专利名称：储能型真空绝热板纳米复合芯材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米复合芯材及制备方法，尤其是一种储能型真空绝热板纳米复合芯材及其制备方法。
背景技术：
真空绝热板为真空保温材料之一种，其由填充芯材与真空保护表层复合而成，它能有效地避免因空气对流而引起的热传递，使其导热系数大幅度降低至小于0.005ff/m.K。近期，人们为了获得真空绝热板中的填充芯材，做出了各种努力，如在2009年7月I日公开的中国发明专利申请公布说明书CN 101468906A中披露的“一种富含二氧化硅纳米复合无机阻燃绝热保温板及其制备工艺”。该说明书中提及的保温板为平面或异型的无机纳米复合板，其由重量百分比为40 80%的二氧化硅粉体、10 30%的二氧化锆超细粉、O 20%的无机闭孔微珠材料、2 15%的膨胀珍珠岩、O 15%的蛭石、0.1 2%的偶联剂、2 10%的粘合剂、O 6%的硅酸钙纤维、O 10%的硅酸铝镁纤维和O 10%的硅酸铝纤维组成；制备工艺为将上述原料经分散、混合、制坯、晾干或烘干的过程，获得常温导热系数低于0.04ff/m-K的最终产物。但是，无论是最终产物，还是其制备工艺，都存在着欠缺之处，首先，作为最终产物的保温板，其常温导热系数虽较低，却还不太尽人意，难以用于有着较高隔热要求的场合；其次，制备工艺不仅需用的原料较多，由此增加了繁杂性，还不能制得常温导热系数更低的绝热材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种组分合理，常温导热系数更低的储能型真空绝热板纳米复合芯材。本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述储能型真空绝热板纳米复合芯材的制备方法。为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为:储能型真空绝热板纳米复合芯材包括纳米粉体、纤维和粘合剂，特别是，所述纳米复合芯材还含有相变储能微胶囊和辐射阻隔剂；所述纳米粉体为纳米颗粒的表面包裹有改性剂，所述纳米颗粒的粒径为5 50nm，其为氧化硅、碳酸钙、氧化钛中的一种或两种以上的混合物，所述改性剂为乙基三乙氧基娃烧、苯基二乙氧基娃烧、甲基二乙氧基娃烧中的一种或两种以上的混合物；所述相变储能微胶囊的粒径为0.1 10 μ m，其相变温度为20 40°C ;所述辐射阻隔剂的粒径为5 50nm，其为碳化硅、氮化硅、氮化钛中的一种或两种以上的混合物；所述纤维为有机纤维,所述有机纤维的直径为5 15 μ m、长度为0.5 Icm,其为聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维中的一种或两种以上的混合物；
所述粘合剂为氧化硅水溶胶，其胶体粒子的粒径为5 20nm ；
所述纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂、有机纤维和粘合剂的重量比为100: 10 45: 0.2 10: 8 20: 0.01 0.5，其成型体积密度为0.11 0.35g/
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cm ο为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为:上述储能型真空绝热板纳米复合芯材的制备方法包括物理混合法，特别是完成步骤如下:步骤1，先将改性剂、乙醇和水按照重量比为0.1 5: 100: I 10的比例相混合，得到改性液，再将改性液喷洒至纳米颗粒之上并搅拌均匀，其中，改性液中的改性剂与纳米颗粒的重量比为0.001 0.01: 1，接着，将表面包裹有改性剂的纳米颗粒置于55 65°C下烘5 10h，得到纳米粉体；步骤2，先将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维混合均匀，得到混合料，再向混合料中喷洒浓度为0.1 5wt%的粘合剂并混合均勻,得到复合料；步骤3，先将复合料置于模具中模压，模压的压力为使复合料的体积密度为0.11 0.35g/cm3，得到中间产物，再将中间产物依次置于75 85°C下烘3 IOhUlO 130°C下烘2 6h，制得储能型真空绝热板纳米复合芯材。作为储能型真空绝热板纳米复合芯材的制备方法的进一步改进，所述的喷洒改性液为使用雾化器将改性液雾化后喷洒；所述的将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维混合均匀为将其置于密闭的混合机中，于转速为100 5000r/min下混合5 60min ;所述的喷洒粘合剂为使用雾化器将粘合剂雾化后喷洒于转速为50 300r/min的混合机中的混合料上；所述的粘合剂喷洒完后，继续搅拌喷洒有粘合剂的混合料5 lOmin。