一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，为玻璃和助溶剂熔融混合物，各组分质量百分比：废玻璃70－95％；助溶剂5‑30%。其制备方法是：通过高温煅烧使高熔点玻璃在助熔剂的作用下充分熔融，并与其进行固相反应，形成无序结构的低熔点匀质固熔体，从而制得低熔点的高温相变材料。本发明专利技术低熔点高温相变材料，具有软化熔融温度低、熔点可调、熔融固化体强度高等特点，可广泛应用于制备高温相变储能材料、高温粘结剂以及混凝土结构抗火、防火涂层等领域。本发明专利技术能够变废为宝，不仅有利于改善废玻璃带来的环境污染，并且能够有效地节约矿物资源和能源、减少碳排放、实现废玻璃的资源化利用。

A kind of low melting point high temperature phase change material prepared by glass and its preparation method

The invention discloses a method for preparing low melting point glass high temperature phase change material, glass and molten mixture solvent, mass percentage of the components: waste glass 70 95%; 5 30% cosolvent. The preparation method is that: high temperature calcination enables high melting point glass to melt sufficiently under the action of flux and react with solid state to form a low melting point homogeneous solid melt with disorder structure, so as to produce high temperature phase change material with low melting point. The low melting point high temperature phase change material has the characteristics of low softening melting temperature, adjustable melting point and high strength of melting and solidifying body. It can be widely applied to the preparation of high temperature phase change material, high temperature binder and fire resistant and fireproof coating of concrete structure. The invention can turn waste into treasure, which is not only conducive to improving the environmental pollution brought by waste glass, but also effectively saving mineral resources and energy, reducing carbon emissions and realizing the resource utilization of waste glass.

