CN109049890B - 一种耐磨隔热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐磨隔热材料及其制备方法，包括依次设置的阻燃气泡层、阻燃胶层、铝箔层和气凝胶层；所述气凝胶层由包含以下重量份数的组分制成：5‑10份的二氧化硅气凝胶、5‑10份的氧氮化铝气凝胶、20‑30份环氧丙烷、80‑130份乙酸、50‑70份聚乙二醇600、10‑30份甲酰胺、20‑30份甲苯二异氰酸酯三聚体、10‑15份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体。本发明通过在铝箔表面复合一层透明的、以SiO2‑Al2O3‑xN2x/3为主要功能材料的气凝胶层，能够兼具耐磨性和高反射率，且粘附力强，不易脱落。

Description

一种耐磨隔热材料及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及保温材料领域，尤其涉及一种耐磨隔热材料及其制备方法。
【背景技术】
节能减排、低碳循环已经成为当前社会的共识，也是世界各国共同关注的目标。工业建筑和维持室内舒适温度所消耗的能量占到世界每年总能耗的30%以上，隔热材料的使用可以提高建筑物的能量利用率、降低能耗。铝箔气泡隔热材料是一种良好的绿色建筑隔热材料，采用铝箔/气珠/铝箔的多层结构设计，具有高反射率和低的导热系数，体现出优异的保温隔热性能。
然而，铝箔表面的硬度较小，极其容易出现磨损，尤其是高镜面铝箔暴露在风沙、雨雪、隔层等复杂建筑环境中时，其表面磨损会大大降低材料的反射率，使得保温隔热效果变差、寿命变短。AlON材料是Al2O3和AlN的固溶体的统称，是一类优异的高温结构陶瓷，表现出良好的耐高温性、耐磨性和抗侵蚀性能，更进一步的是，AlON在一定条件能够形成透明材料，是航天、军事等特种环境中仪器视窗的优选材料，对光的透过性非常高。因此，通过在铝箔表面设置AlON材料，有望在不影响保温效果的情况下，提高铝箔气泡保温隔热材料的耐磨性能。然而，AlON材料是一类陶瓷材料，与金属的结合性较差，往往容易脱落。在现有技术中，尚未出现能够同时解决上述问题的方案。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种耐磨隔热材料及其制备方法，通过在铝箔表面复合一层透明的、以SiO2-Al2O3-xN2x/3为主要功能材料的气凝胶层，能够兼具耐磨性和高反射率，且粘附力强，不易脱落。
本发明的技术方案是：
一种耐磨隔热材料，包括阻燃气泡层，其特征在于，所述阻燃气泡层的一侧依次设置有阻燃胶层、铝箔层和气凝胶层；所述气凝胶层由包含以下重量份数的组分制成：5-10份的二氧化硅气凝胶、5-10份的氧氮化铝气凝胶、20-30份环氧丙烷、80-130份乙酸、50-70份聚乙二醇600、10-30份甲酰胺、20-30份甲苯二异氰酸酯三聚体、10-15份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体。
进一步的，上述氧氮化铝气凝胶的化学组成为Al2O3-xN2x/3（0<x≤0.3）。
进一步的，上述铝箔的光反射率≥95%。
进一步的，上述氧氮化铝气凝胶通过异丙醇铝在壳聚糖的模板作用和还原作用下生成。
进一步的，上述氧氮化铝气凝胶通过异丙醇铝在氮气气氛的还原作用下生成。
进一步的，上述二氧化硅的平均粒径为20-50nm。
进一步的，上述气凝胶层通过以下方法制备：
a）将20-30份环氧丙烷、80-130份乙酸、50-70份聚乙二醇600、10-30份甲酰胺用高速微粉搅拌机搅拌5-10分钟，调节溶剂温度5-8度；加入5-10份二氧化硅、20-80份异丙醇铝、10-20份壳聚糖，调节溶剂温度为30℃-40℃，继续搅拌40-60分钟；加入20-30份甲苯二异氰酸酯三聚体、10-15份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体，继续搅拌5-10分钟；然后气流分级，收集通过8000目过滤网的粉体；所述高速微粉搅拌机的转速为800-1000转/分钟；异丙醇铝的相对分子量为204，氧化铝的相对分子量为102，按照铝的摩尔量计算，4重量份的异丙醇铝相当于1重量份的氧化铝；
b）将步骤a）收集到的粉体通过压缩空气、过滤、干燥后，进入800-1000℃高温气化室，经喷嘴形成超音速气流射入到铝箔一侧表面，运用高速等离子光速持续照射该侧表面，形成一侧附着有气凝胶层的铝箔层；喷射和照射过程均在氮气气氛下进行。