相对于现有技术的有益效果是，其一，经过按照国标GB/T 10295-2008对制得的目标产物进行表征，由其结果可知，目标产物的常温导热系数低于0.02ff/m.K，这远低于现有技术的0.04ff/m.K。当将其用来制备真空绝热板时，真空绝热板的常温导热系数仅为0.003 0.005ff/m-K,即目标产物具有优良的隔热效果。目标产物优良的隔热效果得益于对原料的精心选择和其组分的巧妙搭配，尤为对纳米颗粒的改性和相变储能微胶囊、辐射阻隔剂的添加，不仅为隔热效果的提升奠定了良好的基础，还使目标产物具有了一定的储能性能。其二，制备方法科学、有效，既减少了原料的种类，降低了繁杂性，又制得了常温导热系数更低的目标产物，使其适用的范围和场合均得到了拓展和扩大。作为有益效果的进一步体现，一是喷洒改性液优选为使用雾化器将改性液雾化后喷洒，利于改性液的均匀喷洒。二是将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维混合均匀优选为将其置于密闭的混合机中，于转速为100 5000r/min下混合5 60min，利于上述各原料的混合均匀。三是喷洒粘合剂优选为使用雾化器将粘合剂雾化后喷洒于转速为50 300r/min的混合机中的混合料上，利于粘合剂均匀地喷洒于混合料上。四是粘合剂喷洒完后，优选继续搅拌喷洒有粘合剂的混合料5 lOmin，利于混合料与粘合剂的充分接触。
具体实施例方式首先从市场购得或用常规 方法制得:作为改性剂的乙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷；乙醇；水；作为纳米颗粒的粒径为5 50nm的氧化硅、碳酸钙和氧化钛；粒径为0.1 10 μ m、相变温度为20 40°C的相变储能微胶囊；作为辐射阻隔剂的粒径为5 50nm的碳化硅、氮化娃和氮化钛；作为有机纤维的直径为5 15 μ m、长度为0.5 Icm的聚酯纤维、聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维；作为粘合剂的其胶体粒子的粒径为5 20nm的氧化硅水溶胶。接着，实施例1制备的具体步骤为:步骤1，先将改性剂、乙醇和水按照重量比为0.1: 100: I的比例相混合；其中，改性剂为乙基三乙氧基硅烷，得到改性液。再将改性液使用雾化器雾化后喷洒至纳米颗粒之上并搅拌均匀；其中，改性液中的改性剂与纳米颗粒的重量比为0.001: 1，纳米颗粒为氧化硅。接着，将表面包裹有改性剂的纳米颗粒置于55°c下烘10h，得到纳米粉体。步骤2，先将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维按照重量比为100: 10: 10: 8的比例置于密闭的混合机中，于转速为100r/min下混合60min ;其中，辐射阻隔剂为碳化硅，有机纤维为聚酯纤维，得到混合料。再向混合料中喷洒浓度为0.1wt%的粘合剂并混合均匀；其中，粘合剂与混合料中的纳米粉体的重量比为0.01: 100，喷洒粘合剂为使用雾化器将粘合剂雾化后喷洒于转速为50r/min的混合机中的混合料上，粘合剂喷洒完后，继续搅拌喷洒有粘合剂的混合料lOmin，得到复合料。步骤3，先将复合料置于模具中模压，模压的压力为使复合料的体积密度为0.llg/cm3，得到中间产物。再将中间产物依次置于75°C下烘10h、110°C下烘6h，制得储能型真空绝热板纳米复合芯材。实施例2制备的具体步骤为:步骤1，先将改性剂、乙醇和水按照重量比为0.5: 100: 3的比例相混合；其中，改性剂为乙基三乙氧基硅烷，得到改性液。再将改性液使用雾化器雾化后喷洒至纳米颗粒之上并搅拌均匀；其中，改性液中的改性剂与纳米颗粒的重量比为0.003: 1，纳米颗粒为氧化硅。接着，将表面包裹有改性剂的纳米颗粒置于58°C下烘9h，得到纳米粉体。步骤2，先将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维按照重量比为100: 19: 5: 11的比例置于密闭的混合机中，于转速为1000r/min下混合45min ;其中，辐射阻隔剂为碳化硅，有机纤维为聚酯纤维，得到混合料。再向混合料中喷洒浓度为0.6wt %的粘合剂并混合均匀；其中，粘合剂与混合料中的纳米粉体的重量比为0.06: 100，喷洒粘合剂为使用雾化器将粘合剂雾化后喷洒于转速为110r/min的混合机中的混合料上，粘合剂喷洒完后，继续搅拌喷洒有粘合剂的混合料9min，得到复合料。