CN107160767B - 一种可设置有温度调节结构的保温层状材料 - Google Patents

一种可设置有温度调节结构的保温层状材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种设置有温度调节结构的层状材料，所述层状材料依次包括金属箔层、高密度聚氨酯发泡层、增韧层、增粘层、阻水层，层状材料为矩形结构，其长度方向为X方向，宽度方向为Y方向，在高密度聚氨酯发泡层与增韧层接触面之间的Y方向上进一步均匀可设置离型基材，离型基材贯穿于Y方向，离型基材X方向的宽度为Y方向宽度的40‑60%，离型基材的面积为层状材料总面积的10‑20%。本发明得到了一种具有优异保温性、机械强度、抗冲击性和较低重量的可设置有温度调节结构的适应极端环境的层状材料。

Description

一种可设置有温度调节结构的保温层状材料
技术领域
本发明涉及层状材料领域，具体涉及具有优异保温、柔韧性和强度的层状材料领域，更进一步涉及可设置有温度调节机构的保温层状材料。
背景技术
随着“互联网+”的快速发展，外卖等行业快速发展，专职外卖配送员成为一个新兴行业，各外卖公司都组建了了配送团队。为了保障食品的快速高质量送达，食品保温箱成为必须的装备，现有技术中使用的保温箱存在或多或少的问题，难以满足食品保温箱综合性能的需求。
对于需要花费较长时间运输的食品来说，现有的保温箱难以满足基本需求。在极端天气中，运输食品的质量更加难以保证，如在极端低温条件下，食品温度快速下降，简单的保温箱效果不佳；在极端高温条件下，冷饮类食品升温较快，运输效果很差，冷饮的去暑效果会受到极大影响。对于此类适用于极端条件下的保温箱，现有技术没有进行针对性研究。
针对上述问题，进行了从产品结构各方面、组成进行了系统性的研究，得到本发明的技术方案。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中的不足，通过对层状材料的各层结构以及组成进行详细的研究，并结合后续保温箱设计进行了全面的了解，提供一种具有优异保温性、机械较好强度、较低重量，具有可设置温度调节结构的层状材料，该层状材料适合制备极端条件下使用的高温保温箱或者低温保温箱。
为了实现本发明的目的，提出如下技术方案：
一种可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于:所述层状材料依次包括金属箔层、高密度聚氨酯发泡层、增韧层、增粘层、阻水层，层状材料为矩形结构，其长度方向为X方向，宽度方向为Y方向，在高密度聚氨酯发泡层与增韧层接触面之间的X方向上进一步均匀可设置离型基材，离型基材贯穿于Y方向，离型基材在X方向的宽度为Y方向宽度的40-60％，离型基材的面积为层状材料总面积的10-20％。
本发明中至少包含上述6层的结构，每层分别起到了不同的作用，综合的平衡了各方面的性能。所述金属箔层、高密度聚氨酯发泡层主要是为了提高层状材料的保温性能；增韧层是为了提高层状材料的机械强度，具有较强的韧性和强度，且具有一定程度的延展性，同时，增韧剂中选择特定的増韧填料也会大幅度提高层状材料的保温性能；阻水层是为了提高对阴雨天气防水；而阻水层和増韧层之间的附着力很低，为了提高两层之间的附着强度，进一步增加了增粘层。
本发明中所述层状材料为矩形结构，其长度方向为X方向，宽度方向为Y方向，在高密度聚氨酯发泡层与增韧层接触面之间的X方向上进一步均匀可设置离型基材，离型基材贯穿于Y方向，离型基材在X方向的宽度为Y方向宽度的40-60％，离型基材的面积为层状材料总面积的10-20％。
