一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板及其制备方法

技术领域

本发明涉及储能玻璃棉板技术领域，尤其涉及一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板及其制备方法。

背景技术

玻璃棉板是一种玻璃棉卷毡制品，可用于建筑外墙的保温、隔热、吸音等，其具有施工简单、随意切割的特性。玻璃棉是一种采用石英砂、石灰石、白云石等天然矿石为主要原料，配合一些纯碱、硼砂等化工原料熔成玻璃，在融化状态下，借助外力吹制式甩成絮状细纤维，纤维和纤维之间互相缠绕在一起，呈现出许多细小的空隙，具有成型好、体积密度小、热导率低、保温绝热、吸音性能好，耐腐蚀、化学稳定的优点，广泛应用于建筑、工业和空调保温工程中。

而传统的玻璃棉板材料虽然具有一定的保温隔热的效果，但在寒冷地区很难满足节能的需求。比如授权公告号为CN219491355U的专利公开了一种用于建筑外保温的憎水性玻璃棉板，包括基板和保温构件，基板的底端安装有保温构件，安装构件安装在所述保温构件的两侧；装饰构件安装在所述安装构件的底端；其中，安装构件用于对保温构件进行安装工作，装饰构件用于对保温构件进行装饰工作。该技术方案中，其虽然通过设置的保温构件来达到可以对建筑外墙进行保温防水目的，但是其保温原理是通过保温构建来减缓室内热量的散失，而在寒冷地区，若没有外部热量的输入，即使具有保温构件，其室内热量散失较快，并不能达到长时间储能的效果，若室内热量散失完毕后，其室内温度将很快下降，达不到节能的目的。

另外，公开号为CN103267206A的专利公开了一种真空绝热板材料，其芯层绝热材料为相变材料与玻璃纤维材料复合而成，相变材料的相变温度为20-30℃之间，应用于建筑节能领域。但该技术方案中的相变温度为20-30℃，若在寒冷地区，其温度不能达到发生相变的温度，这样的真空绝热板材料并不适合。因此，制备出可应用于寒冷地区的储能保温的离心玻璃棉板，减少室内温度波动，提高舒适度，节省采暖费用，是本申请所需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板及其制备方法，将离心玻璃棉与相变微胶囊均匀混合以及压制成板，可以将其用于寒冷地区，可以减少室内温度波动，提高舒适度，节省采暖费用。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

第一方面，本发明公开了一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板，所述玻璃棉板的原料包括玻璃纤维和相变微胶囊，所述相变微胶囊通过喷粉的方式均匀的喷洒在玻璃纤维上。

进一步，所述玻璃纤维的原料按质量份数，包括玻璃25-30份、石英粉15-25份、长石15-25份、纯碱6-12份、硼砂7-13份、硼镁石10-14份；所述玻璃纤维与相变微胶囊的质量比为(15-20):1。

第二方面，本发明还公开了一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板的制备方法，使用上述的原料，制备方法包括以下步骤：玻璃纤维原料混合、玻璃纤维原料熔化、玻璃纤维成纤、集棉成型和固化，所述集棉成型步骤为：在玻璃纤维沉降的同时，将粘结剂、固化剂和相变微胶囊通过各自喷嘴均匀地喷洒在玻璃纤维上，玻璃纤维落到集棉网带上，形成末固化的原棉。本方案中的粘结剂为水溶性酚醛树脂或水性环氧树脂乳液；固化剂为脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺其中一种。

进一步，所述集棉成型步骤中，固化剂的喷嘴压力为0.25-0.3Mpa，雾化风压力为0.08-0.1MPa，相变微胶囊喷嘴压力为0.5-0.8Mpa。

进一步，所述熔化步骤包括：将混合后的玻璃纤维原料投入窑中进行高温熔化，其中熔化温度为1450-1460℃，池底温度为940-1000℃，流液洞温度为950-1000℃，工作部温度为980-1020℃。

进一步，所述成纤步骤包括：将熔化的玻璃纤维经过铂金漏板流入高速旋转的分配器内，再经过离心头甩出，离心头侧壁上设置若干小孔，通过离心力将流入的玻璃液甩成细的流股，然后被与离心头同心布置的环形燃气喷嘴喷出的高温速气流进一步牵引成细纤维。

进一步，所述固化步骤包括：通过固化炉将末固化的原棉固化为玻璃板或者玻璃毡，经切割后成为玻璃棉板；其中固化炉温度：1区炉内温度为205-220℃，炉堂温度为240-285℃；2区炉内温度为200-230℃，炉堂温度为250-300℃；固化炉风速：1区为850-1200转/分，2区为800-1250转/分。