进一步的，上述等离子光速电压为1200-1450KV，时间为2-5秒。
上述耐腐蚀的隔热保温材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
a）将20-30份环氧丙烷、80-130份乙酸、50-70份聚乙二醇600、10-30份甲酰胺用高速微粉搅拌机搅拌5-10分钟，调节溶剂温度5-8度；加入5-10份二氧化硅、20-80份异丙醇铝、10-20份壳聚糖，调节溶剂温度为30℃-40℃，继续搅拌40-60分钟；加入20-30份甲苯二异氰酸酯三聚体、10-15份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体，继续搅拌5-10分钟；然后气流分级，收集通过8000目过滤网的粉体；所述高速微粉搅拌机的转速为800-1000转/分钟；
b）将步骤a）收集到的粉体通过压缩空气、过滤、干燥后，进入800-1000℃高温气化室，经喷嘴形成超音速气流射入到铝箔一侧表面，运用高速等离子光速持续照射该侧表面，形成一侧附着有气凝胶层的铝箔层；喷射和照射过程均在氮气保护气氛下进行。
c）将阻燃胶黏剂均匀涂布在阻燃气泡层的表面，然后与步骤b）所得的铝箔的未附着气凝胶层的一侧表面贴合、压紧，贴合辊温度为80-100℃，压力为100-150兆帕，贴合完毕后在30-45℃熟化72-80小时。
进一步的，上述氮气气氛的纯度≥99%。
本发明具有以下有益的技术效果：
本发明具有包含阻燃气泡层、阻燃胶层、铝箔层和气凝胶层的多层结构，通过在铝箔表面复合一层透明的、以SiO2-Al2O3-xN2x/3为主要功能材料的气凝胶层，能够使该结构仍然保持高的光反射率（≥95%），材料的综合导热系数保持在0.02~0.03W/m·K，具有良好的隔热保温效果；另一方面，本发明通过高速等离子光速持续照射气凝胶层，异丙醇铝在壳聚糖的模板作用下，在氮气环境中完成Al2O3-xN2x/3的晶格生长和熟化，与纳米SiO2形成稳定的三维网络结构，由于该结果内部具有大量的空位，能够容忍较大的晶格畸变而保持结构不变，因此大大提高了铝箔气泡隔热材料恶劣环境下的寿命；再一方面，Al2O3-xN2x/3的通过纳米SiO2、环氧丙烷、聚乙二醇、甲酰胺、甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体等添加剂的共同作用下，与铝箔的结合牢固，用3M胶带测试剥离强度，连续测试2000次，没有微粉掉落，具有实用价值。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例，对本发明做进一步描述。
以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。
实施例1
一种耐磨隔热材料，包括依次设置的阻燃气泡层、阻燃胶层、铝箔层和气凝胶层；所述气凝胶层由包含组分的原料制成：二氧化硅气凝胶、氧氮化铝气凝胶、环氧丙烷、乙酸、聚乙二醇600、甲酰胺、甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体。
进一步的，上述铝箔的光反射率≥95%，二氧化硅的平均粒径为20-50nm，氧氮化铝气凝胶的化学组成为Al2O3-xN2x/3（0<x≤0.3），通过异丙醇铝在壳聚糖的模板作用和还原作用下、在氮气还原气氛下、高速等离子光速持续照射下生成。
上述耐腐蚀的隔热保温材料的具体制备方法如下：
a）将25份环氧丙烷、100份乙酸、60份聚乙二醇600、20份甲酰胺用高速微粉搅拌机搅拌5-10分钟，调节溶剂温度5-8度；加入8份二氧化硅、40份异丙醇铝、15份壳聚糖，继续搅拌40-60分钟；加入25份甲苯二异氰酸酯三聚体、12份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体，继续搅拌5-10分钟；然后气流分级，收集通过8000目过滤网的粉体；所述高速微粉搅拌机的转速为800-1000转/分钟；上述二氧化硅的平均粒径为20-50nm；
b）将步骤a）收集到的粉体通过压缩空气、过滤、干燥后，进入800-1000℃高温气化室，经喷嘴形成超音速气流射入到铝箔一侧表面，运用高速等离子光速持续照射该侧表面，形成一侧附着有气凝胶层的铝箔层；喷射和照射过程均在纯度为99%以上的氮气保护气氛下进行；上述等离子光速电压为1200-1450KV，时间为2-5秒。