该离型基材与增韧层之间形成一个空隙结构，该结构中可以防止温度调节袋，在极端高温条件下运输冷饮可以防止冰袋，在低端低温条件下运输热的食品，可以放置散热袋(如暖宝宝等)，离型材料的面积不宜设置过大，过大会影响层状材料的层间强度，过小则难以放置温度调节袋。在实际制备保温箱的过程中，保温箱底侧的温度调节袋放置空间进行封闭，上侧不进行封闭；根据实际使用的根据保温情况的需要，可以防止一个或多个温度调节袋。
一般热量散失的方式为热传导和热辐射，本申请就采用了两种方式综合降低两者的热散失作用。所述超薄铝箔层采用的是一具有热反射效果的材料，可以有效的阻碍热辐射的降温，起到保温作用。所述高密度聚氨酯发沫层和増韧层，有效的减少热传导，这是十分重要的保温方式，热传导是热量散失的重要方式。聚氨酯发泡层也有相同保温的效果，两者同时利用，提高了保温的效果，大幅度提高了使用效果。
金属箔层
金属箔层是通过减少热辐射的途径减少热量的散失，其材质没有明显的限制，常见的铝、铜、金、银、不锈钢等本领域常用金属及其合金都可以作为金属箔的材质。
本发明通过研究发现，将金属箔层可设置为波浪状结构具有更佳的减少热辐射的效果，比平面的金属箔结构有明显的提升，提升近50％，大大提高了使用的保温效果。
对于金属箔的结构的研究进一步发现，具有波浪结构即可以提高保温效果，其波浪结构最优的情况为：所述波浪状结构具有波峰和波谷，波峰与波谷的垂直方向距离为H，相邻波峰之间的距离为L，L＞2H，H在0.5-1mm。通过H与L的关系可以发现，波峰与波谷连线与薄膜所成角度为小于45°，锐角的角度不易过小，进一步优选大于30°，在此范围内热反射效率高，可以提高反射的热量到被保温物质上，保温效果最佳；作为更进一步优选，H具有一定的厚度，该结构对保温效果影响不大，但该结构可以提高层状材料对被保温物质的缓冲性能，减少被保温物质收到冲击的损伤。同时，该波浪状结构可以提供一定的延展性，满足放置温度调节袋的空间需求。
作为进一步优选技术方案，所述波浪状结构中线条呈现平行结构，不存在交叉情况。如果可设置成具有交叉的结构，热量反射会收到彼此结构的影响，影响保温性能；同时，交叉结构也会影响层状材料的缓冲性能以及层状材料放置温度调节袋的延展空间需求。
所述金属箔层的厚度大于0.3mm，小于0.6mm。金属箔层的结构从保温和缓冲角度没有过多限制，但从加工角度，金属箔层不易过薄。高密度聚氨酯发泡层为了与波浪状金属箔层良好的粘接，高密度聚氨酯发泡层是直接在金属箔层上进行发泡，如果金属箔过薄，强度过低，加工存在加大困难；如果金属箔层过厚(大于0.6mm)，那层状材料的韧性过差，且大幅度提高了层状材料的重量。
高密度聚氨酯发泡层
高密度聚氨酯发泡层是为了提高层状材料的保温性能，其要具有良好的保温性及缓冲性，优选所述高密度聚氨酯发泡层的密度为38-45kg/m3，此范围的内的综合性能最佳。
所述高密度聚氨酯发泡层最厚处为1.5-2毫米，此处厚度不易过薄，过薄则缓冲和保温性能都不能满足需要；如果过厚，保温性能提高不多，且会大幅度的提高层状材料的生产成本。
増韧层
増韧层的可设置是为了提高层状材料的强度，提供后期制备保温箱的强度，不需要后期过多的加固装置，在保证层状材料强度的同时，还可以保证増韧层具有良好的韧性，遇到小幅度碰撞的时不会发生结构的损坏。
该层采用了特定的组成，所述增韧层由高结晶聚丙烯，SBS、补强填料、增韧填料和助剂组成，所述增韧填料为粒径在30-100微米的中空聚合物微球。高结晶聚丙烯具有较强的硬度，SBS作为一种增韧剂，提高了柔韧性能；而补强填料是为了提高体系的强度，増韧填料采用中空聚合物微球，其可以吸收冲击产生得冲击力，缓冲效果比简单的使用增韧剂要提高很多；同时，中空聚合物微球具有中空结构，其可以形成一个隔层，起到了空气层的结构，也对保温性能有较大幅度的提高。