步骤3，先将复合料置于模具中模压，模压的压力为使复合料的体积密度为0.17g/cm3，得到中间产物。再将中间产物依次置于78°C下烘8h、115°C下烘5h，制得储能型真空绝热板纳米复合芯材。实施例3制备的具体步骤为:步骤1，先将改性剂、乙醇和水按照重量比为1: 100: 5的比例相混合；其中，改性剂为乙基三乙氧 基硅烷，得到改性液。再将改性液使用雾化器雾化后喷洒至纳米颗粒之上并搅拌均匀；其中，改性液中的改性剂与纳米颗粒的重量比为0.005: 1，纳米颗粒为氧化硅。接着，将表面包裹有改性剂的纳米颗粒置于60°C下烘8h，得到纳米粉体。步骤2，先将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维按照重量比为100: 28: I: 14的比例置于密闭的混合机中，于转速为2500r/min下混合30min;其中，辐射阻隔剂为碳化硅，有机纤维为聚酯纤维，得到混合料。再向混合料中喷洒浓度为lwt%的粘合剂并混合均匀；其中，粘合剂与混合料中的纳米粉体的重量比为0.1: 100，喷洒粘合剂为使用雾化器将粘合剂雾化后喷洒于转速为lOOr/min的混合机中的混合料上，粘合剂喷洒完后，继续搅拌喷洒有粘合剂的混合料8min，得到复合料。步骤3，先将复合料置于模具中模压，模压的压力为使复合料的体积密度为0.23g/cm3，得到中间产物。再将中间产物依次置于80°C下烘6.5h、120°C下烘4h，制得储能型真空绝热板纳米复合芯材。实施例4制备的具体步骤为:步骤1，先将改性剂、乙醇和水按照重量比为3: 100: 7的比例相混合；其中，改性剂为乙基三乙氧基硅烷，得到改性液。再将改性液使用雾化器雾化后喷洒至纳米颗粒之上并搅拌均匀；其中，改性液中的改性剂与纳米颗粒的重量比为0.008: 1，纳米颗粒为氧化硅。接着，将表面包裹有改性剂的纳米颗粒置于63°C下烘6h，得到纳米粉体。步骤2，先将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维按照重量比为100: 36: 0.6: 17的比例置于密闭的混合机中，于转速为4000r/min下混合20min ;其中，辐射阻隔剂为碳化硅，有机纤维为聚酯纤维，得到混合料。再向混合料中喷洒浓度为3wt%的粘合剂并混合均匀；其中，粘合剂与混合料中的纳米粉体的重量比为0.3: 100，喷洒粘合剂为使用雾化器将粘合剂雾化后喷洒于转速为240r/min的混合机中的混合料上，粘合剂喷洒完后，继 续搅拌喷洒有粘合剂的混合料6min，得到复合料。步骤3，先将复合料置于模具中模压，模压的压力为使复合料的体积密度为
0.29g/cm3，得到中间产物。再将中间产物依次置于83°C下烘5h、125°C下烘3h，制得储能型真空绝热板纳米复合芯材。实施例5制备的具体步骤为:步骤1，先将改性剂、乙醇和水按照重量比为5: 100: 10的比例相混合；其中，改性剂为乙基三乙氧基硅烷，得到改性液。再将改性液使用雾化器雾化后喷洒至纳米颗粒之上并搅拌均匀；其中，改性液中的改性剂与纳米颗粒的重量比为0.01: 1，纳米颗粒为氧化硅。接着，将表面包裹有改性剂的纳米颗粒置于65°c下烘5h，得到纳米粉体。步骤2，先将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维按照重量比为100: 45: 0.2: 20的比例置于密闭的混合机中，于转速为5000r/min下混合5min ;其中，辐射阻隔剂为碳化硅，有机纤维为聚酯纤维，得到混合料。再向混合料中喷洒浓度为5wt%的粘合剂并混合均匀；其中，粘合剂与混合料中的纳米粉体的重量比为0.5: 100，喷洒粘合剂为使用雾化器将粘合剂雾化后喷洒于转速为300r/min的混合机中的混合料上，粘合剂喷洒完后，继续搅拌喷洒有粘合剂的混合料5min，得到复合料。步骤3，先将复合料置于模具中模压，模压的压力为使复合料的体积密度为
0.35g/cm3，得到中间产物。再将中间产物依次置于85°C下烘3h、130°C下烘2h，制得储能型真空绝热板纳米复合芯材。再分别选用作为改性剂的乙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的一种或两种以上的混合物，作为纳米颗粒的粒径为5 50nm的氧化硅、碳酸钙、氧化钛中的一种或两种以上的混合物，作为辐射阻隔剂的粒径为5 50nm的碳化硅、氮化硅、氮化钛中的一种或两种以上的混合物，作为有机纤维的直径为5 15 μ m、长度为0.5 Icm的聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维中的一种或两种以上的混合物，重复上述实施例I 5,同样制得了储能型真空绝热板纳米复合芯材。显然，本领域的技术人员可以对本发明的储能型真空绝热板纳米复合芯材及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变 型在内。
