CN111070813A - 一种具有保冷功能的纳米真空绝热板及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于真空绝热板领域，尤其涉及一种具有保冷功能的纳米真空绝热板及其制备方法和应用。本发明提供的纳米真空绝热板包括：芯板；包覆所述芯板的纺粘无纺布；和包覆所述纺粘无纺布的密封膜材；所述密封膜材与所述芯板之间形成真空。本发明提供的纳米真空绝热板在芯板上包覆了纺粘无纺布，能够阻挡抽真空时因芯板上粉体脱落造成的粉尘污染，提高密封膜材封口处的严密性和耐老化性能，从而提高纳米真空绝热板的保冷效果；同时本发明提供的纳米真空绝热板在芯板中添加了氧化钙，氧化钙具有吸气作用，能够确保纳米真空绝热板在长期保冷使用过程中导热系数不升高，从而进一步提升纳米真空绝热板的保冷效果。

Description

一种具有保冷功能的纳米真空绝热板及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于真空绝热板领域，尤其涉及一种具有保冷功能的纳米真空绝热板及其制备方法和应用。
背景技术
纳米真空绝热板是真空保温材料中的一种，是由填充芯材与真空保护表层复合而成，它能有效地避免空气对流引起的热传递，因此导热系数可大幅度降低，并且不含有任何ODS材料，具有环保和高效节能的特性，是目前最先进的高效保温材料。
专利号为CN109140124A的中国专利公开了一种纳米真空绝热板及其制作方法，具体公开了如下内容：“所述纳米真空绝热板包括由内到外依次设置的隔热层主体、真空层、铝膜层，所述铝膜层外部还设有胶黏层，所述胶黏层设于所述铝膜层的一侧或多侧，所述纳米真空绝热板由55～58重量份的二氧化硅颗粒、22～26重量份的碳化硅颗粒、65～70重量份的二氧化硅气凝胶、3～6重量份的高硅氧短切纤维混合搅拌均匀后，经过生产线的挤压成型后，再整体包覆纯铝质膜，然后抽取真空制成”。
上述专利技术给出了制备纳米真空绝热板的方法，具有可实施性，但其制备的纳米真空绝热板的导热系数偏高，可用于保温隔热领域，不适用于保冷领域。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有保冷功能的纳米真空绝热板及其制备方法和应用，本发明提供的纳米真空绝热板具有十分优异的保冷效果。
本发明提供了一种具有保冷功能的纳米真空绝热板，包括：芯板；包覆所述芯板的纺粘无纺布；和包覆所述纺粘无纺布的密封膜材；所述密封膜材与所述芯板之间形成真空；
以重量份数计，所述芯板的成分包括：
Figure BDA0002347021940000021
优选的，所述纺粘无纺布的材料为聚乙烯纤维、聚酯酰胺纤维和聚酯纤维中的一种或多种。
优选的，所述密封膜材为热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋。
优选的，所述热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋为三层结构，内层为聚丙烯膜，中间层为铝箔，外层为玻璃纤维布。
优选的，所述遮光剂包括炭黑粉和/或氧化铁黑粉。
优选的，所述无机纤维包括高硅氧纤维、多晶氧化铝纤维和硅酸铝陶瓷纤维中的一种或多种。
本发明提供了一种具有保冷功能的纳米真空绝热板的制备方法，包括以下步骤：
a)将50～70重量份气相二氧化硅、10～20重量份硅灰、5～20重量份遮光剂、2～10重量份无机纤维和2～10重量份氧化钙混合，压制成型，得到芯板；
b)将所述芯板用纺粘无纺布包覆，然后对包覆有纺粘无纺布的芯板进行加热干燥，之后将其放入密封膜材袋中，接着对所述密封膜材袋进行抽真空和封口，得到具有保冷功能的纳米真空绝热板。
优选的，步骤b)中，所述加热干燥的温度为130～150℃；所述加热干燥的时间为3～10min。
优选的，步骤b)中，抽真空后所述密封膜材袋内的压力低于100帕。
上述技术方案所述的纳米真空绝热板或上述技术方案所述方法制备的纳米真空绝热板在保冷中的应用。
