CN111072367B - 一种远红外辐射纳米板、其制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种远红外辐射纳米板、其制备方法及其应用，纳米板以重量份数计，包括：50～80份的纳米氧化锌、10～30份的纳米氧化镁、2～10份的增强纤维、2～10份的微米级稀土氧化物和0.5～8份的稀土金属；所述微米级稀土氧化物选自氧化钇、氧化钪和氧化铈中的一种或多种；所述稀土金属选自镝和铥中的一种或两种。本发明通过采用微米级稀土氧化物和稀土金属作为纳米氧化锌的稀土改性材料，在上述含量下，使得到的纳米板具有较好的远红外辐射功能。其适合用作室内电采暖发热板的基板，能够辐射促进人体皮肤血液循环的远红外线，有助于促进人体血液循环，改善睡眠质量。

Description

一种远红外辐射纳米板、其制备方法及其应用
技术领域
本发明属于纳米板技术领域，尤其涉及一种远红外辐射纳米板、其制备方法及其应用。
背景技术
纳米微孔绝热材料是一种由直径在数十纳米的二氧化硅微粒，配合红外线遮光剂和纤维等成分，经过一系列物理和化学反应后得到的新型隔热保温材料。因其内部含有大量纳米级微孔，使其具有优越的隔热保温效果；也被称为纳米板、纳米保温板、纳米绝热板、超级隔热材料、纳米复合隔热板、纳米气凝胶、纳米微孔保温材料等。
但目前的二氧化硅纳米隔热板的远红外辐射功能较差。因此，急需开发一种具有优异远红外辐射功能的纳米板显得尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种远红外辐射纳米板、其制备方法及其应用，该纳米板具有较好的红外辐射性能。
本发明提供了一种远红外辐射纳米板，以重量份数计，包括以下组分：
50～80份的纳米氧化锌、10～30份的纳米氧化镁、2～10份的增强纤维、2～10份的微米级稀土氧化物和0.5～8份的稀土金属；
所述微米级稀土氧化物选自氧化钇粉、氧化钪粉和氧化铈粉中的一种或多种；
所述稀土金属选自镝粉和/或铥粉。
优选地，所述纳米氧化锌的比表面积为80～120m2/g；所述纳米氧化镁的比表面积为130～260m2/g。
优选地，所述微米级稀土氧化物的粒度为10～15微米。
优选地，所述增强纤维的长度为5～10mm。
优选地，所述远红外辐射纳米板的厚度为10～50mm。
优选地，所述远红外辐射纳米板的体积密度为310～390kg/m3。
优选地，所述远红外辐射纳米板具体包括以下组分：
60份纳米氧化锌、20份纳米氧化镁、6份硅酸铝陶瓷纤维、5份微米级氧化铈、5份微米级氧化钪和4份镝；
或70份纳米氧化锌、10份纳米氧化镁、8份多晶氧化铝纤维、5份微米级氧化钇、3份微米级氧化钪和4份铥；
或80份纳米氧化锌、12份纳米氧化镁、3份高硅氧纤维、3份微米级氧化铈和2份铥。
本发明提供了一种上述技术方案所述远红外辐射纳米板的制备方法，包括以下步骤：
将纳米氧化锌和增强纤维、纳米氧化镁混合均匀，得到第一混合物；
将所述第一混合物与微米级稀土氧化物和稀土金属混合，得到第二混合物；所述微米级稀土氧化物选自氧化钇、氧化钪和氧化铈中的一种或多种；所述稀土金属选自镝和/或铥；
将所述第二混合物布料、干压成型、卸压脱模，得到远红外辐射纳米板。
本发明提供了一种采暖发热板，包括上述技术方案远红外辐射纳米板。
本发明提供了一种远红外辐射纳米板，以重量份数计，包括以下组分：50～80份的纳米氧化锌、10～30份的纳米氧化镁、2～10份的增强纤维、2～10份的微米级稀土氧化物和0.5～8份的稀土金属；所述微米级稀土氧化物选自氧化钇、氧化钪和氧化铈中的一种或多种；所述稀土金属选自镝和/或铥。本发明通过采用微米级稀土氧化物和稀土金属作为纳米氧化锌的稀土改性材料，在上述含量下，使得到的纳米板具有较好的远红外辐射功能。其适合用作室内电采暖发热板的基板，能够辐射促进人体皮肤血液循环的远红外线，有助于促进人体血液循环，改善睡眠质量。实验结果表明：远红外辐射纳米板的厚度为10～50mm；25℃下红外辐射系数为0.98～0.99，25℃辐射波长为10.5～14.5微米。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的氧化锌纳米板的外观示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种远红外辐射纳米板，以重量份数计，包括以下组分：
50～80份的纳米氧化锌、10～30份的纳米氧化镁、2～10份的增强纤维、2～10份的微米级稀土氧化物和0.5～8份的稀土金属；
所述微米级稀土氧化物选自氧化钇、氧化钪和氧化铈中的一种或多种；