c）将阻燃胶黏剂均匀涂布在阻燃气泡层的表面，然后与步骤b）所得的铝箔的未附着气凝胶层的一侧表面贴合、压紧，贴合辊温度为80-100℃，压力为100-150兆帕，贴合完毕后在30-45℃熟化72-80小时。
磨损性能测试：
在UMT-3MT摩擦试验机上进行摩擦磨损试验，加载力为50N，频率为3.3Hz，行程3mm，对偶Φ10mm，测试时间10min，对制备样品在摩擦试验前后分别用精密分析天平称其质量，各称量5次，取其平均值，比较平均磨损量。
测试结果：实施例1产品的平均磨损量为0.00021g~0.00026g，较无气凝胶层的铝箔气泡材料降低（磨损量为0.00074g）。
实施例2
一种耐磨隔热材料，包括依次设置的阻燃气泡层、阻燃胶层、铝箔层和气凝胶层；所述气凝胶层由包含组分的原料制成：二氧化硅气凝胶、氧氮化铝气凝胶、环氧丙烷、乙酸、聚乙二醇600、甲酰胺、甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体。
进一步的，上述铝箔的光反射率≥95%，二氧化硅的平均粒径为20-50nm，氧氮化铝气凝胶的化学组成为Al2O3-xN2x/3（0<x≤0.3），通过异丙醇铝在壳聚糖的模板作用和还原作用下、在氮气还原气氛下、高速等离子光速持续照射下生成。
上述耐腐蚀的隔热保温材料的具体制备方法如下：
a）将20份环氧丙烷、80份乙酸、50份聚乙二醇600、10份甲酰胺用高速微粉搅拌机搅拌5-10分钟，调节溶剂温度5-8度；加入5份二氧化硅、20份异丙醇铝、10份壳聚糖，继续搅拌40-60分钟；加入20份甲苯二异氰酸酯三聚体、10份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体，继续搅拌5-10分钟；然后气流分级，收集通过8000目过滤网的粉体；所述高速微粉搅拌机的转速为800-1000转/分钟；上述二氧化硅的平均粒径为20-50nm；
b）将步骤a）收集到的粉体通过压缩空气、过滤、干燥后，进入800-1000℃高温气化室，经喷嘴形成超音速气流射入到铝箔一侧表面，运用高速等离子光速持续照射该侧表面，形成一侧附着有气凝胶层的铝箔层；喷射和照射过程均在纯度为99%以上的氮气保护气氛下进行；上述等离子光速电压为1200-1450KV，时间为2-5秒。
c）将阻燃胶黏剂均匀涂布在阻燃气泡层的表面，然后与步骤b）所得的铝箔的未附着气凝胶层的一侧表面贴合、压紧，贴合辊温度为80-100℃，压力为100-150兆帕，贴合完毕后在30-45℃熟化72-80小时。
磨损性能测试：
在UMT-3MT摩擦试验机上进行摩擦磨损试验，加载力为50N，频率为3.3Hz，行程3mm，对偶Φ10mm，测试时间10min，对制备样品在摩擦试验前后分别用精密分析天平称其质量，各称量5次，取其平均值，比较平均磨损量。
测试结果：实施例1产品的平均磨损量为0.00027g~0.00033g，较无气凝胶层的铝箔气泡材料降低（磨损量为0.00074g）。
实施例3
一种耐磨隔热材料，包括依次设置的阻燃气泡层、阻燃胶层、铝箔层和气凝胶层；所述气凝胶层由包含组分的原料制成：二氧化硅气凝胶、氧氮化铝气凝胶、环氧丙烷、乙酸、聚乙二醇600、甲酰胺、甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体。
进一步的，上述铝箔的光反射率≥95%，二氧化硅的平均粒径为20-50nm，氧氮化铝气凝胶的化学组成为Al2O3-xN2x/3（0<x≤0.3），通过异丙醇铝在壳聚糖的模板作用和还原作用下、在氮气还原气氛下、高速等离子光速持续照射下生成。
上述耐腐蚀的隔热保温材料的制备方法如下：
a）将30份环氧丙烷、130份乙酸、70份聚乙二醇600、30份甲酰胺用高速微粉搅拌机搅拌5-10分钟，调节溶剂温度5-8度；加入10份二氧化硅、80份异丙醇铝、20份壳聚糖，继续搅拌40-60分钟；加入30份甲苯二异氰酸酯三聚体、15份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体，继续搅拌5-10分钟；然后气流分级，收集通过8000目过滤网的粉体；所述高速微粉搅拌机的转速为800-1000转/分钟；上述二氧化硅的平均粒径为20-50nm；
b）将步骤a）收集到的粉体通过压缩空气、过滤、干燥后，进入800-1000℃高温气化室，经喷嘴形成超音速气流射入到铝箔一侧表面，运用高速等离子光速持续照射该侧表面，形成一侧附着有气凝胶层的铝箔层；喷射和照射过程均在纯度为99%以上的氮气保护气氛下进行；上述等离子光速电压为1200-1450KV，时间为2-5秒。
