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由于能源短缺,利用蓄热技术来解决热能供给和需求失配的矛盾,是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。其中,利用相变材料的相变潜热来存储热能的技术,具有蓄热密度大、蓄放热过程近似等温、过程易控制等优点,因而备受研究者关注。相变蓄热材料包括有机物和无机物。由于有机物相变蓄热材料的腐蚀性小、相变过程中不易出现过冷和相分离的问题,因为近来对其进行研究更为普遍。但有机物相变蓄热材料导热系数小、部分有机物性能不稳定,有可燃性,从而限制了其应用。如何制备出新型复合相变蓄热材料己成为当今蓄热技术研究的热点和难点。
本文针对有机相变蓄热材料存在的本质问题,从高分子材料领域制备有机/无机纳米复合材料的方法中得到启示,提出将有机相变蓄热材料与导热系数高的无机物进行纳米复合的创新方法。由于有机/无机纳米复合相变蓄热材料既能将有机相变物与无机物的物理、化学性能充分结合起来,又能利用纳米尺寸具有大的表面和界面效应,所以制备出的纳米复合相变蓄热材料具有相对较高的导热系数、性能稳定、不存在液态泄漏问题,并能有效地抑制有机物的可燃性。
本文以十六烷基三甲基溴化铵及十八烷基三甲基溴化铵为改性剂,分别采用湿法和微波法对钠基膨润土进行有机改性,通过正交试验分析,优化了有机改性膨润土的制备条件。优化条件后制得的改性膨润土的dooi层间距分别达到了3.3812nm和3.2972nm,较优化前的d001层间距有了一定的提高。以有机物十八烷、硬脂酸丁酯为相变蓄热材料,采用熔融插层法,将十八烷、硬脂酸丁酯嵌入到膨润土的纳米层间内,从而制备出十八烷/膨润土纳米复合相变材料、硬脂酸丁酯/膨润土纳米复合相变材料,其饱和吸附量达到了35%和50%,采用X射线衍射、红外光谱分析、差示扫描量热分析仪、偏光显微镜测试等多种分析测试手段对复合相变蓄热材料进行了结构和性能表征,证实制备出的纳米复合相变蓄热材料具有很好的结构与性能稳定性,其蓄热能力较好。
将十八烷/膨润土复合相变材料与石膏粉进行混合,制备出相变蓄热石膏板。与普通石膏本相比,相变蓄热石膏板具有较好的保温隔热性能,用在建筑中具有降低能耗,减缓室内温度波动的功能。