CN117794730A - 包括超吸收性聚合物层的复合绝热材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了复合绝热材料，其包括：两个或更多个毡，所述两个或更多个毡各自包括毡用基底和形成在毡用基底的内部和表面上的气凝胶；以及超吸收性聚合物层，所述超吸收性聚合物层定位在两个或更多个毡之间并且包含超吸收性聚合物颗粒。

Description

包括超吸收性聚合物层的复合绝热材料
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年7月12日提交的韩国专利申请第10-2022-0085835号的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及复合绝热材料，更特别地，涉及通过在作为绝热材料的毡之间包括超吸收性聚合物层(SAP层)而具有改善的绝热性能的复合绝热材料。
背景技术
气凝胶为具有约90％至99.9％的孔隙率和1nm至100nm范围内的孔尺寸的高度多孔材料，由于其具有高的孔隙率和比表面积以及表现出比聚苯乙烯类泡沫塑料的常规有机绝热材料更低的热导率的极好绝热性能而被用于高效绝热材料。
气凝胶通过用催化溶胶浸渍毡用基底并使凝胶化进行来生产。在这种情况下，在气凝胶例如二氧化硅气凝胶的情况下，空气中的水分通过存在于表面上的亲水性硅烷醇基团吸附至毡的表面并渗入内部，使得毡的热传导由于水分而增加，最终，绝热性能降低。
为了解决以上问题，将气凝胶的表面的亲水性改性成疏水性的，但即使在这种情况下，当表面长时间暴露于水分时，仍没有解决绝热性能的降低的问题。
因此，需要即使当水分渗入毡中时，也能够使毡的绝热性能的降低最小化的方法。
发明内容
技术问题
为了解决背景技术中提及的问题，本发明的目的是提供这样的复合绝热材料：其通过将超吸收性聚合物层定位在其中存在由于水分而引起的热传导增加的风险的毡之间而具有改善的绝热性能。
技术方案
在一个一般方面中，复合绝热材料包括：两个或更多个毡，所述两个或更多个毡各自包括毡用基底和形成在毡用基底的内部和表面上的气凝胶；以及超吸收性聚合物层，所述超吸收性聚合物层定位在两个或更多个毡之间并且包含超吸收性聚合物颗粒。
有益效果
根据本发明的复合绝热材料，定位在毡之间的超吸收性聚合物层中包含的超吸收性聚合物颗粒具有吸收空气中的水分的特性。通过该特性，将渗入毡中的空气中的水分被预先吸收，使得可以使绝热效果最大化。此外，即使当水分已经渗入毡中时，也可以通过吸收水分来保持复合绝热材料本身的低热导率。
此外，由于超吸收性聚合物颗粒具有在吸收水分时溶胀的特性，因此超吸收性聚合物颗粒可以通过吸收水分，然后溶胀来起到保护毡免于水分的作用。该特性可以充当保护膜以防止水分更深地移动到复合绝热材料中。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个示例性实施方案的复合绝热材料的截面图。
具体实施方式
本发明的说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被限制性地解释为具有一般含义或字典含义，而应基于发明人能够适当地限定术语的概念以便以最佳方式描述其自己的发明的原则被解释为具有满足本发明的技术构思的含义和概念。
在下文中，将更详细地描述本发明以帮助理解本发明。
根据本发明的一个示例性实施方案的复合绝热材料可以包括：两个或更多个毡，所述两个或更多个毡各自包括毡用基底和形成在毡用基底的内部和表面上的气凝胶；以及超吸收性聚合物层，所述超吸收性聚合物层定位在两个或更多个毡之间并且包含超吸收性聚合物颗粒。
在两个或更多个毡中，在改善毡的绝热性能方面，毡中包括的毡用基底可以具体为多孔基底。当毡用基底为多孔基底时，催化溶胶容易在毡用基底的内部和表面上形成气凝胶以渗入毡用基底的表面，然后渗透至毡用基底的内部。因此，气凝胶可以均匀地形成至毡用基底的内部，通过这一点，可以使毡和包括其的复合绝热材料的绝热效果最大化。
