一种具有控温性能的相变建材制品及其制备方法
阅读说明：本技术 一种具有控温性能的相变建材制品及其制备方法 (Phase-change building material product with temperature control performance and preparation method thereof ) 是由 李帆 陈红霞 张赫 丛宇 于 2021-06-07 设计创作，主要内容包括：一种具有控温性能的相变建材制品及其制备方法。所述制备方法包括相变微胶囊在制备所述具有控温性能的相变建材制品之前并且在制备为相变微胶囊溶液过程中处于低于相变温度的环境中,以使相变材料处于固态。在制备所述具有控温性能的相变建材制品之前,所述相变微胶囊在低于相变温度的环境中放置一段时间,以确保相变材料处于固态；其中放置时间为5h至一个月；优选地,所述放置时间为20天至8天；优选地,所述放置时间为2天至12h；优选地,所述低于相变温度的环境的温度低于所述相变温度5℃以上。该制备方法避免相变材料泄漏使所得相变建材制品能够调节室内温度具有更高的强度。(A phase-change building material product with temperature control performance and a preparation method thereof. The preparation method comprises the step that the phase-change microcapsules are in an environment lower than the phase-change temperature before the phase-change building material product with the temperature control performance is prepared and in the process of being prepared into a phase-change microcapsule solution, so that the phase-change material is in a solid state. Before the phase change building material product with the temperature control performance is prepared, the phase change microcapsules are placed in an environment lower than the phase change temperature for a period of time so as to ensure that the phase change material is in a solid state; wherein the standing time is 5h to one month; preferably, the standing time is 20 days to 8 days; preferably, the standing time is 2 days to 12 hours; preferably, the temperature of the environment below the phase transition temperature is 5 ℃ or higher below the phase transition temperature. The preparation method avoids the leakage of the phase-change material, so that the obtained phase-change building material product can adjust the indoor temperature and has higher strength.)
技术领域
本文涉及建材制品领域，尤指一种具有控温性能的相变建材制品及其制备方法。
背景技术
相变储能墙体作为一种新型墙体节能技术，不仅能够提高墙体的保温隔热性能，还能够提高墙体的储热蓄热性能，改善建筑室内热环境，但将相变蓄能材料封装在建材制品中，应确保相变建材制品在使用过程中不发生相变蓄能材料的泄漏，从而实现相变蓄能材料在建材领域中的应用。建材领域中常见的建材制品包括但不限于石膏板、石膏砌块、抹灰石膏、自流平砂浆、石膏条板和混凝土等。
