CN102492400A - 一种多孔复合有机相变蓄热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔复合有机相变蓄热材料及其制备方法，属于能源材料领域。该相变蓄热材料为正十八烷和正二十烷的组合，载体为分子筛，相变蓄热材料和分子筛的质量比为1:1~5，正十八烷和正二十烷的质量比为3:7~7:3。本发明还公开了一种该相变蓄热材料的制备方法。本发明采用高稳定性的烷烃类作为相变蓄热材料，通过将正十八烷和正二十烷进行组合，调节了相变温度的上下限，使之正好符合建筑物外墙体相变蓄热材料的要求，且相变蓄热材料无任何腐蚀性，不会出现过冷；通过用分子筛作为载体，解决了相变蓄热材料在吸热熔化时渗出的问题，提高了整体的热稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及应用于建筑外墙的能源材料领域，具体地说涉及一种多孔复合有机相变蓄热材料及其制备方法。
背景技术
某种材料吸收热能后温度升高，即利用温差蓄热为显热蓄热材料。材料吸收热能后发生相变但温度不变或温度变化极微为潜热蓄热材料。利用相变能蓄热的材料其蓄热能力远远大于显热蓄热材料，其具有恒温吸、放热特性。相变蓄热材料在其本身发生相变的过程中，吸收环境的热量，并在需要时向环境放出热量，从而达到控制周围环境温度和节能的目的。它在制冷空调、建筑节能、太阳能利用、热能回收等领域都有广泛的应用前景。
目前常用的相变蓄热材料主要包括无机物和有机物两大类。绝大多数无机物相变蓄热材料具有腐蚀性而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响了其蓄热能力；而有机物相变蓄热材料不仅腐蚀性小、在相变过程中几乎没有相分离的缺点，且化学性能稳定、价格便宜。不过现有的有机物相变蓄热材料也存在成分单一，相变潜热低，物质密度小等缺点。有机物相变蓄热材料主要包括石蜡（烷烃类）、脂肪酸类、脂类、醇类、高分子聚合物类等，在实际应用过程中，脂肪酸类、脂类、醇类稳定性差，且大多存在一定的腐蚀性，高分子聚合物的成本较高，将其制备成稳定的相变蓄热材料工序复杂，不宜推广。
另一方面，相变蓄热材料在熔化吸热时变成了液态，因此需要容器封装。目前通过微孔材料或介孔材料对相变蓄热材料进行封装，封装材料的选择一方面要考虑封装成本和操作难易程度，另外还要考虑对相变蓄热材料的封装量和对材料性能的影响。如金属类材料作为封装载体制备工艺复杂，反应要求高，而且不利于回收，因此不宜作为优选的封装载体。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种应用于建筑外墙的无毒、无腐蚀性的多孔复合有机相变蓄热材料，以解决蓄热材料液相泄漏问题，本发明还公开了该材料的制备方法。
技术方案：本发明的一种多孔复合有机相变蓄热材料为正十八烷和正二十烷的共熔混合物，载体为分子筛，所述相变蓄热材料和分子筛的质量比为1:1~5。
本发明采用正十八烷和正二十烷的组合，得到的复合有机相变蓄热混合物的相变温度介于正十八烷与正二十烷的相变温度之间，相变温度为30~36℃之间，适合作建筑物外墙体蓄热保温材料，可减小室外环境热量向室内传递，等到夜间环境温度低时，再释放到室外环境，这样就可降低室内空调的冷负荷。一般来说，建筑物外墙体的蓄热材料的相变温度位于30~34℃之间，但目前很少有材料能完全符合这个要求，如正十八烷的相变温度在25.5~28.3，正二十烷的相变温度在35.4~38.5℃。另外正十八烷和正二十烷比一般的水和盐具有更大的吸附力，利于被载体封装。
所述正十八烷和正二十烷的质量比为3:7~7:3。作为本发明的优选方案，所述正十八烷和正二十烷的质量比是为5:5~6:4。
所述分子筛包括3A、4A、5A、13X型分子筛的任意一种。作为本发明的优选方案，所述分子筛为13X型分子筛，该分子筛的构成式为Na2O·Al2O3·（2.8±0.2）SiO2·（6-7）H2O，有效孔径为10A。
对于一种多孔复合有机相变蓄热材料的制备方法，将正十八烷和正二十烷按质量比3:7~7:3混合并加热到熔化状态，维持温度在50℃搅拌30~60分钟，再加入1~5倍质量的分子筛搅拌90~120分钟后烘干。
所述烘干温度低于复合有机相变蓄热材料的固—液相变温度，使其完全稳定在固相。
有益效果：本发明采用高稳定性的烷烃类作为相变蓄热材料，通过将正十八烷和正二十烷进行组合，调节了相变温度的上下限，使之正好符合建筑物外墙体相变蓄热材料的要求，本发明的相变蓄热材料无任何腐蚀性，不会出现过冷；本发明相变蓄热材料采用市面上常用的分子筛作为载体，解决了相变蓄热材料在吸热熔化时渗出的问题，提高了整体的热稳定性；无论是相变蓄热材料还是载体的成本都不高，适于推广使用。本发明的相变蓄热材料的制备方法简单，制备条件不复杂，生产出的相变蓄热材料具有很高的利用价值。