在于组分的选择，高结晶聚丙烯60重量份，SBS50-70重量份，增塑剂10-18重量份，补强填料10-35重量，增韧填料20-45重量份，助剂1-20重量份。该组成的増韧层结构最佳，本发明通过增韧剂的量增大以及增加增塑剂用量，虽然强度相对于仅适用高结晶聚丙烯有所降低，但增韧层的延展性提高较大，可以满足满足放置温度调节袋的空间需求。
阻水膜层
阻水膜层的作用已经在先说明，为了兼顾强度和阻水性。实际使用时可以选择聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。
为了保证层状材料的柔韧性，保证其随型性，最优选聚对苯二甲酸丙二醇脂，其属于一种生物源聚酯，废弃后具有一定的生物分解性能。
所述阻水膜层厚度为100-500微米，优选厚度为200-450微米，最优选厚度为400微米。
增粘层
增粘层的可设置是为了弥补增强层可设置后，层间粘合力下降的需要，其组成没有也别的要求，但从实际实验情况来看，作为增粘层的涂层组合物优选包含增粘树脂和硅烷偶联剂，其中增粘树脂和偶联剂的占涂料组合物固体份分别为的8％和3％。和增粘层厚度优选为10-60微米。
厚度选择
所述金属箔层厚度为300-500微米，所述高密度聚氨酯发泡层最厚处为1.5-2毫米，所述增韧层厚度为1-2毫米，所述增粘层厚度为10-60微米，所述阻水层厚度为100-500微米。
有益的技术效果
本发明通过对保温层状材料的层状结构、组成选择进行了选择，该特定选择得到了一种具有优异保温性、机械强度、抗冲击性和较低重量的可设置有温度调节结构的层状材料，该可设置有温度调节结构的层状材料适合制备高温保温箱或者低温保温箱；同时，在层状材料中设置离型材料形成的空隙结构，其空隙结构中可以放置冰袋或发热袋，满足极端高温和低温条件下的使用。现有技术中尚没有相近的结构报道，也没有发现具体结构、厚度综合效果的选择启示，最终产品性能远远优于市售产品的。
具体实施方式
为了便于技术人员详细的连接本发明的技术方案，在此仅以示例的方式介绍若干种实施方式，但该实施方式的示例不够成对技术保护范围任何限定。任何不背离本发明构思的方案均在保护范围内。
实施例1
一种保温层状材料，依次包括350μm的波浪状金属箔层(H＝0.5mm,L＝2mm，波浪状结构中线条呈现平行结构)、2mm厚的高密度聚氨酯发泡层、离型基材、0.6mm增韧层、50μm增粘层、400μm厚PTT阻水层。其中増韧层组成为：高结晶聚丙烯60重量份，SBS60重量份，增塑剂15重量份，补强填料25重量，粒径约45μm的中空聚合物微球增韧填料30重量份，相容剂10重量份；增粘层组成中增粘树脂和偶联剂的占涂料组合物固体份分别为的8％和3％。
离型基材的设置要求：在1m*0.5m的层状材料中，在长度方向上均匀设置4条5cm*0.5m的离型基材，形成空隙结构。
对比例1
实施例1中波浪状金属箔层替换为H＝0.5mm，L＝0.8mm的波浪状金属箔层，其他结构组成同实施例1。
对比例2
实施例1中的波浪状金属箔层替换为波浪状结构中线条交叉呈现菱形，其他结构组成同实施例1。
对比例3
实施例1中离型基材的设置要求：在1m*0.5m的层状材料中，在长度方向上均匀设置4条10cm*0.5m的离型基材，形成空隙结构，其他结构组成同实施例1。
对比例4
实施例1中増韧层替换为如下组成：高结晶聚丙烯60重量份，SBS75重量份，补强填料25重量，粒径约45μm的中空聚合物微球增韧填料30重量份，相容剂10重量份；其他结构组成同实施例1。
对比例5
实施例1中増韧层替换为如下组成：高结晶聚丙烯60重量份，SBS60重量份，增塑剂15重量份，粒径约45μm的中空聚合物微球增韧填料55重量份，相容剂10重量份；其他结构组成同实施例1。
对比例6
实施例1中波浪状金属箔替换为450μm平面金属箔，2mm厚的高密度聚氨酯发泡层，其他结构组成同实施例1。
对比例7
两侧均不使用增粘层，其他结构组成同实施例1。.
