CN114989588A - 一种具有隔热储能性能的降解材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及降解材料技术领域,具体涉及一种具有隔热储能性能的降解材料及其制备方法,包括如下重量份的原料:聚乳酸80‑120份,复合空心微球5‑10份,复合相变材料3‑8份,成核剂0.2‑0.7份,抗氧剂0.3‑1.2份。本发明中的具有隔热储能性能的降解材料,该降解材料以聚乳酸作为基础树脂,加入复合空心微球以及复合相变材料,有效提高了聚乳酸降解材料的隔热性能以及储能性能,并且加入的抗氧剂,可以提高聚乳酸降解材料的抗氧化性能。
Description
技术领域
本发明涉及降解材料技术领域,具体为一种具有隔热储能性能的降解材料及其制备方法。
背景技术
目前,开发新能源、提高现有能源利用率及节约能源已引起各国的高度重视。我国是一个能源贫瘠的国家,因此,合理利用能源、节约能源对我国社会的可持续发展具有重要的意义。采用新技术、新工艺开发环境友好型的隔热保温材料是节约能源最有效、最经济的措施之一。
传统的隔热材料主要包括石棉保温毡、硅酸盐纤维制品、玻璃棉、岩棉等,但其均存在保温性能差、不环保等缺点。目前,玻璃微珠是主要的反射隔热功能材料,其具有质轻、低热导率、强度高和良好的化学稳定性等优点,由于其内部为空心,因而密度低、导热系数小,能够很好地反射光、热等的入射波,使之在隔热保温材料方面具有可开发的实用性。例如中国专利CN2018111230306公开了一种生物质可降解高强隔热材料的制备方法,通过将环氧树脂、固化剂、环氧树脂活性稀释剂配制得到环氧树脂溶液;取n块完全相同的生物质纤维,其中n-1块生物质纤维各自进行处理:将生物质纤维置于环氧树脂溶液中进行浸渍处理,浸渍完全后取出并沥出多余的环氧树脂溶液;平铺在平板模具上,将空心玻璃微珠平铺覆盖在生物质纤维上;将经过处理的n-1块生物质纤维铺有空心玻璃微珠的一面朝上、依次按同一方向层层叠加,然后在最上面的生物质纤维上另外再叠加第n块生物质纤维;将叠加后所得半产品置于真空条件下固化,即得生物质可降解高强隔热材料;该技术方案中,由于是直接使用空心玻璃微珠,一方面容易造成在隔热材料基体中存在分布不均的现象,同时,随着工业市场对隔热材料要求的严苛,空心玻璃微球自身的隔热属性已经越来越难以满足市场的要求。
因此,开发一种新型的隔热降解材料是社会、经济发展的必然需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有隔热储能性能的降解材料及其制备方法,以聚乳酸作为基础树脂,加入复合空心微球以及复合相变材料,二者可以在降解材料基体中构建形成完整的连续相整体,从而在降解材料基体中形成多层次的隔热储能屏障,使得降解材料的隔热性能以及储能性能得到进一步的显著增强,从而可以更好的满足市场要求。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,包括如下重量份的原料:聚乳酸80-120份,复合空心微球5-10份,复合相变材料3-8份,成核剂0.2-0.7份,抗氧剂0.3-1.2份。
作为优选,所述成核剂为碳酸钙、二氧化硅、苯甲酸钠以及对叔丁基苯甲酸铝中的至少一种;
所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比1:2-5混合而成的的混合物。
作为优选,所述复合空心微球的制备方法如下:
(1)量取80-160mL葡萄糖溶液置入反应釜中,将密封好的反应釜放入烘箱内进行热处理,待反应结束后,自然冷却至室温,将产物过滤后用无水乙醇和去离子水反复洗涤,干燥后得到炭球,备用;
(2)将氯化铝加入到溶剂中,然后加入炭球,搅拌均匀后以200-500W超声处理30-50min,待处理结束后,加入尿素,在60-80℃水浴锅中搅拌20-30h,将产物抽滤后用去离子水和无水乙醇反复清洗,烘干后放入管式炉中进行煅烧,冷却至室温,得到空心微球;