目前相变蓄能石膏板的制备方法可分为三种：浸渍法、直接混合法、封装法。浸渍法和直接混合法虽然制备工艺简单，但是相变材料存在易渗出的现象，所以在实际生产很少应用。封装法包含微观封装和宏观封装两种，宏观封装存在影响石膏板呼吸性能，若封装不完善，易燃会出现破损，泄露的现场，然而，微观封装一般是以微胶囊的形式，虽然微胶囊已经对相变材料进行封装，但相变微胶囊与石膏、水进行混合时，会产生摩擦或剪切力，物理作用还会将相变微胶囊产生破损，导致相变材料发生泄漏。
因此，本领域对所包含的相变材料不发生泄露的相变建材制品及其制备方法存在需求。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述是为了充分说明本申请的目的并非为了限制本申请的保护范围。
本申请提供了一种具有控温性能的相变建材制品及其制备方法。本申请的具有控温性能的相变建材制品能够调节室内温度并且相变材料不发生泄露，保证相变建材制品使用的安全性；并且本申请的制备方法使相变微胶囊与建材融合，低温的制备工艺使建材制品获得更高的强度。
本申请的实施方式中，提供了一种具有控温性能的相变建材制品的制备方法，所述制备方法包括相变微胶囊在制备所述具有控温性能的相变建材制品之前并且在制备为相变微胶囊溶液过程中处于低于相变温度的环境中，以使相变材料处于固态。
本申请的一些实施方式中，在制备所述具有控温性能的相变建材制品之前，所述相变微胶囊在低于相变温度的环境中放置一段时间，以确保相变材料处于固态；并且其中放置时间为5h至一个月；优选地，所述放置时间为29天至10天；优选地，所述放置时间为25天至9天；优选地，所述放置时间为20天至8天；优选地，所述放置时间为15天至8天；优选地，所述放置时间为10天至5天；优选地，所述放置时间为5天至1天；优选地，所述放置时间为3天至23h；优选地，所述放置时间为2天至12h；并且优选地，所述低于相变温度的环境的温度低于所述相变温度5℃以上。
本申请的一些实施方式中，所述放置时间可以为一个月、29天、28天、27天、26天、25天、24天、23天、22天、21天、20天、19天、18天、17天、16天、15天、14天、13天、12天、11天、10天、9天、8天、7天、6天、5天、4天、3天、2天、24h、23h、22h、21h、20h、19h、18h、17h、16h、15h、14h、13h、12h、11h、10h、9h、8h、7h、6h、5h或者任何两个值之间的范围或数值。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊为固态粉末形式；或者所述相变微胶囊为液体形式。
本申请的一些实施方式中，当所述相变微胶囊为固态粉末时，将低于相变温度的环境中的固态粉末形式的相变微胶囊与水混合，使所述固态粉体形式的相变微胶囊均匀分布在水中，形成相变微胶囊溶液；其中所述相变微胶囊溶液所用水的温度低于相变温度；当所述相变微胶囊为液体形式时，液体形式的相变微胶囊处于低于相变温度的环境中，以确保相变微胶囊内的相变材料处于固态；并且优选地，保存所述相变微胶囊、制备所述相变微胶囊溶液所用水或保存所述液体形式的相变微胶囊的温度低于相变温度5℃以上。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊的焓值保有率为60％～99％，焓值为50～200J/g，平均粒径为0.1～10μm，相变温度为15～30℃。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊溶液的固含量为20％-60％，保证溶液具有较好的流动性。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊的固含量为10％-70％。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊的固含量为20％-60％。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊的固含量为25％-60％。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊的固含量为30％-60％。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊的固含量为35％-60％。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊的固含量为40％-60％。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊的固含量为45％-60％。