毡用基底可以为膜、片、网、纤维基体、非织造织物、或者其两个或更多个层的层合体。此外，根据用途，其表面可以具有表面粗糙度或者可以被图案化。更具体地，毡用基底可以为能够通过包括气凝胶通过其容易被嵌入的孔而进一步改善绝热性能的纤维基体。
具体地，毡用基底可以为聚酰胺、聚苯并咪唑、聚芳酰胺、丙烯酸类树脂、酚树脂、聚酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚烯烃(例如，聚乙烯、聚丙烯、或其共聚物)、纤维素、碳、棉、毛、麻、非织造织物、玻璃纤维、或陶瓷棉。更具体地，本发明的毡用基底可以包括由于低热导率而适用于绝热材料的玻璃毡(玻璃纤维)。
根据本发明的一个示例性实施方案的毡可以包括形成在毡用基底的内部和表面上的气凝胶。气凝胶可以形成在毡用基底(即，由玻璃纤维形成的孔)上，孔可以为由于玻璃纤维的三维矩阵结构而形成的空间。同时，形成在毡用基底的内部和表面上的气凝胶可以指与毡用基底结合的气凝胶的聚集体。具体地，形成在毡用基底的表面上的气凝胶意指其中气凝胶的一部分暴露在毡的外表面上并且与空气等接触的状态，形成在毡用基底的内部上的气凝胶可以指不暴露于毡的外表面，而是存在于毡的内部的气凝胶。
此外，包括形成在毡用基底的内部和表面上的气凝胶的毡可以通过用催化溶胶浸渍毡用基底并使凝胶化进行来生产。
首先，催化溶胶可以包含碱性催化剂和溶胶。溶胶为通过溶胶-凝胶反应形成多孔凝胶的材料，并且可以包括无机溶胶、有机溶胶、或其组合。具体地，无机溶胶可以包括氧化锆、氧化钇、氧化铪、氧化铝、氧化钛、二氧化铈、二氧化硅、氧化镁、氧化钙、氟化镁、氟化钙、及其组合，有机溶胶可以包括聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨酯、聚酰亚胺、聚糠醇、酚糠醇、三聚氰胺甲醛、间苯二酚甲醛、甲酚甲醛、酚甲醛、聚乙烯醇二醛、聚氰脲酸酯、聚丙烯酰胺、及其组合。更具体地，在确保与毡用基底的优异结合能力以最终实现具有低热导率的毡方面，溶胶可以包括作为无机溶胶的二氧化硅溶胶。
具体地，二氧化硅溶胶可以通过将二氧化硅前体、水和有机溶剂混合来制备，二氧化硅前体可以包括基于含硅的烷氧化物的化合物。具体地，二氧化硅前体可以包括硅酸四烷基酯，例如原硅酸四甲酯(TMOS)、原硅酸四乙酯(TEOS)、原硅酸甲基三乙酯、原硅酸二甲基二乙酯、原硅酸四丙酯、原硅酸四异丙酯、原硅酸四丁酯、原硅酸四仲丁酯、原硅酸四叔丁酯、原硅酸四己酯、原硅酸四环己酯、和原硅酸四-十二烷基酯，更具体地，可以包括原硅酸四乙酯(TEOS)。
二氧化硅前体可以以其中二氧化硅溶胶中包含的二氧化硅(SiO2)的含量为3重量％至30重量％的量使用。当二氧化硅的含量小于3重量％时，形成在毡用基底的内部和表面上的气凝胶的量过低，引起可能无法预期期望水平的绝热效果的问题，当二氧化硅的含量超过30重量％时，过量形成气凝胶，这可能引起毡的机械特性(特别是柔性)的降低。
此外，二氧化硅溶胶可以包含有机溶剂和水，在与二氧化硅前体和水的相容性方面，有机溶剂可以为甲醇、乙醇、异丙醇和丁醇中的一者或更多者。
同时，催化溶胶中包含的碱性催化剂为通过增加溶胶的pH来促进以下描述的凝胶化步骤中的凝胶化的材料，碱性催化剂可以为无机碱(例如氢氧化钠或氢氧化钾)或者有机碱(例如氢氧化铵)。具体地，碱性催化剂可以为氢氧化钠、氨、氢氧化铵、或其混合物。
因此，可以用催化溶胶浸渍毡用基底。在这种情况下，浸渍可以通过将具有流动性的催化溶胶添加到毡用基底中来进行，这可以表明催化溶胶渗入形成在毡用基底的内部和表面上的孔中。
当用催化二氧化硅溶胶浸渍毡用基底时，发生凝胶化，因此，获得湿凝胶纤维复合材料。凝胶化可以由催化溶胶形成网络结构，网络结构可以为其中具有一种或更多种类型的原子排列的某些特定多边形被连接的平面网络结构、或者通过共用特定多面体的顶点、边和面而形成三维骨架结构的结构。
凝胶化可以通过用催化溶胶浸渍毡用基底，然后使经浸渍的基底静置0.5小时至2.0小时来发生，并且可以在20℃至50℃的温度范围内(优选地在室温下)进行。
此后，使湿凝胶纤维复合材料在适当温度下静置以被熟化，使得可以完全实现化学变化，熟化可以使形成的网络结构更加牢固，这可以增强毡的绝热性能。熟化可以通过使湿凝胶纤维复合材料在30℃至70℃的温度下静置3小时至50小时来进行。