(3)将二水合氯化铜加入到去离子水中,在磁力搅拌下缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮,得到氯化铜溶液;将硫脲加入到去离子水中,混合均匀形成硫脲溶液;将硫脲溶液逐滴加入到上述氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中滴加浓氨水,然后将经过预处理的空心微球加入到上述溶液中,混匀后在90-96℃的温度下回流反应3-5h,然后冷却至室温,经乙醇和蒸馏水超声清洗后烘干即可。
作为优选,所述葡萄糖溶液浓度为1-2mol/L;
所述热处理的温度为175-195℃,处理时间10-15h;
所述氯化铝、溶剂、炭球、尿素的比例为(10-30)mmol:(30-80)mL:(1-5)g:(0.1-0.3)mol;
所述溶剂由去离子水和无水乙醇按照体积比为1:3-5组成;
所述煅烧温度为900-1200℃,煅烧时间2-4h。
作为优选,所述氯化铜溶液中,二水合氯化铜、去离子水以及聚乙烯吡咯烷酮的比例为(9.5-12.3)g:(300-500)mL:(20-30)g;
所述硫脲溶液中,硫脲与去离子水的比例为(8.4-10.3)g:(200-400)mL。
作为优选,所述浓氨水的浓度为22-25wt%;
所述浓氨水的用量与硫脲溶液中去离子水的比例为(2-5)mL:(200-400)mL。
作为优选,所述预处理的空心微球与二水合氯化铜的比例为(5-10)g:(9.5-12.3)g。
作为优选,所述空心微球的预处理包括如下步骤:
(1)称取18.6-23.5g六水合氯化铝,加入27-40mL去离子水和27-40mL无水乙醇,磁力搅拌3-5h,得到溶液A;再量取5.8-7.2mL正硅酸乙酯,加入2.2-3.5mL去离子水和8.8-15mL无水乙醇,滴加浓硝酸至pH为2-3,磁力搅拌3-5h,得到溶液B,备用;
(2)将上述溶液A和溶液B混合后,磁力搅拌2-4h,得到混合溶胶,再滴加3.0-3.5mL甲酰胺,滴加环氧丙烷至pH为5-6,将0.8-1.5g空心微球加入到上述溶胶中,在室温下缓慢搅拌,然后以无水乙醇为老化液,在室温下老化,将形成的湿凝胶干燥后进行热处理,经粉碎研磨,得到预处理的空心微球。
作为优先,所述环氧丙烷的滴加速度为每秒1-5滴。
作为优选,所述老化时间20-30h,且每3-5h进行一次醇水交换;
所述热处理温度为420-480℃,处理时间2-5h。
作为优选,所述湿凝胶干燥方法如下,先在室温下干燥30-40h,再经60-80℃干燥20-25h即可。
作为优选,所述复合相变材料的制备方法如下:
(1)将木棉纤维浸入到浓度为2-5wt%的氢氧化钠溶液中,充分搅拌后用去离子水反复洗涤至中性,干燥后放入650-750℃管式炉中,氮气气氛下炭化70-100min,将预碳化后的木棉纤维与氢氧化钾溶液按照预碳化后的木棉纤维与氢氧化钾质量比为10:0.1-1进行混合,在氮气气氛下加热至800-860℃,加热处理1-5h,用盐酸和蒸馏水反复洗涤至中性后烘干,得到碳化木棉纤维;
(2)将浓硫酸、碳化木棉纤维以及高锰酸钾依次加入到去离子水中,搅拌均匀后,在80-90℃下反应1-3h,待反应结束后,将产物用去离子水反复洗涤至中性,干燥后得到预处理碳化木棉纤维;
(3)将预处理碳化木棉纤维置于容器中,再将赤藓糖醇均匀铺在预处理碳化木棉纤维上,将容器放入120-130℃真空干燥箱内,抽真空,待赤藓糖醇完全溶解后,再在真空干燥箱内保持30-50min,取出容器,在30-80r/min下搅拌10-30min,然后再次放入真空干燥箱中,重复操作5-8次,将得到的产物置于称量纸上,放入真空干燥箱内的表面皿上,在120-130℃下反复干燥直至称量纸上没有赤藓糖醇痕迹,即可得到复合相变材料。
作为优选,所述浓硫酸、碳化木棉纤维、高锰酸钾以及去离子水的比例为(5-100)mL:(1-5)g:(10-20)g:(1000-1500)mL;
所述浓硫酸浓度为75-80wt%;
所述预处理碳化木棉纤维、赤藓糖醇的质量比为(10-30):(5-12)。
一种具有隔热储能性能的降解材料的制备方法,具体包括如下步骤:
按照重量份,将聚乳酸加入搅拌装置中,以100-500r/min的转速搅拌2-10min,然后将复合空心微球、复合相变材料、成核剂以及抗氧剂加入搅拌装置中,以200-800r/min的转速搅拌5-15min,得到混合物,将混合物从挤出机的主喂料口加入,在185-200℃的温度下进行熔融挤出,即得到具有隔热储能性能的降解材料。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明中,以胶体炭球为模板,利用炭球外表面含有大量C=O、-OH等官能团,并且显负性,可以通过氢键、配位键以及静电作用吸附溶液中的铝离子,尿素作为沉剂,加强了阳离子在炭球表面的吸附沉淀作用,形成具有更厚壳层的空心微球,该空心微球表面少量的密闭气孔可以限制降解材料基体中气体分子的运动空间,使得空气分子失去了自由流动的能力,进而相对地附着在空心微球表面的气孔壁上,使得降解材料处于近似于真空状态,气体的对流及传导传热基本上被阻止,从而使得降解材料具有优良的隔热性能;为了进一步提高降解材料的隔热性能,本发明中,以硫脲为硫源,使用液相沉淀法在常压和较低温度下,在空心微球表面覆盖一层雪花状纳米片,形成的纳米片层对近红外区域展现出来强烈的屏蔽性质,有效降低了近红外光区域的能量透过率,从而使得降解材料的隔热性得到进一步提升。
本发明中,对空心微球还进行了预处理,以空心微球作为基体,在其表面形成凝胶层,形成的凝胶层由大量纳米颗粒组成,具有较大的比表面积,有利于后续雪花状纳米片在空心微球表面的沉积,并且粗糙的表面也增大了空心微球与雪花状纳米片之间的结合强度,从而增强了雪花状纳米片在空心微球表面附着的牢固度;并且,在后续的高温热处理过程中,凝胶层的部分结构造成破坏,使得凝胶层中出现大量的孔隙,形成的多孔隙结构的凝胶层与空心微球的致密壳层相互配合,形成大量密闭的气孔,从而使得形成的复合空心微球表面具有大量的密闭气孔,从而使得降解材料的隔热性能得到进一步的提升。
本发明中,将木棉纤维分两步用碱处理后进行碳化,并与赤藓糖醇进行复合,利用碱腐蚀使得中空管状的木棉纤维外壁产生了次生孔道,这种多级孔网络结构为后续赤藓糖醇的存储提供了良好的条件,并且碳化处理后的木棉纤维管呈现堆叠状,彼此紧密相连,形成网络结构,有利于防止负载的赤藓糖醇发生泄漏,并且利用赤藓糖醇固有的大的潜热,在固-液相的转变过程中,可以释放或吸收大量的潜热,从而具有很好的储能特点;同时,为了进一步减少赤藓糖醇的泄漏以及加强复合空心微球与复合相变材料之间的相互连接,本发明中通过水热反应将二氧化锰纳米片修饰在碳化木棉纤维的表面以及内部孔壁上,负载于碳化木棉纤维内部孔壁上的二氧化锰纳米片,可以进一步增大碳化木棉纤维内部孔隙结构的复杂性,有效增大了液态赤藓糖醇的流动摩擦以及流动路径,从而可以进一步阻止赤藓糖醇的流失,使得复合相变材料的储能性能得到增强;负载于碳化木棉纤维表面上的二氧化锰纳米片,不仅可以相互之间嵌插堆叠,形成连续相整体结构,而且还可以与复合空心微球表面沉积的雪花状纳米片相互嵌插,使得复合空心微球与复合相变材料可以在降解材料基体中构建形成完整的连续相整体,从而在降解材料基体中形成多层次的隔热储能屏障,使得降解材料的隔热性能以及储能性能得到进一步的显著增强。
本发明中的具有隔热储能性能的降解材料以聚乳酸作为基础树脂,加入复合空心微球以及复合相变材料,有效提高了聚乳酸降解材料的隔热性能以及储能性能,并且加入的抗氧剂,可以提高聚乳酸降解材料的抗氧化性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的降解材料的红外图。
具体实施方式
下面将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作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。
实施例1
一种具有隔热储能性能的降解材料,包括如下重量份的原料:聚乳酸80份,复合空心微球5份,复合相变材料3份,成核剂0.2份,抗氧剂0.3份;
其中,成核剂为碳酸钙;
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比1:2混合而成的的混合物。