进一步，所述相变微胶囊的制备方法，步骤包括：壁材的制备、芯材乳液的制备和微胶囊包覆；所述壁材的制备步骤包括：将尿素与甲醛先预聚，再加入三聚氰胺和甲醛再预聚，所述相变微胶囊中相变材料的相变温度为5-15℃。

进一步，所述尿素与三聚氰胺的质量比为(5-7)：(1.5-2)，所述先预聚步骤中，尿素与甲醛的质量比为(5-7)：15；所述再预聚步骤中，所述三聚氰胺与甲醛的质量比为(1.5-2):3；所述先预聚和再预聚的条件均为：pH＝8-9，温度60-80℃，时间25-30mim；在所述先预聚和再预聚时，进行搅拌，搅拌的转速为500-1000rpm。

进一步，所述微胶囊包覆步骤包括：在搅拌状态下将壁材滴加至乳液中，反应4-6h后抽滤、清洗，得到相变微胶囊；所述微胶囊包覆步骤中，反应体系的pH为2.5-3.0、温度为60-70℃，搅拌的速率为500-1000rpm。

本发明的有益效果：

1、本发明的一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板，在成毡之前通过喷粉的形式将微胶囊均匀的喷洒在玻璃纤维中，再通过粘结剂成毡的同时使微胶囊粘接不脱落。

2、本发明的相变微胶囊的相变温度为5-15℃，当温度升高高于相变微胶囊的相变点，相变材料将会吸热储存热量；当温度降低低于相变微胶囊的相变点，相变材料将会释放储存的热量；相变温度在寒冷地区更加的适用；因此本发明的玻璃棉板的相变温度，在寒冷地区使用可以减少室内温度波动，提高舒适度，减少能量的消耗，达到节能的目的。

3、本发明采用在常温下为液态、流动性强、相变过程中体积变化较大的芯材(相变温度为5-15℃)制备成为相变微胶囊，克服了该芯材在常温下难以包覆和利用的问题；并且本发明的低温度点相变微胶囊在制备过程中，采用先预聚，再预聚的工艺流程，以及特定的反应参数和反应条件，采用简单的工艺就能实现低温度点相变材料的微胶囊化，成本更低。

4、本发明采用三聚氰胺脲醛树脂作为壳材，制备的相变微胶囊有效的解决了微胶囊容易泄露、相分离等问题，制备出的相变微胶囊包覆效果更好，形貌规整，使得相变微胶囊和玻璃棉板的使用寿命更长。

附图说明

图1是本发明实施例4制备的玻璃棉板模拟房间的储能保温测试曲线图；

图2是本发明实施例5制备的玻璃棉板模拟房间的储能保温测试曲线图；

图3是本发明实施例6制备的玻璃棉板模拟房间的储能保温测试曲线图；

图4是实施例1的相变微胶囊制备方法制备的相变微胶囊的电子显微镜扫描图；

图5是实施例2的相变微胶囊制备方法制备的相变微胶囊的透射电子显微镜扫描图；

图6是实施例3的相变微胶囊制备方法制备的相变微胶囊的透射电子显微镜扫描图；

图7是本发明的玻璃棉板模的图像；

图8为本发明玻璃棉板模的电子显微镜图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

实施例1、

本实施例为第一种相变微胶囊的制备，具体的步骤为：

水相制备：在140g的去离子水，加入10g乙烯马来酸酐共聚物(E60)，3g聚乙烯醇(PVA)，0.2g间苯二酚，0.2g氯化铵在常温下以800rpm的速度搅拌20min。

预聚体的制备步骤：在pH＝8、搅拌速度为500rpm、温度为60℃的条件下将5g尿素加入15g甲醛先预聚25min，然后加入1.5g三聚氰胺、3g甲醛在pH＝8的条件下再预聚25min。

乳化步骤：在1000rpm转速下将20g石蜡(相变温度点5℃)慢慢滴进水相中，乳化25min得到乳液。

微胶囊包覆、相变微胶囊的制备步骤：在60℃、500rpm转速下将预聚体滴加至乳液中，滴加时要调pH至2.5，反应4h。反应停止后，真空抽滤，用去离子水清洗两次得到微胶囊，采用冷冻干燥机烘干得到相变材料微胶囊粉末。

