[发明专利]一种纤维增强增韧型复合相变材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种纤维增强增韧型复合相变材料及其制备与应用，属于相变潜热储存领域。该复合相变材料以废弃农作物秸秆为基材，利用秸秆表面的蜡质层成分作为相变材料之一，通过外加另一种有机相变材料，经雾化喷涂至秸秆表层，使其与秸秆蜡质固溶，从而在秸秆表层制备复合相变材料。同时秸秆作为一种优异的天然纤维材料，加入到建筑材料基体中在物理、力学性能方面可以起到一定的增强作用。本发明在一定程度上可以解决秸秆综合利用问题，并且所制备的复合材料同时具备吸放热能力和增强增韧性能。

技术领域

本发明属于相变潜热储存技术领域，涉及复合相变材料，具体涉及一种纤维增强增韧型复合相变材料及其制备与应用。

背景技术

近年来，相变材料作为典型的潜热储热材料得到广泛研究。相变材料在建筑围护结构中的应用，与普通的保温墙体材料不同，其不仅仅是保温，更是存储和利用建筑热能，大大降低建筑在使用过程的能耗，并能在一定程度上消减二氧化碳的排放量。符合当前建筑节能发展的趋势。

当前，农业废弃物秸秆产量巨大，但是年利用率却很低。传统的秸秆处理方式主要是焚烧，致使大量的植物资源被浪费，同时对环境也造成了严重破坏。如何将秸秆“变废为宝”，实现废弃秸秆资源再利用是当下亟待解决的问题。秸秆作为一种优异的天然纤维材料，其表面还存在丰富的蜡质层作为植物抵抗外界环境刺激的一道屏障。该蜡质层一般由脂溶性的脂肪酸、烷烃、脂肪醇、醛类等组成，这些有机物成分均可作为相变材料。

目前利用秸秆制备复合相变材料的研究多是将秸秆破碎处理后使其作为支撑骨架，通过秸秆内大量微孔的毛细效应与表面张力的作用来吸附相变材料。如彭涛等人的专利“一种生物炭-石蜡相变储热材料及制备方法”(专利号CN202010206051.5)利用秸秆裂解制备的生物炭材料作为支撑及导热材料与相变石蜡混合制备相变储热材料，所制备的材料相变潜热高、导热性好，但在使用过程中容易引起泄露。为防止相变材料的泄露问题，王路明等人的专利“一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法”(专利号CN201910716207.1)，采用聚乙烯醇溶液对秸秆吸附相变材料进行封装，但其制备工艺复杂且成本较高。

发明内容

针对上述存在的不足，本发明提供了一种纤维增强增韧型复合相变材料及其制备与应用，在充分利用废弃秸秆资源的同时，有效降低了生产成本。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种纤维增强增韧型复合相变材料，由秸秆以及喷涂于秸秆表面的有机相变材料组成，其中所述有机相变材料与秸秆表层蜡质固溶结合。

在一个实施例中，所述秸秆为小麦秸秆、大麦秸秆、水稻秸秆或玉米秸秆。

在一个实施例中，所述有机相变材料为癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸中的一种或两种。

本发明还提供了所述纤维增强增韧型复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，对秸秆进行清洗烘干预处理；

步骤(2)，测定秸秆表层蜡质的化学成分，并计算其含量；

步骤(3)，根据秸秆表层蜡质的化学成分和含量，选择有机相变材料并将其加热成熔融态，之后通过雾化喷涂工艺喷涂于秸秆，使其与秸秆表层蜡质固溶，在室温下晾干得到纤维增强型复合相变材料。

在一个实施例中，所述步骤(2)，按每10g秸秆使用15mL萃取液，将预处理的秸秆置于65℃正己烷或60℃氯仿萃取液中提取蜡质，秸秆浸泡1min后立即取出；萃取完毕后，待提取液自然挥发，测试蜡质的化学成分，并计算其含量。

在一个实施例中，所述步骤(3)，根据最终所需材料的相变温度，根据低共熔理论选择相应的有机相变材料，同时根据秸秆表层蜡质含量调整外加有机相变材料的用量。

在一个实施例中，根据不同外加的有机相变材料种类以及复合相变材料的使用温度，并依据施罗德公式计算其用量：