CN114874583A - 一种纳米板及其制备方法和应用 - Google Patents

一种纳米板及其制备方法和应用 Download PDF

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刘雪生
张韶
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Abstract

本发明提供一种纳米板及其制备方法和应用。本发明的纳米板，按照体积百分含量包括：环氧树脂30‑45％；聚酯型超分散剂2‑15％；玻璃微珠15‑35％；二氧化硅气凝胶15‑38％。该纳米板兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。

Description

一种纳米板及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及节能材料技术领域，特别涉及一种纳米板及其制备方法和应用。
背景技术
现有技术通常将隔音材料以及隔热材料进行叠加复合制备兼具隔音以及隔热的复合板，但是现有的叠加复合方法制备的复合板存在强度低、隔音效果差、隔热效果差以及阻燃性能差的缺点。
因此，亟须提供一种兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃的板材。
发明内容
本发明提供一种纳米板，该纳米板兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。
本发明提供一种纳米板的制备方法，能够制备出兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能的纳米板。
本发明提供一种隔音隔热装置，该隔音隔热装置兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。
本发明的提供一种纳米板，其中，按照体积百分含量包括：
Figure BDA0003618250610000011
如上所述的纳米板，其中，按照体积百分含量包括：
Figure BDA0003618250610000012
Figure BDA0003618250610000021
如上所述的纳米板，其中，所述聚酯型超分散剂为D 130通用型分散剂。
如上所述的纳米板，其中，所述玻璃微珠为空心玻璃微珠；
所述玻璃微珠的外径为5-100微米，所述玻璃微珠的壁厚为1-2微米。
如上所述的纳米板，其中，所述二氧化硅气凝胶的粒径为2-4毫米,孔径20-50纳米。
本发明还提供一种如上所述的纳米板的制备方法，其中，包括以下步骤：
将环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次进行混合处理、压制处理以及固化处理得到纳米板。
如上所述的制备方法，其中，所述混合处理的过程中：转速为800-1000r/min，时间为3-5min。
如上所述的制备方法，其中，所述压制处理的过程中：压力为0.5-1kg/cm2，温度为40-50℃，时间为4-5h。
如上所述的制备方法，其中，所述固化处理的过程中：温度为80-90℃，时间为1-2h。
本发明还提供一种隔音隔热装置，其中，包括如上所述的纳米板，或包括如上所述的纳米板的制备方法制备得到的纳米板。
本发明提供一种纳米板，该纳米板兼具较为优异的强度(常温耐压强度高)、隔音(隔音指数高)、隔热(导热系数低)以及阻燃性能(氧指数高)。
本发明提供一种纳米板的制备方法，该制备方法能够制备出兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能的纳米板，并且制备工艺简单，成本低廉，适应于广泛应用。
本发明提供一种隔音隔热装置，该隔音隔热装置兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能，能够进行广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一些实施方式中纳米板的微观立体示意图；
图2为本发明一些实施方式中纳米板的微观平面示意图。
附图标记说明：
1：玻璃微珠；
2：混合体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的第一方面提供一种纳米板，其中，按照体积百分含量包括：
Figure BDA0003618250610000031
本发明对环氧树脂不做特别限定，可以选用本领域常用的环氧树脂，在一些实施方式中，环氧树脂选自GT-807。
本发明中，聚酯型超分散剂指的是端羧基聚酯和多元胺或醇胺类物质反应生成以-C-NH-或-C-O-为桥基,以胺为锚固基团的超分散剂。本发明对聚酯型超分散剂不做特别限定，可以选用本领域常用的聚酯型超分散剂。
本发明中，玻璃微珠可以通过对硼硅酸盐原料进行加工得到。玻璃微珠具有质轻、低导热、高强度以及高化学稳定性等优点。本发明对玻璃微珠不做特别限定，可以选用本领域常用的玻璃微珠。在一些实施方式中，可以对玻璃微珠的表面进行疏水性处理以提高玻璃微珠表面的亲油性，降低玻璃微珠表面的亲水性，以使玻璃微珠能够更容易的分散于有机材料体系中。
本发明中，二氧化硅气凝胶指的是纳米量级超微二氧化硅颗粒相互聚集形成的具有纳米多孔网络孔隙，并且纳米多孔网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。本发明对二氧化硅气凝胶不做特别限定，可以选用本领域常用的二氧化硅气凝胶。