实施例2、

本实施例为本实施例为第二种相变微胶囊的制备，具体的步骤为：

水相制备：在145g的去离子水，加入12g乙烯马来酸酐共聚物(E60)，4g聚乙烯醇(PVA)，0.3g间苯二酚，0.3g氯化铵在常温下以1150rpm的速度搅拌25min。

预聚体的制备步骤：在pH＝8.5、搅拌速度为750rpm、温度为70℃的条件下将6g尿素加入15g甲醛先预聚30min，然后加入1.8g三聚氰胺、3g甲醛在pH＝8.5的条件下再预聚30min。

乳化步骤：在1200rpm转速下将25g石蜡(相变温度点10℃)慢慢滴进水相中，乳化30min得到乳液。

微胶囊包覆、相变微胶囊的制备步骤：在65℃、750rpm转速下将预聚体滴加至乳液中，滴加时要调pH至2.8，反应5h。反应停止后，真空抽滤，用去离子水清洗两次得到微胶囊，采用冷冻干燥机烘干得到相变材料微胶囊粉末。

实施例3、

本实施例为第三种相变微胶囊的制备，具体的步骤为：

水相制备：在150g的去离子水，加入15g乙烯马来酸酐共聚物(E60)，5g聚乙烯醇(PVA)，0.4g间苯二酚，0.4g氯化铵在常温下以1500rpm的速度搅拌30min。

预聚体的制备步骤：在pH＝9、搅拌速度为1000rpm、温度为80℃的条件下将7g尿素加入15g甲醛先预聚35min，然后加入2g三聚氰胺、3g甲醛在pH＝9的条件下再预聚35min。

乳化步骤：在1500rpm转速下将30g石蜡(相变温度点15℃)慢慢滴进水相中，乳化35min得到乳液。

微胶囊包覆、相变微胶囊的制备步骤：在70℃、1000rpm转速下将预聚体滴加至乳液中，滴加时要调pH至3.0，反应6h。反应停止后，真空抽滤，用去离子水清洗两次得到微胶囊，采用冷冻干燥机烘干得到相变材料微胶囊粉末。

实施例4、

本实施例为一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板的制备，使用实施例1制备的相变微胶囊，包括以下步骤：

玻璃纤维原料混合：原料配制成符合玻璃棉成份要求的配合料，原料中碎玻璃25kg、石英粉15kg、长石15kg、纯碱6kg、硼砂7kg、硼镁石10kg，混合时间3min；混合料含水率4％。

玻璃纤维原料熔化：将混合后的玻璃纤维原料投入窑中进行高温熔化，其中熔化温度为1450℃，池底温度为940℃，流液洞温度为950℃，工作部温度为980℃，玻璃液位高度为150mm，窑压为1.0Pa，重油温度为110℃，重油压力为0.25Mpa，雾化空气压力为0.4Mpa，保枪风压力为0.02Mpa，总烟道温度为240℃，烟道抽力为18Pa，介子风量为50％。

玻璃纤维成纤：将熔化的玻璃纤维经过铂金漏板流入高速旋转的分配器内，再经过离心头甩出，离心头侧壁上设置若干小孔，通过离心力将流入的玻璃液甩成细的流股，然后被与离心头同心布置的环形燃气喷嘴喷出的高温速气流进一步牵引成细纤维；其中，供料道燃气阀前压力为0.15Mpa，阀后压力为0.02Mpa，离心机燃气阀前压力为0.1Mpa，阀后压力为0.06Mpa，离心机成纤风压力为0.04Mpa，中频回水温度为10℃，循环软水压力为0.6Mpa，供料道温度为1000℃，玻璃粘度为1060泊，料滴温度为1095℃，中频电流离心头为24KW，漏板电流为2KA，玻璃流量为560Kg/hr，离心头顶部温度为1000℃，离心头中部温度为970℃，离心头底部温度为950℃，拉伸风压力为0.04Mpa，布棉风压力为0.015Mpa，棉切断器压力为0.1Mpa，离心头转速为2900转/分，离心机混合压力为1250mmWG，负压风转速为850转/分。

集棉成型：在玻璃纤维沉降的同时，将粘结剂、固化剂和相变微胶囊通过各自喷嘴均匀地喷洒在玻璃纤维上，玻璃纤维落到集棉网带上，形成末固化的原棉；其中固化剂的喷嘴压力为0.25Mpa，雾化风压力为0.08MPa，相变微胶囊喷嘴压力为0.5Mpa；相变微胶囊喷速400g/min；相变微胶囊的质量为玻璃纤维质量的1/15。

