CN114058172A - 隔热材料、隔热材料的制造方法及保温容器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种隔热材料、隔热材料的制造方法及保温容器，隔热材料包括聚氨酯发泡材料和无机多孔材料。本申请可以使保温容器通过非真空的隔热层实现液体保温的效果，从而降低保温容器的制造成本，提高保温容器的保温性能。

Description

隔热材料、隔热材料的制造方法及保温容器

技术领域

本申请涉及保温容器技术领域，尤其涉及一种隔热材料、隔热材料的制造方法及保温容器。

背景技术

保温容器是日常生活中常用的一种液体保温装置，保温容器主要包括壶体、内胆以及壶体与内胆之间形成的真空层，通过真空层阻断热量的传递，从而实现液体保温的效果。

但是，真空层制造成本高，且随着使用时间的增加，保温性能会不断降低。

发明内容

本申请提供了一种隔热材料、隔热材料的制造方法及保温容器，以使保温容器通过非真空的隔热层实现液体保温的效果，从而降低保温容器的制造成本，提高保温容器的保温性能。

本申请的第一方面提供了一种隔热材料，其聚氨酯发泡材料和无机多孔材料。

上述隔热材料包括聚氨酯发泡材料和无机多孔材料；聚氨酯发泡材料和无机多孔材料原料来源广泛，且成本较低，从而降低保温容器的制造成本；聚氨酯发泡材料作为隔热材料的主体，具有较强的保温功能；无机多孔材料具有疏松多孔的微观结构，其能够对热辐射形成多次反射，减少辐射导致的热量损失，从而提高隔热材料的保温性能。

可选地，所述隔热材料中，所述无机多孔材料的质量比例为60％～90％，既能够形成较好的发泡效果，又能够使隔热层中的无机多孔材料具有较高的分布密度，从而有效阻止热辐射产生的热量损失。

可选地，所述聚氨酯发泡材料的孔隙率为50％～95％，既能够减小隔热材料的密度，又能够使隔热材料具有较高的强度和良好的保温性能。

可选地，所述无机多孔材料为球形粉末，且所述无机多孔材料均匀分布于所述聚氨酯发泡材料内。

上述隔热材料的无机多孔材料为球形粉末，使无机多孔材料具有较大的裸露面积，从而形成较大的反射面积，有效降低热辐射导致的热量损失；无机多孔材料均匀分散于聚氨酯发泡材料内，从而使隔热材料的各部分具有相同的保温效果，防止产生局部热量损失。

可选地，所述无机多孔材料为粒径范围100目～1000目的粉末，使发泡工艺能够顺利进行，并使无机多孔材料能够均匀分散于隔热层内。

可选地，所述无机多孔材料为炭黑、膨润土、硅藻土、硅酸盐、沸石、二氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种的任意比例混合。

本申请的第二方面提供了一种隔热材料的制造方法，其包括在聚氨酯发泡材料中加入预定比例的无机多孔材料，发泡后形成所述隔热材料。

可选地，所述聚氨酯发泡材料包括多元醇溶液和异氰酸酯，所述多元醇溶液、所述异氰酸酯和所述无机多孔材料的预定比例为质量比例1：0.9～1.1：4.75～21。

可选地，所述多元醇溶液包括多元醇、水、发泡剂、催化剂和阻燃剂，且所述多元醇、所述水、所述发泡剂、所述催化剂和所述阻燃剂的质量比例为100：1～10：0.5～5：0.5～5：0.5～5。

本申请的第三方面提供了一种保温容器，其包括容器本体和内胆，所述内胆套设于所述容器本体内，所述内胆与所述容器本体之间形成中空层，所述中空层内填充有本申请提供的任意一种隔热材料。

可选地，所述隔热材料在所述中空层内的填充率不小于90％，以减小隔热材料与中空层的内壁之间的空隙，确保保温效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例提供的保温容器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的隔热材料的结构示意图。

附图标记：

1-容器本体；

2-内胆；

3-中空层；

4-隔热材料；

40-聚氨酯发泡材料；

42-泡孔；

44-无机多孔材料。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1和图2所示，本申请实施例提供了一种保温容器，其包括容器本体1和内胆2，内胆2套设于容器本体1内，用于盛放液体；内胆2与容器本体1之间设有中空层3，中空层3内填充有隔热材料4。具体地，内胆2可以置于容器本体1内并焊接连接，内胆2或容器本体1可以留出一个5mm～20mm的孔洞，以方便将隔热材料4填充入中空层3。

