一种相变材料、具有该相变材料的保温地板及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种相变材料、具有该相变材料的保温地板及其制备方法。

背景技术

国内地板市场主要以陶瓷、石材、木质板为主。然而，陶瓷、石材地板自身较重且抗裂纹能力较差，而木质地板加工所用的甲醛等化合物对室内环境产生巨大污染。而轻质的聚氯乙烯类地板生产所需的添加剂中，常含有铅、镉等重金属及挥发物等有害物质。据报道，我国超过三分之二的建筑室内污染超标，其中64％的污染来源于与木材相关的家具和产品，比如木地板。我国地板行业的技术水平和创新远远落后于国际发达国家，“绿色壁垒”也成为我国地板行业发展的一个重要瓶颈。

轻质、低碳型可持续地板产品是一种新型热固性复合材料，由多种材料多层机械组合或模压为一体，因其材质和安装结构新颖，可替代传统的各种木质地板、聚氯乙烯类地板，比现有材料减重达30％。该地板可回收利用，具有较少的碳足迹，能有效减少二氧化碳等温室气体的排放，这对于缓解我国当前严重的能源危机和环境污染都有重要作用，符合国家能源安全和低碳经济的可持续发展战略，是环保地板的发展方向。

在轻质、低碳型可持续地板中，添加相变材料是非常重要的一环。通过添加相变材料，利用相变材料自身相变过程吸收和释放的大量潜热，实现地板冬暖夏凉。然而，现有的相变材料的相变温度区间小，无法满足人们对地板温度区间的要求。

目前，国内在轻质、低碳地板产品领域属于空白区域，现有的相变材料也无法满足日常所需。因此，如何设计一种轻质、低碳型可持续地板产品，缩短我国与发达国家尤其是欧美在建材方面的差距，是本领域技术人员研究的方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种相变材料，以及具有该相变材料的保温地板，解决现有的相变材料相变区间小，无法满足地板的节能、环保要求。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种相变材料，包括一号石蜡、二号石蜡和三号石蜡，所述一号石蜡、二号石蜡和三号石蜡的质量份数比为10～90:8～70:2～40；将上述石蜡进行充分研磨混合后即得所述相变材料；其中，所述一号石蜡的熔融温度为20±1℃，二号石蜡的熔融温度为25±1℃，三号石蜡的熔融温度为32±1℃。

进一步，还包括铝粉，所述铝粉的质量为相变材料质量的2％～10％，且所述铝粉的纯度为99％。

进一步，所述一号石蜡、二号石蜡和三号石蜡的质量份数比为1:1:1。

本发明还提供一种保温地板，由包覆层、连接层和芯层组成，芯层上、下两侧通过连接层与包覆层连为一体；其中，包覆层为金属薄板，连接层由玻璃纤维毡和环氧树脂溶液胶凝而成，芯层由聚丙烯蜂窝板和所相变材料灌注而成；所述聚丙烯蜂窝板具有蜂窝通孔结构，蜂窝通孔的直径为8mm。

其中，所述聚丙烯板的厚度为10～30mm；所述金属板材的厚度为0.2～1mm。所述金属板材为镁合金薄板或铝合金薄板。

本发明还提供一种制备工艺简单可控，制备相变材料保温地板的方法，具体包括如下步骤：

S1、将金属板材、玻璃纤维毡、聚丙烯板切割成设计的尺寸，将金属板材和聚丙烯板清洗后吹干待用；

S2、取一块金属板材，并在其上铺设2～3层玻璃纤维毡，将环氧树脂溶液倾倒在玻璃纤维毡表面并涂抹均匀，使环氧树脂溶液充分浸润玻璃纤维毡，然后在玻璃纤维毡上放置聚丙烯板，并加压使聚丙烯板、玻璃纤维毡和铝板紧密接触，直到环氧树脂完全固化；

S3、将相变材料加热融化并搅拌均匀后加到S2中的聚丙烯板上，使聚丙烯版的蜂窝通孔被完全填满，静置至相变材料凝固，得到单面封装地板；

S4、另取一块金属板材，并在金属板材上铺设2～3层玻璃纤维毡，将环氧树脂溶液倾倒在玻璃纤维毡表面并涂抹均匀，使环氧树脂溶液充分浸润玻璃纤维毡，然后将S3中的单面封装地板倒置使相变材料与浸润后玻璃纤维毡接触，加压使相变材料与玻璃纤维毡固定，直到环氧树脂完全固化；

S5、对S4制得的材料进行打磨处理，并清洗表面，即制得所述保温地板。

其中，所述步骤S2中，所述环氧树脂溶液为环氧树脂和固化剂的混合溶液，按质量比3:1称取环氧树脂和固化剂，将固化剂缓慢加入环氧树脂中并搅拌均匀。所述环氧树脂为二酚基丙烷型环氧树脂；所述固化剂为4,4’-二氨基二苯甲烷。