固化：通过固化炉将末固化的原棉固化为玻璃板或者玻璃毡，经切割后成为玻璃棉板；其中固化炉温度：1区炉内温度为205℃，炉堂温度为240℃；2区炉内温度为200℃，炉堂温度为250℃；固化炉风速：1区为850转/分，2区为800转/分。

实施例5、

本实施例为一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板的制备，使用实施例2制备的相变微胶囊，包括以下步骤：

玻璃纤维原料混合：原料配制成符合玻璃棉成份要求的配合料，原料中碎玻璃27.5kg、石英粉20kg、长石20kg、纯碱9kg、硼砂10kg、硼镁石12kg，混合时间4min；混合料含水率5％。

玻璃纤维原料熔化：将混合后的玻璃纤维原料投入窑中进行高温熔化，其中熔化温度为1455℃，池底温度为970℃，流液洞温度为975℃，工作部温度为1000℃，玻璃液位高度为150mm，窑压为1.25Pa，重油温度为120℃，重油压力为0.3Mpa，雾化空气压力为0.45Mpa，保枪风压力为0.035Mpa，总烟道温度为260℃，烟道抽力为20Pa，介子风量为60％。

玻璃纤维成纤：将熔化的玻璃纤维经过铂金漏板流入高速旋转的分配器内，再经过离心头甩出，离心头侧壁上设置若干小孔，通过离心力将流入的玻璃液甩成细的流股，然后被与离心头同心布置的环形燃气喷嘴喷出的高温速气流进一步牵引成细纤维；其中，供料道燃气阀前压力为0.175Mpa，阀后压力为0.02Mpa，离心机燃气阀前压力为0.125Mpa，阀后压力为0.07Mpa，离心机成纤风压力为0.045Mpa，中频回水温度为17℃，循环软水压力为0.7Mpa，供料道温度为1100℃，玻璃粘度为1065泊，料滴温度为1110℃，中频电流离心头为26.5KW，漏板电流为2.5KA，玻璃流量为585Kg/hr，离心头顶部温度为1005℃，离心头中部温度为975℃，离心头底部温度为955℃，拉伸风压力为0.045Mpa，布棉风压力为0.0175Mpa，棉切断器压力为0.3Mpa，离心头转速为3150转/分，离心机混合压力为1375mmWG，负压风转速为1075转/分。

集棉成型：在玻璃纤维沉降的同时，将粘结剂、固化剂和相变微胶囊通过各自喷嘴均匀地喷洒在玻璃纤维上，玻璃纤维落到集棉网带上，形成末固化的原棉；其中固化剂的喷嘴压力为0.275Mpa，雾化风压力为0.09MPa，相变微胶囊喷嘴压力为0.65Mpa；相变微胶囊喷速400g/min；相变微胶囊的质量为玻璃纤维质量的1/17.5。

固化：通过固化炉将末固化的原棉固化为玻璃板或者玻璃毡，经切割后成为玻璃棉板；其中固化炉温度：1区炉内温度为212.5℃，炉堂温度为262.5℃；2区炉内温度为215℃，炉堂温度为275℃；固化炉风速：1区为1025转/分，2区为1025转/分。

实施例6、

本实施例为一种相变微胶囊储能保温离心玻璃棉板的制备，使用实施例3制备的相变微胶囊，包括以下步骤：

玻璃纤维原料混合：原料配制成符合玻璃棉成份要求的配合料，原料中碎玻璃30kg、石英粉25kg、长石25kg、纯碱12kg、硼砂13kg、硼镁石14kg，混合时间5min；混合料含水率6％。

玻璃纤维原料熔化：将混合后的玻璃纤维原料投入窑中进行高温熔化，其中熔化温度为1460℃，池底温度为1000℃，流液洞温度为1000℃，工作部温度为1020℃，玻璃液位高度为150mm，窑压为1.5Pa，重油温度为130℃，重油压力为0.35Mpa，雾化空气压力为0.5Mpa，保枪风压力为0.05Mpa，总烟道温度为280℃，烟道抽力为22Pa，介子风量为70％。

