本發(fā)明涉及一種阻燃型功能化相變復(fù)合材料及其粉體、顆粒和板材產(chǎn)品，屬于建筑材料領(lǐng)域。

技術(shù)背景

相變儲(chǔ)能建筑材料應(yīng)用于建材的研究始于1982年，由美國(guó)能源部太陽(yáng)能公司發(fā)起。相變儲(chǔ)能建筑材料兼?zhèn)淦胀ńú暮拖嘧儾牧蟽烧叩膬?yōu)點(diǎn)：能夠大量吸收和釋放熱能；能夠與其他傳統(tǒng)建筑材料聯(lián)合使用；安裝便捷，不需要特殊的知識(shí)和技能；能夠用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)；在經(jīng)濟(jì)、效益上具有競(jìng)爭(zhēng)性。

相變材料是指在一定的溫度范圍內(nèi)可改變物理狀態(tài)的材料，以環(huán)境與體系的溫度差為推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)-放熱功能。作為能量存儲(chǔ)器，相變材料具有儲(chǔ)能密度大、儲(chǔ)能能力強(qiáng)、溫度恒定等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)在節(jié)能、溫度控制等方面有著極為重要的意義，使得相變材料在智能調(diào)溫服裝、航天、建筑及電子器件等應(yīng)用領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。

對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，相變材料的安全性和功能化都非常重要。對(duì)于阻燃性能來(lái)說(shuō)，其必須滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)才能實(shí)際推廣應(yīng)用。而功能化，如防水、無(wú)甲醛、節(jié)能等則是產(chǎn)品創(chuàng)新性和競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。公開(kāi)號(hào)為cn101397489a和cn101531885的專(zhuān)利均僅報(bào)道了其樣品具有一定的阻燃效果，前者雖提及改善了熱釋放速率，但并未指明通過(guò)某項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，也沒(méi)有顯示出其他的功能性。公開(kāi)號(hào)cn103212351a的專(zhuān)利報(bào)道了具有高導(dǎo)熱的阻燃相變微膠囊，樣品雖具有了阻燃和高導(dǎo)熱能力，但并未說(shuō)明確切的阻燃效果和導(dǎo)熱能力。公開(kāi)號(hào)cn103692709a專(zhuān)利報(bào)道了具有阻燃、防水的無(wú)甲醛相變實(shí)木復(fù)合地板，也未說(shuō)明確切的阻燃效果。

為了能使相變材料利用太陽(yáng)光熱能，這就需要良好的光熱轉(zhuǎn)換能力。公開(kāi)號(hào)cn106047305a報(bào)道了利用染料發(fā)色母體改性的二氧化硅負(fù)載聚乙二醇，聚乙二醇獲得光熱轉(zhuǎn)換能力，但僅限于單一的相變材料，且染料發(fā)色母體耐候性一般欠佳，難以長(zhǎng)期使用，且未說(shuō)明光熱轉(zhuǎn)換能力。發(fā)明人之前所公開(kāi)的cn103131395a專(zhuān)利，報(bào)道了具有光熱轉(zhuǎn)換能力的石蠟-石墨泡沫復(fù)合材料，但材料并沒(méi)有阻燃性。此外，為了使相變材料能高效的存儲(chǔ)熱能，良好的導(dǎo)熱系數(shù)必不可少。如公開(kāi)號(hào)cn101531885的專(zhuān)利添加了金屬鐵粉，但其相變復(fù)合材料樣品的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.36-0.42wmk，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)仍然偏低，產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)一般需高于水的導(dǎo)熱系數(shù)(0.6w/mk)。

本發(fā)明的目的是提出一種阻燃型功能化相變復(fù)合材料，以使相變材料同時(shí)具備阻燃性、良好導(dǎo)熱能力、較高光熱轉(zhuǎn)換效率和防水性、無(wú)甲醛等多種功能，進(jìn)一步推動(dòng)相變材料的在建筑材料領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種阻燃型功能化相變復(fù)合材料，其同時(shí)具有阻燃性、良好導(dǎo)熱能力、較高光熱轉(zhuǎn)換效率和防水性、無(wú)甲醛等多種功能的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的具體技術(shù)方案如下：

一種阻燃型功能化相變復(fù)合材料，其特征在于，所述的阻燃型功能化相變復(fù)合材料組分包括(質(zhì)量百分比)：相變儲(chǔ)能材料20-70、支撐材料17-55、多孔材料3-10、阻燃劑和協(xié)效劑5-25、相容劑2-5、導(dǎo)熱材料1-5、吸光材料3-8％、其他功能助劑1-5。

進(jìn)一步，所述的相變儲(chǔ)能材料為相變點(diǎn)在10-100℃石蠟、烷烴、酯類(lèi)、脂肪酸、脂肪醇等中的一種、以及同類(lèi)或多類(lèi)的調(diào)配物；