与现有技术相比，本发明提供了一种具有保冷功能的纳米真空绝热板及其制备方法和应用。本发明提供的纳米真空绝热板包括：芯板；包覆所述芯板的纺粘无纺布；和包覆所述纺粘无纺布的密封膜材；所述密封膜材与所述芯板之间形成真空；以重量份数计，所述芯板的成分包括：气相二氧化硅50～70份；硅灰10～20份；遮光剂5～20份；无机纤维2～10份；氧化钙2～10份。本发明提供的纳米真空绝热板在芯板上包覆了纺粘无纺布，能够阻挡抽真空时因芯板上粉体脱落造成的粉尘污染，提高密封膜材封口处的严密性和耐老化性能，从而提高纳米真空绝热板的保冷效果；同时本发明提供的纳米真空绝热板在芯板中添加了氧化钙，氧化钙具有吸气作用，能够确保纳米真空绝热板在长期保冷使用过程中导热系数不升高，从而进一步提升纳米真空绝热板的保冷效果。实验结果表明：本发明提供的纳米真空绝热板在25℃下的导热系数＜0.005W/(m.k)，具有优良的保冷效果，特别适合在保冷领域(冰箱、冷藏运输、冷库、保鲜盒)中使用。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种具有保冷功能的纳米真空绝热板，包括：芯板；包覆所述芯板的纺粘无纺布；和包覆所述纺粘无纺布的密封膜材；所述密封膜材与所述芯板之间形成真空；
以重量份数计，所述芯板的成分包括：
Figure BDA0002347021940000031
本发明提供的纳米真空绝热板包括芯板、纺粘无纺布和密封膜材。其中，所述芯板是构成纳米真空绝热板的保冷主体，用于降低纳米真空绝热板的导热系数，所述芯板的成分包括气相二氧化硅、硅灰、遮光剂、无机纤维和氧化钙。在本发明中，所述气相二氧化硅的比表面积优选为180～250m2/g，具体可为180m2/g、185m2/g、190m2/g、195m2/g、200m2/g、205m2/g、210m2/g、215m2/g、220m2/g、225m2/g、230m2/g、235m2/g、240m2/g、245m2/g或250m2/g；所述气相二氧化硅在芯板中的含量为50～70重量份，具体可为50重量份、51重量份、52重量份、53重量份、54重量份、55重量份、56重量份、57重量份、58重量份、59重量份、60重量份、61重量份、62重量份、63重量份、64重量份、65重量份、66重量份、67重量份、68重量份、69重量份或70重量份。
在本发明中，所述硅灰的粒径优选为0.05～1μm，具体可为0.05μm、0.1μm、0.15μm、0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm、0.5μm、0.55μm、0.6μm、0.65μm、0.7μm、0.75μm、0.8μm、0.85μm、0.9μm、0.95μm或1μm。在本发明中，所述硅灰在芯板中的含量为10～20重量份，具体可为10重量份、10.5重量份、11重量份、11.5重量份、12重量份、12.5重量份、13重量份、13.5重量份、14重量份、14.5重量份、15重量份、15.5重量份、16重量份、16.5重量份、17重量份、17.5重量份、18重量份、18.5重量份、19重量份、19.5重量份或20重量份。
在本发明中，所述遮光剂优选包括炭黑粉和/或氧化铁黑粉；所述遮光剂的粒径优选为0.2～0.5μm，具体可为0.2μm、0.25μm、0.3μm、0.35μm、0.4μm、0.45μm或0.5μm。在本发明中，所述遮光剂在芯板中的含量优选为5～20重量份，具体可为5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份、10重量份、10.5重量份、11重量份、11.5重量份、12重量份、12.5重量份、13重量份、13.5重量份、14重量份、14.5重量份、15重量份、15.5重量份、16重量份、16.5重量份、17重量份、17.5重量份、18重量份、18.5重量份、19重量份、19.5重量份或20重量份。
在本发明中，所述无机纤维优选包括高硅氧纤维、多晶氧化铝纤维和硅酸铝陶瓷纤维中的一种或多种，更优选为高硅氧纤维，所述高硅氧纤维的二氧化硅含量优选≥92wt％；所述无机纤维的纤维长度优选为3～10mm，具体可为3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm；所述无机纤维的纤维直径优选为5～20μm，具体可为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm。在本发明中，所述无机纤维在芯板中的含量优选为2～10重量份，具体可为2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份或10重量份。
在本发明中，所述芯板的密度优选为200～400kg/m3，具体可为200kg/m3、210kg/m3、220kg/m3、230kg/m3、240kg/m3、250kg/m3、260kg/m3、270kg/m3、280kg/m3、290kg/m3、300kg/m3、310kg/m3、320kg/m3、330kg/m3、340kg/m3、350kg/m3、360kg/m3、370kg/m3、380kg/m3、390kg/m3或400kg/m3。