在根据本发明的一个示例性实施方案的毡中，通过用催化溶胶浸渍毡用基底，然后进行凝胶化和熟化，可以在毡用基底的内部和表面上形成气凝胶。如上所述，紧接在在将形成在毡用基底的内部和表面上的气凝胶干燥之后，保持低热导率。然而，气凝胶由于存在于气凝胶的表面上的亲水性官能团而易受水分影响。
存在于气凝胶的表面上的羟基官能团(例如在二氧化硅气凝胶的情况下，存在于二氧化硅的表面上的亲水性硅烷醇基团(Si-OH))吸收空气中的水分，因此，存在热导率逐渐增加的缺点。
由于本发明的毡用作绝热材料，因此以上缺点可能具有致命的影响。因此，为了保持低热导率，需要将气凝胶的表面改性成疏水性的并用疏水性官能团替代存在于表面上的亲水性官能团。
为了将气凝胶的表面改性成疏水性的，可以使用包含极性溶剂和有机硅烷化合物的表面改性剂。极性溶剂可以为甲醇、乙醇、或异丙醇，有机硅烷化合物可以为三甲基氯硅烷(TMCS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、三甲基乙氧基硅烷(TMES)、乙基三乙氧基硅烷(ETES)、或苯基三乙氧基硅烷(PTES)，更具体地，可以为三甲基乙氧基硅烷、或六甲基二硅氮烷。
如上所述，对通过用催化溶胶浸渍毡用基底并使凝胶化进行而形成的气凝胶进行表面改性，然后干燥，使得气凝胶可以包括形成在表面上的疏水性官能团。根据本发明的一个示例性实施方案的二氧化硅气凝胶通过用疏水性官能团对表面进行替代而具有优异的绝热性能，并且含二氧化硅气凝胶的毡可以确保低热导率。
然而，虽然气凝胶的表面被疏水性官能团替代，但由于长期暴露于水分，毡的热导率可能最终增加，引起绝热性能的降低。因此，如下所述，本发明的复合绝热材料设置有超吸收性聚合物层，使得防止由于水分而引起的劣化，即，气凝胶的绝热性能的降低。
同时，根据本发明的一个示例性实施方案的毡的根据在一个毡中的位置的热导率偏差可以为3.0mW/m·K或更小，优选地，2.0mW/m·K或更小、或者1.0mW/m·K或更小。在这种情况下，具有0的值的不具有热导率偏差的毡(即，在毡内具有相同的热导率的毡)也可以包括在本发明的范围内。
此外，毡的厚度偏差可以为1.5mm或更小、1.2mm或更小、或者0.7mm或更小，优选地，0.5mm或更小。
热导率偏差或厚度偏差为可能出现在切割毡中的特征，具体地，可以为在与0.01m2至10.0m2的区域，更具体地，0.36m2至5.0m2的区域的两端相距30cm的间隔处的区域中测量的值之差。
例如，对于毡的热导率和厚度，以预定的间隔获得毡中具有一定尺寸的复数个样品，然后使用可从NETZSCH获得的HFM 436Lambda设备在室温(23℃±5℃)下测量各样品的热导率。热导率可以通过将复数个样品中在与两端相距30cm的区域中测量的热导率值进行比较来表示。
在这种情况下，毡中样品的数量可以根据毡的长度而改变，并且可以为例如2至20个、3至10个、或3至5个。
此外，根据本发明的一个示例性实施方案，毡可以包括气凝胶和毡用基底，具体地，可以在毡用基底的内部和表面上形成气凝胶，或者在毡用基底的内部和表面上均匀地形成大量气凝胶颗粒。
毡可以具有10mW/m·K至20mW/m·K的改善的热导率。在该范围内，可以获得确保毡的最大绝热性能的效果。热导率为根据热流法使用可从NETZSCH获得的HFM 436Lambda设备在室温(23℃±5℃)下测量的值。
根据本发明的一个示例性实施方案的复合绝热材料中包括的毡可以包括气凝胶，例如，在二氧化硅气凝胶的情况下，如上所述，存在由于存在于表面上的亲水性硅烷醇基团(Si-OH)吸收空气中的水分，因此热导率逐渐增加的缺点。因此，为了保持低热导率，通常，将气凝胶的表面改性成疏水性的。
如上所述，虽然毡包括具有被改性成疏水性的以保持低热导率的表面的二氧化硅气凝胶，但可能无法使绝热效果最大化。这是因为由于使气凝胶经受疏水性处理，因此当毡短时间暴露于水分时不出现大问题，但由于长期暴露于水分而引起的水分的渗透最终引起毡的绝热性能的降低。因此，疏水性处理可能不是对于水分的根本解决方案。
