CN107446150A - 一种气凝胶塑料薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其包括如下步骤：S1.气凝胶粉体浆料配制：将气凝胶粉体、界面剂、功能助剂及溶剂充分混合，即得气凝胶粉体浆料；S2.混合料制备：将气凝胶粉体浆料与树脂材料一起投入混合设备中混匀，得混合料；S3.薄膜成型：通过成型工艺将混合料制成薄膜，即为所述气凝胶塑料薄膜。本发明的有益效果是：与常规的原位复合不同，本发明不存在由气凝胶前驱体在增强材料上凝胶化的步骤，工艺简单，省略了大量的化工设备，也不受场地限制，可以比较方便的实现规模化生产；该方法可得到气凝胶塑料薄膜，其为一种新的产品形式，可满足现有技术对超薄气凝胶材料的要求。

Description

一种气凝胶塑料薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于凝胶材料领域，具体涉及一种气凝胶塑料薄膜及其制备方法。
背景技术
气凝胶是一种具有纳米级多孔结构的低密度材料，由于其密度极低、重量轻，气凝胶通常又被称作固体烟；同时，气凝胶中95％以上都是空气，故其还具有十分优异的隔热效果，如硅气凝胶在常温下电导率可低至0.013W/(m·k)，因此气凝胶被认为是性能突出的保温隔热材料。然而，纯气凝胶强度较差，难以单独作用为块体材料用于绝热保温工程或其它领域。通常解决上述问题的方法是将气凝胶与纤维增强材料复合形成复合材料，以增强气凝胶材料的强度，满足使用要求。
现有技术中气凝胶纤维复合材料都采用的是原位复合的方法(如CN105906298A公开的内容)：将气凝胶的前驱体(并非气凝胶成品)浸渍织品纤维的预成体，然后经凝胶化处理(由气凝胶前驱体转变为气凝胶的一系列处理，可能包括溶液替换、催化、表面改性、常压干燥或超临界干燥等)，气凝胶前驱体在织品纤维表面及内部原位生成气凝胶。该方法的不足之处在于：工艺复杂，需要反应釜和超临界反应釜等专门的设备来完成气凝胶前驱体至气凝胶的一系列反应，需要足够大的生产空间，技术和资金需求门槛高，规模化生产困难。因凝胶化处理的复杂，故使气凝胶与其他增强材料之间原位复合的缺点较多，有必要开发出新的气凝胶复合材料的制备方法。
发明内容
本发明提供一种气凝胶塑料薄膜及其制备方法，旨在一定程度上克服现有技术中采用原位复合法制备气凝胶复合材料的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其包括如下步骤：
S1.气凝胶粉体浆料配制：将气凝胶粉体、界面剂、功能助剂及溶剂充分混合，即得气凝胶粉体浆料；
S2.混合料制备：将气凝胶粉体浆料与树脂材料一起投入混合设备中混匀，得混合料；
S3.薄膜成型：通过成型工艺将混合料制成薄膜，即为所述气凝胶塑料薄膜。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择。
具体的，S1的气凝胶粉体浆料中各组分的质量百分数为：气凝胶粉体6-15％，界面剂1-2％,功能助剂0-2％，余量为溶剂。需要说明的是，本发明的气凝胶粉体的粒径范围优选为5-60μm，其孔体积在95％以上，比表面积在400-1100m2/g，堆积密度40-200Kg/m3,常温导热系数为0.013-0.017W/(m·k)，且其并不局限于二氧化硅气凝胶粉，还可以包括氧化铝气凝胶或碳气凝胶等。同时，S1中的气凝胶粉体浆料中的溶剂可以为水性的，也可以为油性的，当其为油性时相应的溶剂可以选用正己烷、环己烷、乙醇等有机溶剂，当其为水性的时相应的溶剂可以为乙醇水溶液、甲醇水溶液或纯水。
具体的，所述界面剂为用于增强气凝胶粉体与树脂材料相容性的表面活性剂、分散剂、偶联剂、交联剂和乳化剂中的一种或任意多种的混合。其中所述表面活性剂为十二甲烷基苯磺酸钠、硬脂酸、聚山梨酯和司盘中的一种或任意多种的混合；所述分散剂为焦磷酸钠、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、硬脂酰胺和聚乙二醇的一种或任意多种的混合；所述偶联剂为铝锆偶联剂或硅烷类偶联剂；所述交联剂为过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰；所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚或苄基酚聚氧乙烯醚。
具体的，所述功能助剂为为功能填料、遮光剂和增强剂中的一种或任意多种的混合。所述功能填料为玻璃粉、陶瓷粉、钛白粉或氧化锌粉中的一种或任意多种的混合。玻璃粉及陶瓷粉与气凝胶粉体的粒径接近或更细，其作用为可增强最终制备出的气凝胶纤维毡的强度，钛白粉及氧化锌粉也与气凝胶粉体的粒径接近或更细，其作用主要为遮光以使制备出的气凝胶纤维毡的隔热性能更佳。
具体的，S2中的气凝胶浆料与树脂材料的质量比为0.05-0.2：1。
具体的，S2中的树脂材料为聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸、水性聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯或其他热塑性塑料中的一种或任意多种的混合。
具体的，S2中的混合设备为注塑机、混炼机和槽形混合机中的任一种。
具体的，S3中的成型工艺为吹塑成膜、流延成膜和涂覆成膜中的任一和中。这些成型工艺均为本领域所熟知的技术，具体使用的设备及工艺参数按现有技术中的标准选择和执行即可。
本发明还提供了一种气凝胶塑料薄膜，其通过上述的制备方法制得。通过上述方法制备得到的气凝胶塑料薄膜中，气凝胶的含量约为0.5-20wt％,优选的气凝胶的含量为8-10wt％，其导热系数在0.08W/(m·k)以下，具有较好的隔热性能。
