相变储能调温内墙涂料的研制

崔锦峰，马永强，郭军红，杨保平，周应萍，张鹏飞( 兰州理工大学，兰州730050)

建筑物在使用期间，需要不断消耗大量的能源，约占人类能源消耗的30% ～ 40%，而其中绝大部分用于采暖和空调［1］。而且，随着人口的增长，建筑高能耗也必成增长趋势，会给能源供应带来更大压力。建筑储能系统的发展成为解决问题的方案之一［2］。相变材料( PCMs) 是一种利用相变潜热吸收、储存和释放热能的材料［3］。采用微胶囊技术对相变材料进行封装，制成稳定的微胶囊相变材料( MCPCM) 固体微粒，这种微粒可以在很窄的温度范围内吸收/释放相变潜热，具有较为显著的储热调温功能［4 － 5］。将微胶囊相变材料应用于建筑领域，可降低室内空气温度波动的频率，保持温度在一个较长的时期内与所需的温度接近，增加人体舒适度［6］，同时达到节能目的。Fang Xiaoming 等［7］对硬脂酸丁酯－ 十二醇－ 改性蒙脱土复合相变材料在建筑储能方面进行了应用研究，发现该复合材料相变潜热大，稳定性好，具有适合建筑储能的相变温度，可降低建筑能耗，减少室内温度变化。苏峻峰等［8］对所制备的相变储热微胶囊的储热调温效果进行了评价，结果表明: 相变材料的储能过程具有可逆性和连续性，节能效果达到15. 6%。本研究以三聚氰胺－ 甲醛( MF) 树脂为壁材，通过原位聚合法包覆硬脂酸丁酯－ 正十四醇混合物制备了微胶囊相变材料，配以自制硅溶胶－ 苯丙无机/有机复合乳液、助剂和颜填料制得相变储能调温内墙涂料，与一般市售内墙涂料进行比较，对其相变储能调温效果进行了研究。

1 实验部分
1. 1 主要试剂
苯乙烯－ 马来酸酐共聚树脂( SMA) : 美国孟山都公司; 硬脂酸丁酯: 工业级，扬州富华化工有限公司; 复合乳液: 自制;37%甲醛水溶液、正十四醇、三聚氰胺、乳化剂OP － 10、柠檬酸、三乙醇胺: 分析纯，市售。
1. 2 微胶囊相变材料的制备
将一定量的三聚氰胺、甲醛水溶液和去离子水加入到四口烧瓶中，升温至75 ℃，用三乙醇胺调pH = 8 ～ 9，恒温反应30 min 制得MF 预聚体。将一定量的SMA、OP － 10、氢氧化钠和硬脂酸丁酯－ 正十四醇混合物( 硬脂酸丁酯∶ 正十四醇= 5∶2，质量比) 加入到去离子水中，在70 ℃下搅拌40 min，然后倒入四口烧瓶中，制得混合芯材乳液。将乳液倒入四口瓶中，用柠檬酸调节pH = 3 ～ 4，升温至70 ℃，在搅拌条件下缓慢滴加一定量的MF 预聚体，反应3 h 得到微胶囊悬浮液，出料，洗涤、干燥，即得硬脂酸丁酯－ 正十四醇混合芯材微胶囊。
1. 3 相变储能调温内墙涂料的研制
将制得的微胶囊相变材料与一定比例的硅溶胶－ 苯丙无机/有机复合乳液和研磨后的颜填料浆混合，常温下使用高速搅拌于2 000 r /min转速下分散1 h，过滤、出料，得到相变储能调温内墙涂料，备用。
1. 4 测试与表征
红外光谱分析: 样品用KBr 压片，采用日本岛津( SHIMADZU) 公司FTIR － 8300PCS 型红外光谱仪测定芯材和微胶囊的化学结构。扫描电子显微镜( SEM) 观察: 在SEM 样品台贴上一层双面胶，将干燥的微胶囊粉末粘在胶面上，用无水乙醇分散，待样品晾干后，真空喷金，采用日本JSM － 6701F 冷场发射型扫描电镜观察。差示扫描量热分析( DSC) : 采用德国Netzsch 公司的DSC204F 型差示扫描量热仪，在N2气氛下，以5 ℃ /min 的扫描速率，测量－ 10 ～ 100 ℃范围的DSC 曲线，得到相变潜热及相变温度。储热调温性能测试: 制备涂有涂料的石棉水泥板各4 块，置于配有红外灯和温度计的自制秸秆/溴碳聚氨酯复合阻燃保温箱四周。测试时先用红外灯对各保温箱加热40 min，然后停止加热，用温度计测定不同时段2 个箱内的温度。测试模型如图1 所示。


涂料其他性能测试: 参照GB/T 9755—2001《合成树脂外墙乳液涂料》的相关技术指标要求对所制得的相变储能调温内墙涂料进行性能检测。
2 结果与讨论
2. 1 红外谱图分析
图2 所示a、b、c 曲线分别为MF 预聚体、微胶囊和芯材的红外光谱。

a—MF 预聚体; b—微胶囊; c—芯材
图2 MF 预聚体、微胶囊和芯材的红外图谱