相变储能双限调温砂浆及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种相变储能双限调温砂浆及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在现代建筑尤其是高层建筑中，轻质围护结构获得了越来越广泛的应用，这主要是因为轻质围护结构不仅可以大大减轻建筑结构的自身承重，而且因具有良好的热阻性，能够提高建筑围护结构的保温隔热效果。但是，由于轻质围护结构的热容小，蓄热能力较差，无法大量吸收贮存白天的太阳辐射热，造成室内温度白天过高，夜间过低，昼夜波动大，热舒适性差，并由此造成空调和采暖能耗的增加，不利于建筑节能。
[0003]相变储能建筑材料是近年来节能型建材研宄领域的热点，它是通过特殊工艺手段将相变材料引入到传统建材基体内，利用相变材料发生相转变时吸收或释放热量的特性，制成的一种具有储能调温功能的复合材料。相变储能建筑材料应用于建筑围护结构时，能够凭借其自身较强的蓄热能力显著增大围护结构的热惰性指标，降低室内温度波动，提高人居环境的热舒适性，减少空调和采暖能耗，达到节能的目的。
[0004]相变储能调温砂浆是相变储能建材领域比较有代表性的产品，它是将具有一定封装形式的复合相变材料作为相变介质掺入到传统砂浆组分内，通过配方改进优化制备而成，将其应用于室内墙面的抹灰工程能够赋予墙体储能和调温功能，替代传统抹灰砂浆，不额外占用室内空间，且施工方便，可手工涂抹，也可机械喷涂。
[0005]适宜作为相变储能调温砂浆中相变介质的材料主要是无机多孔基定形相变颗粒和相变微胶囊。目前，比较常用的无机多孔基定形相变颗粒是以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、海泡石、沸石等作为相变材料载体，主要因这些材料堆积密度较小，孔隙率较大，具有极强的吸附能力，作为相变材料载体时担载量大、成本低，且相变材料吸附工艺简单，生产效率较高。然而，由于无机多孔基定形相变颗粒的粒径较大(通常直径大于2mm)，并且表面呈不规则棱角状，当对砂浆的相变潜热值要求较高时，增加其掺量会造成砂浆拌合物流动性降低，粘结力减小，施工性能显著下降。所以，单独采用无机多孔基定形相变颗粒作为相变介质时，为保证砂浆正常施工性能和力学性能，其掺量受到明显限制，进而制约了砂浆储能和调温功能的提升。
[0006]相变微胶囊是以有机高分子聚合物作为囊壁材料，以相变材料作为囊芯材料，经过特殊工艺技术制备而成的微米级胶囊颗粒。微胶囊化是目前固液相变材料最可靠的封装方式，可保证相变材料长期不渗漏，并且包覆率较高，相变潜热值较大。相变微胶囊呈粉末状态，易与其它砂浆组分拌合均匀，颗粒表面光滑，在砂浆体系里面具有润滑作用，等体积替代砂后能增加砂浆拌合物流动度，改善工作性。然而，由于相变微胶囊壁材是有机材料，加入到水泥基砂浆基体内会在界面结合处产生缺陷，掺量较大时会显著降低硬化砂浆强度，增大开裂可能性，并且相变微胶囊成本相对较高，不适于掺量较大，最终导致砂浆的储能和调温能力受到束缚。由此可见，单独掺加无机多孔基定形相变颗粒或相变微胶囊都存在一定的技术和经济问题，难以获得储能调温功能的大幅度提升。
[0007]另外，现有的相变储能调温砂浆产品普遍仅具有单一的相变温度点，调温功能具有局限性，当在不同季节室内温度处于不同变化区间时，具有单一相变温度点的相变砂浆很难长效发挥储能和调温功效。例如，相变温度为28摄氏度左右的相变砂浆只有在夏季能够经历反复相变而发挥作用，而在寒冷季节室内气温较低时难以发挥作用；相变温度为18摄氏度左右的相变砂浆只有在秋、冬季具有室内储能调温意义，而在夏季相变材料长时间处于熔化状态，无法发生固液相变，失去储能调温作用。所以，具有单一相变温度点的相变砂浆在全年范围内能够发生有效相变反应的次数较少，储能和调温作用不够显著。
【发明内容】
[0008]本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明提出了一种具有高储热性和双限调温功能，同时兼具优良工作性和力学性能的相变储能双限调温砂浆及制备该相变储能双限调温砂浆的方法。
[0009]根据本发明的一个方面，本发明提出了一种相变储能双限调温砂浆，其特征在于，包括:25重量份的水泥；20?55重量份的中砂；10?30重量份的相变微胶囊；10?40重量份的膨胀珍珠岩定形相变颗粒；0.25?I重量份的纤维；0.2?0.5重量份的纤维素醚；
1.5?3重量份的可再分散乳胶粉；以及25?30重量份的水，其中，所述相变微胶囊的相变温度为18?20摄氏度，所述膨胀珍珠岩定形相变颗粒的相变温度为26?28摄氏度。
