本发明涉及相变板材制备技术领域，具体涉及一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法。
背景技术：
随着工业化和城市化的快速发展，我国对建筑节能日益重视。建筑节能主要通过使用绿色环保建筑材料、降低建筑围护结构的传热系数来实现。目前我国城乡既有建筑面积达到节能标准的还不到5%。因此，开发新型保温建筑材料既是建筑节能的需求，更是市场的需要。
我国是农业大国，秸秆资源非常丰富。然而秸秆的资源化利用率较低，目前大部分秸秆采取焚烧或直接丢弃的手段进行处置，给环境带来很大压力。秸秆具有优良的建筑特性，开发秸秆在建材领域的利用技术对于提高秸秆资源的利用率，实现农业和农村可持续发展具有重要意义。
相变蓄能建筑材料具有良好的隔热和蓄热性能，可以对室外温度变化做出响应，产生合适的衰减和延迟作用，从而使室内达到不用采暖和空调即可使室温处于人体舒适温度区。将秸秆优异的建材特性和相变材料优势叠加，制备相变秸秆板材新型材料，可望使墙体材料变为智能性材料，对我国墙体材料革新，实现可持续发展和节能减排有着重要的意义。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法，该秸秆相变板材以Na2SO4·10H2O为相变材料，利用秸秆中含有的大量微孔负载石蜡，并采用聚乙烯醇溶液对相变材料进行封装。采用地聚合物为秸秆粘结剂，通过冷压成型制备得到秸秆板材。
一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）秸秆预处理
将秸秆用铡草机铡碎，过10 mm标准筛得秸秆粉，在110 oC下干燥至含水率1%以下；
（2）相变材料的负载与封装
在40 oC下配制饱和Na2SO4溶液，再在饱和Na2SO4溶液中加入硼砂和聚乙烯醇溶液，得到相变混合液；在混合器中加入秸秆粉，边搅拌边加入相变混合液，使得相变混合液与秸秆均匀混合，室温下晾干得到相变秸秆；
（3）秸秆板材的模压成型
在混合器中，依次加入相变秸秆与固体地聚合物前躯体混合均匀后，喷淋碱液，使碱液与固体充分混合均匀后，模压成型，得到秸秆板材。
作为改进的是，步骤（2）相变混合液中Na2SO4:H2O:硼砂:聚乙烯醇的质量比为1:2:0.01~0.05:0.06~0.16，秸秆粉:相变混合液的质量比为1:2~8。
作为改进的是，步骤（2）相变混合液的加入方法是将相变混合液通过雾化器雾化成100 μm以下的小液滴与秸秆粉混合。
作为改进的是，步骤（3）中固体地聚合物前躯体:相变秸秆的质量比为0.03~0.1:1。
作为改进的是，步骤（3）中固体地聚合物前躯体由偏高岭土和粉煤灰组成，粉煤灰含量15%；碱液由NaOH溶于水玻璃中制得而成。
制备原理：通过秸秆中含有的丰富微孔结构毛细管力吸附负载饱和Na2SO4溶液，随着温度的降低，形成Na2SO4·10H2O晶体，饱和溶液中的聚乙烯醇溶液可在常温下成膜，并将相变材料包覆封装起来，可有效防止相变过程中相变液的泄漏；采用地聚合物为秸秆的粘结剂，通过压力成型将负载有Na2SO4·10H2O的秸秆压制成板材。
有益效果：
与现有技术相比，本发明的显著优点是：（1）利用干燥秸秆自身吸水性和秸秆中的丰富的微孔实现对相变材料的大负载；（2）利用聚乙烯醇良好的成膜性能将负载于秸秆上的相变材料进行封装包覆，可有效防止相变液的泄漏损失；（3）通过雾化装置将相变液雾化成微小液滴，不仅有利于相变液在秸秆微孔中的负载，而且形成的微小相变材料固体颗粒在聚乙烯醇包覆阻隔下可避免在相变过程中产生相分离；（4）秸秆微孔的限域效应和少量成核剂硼砂的加入，有效降低了相变材料的过冷度；（5）利用与秸秆具有良好结合性能的地聚合物为秸秆粘结剂，环境友好，耐久性好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