在本发明中，所述纺粘无纺布包覆在所述芯板的表面，可以提高纳米板的抗折强度，同时可阻止抽真空作业过程中芯板表面的粉尘脱落，避免粉尘污染对密封膜材封口处的严密性造成影响。在本发明中，所述纺粘无纺布的材料优选为聚乙烯纤维、聚酯酰胺纤维和聚酯纤维中的一种或多种，所述聚乙烯纤维优选为高密度聚乙烯纤维。在本发明提供的一个实施例中，所述纺粘无纺布优选为杜邦公司生产的Tyvek(特卫强)，型号为14型。在本发明中，所述纺粘无纺布的包覆厚度优选为100～500μm，具体可为100μm、120μm、140μm、150μm、170μm、200μm、230μm、250μm、270μm、300μm、320μm、350μm、370μm、400μm、420μm、450μm、470μm或500μm。
在本发明中，所述密封膜材包覆在所述纺粘无纺布的表面，并与所述芯板之间形成真空，所述密封膜材的主要作用是抽真空后阻止空气再次进入纳米板内部，同时作为纳米真空绝热板的外包覆材料，起到防水、防潮、防火作用。在本发明中，所述密封膜材优选为热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋；所述热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋优选为三层结构，其中，内层为聚丙烯膜，中间层为铝箔，外层为玻璃纤维布。在本发明中，对所述热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋的来源没有特别限定，采用市售商品即可，例如可采用天利达包装材料有限公司生产的铝箔玻纤袋或者苏州桦达建筑保温材料有限公司生产的STP板专用铝箔玻纤袋。
本发明还提供了一种具有保冷功能的纳米真空绝热板的制备方法，包括以下步骤：
a)将50～70重量份气相二氧化硅、10～20重量份硅灰、5～20重量份遮光剂、2～10重量份无机纤维和2～10重量份氧化钙混合，压制成型，得到芯板；
b)将所述芯板用纺粘无纺布包覆，然后对包覆有纺粘无纺布的芯板进行加热干燥，之后将其放入密封膜材袋中，接着对所述密封膜材袋进行抽真空和封口，得到具有保冷功能的纳米真空绝热板。
在本发明提供的制备方法中，首先将气相二氧化硅、硅灰、遮光剂、无机纤维和氧化钙进行混合。其中，所述气相二氧化硅、硅灰、遮光剂、无机纤维和氧化钙的相关信息和用量配比在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述混合的具体过程优选为先将气相二氧化硅、硅灰、氧化钙和无机纤维混合，之后再将混合料与遮光剂混合。物料混合均匀后，压制成型，得到芯板。
在本发明提供的制备方法中，获得芯板后，将所述芯板用纺粘无纺布包覆。其中，所述纺粘无纺布的相关信息在上文中已经介绍，在此不再赘述；所述包覆的具体操作过程优选为：将芯板放在纺粘无纺布上，然后将纺粘无纺布包覆翻折到芯板正面，之后将纺粘无纺布的两端用双面胶压紧粘贴到一起，最后将纺粘无纺布对应芯板两个侧面的开口用自粘铝箔封口。
在本发明提供的制备方法中，将纺粘无纺布包覆好后，对包覆有纺粘无纺布的芯板进行加热干燥。其中，所述加热干燥的温度优选为130～150℃，具体可为130℃、135℃、140℃、145℃或150℃；所述加热干燥的时间优选为3～10min，具体可为3min、3.5min、4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min或10min。加热干燥的过程中，纺粘无纺布上的部分纤维与芯板表面熔合在一起，能够提高板材的抗折强度，同时也可以阻止后续抽真空作业过程中芯板表面的粉尘脱落，避免粉尘污染。
在本发明提供的制备方法中，加热干燥结束后，将完成加热干燥的包覆有纺粘无纺布的芯板放入密封膜材袋中，接着对所述密封膜材袋进行抽真空和封口。其中，所述密封膜材袋的相关信息可参照上文介绍的密封膜材，在此不再赘述；所述密封膜材袋在抽真空之后的袋内压力优选低于100帕，具体可为60帕、65帕、70帕、75帕、78帕、80帕、85帕、90帕或95帕；所述封口的方式优选为热合封口。封口完毕后，得到本发明提供的具有保冷功能的纳米真空绝热板。