c）将阻燃胶黏剂均匀涂布在阻燃气泡层的表面，然后与步骤b）所得的铝箔的未附着气凝胶层的一侧表面贴合、压紧，贴合辊温度为80-100℃，压力为100-150兆帕，贴合完毕后在30-45℃熟化72-80小时。
磨损性能测试：
在UMT-3MT摩擦试验机上进行摩擦磨损试验，加载力为50N，频率为3.3Hz，行程3mm，对偶Φ10mm，测试时间10min，对制备样品在摩擦试验前后分别用精密分析天平称其质量，各称量5次，取其平均值，比较平均磨损量。
测试结果：实施例1产品的平均磨损量为0.00025g~0.00031g，较无气凝胶层的铝箔气泡材料降低（磨损量为0.00074g）。

Claims (8)

1.一种耐磨隔热材料，包括阻燃气泡层，其特征在于，所述阻燃气泡层的一侧依次设置有阻燃胶层、铝箔层和气凝胶层；所述气凝胶层由包含以下重量份数的组分制成：5-10份的二氧化硅气凝胶、5-10份的氧氮化铝气凝胶、20-30份环氧丙烷、80-130份乙酸、50-70份聚乙二醇600、10-30份甲酰胺、20-30份甲苯二异氰酸酯三聚体、10-15份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体，所述氧氮化铝气凝胶的化学组成为Al2O3-xN2x/3(0<x≤0.3)；所述气凝胶层通过以下方法制备：
a)将20-30份环氧丙烷、80-130份乙酸、50-70份聚乙二醇600、10-30份甲酰胺用高速微粉搅拌机搅拌5-10分钟，调节体系温度5-8度；加入5-10份二氧化硅、20-80份异丙醇铝、10-20份壳聚糖，调节体系温度为30℃-40℃，继续搅拌40-60分钟；加入20-30份甲苯二异氰酸酯三聚体、10-15份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体，继续搅拌5-10分钟；然后气流分级，收集通过8000目过滤网的粉体；所述高速微粉搅拌机的转速为800-1000转/分钟；
b)将步骤a)收集到的粉体通过压缩空气、过滤、干燥后，进入800-1000℃高温气化室，经喷嘴形成超音速气流射入到铝箔一侧表面，运用高速等离子光速持续照射该侧表面，形成一侧附着有气凝胶层的铝箔层；喷射和照射过程均在氮气气氛下进行。
2.根据权利要求1所述的耐磨隔热材料，其特征在于，所述铝箔的光反射率≥95％。
3.根据权利要求1所述的耐磨隔热材料，其特征在于，所述氧氮化铝气凝胶通过异丙醇铝在壳聚糖的模板作用和还原作用下生成。
4.根据权利要求1所述的耐磨隔热材料，其特征在于，所述氧氮化铝气凝胶通过异丙醇铝在氮气气氛的还原作用下生成。
5.根据权利要求1所述的耐磨隔热材料，其特征在于，所述二氧化硅的平均粒径为20-50nm。
6.根据权利要求1所述的耐磨隔热材料，其特征在于，所述等离子光速电压为1200-1450KV，时间为2-5秒。
7.根据权利要求6所述的耐磨隔热材料，其特征在于，所述氮气气氛的纯度≥99％。
8.如权利要求1-5任一项所述的耐磨隔热材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
a)将20-30份环氧丙烷、80-130份乙酸、50-70份聚乙二醇600、10-30份甲酰胺用高速微粉搅拌机搅拌5-10分钟，调节体系温度5-8度；加入5-10份二氧化硅、20-80份异丙醇铝、10-20份壳聚糖，调节体系温度为30℃-40℃，继续搅拌40-60分钟；加入20-30份甲苯二异氰酸酯三聚体、10-15份异佛尔酮二异氰酸酯三聚体，继续搅拌5-10分钟；然后气流分级，收集通过8000目过滤网的粉体；所述高速微粉搅拌机的转速为800-1000转/分钟；
b)将步骤a)收集到的粉体通过压缩空气、过滤、干燥后，进入800-1000℃高温气化室，经喷嘴形成超音速气流射入到铝箔一侧表面，运用高速等离子光速持续照射该侧表面，形成一侧附着有气凝胶层的铝箔层；喷射和照射过程均在氮气保护气氛下进行；
c)将阻燃胶黏剂均匀涂布在阻燃气泡层的表面，然后与步骤b)所得的铝箔的未附着气凝胶层的一侧表面贴合、压紧，贴合辊温度为80-100℃，压力为100-150兆帕，贴合完毕后在30-45℃熟化72-80小时。
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