二元復合相變材料的制備研究

劉紅霞，別安濤，吳炎平，黃高明，朱群敏

(江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001)

相變儲能建筑材料是一種熱功能復合材料,能夠將太陽能以相變潛熱的形式進行貯存,實現能量在不同時間、空間位置之間的轉換。到目前為止,相變材料在建筑領域的應用已經成為其最為重要的利用途徑之一[1][2]。

目前用于固—液相變的材料主要有無機類和有機類兩類[3]?？紤]硫酸鹽等無機材料腐蝕性的影響,不對此類材料進行研究。本項目主要研究石蠟、脂肪酸和醇類有機類相變材料。

本項目相變材料擬應用于混凝土復合砌塊靠外墻側的孔洞內,考慮江西省夏季高溫炎熱氣候,設定相變溫度為32-40℃。由于單一某種材料很難滿足相變材料的各種要求,所以主要研究有機類相變材料的復合。

1 試驗

1.1 原材料

原材料性能見表1。

表1 原材料基本性能

1.2 試驗方法

1.2.1 步冷曲線法

“步冷曲線法”是一種熱分析方法,試驗步驟如下：配制不同質量百分比的混合物試樣,置于高溫水浴中加熱至70℃；然后放入5℃的低溫水浴中,同時記錄冷卻時間和溫度,時間間隔為20s。當混合物完全凝固時,停止試驗。

1.2.2 差示掃描量熱儀分析方法

采用德國耐馳DSC設備(儀器型號NETZSCH DSC 214 Polyma DSC21400A-0406-L)進行測試,試驗采取升溫形式,升溫速率為3K/min,測試溫度為0℃至70℃。

2 結果與分析

2.1 二元復合體系的研究

2.1.1 月桂酸+癸酸二元復合體系

分別配制癸酸質量分數為0%、20%、30%、40%、60%、70%、80%、100%的月桂酸—癸酸混合物試樣,按照以上的步冷曲線試驗步驟進行試驗,結果見表2。

表2 各比例下月桂酸-癸酸二元體系相變溫度

從表2可以看到：當月桂酸-癸酸7∶3時,相變溫度32.5℃,可滿足本項目要求。

2.1.2 固體石蠟-液體石蠟二元復合體系

步冷曲線法測得的不同質量比例的固體石蠟-液體石蠟二元體系相變溫度見表3。

表3 不同摻量固體石蠟-液體石蠟二元體系相變溫度

從表3可看出,此二元體系相變溫度較高,不符合相變溫度范圍要求,不做進一步研究。

2.1.3 液體石蠟-硬脂酸正丁酯二元復合體系

步冷曲線法測得的此二元體系相變溫度見表4。

表4 不同摻量液體石蠟-硬脂酸正丁酯二元體系相變溫度

此二元體系相變溫度較低,在15℃的低溫水浴中無法凝固。相變溫度也不符合要求,因此不做進一步研究。

2.1.4 液體石蠟-月桂酸二元復合體系

步冷曲線法測得的此二元體系相變溫度見表5。

表5 不同摻量液體石蠟-月桂酸二元體系相變溫度

從表5可看出,液體石蠟月桂酸二元復合體系在質量比8∶5～3∶8范圍內,可滿足32～40℃相變溫度要求,而且液體石蠟和月桂酸價格均較低,所以將此配方作為備選配方之一。

2.1.5固體石蠟-硬脂酸正丁酯二元復合體系

步冷曲線法測得固體石蠟-硬脂酸正丁酯二元復合體系相變溫度見表6。

表6 不同摻量固體石蠟-硬脂酸正丁酯二元體系相變溫度

此二元體系相變溫度較高,均在45℃以上,不符合要求,因此不做進一步研究。

2.2 相變體系的選擇

液體石蠟月桂酸二元體系隨著月桂酸質量比例增大,相變潛熱增加,結合相變溫度的要求,最終選擇月桂酸：癸酸7∶3,相變溫度32℃和液體石蠟：月桂酸7∶8,相變溫度36.5℃兩種相變體系。對以上體系進行DSC相變溫度及相變潛熱測定,結果見圖1、圖2及表7。

圖1 DSC曲線(月桂酸：癸酸7∶3)

圖2 DSC曲線(液體石蠟：月桂酸 7∶8)

相變體系相變溫度,℃相變焓,J/g月桂酸:癸酸7∶334102液體石蠟:月桂酸7∶83884

由以上結果可以看到,兩個二元復合相變體系月桂酸：癸酸7∶3和液體石蠟：月桂酸7∶8,都具有理想的相變溫度,且相變焓在80 J/g以上,為較理想的備選相變材料。

3 結論

通過步冷曲線和DSC測試方法,篩選出兩種備選相變體系,分別為月桂酸：癸酸7∶3,相變溫度34℃,相變焓102 J/g；液體石蠟：月桂酸7∶8,相變溫度38℃,相變焓84 J/g。此兩種相變體系基本滿足江西省夏季高溫環境下相變材料32-40℃相變溫度的要求。