其中,复合空心微球的制备方法如下:
(1)配制浓度为1mol/L的葡萄糖溶液,量取80mL葡萄糖溶液置入反应釜中,将密封好的反应釜放入175℃的烘箱内10h,待反应结束后,自然冷却至室温,将产物过滤后用无水乙醇和去离子水反复洗涤,在60℃下干燥10h,得到炭球,备用;
(2)将10mmol的氯化铝加入到30mL由去离子水和无水乙醇按照体积比为1:3组成的溶剂中,然后加入1g炭球,搅拌均匀后以200W超声处理30min,待处理结束后,加入0.1mol尿素,在60℃水浴锅中搅拌20h,将产物抽滤后用去离子水和无水乙醇反复清洗,在60℃烘箱中烘干后,放入管式炉中,在900℃下煅烧2h,冷却至室温,得到空心微球;
(3)称取9.5g二水合氯化铜加入到容器中,加入300mL去离子水,在磁力搅拌下缓慢加入20g聚乙烯吡咯烷酮,得到氯化铜溶液;将8.4g硫脲加入到200mL去离子水中,混合均匀形成硫脲溶液;将硫脲溶液逐滴加入到上述氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中滴加2mL浓度22wt%的浓氨水,然后将5g经过预处理的空心微球加入到上述溶液中,混匀后在90℃油浴的温度下回流反应3h,然后冷却至室温,经乙醇和蒸馏水超声清洗后烘干即可。
其中,空心微球的预处理包括如下步骤:
(1)称取18.6g六水合氯化铝,加入27mL去离子水和27mL无水乙醇,磁力搅拌3h,得到溶液A;再量取5.8mL正硅酸乙酯,加入2.2mL去离子水和8.8mL无水乙醇,滴加浓硝酸至pH为2,磁力搅拌3h,得到溶液B,备用;
(2)将上述溶液A和溶液B混合后,磁力搅拌2h,得到混合溶胶,再滴加3mL甲酰胺,以每秒1滴的速度滴加环氧丙烷至pH为5,将0.8g空心微球加入到上述溶胶中,在室温下以30r/min缓慢搅拌1h,然后以无水乙醇为老化液,在室温下老化20h,每3h进行一次醇水交换,将形成的湿凝胶在室温下干燥30h,再经60℃干燥20h,然后在420℃下热处理2h,经粉碎研磨,得到预处理的空心微球。
其中,复合相变材料的制备方法如下:
(1)将木棉纤维浸入到浓度为2wt%的氢氧化钠溶液中,以100r/min搅拌30h,用去离子水反复洗涤至中性,放入100℃烘箱中干燥6h,然后放入650℃管式炉中,氮气气氛下炭化70min,将预碳化后的木棉纤维与5wt%的氢氧化钾溶液按照预碳化后的木棉纤维与氢氧化钾质量比为10:0.1进行混合,在氮气气氛下加热至800℃,加热处理1h,用盐酸和蒸馏水反复洗涤至中性后放置在100℃烘箱中过夜,得到碳化木棉纤维;
(2)将5mL浓度为75wt%浓硫酸、1g碳化木棉纤维以及10g高锰酸钾依次加入到1000mL去离子水中,搅拌均匀后,在80℃下反应1h,待反应结束后,将产物用去离子水反复洗涤至中性,在100℃下干燥过夜,得到预处理碳化木棉纤维;
(3)称取10g预处理碳化木棉纤维置于容器中,再称取5g赤藓糖醇均匀铺在预处理碳化木棉纤维上,将容器放入120℃真空干燥箱内,抽真空,待赤藓糖醇完全溶解后,再真空干燥箱内保持30min,取出容器,在30r/min下搅拌10min,然后再次放入真空干燥箱中,重复操作5次,将得到的产物置于称量纸上,放入真空干燥箱内的表面皿上,在120℃下反复干燥直至称量纸上没有赤藓糖醇痕迹,即可得到复合相变材料。
一种具有隔热储能性能的降解材料的制备方法,具体包括如下步骤:
按照重量份,将聚乳酸加入搅拌装置中,以100r/min的转速搅拌2min,然后将复合空心微球、复合相变材料、成核剂以及抗氧剂加入搅拌装置中,以200r/min的转速搅拌5min,得到混合物,将混合物从挤出机的主喂料口加入,在185℃的温度下进行熔融挤出,即得到具有隔热储能性能的降解材料。
实施例2
一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,包括如下重量份的原料:聚乳酸100份,复合空心微球8份,复合相变材料5份,成核剂0.5份,抗氧剂1.8份;
其中,成核剂为二氧化硅;
