙基甲基纤维素醚(HEMC)，保水剂粘度在0.8-2万mpa·s之间；所述的憎水剂为市售硅烷粉末憎水剂。
优选所述的可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉、醋酸乙烯-叔碳乙烯酯-丙烯酸酯共聚乳胶粉或聚醋酸乙烯-羧酸乙烯-乙烯共聚物中的一种。
优选所述的玻化微珠骨料的粒径在0.10-1.5mm之间，堆积密度为110-120kg/m3。
本发明还提供了上述石膏基相变储能聚合物保温砂浆的制备方法，其具体步骤如下：先将煅烧脱硫石膏粉，粉煤灰，矿渣，石膏减水剂，石膏缓凝剂，木质纤维，保水剂，憎水剂，可再分散乳胶粉投入到砂浆搅拌机中，搅拌机转速60-80转/分，混合搅拌5-15分钟，然后再加入玻化微珠骨料、定型脂肪酸相变材料，搅拌机转速60-80转/分，加水后混合搅拌5-15分钟，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
有益效果：
本发明所述的石膏基相变储能聚合物保温砂浆具有制备方式简单，成本低廉，具有高抗裂性能、低收缩变形、高粘结力、耐水性好、兼具保温和蓄热性能，在生产过程中充分利用矿渣和粉煤灰等工业废渣，是一种环保节能新型建筑材料。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明：
按照比例称取各种原材料，先把配比中的煅烧脱硫石膏粉，活性掺和料与所需要的外加剂混合并搅拌均匀，然后再先后与玻化微珠和定型脂肪酸相变材料混合，搅拌均匀形成产品。根据石膏基相变储能聚合物保温砂浆应用需要，通过调整发明配方，可以获得所需要的性能。
实施例1
按重量计，称取煅烧脱硫石膏粉30份(比表面积为380m2/kg)，矿渣19份(比表面积为310m2/kg)，III级粉煤灰6份，柠檬酸钠0.5份，磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂0.5份，木质纤维(长度500μm，粗度30μm)0.4份，保水剂HPMC 0.3份，粘度为15000mpa.s，硅烷粉末憎水剂0.3份，“瓦克”5044醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉3份，投入到搅拌机中，搅拌机转速60转/分，混合10分钟，然后再加入40份玻化微珠(粒径在0.1-1.5mm之间，堆积密度120kg/m3)，5份定型脂肪酸定型相变材料混合，其中定型脂肪酸相变材料组成为质量比活性炭粉末(平均粒径18μm)∶混合脂肪酸相变材料＝30∶70，其中混合脂肪酸相变材料组成为摩尔比月桂酸∶癸酸＝5∶5，相变温度为21.8℃，加水76份，搅拌机转速70转/分，混合搅拌10分钟，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
实施例2
按重量计，称取煅烧脱硫石膏粉25份(比表面积为360m2/kg)，矿渣20份(比表面积为380m2/kg)，II级粉煤灰10份，柠檬酸0.3份，磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂0.4份，木质纤维(长度250μm，粗度30μm)0.5份，保水剂HEMC 0.5份，粘度为15000mpa·s，硅烷粉末憎水剂0.4份，“瓦克”5044醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉5份，投入到搅拌机中，搅拌机转速60转/分，混合10分钟，然后再加入40份玻化微珠，(粒径在0.1-1.5mm之间，堆积密度115kg/m3)，5份定型脂肪酸定型相变材料混合，其中定型脂肪酸相变材料组成为质量比活性炭粉末(平均粒径31μm)∶混合脂肪酸相变材料＝20∶80，其中混合脂肪酸相变材料组成为摩尔比月桂酸∶癸酸＝6∶4，相变温度为25.1℃，加水76份，搅拌机转速70转/分，混合10分钟，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
实施例3
按重量计，称取煅烧脱硫石膏粉30份(比表面积为410m2/kg)，矿渣18份(比表面积为400m2/kg)，II级粉煤灰12份，柠檬酸钠0.5份，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂0.4份，木质纤维(长度500μm，粗度30μm)0.3份，保水剂HEMC 0.4份，粘度为8000mpa·s，硅烷粉末憎水剂0.4份，“易来泰”
FL4200醋酸乙烯-叔碳乙烯酯-丙烯酸酯共聚乳胶粉5份，投入到搅拌机中，搅拌机转速60转/分，混合10分钟，然后再与30份玻化微珠，(粒径在0.1-1.5mm之间，堆积密度110kg/m3)，10份定型脂肪酸定型相变材料混合，定型脂肪酸相变材料组成为质量比硅藻土粉末(平均粒径22μm)∶混合脂肪酸相变材料＝20∶80，其中混合脂肪酸相变材料组成为摩尔比月桂酸∶癸酸＝6∶4，相变温度为25.1℃，加水72份，搅拌机转速70转/分，混合15分钟，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
实施例4
按重量计，称取煅烧脱硫石膏粉20份(比表面积为410m2/kg)，矿渣25份(比表面积为500m2/kg)，粉煤灰15份，酒石酸0.5份，磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂0.5份，木质纤维(长度250μm，粗度30μm)0.3份，保水剂HPMC 0.4份，粘度为8000mpa·s，硅烷粉末憎水剂0.5份，“易来泰”