（1）秸秆预处理：将秸秆用铡草机铡碎，过10 mm标准筛得秸秆粉，在110 oC下干燥至含水率1%以下；
（2）相变材料的负载与封装：在40 oC下配制饱和Na2SO4溶液，再在饱和Na2SO4溶液中加入硼砂和聚乙烯醇溶液，得到相变混合液，相变混合液中Na2SO4:H2O:硼砂:聚乙烯醇的质量比为1:2:0.02:0.10。在混合器中加入秸秆粉，边搅拌边加入相变混合液，使得相变混合液与秸秆均匀混合，室温下晾干得到相变秸秆，秸秆粉:相变混合液的质量比为1:6。
（3）秸秆板材的模压成型：以地聚合物为相变秸秆的粘结剂，通过模压成型制备秸秆相变板材。在混合器中，加入相变秸秆，然后加入固体地聚合物前躯体，固体地聚合物前躯体:相变秸秆的质量比为0.05:1，混合均匀后喷淋碱液，使碱液与固体充分混合均匀。最后将混合物模压成型，得到秸秆板材。
通过测定质量和体积并计算得到秸秆板材表面密度，通过导热系数测试仪测定秸秆板材导热系数，通过差示扫描量热法测定秸秆相变板材的潜热和过冷度，通过光学显微镜观察板材形貌变化。
制备的秸秆板材表观密度265.2 kg/m3，导热系数0.068 W/(m·K)，相变定形板材的潜热为146.7 J/g，过冷度1.5 oC，100次相变循环后光学显微镜观察板材形貌未有明显变化。
实施例2
设计5组平行实验，基本步骤与实施例1相同，所不同之处在于改变成核剂硼砂加入量，其他条件与实施例1相同，考察成核剂用量对于相变过冷度的影响。其中1组不加硼砂（样品2-1），另外4组实验Na2SO4:H2O:硼砂:聚乙烯醇的质量比分别为1:2:0.01:0.10（样品2-2）、1:2:0.02:0.10（样品2-3）、1:2:0.04:0.10（样品2-4）、1:2:0.05:0.10（样品2-5）。
实验结果表明，成核剂硼砂的加入可有效降低相变材料的过冷度。
实施例3
设计4组平行实验，基本步骤与实施例1相同，所不同之处在于改变聚乙烯醇加入量，其他条件与实施例1相同，考察聚乙烯醇用量对于板材性能的影响。其中1组不加聚乙烯醇（样品3-1），另外3组实验Na2SO4:H2O:硼砂:聚乙烯醇的质量比分别为1:2:0.01:0.06（样品3-2）、1:2:0.01:0.10（样品3-3）、1:2:0.01:0.16（样品3-4）。
5次相变循环后，光学显微镜观察发现样品3-1和3-2相变材料固体颗粒明显增大，有相分离现象，而样品3-3和3-4经过100次相变循环后板材形貌未有明显变化。
实验结果表明，适量的聚乙烯醇可以有效防止相变液的泄漏和相变材料相分离。
实施例4
设计4组平行实验，基本步骤与实施例1相同，所不同之处在于改变秸秆粉与相变混合液的质量比，其他条件与实施例1相同。4组实验的秸秆粉:相变混合液的质量比分别为1:2（样品4-1）、1:4（样品4-2）、1:6（样品4-3）和1:8（样品4-4）。
样品4-1、4-2和4-3经过100次相变循环后板材形貌未有明显变化，样品4-4经过10次相变循环后相变材料固体颗粒有明显增大，开始出现相分离现象。
实验结果表明，板材的相变潜热可通过改变板材中相变材料的添加量进行控制。
实施例5
设计4组平行实验，基本步骤与实施例1相同，所不同之处在于改变固体地聚合物前躯体与相变秸秆的质量比，其他条件与实施例1相同。4组实验的固体地聚合物:相变秸秆的质量比分别为0.03:1（样品5-1）、0.05:1（样品5-2）和0.1:1（样品5-3）。