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比1:3混合而成的的混合物。
其中,复合空心微球的制备方法如下:
(1)配制浓度为1.5mol/L的葡萄糖溶液,量取120mL葡萄糖溶液置入反应釜中,将密封好的反应釜放入185℃的烘箱内13h,待反应结束后,自然冷却至室温,将产物过滤后用无水乙醇和去离子水反复洗涤,在70℃下干燥13h,得到炭球,备用;
(2)将20mmol的氯化铝加入到50mL由去离子水和无水乙醇按照体积比为1:4组成的溶剂中,然后加入3g炭球,搅拌均匀后以300W超声处理40min,待处理结束后,加入0.2mol尿素,在70℃水浴锅中搅拌25h,将产物抽滤后用去离子水和无水乙醇反复清洗,在70℃烘箱中烘干后,放入管式炉中,在1100℃下煅烧3h,冷却至室温,得到空心微球;
(3)称取11.5g二水合氯化铜加入到容器中,加入400mL去离子水,在磁力搅拌下缓慢加入25g聚乙烯吡咯烷酮,得到氯化铜溶液;将9.6g硫脲加入到300mL去离子水中,混合均匀形成硫脲溶液;将硫脲溶液逐滴加入到上述氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中滴加3mL浓度23wt%的浓氨水,然后将7g经过预处理的空心微球加入到上述溶液中,混匀后在95℃油浴的温度下回流反应4h,然后冷却至室温,经乙醇和蒸馏水超声清洗后烘干即可。
其中,空心微球的预处理包括如下步骤:
(1)称取20.5g六水合氯化铝,加入32mL去离子水和32mL无水乙醇,磁力搅拌4h,得到溶液A;再量取6.4mL正硅酸乙酯,加入2.8mL去离子水和12mL无水乙醇,滴加浓硝酸至pH为2.5,磁力搅拌4h,得到溶液B,备用;
(2)将上述溶液A和溶液B混合后,磁力搅拌3h,得到混合溶胶,再滴加3.2mL甲酰胺,以每秒2滴的速度滴加环氧丙烷至pH为5.5,将1.3g空心微球加入到上述溶胶中,在室温下以50r/min缓慢搅拌2h,然后以无水乙醇为老化液,在室温下老化25h,每4h进行一次醇水交换,将形成的湿凝胶在室温下干燥35h,再经70℃干燥23h,然后在450℃下热处理3h,经粉碎研磨,得到预处理的空心微球。
其中,复合相变材料的制备方法如下:
(1)将木棉纤维浸入到浓度为3wt%的氢氧化钠溶液中,以150r/min搅拌35h,用去离子水反复洗涤至中性,放入110℃烘箱中干燥8h,然后放入700℃管式炉中,氮气气氛下炭化80min,将预碳化后的木棉纤维与5wt%的氢氧化钾溶液按照预碳化后的木棉纤维与氢氧化钾质量比为10:0.5进行混合,在氮气气氛下加热至830℃,加热处理3h,用盐酸和蒸馏水反复洗涤至中性后放置在110℃烘箱中过夜,得到碳化木棉纤维;
(2)将8mL浓度为76wt%浓硫酸、3g碳化木棉纤维以及15g高锰酸钾依次加入到1200mL去离子水中,搅拌均匀后,在85℃下反应2h,待反应结束后,将产物用去离子水反复洗涤至中性,在110℃下干燥过夜,得到预处理碳化木棉纤维;
(3)称取20g预处理碳化木棉纤维置于容器中,再称取10g赤藓糖醇均匀铺在预处理碳化木棉纤维上,将容器放入125℃真空干燥箱内,抽真空,待赤藓糖醇完全溶解后,再真空干燥箱内保持40min,取出容器,在50r/min下搅拌20min,然后再次放入真空干燥箱中,重复操作6次,将得到的产物置于称量纸上,放入真空干燥箱内的表面皿上,在125℃下反复干燥直至称量纸上没有赤藓糖醇痕迹,即可得到复合相变材料。
一种具有隔热储能性能的降解材料的制备方法,具体包括如下步骤:
按照重量份,将聚乳酸加入搅拌装置中,以130r/min的转速搅拌8min,然后将复合空心微球、复合相变材料、成核剂以及抗氧剂加入搅拌装置中,以50r/min的转速搅拌10min,得到混合物,将混合物从挤出机的主喂料口加入,在190℃的温度下进行熔融挤出,即得到具有隔热储能性能的降解材料。
实施例3
一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,包括如下重量份的原料:聚乳酸120份,复合空心微球10份,复合相变材料8份,成核剂0.7份,抗氧剂1.2份;