所述稀土金属选自镝和/或铥。
该纳米板因不含气相二氧化硅等易腐蚀材料，所以耐腐蚀性能特别好，同时保持了纳米微孔绝热制品导热系数低于静止空气导热系数的优势，因不含红外遮光剂，具有一定温度条件下的远红外辐射功能，用作室内电采暖加热板基板时，有助于人体血液循环，改善睡眠质量。
本发明提供的纳米板包括纳米氧化锌。所述纳米氧化锌的粒度优选为30～50纳米。所述纳米氧化锌经过稀土材料的改性，使得到的纳米板具有较好的远红外辐射功能，有利于发挥氧化锌纳米板作为室内电采暖发热板基材的隔热功能和远红外辐射保健功能。在本发明中，所述纳米氧化锌的比表面积优选为80～120m2/g；所述纳米氧化锌的其它指标达到GB/T19589《纳米氧化锌》国家标准第1类指标要求。纳米氧化锌的存在使得纳米板还具有优异的耐水、耐油、耐酸、耐碱等耐腐蚀性。
本发明提供的纳米板包括纳米氧化镁。在本发明中，所述纳米氧化镁的粒度优选为20～40纳米。所述纳米氧化镁的比表面积优选为130～260m2/g。所述纳米氧化镁对纳米板有湿度调节作用。
本发明提供的纳米板包括增强纤维。所述增强纤维优选选自高硅氧纤维、多晶氧化铝纤维和硅酸铝陶瓷纤维中的一种或多种；所述增强纤维的长度优选为5～10mm。在本发明具体实施例中，所述增强纤维具体为长度5mm的硅酸铝陶瓷纤维、长度8mm的多晶氧化铝纤维和长度6mm的高硅氧纤维中的一种或多种。
本发明提供的纳米板包括微米级稀土氧化物；所述微米级稀土氧化物选自氧化钇、氧化钪和氧化铈中的一种或多种。所述微米级稀土氧化物的粒度优选为10～15微米。上述种类的微米级稀土氧化物与稀土金属对纳米氧化锌共同作用，使得到的纳米板具有较好的远红外功能。
本发明提供的纳米板包括稀土金属；所述稀土金属选自镝和/或铥。所述稀土金属的粒度优选为0.1～0.3微米。所述稀土金属与稀土氧化物对纳米氧化锌共同作用，使其具有较好的远红外功能。
在本发明中，所述纳米板优选包括以下具体组分：
60份纳米氧化锌、20份纳米氧化镁、6份硅酸铝陶瓷纤维、5份微米级氧化铈、5份微米级氧化钪和4份镝；
或70份纳米氧化锌、10份纳米氧化镁、8份多晶氧化铝纤维、5份微米级氧化钇粉、3份微米级氧化钪和4份铥；
或80份纳米氧化锌、12份纳米氧化镁、3份高硅氧纤维、3份微米级氧化铈粉和2份铥。
本发明提供了一种上述技术方案所述纳米板的制备方法，包括以下步骤：
将纳米氧化锌和增强纤维、纳米氧化镁混合均匀，得到第一混合物；
将所述第一混合物与微米级稀土氧化物和稀土金属混合，得到第二混合物；
将所述第二混合物布料、干压成型、卸压脱模，得到远红外辐射纳米板。
本发明优选将纳米氧化锌和增强材料充分分散，将易团聚的纳米氧化锌与易缠绕的增强纤维充分打散；然后加入微米级的稀土氧化物和稀土金属粉高比重材料，通过纳米氧化锌和增强纤维的摩擦阻尼作用，减少混料过程中稀土改性材料的沉淀，使稀土改性材料不受密度差的影响而得到均匀分散。
在本发明中，所述纳米氧化锌和增强纤维、纳米氧化镁在搅拌条件下混合；所述搅拌的速率为500～1000rpm。所述纳米氧化锌和增强纤维、纳米氧化镁混合的时间为5～10min。
所述第一混合物与微米级稀土氧化物和稀土金属在搅拌条件下混合；所述搅拌的速率优选为500～1000rpm；所述第一混合物与微米级稀土氧化物和稀土金属混合的时间为3～5min。所述微米级稀土氧化物和稀土金属与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。
本发明采用自动布料机将所述第二混合物布料，然后送入干压成型模具中干压成型。
在本发明中，所述第二混合物按照体积计量方式设定布料厚度，优选按以下公式计算混合料在模具中的布料深度H进行干法压制成型：
设成型模具净尺寸为：长度L、宽度W，第二混合物的松散密度为ρ1，压制前第二混合物在模具中的深度为H，纳米板成品密度为ρ2，纳米板成品厚度为δ，则布料时送入模具中的第二混合物的体积V满足以下公式：
ρ1·V＝ρ1·L·W·H＝ρ2·L·W·δ，则有ρ1·H＝ρ2·δ；
由于同一品种纳米板混合料的松散密度为常数，因此，依据纳米板成品密度和厚度，可以在液压成型机PLC上设定混合料在模具中的深度数据，达到体积计量的目的。
在本发明中，所述干压成型的压力优选为3～5MPa；达到所需压力后保压时间优选为10～30s。干压成型过程中进行自动排气和保压操作，所谓保压操作，是指液压成型机上模头下降到纳米板厚度达标的位置时，上模头处于静停状态，液压机输出的压力不再升高。
