Thermoregulating gypsums by using nanoencapsulated phase change material slurry

Autor: Daniel López Pedrajas, Ana M. Borreguero Simón, I. Garrido Sáenz, F. Javier Ramos, Juan F. Rodríguez Romero, Manuel Carmona Franco
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 147:9959-9973
ISSN: 1588-2926
1388-6150
Popis: Thermoregulating composites were produced by using a thermoregulating slurry (NPCS) containing nanoencapsulated phase change material (NPCM) from poly(styrene-co-divinylbenzene) as shell and the commercial paraffin Rubitherm®RT27 as core material. These composites were synthesized by using the constitutive water of the slurry as setting water and changing the NPCM/Hemihydrate (NPCM/Hem) mass ratio within 0.0–0.41. It was found that nanoparticles were uniformly dispersed into the gypsum, and the gypsum crystal morphology was tuned by the addition of the slurry. Attending to the thermal properties, these materials can work either as insulating or thermal energy storage materials, decreasing the thermal conductivity up to ~ 50%, whereas the thermal energy storage (TES) capacity is enlarged in a ~ 140%, respect to the pure gypsum, when the maximum NPCM/Hem mass ratio was used. This composite had a latent heat of 30.2 J g−1 and a heat capacity of equivalent 3.5 J g−1 K−1. Composites from a NPCM/Hem mass ratio up to 0.15 satisfied European mechanical standard EN 13,279–1 for gypsum binders and gypsum plasters and all of them, presented a bulk density higher than 0.60 g cm−3. The addition of a 41% in mass of nanocapsules allowed to save 13.5 kWh m−3 and, reducing the CO2 emissions up to 3.4 kg of CO2 per operating cycle. The use of this new material would lead to significant energy and economic savings, as well as a considerable reduction in the emission of polluting gases into the atmosphere.
Los compuestos termorreguladores se produjeron utilizando una suspensión termorreguladora (NPCS) que contenía material de cambio de fase nanoencapsulado (NPCM) de poli(estireno-co-divinilbenceno) como cubierta y la parafina comercial Rubitherm®RT27 como material central. Estos compuestos se sintetizaron usando el agua constitutiva de la suspensión como agua de fraguado y cambiando la relación de masa NPCM/Hemihidrato (NPCM/Hem) entre 0,0 y 0,41. Se encontró que las nanopartículas se dispersaron uniformemente en el yeso, y la morfología del cristal de yeso se ajustó mediante la adición de la suspensión. Atendiendo a las propiedades térmicas, estos materiales pueden funcionar como materiales aislantes o de almacenamiento de energía térmica, disminuyendo la conductividad térmica hasta ~ 50%, mientras que la capacidad de almacenamiento de energía térmica (TES) se amplía en un ~ 140%, respecto a la pura. yeso, cuando se utilizó la máxima relación de masa NPCM/Hem. Este material compuesto tenía un calor latente de 30,2 J g−1 y una capacidad calorífica equivalente a 3,5 J g−1 K−1. Los composites a partir de una relación másica NPCM/Hem hasta 0,15 cumplieron con la norma mecánica europea EN 13.279–1 para aglomerantes de yeso y revoques de yeso y todos ellos, presentaron una densidad aparente superior a 0,60 g cm−3. La adición de un 41% en masa de nanocápsulas permitió ahorrar 13,5 kWh m−3 y, reducir las emisiones de CO2 hasta 3,4 kg de CO2 por ciclo de operación. La utilización de este nuevo material supondría un importante ahorro energético y económico, así como una considerable reducción de la emisión de gases contaminantes a la atmósfera.
Databáze: OpenAIRE
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