实验结果表明，样品5-1由于无机粘结剂地聚合物用量过小，成型困难，随着无机粘结剂用量增加，板材的强度增大，但密度和导热系数增加。
结合实施例1-5可知，本发明提供了一种具有相变蓄热保温功能秸秆板材的制备方法，成功解决了无机相变材料Na2SO4:H2O在秸秆微孔中的负载、相变材料的泄漏及过冷度等问题。具体而言，利用聚乙烯醇良好的成膜性对负载于秸秆上的相变材料进行封装包覆，有效防止了相变液的泄漏损失；通过雾化装置将相变液雾化成微小液滴，使相变液易于进入秸秆微孔，而且形成的微小相变材料固体颗粒在聚乙烯醇包覆阻隔下可避免在相变过程中产生相分离；通过秸秆微孔的限域效应和少量成核剂硼砂的加入，有效降低了相变材料的过冷度。制备的秸秆板材具有轻质、导热系数小和蓄热能力强等优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
技术特征：
1.一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)秸秆预处理
将秸秆用铡草机铡碎，过10 mm标准筛得秸秆粉，在110 ℃下干燥至含水率1%以下；
(2)相变材料的负载与封装
在40℃下配制饱和Na2SO4溶液，再在饱和Na2SO4溶液中加入硼砂和聚乙烯醇溶液，得到相变混合液；在混合器中加入秸秆粉，边搅拌边加入相变混合液，使得相变混合液与秸秆均匀混合，室温下晾干得到相变秸秆；
(3)秸秆板材的模压成型
在混合器中，依次加入相变秸秆与固体地聚合物前躯体混合均匀后，喷淋碱液，使碱液与固体充分混合均匀后，模压成型，得到秸秆板材。
2.根据权利要求1所述的一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法，其特征在于，步骤（2）相变混合液中Na2SO4:H2O:硼砂:聚乙烯醇的质量比为1:2:0.01~0.05:0.06~0.16，秸秆粉:相变混合液的质量比为1:2~8。
3.根据权利要求1所述的一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法，其特征在于，步骤（2）相变混合液的加入方法是将相变混合液通过雾化器雾化成100 μm以下的小液滴与秸秆粉混合。
4.根据权利要求1所述的一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法，其特征在于，步骤（3）中固体地聚合物前躯体:相变秸秆的质量比为0.03~0.1:1。
5.根据权利要求1所述的一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法，其特征在于，步骤（3）中固体地聚合物前躯体由偏高岭土和粉煤灰组成，所述粉煤灰含量15%；碱液由NaOH溶于水玻璃中制得而成。
技术总结
本发明公开了一种具有相变蓄热保温功能的秸秆相变板材的制备方法。该秸秆板材以环保、可再生的农作物秸秆为原材料，利用秸秆中存在的大量微孔负载封装无机相变材料Na2SO4·10H2O，并和无机粘结剂地聚合物水泥模压成型得到秸秆板材。其制备方法依次为：（1）秸秆预处理；（2）相变材料在秸秆微孔中的负载和封装；（3）秸秆板材的模压成型。与现有技术相比，本发明制备的秸秆板表观密度≤300kg/m3，导热系数≤0.08W/(m·K)，相变热可达143.3J/g，在保温建材领域具有良好的应用前景。
技术研发人员：王路明;张峰;钟栋青;刘华臣;蒋蕾;季杰
受保护的技术使用者：江苏禾吉新材料科技有限公司;盐城工学院
技术研发日：.08.05
技术公布日：.11.12