其中,成核剂为苯甲酸钠;
抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比1:5混合而成的的混合物。
其中,复合空心微球的制备方法如下:
(1)配制浓度为2mol/L的葡萄糖溶液,量取160mL葡萄糖溶液置入反应釜中,将密封好的反应釜放入195℃的烘箱内15h,待反应结束后,自然冷却至室温,将产物过滤后用无水乙醇和去离子水反复洗涤,在80℃下干燥15h,得到炭球,备用;
(2)将30mmol的氯化铝加入到80mL由去离子水和无水乙醇按照体积比为1:5组成的溶剂中,然后加入5g炭球,搅拌均匀后以500W超声处理50min,待处理结束后,加入0.3mol尿素,在80℃水浴锅中搅拌30h,将产物抽滤后用去离子水和无水乙醇反复清洗,在80℃烘箱中烘干后,放入管式炉中,在1200℃下煅烧4h,冷却至室温,得到空心微球;
(3)称取12.3g二水合氯化铜加入到容器中,加入500mL去离子水,在磁力搅拌下缓慢加入30g聚乙烯吡咯烷酮,得到氯化铜溶液;将10.3g硫脲加入到400mL去离子水中,混合均匀形成硫脲溶液;将硫脲溶液逐滴加入到上述氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中滴加5mL浓度25wt%的浓氨水,然后将10g经过预处理的空心微球加入到上述溶液中,混匀后在96℃油浴的温度下回流5h,然后冷却至室温,经乙醇和蒸馏水超声清洗后烘干即可。
其中,空心微球的预处理包括如下步骤:
(1)称取23.5g六水合氯化铝,加入40mL去离子水和35mL无水乙醇,磁力搅拌5h,得到溶液A;再量取7.2mL正硅酸乙酯,加入3.5mL去离子水和15mL无水乙醇,滴加浓硝酸至pH为3,磁力搅拌5h,得到溶液B,备用;
(2)将上述溶液A和溶液B混合后,磁力搅拌4h,得到混合溶胶,再滴加3.5mL甲酰胺,以每秒5滴的速度滴加环氧丙烷至pH为6,将1.5g空心微球加入到上述溶胶中,在室温下以80r/min缓慢搅拌3h,然后以无水乙醇为老化液,在室温下老化30h,每5h进行一次醇水交换,将形成的湿凝胶在室温下干燥40h,再经80℃干燥25h,然后在480℃下热处理5h,经粉碎研磨,得到预处理的空心微球。
其中,复合相变材料的制备方法如下:
(1)将木棉纤维浸入到浓度为5wt%的氢氧化钠溶液中,以180r/min搅拌40h,用去离子水反复洗涤至中性,放入120℃烘箱中干燥10h,然后放入750℃管式炉中,氮气气氛下炭化100min,将预碳化后的木棉纤维与3wt%的氢氧化钾溶液按照预碳化后的木棉纤维与氢氧化钾质量比为10:1进行混合,在氮气气氛下加热至860℃,加热处理5h,用盐酸和蒸馏水反复洗涤至中性后放置在120℃烘箱中过夜,得到碳化木棉纤维;
(2)将10mL浓度为80wt%浓硫酸、5g碳化木棉纤维以及20g高锰酸钾依次加入到1500mL去离子水中,搅拌均匀后,在90℃下反应3h,待反应结束后,将产物用去离子水反复洗涤至中性,在120℃下干燥过夜,得到预处理碳化木棉纤维;
(3)称取30g预处理碳化木棉纤维置于容器中,再称取12g赤藓糖醇均匀铺在预处理碳化木棉纤维上,将容器放入130℃真空干燥箱内,抽真空,待赤藓糖醇完全溶解后,再真空干燥箱内保持50min,取出容器,在80r/min下搅拌30min,然后再次放入真空干燥箱中,重复操作8次,将得到的产物置于称量纸上,放入真空干燥箱内的表面皿上,在130℃下反复干燥直至称量纸上没有赤藓糖醇痕迹,即可得到复合相变材料。
一种具有隔热储能性能的降解材料的制备方法,具体包括如下步骤:
按照重量份,将聚乳酸加入搅拌装置中,以500r/min的转速搅拌10min,然后将复合空心微球、复合相变材料、成核剂以及抗氧剂加入搅拌装置中,以800r/min的转速搅拌15min,得到混合物,将混合物从挤出机的主喂料口加入,在200℃的温度下进行熔融挤出,即得到具有隔热储能性能的降解材料。
对比例1,本对比例与实施例1基本相同,不同之处在于,省去复合空心微球制备方法中的步骤(3)。