因此，在根据本发明的一个示例性实施方案的复合绝热材料中，超吸收性聚合物层定位在毡之间使得超吸收性聚合物层中包含的超吸收性聚合物颗粒可以吸收空气中的水分和渗入毡中的水分。由于超吸收性聚合物颗粒具有吸收颗粒周围的水分并溶胀的特性，因此其可以使复合绝热材料的绝热性能的降低最小化。
具体地，超吸收性聚合物颗粒可以包含具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体和内交联剂的交联聚合物。在这种情况下，水溶性烯键式不饱和单体可以包括(甲基)丙烯酸或其盐。例如，当使用丙烯酸和/或其碱金属盐例如钠盐作为水溶性烯键式不饱和单体时，可以获得具有改善的吸收性的超吸收性聚合物颗粒。
此外，水溶性烯键式不饱和单体的实例包括选自以下的一者或更多者：阴离子单体，例如马来酸酐、富马酸、巴豆酸、衣康酸、2-丙烯酰基乙烷磺酸、2-甲基丙烯酰基乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰基丙烷磺酸、或2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、及其盐；非离子亲水性单体，例如(甲基)丙烯酰胺、N-取代的(甲基)丙烯酸酯、2-羟基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基丙基(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、或聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯；含氨基的不饱和单体，例如(N,N)-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、或(N,N)-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、及其季化合物。
同时，超吸收性聚合物颗粒可以包含通过内交联剂而交联的交联聚合物。内交联剂可以用于通过使上述水溶性烯键式不饱和单体的不饱和键交联来使其聚合。
内交联剂可以为其中交联反应通过自由基聚合(free-radical polymerization，FRP)反应来进行的基于(甲基)丙烯酸酯的化合物。具体地，内交联剂可以为选自以下的一种或更多种化合物：乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯。更具体地，其中，内交联剂可以为聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯。
本发明的交联聚合物可以通过包含水溶性烯键式不饱和单体、内交联剂和聚合引发剂的组合物的聚合反应来制备，在这种情况下，相对于100重量份的水溶性烯键式不饱和单体，组合物中内交联剂的量可以为0.01重量份至5重量份。例如，相对于100重量份的水溶性烯键式不饱和单体，内交联剂的量可以为0.01重量份或更大、0.05重量份或更大、0.1重量份、或者0.2重量份或更大，并且5重量份或更小、3重量份或更小、2重量份或更小、1重量份或更小、或者0.5重量份或更小。当内交联剂的含量过低时，没有充分发生交联，这使得难以实现适当水平或更高的强度，当内交联剂的含量过高时，内交联密度增加，这使得难以实现期望的保水容量。
此外，本发明的超吸收性聚合物颗粒可以具有其上形成有表面交联层的表面。在这种情况下，表面交联层可以由表面交联剂交联，表面交联剂可以包括多元环氧化合物，多元环氧化合物可以为多元醇的缩水甘油醚化合物。
具体地，表面交联剂可以包括选自以下的一种或更多种多元环氧化合物：乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇二缩水甘油醚、四乙二醇二缩水甘油醚、甘油多缩水甘油醚、山梨糖醇多缩水甘油醚。
相对于100重量份的以下描述的基础聚合物，表面交联剂的量可以为约0.001重量份至约5重量份。具体地，相对于100重量份的基础聚合物，表面交联剂的量可以为约0.005重量份或更大、约0.01重量份或更大、或者约0.05重量份或更大，并且约4重量份或更小、约2重量份或更小、约2重量份或更小、或者约1重量份或更小。当表面交联剂的含量过低时，表面交联层的交联密度太低，这可能引起吸收特性例如压力下吸收率的降低，当表面交联剂的含量过高时，发生过度的表面交联反应，这可能使得难以抑制超吸收性聚合物颗粒的再润湿现象。
