二元复合相变材料的制备研究

刘红霞，别安涛，吴炎平，黄高明，朱群敏

(江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西 南昌 330001)

相变储能建筑材料是一种热功能复合材料,能够将太阳能以相变潜热的形式进行贮存,实现能量在不同时间、空间位置之间的转换。到目前为止,相变材料在建筑领域的应用已经成为其最为重要的利用途径之一[1][2]。

目前用于固—液相变的材料主要有无机类和有机类两类[3]。考虑硫酸盐等无机材料腐蚀性的影响,不对此类材料进行研究。本项目主要研究石蜡、脂肪酸和醇类有机类相变材料。

本项目相变材料拟应用于混凝土复合砌块靠外墙侧的孔洞内,考虑江西省夏季高温炎热气候,设定相变温度为32-40℃。由于单一某种材料很难满足相变材料的各种要求,所以主要研究有机类相变材料的复合。

1 试验

1.1 原材料

原材料性能见表1。

表1 原材料基本性能

1.2 试验方法

1.2.1 步冷曲线法

“步冷曲线法”是一种热分析方法,试验步骤如下：配制不同质量百分比的混合物试样,置于高温水浴中加热至70℃；然后放入5℃的低温水浴中,同时记录冷却时间和温度,时间间隔为20s。当混合物完全凝固时,停止试验。

1.2.2 差示扫描量热仪分析方法

采用德国耐驰DSC设备(仪器型号NETZSCH DSC 214 Polyma DSC21400A-0406-L)进行测试,试验采取升温形式,升温速率为3K/min,测试温度为0℃至70℃。

2 结果与分析

2.1 二元复合体系的研究

2.1.1 月桂酸+癸酸二元复合体系

分别配制癸酸质量分数为0%、20%、30%、40%、60%、70%、80%、100%的月桂酸—癸酸混合物试样,按照以上的步冷曲线试验步骤进行试验,结果见表2。

表2 各比例下月桂酸-癸酸二元体系相变温度

从表2可以看到：当月桂酸-癸酸7∶3时,相变温度32.5℃,可满足本项目要求。

2.1.2 固体石蜡-液体石蜡二元复合体系

步冷曲线法测得的不同质量比例的固体石蜡-液体石蜡二元体系相变温度见表3。

表3 不同掺量固体石蜡-液体石蜡二元体系相变温度

从表3可看出,此二元体系相变温度较高,不符合相变温度范围要求,不做进一步研究。

2.1.3 液体石蜡-硬脂酸正丁酯二元复合体系

步冷曲线法测得的此二元体系相变温度见表4。

表4 不同掺量液体石蜡-硬脂酸正丁酯二元体系相变温度

此二元体系相变温度较低,在15℃的低温水浴中无法凝固。相变温度也不符合要求,因此不做进一步研究。

2.1.4 液体石蜡-月桂酸二元复合体系

步冷曲线法测得的此二元体系相变温度见表5。

表5 不同掺量液体石蜡-月桂酸二元体系相变温度

从表5可看出,液体石蜡月桂酸二元复合体系在质量比8∶5～3∶8范围内,可满足32～40℃相变温度要求,而且液体石蜡和月桂酸价格均较低,所以将此配方作为备选配方之一。

2.1.5固体石蜡-硬脂酸正丁酯二元复合体系

步冷曲线法测得固体石蜡-硬脂酸正丁酯二元复合体系相变温度见表6。

表6 不同掺量固体石蜡-硬脂酸正丁酯二元体系相变温度

此二元体系相变温度较高,均在45℃以上,不符合要求,因此不做进一步研究。

2.2 相变体系的选择

液体石蜡月桂酸二元体系随着月桂酸质量比例增大,相变潜热增加,结合相变温度的要求,最终选择月桂酸：癸酸7∶3,相变温度32℃和液体石蜡：月桂酸7∶8,相变温度36.5℃两种相变体系。对以上体系进行DSC相变温度及相变潜热测定,结果见图1、图2及表7。

图1 DSC曲线(月桂酸：癸酸7∶3)

图2 DSC曲线(液体石蜡：月桂酸 7∶8)

相变体系相变温度,℃相变焓,J/g月桂酸:癸酸7∶334102液体石蜡:月桂酸7∶83884

由以上结果可以看到,两个二元复合相变体系月桂酸：癸酸7∶3和液体石蜡：月桂酸7∶8,都具有理想的相变温度,且相变焓在80 J/g以上,为较理想的备选相变材料。

3 结论

通过步冷曲线和DSC测试方法,筛选出两种备选相变体系,分别为月桂酸：癸酸7∶3,相变温度34℃,相变焓102 J/g；液体石蜡：月桂酸7∶8,相变温度38℃,相变焓84 J/g。此两种相变体系基本满足江西省夏季高温环境下相变材料32-40℃相变温度的要求。