所述步骤S2和S4中，相邻两层玻璃纤维毡的铺设方向相互垂直。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明提供的相变材料具有较宽的相变温度区间，在相变材料的升温过程中能够吸收大量的热，在夏天能够避免温度快速升高，使人们感到舒适，而在降温过程中能够释放热量，使温度缓慢下降，使人们有暖和的感觉，因此具有冬暖夏凉的感觉，满足人们日常生活中的舒适温度，提高能源使用效率。并且，该相变材料的起始分解温度高于75℃，该分解温度高于极限气温，在使用过程中不会发生化学分解而产生有毒有害物质，具有较好的热稳定性。

2、本发明提供的保温地板，由于具有上述相变材料，因此具有蓄热能力，在采暖或空调关闭之后相当长一段时间内，能够将房间温度保持在人体感觉舒适温度范围内，并且还能在较短时间内快速储存和释放大量的热量，因此具有冬暖夏凉的效果，其重量不到大理石的10％，也不到木材的一半，与PVC地板相当。并且，本发明中的地板可回收利用，具有较少的碳足迹，能有效减少二氧化碳等温室气体的排放，是一款轻质、低碳、保温型地板，弥补了我国在轻质、低碳型可持续地板的空白。

3、本发明提供的保温地板的制备方法具有步骤简单、易于操作的优点，整个过程对环境友好，无有害气体产生，对环境友好。

附图说明

图1为实施例1制备的相变材料的DSC图，其中，(a)为升温过程，(b)为降温过程(下同)。

图2为实施例2制备的相变材料的DSC图。

图3为实施例3制备的相变材料的DSC图。

图4为实施例4制备的相变材料的DSC图。

图5为实施例5制备的相变材料的DSC图。

图6为实施例6制备的相变材料的DSC图。

图7为实施例7制备的相变材料的DSC图。

图8为实施例8制备的相变材料的DSC图。

图9为实施例9制备的相变材料的DSC图。

图10为对比例1制备的相变材料的DSC图。

图11为本发明中保温地板的剖视图，其中，1为包覆层，2为连接层，3为芯层。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

一、相变材料

将一号石蜡、二号石蜡和三号石蜡按照不同的配比进行充分研磨混合得到所述相变材料，个实施中一号石蜡、二号石蜡和三号石蜡的资质量份数比如表1所示，其中，一号石蜡的熔融温度为20℃，二号石蜡的熔融温度为25℃，三号石蜡的熔融温度为32℃。

表1

对上述九个实施例以及三个对比例制备的相变材料进行DSC测试，其结果表明：

1、参见图1-9，九个实施例中均为三种石蜡组成的复合相变材料，无论升温过程还是降温过程，其相变温度上下限大大增加均由单一峰加宽为双峰，且最高峰温度增加。其中，实施例1(一号石蜡：二号石蜡：三号石蜡为1:1:1时)的相变材料的DSC测试图表面，该相变材料的升温过程较宽，为0～33℃，且有双峰，第一峰温度7℃，第二峰温度28℃，主要相变在第二峰，因此在升温过程中能吸收大量热量，从而调节室内温度在人比较舒适的范围。实施例1中的相变材料在降温过程中，相变温度范围也较宽-3～23℃，第一峰温度18℃，第二峰温度3℃，主要相变在第一峰，因此在降温过程中能够释放出大量的热能，调节室内温度使室温下降缓慢，使人有暖和的感觉。该相变材料升温过程的相变潜热比降温过程略高，说明在升温的过程中相变过程所吸收的热量要更大一些。这样，夏天温度升高，相变材料可大量吸热，使房间温度不会上升过快，增强室内人们的舒适感。可见，实施例1提供的相变材料会给人们带来冬暖夏凉的感觉，是满足人们舒适感的方案。

2、对比例1-3中为单一组分石蜡作相变材料，这三个对比例中，相变材料的升温相变温度范围较窄，一号石蜡的相变温度范围大约在6～37℃，峰值温度为25℃；二号石蜡相变温度范围大约在21～41℃，峰值温度为36℃；三号石蜡相变温度范围大约28～45℃，峰值温度为39℃。虽然三种型号的降温温度区间满足人舒适范围(一般为25℃左右)，但上下限宽小，导致材料对温度比较敏感，温度的轻微变化就会引起材料物理性能的变化，不利于室温的调节。

对上述九个实施例以及三个对比例制备的相变材料进行热重分析，其结果表明：九个实施例以及三个对比例中的相变材料的起始分解温度均高于75℃，均高于极限气温，也就是说相变材料在使用过程中不会发生化学分解，也不会产生有毒有害物质，本发明提供的相变材料在人们可承受的环境温度下使用具有很好的热稳定性。