同时，本发明的复合绝热材料中包含的超吸收性聚合物颗粒的颗粒直径(D50)可以为10μm至850μm。通常，当颗粒直径为150μm或更小时，可以将超吸收性聚合物颗粒分级为细颗粒，当颗粒直径大于150μm且为850μm或更小时，可以将超吸收性聚合物颗粒分级为一般颗粒。在这种情况下，通常，一般颗粒主要是商业化的，但由于利用了超吸收性聚合物颗粒的独立地吸收水分并溶胀的特性，因此本发明中的复合绝热材料与颗粒直径的大小无关。因此，除一般颗粒之外，本发明的超吸收性聚合物颗粒还可以包括细颗粒。颗粒直径可以使用激光衍射法来测量。
如下将逐步描述用于制备超吸收性聚合物颗粒的方法。首先，进行组合物的聚合反应。如上所述，组合物可以包含水溶性烯键式不饱和单体、内交联剂和聚合引发剂，如有必要，可以另外包含添加剂例如增稠剂、增塑剂、储存稳定剂和抗氧化剂。
组合物可以通过聚合反应形成含水的凝胶聚合物。将含水的凝胶聚合物干燥和粉碎的步骤可以包括在将含水的凝胶聚合物干燥之前，将含水的凝胶聚合物粗粉碎以提高干燥效率的过程。可以使经受如上所述的粗粉碎过程的含水的凝胶聚合物或者不经受粗粉碎过程的紧接在聚合之后的含水的凝胶聚合物经受干燥。此后，可以进行通过将经由干燥步骤获得的经干燥的聚合物粉碎来制备基础聚合物的步骤。
接下来，进行在表面交联剂的存在下，在基础聚合物的表面的至少一部分上形成表面交联层的表面交联反应步骤。通常，将表面交联剂施加至基础聚合物的表面。因此，在基础聚合物的表面上发生表面交联反应，这在基本上不影响颗粒的内部的情况下改善基础聚合物的表面上的可交联性。因此，经表面交联的基础聚合物在表面附近具有比内部更高的交联程度。表面交联反应和干燥可以通过将添加有表面交联剂的基础聚合物加热来同时进行。
在表面交联之后，可以接着进行将其上形成有表面交联层的基础聚合物分级的步骤。基础聚合物可以通过诸如粉碎和分级的过程实现为超吸收性聚合物颗粒。此后，将超吸收性聚合物颗粒根据颗粒直径来分级，并且可以根据使用目的而将具有适当的颗粒直径的超吸收性聚合物颗粒商品化。
当根据EDANA方法WSP 241.3测量时，超吸收性聚合物颗粒的离心保留容量(centrifuge retention capacity，CRC)可以为24g/g或更大、25g/g或更大、或者26g/g或更大，并且40g/g或更小、38g/g或更小、或者36g/g或更小。
此外，当根据EDANA方法WSP 242.3在0.7psi下测量时，超吸收性聚合物颗粒的压力下吸收率(absorption under pressure，AUP)可以为18g/g或更大、20g/g或更大、或者22g/g或更大，并且27g/g或更小、或者25g/g或更小。
由于超吸收性聚合物层中包含的超吸收性聚合物颗粒基本上具有吸收空气中的水分的特性，因此可以预先吸收将渗入毡中的空气中的水分。此外，已经渗入毡中的水分也被吸收至超吸收性聚合物颗粒使得可以使复合绝热材料的绝热性能的降低最小化。
为了详细地描述根据本发明的一个示例性实施方案的复合绝热材料，参照图1a和图1b，复合绝热材料1可以具有其中超吸收性聚合物层3和毡2交替地堆叠在毡2之间的结构。图1a示出了其中一个超吸收性聚合物层3堆叠在毡2之间的复合绝热材料1，图1b示出了其中两个超吸收性聚合物层3以其中超吸收性聚合物层3、毡2和超吸收性聚合物层3以此顺序交替地堆叠的结构堆叠在毡2之间的复合绝热材料1。即，复合绝热材料1中用作绝热材料的毡2的一个或更多个表面可以与超吸收性聚合物层3接触，超吸收性聚合物层3中包含的超吸收性聚合物颗粒具有吸收最多至其自身重量50倍的水分的特性。因此，超吸收性聚合物颗粒在使作为绝热材料的毡2中的水分最小化方面起到优异的作用。此外，即使当超吸收性聚合物颗粒吸收水分时，复合绝热材料1的热导率也不由于水分吸收而显著降低。即，由于超吸收性聚合物颗粒的优异的吸收特性，可以抑制由于水分而引起的毡2的热导率的增加，并且吸收的超吸收性聚合物层3的热导率的增加程度不大，因此，可以防止由于复合绝热材料1本身的水分而引起的热导率的增加，因此可以保持优异的绝热性能。