进一步地，隔热材料4在中空层3内的填充率不小于90％，例如，隔热材料4在中空层3内的填充率可以为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％等，以减小隔热材料4与中空层3的内壁之间的空隙，确保保温效果。也就是说，当隔热材料4在中空层3内的填充率小于90％时，隔热材料4与中空层3的内壁之间存在较大的空隙，该空隙内充满空气，在空气之间形成热传递和热对流，导致热量损失。

本申请实施例提供的隔热材料4包括聚氨酯发泡材料40和无机多孔材料44，聚氨酯发泡材料40和无机多孔材料44原料来源广泛，且成本较低，从而降低保温容器的制造成本；聚氨酯发泡材料40作为隔热材料4的主体，具有较强的保温功能；无机多孔材料44具有疏松多孔的微观结构，其能够对热辐射形成多次反射，减少辐射导致的热量损失，从而提高隔热材料的保温性能；也就是说，无机多孔材料44能够对热辐射形成多次反射，以避免内胆2中的液体向外辐射热量，从而提高隔热材料4的保温性能。

具体地，热量损失的方式主要有三种：热传递、热对流和热辐射。热传递，热量通过中介物质(一般为实体物质)进行传递，也就是说，热量从系统的一部分传到另一部分或者由一个系统传到另一个系统的现象；热对流，流体中质点发生的相对位移而引起的热量传递过程，即热量通过一定的空间时(空间中含有物质即可，如空气)，会在空气质点位移而导致热量损失，也就是说，流体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程；热辐射，热量可以以电磁波的形式进行传递，可以不需要中介物质，也就是说，物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领。

结合热量损失的方式，本申请实施例提供的隔热材料4及包含隔热材料4的保温容器的保温原理如下：聚氨酯发泡材料40的导热系数低，约为0.018g～0.023w/(m.k)，在目前已知的隔热材料中导热系数最低，采用聚氨酯发泡材料40作为隔热材料4的主体，能够有效减少热传递导致的热量损失；聚氨酯发泡材料40的闭孔率在90％以上，使聚氨酯发泡材料40中形成多个相互独立的泡孔42，单个泡孔42形成独立的保温单元，使泡孔42中的气体温度趋于均匀，能够有效减少热对流导致的热量损失；无机多孔材料44具有疏松多孔的微观结构，能够对热辐射形成多次反射，使更多的辐射能量重新反射到液体，从而减少液体以热辐射形式导致的热量损失。

为说明本申请实施例的上述隔热材料4及包含隔热材料4的保温容器的保温效果，将现有真空保温杯、现有聚氨酯保温杯以及含有隔热材料4的保温杯(本申请提供的保温杯)的保温性能进行对比实验，对比实验结果参见表1。

实验方法为：将沸腾的开水装满样品保温杯中，并使用杯盖将样品保温杯拧紧；每隔3H旋开杯盖，使用温度计测试水温，测试完后将杯盖拧紧。

各组实验例的样品保温杯除了保温层不同之外，其它参数(例如保温杯的形状、尺寸、材质、厚度和成型工艺等)完全相同，并且其余实验条件也完全相同。其中，每一个样品编号所代表的为一组样品保温杯，其实验结果为该组样品保温杯实验结果的平均值。

表1

根据表1的数据可以看出，现有真空保温杯保温效果较好，但制造成本较高；现有聚氨酯保温杯制造成本较低，但保温效果较差；本申请提供的保温杯与现有真空保温杯具有相同的保温性能，且保温性能远大于现有聚氨酯保温杯。因此，本申请提供的保温杯能够同时实现提高保温性能和控制生产成本的目的。

进一步地，无机多孔材料为炭黑、膨润土、硅藻土、硅酸盐、沸石、二氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种的任意比例混合。

进一步地，隔热材料4中，聚氨酯发泡材料40的质量比例为10％～40％，无机多孔材料44的质量比例为60％～90％，既能够形成较好的发泡效果，又能够使隔热材料4中的无机多孔材料44具有较高的分布密度，从而有效阻止热辐射产生的热量损失。当聚氨酯发泡材料40的质量比例小于10％、无机多孔材料44的质量比例大于90％时，聚氨酯材料过少，影响聚氨酯材料的发泡过程，导致聚氨酯发泡材料不稳定；当聚氨酯发泡材料42的质量比例大于40％、无机多孔材料44的质量比例小于40％时，无机多孔材料44过少，导致隔热材料4中的无机多孔材料分布密度过小，无法有效对热辐射形成反射，导致热辐射产生的热量损失仍然较高。

