一种用于节能建筑的特种砂浆及其制备方法与流程

本发明涉及新材料以及节能，提供了一种用于节能建筑的特种砂浆及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，保障室内空气品质所需的建筑能耗呈现迅速上升的趋势。在建筑能耗中，空调能耗占据约2/3的比例。发展节能建筑，对于节约能源和保护环境具有重要意义。

2、砂浆是重要的建筑材料，在砂浆中添加保温隔热材料，可使其适合用于节能建筑。传统保温隔热材料与相变储能材料联用，同时利用多孔材料的保温隔热功能和相变材料的储能功能，可明显提高建筑的热惰性，降低室内温度波动，起到更为优异的节能效果。

3、与无机相变材料相比，有机相变材料具有无腐蚀、无过冷、性质稳定等优点，更适合用于建筑节能。膨胀珍珠岩本身具有蜂窝多孔结构，比表面积大，无毒无味，耐腐蚀，比重轻，隔热吸音，其孔隙具有很强的吸附能力，因而可被用作有机相变材料的载体。

4、已有研究将有机相变材料负载于膨胀珍珠岩的孔隙中，再添加到砂浆中，该砂浆施工后可实现对室内温度的调节。但是，这一技术也存在缺陷，比如，在有机相变材料发生状态变化时，容易从膨胀珍珠岩的孔隙中泄漏出来。另外，膨胀珍珠岩具有吸水率较高的缺陷。

5、为解决有机相变材料的泄漏问题，于永生的研究采用超细膨润土对膨胀珍珠岩进行了封端，具体做法是先用真空吸附法将熔融的有机相变材料吸附于膨胀珍珠岩的孔隙中，降温后在真空环境下将干燥的超细膨润土掺入膨胀珍珠岩中，取出并过筛，即可，该方法对相变材料的泄露起到了较好的改善作用，但仍有提升空间。

技术实现思路

1、为更好地解决有机相变材料容易从膨胀珍珠岩孔隙中泄露出来，以及膨胀珍珠岩吸水率较高的问题，本发明提出一种用于节能建筑的特种砂浆及其制备方法，不仅明显改善了有机相变材料的泄漏现象，而且可降低膨胀珍珠岩的吸水率。

2、本发明涉及的具体技术方案如下：

3、首先，本发明提出了一种用于节能建筑的特种砂浆，所述特种砂浆的组分包括水泥、相变骨料、粉煤灰、可再分散乳胶粉、引气剂、减水剂、淀粉醚、甲基纤维素醚、水。

4、作为本发明的优选方案，所述特种砂浆中，各组分按重量份计，水泥100份、相变骨料50-70份、粉煤灰10-20份、可再分散乳胶粉2-4份、引气剂0.08-0.12份、减水剂0.8-1.2份、淀粉醚0.6-0.8份、甲基纤维素醚0.5-0.6份、水90-100份。

5、在本发明的方案中，对于砂浆的节能作用起关键效果的是相变骨料，其他组分的选择没有特殊限制。优选的，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；所述引气剂为烷基苯磺酸盐类引气剂；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述淀粉醚为羟丙基淀粉醚；所述甲基纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。

6、在本发明的砂浆组分中，所述相变骨料的制备方法为：先以膨胀珍珠岩为载体吸附有机相变材料，再以n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖对膨胀珍珠岩进行封孔。优选的，所述相变骨料中，膨胀珍珠岩、有机相变材料、n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖的质量比为100:40-60:5-10。

7、膨胀珍珠岩的粒径及孔隙率不仅影响砂浆性能，而且影响其对有机相变材料的吸附能力。作为本发明的优选方案，所述膨胀珍珠岩的粒径为20-60目，孔隙率为60-80％。

8、对于有机相变材料的选择，应遵循一定的原则，比如，相变材料的相变温度应符合应用场所的需要，对于节能建筑而言，以20-28℃之间为宜；相变潜热较大，并且热量吸收和释放顺畅；无过冷现象或过冷很小；无熔析现象；体积膨胀率较低；安全性和稳定性好。根据一些现有研究结果进行筛选，发现二元或三元复合相变体系更适合用于节能建筑。作为本发明的优选方案，所述有机相变材料为癸酸、十二酸按质量比40:60组成的混合物(相变温度为25℃左右)，或者为十八烷、十二酸、硬脂酸按质量比50:40:10组成的混合物(相变温度为28℃左右)，或者为十二酸、十六酸、十四酸按质量比60:20:20组成的混合物(相变温度为27℃左右)。