参照图1a和图1b，在本发明的复合绝热材料1中，超吸收性聚合物层3可以定位在两个或更多个毡2之间。超吸收性聚合物层3可以为形成在毡2上的涂覆层，并且可以为通过用超吸收性聚合物颗粒填充可透气性接受体而获得的填充层。具体地，根据本发明的一个示例性实施方案的超吸收性聚合物层3可以包括可透气性接受体和填充在可透气性接受体中的超吸收性聚合物颗粒。
涂覆层可以通过以下来形成：将通过将超吸收性聚合物颗粒与分散溶剂和粘结剂搅拌并混合而制备的涂覆溶液施加到毡2上，以及将涂覆溶液干燥。
填充层可以通过以下来形成：用超吸收性聚合物颗粒填充单独的可透气性接受体，将可透气性接受体密封，将可透气性接受体放置在两个或更多个毡2之间，然后进行压制。
具体地，由于超吸收性聚合物颗粒以粉末的形式存在，因此其像粉尘一样分散。即使当与粘结剂一起施加超吸收性聚合物层3作为涂覆层时，随着复合绝热层的表面上的超吸收性聚合物颗粒的一些之间的粘合力变弱，超吸收性聚合物颗粒可能彼此分离和分散，因此，优选地，以填充层的形式施加超吸收性聚合物层3。
因此，可透气性接受体可以具有使水分和空气通过其而不使超吸收性聚合物颗粒通过的筛网结构。在这种情况下，可透气性接受体可以包括尼龙、玻璃纤维/聚乙烯(PE)、非织造织物材料和可生物降解材料(例如，聚乳酸(PLA))。
根据本发明的一个示例性实施方案，可透气性接受体可以包括彼此交叉的两条或更多条缝合线以及由缝合线分隔的容纳部分，超吸收性聚合物颗粒可以被容纳在容纳部分中。缝合线为穿过可透气性接受体并将其缝合的线，由于形成缝合线，因此形成作为其中可以容纳超吸收性聚合物颗粒的空间的容纳部分。当在平面图中观察可透气性接受体时，容纳部分可以具有复数个正方形或矩形的形状。
当在没有缝合线和容纳部分的情况下用超吸收性聚合物颗粒填充可透气性接受体时，可能出现其中在可透气性接受体的区域中，可透气性接受体不均匀地填充有超吸收性聚合物颗粒的状态。例如，当将板状复合绝热材料竖直放置并用作绝热材料时，超吸收性聚合物颗粒由于重力而向下密集地集中，因此，可能出现超吸收性聚合物颗粒的不均匀分布。因此，通过彼此交叉的两条或更多条缝合线形成容纳部分的隔室，容纳部分填充有超吸收性聚合物颗粒使得即使当将复合绝热材料竖直竖立和应用时，也可以实现其中超吸收性聚合物颗粒被均匀地容纳在可透气性接受体中的状态。
根据本发明的一个示例性实施方案，超吸收性聚合物层的单位面积重量可以为0.08g/cm2至0.31g/cm2，更具体地，可以为0.15g/cm2至0.25g/cm2。单位面积重量是指超吸收性聚合物层中包含的超吸收性聚合物颗粒的总质量与超吸收性聚合物层的面积的比率。因此，当超吸收性聚合物颗粒以以上范围内的根据超吸收性聚合物层的面积的质量包含在超吸收性聚合物层中时，可以使超吸收性聚合物层的吸收性最大化。
具体地，当单位面积重量为0.08g/cm2或更大时，超吸收性聚合物层具有以下效果：适当地吸收复合绝热材料中渗入毡中的水分和将渗入毡中的空气中的水分以降低复合绝热材料本身的湿度或水分含量。由此，可以防止在水分气氛中复合绝热材料的绝热性能的降低。
当单位面积重量为0.31g/cm2或更小时，例如，由于超吸收性聚合物层以过大的比重或厚度形成，因此可以防止整体复合绝热材料的绝热性能的降低。
同时，本发明的超吸收性聚合物层中包含的超吸收性聚合物颗粒在吸收水分时溶胀。即，彼此间隔开的超吸收性聚合物颗粒可以在吸收周围水分和渗入复合绝热材料中的水分时溶胀，从而形成保护膜。保护膜可以在防止水分从复合绝热材料的表面渗透至更深的内部方面起作用。此外，保护膜还可以发挥防止外部冲击对复合绝热材料的损坏的缓冲作用，并且可以在防止由于毡的损坏而引起的水分渗透的方面起作用。例如，即使当毡被损坏时，也可以通过保护膜来防止水分过度渗入毡中。
根据本发明的一个示例性实施方案，超吸收性聚合物层的总厚度与两个或更多个毡的总厚度的比率可以为0.025至0.1。当厚度比率超过0.1时，随着超吸收性聚合物层过度溶胀并变厚，复合绝热材料的绝热效果可能降低，更确切地，由于复合绝热材料本身中的过量水分，热导率可能降低。此外，当厚度比率小于0.025时，由于略薄的超吸收性聚合物层，超吸收性聚合物层的通过吸收不利地影响毡的绝热的水分来保持复合绝热材料的绝热效果的效果可能不显著。