对比例8
增粘层中不含有偶联剂，增粘树脂比例11％，其他结构组成同实施例1。
对比例9
增粘层中不含有增粘树脂，偶联剂的比例为11％，其他结构组成同实施例1。
测试方法
(1)层状材料的导热系数测试：
实施例和对比例的样品的导热系数测试参考ASTM D5470-2012进行。
(2)层状材料的弯曲模量和断裂弯曲应变性能测试：
实施例和对比例的样品的弯曲模量和断裂弯曲应变的测试参考GB/T 9341-2000进行，其中断裂弯曲应变表示断裂时下压距离/样品测试的跨度。
(3)层状材料的剥离测试
实施例和对比例的样品采用GB8808-88进行，增强层和阻水层分别进行夹持，测试速度采用B法(200+/-50mm/min)。
(4)温度调节袋放置测试
将厚度0.5*4*30cm的温度调节袋放入离型基材与增韧层形成的空隙结构。
测试结果
实施例1和对比例1-10的测试结果参见下表：
通过上述实验数据可以发现，本发明得到的层状材料具有优异的保温、力学性能和层间作用力，并且三者得到了良好的平衡，可以满足实际生产的需要，同时，本发明还意识到了可以通过一种外援式的方式进行热量的补充和冷源的补充，进一步设置温度调节结构。该优异的结果主要源自层状材料的膜层设计、各层组成以及结构、厚度等选择，以及温度调节结构的设置，很出乎预料的得到了本发明的技术方案，这在本领域中属于超前的效果，尚未见到有可以达到上述综合性能的层状材料，满足极端条件下使用。

Claims (8)

1.一种可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于:所述层状材料依次包括金属箔层、高密度聚氨酯发泡层、增韧层、增粘层、阻水层，层状材料为矩形结构，其长度方向为X方向，宽度方向为Y方向，在高密度聚氨酯发泡层与增韧层接触面之间的X方向上进一步均匀设置离型基材，离型基材贯穿于Y方向，离型基材在X方向的宽度为Y方向宽度的40-60%，离型基材的面积为层状材料总面积的10-20%；
所述金属箔和所述高密度聚氨酯发泡层与金属箔层接触一侧均匀分布着波浪状结构，所述波浪状结构具有波峰和波谷，波峰与波谷的垂直方向距离为H，相邻波峰之间的距离为L，L＞2H，H在0.5-1mm；
所述增韧层由高结晶聚丙烯，SBS、补强填料、增韧填料和助剂组成，所述增韧填料为粒径在30-100微米的中空聚合物微球。
2.根据权利要求1所述的可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于: 所述波浪状结构中线条呈现平行结构，不存在交叉情况。
3.根据权利要求1或2所述的可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于：所述金属箔层的厚度大于0.3mm，小于0.6mm。
4.根据权利要求1或2所述的可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于：所述高密度聚氨酯发泡层的密度为38-45kg/m3。
5.根据权利要求1所述的可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于：高结晶聚丙烯60重量份，SBS 50-70重量份，增塑剂10-18重量份，补强填料10-35重量份，增韧填料20-45重量份，助剂1-20重量份。
6.根据权利要求1或2所述的可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于：所述增粘层组成为包含增粘树脂和硅烷偶联剂的涂层组合物。
7.根据权利要求1或2所述的可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于：所述阻水膜层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的可设置有温度调节结构的保温层状材料，其特征在于：所述金属箔层厚度为300-500微米，所述高密度聚氨酯发泡层最厚处为1.5-2毫米，所述增韧层厚度为0.5-0.8毫米，所述增粘层厚度为10-60微米，所述阻水层厚度为100-500微米。
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