CN109109251A - 一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板及其制备方法 - Google Patents

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罗路
吴希
陈婷婷
李泽亮
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Abstract

本发明公开了一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板及其制备方法，所述真空绝热板的结构组成为：以单宁泡沫为芯材，在芯材的一面开设槽孔，槽孔内放置吸气剂，并在芯材外设置阻隔袋；其制备方法为：将单宁、甲醛水溶液、糠醇、去离子水和开孔剂搅拌混合，再加入发泡剂和酸固化剂搅拌混合进行发泡，得到单宁泡沫，在单宁泡沫的一面开设槽孔并放入吸气剂，然后进行真空加热排气，装入阻隔袋，进行封口，制得真空绝热板。本发明的真空绝热板具有价格较低、绿色环保和阻燃性能好的优点。

Description

一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板及其制备方法
技术领域
本发明属于绝热材料技术领域，具体涉及一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板及其制备方法。
背景技术
真空绝热技术是21世纪一种重要的新型能源技术，真空绝热板（vacuuminsulated panel，VIP）是目前世界上最先进的真空保温材料，其导热系数较普通的保温材料大幅降低，隔热保温效果是其它保温材料的6~10倍。随着真空绝热板的技术日趋成熟和成本逐渐降低，真空绝热板从最初应用于军工，航天航空等高端领域，逐步扩展到商用，民用领域，例如家电，运输，医疗，食品、建筑等行业，具有优异的节能减排效果。以冰箱为例，将真空绝热板应用于冰箱上，在节能20~30%前提下，冷冻室的有效容积也可提升30%以上。按当前使用比例预计，国内家电行业对真空绝热板的市场规模约为300亿元人民币。以此同时，中国传统的饮食习惯也正在发生着变化，消费者越来越多地使用动物蛋白、奶制品以及即食类方便食品，人们对于冷藏运输和冷藏保温的认可度也越来越高，这将有力地拉动冷链物流市场的发展。目前，发达国家已经建立了"从田间到餐桌"的一体化冷链物流体系，农产品分销环节少、物流快、成本低、效率高。再有就是建筑能耗占到了我国能源消耗的60%以上，如果将VIP板作为建筑外墙保温材料，可以大幅度提高我国建筑使用能耗，对我国的节能减排具有重要的意义。
在真空绝热板的研究方面，欧美国家早在20世纪早起就开始了平板隔热技术的研究，真空绝热板的概念首先是由美国NASA以气相二氧化硅(fumed silica)作为芯材制备出绝热板开始一直持续到现在，真空绝热技术的研究也已经从表观的传热传质研究深入到分子水平，取得了很大的进步，主要包括芯材、阻气层及生产过程等各个环节的控制与提高。其中，尤以芯材的研究最为重要，真空绝热板芯材绝热材料一般选择多孔介质材料，除支撑作用及本身具有低导热系数、能够有效降低板内辐射换热的要求外，作为真空绝热板芯材使用的材料来说，还必须具备的特性是芯材材料必须为开孔结构，以便于气体抽空，同时微孔的排列应该使材料中的结构接触点尽量少，以减少固体热传导。经过不断的创新与改进，相继出现了以玻璃纤维、聚氨酯、聚苯乙烯、纳米级硅氧化物等作为芯材的报道。
目前欧洲国家建筑行业用真空绝热板所选择的芯材大多为气相二氧化硅气凝胶，该材料满足上述所有特性要求，然而缺点是价格较贵，成本较高，产量低、价格高，比较难实现大面积的推广，不适合未来真空绝热板芯材的发展。
纤维材料，如玻璃纤维、玻璃棉以及石棉也可以作为VIP芯材，虽然纤维类芯材保温性能良好，但是不足之处在于：第一，纤维类芯材对真空度要求较高。第二，在抽真空前后体积压缩较大，在用于墙体保温时，若是在失去真空情况下，纤维会恢复到原来的状态，对墙体会产生一定的应力，导致产生鼓泡现象，不仅影响美观，而且其保温性能也几乎丧失；第三，在生产过程中，工作人员皮肤触碰到玻璃纤维易产生刺痒不适反应。我国目前主要采用以玻璃纤维作为芯材，除了上述缺点，其本身生产和储存成本就比较高，并且在制作的过程中技术上很难控制，比如抽真空时必须防止芯材小微粒被抽出来，所有这些都增加了制作费用，还会对工人的呼吸系统造成危害，同时采用湿法的玻璃纤维的成型工艺具有污染严重的缺点，无法克服。