固含量是乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。
本申请的一些实施方式中，所述相变微胶囊包括芯材和壁材；并且其中所述芯材和壁材为无机物质或者有机物质。
本申请的一些实施方式中，所述芯材为醇类化合物、有机酸类化合物、酯类化合物、烷烃类化合物中的任一种或多种。
本申请的一些实施方式中，所述芯材为石蜡、葵酸、辛酸、硬脂酸丁酯、聚乙二醇、十二醇或正八烷。
另一方面，本申请提供了通过上述制备方法制备的具有控温性能的相变建材制品，所述相变建材制品包括相变石膏板、相变石膏砌块、相变腻子、相变自流平砂浆、相变石条板和相变混凝土。
又另一方面，本申请提供了一种通过上述制备方法制备的具有控温性能的相变石膏板，以熟石膏占100重量份计，相变微胶囊：粘结剂：护面纸：水的重量比为5～50：0.1～1：0.05～0.1：55～95。
本申请的实施方式中，所述相变石膏板还包括增强剂，所述相变微胶囊：所述粘结剂：所述增强剂：所述护面纸：所述水的重量比为5～50：0.1～1：0.05～5：0.05～0.1：55～95。
本申请的实施方式中，所述相变石膏板还包括减水剂，所述相变微胶囊：所述粘结剂：所述增强剂：所述减水剂：所述护面纸：所述水的重量比为5～50：0.1～1：0.05～5：0.05～5：0.05～0.1：55～95。
本申请的实施方式中，所述相变石膏板还包括表面活性剂，所述相变微胶囊：所述粘结剂：所述增强剂：所述减水剂：所述表面活性剂：所述护面纸：所述水的重量比为5～50：0.1～1：0.05～5：0.05～5：0.05～5：0.05～0.1：55～95。
本申请的一些实施方式中，所述粘结剂为玉米淀粉、改性玉米淀粉、木薯淀粉、预糊化淀粉中的任一种或多种。
本申请的一些实施方式中，所述增强剂为玻璃纤维、碳纤维、硅灰石、石膏晶须中的任一种或多种。
本申请的一些实施方式中，所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂类的任一种或多种。
本申请的一些实施方式中，所述表面活性剂为直链烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵中的任一种或多种。
本申请的一些实施方式中，所述相变石膏板通过以下步骤获得：
(1)将熟石膏和粘结剂；以及任选地增强剂充分混合，形成干粉料；
(2)将固态粉末的相变微胶囊制备为相变微胶囊溶液或者将液体形式的相变微胶囊准备为待用形式的相变微胶囊溶液；
(3)将任选地减水剂、任选地表面活性剂与水混合，形成湿料；
(4)将所述干粉料、所述相变微胶囊溶液及所述湿料充分混合，形成料浆；并且
(5)将所述料浆放置在护面纸中间，经切断、烘干，形成具有控温性能的相变石膏板；并且
其中，在制备所述具有控温性能的相变建材制品之前，所述相变微胶囊在低于相变温度的环境中放置一段时间，以确保相变材料处于固态；并且
其中放置时间为5h至一个月；优选地，所述放置时间为29天至10天；优选地，所述放置时间为25天至9天；优选地，所述放置时间为20天至8天；优选地，所述放置时间为15天至8天；优选地，所述放置时间为10天至5天；优选地，所述放置时间为5天至1天；优选地，所述放置时间为3天至23h；优选地，所述放置时间为2天至12h；并且
优选地，所述低于相变温度的环境的温度低于所述相变温度5℃以上。
又另一方面，本申请提供了具有控温性能的相变石膏板在房间隔墙或吊顶中的应用。
又另一方面，本申请提供了通过上述制备方法制备的具有控温性能的相变石膏砌块，以熟石膏占100重量份计，相变微胶囊：水的重量比为:5～50：55～95；优选地，所述具有控温性能的相变石膏砌块还包括粘结剂、增强剂、减水剂、表面活性剂等，其中相变微胶囊：水：粘结剂：增强剂：减水剂：表面活性剂的重量比为5～50：55～95：0.1～1：0.05～5：0.05～5：0.05～5。