本发明提供的纳米真空绝热板在芯板上包覆了纺粘无纺布，能够阻挡抽真空时因芯板上粉体脱落造成的粉尘污染，提高密封膜材封口处的严密性和耐老化性能，从而提高纳米真空绝热板的保冷效果；同时本发明提供的纳米真空绝热板在芯板中添加了氧化钙，氧化钙具有吸气作用，能够确保纳米真空绝热板在长期保冷使用过程中导热系数不升高，从而进一步提升纳米真空绝热板的保冷效果。实验结果表明：本发明提供的纳米真空绝热板在25℃下的导热系数＜0.005W/(m.k)，具有优良的保冷效果，特别适合在保冷领域(冰箱、冷藏运输、冷库、保鲜盒)中使用。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
1)将50重量份比表面积200m2/g的气相二氧化硅，倒入工业用高速搅拌机中，然后加入20重量份粒径0.5微米的硅灰和8重量份氧化钙，加入6重量份高硅氧纤维(平均纤维长度6mm，平均纤维直径9微米，二氧化硅含量＞92wt％)；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散8分钟，停止搅拌后，最后加入16重量份粒径0.2微米的炭黑粉遮光剂，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、干压成型、卸压脱模等装备自动化操作，制备出密度350kg/m3的纳米芯板。
2)用一层杜邦纸(Tyvek，型号14型，厚度0.14mm)包覆纳米芯板的两个大面和两个侧面，再用自粘铝箔将剩余的两个侧面封口，然后放入烘干炉于140℃烘干5分钟后，之后装入到热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋。在本实施例中，所采用的热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋为苏州桦达建筑保温材料有限公司提供的STP板专用铝箔玻纤袋，该铝箔玻纤袋为三层结构，其中，内层为聚丙烯膜，中间层为铝箔，外层为玻璃纤维布。
3)最后对所述玻璃纤维布袋进行抽真空，抽真空至袋内气压低至85帕后，热合封口，即制得具有保冷功能的纳米真空绝热板。
经检测，该纳米真空绝热板的25℃导热系数为0.0043W/(m.k)。
实施例2
1)将62重量份比表面积200m2/g的气相二氧化硅，倒入工业用高速搅拌机中，然后加入16重量份粒径0.5微米的硅灰和8重量份氧化钙，加入4重量高硅氧纤维(平均纤维长度6mm，平均纤维直径9微米，二氧化硅含量＞92wt％)；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散8分钟，停止搅拌后，最后加入10重量份粒径0.2微米的炭黑粉遮光剂，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、干压成型、卸压脱模等装备自动化操作，制备出密度300kg/m3的纳米芯板。
2)用一层杜邦纸(Tyvek，型号14型，厚度0.14mm)包覆纳米芯板的两个大面和两个侧面，再用自粘铝箔将剩余的两个侧面封口，然后放入烘干炉于130℃烘干10分钟后，之后装入到热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋。在本实施例中，所采用的热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋为苏州桦达建筑保温材料有限公司提供的STP板专用铝箔玻纤袋，该铝箔玻纤袋为三层结构，其中，内层为聚丙烯膜，中间层为铝箔，外层为玻璃纤维布。
3)最后对所述玻璃纤维布袋进行抽真空，抽真空至袋内气压低至78帕后，热合封口，即制得具有保冷功能的纳米真空绝热板。
经检测，该纳米真空绝热板的25℃导热系数为0.0032W/(m.k)。
实施例3
1)将70重量份比表面积200m2/g的气相二氧化硅，倒入工业用高速搅拌机中，然后加入10重量份粒径0.5微米的硅灰和5重量份氧化钙，加入5重量份高硅氧纤维(平均纤维长度6mm，平均纤维直径9微米，二氧化硅含量＞92wt％)；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散8分钟，停止搅拌后，最后加入10重量份粒径0.2微米的炭黑粉遮光剂，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、干压成型、卸压脱模等装备自动化操作，制备出密度280kg/m3的纳米芯板。