典型但非限制性的，聚氨酯发泡材料40的质量比例可以为10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％等，相应地，无机多孔材料44的质量比例可以为90％、85％、80％、75％、70％、65％或60％等。

为进一步说明聚氨酯发泡材料40与无机多孔材料44按照不同质量比例形成的隔热材料4的保温效果，将不同质量比例的聚氨酯发泡材料40和无机多孔材料44形成的隔热材料4分别填充入保温杯中，并对其保温性能进行对比实验，对比实验结果参见表2和表3。

实验方法为：将沸腾的开水装满样品保温杯中，并使用杯盖将样品保温杯拧紧；每隔3H旋开杯盖，使用温度计测试水温，测试完后将杯盖拧紧。

各组实验例的样品保温杯除了聚氨酯发泡材料40与无机多孔材料44的质量比例不同之外，其它参数(例如保温杯的形状、尺寸、材质、厚度和成型工艺等)完全相同，并且其余实验条件也完全相同。其中，每一个样品编号所代表的为一组样品保温杯，其实验结果为该组样品保温杯实验结果的平均值。

表2

表3

根据表2和表3的数据可以看出，聚氨酯发泡材料40的质量比例为10％～40％，无机多孔材料44的质量比例为60％～90％时，隔热材料4具有较高的保温效果；当聚氨酯发泡材料40的质量比例低于10％，无机多孔材料44的质量比例高于90％时，由于聚氨酯发泡材料40较少，导致隔热材料4未能形成有效的层状结构，从而失去保温效果；当聚氨酯发泡材料40的质量比例高于40％，无机多孔材料44的质量比例低于60％时，由于无机多孔材料44质量占比较少，未能有效改善聚氨酯发泡材料40的保温效果，导致隔热材料4难以满足保温性能要求。

进一步地，聚氨酯发泡材料40的孔隙率为50％～95％，例如，聚氨酯发泡材料40的孔隙率可以为50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％等，既能够减小隔热层3的密度，又能够使隔热层3具有较高的强度和良好的保温性能。当聚氨酯发泡材料40的孔隙率小于50％时，聚氨酯材料没有充分发泡，导致聚氨酯材料的密度过大，从而导致原材料浪费，并使保温容器的重量过大；当聚氨酯发泡材料40的孔隙率大于95％时，聚氨酯材料形成过度发泡，导致聚氨酯发泡材料40的强度过小，在保温容器的使用过程中，聚氨酯发泡材料40容易因摔打而损坏，导致隔热层3失效。

进一步地，无机多孔材料44为球形粉末，使无机多孔材料44具有较大的裸露面积，也就是说，球形粉末由于表面圆滑而不易陷入聚氨酯发泡材料中，容易突出于聚氨酯发泡材料40的表面，从而形成较大的反射面积，降低热辐射导致的热量损失。

其中，聚氨酯发泡材料40形成隔热材料4的主体，无机多孔材料44均匀分散于聚氨酯发泡材料40内，从而使隔热材料4的各部分具有相同的保温效果，防止产生局部热量损失。

进一步地，无机多孔材料44为粒径范围100目～1000目的粉末，例如无机多孔材料44的粉末粒径可以为100目、200目、300目、400目、500目、600目、700目、800目、900目或1000目等，使发泡工艺能够顺利进行，并使无机多孔材料44能够均匀分散于隔热层3内。当无机多孔材料44的颗粒大于100目时，无机多孔材料44的粒径过大，导致无机多孔材料44与聚氨酯发泡材料40的原材料混合后，容易因无机多孔材料44沉降而形成不均匀分布，并进一步导致发泡不均匀；当无机多孔材料44的颗粒小于1000目时，无机多孔材料44的粒径过小，团聚力过大，导致无机多孔材料44的粉末极易发生聚集而无法形成均匀分散，并进一步导致发泡不均匀，此外，当无机多孔材料44的颗粒过小时，还会导致成本过高。