对比例2,本对比例与实施例1基本相同,不同之处在于,省去空心微球的预处理。
对比例3,本对比例与实施例1基本相同,不同之处在于,省去复合相变材料制备方法中的步骤(2)。
对比例4:本对比例与实施例1基本相同,不同之处在于,使用空心微球替代复合空心微球,并且复合相变材料制备方法中的步骤(2)也省去。
测试实验:
将实施例1-3以及对比例1-4中的降解材料,倒入辊涂机,辊涂于离型膜上,并于50-80℃加热3小时,得到可降解的隔热储能膜样品,隔热储能膜样品进行性能检测,结果见表1。
表1
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
导热率W/(mK) | 0.043 | 0.041 | 0.042 | 0.053 |
储能量J/g | 67 | 68 | 66 | 60 |
对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | ||
导热率W/(mK) | 0.055 | 0.049 | 0.058 | |
储能量J/g | 58 | 51 | 48 |
通过上表可以看出,本发明中加入的复合空心微球以及复合相变材料,二者相互配合,可以有效提高了聚乳酸降解材料的隔热性能以及储能性能。
并且,为了验证该降解材料的降解性能,本发明中,将实施例1-3以及对比例1-4获得的试样采用土壤掩埋30d的方式进行测试,测试结果为,上述试样的降解率均≥95%,完全符合可降解材料的要求。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,包括如下重量份的原料:聚乳酸80-120份,复合空心微球5-10份,复合相变材料3-8份,成核剂0.2-0.7份,抗氧剂0.3-1.2份。
2.根据权利要求1所述的一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,所述成核剂为碳酸钙、二氧化硅、苯甲酸钠以及对叔丁基苯甲酸铝中的至少一种;
所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按质量比1:2-5混合而成的的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,所述复合空心微球的制备方法如下:
(1)量取80-160mL葡萄糖溶液置入反应釜中,将密封好的反应釜放入烘箱内进行热处理,待反应结束后,自然冷却至室温,将产物过滤后用无水乙醇和去离子水反复洗涤,干燥后得到炭球,备用;
(2)将氯化铝加入到溶剂中,然后加入炭球,搅拌均匀后以200-500W超声处理30-50min,待处理结束后,加入尿素,在60-80℃水浴锅中搅拌20-30h,将产物抽滤后用去离子水和无水乙醇反复清洗,烘干后放入管式炉中进行煅烧,冷却至室温,得到空心微球;
(3)将二水合氯化铜加入到去离子水中,在磁力搅拌下缓慢加入聚乙烯吡咯烷酮,得到氯化铜溶液;将硫脲加入到去离子水中,混合均匀形成硫脲溶液;将硫脲溶液逐滴加入到上述氯化铜溶液中,常温下磁力搅拌并向其中滴加浓氨水,然后将经过预处理的空心微球加入到上述溶液中,混匀后在90-96℃的温度下回流反应3-5h,然后冷却至室温,经乙醇和蒸馏水超声清洗后烘干即可。
4.根据权利要求3所述的一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,所述葡萄糖溶液浓度为1-2mol/L;
所述热处理的温度为175-195℃,处理时间10-15h;
所述氯化铝、溶剂、炭球、尿素的比例为(10-30)mmol:(30-80)mL:(1-5)g:(0.1-0.3)mol;
所述溶剂由去离子水和无水乙醇按照体积比为1:3-5组成;
所述煅烧温度为900-1200℃,煅烧时间2-4h。
5.根据权利要求3所述的一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,所述氯化铜溶液中,二水合氯化铜、去离子水以及聚乙烯吡咯烷酮的比例为(9.5-12.3)g:(300-500)mL:(20-30)g;