保压结束后，本发明由成型机自动卸压脱模。首先液压成型机油泵开始回油，将加载到上模头上的压力逐步卸掉，直到上模头刚离开纳米板时完成整个卸压过程(此时纳米板受到上模头的压力为零)，然后上模头开始回程动作，直到上升到下降前的最初位置。当上模头离开纳米板表面5～10mm时，下模头开始顶出动作，将纳米板从模具中顶出来，直到纳米板下表面高出模具上表面0.5mm，完成纳米板的脱模过程。
本发明提供了一种采暖发热板，包括上述技术方案所述的远红外辐射纳米板。
本发明提供的采暖发热板能够辐射与人体生物波相近的远红外线，从而形成波的共振，可以促进人体血液循环，改善睡眠质量。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种远红外辐射纳米板、其制备方法及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将60份比表面积为80～120m2/g的纳米氧化锌，倒入工业用高速搅拌机中，加入20份比表面积为130～260m2/g，粒度为20～40纳米氧化镁，加入6份长度5mm的硅酸铝陶瓷纤维；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5份粒度为10～15微米的氧化钪、5份粒度为10～15微米的氧化铈粉和4份粒度为0.1～0.3微米的金属镝粉，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、2MPa下干压成型10s、卸压脱模等装备自动化操作，制备得到厚度为20mm的耐腐蚀有远红外辐射保健功能的氧化锌纳米板。
图1为本发明实施例1制备的氧化锌纳米板的外观示意图。
实施例2
将70份比表面积为80～120m2/g的纳米氧化锌，倒入工业用高速搅拌机中，加入10份比表面积为130～260m2/g，粒度为20～40纳米氧化镁，加入8份长度8mm的多晶氧化铝纤维；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5份粒度为10～15微米的氧化钇，3份粒度为10～15微米的氧化钪和4份粒度为0.1～0.3微米的金属铥粉，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、2MPa干压成型10s、卸压脱模等装备自动化操作，制备得到厚度为20mm的耐腐蚀有远红外辐射保健功能的氧化锌纳米板。
实施例3
将80份比表面积为80～120m2/g的纳米氧化锌，倒入工业用高速搅拌机中，加入12份比表面积为130～260m2/g，粒度为20～40纳米氧化镁，加入3份长度6mm的高硅氧纤维；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3份粒度为10～15微米的氧化铈和2份粒度为0.1～0.3微米的金属铥粉，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、2MPa干压成型10s、卸压脱模等装备自动化操作，制备得到厚度为20mm的耐腐蚀有远红外辐射保健功能的氧化锌纳米板。
对比例1
将80份比表面积为150～300m2/g的气相二氧化硅，倒入工业用高速搅拌机中，加入5份长度6mm的短切无碱玻璃纤维纱；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10～15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、2MPa干压成型10s、卸压脱模等装备自动化操作，制备出普通二氧化硅纳米板。
对比例2
将75份比表面积为80～120m2/g的纳米氧化锌，20份比表面积为130～260m2/g，粒度为20～40纳米氧化镁，倒入工业用高速搅拌机中，加入5份长度6mm的短切无碱玻璃纤维纱；开启搅拌，转速调至800r/min，高速分散10分钟，停止搅拌后，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、2MPa干压成型10s、卸压脱模等装备自动化操作，制备出普通氧化锌纳米板。
对比例3
将70份比表面积为80～120m2/g的纳米氧化锌，倒入工业用高速搅拌机中，加入10份比表面积为130～260m2/g，粒度为20～40纳米氧化镁，加入8份长度8mm的多晶氧化铝纤维；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12份粒度为10～15微米的氧化钐，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、2MPa干压成型10s、卸压脱模等装备自动化操作，制备得到厚度为20mm的氧化锌纳米板。