另外，本申请实施例还提供了一种隔热材料4的制造方法，其包括在聚氨酯发泡材料40中加入预定比例的无机多孔材料44，发泡后形成隔热材料4。也就是说，聚氨酯发泡材料40为多种原材料经发泡后形成，可以仅在聚氨酯发泡材料40的任意一种原材料中加入无机多孔材料44，也可以同时在聚氨酯发泡材料40的多种原材料中加入无机多孔材料44；将聚氨酯发泡材料40的各种原材料均匀混合，并充入指定区域发泡形成所述隔热材料4，该指定区域可以为任意需要设置保温结构的部位，以保温容器为例，该指定区域可以为内胆2与容器本体1之间形成的中空层3；充入指定区域之后，可以振动30s～60s，例如将保温容器振动30s～60s，使聚氨酯发泡材料40的各种原材料以及无机多孔材料44均匀混合；发泡反应条件为30℃～60℃的环境中(例如烘箱中)，反应时间240s～400s；发泡之后形成的隔热材料4中，聚氨酯发泡材料40的质量比例为10％～40％，无机多孔材料44的质量比例为60％～90％。。

进一步地，聚氨酯发泡材料40的原材料包括多元醇溶液和异氰酸酯，上述隔热材料4的制造方法具体包括，将预定质量的无机多孔材料44加入多元醇溶液和/或异氰酸酯中，并搅拌均匀，也就是说，可以仅在多元醇溶液中加入无机多孔材料44，也可以仅在异氰酸酯中加入无机多孔材料44，还可以同时在多元醇溶液和异氰酸酯中加入无机多孔材料44。其中，多元醇溶液、异氰酸酯和无机多孔材料的预定比例为质量比例1：0.9～1.1：4.75～21，例如多元醇溶液、异氰酸酯和无机多孔材料的质量比例可以为1：0.9：4.75，1：1：4.75，1：1.1：4.75，1：0.9：5，1：0.9：6，1：0.9：10，1：1：21等。

进一步地，多元醇溶液包括多元醇、水、发泡剂、催化剂和阻燃剂，且多元醇、水、发泡剂、催化剂和阻燃剂的质量比例可以为100：1～10：0.5～5：0.5～5：0.5～5，例如多元醇、水、发泡剂、催化剂和阻燃剂的质量比例可以为100：1：0.5：0.5：0.5，100：2：1：1：1，100：5：3：2：4，100：10：4：5：5等。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种隔热材料，其特征在于，包括聚氨酯发泡材料(40)和无机多孔材料(44)。

2.根据权利要求1所述的隔热材料，其特征在于，所述无机多孔材料(44)的质量比例为60％～90％。

3.根据权利要求1所述的隔热材料，其特征在于，所述聚氨酯发泡材料(40)的孔隙率为50％～95％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的隔热材料，其特征在于，所述无机多孔材料(44)为球形粉末，且所述无机多孔材料(44)均匀分布于所述聚氨酯发泡材料(40)内。

5.根据权利要求1-3任一项所述的隔热材料，其特征在于，所述无机多孔材料(44)为粒径范围100目～1000目的粉末。

6.根据权利要求1-3任一项所述的隔热材料，其特征在于，所述无机多孔材料(44)为炭黑、膨润土、硅藻土、硅酸盐、沸石、二氧化硅、二氧化钛或氧化铝中的一种或多种的任意比例混合。

7.一种隔热材料的制造方法，其特征在于，在聚氨酯发泡材料(40)中加入预定比例的无机多孔材料(44)，发泡后形成所述隔热材料(4)。

8.根据权利要求7所述的隔热材料的制造方法，其特征在于，所述聚氨酯发泡材料(40)包括多元醇溶液和异氰酸酯，所述多元醇溶液、所述异氰酸酯和所述无机多孔材料的预定比例为质量比例1：0.9～1.1：4.75～21。

9.根据权利要求8所述的隔热材料的制造方法，其特征在于，所述多元醇溶液包括多元醇、水、发泡剂、催化剂和阻燃剂，且所述多元醇、所述水、所述发泡剂、所述催化剂和所述阻燃剂的质量比例为100：1～10：0.5～5：0.5～5：0.5～5。

10.一种保温容器，包括容器本体(1)和内胆(2)，所述内胆(2)套设于所述容器本体(1)内，所述内胆(2)与所述容器本体(1)之间形成中空层(3)，其特征在于，所述中空层(3)内填充有权利要求1-6任一项所述的隔热材料(4)。

11.根据权利要求10所述的保温容器，其特征在于，所述隔热材料(4)在所述中空层(3)内的填充率不小于90％。

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