所述硫脲溶液中,硫脲与去离子水的比例为(8.4-10.3)g:(200-400)mL;
所述浓氨水的浓度为22-25wt%;
所述浓氨水的用量与硫脲溶液中去离子水的比例为(2-5)mL:(200-400)mL;
所述预处理的空心微球与二水合氯化铜的比例为(5-10)g:(9.5-12.3)g。
6.根据权利要求3所述的一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,所述空心微球的预处理包括如下步骤:
(1)称取18.6-23.5g六水合氯化铝,加入27-40mL去离子水和27-40mL无水乙醇,磁力搅拌3-5h,得到溶液A;再量取5.8-7.2mL正硅酸乙酯,加入2.2-3.5mL去离子水和8.8-15mL无水乙醇,滴加浓硝酸至pH为2-3,磁力搅拌3-5h,得到溶液B,备用;
(2)将上述溶液A和溶液B混合后,磁力搅拌2-4h,得到混合溶胶,再滴加3.0-3.5mL甲酰胺,滴加环氧丙烷至pH为5-6,将0.8-1.5g空心微球加入到上述溶胶中,在室温下缓慢搅拌,然后以无水乙醇为老化液,在室温下老化,将形成的湿凝胶干燥后进行热处理,经粉碎研磨,得到预处理的空心微球。
7.根据权利要求6所述的一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,所述老化时间20-30h,且每3-5h进行一次醇水交换;
所述热处理温度为420-480℃,处理时间2-5h。
8.根据权利要求1所述的一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,所述复合相变材料的制备方法如下:
(1)将木棉纤维浸入到浓度为2-5wt%的氢氧化钠溶液中,充分搅拌后用去离子水反复洗涤至中性,干燥后放入650-750℃管式炉中,氮气气氛下炭化70-100min,将预碳化后的木棉纤维与氢氧化钾溶液按照预碳化后的木棉纤维与氢氧化钾质量比为10:0.1-1进行混合,在氮气气氛下加热至800-860℃,加热处理1-5h,用盐酸和蒸馏水反复洗涤至中性后烘干,得到碳化木棉纤维;
(2)将浓硫酸、碳化木棉纤维以及高锰酸钾依次加入到去离子水中,搅拌均匀后,在80-90℃下反应1-3h,待反应结束后,将产物用去离子水反复洗涤至中性,干燥后得到预处理碳化木棉纤维;
(3)将预处理碳化木棉纤维置于容器中,再将赤藓糖醇均匀铺在预处理碳化木棉纤维上,将容器放入120-130℃真空干燥箱内,抽真空,待赤藓糖醇完全溶解后,再在真空干燥箱内保持30-50min,取出容器,在30-80r/min下搅拌10-30min,然后再次放入真空干燥箱中,重复操作5-8次,将得到的产物置于称量纸上,放入真空干燥箱内的表面皿上,在120-130℃下反复干燥直至称量纸上没有赤藓糖醇痕迹,即可得到复合相变材料。
9.根据权利要求8所述的一种具有隔热储能性能的降解材料,其特征在于,所述浓硫酸、碳化木棉纤维、高锰酸钾以及去离子水的比例为(5-100)mL:(1-5)g:(10-20)g:(1000-1500)mL;
所述浓硫酸浓度为75-80wt%;
所述预处理碳化木棉纤维、赤藓糖醇的质量比为(10-30):(5-12)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种具有隔热储能性能的降解材料的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
按照重量份,将聚乳酸加入搅拌装置中,以100-500r/min的转速搅拌2-10min,然后将复合空心微球、复合相变材料、成核剂以及抗氧剂加入搅拌装置中,以200-800r/min的转速搅拌5-15min,得到混合物,将混合物从挤出机的主喂料口加入,在185-200℃的温度下进行熔融挤出,即得到具有隔热储能性能的降解材料。
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