又另一方面，本申请提供了通过上述制备方法制备的具有控温性能的相变抹灰石膏，以熟石膏占100重量份计，相变微胶囊：纤维素醚：水的重量比为5～50：0.01～0.5：25～75；优选地，所述具有控温性能的相变抹灰石膏还包括缓凝剂、水泥等，其中相变微胶囊：纤维素醚：缓凝剂：水泥：水的重量为5～50：0.01～0.5：0.01～1：0.01～1：25～75。
又另一方面，本申请提供了通过上述制备方法制备的具有控温性能的相变自流平砂浆，以熟石膏占100重量份计，相变微胶囊：流变改性剂：水的重量比为5～50：0.01～0.5：25～75；优选地，所述具有控温性能的相变自流平砂浆还包括填充剂、纤维素醚、增强剂、减水剂、表面活性剂、消泡剂等，其中，相变微胶囊：流变改性剂：水：填充剂：纤维素醚：增强剂：减水剂：表面活性剂：消泡剂的重量为5～50：0.01～0.5：25～75：1:30：0.1～5：0.05～5：0.05～5：0.05～5：0.05～5。。
与相关技术相比，本申请包括的相变微胶囊要求低于相变温度储存与使用。本申请制备的相变建材制品使相变微胶囊与建材融合，低温的制备工艺使相变建材制品获得更高的强度，且微观观察相变微胶囊不发生泄露，保证相变建材制品使用的安全性。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为实施例2与对比例制备的相变石膏板放置于45℃烘箱后烘24h后石膏板表面颜色变化的照片。
在烘24h后，实施例制备的纸面石膏板的护面纸为本色，而对比例制备的护面纸已经被油渍浸渍，说明对比例制备方法中使用的相变微胶囊没有起到密封相变材料的作用，相变微胶囊中的石蜡已经发生泄露，并迁移到护面纸表面，存在挥发和影响石膏板质量的隐患。
图2为实施例2与对比例制备的相变石膏板的形貌的电镜图像。
实施例2的相变微胶囊仍完整存在于石膏晶体间，并且石膏晶体基本上未发生较大变化；而对比例的相变微胶囊破损，且石膏晶体也发生了较大的变化，晶体变短小且琐碎并且强度降低。
图3是石膏板在15℃和40℃料浆制备的石膏硬化浆体电镜图像。由图可知，高温使晶体生长、变大、晶体间搭接疏松；但低温使晶体紧密细长且紧簇并且使晶体强度增强。
图4是对应于图3的石膏板的曲线图。其中，A是对应于图3的石膏板的平均杨氏模量-压入深度曲线图。纵坐标为杨氏模量(GPa)，横坐标为位移(nm)。B是对应于图3的石膏板的平均硬度-压入深度曲线图。纵坐标为硬度(GPa)，横坐标为位移(nm)。HT：高温(40℃)。LT：低温(15℃)。
由图4可知，虽然样品的均匀性较差，尤其是低温样品，但低温样品的杨氏模量和硬度都明显大于高温样品，说明低温制备的石膏晶体具有更高的强度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和要点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
材料：
熟石膏：建筑石膏，宁海北新建材有限公司；
护面纸：山东博汇纸业股份有限公司；180g/m2；
相变微胶囊：按照专利ZL200810103749.3的实施例所述方法步骤进行制备；
短切玻璃纤维：中国巨石股份有限公司，长度6mm；
粘结剂：沈阳雪公胶粘剂科技有限公司，改性玉米淀粉；
萘系高效减水剂类：莱芜市东富翔化工有限公司，牌号为FDN-A。
实施例与对比例
实施例与对比实施例配方
实施例1：
所述相变微胶囊按照专利ZL200810103749.3第[0009]至[0015]段中采用凝胶溶胶法制备无机相变储能材料的微胶囊；不同之处在于本申请制备的相变微胶囊为单层的相变微胶囊；相变微胶囊为溶液，固含量为35％；焓值约120J/g；平均粒径5μm；
按上述配方，将熟石膏、改性淀粉、短切玻璃纤维充分混合，形成干粉料；
相变微胶囊的相变温度为20～25℃，处于15℃环境中；
将萘系减水剂、十二烷基硫酸钠与5份水混合，形成湿料；
将干粉料、相变微胶囊溶液、湿料和70份水充分混合，形成料浆；
将料浆放置在护面纸中间，经切断、烘干，形成具有控温性能的相变石膏板。
实施例2
所述相变微胶囊按照专利ZL200810103749.3第[0009]至[0015]段中采用界面聚合法制备有机相变储能材料的微胶囊；不同之处在于本申请制备的相变微胶囊为单层的相变微胶囊；相变微胶囊为溶液，固含量为35％；焓值约120J/g；平均粒径5μm；