具体的，该气凝胶塑料薄膜的厚度为0.1-5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：与常规的原位复合不同，本发明不存在由气凝胶前驱体在增强材料上凝胶化的步骤，故不需要凝胶前驱体溶液制备步骤及凝胶化处理步骤，工艺简单，省略了大量的化工设备，也不受场地限制，入行门槛低，突破了单一原位复合制作气凝胶复合材料制品的技术垄断，气凝胶粉浆料的引入也彻底解决了粉尘问题，可以比较方便的实现规模化生产；该方法可得到气凝胶塑料薄膜，其为一种新的产品形式，可满足现有技术对超薄气凝胶材料的要求。
附图说明
图1为本发明提供的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
以下实施例中使用到的方法若无特别说明则均为本领域技术人员所熟知的常规方法，所用的药品原料等若无特别说明则均为市售的常规产品。
如图1所示，一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其包括如下步骤：
S1.气凝胶粉体浆料配制：将气凝胶粉体、界面剂、功能助剂及水充分混合，即得气凝胶粉体浆料；
S2.混合料制备：将气凝胶粉体浆料与树脂材料一起投入混合设备中混匀，得混合料；
S3.薄膜成型：通过成型工艺将混合料制成薄膜，即为所述气凝胶塑料薄膜。
实施例1
一种气凝胶塑料薄膜，其通过如下方法制备得到：
S1.气凝胶粉体浆料配制：将粒径为5-20μm气凝胶粉体50g、硅烷偶联剂10g、功能助剂氧化锌粉末10g及乙醇930克充分混合，即得气凝胶粉体浆料；
S2.混合料制备：将1000g气凝胶粉体浆料与500g聚丙烯酸树脂粉末及500g水性聚氨酯树脂一起投入槽形混合机中混匀，得混合料；
S3.薄膜成型：将混合料喷涂至模板的硬质光滑表面，干燥成膜，即得所述气凝胶塑料薄膜。其厚度约为0.1-0.5mm,其内气凝胶粉的含量约为5wt％。
经性能检测，上述的气凝胶塑料薄膜的常温导热系数约为0.04W/(m·k)。
实施例2
一种气凝胶塑料薄膜，其通过如下方法制备得到：
S1.气凝胶粉体浆料配制：将粒径为20-40μm气凝胶粉体150g、硅烷偶联剂20g、功能助剂氧化锌粉末5g及乙醇875克充分混合，即得气凝胶粉体浆料；
S2.混合料制备：将1000g气凝胶粉体浆料与1500g聚乙烯醇树脂粉末及，一起投入槽形混合机中混匀，得混合料；
S3.薄膜成型：将混合料滚涂至模板的硬质光滑表面，干燥成膜，即得所述气凝胶塑料薄膜。其厚度约为1-2mm,其内气凝胶粉的含量约为10wt％。
经性能检测，上述的气凝胶塑料薄膜的常温导热系数约为0.035W/(m·k)。
实施例3
一种气凝胶塑料薄膜，其通过如下方法制备得到：
S1.气凝胶粉体浆料配制：将粒径为30-60μm气凝胶粉体100g、硅烷偶联剂10g、功能助剂氧化锌粉末5g及水性聚氨酯875g充分混合，即得气凝胶粉体浆料；
S2.混合料制备：将1000g气凝胶粉体浆料与500g聚酰胺树脂粉末一起投入混炼机中混匀，得混合料；
S3.薄膜成型：将混合料喷涂至模板的硬质光滑表面，热压干燥成膜，即得所述气凝胶塑料薄膜。其厚度约为0.1-0.5mm,其内气凝胶粉的含量约为16wt％。
经性能检测，上述的气凝胶塑料薄膜的常温导热系数约为0.025W/(m·k)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.气凝胶粉体浆料配制：将气凝胶粉体、界面剂、功能助剂及溶剂充分混合，即得气凝胶粉体浆料；
S2.混合料制备：将气凝胶粉体浆料与树脂材料一起投入混合设备中混匀，得混合料；
S3.薄膜成型：通过成型工艺将混合料制成薄膜，即为所述气凝胶塑料薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，S1的气凝胶粉体浆料中各组分的质量百分数为：气凝胶粉体6-15％，界面剂1-2％,功能助剂0-2％，余量为溶剂。
3.根据权利要求2所述的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，所述界面剂为用于增强气凝胶粉体与树脂材料相容性的表面活性剂、分散剂、偶联剂、交联剂和乳化剂中的一种或任意多种的混合。
4.根据权利要求2所述的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，所述功能助剂为为功能填料、遮光剂和增强剂中的一种或任意多种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，S2中的气凝胶浆料与树脂材料的质量比为0.05-0.2：1。
6.根据权利要求1所述的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，S2中的树脂材料为聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯酸、水性聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯中的一种或任意多种的混合。
7.根据权利要求1所述的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，S2中的混合设备为注塑机、混炼机和槽形混合机中的任一种。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，S3中的成型工艺为吹塑成膜、流延成膜和涂覆成膜中的任一和中。
9.一种气凝胶塑料薄膜，其特征在于，通过如权利要求1至8任一项所述的制备方法制得。
10.根据权利要求9所述的一种气凝胶塑料薄膜的制备方法，其特征在于，薄膜的厚度为0.1-5mm。
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