具体实施方式
实施例1
先将正十八烷和正二十烷按质量比3:7混合，加热到熔化状态，维持温度在50℃，在600r/min转速下搅拌30~60分钟，制成均匀的有机蓄热材料液体共熔混合物。
再将液体混合物与13X分子筛按1:5混合并在600r/min转速下搅拌100分钟，在27℃下烘干100min，得到多孔复合有机相变蓄热材料。经测定，该复合相变蓄热材料的凝固温度为34.7℃，熔化温度为35.9℃，凝固潜热为35.8kJ/kg，熔化潜热为38.6kJ/kg。
实施例2
先将正十八烷和正二十烷按质量比7:3混合，加热到熔化状态，维持温度在50℃，在600r/min转速下搅拌30~60分钟，制成均匀的有机蓄热材料液体共熔混合物。
再将液体混合物与4A分子筛按1:3混合并在600r/min转速下搅拌100分钟，在27℃下烘干100min，得到多孔复合有机相变蓄热材料。经测定，该复合相变蓄热材料的凝固温度为27.8℃，熔化温度为28.9℃，凝固潜热为56.8kJ/kg，熔化潜热为59.4kJ/kg。
实施例3
先将正十八烷和正二十烷按质量比5:5混合，加热到熔化状态，维持温度在50℃，在600r/min转速下搅拌30~60分钟，制成均匀的有机蓄热材料液体共熔混合物。
再将液体混合物与5A分子筛按1:1混合并在600r/min转速下搅拌100分钟，在27℃下烘干100min，得到多孔复合有机相变蓄热材料。经测定，该复合相变蓄热材料的凝固温度为32.9℃，熔化温度为33.8℃，凝固潜热为115.8kJ/kg，熔化潜热为117.3kJ/kg。
实施例4
先将正十八烷和正二十烷按质量比6:4混合，加热到熔化状态，维持温度在50℃，在600r/min转速下搅拌30~60分钟，制成均匀的有机蓄热材料液体共熔混合物。
再将液体混合物与3A分子筛按1:2混合并在600r/min转速下搅拌100分钟，在27℃下烘干100min，得到多孔复合有机相变蓄热材料。经测定，该复合相变蓄热材料的凝固温度为31.4℃，熔化温度为32.3℃，凝固潜热为72.3kJ/kg，熔化潜热为75.6kJ/kg。
试验例
本发明通过将正十八烷和正二十烷进行组合，调节了相变温度的上下限，使之正好符合建筑物外墙体相变蓄热材料的要求。下面通过试验给出证明。试验选用示差扫描量热仪（美国PerKinElmer公司Pyris 1 DSC型量热仪）进行分析。
根据试验要求，配制正十八烷、正二十烷、正十八烷和正二十烷混合物（其中正十八烷占30%，正二十烷占70%）三种不同样品。将不同样品加热熔化后以600r/min搅拌均匀40~60分钟，凝固后取样称重，压块待用。采用示差扫描量热仪进行分析，结果如表1所示。
表1 不同样品的相变温度和相变潜热
| 样品 | 相变温度 （℃） | 相变潜热 (kJ/kg) |
| 正十八烷 | 25.5~28.3 | 233.2~236.7 |
| 正二十烷 | 35.4~38.5 | 241.7~245.4 |
| 正十八烷和正二十烷混合物 | 30.5~36.2 | 236.9~240.8 |
从表1可以看出，采用正十八烷和正二十烷的混合物其相变温度位于所要求的工作温度范围内，且相变潜热高，因此最适合作建筑物外墙体蓄热保温材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1. 一种多孔复合有机相变蓄热材料，其特征在于：相变蓄热材料为正十八烷和正二十烷的共熔混合物，载体为分子筛，所述相变蓄热材料和分子筛的质量比为1:1~5。
2. 根据权利要求1所述的一种多孔复合有机相变蓄热材料，其特征在于：所述正十八烷和正二十烷的质量比为3:7~7:3。
3. 根据权利要求1所述的一种多孔复合有机相变蓄热材料，其特征在于：所述分子筛包括3A、4A、5A、13X型分子筛的任意一种。
4. 一种如权利要求1所述多孔复合有机相变蓄热材料的制备方法，其特征在于：将正十八烷和正二十烷按质量比3:7~7:3混合并加热到熔化状态，维持温度在50℃搅拌30~60分钟，再加入1~5倍质量的分子筛搅拌90~120分钟后烘干。
5. 根据权利要求4所述的多孔复合有机相变蓄热材料的制备方法，其特征在于：烘干温度低于复合有机相变蓄热材料的固-液相变温度。
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