按上述配方，将熟石膏、改性淀粉、短切玻璃纤维充分混合，形成干粉料；
相变微胶囊的相变温度为20～25℃，处于15℃环境中；
将萘系减水剂、十二烷基硫酸钠与5份水混合，形成湿料；
将干粉料、相变微胶囊溶液、湿料和70份水充分混合，形成料浆；
将料浆放置在护面纸中间，经切断、烘干，形成具有控温性能的相变石膏板。
实施例3：
所述相变微胶囊按照专利ZL200810103749.3实施例3中原位聚合法与溶胶凝胶法相结合制备双层复合功能性壳层封装有机相变储能材料的微胶囊；相变微胶囊为粉体，焓值约120J/g；平均粒径5μm；
按上述配方，将熟石膏、改性淀粉、短切玻璃纤维充分混合，形成干粉料；
相变微胶囊的相变温度为20～25℃，处于15℃环境中；将相变微胶囊与25份水混合，水温15℃，使相变材料均匀分布在水中，形成相变微胶囊溶液；
将萘系减水剂、十二烷基硫酸钠与5份水混合，形成湿料；
将干粉料、相变微胶囊溶液、湿料和45份水充分混合，形成料浆；
将料浆放置在护面纸中间，经切断、烘干，形成具有控温性能的相变石膏板。
对比例：
按上述配方，将熟石膏、改性淀粉、短切玻璃纤维充分混合，形成干粉料；
相变微胶囊的相变温度为20～25℃，处于25℃环境中；将相变微胶囊与25份水混合，水温25℃，使相变材料均匀分布在水中，形成相变微胶囊溶液；
将萘系减水剂、十二烷基硫酸钠与5份水混合，形成湿料；
将干粉料、相变微胶囊溶液、湿料和45份水充分混合，形成料浆；
将料浆放置在护面纸中间，经切断、烘干，形成具有控温性能的相变石膏板。
性能测试
根据标准GB/T 9775-2008《纸面石膏板》测试实施例和对比例中制备出的相变石膏板的性能，结果在表1中示出。
表1实施例2制备出的具有控温性能的相变石膏板和对比例中制备出的石膏板的性能
纵向断裂载荷/N
横向断裂载荷/N
实施例2
609
275
对比例
583
258
GB/T 9775-2008《纸面石膏板》
520
200
由表1可知，本申请实施例制备出的具有控温性能的相变石膏板的横向断裂载荷强度、纵向断裂载荷强度均大于对比例制备出的石膏板，并且高于GB/T 9775-2008《纸面石膏板》中的标准。
实施例与对比例的试块制备是将熟石膏分别与15℃、40℃水混合搅拌，均匀后倒入磨具中，制备160*40*40mm的试块；然后45℃烘干24h；检测试块的抗折、抗压强度，结果如下表2中所示；
温度
名称
抗折/MPa
抗压/MPa
抗折强度提升百分比
抗压强度提升百分比
实施例2
15℃
9.2
26.13
6.60
19.64
对比例
40℃
8.63
21.84
/
/
由表2可知，通过本申请的实施例制备的相变石膏板抗折强度为9.2/MPa、抗压强度为26.13/MPa；而对比例制备的相变石膏板抗折强度为8.63/MPa、抗压强度为21.84/MPa；本申请的实施例制备的相变石膏板抗折和抗压性能远远优于对比例。
观察试块的电镜，如图1-2所示。
由图1可知，在烘24h后，实施例制备的纸面石膏板的护面纸为本色，而对比例制备的护面纸已经被油渍浸渍，说明对比例制备方法中使用的相变微胶囊(未置于低于相变温度的环境保存且所用水的温度未低于相变温度)没有起到密封相变材料的作用，相变微胶囊中的石蜡已经发生泄露，并迁移到护面纸表面，存在挥发和影响石膏板质量的隐患。
由图2可知，实施例的相变微胶囊仍完整存在于石膏晶体间，并且石膏晶体基本上未发生较大变化；而对比例的相变微胶囊破损，且石膏晶体也发生了较大的变化，晶体变短小且琐碎并且强度降低。
由图3可知，石膏板在15℃和40℃料浆制备的石膏硬化浆体后，晶体结构发生变化，高温使晶体生长、变大、晶体间搭接疏松；但低温使晶体紧密细长且紧簇并且使晶体强度增强。晶体强度变化结果参见图4及表3。
晶体强度变化结果总结于表3。
表3纳米压痕测试结果
样品名称
E(GPa)
H(GPa)
LT
14.414±5.225
0.205±0.107
HT
3.619±0.867
0.041±0.018
纳米压痕测试可以获得石膏材料纳米力学性能；由表3可知，低温制备石膏硬化浆体的纳米力学性能性较高温相比有较大提升，杨氏模量，低温样品杨氏模量平均值为14.41GPa，是高温样品3.62GPa的4倍；硬度低温样品为0.205GPa，是高温样品0.041GPa的5倍。
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