[0010]由此，本发明上述实施例的相变储能双限调温砂浆中含有由相变微胶囊和膨胀珍珠岩定形相变颗粒组成的混合相变介质，在砂浆体系内相变微胶囊分散填充于膨胀珍珠岩定形相变颗粒之间，利用后者的骨料支撑和裂纹阻滞作用，能够限制相变微胶囊与水泥界面微裂纹的扩展，同时，相变微胶囊也能利用其润滑作用消减膨胀珍珠岩定形相变颗粒对砂浆流动度的负面影响。两种相变介质具有复合增效作用，不仅提高了相变砂浆的储能潜力，而且克服了掺加单一相变介质时存在的性能缺陷，使本发明在具有较高潜热值的同时，拥有优良的工作性和力学性能。另外，上述相变微胶囊和膨胀珍珠岩定形相变颗粒分别具有18?20摄氏度和26?28摄氏度的相变温度，使上述实施例的相变储能双限调温砂浆具有双限调温功能，在不同季节均能发挥储能调温作用，显著调节和控制室温在人体舒适温度上、下限范围内，改善人居环境热舒适性，节约空调和采暖能耗。
[0011]另外，根据本发明上述实施例的相变储能双限调温砂浆还可以具有如下附加的技术特征:
[0012]在本发明的一些实施例中，所述相变储能双限调温砂浆硬化后抗压强度为2.5?4.5MPa，线收缩率为0.1?0.3 %，压剪粘接强度为60?80kPa，相变潜热为25?60kJ/kg，相变温度为18?20摄氏度和26?28摄氏度。
[0013]在本发明的一些实施例中，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述中砂为河砂、湖砂、山砂、淡化海砂和机制砂中的至少一种；所述纤维为聚丙烯纤维、聚酰胺纤维和木质纤维中的至少一种；所述纤维素醚为甲基纤维素和/或羟丙基甲基纤维素；所述可再分散乳胶粉为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯、丙烯酸酯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-丁二烯共聚物中的至少一种。
[0014]在本发明的一些实施例中，所述相变微胶囊，包括:囊壁材料；囊芯材料，所述囊芯材料被包覆于所述囊壁材料内部，其中，所述相变微胶囊的平均粒径为30?70微米，潜热值为80?120kJ/kg，任选地，所述囊壁材料为聚苯乙烯、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯中的至少一种，任选地，所述囊芯材料为硬脂酸丁酯和/或正十六烷。
[0015]在本发明的一些实施例中，所述膨胀珍珠岩定形相变颗粒包括:膨胀珍珠岩；相变材料，所述相变材料负载于所述膨胀珍珠岩孔隙内，以便形成膨胀珍珠岩定形相变颗粒骨架结构；包覆材料，所述包覆材料包覆所述膨胀珍珠岩定形相变颗粒骨架结构的外表面，其中，所述膨胀珍珠岩定形相变颗粒的粒径为1.5?3.5毫米，潜热值为60?100kJ/kg，任选地，所述膨胀珍珠岩的堆积密度为80?120kg/m3，任选地，所述相变材料为正十八烷、聚乙二醇、棕榈酸乙酯、烷-烷、烷-醇、烷-酸、酸-酸、酸-醇共熔物中的至少一种，任选地，所述包覆材料为聚合物水泥净浆。
[0016]根据本发明的另一个方面，本发明还提出了一种制备前面所述相变储能双限调温砂浆的方法，包括:
[0017]制备相变温度为18?20摄氏度的相变微胶囊；
[0018]制备相变温度为26?28摄氏度的膨胀珍珠岩定形相变颗粒；
[0019]将10?30重量份的相变微胶囊和10?40重量份的膨胀珍珠岩定形相变颗粒与25重量份的水泥；20?55重量份的中砂；0.25?I重量份的纤维；0.2?0.5重量份的纤维素醚；以及1.5?3重量份的可再分散乳胶粉混合干拌，以便得到干粉料；以及
[0020]向所述干粉料中加入25?30重量份的水后进行搅拌，以便获得所述相变储能双限调温砂浆。
[0021]由此，利用上述方法，可以有效制备得到具有高储热性和双限调温功能，同时兼具优良工作性和力学性能的相变储能双限调温砂浆。该方法制备并引入了相变温度为18?20摄氏度用于下限调温的相变微胶囊和相变温度为26?28摄氏度用于上限调温的膨胀珍珠岩定形相变颗粒，使相变储能双限调温砂浆具有了双限调温功能。同时，利用两种相变介质的复合增效作用，不仅提高了相变砂浆的储能潜力，而且克服了掺加单一相变介质时存在的性能缺陷，使相变储能双限调温砂浆具有较高潜热值的同时，拥有优良的工作性和力学性能。
[0022]另外，根据本发明上述实施例的制备相变储能双限调温砂浆的方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0023]在本发明的一些实施例中，所述相变微胶囊与所述膨胀珍珠岩定形相变颗粒的重量比为1:(1?2)。
[0024]在本发明的一些实施例中，所述加入水后搅拌时间为I?3分钟。
[0025]在本发明的一些实施例中，所述相变微胶囊通过下列方法获得:
[0026]将表面活性剂溶解于水中，以便得到活性水相溶液；
[0027]将囊壁材料和囊芯材料溶解于有机溶剂中，以便得到油相溶液；
[0028]将所述油相溶液与所述活性水相溶液混合并在乳化机中进行高速搅拌，以便得到乳液；
[0029]将所述乳液进行加热并低速搅拌，以便挥发所述有机溶剂并得到悬浊液；以及
[0030]