進(jìn)一步，所述的支撐材料為聚氯乙烯、聚乙烯、苯乙烯—丁烯/乙烯—苯乙烯共聚物、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物、聚丙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、有機(jī)硅樹(shù)脂、聚氨酯等一種或幾種的混合物；

進(jìn)一步，所述的多孔材料包括膨脹珍珠巖、膨脹石墨、膨脹蛭石、沸石、活性炭、多孔二氧化硅中的一種或幾種的混合物；

進(jìn)一步，所述的阻燃劑為鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、納米阻燃劑、可膨脹石墨中的一種或多種的混合物；所述阻燃協(xié)效劑包括有機(jī)、無(wú)機(jī)兩類(lèi)，有機(jī)協(xié)效劑選自季戊四醇、季戊四醇多聚體、環(huán)氧樹(shù)脂、三聚氰胺、磷酸三甲苯酯中的一種或幾種的混合物；無(wú)機(jī)協(xié)效劑選自紅磷、三氧化二銻、聚磷酸銨、氫氧化鎂、氫氧化鋁、紅磷、硼酸鋅、納米級(jí)蒙脫土、硅烷改性納米蒙脫土、沸石、膨潤(rùn)土中的一種或幾種的混合物，有機(jī)、無(wú)機(jī)協(xié)效劑可混合使用，且所述阻燃劑與阻燃協(xié)效劑的質(zhì)量比例為1:3～4:1。

進(jìn)一步，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯、馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯、聚亞胺酯、丙烯酸酯類(lèi)共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物；

進(jìn)一步，所述導(dǎo)熱材料為碳粉、碳纖維、碳化硅粉、石墨、膨脹石墨、鐵粉，氮化硼、氮化鋁、氧化鋁、氧化鎂、氧化銅中的一種或者幾種的混合物。

進(jìn)一步，所述吸光材料為碳粉、碳纖維、碳納米管、石墨烯、石墨、膨脹石墨、氧化銅中的一種或者幾種的混合物。

進(jìn)一步，一種利用包括權(quán)利要求1-10之一所述的復(fù)合材料制成的粉體、顆粒、板材。

進(jìn)一步，一種利用權(quán)利要求11所述的粉體、顆粒、板材制成的產(chǎn)品或制品。

所述阻燃型功能化相變復(fù)合材料，可以通過(guò)壓制工藝加工成型，也可通過(guò)擠出工藝加工成型。

以上技術(shù)方案制備出的阻燃型功能化相變復(fù)合材料，可根據(jù)需要選擇使用的相變材料種類(lèi)和配比，獲得具有不同相變溫度的相變材料。功能化的相變復(fù)合材料可通過(guò)國(guó)家鋪地材料的阻燃標(biāo)準(zhǔn)(gb/t8626和gb8624-2012)，達(dá)到b1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；可有效存儲(chǔ)和利用太陽(yáng)光的熱能，從而使建筑增加了自調(diào)溫功能，降低了建筑能耗，提高人體舒適感。

附圖說(shuō)明

圖1為功能化相變復(fù)合材料的實(shí)物圖

圖2為功能化相變復(fù)合材料的光熱轉(zhuǎn)換的溫度變化曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的功能化相變復(fù)合材料，其組分包括(質(zhì)量百分比)：相變儲(chǔ)能材料20-70、支撐材料17-55、多孔材料3-10、阻燃劑和協(xié)效劑5-25、相容劑2-5、導(dǎo)熱材料1-5、吸光材料3-8、其他功能助劑1-5。

其中，多孔材料利用其尺寸效應(yīng)、多孔限域效應(yīng)等性能對(duì)相變材料進(jìn)行有效封裝。

阻燃劑和協(xié)效劑共同作用，可提高系統(tǒng)的阻燃效率，降低阻燃系統(tǒng)配方中的某些組分(例如某些昂貴或稀缺組分)的含量。

相容劑可提高各組分間的結(jié)合程度，從而提高產(chǎn)品的拉伸、沖擊強(qiáng)度，改善加工流變性，提高表面光潔度等作用。

導(dǎo)熱材料用于提升材料的導(dǎo)熱系數(shù)，從而改善其存儲(chǔ)熱能的效率。

吸光材料用于增強(qiáng)材料吸收太陽(yáng)光的能力，從而有助于提高材料的光熱轉(zhuǎn)換能力。

圖1為功能化相變復(fù)合材料的實(shí)物圖。

圖2為功能化相變復(fù)合材料的光熱轉(zhuǎn)換的溫度變化曲線。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作以下進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例的限制，不限于實(shí)施例中的用料種類(lèi)和用量的具體數(shù)值，可根據(jù)實(shí)際需要選擇合適原料以及放大或縮小用量。