FL4200醋酸乙烯-叔碳乙烯酯-丙烯酸酯共聚乳胶粉4份，投入到搅拌机中，搅拌机转速60转/分，混合15分钟，然后再与20份玻化微珠(粒径在0.1-1.5mm之间，堆积密度105kg/m3)，20份定型脂肪酸定型相变材料混合，其中定型脂肪酸相变材料组成为质量比活性炭粉末(平均粒径25μm)∶混合脂肪酸相变材料＝30∶70，其中混合脂肪酸相变材料组成为摩尔比月桂酸∶癸酸＝5∶5，相变温度为21.8℃，加水64份，搅拌机转速80转/分，混合10分钟，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
实施例5
按重量计，称取煅烧脱硫石膏粉25份(比表面积为370m2/kg)，矿渣15份(比表面积为280m2/kg)，粉煤灰10份，柠檬酸钠0.5份，聚羧酸减水剂0.3份，木质纤维(长度500μm，粗度30μm)0.3份，保水剂MC 0.5份，粘度为20000mpa·s，硅烷粉末憎水剂0.4份，山西三维SWF-05聚醋酸乙烯-羧酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉5份，投入到搅拌机中，搅拌机转速70转/分，混合15分钟，然后再与30份玻化微珠(粒径在0.1-1.5mm之间，堆积密度105kg/m3)，20份定型脂肪酸定型相变材料混合，定型脂肪酸相变材料组成为质量比膨润土粉末(平均粒径为30μm)∶混合脂肪酸相变材料＝10∶90，其中混合脂肪酸相变材料组成为摩尔比月桂酸∶癸酸＝4∶6，相变温度为20.2℃，加水64份，搅拌机转速80转/分，混合10分钟，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
实施例6
按重量计，称取煅烧脱硫石膏粉20份(比表面积为430m2/kg)，矿渣15份(比表面积为300m2/kg)，粉煤灰5份，多聚磷酸钠0.5份，聚羧酸减水剂0.5份，木质纤维(长度250μm，粗度30μm)0.5份，保水剂HPMC 0.5份，粘度为20000mpa·s，硅烷粉末憎水剂0.5份，山西三维SWF-05聚醋酸乙烯-羧酸乙烯-乙烯共聚乳胶粉5份，投入到搅拌机中，搅拌机转速70转/分，混合15分钟，然后再与30份玻化微珠(粒径在0.1-1.5mm之间，堆积密度110kg/m3)，30份脂肪酸定型相变材料混合，定型脂肪酸相变材料组成为质量比膨润土粉末(平均粒径为35μm)∶混合脂肪酸相变材料＝10∶90，其中混合脂肪酸相变材料组成为摩尔比月桂酸∶癸酸＝4∶6，相变温度为20.2℃，加水56份，搅拌机转速80转/分，混合15分钟，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
相关参数测试结果如表1所示
表1
表1所测聚合物保温砂浆各项性能符合GB/T 20473-2006《建筑保温砂浆》相关性能要求，且加入定型脂肪酸相变材料后，石膏基相变储能聚合物保温砂浆导热系数降低，比热容增加，蓄热能力增强，制备的石膏基相变储能聚合物保温砂浆兼具保温与蓄热效应。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种石膏基相变储能聚合物保温砂浆，其各组分及各组分的重量份分别如下:煅烧脱硫石膏粉20-30份，活性矿物掺合料10-40份，玻化微珠骨料20-40份，相变温度为18-27℃的定型脂肪酸相变储能材料5-30份，可再分散乳胶粉2-5份，木质纤维0.1-0.5份，保水剂0.2-0.6份，憎水剂0.1-0.5份，石膏缓凝剂0.2-0.6份，石膏减水剂0.3-0.8份，水50-80份；其中所述的煅烧脱硫石膏粉的比表面积为350-500m2/kg；所述的矿物掺合料为粉煤灰和矿渣的混合料，其中粉煤灰为Ⅱ级或Ⅲ级粉煤灰，矿渣的比表面积为280-500m2/kg，粉煤灰与矿渣的重量比为1:1.5~4；所述的定型脂肪酸相变储能材料是由占定型脂肪酸相变储能材料的质量比例为10-30%的多孔基质和由占定型脂肪酸相变储能材料的质量比例为70-90%的月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料在相变温度熔融混合而成；所述的多孔基质为膨润土、活性炭粉末或硅藻土中的一种，多孔基质颗粒平均粒径在15-40μm之间；所述的月桂酸-癸酸混合脂肪酸相变材料中月桂酸和癸酸的摩尔比为4:6-6:4，相变温度为18-27℃；所述的石膏减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、磺化三聚氰胺甲醛树脂或聚羧酸减水剂中的一种；所述的憎水剂为硅烷粉末憎水剂。
2.根据权利要求1所述的石膏基相变储能聚合物保温砂浆，其特征在于所述的石膏缓凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸、多聚磷酸钠或酒石酸；所述的保水剂为羟丙基甲基纤维素醚、甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚，保水剂粘度在0.8-2万mpa·s之间。
3.根据权利要求1所述的石膏基相变储能聚合物保温砂浆，其特征在于：所述的可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳胶粉、醋酸乙烯-叔碳乙烯酯-丙烯酸酯共聚乳胶粉或聚醋酸乙烯-羧酸乙烯-乙烯共聚物中的一种。
4.根据权利要求1所述的石膏基相变储能聚合物保温砂浆，其特征在于：所述的玻化微珠骨料的粒径在0.10-1.5mm之间，堆积密度为110-120kg/m3。
5.一种制备如权利要求1中所述的石膏基相变储能聚合物保温砂浆的方法，其具体步骤如下：先将煅烧脱硫石膏粉，粉煤灰，矿渣，石膏减水剂，石膏缓凝剂，木质纤维，保水剂，憎水剂，可再分散乳胶粉投入到砂浆搅拌机中，搅拌机转速60-80转/分，混合搅拌5-15分钟，然后再加入玻化微珠骨料、定型脂肪酸相变材料，加水后混合搅拌5-15分钟，搅拌机转速60-80转/分，得到石膏基相变储能聚合物保温砂浆。
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