阅读说明：本技术 一种水泥基定形相变材料的制备方法 (Preparation method of cement-based shape-stabilized phase change material ) 是由 杜银飞 刘谱晟 魏唐中 马聪 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水泥基定形相变材料的制备方法,属于相变材料制备技术领域,本发明利用水泥的胶凝特性和相变材料聚乙二醇的水溶性,使用聚乙二醇水溶液拌合水泥,水泥与溶液中的水发生水化反应,而聚乙二醇由于过饱和而逐渐结晶析出,并且被生成的水化产物包裹,当水泥最终水化完成,聚乙二醇就牢牢地被水化产物所封装。本发明所述的水泥基定形相变材料具有相变材料封装率高、稳定性好、制备工艺简单、成本低廉等优点,能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。由于水泥的水化和聚乙二醇的结晶析出是同时进行的,造成水化产物和聚乙二醇链段互相缠绕,形成了稳固的封装体系,确保了制备的水泥基定形相变材料在发生相变时不会泄露。(The invention discloses a preparation method of a cement-based shape-stabilized phase-change material, which belongs to the technical field of phase-change material preparation. The cement-based shape-stabilized phase change material has the advantages of high phase change material packaging rate, good stability, simple preparation process, low cost and the like, and can be widely applied to various fields such as heat energy storage, building energy conservation and the like. As the hydration of the cement and the crystallization precipitation of the polyethylene glycol are carried out simultaneously, the hydration product and the polyethylene glycol chain segment are intertwined, a stable packaging system is formed, and the prepared cement-based shape-stabilized phase-change material is ensured not to be leaked when the phase change occurs.)

一种水泥基定形相变材料的制备方法

技术领域

本发明属于相变材料制备技术领域，具体涉及一种水泥基定形相变材料的制备方法，应用于热能储存、建筑节能等领域。

背景技术

近年来，随着温室气体排放的加剧和化石能源供应的短缺，如何提高能源利用效率逐渐成为大家关注的焦点。热能储存技术可以回收余热，缓解热能供需矛盾，是提高能源利用效率的重要环保技术。热能储存技术包括潜热存储、显热存储和化学热存储。其中，基于相变材料在发生相变时能吸收或释放大量热量的特点而发展起来的潜热存储技术是一种最有效、应用最广泛的储热技术。

相变材料可分为固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料。考虑到焓值和相变过程中的体积变化，固-液相变储热材料被认为是最可行、最实用的相变储热材料。在实际应用固-液相变材料时，为了防止其在相变过程中发生泄漏，通常对其进行封装。常见的封装方法比如微胶囊相变材料，存在物理强度低，壳体材料容易破碎等缺点，或者是使用物理吸附法制备的复合定形相变材料，但这种方法也存在相变材料封装率不高，表面容易残存相变材料等缺点。因此本发明提供一种新型水泥基定形相变材料及其制备方法，本发明制备的水泥基定形相变材料封装率高、稳定性好、制备工艺简单、成本低廉，能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、成本低廉的水泥基定形相变材料的制备方法，相变材料封装率高、稳定性好，制备的水泥基定形相变材料能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种水泥基定形相变材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按照重量份称取以下原料：100份水泥、80～150份聚乙二醇水溶液、5～15份矿物掺和料、1～5份速凝剂和0.1～1份增稠剂；

S2.将干料按比例称取放入拌合锅内进行干拌；

S3.将聚乙二醇水溶液及其它液体材料缓慢倒入拌合锅内；

S4.启动水泥净浆搅拌机，先低速搅拌，再高速搅拌，搅拌完成后，然后将浆体倒入试模；

S5.标准养护后，将试件粉碎成粉体或颗粒，水泥基定形相变材料制备完成。

进一步，所述的聚乙二醇水溶液的浓度为40～70wt％，聚乙二醇的相对分子质量为500～6000。

进一步，所述的水泥为硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、磷酸盐水泥和超细水泥中的一种或多种。

进一步，所述的矿物掺和料为硅灰、粉煤灰、矿渣、石灰石粉中的一种或多种混合，且细度应高于1000目。

进一步，所述的速凝剂为铝氧熟料-碳酸盐系速凝剂、铝氧熟料-明矾石系速凝剂、水玻璃系速凝剂以及无碱速凝剂中的一种或多种。

进一步，所述的增稠剂可为丙烯系增稠剂、纤维素系增稠剂和多糖类增稠剂中的一种或多种。

进一步，所述步骤S2中，将干料按比例称取放入拌合锅内干拌1～2min。

进一步，所述步骤S4中，先低速搅拌120～150s，停15～30s，再高速搅拌120～150s，然后将浆体倒入试模。

进一步，所述步骤S5中，需要标准养护至少58天。

进一步，所述步骤S5中，可按需求将养护好的试件粉碎成不同粒径的水泥基定形相变材料。

本发明利用水泥的胶凝特性和相变材料聚乙二醇的水溶性，使用聚乙二醇水溶液拌合水泥，水泥与溶液中的水发生水化反应，而聚乙二醇由于过饱和而逐渐结晶析出，并且被生成的水化产物包裹，当水泥最终水化完成，聚乙二醇就牢牢地被水化产物所封装。本发明所述的水泥基定形相变材料具有相变材料封装率高、稳定性好、制备工艺简单、成本低廉等优点，能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