實(shí)施例一、將5kg石蠟和0.5kg膨脹石墨在60℃下混合。將得到的物料加入混煉系統(tǒng)，加入2kg聚乙烯、0.2kg苯乙烯一乙烯/丁烯一苯乙烯、0.02kg氧化銅、0.02kg穩(wěn)定劑和0.2kg乙烯醋酸乙烯酯共聚物，在160℃下緩慢攪拌混合。待混合均勻后將溫度降低至130℃，按順序緩慢加入0.7kg可膨脹石墨，以及0.2kg三聚氰胺、0.6kg聚磷酸銨、0.5kg季戊四醇與0.06kg納米蒙脫土的混合物。利用壓制加工工藝在150℃下熱壓成型，得到的功能化相變復(fù)合材料，其阻燃測(cè)試可通過(guò)gb/t11785和gb/t8626標(biāo)準(zhǔn)、在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光輻照時(shí)(100mw/cm²)的光熱轉(zhuǎn)換效率大于70％、激光導(dǎo)熱儀測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為1.1w/mk、差示掃描量熱儀測(cè)得熔點(diǎn)為20℃、相變焓為80.2kj/kg。

實(shí)施例二、將5.7kg十六酸甲酯與硬脂酸甲酯的調(diào)配物和0.5kg石墨在80℃混合。將得到的物料與2kg高密度聚乙烯、0.3kg苯乙烯一乙烯/丁烯一苯乙烯和0.2kg乙烯醋酸乙烯酯共聚物在180℃緩慢進(jìn)行混煉。待混合均勻后，緩慢添加0.5kg可膨脹石墨、0.5kg聚磷酸銨、0.3kg三聚氰胺的混合物，在150℃下再次混合均勻。利用壓制加工工藝在160℃下成型，得到的功能化相變復(fù)合材料，其阻燃測(cè)試可通過(guò)gb/t11785和gb/t8626標(biāo)準(zhǔn)、在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光輻照時(shí)(100mw/cm²)的光熱轉(zhuǎn)換效率大于70％、激光導(dǎo)熱儀測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為1.4w/mk、差示掃描量熱儀測(cè)得熔點(diǎn)為22℃、相變焓為92.1kj/kg。

實(shí)施例三、將4kg十六酸甲酯和0.8kg膨脹石墨在80℃下混合均勻；將得到的物料與2.4kg聚氯乙烯、1kg甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯共聚物、0.8kg可膨脹石墨、0.1kg氯化石蠟、0.2kg三氧化二銻和0.3kg氫氧化鋁在高速混合機(jī)中混合至60℃。利用擠出加工工藝在180℃下成型，得到功能化相變復(fù)合材料。其阻燃測(cè)試可通過(guò)gb/t11785和gb/t8626標(biāo)準(zhǔn)、在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光輻照時(shí)(100mw/cm²)的光熱轉(zhuǎn)換效率大于70％、激光導(dǎo)熱儀測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為1.8w/mk、差示掃描量熱儀測(cè)得熔點(diǎn)為24℃、相變焓為60.3kj/kg。

實(shí)施例四、將2kg十二醇和0.4kg膨脹蛭石和0.4kg多孔二氧化硅在60℃混合均勻；將得到的物料與5kg聚丙烯、0.3kg聚亞胺酯、1.0kg聚磷酸銨、0.8kg紅磷、0.03kg鉛鹽穩(wěn)定劑、0.07kg抗氧化劑在高速混合機(jī)中混合至60℃，利用擠出加工工藝在170℃下成型，得到功能化相變復(fù)合材料。其阻燃測(cè)試可通過(guò)gb/t11785和gb/t8626標(biāo)準(zhǔn)、在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光輻照時(shí)(100mw/cm²)的光熱轉(zhuǎn)換效率大于40％、激光導(dǎo)熱儀測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.17w/mk、差示掃描量熱儀測(cè)得熔點(diǎn)為21℃、相變焓為30.9kj/kg。

比較例將6kg十八醇和0.8kg膨脹珍珠巖在60℃混合均勻；將得到的物料與2kg聚氯乙烯、1.2kg苯乙烯一乙烯/丁烯一苯乙烯在高速混合機(jī)中混合至80℃。利用擠出加工工藝在175℃下成型，得到功能化相變復(fù)合材料。該材料易燃、在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光輻照時(shí)(100mw/cm²)的光熱轉(zhuǎn)換效率小于40％、激光導(dǎo)熱儀測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為0.14w/mk、差示掃描量熱儀測(cè)得熔點(diǎn)為55℃、相變焓為103.2kj/kg。