一种相变保温隔热复合材料及其制备方法

本发明涉及相变温控，特别涉及一种相变保温隔热复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、建筑围护材料的隔热保温性能的高低直接影响着室内温度波动幅度大小，进而关系着建筑能源利消耗量。在夏季高温天气，太阳辐射强烈，建筑物屋顶所透过的热量相对较多，通过屋顶与室外频繁的热交换易引起室内制冷设备能耗的增加；选择高效节能墙体保温隔热材料是实现建筑节能的重要途径。

2、相变材料，是在相变温度附近发生相的改变时（固、液、气）能够吸收和放出热量，并且在这个过程接近恒温的一类材料；有研究已证实将利用潜热方式储能的相变材料与冷屋顶结构结合，可有效增加屋顶结构的热容值和热惰性；水合无机盐类相变材料廉价易得、无毒害且不燃等特性使其非常适合应用于建筑储能领域；然而，大部分水合无机盐存在过冷、相分离、相变过程具有泄露性的问题，难以完全满足实际应用要求。

3、采用成核剂和增稠剂可以分别有效改善水合无机盐类相变材料的过冷和相分离问题；而将相变材料和多孔支撑材料结合是一种有效的防泄漏措施；传统的无机多孔类材料由于其大孔隙效应难以长期保持高相变材料装载量，并且因为热反射性能不佳，无法有效对太阳辐射产生的热量进行阻隔。

4、因此，亟需开发一种兼具储热和隔热的定型复合相变材料，对建筑屋顶的保温和隔热性能进行调控。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在提供一种结构简单、热稳定性高、保温隔热性能好、无泄漏现象、实用性强的相变保温隔热复合材料及其制备方法，以克服现有技术的不足之处。

2、按此目的设计的一种相变保温隔热复合材料，其特征在于：包括二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体材料和水合无机盐相变材料，水合无机盐相变材料负载在二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体上；二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体材料包括多孔载体膨胀珍珠岩和载体改性材料二氧化钛，水合无机盐相变材料包括十二水合磷酸氢二钠和成核剂，水合无机盐相变材料为水合无机盐溶液。

3、二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体材料的质量百分含量为40%～50%。

4、多孔载体膨胀珍珠岩呈粒状，粒度为20目，孔隙率为85%。

5、成核剂为九水硅酸钠、五水硅酸钠中的至少一种。

6、按此目的设计的一种相变保温隔热复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

7、1）、将钛酸四丁酯缓慢溶解于无水乙醇中，制备原料溶液a；

8、2）、将去离子水滴加入无水乙醇形成混合溶液，并滴加冰醋酸和稀盐酸溶液调节ph值得到水解溶液b；

9、3）、将原料溶液a逐滴缓慢加入水解溶液b中，反应完全后形成淡黄色的二氧化钛溶胶；

10、4）、将膨胀珍珠岩加入到二氧化钛溶胶形成反应溶液；

11、5）、将反应溶液依次进行陈化、烘干和煅烧处理，制备获得二氧化钛表面改性的膨胀珍珠岩载体材料；

12、6）、将成核剂加入十二水合磷酸氢二钠中，加热搅拌至融化，得到水合无机盐相变材料；

13、7）、将二氧化钛表面改性的膨胀珍珠岩载体材料与水合无机盐相变材料混合得到相变保温隔热复合材料。

14、步骤1）中，原料溶液a中的钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1:4；步骤2）中，水解溶液b中的去离子水和无水乙醇的体积比为1:3，水解溶液b的ph值为3～4。

15、步骤3）中，原料溶液a与水解溶液b中所含的无水乙醇体积比为1:2；步骤4）中，膨胀珍珠岩与二氧化钛溶胶反应时间为20～40min。

16、步骤5）中，陈化处理时间为6h；烘干处理时间为12h，烘干温度为80℃；煅烧处理时间为3h，煅烧温度为900℃。

17、步骤6）中，成核剂加入质量为十二水合磷酸氢二钠质量的1%～3%；加热温度为50℃；搅拌时间为30min。

18、步骤6）中，成核剂为九水硅酸钠。

19、步骤7）中，将二氧化钛表面改性的膨胀珍珠岩载体材料与水合无机盐相变材料按照质量比为1:1.5～1：1的比例混合吸附，吸附温度为40℃，吸附时间为1h。

20、本发明提供的相变保温隔热复合材料，以具有热反射性能的金属氧化物二氧化钛对膨胀珍珠岩进行改性，得到二氧化钛表面改性的膨胀珍珠岩载体材料，以改性后的膨胀珍珠岩为基体材料吸附十二水合磷酸氢二钠溶液得到复合相变材料，由此提高了复合相变材料的热稳定性以及保温隔热性能。