9、本发明在采用膨胀珍珠岩吸附负载有机相变材料的基础上，创造性地以n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖对膨胀珍珠岩进行封孔。公知的，壳聚糖结构中，c2上的氨基和c6上的羟基都可发生反应而接上其他基团，从而实现对壳聚糖的改性。n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖是以烷基取代氨基的h、以含季铵盐的基团取代羟基的h，得到的壳聚糖衍生物。

10、优选的，所述n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖的结构式如附图1所示。其制备方法可参考现有技术，优选参考叶慧《两亲性n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖制备及其作为药物/基因载体的研究》中2.2的方法进行制备。

11、优选的，所述相变骨料的具体制备过程为：

12、(1)将有机相变材料加入梨形瓶中，水浴旋转加热，直至相变材料完全熔融，将膨胀珍珠岩加入梨形瓶中，先抽真空20-40min，然后打开阀门，使空气进入梨形瓶中，相变材料在气压差的作用下进入膨胀珍珠岩的微孔内，冷却至室温，出料，得到吸附相变材料的膨胀珍珠岩；

13、(2)将n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖、去离子水加入容器中，超声处理20-40min，然后喷雾沉积于吸附相变材料的膨胀珍珠岩表面，再真空干燥，得到相变骨料。

14、优选的，上述步骤(2)中，n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖、去离子水的质量比为0.5-2:100。

15、本发明创造性地采用n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖对吸附有机相变材料的膨胀珍珠岩进行封孔，既可显著改善有机相变材料的泄漏现象，又可降低膨胀珍珠岩的吸水率，其原理在于：

16、n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖是一种两亲性材料，烷基赋予其亲油性，季铵盐赋予其亲水性，并且，该材料的季铵盐部分带有正电性。当n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖沉积于膨胀珍珠岩表面时，壳聚糖在膨胀珍珠岩表面成膜而实现封孔。在沉积过程中，由于膨胀珍珠岩的表面带负电荷，根据异种电荷相互吸引的原理，n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖倾向于按以下方式进行沉积：带有正电性的季铵盐部分(即亲水部分)倾向于位于膜的内侧(即与膨胀珍珠岩接触)，而亲油性烷基部分则倾向于位于膜的外侧，也就是说，n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖在吸附有机相变材料的膨胀珍珠岩表面形成内侧亲水、外侧疏水的封孔膜。如此，一方面，封孔膜的内侧亲水，更有利于防止膨胀珍珠岩孔隙中的疏水性有机相变材料向外渗出；另一方面，封孔膜的外侧疏水，有利于防止水分渗入膨胀珍珠岩孔隙中。因此，本发明通过n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖的使用，既可显著改善有机相变材料的泄漏现象，又可降低膨胀珍珠岩的吸水率。

17、另外，与采用超细膨润土对膨胀珍珠岩进行封端的现有技术相比，本发明的方法还具有以下优势：其一，该方法中的超细膨润土的表面带负电荷，不能与同样带负电荷的膨胀珍珠岩形成静电吸附，因而其只是通过孔隙吸附而实现封端，而本发明的n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖通过孔隙吸附和静电吸附双重作用，因而能实现更为牢固的封端效果。其二，该方法中的超细膨润土是不连续的，其本身具有间隙，而本发明的n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖是通过成膜而对膨胀珍珠岩实现封孔，由于膜层具有连续性，因而能更好地防止有机相变材料的向外泄漏以及水分的向内渗入。

18、本发明还提供了上述用于节能建筑的特种砂浆的制备方法，包括以下制备步骤：

19、(1)将水泥、粉煤灰加入搅拌机中，混合1-3min；

20、(2)将可再分散乳胶粉、引气剂、减水剂、淀粉醚、甲基纤维素醚加入搅拌机中，混合2-4min；

21、(3)将相变骨料加入搅拌机中，混合1-2min；

22、(4)将水缓慢加入搅拌机中，混合均匀，即可。

23、由上可见，本发明提供了一种用于节能建筑的特种砂浆及其制备方法，具有以下有益效果：

24、第一，本发明通过n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖在膨胀珍珠岩表面形成内侧亲水的封孔膜，可明显防止膨胀珍珠岩孔隙中的疏水性有机相变材料向外渗出。第二，本发明通过n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖在膨胀珍珠岩表面形成外侧疏水的封孔膜，可防止外界水分渗入膨胀珍珠岩的孔隙中。第三，本发明的n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖的季铵盐部分带有正电荷，而膨胀珍珠岩表面带有负电荷，二者形成静电吸附，可实现更为牢固的封端效果。第四，本发明的n-烷基化-o-季铵盐化壳聚糖在膨胀珍珠岩表面形成的封孔膜具有连续性，可更好地防止有机相变材料的向外泄漏以及水分的向内渗入。总结而言，本发明的方法不仅明显改善了有机相变材料的泄漏现象，而且可降低膨胀珍珠岩的吸水率。