【技术实现步骤摘要】
一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料及其制备方法
本专利技术涉及废玻璃资源化处理的
，特别涉及一种用玻璃制备的低熔点（400-800℃）高温相变材料。此外，本专利技术还涉及以废玻璃为原料生产低熔点高温相变材料的方法。
技术介绍
随着科学技术的迅速发展和人民生活水平的日益提高，玻璃不但广泛应用于房屋建设和人民的日常生活之中，而且也成为科研生产不可或缺的材料。而在玻璃使用过程中同时不可避免地要产生许多玻璃废弃物、形成大量的废玻璃。玻璃类物质化学性质稳定，不腐烂、不燃烧、不能降解，大量废玻璃既给人们的生产和生活带来了不便，又对生活及自然环境产生了负荷。据保守估计，中国国内每年产生的废玻璃有上千万吨，占城市垃圾总量的6~11%左右，仅平板玻璃制造业每年产生的废玻璃就达余200万吨，形成巨大的废弃资源，全球垃圾中约有7%的废玻璃。然而，目前中国的废玻璃回收利用率只有约13%，而国际上某些发达国家废玻璃的回收利用率已高达70%以上。中国的废玻璃回收再利用工业几乎是“零”，我们生活中产生的废玻璃，只有一小部分通过各种方式到了废品收集站得以回收利用，剩余的大部分都被送到环卫部门堆积或填埋处理了，大量的废玻璃还没有得到有效回收利用。国际上有关专家指出，废弃玻璃回收再利用，除减少废料排放外还有节省原料，减慢矿山的开采等众多优点；从工业生态学角度看，废玻璃回收的两个主要功效是：降低了二氧化碳的排放和能耗。工厂每制造1000kg玻璃约需1200kg原料，这200kg的差异主要由原料脱碳产生的CO2构成，由此可见玻璃生产过程中会产生大量的二氧化碳，而回收利用废玻璃则可在一定程度是减少玻璃的产量，从而降低二氧化碳的排放；此外，熔制玻璃产生的化学反应是吸热式的，使用碎玻璃可节省生产产品的能量，如若在玻璃配合料中，增加10％的碎玻璃，则可以节省2%-3％的耗能。废旧玻璃作为一种有价值的工业原料，其回收利用对环境保护，降低碳排放和节约能源等方面具有重要作用。因此，如何开展废玻璃资源化，成了一个当今亟待解决的问题。废旧玻璃是一种极为廉价的无机盐类材料，具有优良的高温相变特点，但国内外学者很少把废玻璃作为制作高温相变材料的主要材料来进行研究，这无疑是对废玻璃资源的极大浪费，目前国内外学者研究的相变材料主要有以下几种。（1）金属基相变材料，其特点是储能密度高、热稳定性好、热导率高等，在潜热热能储存系统中具有极大的优势，但材料的封装比较困难；（2）陶瓷基复合相变材料，其特点是能快速放热和快速吸热、蓄热量大、直接换热、易定形等，但是实际生产和使用过程中存在①烧结温度与无机盐或共晶盐在复合材料中含量存在矛盾，②提高复合材料的致密度会导致机械强度的下降;③盐类材料易霉变，影响材料的致密性和机械强度，目前尚无满意的解决办法等问题；（3）多孔石墨基相变材料，其特点是：材料烩值较大、热稳定好、导热性能和热稳定性能均较好，可应用于储能和热能回收系统中，但材料的制备工艺相当复杂；（4）有机相变材料，其特点是：能够将低品位的热能转换成为具有高品位的能源、相变温度可调节，但有机材料的耐久性很难和无机材料相提并论。上述所提到的各种相变材料，优点都很明显，但却很难在实际生产生活中大规模使用，究其原因，是生产这些相变材料的原材料价格昂贵，且生产工艺相当复杂。和以上相变材料相比，玻璃特别是废玻璃不仅价格低廉，而且以其作为相变材料，同样具有高熔点、固—液相变过程中体积变化小、相变潜热大、热稳定性好、导热性等的优点，同时也避开了如金属基相变材料封装困难、陶瓷基相变材料易霉变、多孔石墨基相变材料制作工艺复杂、有机相变材料耐久性差等诸多缺点。所以把废玻璃作为基本材料用于制作高温相变材料，是废玻璃资源化问题的有效解决途径。然而普通废旧玻璃软化熔融温度比较高，一般在800℃以上，若直接把玻璃作为相变材料使用，则过高的相变温度在一定程度上限制了它的应用空间，因此，（提供一种以废玻璃为主要原料的低熔点高温相变材料同时提供出其制备方法，是现实渴望解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，客服现有技术存在的缺陷，提出了一种用玻璃制备的低熔点（400-800℃）高温相变材料及其制备方法。通过高温煅烧使废玻璃在助熔剂的作用下充分熔融，并与其进行固相反应，形成无序结构的低熔点匀质固熔体，从而制得该高温相变材料。通过高温煅烧改性，使其软化熔融温度降至400-800℃范围，从而大大提高了玻璃高温相变材料的应用范围，提高了废玻璃资源的有效利用率。本专利技术为实现专利技术目的，所提出的技术方案是：一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，其组分为玻璃和助熔剂，为玻璃和助溶剂熔融混合物，其中各组分质量百分比：废玻璃70－95％；助溶剂5-30%。所述助熔剂为较低熔点的无机盐材料，如低温玻璃粉（熔点400～600℃）；氟化物，如萤石；氯化物，如氯化钠；铵盐，如（NH4）2SO4、NH4Cl、NH4NO3。其制备方法包括：破碎和研磨工艺、混料工艺、煅烧工艺及、冷却工艺和粉磨工艺，具体方法过程如下：步骤1、原材料破碎和研磨:将废玻璃破碎后经过研磨，制成90%以上的颗粒粒径不大于30μm的玻璃微粉末。步骤2、混料：把玻璃微粉和助熔剂按比例混合均匀，形成混合料。步骤3、煅烧：将步骤（2）制备的混合料在1000-1100℃温度下煅烧至熔融成无粉状态的液体，并保温设定的时间，优选保温0.5-1h。步骤4、冷却：将熔融态材料取出自然冷却，即得高温相变材料熟料。优选方案：采用快速冷却（如用鼓风机吹等,即采用物理手段使得熔融态材料的冷却速度快于自然冷却的速度）。步骤5、粉磨：将高温相变材料熟料破碎粉磨，即得用玻璃制备的低熔点高温相变材料。进一步的优化方案是：步骤1所述的玻璃微粉末的比表面积≥600m2/kg。步骤2所述的助熔剂为较低熔点的无机盐材料，如低温玻璃粉（熔点400～600℃）；氟化物，如萤石；氯化物，如氯化钠；铵盐，如（NH4）2SO4、NH4Cl、NH4NO3，其比表面积≥600m2/kg。步骤5所述粉磨，是将高温相变材料熟料破碎粉磨至比表面积≥600m2/kg。本专利技术相变材料及制备方法，相对于现有技术存在以下有益效果。（1）熔点低且可调本专利技术可以通过助熔剂将玻璃熔点从800-1000℃降至400-800℃范围，助熔剂的掺量越高，相变材料的熔点越低。根据助熔剂的种类和掺量可将废玻璃熔点调节到需要的范围。（2）生产工艺相对简单、使用方便以废玻璃为主要原料的高温相变材料，生产工艺、生产流程相对来说较为简单，有利于工业化生产；所制得的高温相变材料使用方便，有利于生产生活中大规模推广使用。（3）广泛的适用性本专利技术所制的高温相变材料可很好应用于各个领域，包括太阳能发电、工业热利用以及余热回收、电力系统、建筑物抗火、防火涂料等。（4）无毒副作用以废玻璃为主要原料的高温相变材料无毒、无臭、不燃，且其制作过程对环境无污染。（5）显著的经济效益、环境效益、能源效益和社会效益把废玻璃当作一种有价值的工业原料用于制作高温相变材料，是一种变废为宝的绿色行为，这样做不仅可以减少废玻璃对自然环境的污染，而且可在一定程度是减少矿山开采、减少每年玻璃的产量，并且能够降低二氧化碳的排放、节约耗能。这种做法所产生的经济效益、环境效益、能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，其组分为玻璃和助熔剂，为玻璃和助熔剂熔融混合物，其中各组分质量百分比：废玻璃70－95％；助溶剂5‑30%。

【技术特征摘要】
1.一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，其组分为玻璃和助熔剂，为玻璃和助熔剂熔融混合物，其中各组分质量百分比：废玻璃70－95％；助溶剂5-30%。2.根据权利要求1所述的一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，其特征是：所述助熔剂为无机盐材料。3.根据权利要求2所述的一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，其特征是：所述无机盐材料为：熔点400～600℃的低温玻璃粉、氟化物、氯化物或铵盐。4.根据权利要求3所述的一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，其特征是：所述氟化物为萤石。5.根据权利要求3所述的一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，其特征是：所述氯化物为氯化钠。6.根据权利要求3所述的一种用玻璃制备的低熔点高温相变材料，其特征是：所述铵盐为（NH4）2SO4、NH4Cl或NH4NO3。7.一种权利要求1～6之一所述的用玻璃制备的低熔点高温相变材料的制备方法，其步骤如下：步骤1、原材料破碎和研磨:将废玻璃破碎后经过研磨，制成90%以上的颗粒粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬永生，肖理坤，张莉，刘本琳，吴守荣，石博文，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32