超吸收性聚合物层的总厚度与两个或更多个毡的总厚度的比率可以指例如当一个超吸收性聚合物层定位在两个毡之间时，超吸收性聚合物层的厚度相对于两个毡的厚度的总和的比率。在这种情况下，厚度可以通过游标卡尺来测量。
在下文中，将通过实施例更详细地描述本发明。然而，提供以下实施例以说明本发明。对于本领域技术人员而言明显的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以做出多种修改和变化，并且本发明的范围不限于此。
实施例
实施例1
(1)毡的制备
通过将原硅酸四乙酯(TEOS)和水以1:4的摩尔比混合并添加重量比为1:5的TEOS和乙醇来制备二氧化硅溶胶，向二氧化硅溶胶中添加碱性催化剂，从而制备催化溶胶。
将作为毡用基底的玻璃纤维放入包含催化溶胶的反应器中以用二氧化硅溶胶浸渍毡用基底，使浸渍有二氧化硅溶胶的毡用基底在室温下静置1小时以使二氧化硅溶胶凝胶化，从而获得湿凝胶纤维复合材料，将温度升至60℃，然后使湿凝胶纤维复合材料静置24小时以被熟化。
此后，制备通过将三甲基乙氧基硅烷在乙醇(水分含量：8重量％)中稀释至40体积％而获得的溶液作为表面改性剂。将表面改性剂放入反应器中，在60℃下进行疏水性处理24小时，从而形成在毡用基底的内部和表面上施加有疏水性官能团的气凝胶。
最后，在150℃和大气压的条件下在烘箱中进行干燥1小时以制备厚度为10mm的板状毡。
(2)超吸收性聚合物颗粒的制备
在配备有搅拌器和温度计的3L玻璃容器中，将100g(1.388mol)丙烯酸、0.26g作为内交联剂的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、0.008g作为光聚合引发剂(聚合引发剂)的二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、0.20g作为热聚合引发剂的过硫酸钠和123.5g 32％苛性钠溶液在室温下与水混合使得固体含量为45.0重量％，从而制备组合物。
此后，将组合物供给到传送带上，在所述传送带上具有10cm的宽度和2m的长度的带以10cm/分钟的速度在其上旋转。此时，在设置有光源的传送带上进行聚合反应20分钟，由此，获得水分含量为45重量％的含水的凝胶聚合物。
接下来，使用绞肉机将含水的凝胶聚合物粉碎成颗粒直径为300μm至5,000μm的颗粒。此后，使用气流烘箱将经粉碎的产品在185℃下的热空气中干燥30分钟。通过粉碎、干燥和分级来获得基础聚合物。
向100g基础聚合物中添加通过将水、甲醇和作为表面交联剂的乙二醇二缩水甘油醚混合而获得的表面交联溶液，然后在198℃下进行表面交联反应。此外，将所得产物粉碎并分级以制备颗粒直径为10μm至850μm的超吸收性聚合物颗粒。
(3)超吸收性聚合物层的制备
用10g在超吸收性聚合物颗粒的制备中制备的超吸收性聚合物颗粒填充面积为64cm2(长度8cm×宽度8cm)的板状可透气性接受体，将填充有超吸收性聚合物颗粒的可透气性接受体调平，然后将填充的超吸收性聚合物颗粒均匀分布。此后，将可透气性接受体用长度方向上的一条缝合线和宽度方向上的一条缝合线缝合，使得这些缝合线彼此交叉，并且分隔出四个容纳部分。在其中超吸收性聚合物颗粒被均匀容纳在由缝合线的形成分隔的复数个容纳部分中的状态下制备具有0.16g/cm2的单位面积重量和1mm的厚度的超吸收性聚合物层。
(4)复合绝热材料的制备
将超吸收性聚合物层堆叠在在毡的制备中制备的具有10mm的厚度和144cm2的面积(长度12cm×宽度12cm)的板状毡上。将与所述毡相同的毡堆叠在堆叠的超吸收性聚合物层上，然后通过压制来使毡和超吸收性聚合物层彼此结合。如上所述，具有1mm的厚度和0.16g/cm2的单位面积重量的超吸收性聚合物层定位在两个毡之间。因此，制备了其中超吸收性聚合物层的总厚度与两个毡的总厚度的比率为0.05的复合绝热材料。
实施例2