因此，寻找开发可持续的、性能优良的真空绝热板芯材材料并研究其高值化应用是促进其健康快速发展的关键因素。到目前为止，关于以单宁泡沫为芯材制备真空绝热板的研究在世界范围内还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于针对目前真空绝热板芯材所具有的成本较高、不阻燃等缺点，提供一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板及其制备方法，其单宁泡沫芯材具有价格低、阻燃性好的优点。
一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将单宁、糠醇、37Wt%甲醛水溶液、去离子水、开孔剂混合搅拌均匀，得混合液；
（2）在混合液中加入发泡剂搅拌均匀后，再加入酸固化剂进行搅拌；
（3）将步骤（2）所得混合料液搅拌均匀后倒入模具，待其发泡固化后，再切掉泡沫表皮，得到单宁泡沫；
（4）将所得单宁泡沫切割成所需的尺寸，并去除单宁泡沫芯材表面的浮尘，得单宁泡沫芯材；
（5）在单宁泡沫芯材的一面开设槽孔，并放入吸气剂；
（6）将步骤（5）的芯材经真空干燥后再真空冷却至50℃，然后取出处理好的芯材；
（7）将步骤（6）所得芯材装入干燥的阻隔袋，并放进真空室进行排气；
（8）待真空室的真空度为4.5×10-2Pa~5.5×10-2Pa时，进行封口，即得所述真空绝热板。
进一步地，步骤(1)所述的单宁取100份、糠醇20~40份、37Wt%甲醛水溶液20~30份、去离子水20~30份和开孔剂2份。
进一步地，所述单宁为荆树皮栲胶。
进一步地，步骤（2）所述的发泡剂为正戊烷或者无水乙醚，其用量为所用单宁重量的2%-15%。
进一步地，步骤（2）所述的酸固化剂为浓盐酸、浓磷酸和对甲苯磺酸中的一种或多种，其用量为所用单宁重量的20%-30%。
进一步地，步骤（5）所述的吸气剂为圆盘状，直径为27mm，厚度为7mm。
进一步地，步骤（6）所述的真空干燥条件为：在250~350℃的条件下保持1h以上，至真空度小于0.1P；干燥温度优选为300~350℃。
进一步地，步骤（7）中排气的时间应控制在1min之内。
进一步地，步骤（7）中封口的条件为：真空室的真空度为4.5×10-2Pa~5.5×10- 2Pa，优选为5.0×10-2Pa。
利用上述制备方法制得的真空绝热板，具有质量好、价格低和阻燃性能好的优点。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板，所述芯材由单宁发泡制备而成，具有良好的多孔结构，其原料90%以上来自于生物质材料，成本较低，还具有防火性能，是一种良好的真空绝热板芯材；而真空绝热板包含的吸气剂可吸收固化板内H2O，H2，O2，CO2，CO，N2等各种活性气体，最大可能地消除从外界渗透到VIP内部和板内组件释放的活性气体，从而维持并增大VIP内的真空度，可使VIP的绝热性能和使用寿命得以较大程度的提升；该真空绝热板还具有以下优点：
（1）质量轻：目前玻纤为芯材的真空绝热板其密度为200g/cm3左右，单宁泡沫作为芯材其质量只有目前常用的真空绝热板质量的30~50%；
（2）价格低：原料中单宁和糠醇均来自于生物质材料，具有成本低的特点；
（3）阻燃性能好；
（4）可以大规模自动化生产不同厚度，不同大小尺寸的单宁泡沫芯材。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，以下实例将对本发明做进一步说明，但并非用以限制本发明的范围。
实施例1
（1）将单宁100份、糠醇33份、甲醛水溶液25份、去离子水25份和开孔剂2份混合搅拌，得混合液；
（2）在步骤（1）的混合液中加入10份发泡剂无水乙醚并搅拌均匀，再加入30份对甲苯磺酸固化剂并搅拌；