在上述最优方案(实施例1)的基础上，加入质量为相变材料质量的2％～10％的铝粉，如表2所示。

表2

对上述实施例10-12进行非稳态-激光法测试，结果如表3所示。从表3中可知，添加铝粉对相变潜热影响，但其热扩散系数、导热系数都比没有添加铝粉的高。其中，添加2％的铝粉的相变材料比热提高了34％，说明复合相变材料既有较高的相变潜热，又有良好的热传导性能。但是铝粉含量过多，则会导致材料相容性较差，形成铝粉团聚现象，因此，选择添加2％铝粉的相变材料为制备保温地板的最佳相变材料。

表3

二、一种保温地板

参见图11，一种保温地板由包覆层1、连接层2和芯层3组成，芯层上、下两侧通过连接层2与包覆层1连为一体；其中，包覆层1为金属薄板，连接层2由玻璃纤维毡和环氧树脂溶液胶凝而成，芯层3由聚丙烯蜂窝板和所述相变材料灌注而成；所述聚丙烯蜂窝板具有蜂窝通孔结构，蜂窝通孔大小8mm。

所述聚丙烯板的厚度为10～30mm，优选为30mm；所述金属板材的厚度为0.2～1mm，优选为1mm。

所述金属板材为镁合金薄板或铝合金薄板。

三、一种保温地板的制备方法，包括如下步骤

S1、将厚度为0.2～1mm纯铝薄板、玻璃纤维毡和厚度为10～30mm具有蜂窝通孔结构的聚丙烯(PP)板材切割成设计的尺寸(600mm×600mm)，将纯铝薄板和聚丙烯板用无水酒精清洗后吹干待用。

S2、在铝板上铺设2～3层玻璃纤维毡，铺设时相邻两层玻璃纤维毡的角度互相垂直。按质量比3：1称取环氧树脂和固化剂，将固化剂缓慢加入环氧树脂中，搅拌均匀形成环氧树脂溶液。将环氧树脂溶液倾倒在玻璃纤维毡表面并涂抹均匀，使环氧树脂溶液充分浸润玻璃纤维毡，然后在玻璃纤维毡上放置聚丙烯板，轻压使使聚丙烯板、玻璃纤维毡和铝板紧密接触，在聚丙烯板材表面放置铁板加压固定，直到环氧树脂完全固化。

S3、按照实施例10的配方制备相变材料，并将相变材料加热融化并搅拌均匀后滴加到S2中的聚丙烯板上，使聚丙烯版的蜂窝通孔被完全填满，静置至相变材料凝固，得到单面封装地板。

S4、另取洗净晾干的纯铝薄板，并在铝板上铺设2～3层玻璃纤维毡，铺设时相邻两层玻璃纤维毡的角度也互相垂直。将S2配置的环氧树脂溶液倾倒在玻璃纤维毡表面并涂抹均匀，使环氧树脂溶液充分浸润玻璃纤维毡，然后将S3中的单面封装地板倒置使相变材料与浸润后玻璃纤维毡接触，轻压使使相变材料与玻璃纤维毡固定，并在纯铝薄板表面放置铁板加压固定，加压直到环氧树脂完全固化。

S5、对S4制得的材料进行打磨处理，并清洗表面，即制得所述保温地板，其剖面如图11所示。

包覆在外层的纯铝薄板使保温地板的冲击强度和拉伸强度提高，并且由于铝板的质量轻，使得保温地板的单位重量小。玻璃纤维毡和环氧树脂溶液起到粘黏剂的作用，将铝板和聚丙烯板粘合在一起，在聚丙烯板中填充相变材料，通过相变材料的相变调节地板的温度，使地板具有冬暖夏凉的功效。

将制备的保温地板与目前市面上的其他地板进行对比测试，结果如表3所示。

表4

可见，本发明制备的保温地板具有成本低、质量轻、强度高且环境又好的优点，并且具有温度可控、冬暖夏凉的特点，具有较好的使用价值，值得推广使用。

本发明制备的保温地板是一种三层夹芯一体式复合地板，该产品悬空安装，拆装简易，以实现持续性循环使用，尽可能减少产生污染环境的废弃物。悬空安装方便地下管线更换和安装，避免建筑物潮湿。该地板的原材料为聚丙烯、不饱和聚酯和玻璃纤维，在生产过程中不使用甲醛、卤化物溶剂，制备工艺为复合材料模压成型，属于低能耗制造工艺和极少污染环境的生产技术，可以实现生产过程中的低碳环保要求，并且在一定程度上具有保温、抗菌、阻燃等功能。因其材质和安装结构新颖，可替代传统的各种木质地板、聚氯乙烯类地板，比现有材料减重达30％。此外，该种材料制备的产品可回收利用，具有较少的碳足迹，能有效减少二氧化碳等温室气体的排放，这对于缓解我国当前严重的能源危机和环境污染都有重要作用，符合国家能源安全和低碳经济的可持续发展战略。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。