以与实施例1的方式相同的方式制备复合绝热材料，不同之处在于填充在超吸收性聚合物层中的使用的超吸收性聚合物颗粒的量为20g，并且超吸收性聚合物层的单位面积重量为0.31g/cm2。
实施例3
以与实施例1的方式相同的方式制备复合绝热材料，不同之处在于用超吸收性聚合物颗粒填充板状可透气性接受体，然后不形成彼此交叉的两条缝合线，即不分隔出另外的容纳部分。
实施例4
以与实施例1的方式相同的方式制备复合绝热材料，不同之处在于填充在超吸收性聚合物层中的使用的超吸收性聚合物颗粒的量为3g，并且超吸收性聚合物层的单位面积重量为0.05g/cm2。
实施例5
以与实施例1的方式相同的方式制备复合绝热材料，不同之处在于填充在超吸收性聚合物层中的使用的超吸收性聚合物颗粒的量为25g，并且超吸收性聚合物层的单位面积重量为0.39g/cm2。
比较例
比较例1
以与实施例1的方式相同的方式制备复合绝热材料，不同之处在于不使用超吸收性聚合物层，并使用厚度为20mm的单层毡。
实验例
通过以下方法测量实施例1至5和比较例1中制备的复合绝热材料的热导率。结果示于表1中。
[表1]
准备实施例1至5和比较例1中制备的复合绝热材料的样品，通过AND WBA-6200高精度天平(0.01g至6200g)测量样品的重量。此外，使用可从NETZSCH获得的HFM 436Lambda设备测量样品的室温(23℃±5℃)下的热导率。
此后，将复合绝热材料的样品放入恒温恒湿器中以在80℃的温度和95％的湿度的条件下吸收水分。通过以下方法测量处于水分吸收状态的样品的重量和热导率。
如表1所示，实施例和比较例的复合绝热材料在水分吸收之前的热导率值全部相同，但确定在暴露于水分吸收条件之后，实验例1至5的热导率值低，因此保持优异的绝热性能。因此，可以确定由于超吸收性聚合物层的存在，复合绝热材料的绝热性能最大化。此外，可以确定通过超吸收性聚合物层的水分吸收特性，复合绝热材料中渗入毡中的水分最小化。
此外，在其中使不具有超吸收性聚合物层的复合绝热材料在恒温恒湿器中在相同条件下经受水分吸收的情况(实验例6)和其中将复合绝热材料浸入25℃的恒温器中并通过放置重物来固定使得复合绝热材料不浮在水的表面上的情况(实验例7)下，在其中使用比较例1中制备的复合绝热材料的实验例6和7中表现出测量热导率作为绝热效果的结果。在实验例6和7中，与在水分吸收之前的热导率值相比，热导率值分别增加了44％和196％，并且可以确定与其中存在超吸收性聚合物层的实验例1相比，绝热能力显著降低。

Claims (10)

1.一种复合绝热材料，包括：
两个或更多个毡，所述两个或更多个毡各自包括毡用基底和形成在所述毡用基底的内部和表面上的气凝胶；以及
超吸收性聚合物层，所述超吸收性聚合物层定位在所述两个或更多个毡之间并且包含超吸收性聚合物颗粒。
2.根据权利要求1所述的复合绝热材料，其中所述毡和所述超吸收性聚合物层交替地堆叠。
3.根据权利要求1所述的复合绝热材料，其中所述超吸收性聚合物层包括可透气性接受体和填充在所述可透气性接受体中的所述超吸收性聚合物颗粒。
4.根据权利要求3所述的复合绝热材料，其中所述可透气性接受体包括彼此交叉的两条或更多条缝合线以及由所述缝合线分隔的容纳部分，以及
所述超吸收性聚合物颗粒被容纳在所述容纳部分中。
5.根据权利要求1所述的复合绝热材料，其中所述超吸收性聚合物层的单位面积重量为0.08g/cm2至0.31g/cm2。
6.根据权利要求1所述的复合绝热材料，其中所述超吸收性聚合物层的总厚度与所述两个或更多个毡的总厚度的比率为0.025至0.1。
7.根据权利要求1所述的复合绝热材料，其中所述气凝胶具有包含疏水性官能团的表面。
8.根据权利要求1所述的复合绝热材料，其中所述超吸收性聚合物颗粒包含具有至少部分被中和的酸性基团的水溶性烯键式不饱和单体和内交联剂的交联聚合物。
9.根据权利要求8所述的复合绝热材料，其中所述水溶性烯键式不饱和单体包括(甲基)丙烯酸或其盐。
10.根据权利要求1所述的复合绝热材料，其中所述超吸收性聚合物颗粒的颗粒直径为10μm至850μm。
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