由于现有技术中的复合板是通过将单一的隔音材料和隔热材料进行复合形成的，隔音材料和隔热材料之间只有物理配合作用，因此其性能相对较差。而本发明中，通过将特定组分的环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶进行匹配制备纳米板，该纳米板能够兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。因此，本发明的纳米板能够用于汽车、装甲车内部，作为隔音隔热垫起到隔音隔热的作用。
值得一提的是，与现有技术中的复合板相比，本发明的纳米板只有一层，还具有结构简单的优点，有利于空间合理利用。
进一步地，当纳米板按照体积百分含量包括：
环氧树脂32-45％；
聚酯型超分散剂3-13％；
玻璃微珠35-38％；
二氧化硅气凝胶5-18％时，该纳米板兼具更为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。
本发明中，可以对聚酯型超分散剂进行特定的选择，以进一步改善纳米板的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。
在本发明的一些实施方式中，聚酯型超分散剂选自D 130通用型分散剂。
在本发明的一些实施方式中，玻璃微珠为空心玻璃微珠；
玻璃微珠的外径为5-100微米，玻璃微珠的壁厚为1-2微米。
本发明中，具有上述结构的玻璃微珠能够更进一步改善纳米板的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。
本发明中，也可以对二氧化硅气凝胶的粒径进行进一步地选择，以更进一步改善纳米板的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。在本发明的一些实施方式中，二氧化硅气凝胶的粒径为2-4毫米,孔径20-50纳米。
本发明中，二氧化硅气凝胶的粒径指的是二氧化硅气凝胶的外部尺寸平均值，孔径指的是纳米多孔网络孔隙的尺寸。
本发明的第二方面提供一种上述的纳米板的制备方法，其中，包括以下步骤：
将环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次进行混合处理、压制处理以及固化处理得到纳米板。
本发明的制备方法中，首先对环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶进行混合处理，使环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶的均匀分散的得到混合物料，然后将混合物料置于模具中，对混合物料进行压制处理，使混合物料紧密结合，形成压制纳米板，最后对压制纳米板进行固化处理，得到纳米板。
本发明中，不限定混合处理过程中环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶的添加顺序，只要能够实现混合处理即可。本发明对压制处理的模具不做特别限定，可以为本领域常用的模具。本发明不限定固化处理的具体方式，只要能够使压制纳米板固化形成纳米板即可。
在一些实施方式中，本发明的纳米板的制备方法包括：
1)按体积分数依次称取环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶备用；
2)然后将称取的环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶加入真空捏合机中，进行混合处理，得到混合物料；
3)将混合物料放入模具中进行压制处理，然后卸模得到压制纳米板备用；
4)将压制纳米板放入烘干房中进行固化处理，得到纳米板；
在具体的实施方式中，步骤2)中捏合机的真空度≥0.095Mpa能够更好的实现对环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶的混合处理，有利于提高纳米板的综合性能。
图1为本发明一些实施方式中纳米板的微观立体示意图；图2为本发明一些实施方式中纳米板的微观平面示意图。如图1和图2所示，本发明一些实施方式的制备方法制备的纳米板由玻璃微珠1和混合体2镶嵌而成，其中混合体2为环氧树脂、聚酯型超分散剂以及二氧化硅凝胶的混合物。
本发明的制备方法能够制备出兼具较为优异的强度、隔音、隔热以及阻燃性能的纳米板，并且制备工艺简单，成本低廉，适应于广泛应用。
进一步地，在本发明的一些实施方式中，混合处理的过程中：转速为800-1000r/min，时间为3-5min。
当混合处理过程中的转速和时间满足上述的参数时，能够在节约能耗的情况下，将环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶混合均匀，有利于后续的加工过程，进而有利于改善纳米板的强度、隔音、隔热以及阻燃性能。
在本发明的一些实施方式中，压制处理的过程中：压力为0.5-1kg/cm2，温度为40-50℃，时间为4-5h。
当压制处理过程中的压力、温度以及时间满足上述的参数时，能够将环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶形成的混合物料压制成性能优异的压制纳米板，有利于后续的固化处理，进而有利于形成兼具更好的强度、隔音、隔热以及阻燃性能的纳米板。
在本发明的一些实施方式中，为了在节约能耗的情况下，使压制纳米板形成综合性能更加优异的纳米板，固化处理的过程中：温度为80-90℃，时间为1-2h。