21、本发明提供的相变保温隔热复合材料的制备方法，采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛凝胶溶液，然后将膨胀珍珠岩浸渍于二氧化钛凝胶溶液中，经过烘干、煅烧后得到具有热反射性能的高孔隙改性膨胀珍珠岩，再利用熔融共混法使经过二氧化钛涂层改性后的膨胀珍珠岩吸附十二水合磷酸氢二钠，制备得到十二水合磷酸氢二钠/改性膨胀珍珠岩复合相变材料；所制备的复合相变材料兼具有隔热、保温和储热功能，制备工艺简单，成本低廉，稳定性强，相变过程无泄漏现象，适合应用于屋顶等建筑维护结构。

技术特征：

1.一种相变保温隔热复合材料，其特征在于：包括二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体材料和水合无机盐相变材料，水合无机盐相变材料负载在二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体上；二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体材料包括多孔载体膨胀珍珠岩和载体改性材料二氧化钛，水合无机盐相变材料包括十二水合磷酸氢二钠和成核剂。

2.根据权利要求1所述的相变保温隔热复合材料，其特征在于：二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体材料的质量百分含量为40%～50%。

3.根据权利要求1所述的相变保温隔热复合材料，其特征在于：多孔载体膨胀珍珠岩呈粒状，粒度为18～22目，孔隙率为80～90%。

4.根据权利要求1所述的相变保温隔热复合材料，其特征在于：成核剂为九水硅酸钠、五水硅酸钠中的至少一种。

5.如权利要求1-4任一项所述的相变保温隔热复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的相变保温隔热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中，原料溶液a中的钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1:4；步骤2）中，水解溶液b中的去离子水和无水乙醇的体积比为1:3，水解溶液b的ph值为3～4。

7.根据权利要求5所述的相变保温隔热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3）中，原料溶液a与水解溶液b中所含的无水乙醇体积比为1:2；步骤4）中，膨胀珍珠岩与二氧化钛溶胶反应时间为20～40min。

8.根据权利要求5所述的相变保温隔热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤5）中，陈化处理时间为5～7h；烘干处理时间为11～13h，烘干温度为75℃～85℃；煅烧处理时间为2.5～3.5h，煅烧温度为850℃～950℃。

9.根据权利要求5所述的相变保温隔热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤6）中，成核剂加入质量为十二水合磷酸氢二钠质量的1%～3%；加热温度为45℃～55℃；搅拌时间为25min～35min。

10.根据权利要求5所述的相变保温隔热复合材料的制备方法，其特征在于：步骤7）中，将二氧化钛表面改性的膨胀珍珠岩载体材料与水合无机盐相变材料按照质量比为1:1.5～1：1的比例混合吸附，吸附温度为35℃～45℃，吸附时间为0.8～1.2h。

技术总结一种相变保温隔热复合材料及其制备方法，相变保温隔热复合材料包括二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体材料和水合无机盐相变材料，水合无机盐相变材料负载在二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体上；二氧化钛改性膨胀珍珠岩载体材料包括多孔载体膨胀珍珠岩和载体改性材料二氧化钛，水合无机盐相变材料包括十二水合磷酸氢二钠和成核剂，水合无机盐相变材料为水合无机盐溶液。本发明提供的相变保温隔热复合材料，以具有热反射性能的金属氧化物二氧化钛对膨胀珍珠岩进行改性，得到二氧化钛表面改性的膨胀珍珠岩载体材料，以改性后的膨胀珍珠岩为基体材料吸附十二水合磷酸氢二钠溶液得到复合相变材料，由此提高了复合相变材料的热稳定性、定型能力以及保温隔热性能。技术研发人员：谢宁,陈姝,余泽宇,梁炜受保护的技术使用者：仲恺农业工程学院技术研发日：技术公布日：2024/9/29