玻璃纤维成纤：将熔化的玻璃纤维经过铂金漏板流入高速旋转的分配器内，再经过离心头甩出，离心头侧壁上设置若干小孔，通过离心力将流入的玻璃液甩成细的流股，然后被与离心头同心布置的环形燃气喷嘴喷出的高温速气流进一步牵引成细纤维；其中，供料道燃气阀前压力为0.2Mpa，阀后压力为0.02Mpa，离心机燃气阀前压力为0.15Mpa，阀后压力为0.08Mpa，离心机成纤风压力为0.05Mpa，中频回水温度为24℃，循环软水压力为0.8Mpa，供料道温度为1200℃，玻璃粘度为1070泊，料滴温度为1120℃，中频电流离心头为29KW，漏板电流为3KA，玻璃流量为610Kg/hr，离心头顶部温度为1010℃，离心头中部温度为980℃，离心头底部温度为960℃，拉伸风压力为0.05Mpa，布棉风压力为0.02Mpa，棉切断器压力为0.5Mpa，离心头转速为3400转/分，离心机混合压力为1500mmWG，负压风转速为1300转/分。

集棉成型：在玻璃纤维沉降的同时，将粘结剂、固化剂和相变微胶囊通过各自喷嘴均匀地喷洒在玻璃纤维上，玻璃纤维落到集棉网带上，形成末固化的原棉；其中固化剂的喷嘴压力为0.3Mpa，雾化风压力为0.1MPa，相变微胶囊喷嘴压力为0.8Mpa；相变微胶囊喷速400g/min；相变微胶囊的质量为玻璃纤维质量的1/20。

固化：通过固化炉将末固化的原棉固化为玻璃板或者玻璃毡，经切割后成为玻璃棉板；其中固化炉温度：1区炉内温度为220℃，炉堂温度为285℃；2区炉内温度为230℃，炉堂温度为300℃；固化炉风速：1区为1200转/分，2区为1250转/分。

下面将实施例4-实施例6制备的玻璃棉板(厚度5mm)、以及未添加相变微胶囊的玻璃棉板(厚度5mm)，制作成长宽高各为1m的模拟房间，分别为实施例4模拟房间、实施例5模拟房间、实施例6模拟房间和空白组模拟房间，并进行储能保温测试，具体如下所示：

1、将空白组模拟房间放入环境试验箱中，在房间中心悬挂测温探头；在空白组模拟房间内放置可控温加热灯具；将环境实验箱设置温度0℃，打开可控温加热灯，设置温度40℃，当温度达到40℃时关闭温度，记录后续模拟房间的温度变化数据。改用实施例6制备的相变15℃玻璃棉板重复以上实验。

2、将空白组模拟房间放入环境试验箱中，在房间中心悬挂测温探头；在空白组模拟房间内放置可控温加热灯具；将环境实验箱设置温度0℃，打开可控温加热灯，设置温度20℃，当温度达到20℃时关闭温度，记录后续模拟房间的温度变化数据。改用实施例5制备的相变10℃玻璃棉板重复以上实验。

3、将空白组模拟房间放入环境试验箱中，在房间中心悬挂测温探头；在空白组模拟房间内放置可控温加热灯具；将环境实验箱设置温度0℃，打开可控温加热灯，设置温度15℃，当温度达到15℃时关闭温度，记录后续模拟房间的温度变化数据。改用实施例4制备的相变5℃玻璃棉板重复以上实验。

记录的模拟房间的温度变化曲线如图1-图3所示，从图1-图3的温度变化曲线可以看出，在玻璃纤维上添加了本发明的相变微胶囊后，实施例4模拟房间、实施例5模拟房间、实施例6模拟房间的温度下降速度变慢，在25小时后，4模拟房间、实施例5模拟房间、实施例6模拟房间的温度均高于空白组模拟房间；因此，使用本发明的玻璃棉板，可以减少室内温度波动，提高舒适度，减少能量的消耗，达到节能的目的。

下面对实施例1-实施例3制备的相变微胶囊进行电子显微镜扫描，如图4，从其电镜扫描图中可以看出本发明的相变微胶囊的制备方法制备出的相变微胶囊表面光滑，形貌规整，有效解决了现有技术中的相变微胶囊容易泄露、相分离等问题。

下面对实施例1-实施例3制备的相变微胶囊进行透射电子显微镜扫描；结果如图5和图6所示，从结果可以看出，微球黑色部分为芯材，白色的外边缘为壳材，从图5和图6中可以表明本发明的制备工艺成功包覆了相变温度为5-15℃的石蜡低温相变材料。

下面对实施例4-6制备的玻璃棉板进行电镜扫描，如图7和图8所示，可以看出，本发明的相变微胶囊可以牢固的粘附在玻璃纤维上，且微胶囊的形貌规整，表面光滑，包覆效果好，可以让相变微胶囊和玻璃棉板的使用寿命更长。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。