本发明的第三方面提供一种隔音隔热装置，其中，包括上述的纳米板，或包括上述的纳米板的制备方法制备得到的纳米板。
本发明中，可以对纳米板进行切割或组合得到隔音隔热装置。本发明的隔音隔热装置能够应用于多种场合起到隔音隔热作用。例如，可以用作交通工具的地板、间壁以及顶板或可以用作装甲车辆中，起到隔音隔热的作用。
以下，将结合具体的实施例进行对本发明的技术方案进行进一步说明。
实施例1
本实施例的纳米板的制备方法包括：
1)按体积分数依次称取环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶备用；
2)然后将称取的环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次加入真空捏合机中，进行混合处理，得到混合物料；
3)将混合物料放入模具中进行压制处理，然后卸模得到压制纳米板备用；
4)将压制纳米板放入烘干房中进行固化处理，得到纳米板；
其中，步骤1)中，环氧树脂为GT-807，体积百分含量为45％；聚酯型超分散剂为D130通用型分散剂，体积百分含量为5％；玻璃微珠的外径为40-70微米，壁厚为1-2微米，体积百分含量为43％；二氧化硅气凝胶的粒径为1-3毫米，孔径20-50纳米，体积百分含量为7％；
步骤2)中捏合机的真空度≥0.095Mpa，混合处理的过程中：转速为900r/min，时间为5min；
步骤3)中，压制处理的过程中：压力为0.8kg/cm2，温度为50℃，时间为4.5h；
步骤4)中，固化处理的过程中：温度为80℃，时间为2h。
实施例2
本实施例的纳米板的制备方法包括：
1)按体积分数依次称取环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶备用；
2)然后将称取的环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次加入真空捏合机中，进行混合处理，得到混合物料；
3)将混合物料放入模具中进行压制处理，然后卸模得到压制纳米板备用；
4)将压制纳米板放入烘干房中进行固化处理，得到纳米板；
其中，步骤1)中，环氧树脂为GT-807，体积百分含量为45％；聚酯型超分散剂为D130通用型分散剂，体积百分含量为5％；玻璃微珠的外径为85-105微米，壁厚为1-2微米，体积百分含量为43％；二氧化硅气凝胶的粒径为1-3毫米，孔径20-50纳米，体积百分含量为7％；
步骤2)中捏合机的真空度≥0.095Mpa，混合处理的过程中：转速为900r/min，时间为5min；
步骤3)中，压制处理的过程中：压力为0.8kg/cm2，温度为50℃，时间为4.5h；
步骤4)中，固化处理的过程中：温度为80℃，时间为2h。
实施例3
本实施例的纳米板的制备方法包括：
1)按体积分数依次称取环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶备用；
2)然后将称取的环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次加入真空捏合机中，进行混合处理，得到混合物料；
3)将混合物料放入模具中进行压制处理，然后卸模得到压制纳米板备用；
4)将压制纳米板放入烘干房中进行固化处理，得到纳米板；
其中，步骤1)中，环氧树脂为GT-807，体积百分含量为45％；聚酯型超分散剂为D130通用型分散剂，体积百分含量为5％；玻璃微珠的外径为85-100微米，壁厚为1-2微米，体积百分含量为43％；二氧化硅气凝胶的粒径为0.5-3毫米，孔径20-50纳米，体积百分含量为7％；
步骤2)中捏合机的真空度≥0.095Mpa，混合处理的过程中：转速为900r/min，时间为5min；
步骤3)中，压制处理的过程中：压力为0.8kg/cm2，温度为50℃，时间为4.5h；
步骤4)中，固化处理的过程中：温度为80℃，时间为2h。
实施例4
本实施例的纳米板的制备方法包括：
1)按体积分数依次称取环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶备用；
2)然后将称取的环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次加入真空捏合机中，进行混合处理，得到混合物料；
3)将混合物料放入模具中进行压制处理，然后卸模得到压制纳米板备用；
4)将压制纳米板放入烘干房中进行固化处理，得到纳米板；
其中，步骤1)中，环氧树脂为GT-807，体积百分含量为42％；聚酯型超分散剂为D130通用型分散剂，体积百分含量为4％；玻璃微珠的外径为85-100微米，壁厚为1-2微米，体积百分含量为38％；二氧化硅气凝胶的粒径为0.5-3毫米，孔径20-50纳米，体积百分含量为6％；
步骤2)中捏合机的真空度≥0.095Mpa，混合处理的过程中：转速为900r/min，时间为5min；
步骤3)中，压制处理的过程中：压力为0.8kg/cm2，温度为50℃，时间为4.5h；
步骤4)中，固化处理的过程中：温度为80℃，时间为2h。
对比例1
本对比例的纳米板的制备方法包括：
1)按体积分数依次称取环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶备用；
2)然后将称取的环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次加入真空捏合机中，进行混合处理，得到混合物料；