2)用杜邦纸(Tyvek，型号14型，厚度0.14mm)包覆纳米芯板的两个大面和两个侧面，再用自粘铝箔将剩余的两个侧面封口，然后放入烘干炉于150℃烘干3分钟后，之后装入到热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋。在本实施例中，所采用的热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋为苏州桦达建筑保温材料有限公司提供的STP板专用铝箔玻纤袋，该铝箔玻纤袋为三层结构，其中，内层为聚丙烯膜，中间层为铝箔，外层为玻璃纤维布。
3)最后对所述玻璃纤维布袋进行抽真空，抽真空至袋内气压低至65帕后，热合封口，即制得具有保冷功能的纳米真空绝热板。
经检测，该纳米真空绝热板的25℃导热系数为0.0029W/(m.k)。
对比例
将80重量份比表面积200m2/g的气相二氧化硅，倒入工业用高速搅拌机中，加入5重量份高硅氧纤维(平均纤维长度6mm，平均纤维直径9微米，二氧化硅含量＞92wt％)；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散10分钟，停止搅拌后，最后加入15份粒径3微米的碳化硅红外遮光剂，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、干压成型、卸压脱模等装备自动化操作，制备出25℃导热系数为0.02W/(m.k)的普通纳米板产品。
性能评价
将本发明实施例1～3制备得到的纳米真空绝热板依次编号为A、B、C，对比例制备的样品编号为D。分别测试样品的体积密度、耐压强度、导热系数，结果如表1所示：
表1纳米真空绝热板与纳米板的体积密度、耐压强度、导热系数
样品 体积密度(Kg/m<sup>3</sup>) 耐压强度(MPa) 25℃导热系数w/(m.K)
A 372 0.86 0.0043
B 326 0.97 0.0032
C 305 0.92 0.0029
D 315 0.42 0.02
检测标准 GB/T 17911 GB/T 13480 GB/T 10295
通过表1可以看出，本发明实施例制备的纳米真空绝热板的导热系数极低，且耐压强度较高，特别适合保冷领域使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有保冷功能的纳米真空绝热板，包括：芯板；包覆所述芯板的纺粘无纺布；和包覆所述纺粘无纺布的密封膜材；所述密封膜材与所述芯板之间形成真空；
以重量份数计，所述芯板的成分包括：
Figure FDA0002347021930000011
2.根据权利要求1所述的纳米真空绝热板，其特征在于，所述纺粘无纺布的材料为聚乙烯纤维、聚酯酰胺纤维和聚酯纤维中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的纳米真空绝热板，其特征在于，所述密封膜材为热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋。
4.根据权利要求3所述的纳米真空绝热板，其特征在于，所述热合塑胶纸复合的玻璃纤维布袋为三层结构，内层为聚丙烯膜，中间层为铝箔，外层为玻璃纤维布。
5.根据权利要求1所述的纳米真空绝热板，其特征在于，所述遮光剂包括炭黑粉和/或氧化铁黑粉。
6.根据权利要求1所述的纳米真空绝热板，其特征在于，所述无机纤维包括高硅氧纤维、多晶氧化铝纤维和硅酸铝陶瓷纤维中的一种或多种。
7.一种具有保冷功能的纳米真空绝热板的制备方法，包括以下步骤：
a)将50～70重量份气相二氧化硅、10～20重量份硅灰、5～20重量份遮光剂、2～10重量份无机纤维和2～10重量份氧化钙混合，压制成型，得到芯板；
b)将所述芯板用纺粘无纺布包覆，然后对包覆有纺粘无纺布的芯板进行加热干燥，之后将其放入密封膜材袋中，接着对所述密封膜材袋进行抽真空和封口，得到具有保冷功能的纳米真空绝热板。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述加热干燥的温度为130～150℃；所述加热干燥的时间为3～10min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，抽真空后所述密封膜材袋内的压力低于100帕。
10.权利要求1～6任一项所述的纳米真空绝热板或权利要求7～9任一项所述方法制备的纳米真空绝热板在保冷中的应用。
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