权利要求
1.一种储能型真空绝热板纳米复合芯材，包括纳米粉体、纤维和粘合剂，其特征在于: 所述纳米复合芯材还含有相变储能微胶囊和辐射阻隔剂； 所述纳米粉体为纳米颗粒的表面包裹有改性剂，所述纳米颗粒的粒径为5 50nm，其为氧化硅、碳酸钙、氧化钛中的一种或两种以上的混合物，所述改性剂为乙基三乙氧基硅烧、苯基二乙氧基娃烧、甲基二乙氧基娃烧中的一种或两种以上的混合物； 所述相变储能微胶囊的粒径为0.1 10 μ m，其相变温度为20 40°C ； 所述辐射阻隔剂的粒径为5 50nm，其为碳化硅、氮化硅、氮化钛中的一种或两种以上的混合物； 所述纤维为有机纤维，所述有机纤维的直径为5 15 μ m、长度为0.5 Icm,其为聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维中的一种或两种以上的混合物； 所述粘合剂为氧化硅水溶胶，其胶体粒子的粒径为5 20nm ； 所述纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂、有机纤维和粘合剂的重量比为100: 10 45: 0.2 10: 8 20: 0.01 0.5，其成型体积密度为0.11 0.35g/3cm ο
2.—种权利要求1所述储能型真空绝热板纳米复合芯材的制备方法，包括物理混合法，其特征在于完成步骤如下: 步骤1，先将改性剂、乙醇和水按照重量比为0.1 5: 100: I 10的比例相混合，得到改性液，再将改性液喷洒至纳米颗粒之上并搅拌均匀，其中，改性液中的改性剂与纳米颗粒的重量比为0.001 0.01: 1，接着，将表面包裹有改性剂的纳米颗粒置于55 65°C下烘5 IOh,得到纳米粉体； 步骤2，先将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维混合均匀，得到混合料，再向混合料中喷洒浓度为0.1 5wt%的粘合剂并混合均勻,得到复合料； 步骤3，先将复合料置于模具中模压，模压的压力为使复合料的体积密度为0.11 0.35g/cm3，得到中间产物，再将中间产物依次置于75 85°C下烘3 IOhUlO 130°C下烘2 6h，制得储能型真空绝热板纳米复合芯材。
3.根据权利要求2所述的储能型真空绝热板纳米复合芯材的制备方法，其特征是喷洒改性液为使用雾化器将改性液雾化后喷洒。
4.根据权利要求2所述的储能型真空绝热板纳米复合芯材的制备方法，其特征是将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维混合均匀为将其置于密闭的混合机中，于转速为100 5000r/min下混合5 60min。
5.根据权利要求2所述的储能型真空绝热板纳米复合芯材的制备方法，其特征是喷洒粘合剂为使用雾化器将粘合剂雾化后喷洒于转速为50 300r/min的混合机中的混合料上。
6.根据权利要求2所述的储能型真空绝热板纳米复合芯材的制备方法，其特征是粘合剂喷洒完后，继续搅拌喷洒有粘合剂的混合料5 lOmin。
全文摘要
本发明公开了一种储能型真空绝热板纳米复合芯材及其制备方法。复合芯材的成型体积密度为0.11～0.35g/cm3，其由纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂、有机纤维和粘合剂按照重量比为100∶10～45∶0.2～10∶8～20∶0.01～0.5的比例组成，其中，纳米粉体为纳米颗粒的表面包裹有改性剂；方法为先将改性剂、乙醇和水混合得到的改性液喷洒至纳米颗粒上并搅拌均匀，再将表面包裹有改性剂的纳米颗粒烘干得纳米粉体，然后，先将纳米粉体、相变储能微胶囊、辐射阻隔剂和有机纤维混合均匀，再向其中喷洒粘合剂并混合均匀得复合料，之后，先将复合料置于模具中模压，再将其分温度梯次烘干，制得目标产物。它的常温导热系数低于0.02W/m·K，可作为填充芯材广泛地用于真空绝热板中。
文档编号C04B28/24GK103242022SQ201210031638
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月11日 优先权日2012年2月11日
发明者陈林, 田兴友, 郑康, 胡坤, 王化, 张献, 刘香兰, 包超 申请人:安徽中科保瑞特节能科技有限公司