3)将混合物料放入模具中进行压制处理，然后卸模得到压制纳米板备用；
4)将压制纳米板放入烘干房中进行固化处理，得到纳米板；
其中，步骤1)中，环氧树脂为GT-807，体积百分含量为50％；聚酯型超分散剂为D130通用型分散剂，体积百分含量为2％；玻璃微珠的外径为40-70微米，壁厚为1-2微米，体积百分含量为40％；二氧化硅气凝胶的粒径为1-3毫米，孔径20-50纳米，体积百分含量为8％；
步骤2)中捏合机的真空度≥0.095Mpa，混合处理的过程中：转速为900r/min，时间为5min；
步骤3)中，压制处理的过程中：压力为0.8kg/cm2，温度为50℃，时间为4.5h；
步骤4)中，固化处理的过程中：温度为80℃，时间为2h。
对比例2
本对比例的纳米板的制备方法包括：
1)按体积分数依次称取环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶备用；
2)然后将称取的环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次加入真空捏合机中，进行混合处理，得到混合物料；
3)将混合物料放入模具中进行压制处理，然后卸模得到压制纳米板备用；
4)将压制纳米板放入烘干房中进行固化处理，得到纳米板；
其中，步骤1)中，环氧树脂为GT-807，体积百分含量为48％；聚酯型超分散剂为D130通用型分散剂，体积百分含量为8％；玻璃微珠的外径为40-70微米，壁厚为1-2微米，体积百分含量为30％；二氧化硅气凝胶的粒径为1-3毫米，孔径20-50纳米，体积百分含量为14％；
步骤2)中捏合机的真空度≥0.095Mpa，混合处理的过程中：转速为900r/min，时间为5min；
步骤3)中，压制处理的过程中：压力为0.8kg/cm2，温度为50℃，时间为4.5h；
步骤4)中，固化处理的过程中：温度为80℃，时间为2h。
性能测试
对实施例和对比例中的纳米板进行以下表征，表征结果见表1。
1、常温耐压强度
测试标准：GB/T 1041-2008塑料压缩性能的测定
2、隔音性能
测试标准：ISO10140-2010声学建筑构件隔声的实验室测量
3、导热系数
测试标准：GB/T 13475-2008绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法
4、氧指数
测试标准：GBT 2406.1-2008塑料用氧指数法测定燃烧行为
表1
Figure BDA0003618250610000101
Figure BDA0003618250610000111
从表1可以看出，本发明实施例中的纳米板具有较为优异的常温耐压强度、隔音、导热以及阻燃性能，满足轨道交通和民用、军用交通工具需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种纳米板，其特征在于，按照体积百分含量包括：
Figure FDA0003618250600000011
2.根据权利要求1所述的纳米板，其特征在于，按照体积百分含量包括：
Figure FDA0003618250600000012
3.根据权利要求1或2所述的纳米板，其特征在于，所述聚酯型超分散剂为D 130通用型分散剂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纳米板，其特征在于，所述玻璃微珠为空心玻璃微珠；
所述玻璃微珠的外径为5-100微米，所述玻璃微珠的壁厚为1-2微米。
5.根据权利要求1-4任一项所述的纳米板，其特征在于，所述二氧化硅气凝胶的粒径为2-4毫米,孔径20-50纳米。
6.一种权利要求1-5任一项所述的纳米板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将环氧树脂、聚酯型超分散剂、玻璃微珠以及二氧化硅气凝胶依次进行混合处理、压制处理以及固化处理得到纳米板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合处理的过程中：转速为800-1000r/min，时间为3-5min。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述压制处理的过程中：压力为0.5-1kg/cm2，温度为40-50℃，时间为4-5h。
9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述固化处理的过程中：温度为80-90℃，时间为1-2h。
10.一种隔音隔热装置，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的纳米板，或包括权利要求6-9任一项所述的纳米板的制备方法制备得到的纳米板。
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JP2022041332A (ja) * 2020-09-01 2022-03-11 株式会社Kri 軽量断熱遮音材とその製造方法

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姚其海等编著: "《塑料改性技术及其应用研究》", 北京理工大学出版社, pages: 28 - 29 *

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