对比例4
将70份比表面积为80～120m2/g的纳米氧化锌，倒入工业用高速搅拌机中，加入10份比表面积为130～260m2/g，粒度为20～40纳米氧化镁，加入8份长度8mm的多晶氧化铝纤维；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5份微米级氧化镝，3份粒度为10～15微米的氧化镥和4份粒度为0.1～0.3微米的金属镥粉，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，制备出厚度为20mm的普通的氧化锌纳米板。
对比例5
将89.3份比表面积为80～120m2/g的纳米氧化锌，倒入工业用高速搅拌机中，加入8份比表面积为130～260m2/g，粒度为20～40纳米氧化镁，加入1.5份长度6mm的高硅氧纤维；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1份粒度为10～15微米的氧化铈和0.2份粒度为0.1～0.3微米的金属铥粉，再将转速调至600r/min，高速混合3分钟后出料，经自动布料、2MPa干压成型10s、卸压脱模等装备自动化操作，制备得到厚度为20mm的氧化锌纳米板。
将本发明实施例1～3制备得到的复合纳米板依次编号为A、B、C，对比例1～5制备的样品编号为D、E、F、G和H。分别测试样品的体积密度、25℃红外辐射系数、25℃红外辐射波长、耐酸性、耐碱性，得到如下表所示数据：
表1本发明实施例1～3和对比例1～5制备的纳米板的性能
Figure BDA0002331615750000081
由以上实施例可知，本发明提供了一种远红外辐射纳米板，以重量份数计，包括以下组分：50～80份的纳米氧化锌、10～30份的纳米氧化镁、2～10份的增强纤维、2～10份的微米级稀土氧化物和0.5～8份的稀土金属；所述微米级稀土氧化物选自氧化钇、氧化钪和氧化铈中的一种或多种；所述稀土金属选自镝和/或铥。本发明通过采用微米级稀土氧化物和稀土金属作为纳米氧化锌的稀土改性材料，在上述含量下，使得到的纳米板具有较好的远红外辐射功能。其适合用作室内电采暖发热板的基板，能够辐射促进人体皮肤血液循环的远红外线，有助于促进人体血液循环，改善睡眠质量。实验结果表明：远红外辐射纳米板的厚度为10～50mm；25℃下红外辐射系数为0.98～0.99，25℃辐射波长为10.5～14.5微米；在质量分数10％HCl中浸泡288h后无起泡、无剥落、无裂纹；在质量分数15％NaOH中浸泡288h后无起泡、无剥落、无裂纹。
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 (4)

1.一种远红外辐射纳米板，以重量份数计，由以下组分组成：
50~80份的纳米氧化锌、10~30份的纳米氧化镁、2~10份的增强纤维、2~10份的微米级稀土氧化物和0.5~8份的稀土金属；
所述微米级稀土氧化物选自氧化钇、氧化钪和氧化铈中的一种或多种；
所述稀土金属选自镝和/或铥；
所述纳米氧化锌的比表面积为80~120m2/g；所述纳米氧化镁的比表面积为130~260m2/g；
所述微米级稀土氧化物的粒度为 10~ 15 微米；
所述增强纤维的长度为5~10mm；所述增强纤维选自高硅氧纤维、多晶氧化铝纤维和硅酸铝陶瓷纤维中的一种或多种；
所述远红外辐射纳米板的厚度为10~50mm；
所述远红外辐射纳米板的体积密度为310~390kg/m3。
2.根据权利要求1所述的远红外辐射纳米板，其特征在于，所述远红外辐射纳米板具体包括以下组分：
60份纳米氧化锌、20份纳米氧化镁、6份硅酸铝陶瓷纤维、5份微米级氧化铈、5份微米级氧化钪和4份镝；
或70份纳米氧化锌、10份纳米氧化镁、8份多晶氧化铝纤维、5份微米级氧化钇、3份微米级氧化钪和4份铥；
或80份纳米氧化锌、12份纳米氧化镁、3份高硅氧纤维、3份微米级氧化铈和2份铥。
3.一种权利要求1~2任一项所述远红外辐射纳米板的制备方法，包括以下步骤：
将纳米氧化锌和增强纤维、纳米氧化镁混合均匀，得到第一混合物；
将所述第一混合物与微米级稀土氧化物和稀土金属混合，得到第二混合物；所述微米级稀土氧化物选自氧化钇、氧化钪和氧化铈中的一种或多种；所述稀土金属选自镝和/或铥；
将所述第二混合物布料、干压成型、卸压脱模，得到远红外辐射纳米板。
4.一种采暖发热板，包括权利要求1~2任一项所述的远红外辐射纳米板或权利要求3所述制备方法制备的远红外辐射纳米板。
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