（3）将上述步骤所得混合料液搅拌均匀后倒入模具，待其发泡固化后，切割掉单宁泡沫表皮1mm；并切割成单宁泡沫芯材所需尺寸，去除单宁泡沫芯材表面的浮尘，并在单宁泡沫芯材短板距边缘30mm处开设槽孔，放置吸气剂；
（4）将单宁泡沫芯材放置到真空干燥容器进行真空干燥，干燥温度350℃，保温时间1h，冷却至50℃后，关闭真空，取出处理好的芯材。
（5）在1min之内将已处理好的单宁泡沫芯材装入干燥后的阻隔袋中，并放进真空室排气，当真空室的真空度达到所设定的数值55×10-2Pa，进行封口，并往真空室通入空气，制得真空绝热板。
实施例2
发泡剂无水乙醚的用量为单宁重量的15%，其他条件及步骤和实施例1相同。
实施例3
发泡剂无水乙醚的用量为单宁重量的8%，其他条件及步骤和实施例1相同。
实施例4
发泡剂无水乙醚的用量为单宁重量的5%，其他条件及步骤和实施例1相同。
实施例5
发泡剂无水乙醚的用量为单宁重量的2%，其他条件及步骤和实施例1相同。
表1为实施例1-5所制得芯材密度及以其进一步制得的绝热板的导热系数。由表1结果来看，以单宁泡沫为芯材的真空绝热板，其密度太小，VIP板不能承受后期真空条件下的压力而被压扁（实施例2），但若密度太大，不仅VIP板密度变大，质量变重，而且增加成本（实施例5）；所以优选的发泡剂用量为单宁质量的5~10%，控制其密度在60~100kg/m3之间（实例1,3,4），其导热系数小于0.005W/(m·k)，可广泛用于生活家电和建筑墙体等领域的保温材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）将单宁、糠醇、37Wt%甲醛水溶液、去离子水、开孔剂混合搅拌均匀，得混合液；
（2）在混合液中加入发泡剂搅拌均匀后，再加入酸固化剂进行搅拌；
（3）将步骤（2）所得混合料液搅拌均匀后倒入模具，待其发泡固化后，再切掉泡沫表皮，得到单宁泡沫；
（4）将所得单宁泡沫切割成所需的尺寸，并去除单宁泡沫芯材表面的浮尘，得单宁泡沫芯材；
（5）在单宁泡沫芯材的一面开设槽孔，并放入吸气剂；
（6）将步骤（5）的芯材经真空干燥后再真空冷却至50℃，然后取出处理好的芯材；
（7）将步骤（6）所得芯材装入干燥的阻隔袋，并放进真空室进行排气；
（8）待真空室的真空度为4.5×10-2Pa~5.5×10-2Pa时，进行封口，即得所述真空绝热板。
2.根据权利要求1所述的一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：步骤(1)所用原料按重量份计为：单宁100份、糠醇20~40份、37Wt%甲醛水溶液20~30份、去离子水20~30份和开孔剂2份。
3.根据权利要求1或2所述的一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：所述单宁为荆树皮栲胶。
4.根据权利要求1所述的一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的发泡剂为正戊烷或者无水乙醚，其用量为所用单宁重量的2%-15%。
5.根据权利要求1所述的一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的酸固化剂为浓盐酸、浓磷酸和对甲苯磺酸中的一种或多种，其用量为所用单宁重量份数的20%-30%。
6.根据权利要求1所述的一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的吸气剂为圆盘状，直径为27mm，厚度为7mm。
7.根据权利要求1所述的一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：步骤（6）所述真空干燥的条件为：在250~350℃的条件下保持1h以上，至真空度小于0.1Pa。
8.根据权利要求1所述的一种以单宁泡沫为芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：步骤（7）中排气的时间应控制在1min之内。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述方法制得的真空绝热板。
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