1)由于水泥的水化和聚乙二醇的结晶析出是同时进行的，造成水化产物和聚乙二醇链段互相缠绕，形成了稳固的封装体系，确保了制备的水泥基定形相变材料在发生相变时不会泄露。

2)得益于水泥材料优秀的物理性能、化学稳定性和热稳定性，本发明制备的水泥基定形相变材料具有相变材料封装率高、稳定性好、制备工艺简单、成本低廉等优点，能够广泛应用于如热能储存、建筑节能等诸多领域。

3)通过添加超细的具有活性效果的矿物掺和料以及增稠剂和速凝剂，提高了水泥基定形相变材料的水化速度、水化程度和物理强度。

附图说明

图1是对比例1制备的普通水泥净浆试件的扫描电镜图；

图2是实施例1制备的水泥基定形相变材料的扫描电镜图；

图3是实施例1制备的水泥基定形相变材料的差示扫描量热图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，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，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1

本实施例所制备的水泥基定形相变材料原料组成为：所用水泥为普通硅酸盐水泥，所用相变材料为相对分子质量2000的聚乙二醇，所用矿物掺和料为硅灰，所用速凝剂为属于铝氧熟料-碳酸盐系的红星Ⅰ型速凝剂，所用增稠剂为属于丙烯系的聚丙烯酰胺，聚乙二醇水溶液浓度为70％。具体的制备步骤如下：

S1.在常温下将70g聚乙二醇2000加入30g水中搅拌，制备100g浓度为70％的聚乙二醇水溶液；

S2.称取100g水泥、10g硅灰、5g速凝剂和0.8g增稠剂放入拌合锅内干拌1～2min；

S3.将制备好的100g聚乙二醇水溶液缓慢倒入拌合锅内；

S4.启动水泥净浆搅拌机，先低速搅拌2min，停15s，再高速搅拌2min，然后将浆体倒入试模；

S5.标准养护58天后，将试件粉碎成颗粒，水泥基定形相变材料制备完成。

对制备好的水泥基定形相变材料进行热性能测试，其熔融焓为37.47J/g，经100次升降温循环后焓值为35.14J/g，说明该水泥基定形相变材料具有优秀的储热能力和热稳定性。

图2是实施例1制备的水泥基定形相变材料的扫描电镜图，从图2可以看出，水泥发生水化时，聚乙二醇会析出而填充到水化产物的微孔中，并且被生成的水化产物包裹，造成水化产物和聚乙二醇链段互相缠绕，形成了稳固的封装体系。

图3是实施例1制备的水泥基定形相变材料的差示扫描量热图，从图3可以看出该水泥基定形相变材料熔融焓为37.47J/g，结晶焓为34.44J/g，具备优秀的储热能力。

实施例2

本实施例所制备的水泥基定形相变材料原料组成为：所用水泥为硫铝酸盐水泥，所用相变材料为相对分子质量4000的聚乙二醇，所用矿物掺和料为超细粉煤灰，所用速凝剂为ART-SL12无碱液体速凝剂，所用增稠剂为属于纤维素系的纤维素醚，聚乙二醇水溶液浓度为50％。具体的制备步骤如下：

S1.在常温下将50g聚乙二醇4000倒入50g水中搅拌，制备100g浓度为50％的聚乙二醇水溶液；

S2.称取100g水泥、6g超细粉煤灰和0.2g增稠剂放入拌合锅内干拌1～2min；

S3.将制备好的100g聚乙二醇水溶液和2g速凝剂缓慢加入拌合锅内；

S4.启动水泥净浆搅拌机，先低速搅拌2min，停15s，再高速搅拌2min，然后将浆体倒入试模；

S5.标准养护58天后，将试件粉碎成粉体，水泥基定形相变材料制备完成。

对制备好的水泥基定形相变材料进行热性能测试，其焓值为38.29J/g，经100次升降温循环后焓值为36.72J/g，说明该水泥基定形相变材料具有优秀的储热能力和热稳定性。

对比例1

在不添加聚乙二醇而其余组分和制备步骤与实施例1一样的情况下制备普通水泥净浆试件作为对比例，图1是对比例1制备的普通水泥净浆试件的扫描电镜图，由图1可看出，普通水泥净浆试件存在许多孔隙，可以作为相变材料填充的载体，证明了本发明的可行性。

对比例2

将聚乙二醇磨细，然后将磨细的聚乙二醇作为外加剂与水泥拌合，其余条件同实施例1。

对制备好的相变材料进行热性能测试，其焓值为35.69J/g，经100次升降温循环后焓值为28.77J/g，与本发明实施例相比，对比例2制备的相变材料的储热能力和热稳定性较差。