一种超轻芯材的真空绝热板及其制备方法与流程

本发明涉及保温材料的，更具体地说，它涉及一种超轻芯材的真空绝热板及其制备方法。

背景技术：

1、近年来我国高度重视建筑能耗和提高能源利用效率，建筑节能标准随之不断提高。目前，常规的保温材料有增强竖丝岩棉复合板、改性玻璃棉板和真空绝热板，真空绝热板的保温效果优于前两种，使用范围广泛。

2、真空绝热板由无机纤维芯和阻气膜通过抽真空封装技术制成。真空绝热板的芯材主要为纤维状、粉状无机轻质材料，起到支撑、成型、隔热作用。纤维状无机粉体轻质材料一般为超细离心玻璃棉芯材，虽然芯材孔径小，对气压不敏感，但纤维状无机粉体轻质材料的制造、存储和施工难度较大，玻璃棉芯材自身存在刺穿复合阻气膜的风险，同时，外界的尖锐物品也容易刺穿阻气膜，导致真空绝热板的绝热效果下降。而有机聚氨酯等材料作为芯材时，其热阻小于无机粉体，需要较高的厚度才能达到较好的绝热效果。

技术实现思路

1、本申请提供一种超轻芯材的真空绝热板及其制备方法，使得真空绝热板能够在较薄的厚度下具备优异的隔热效果，具备超轻质、高韧性、易加工的优势。

2、第一方面，本申请提供一种超轻芯材的真空绝热板，采用如下的技术方案：

3、一种超轻芯材的真空绝热板，包括芯材，所述芯材按照重量份计包括如下原料：

4、100份聚合物多元醇、60～80份多异氰酸酯、18～36份改性填料、10～20份改性剂、5～7.5份交联剂、0.1～0.5份催化剂和1～2份助剂；

5、所述改性剂由二氨基-羟基三苯甲烷和3-羧基甲基-环戊烷-1,2,4-三甲酸二酐按照摩尔比1:(0.8～1.2)反应而成；

6、所述改性填料为改性剂包覆无机隔热粉体；

7、所述芯材采用超临界二氧化碳发泡方法发泡成型。

8、优选的，所述聚合物多元醇为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为200～1000。

9、优选的，所述多异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯。

10、优选的，所述改性剂中二氨基-羟基三苯甲烷和3-羧基甲基-环戊烷-1,2,4-三甲酸二酐的反应摩尔比为1:1。

11、优选的，所述改性填料中无机隔热粉体为纤维状玻璃棉。

12、优选的，所述纤维状玻璃棉的尺寸为0.5～1μm。

13、优选的，所述改性填料中改性剂与无机隔热粉体的重量比为1:(0.03～0.08)。

14、优选的，所述交联剂为脂肪族二胺交联剂。

15、优选的，所述超临界二氧化碳发泡方法发泡超临界二氧化碳流体的浸润压力为20～25mpa，浸润时间为6～12h。

16、第二方面，本申请提供一种超轻芯材的真空绝热板的制备方法，采用如下的技术方案：

17、一种超轻芯材的真空绝热板的制备方法，包括如下步骤：

18、将聚合物多元醇、改性填料、改性剂和助剂搅拌进行预混，再将多异氰酸酯、催化剂、交联剂加入至预混体系中，搅拌均匀后快速倒入模具中，将模具放入至发泡釜中，通入超临界二氧化碳流体进行发泡，得到芯材；

19、芯材脱模后与阻隔膜挤出复合，得到超轻芯材的真空绝热板。

20、本申请具备如下优势：

21、第一，本申请采用多元醇和多异氰酸酯反应得到的聚氨酯作为芯材的原料，通过特制改性剂的改性处理，配合超临界二氧化碳发泡技术，得到硬质闭孔聚氨酯，赋予芯材优异的机械特性和隔热性能；

22、具体原理如下：3-羧基甲基-环戊烷-1,2,4-三甲酸二酐中酸酐开环，与二氨基-羟基三苯甲烷的氨基反应，所得改性剂中同时含有酰胺结构、刚性苯环、羟基和羧基；刚性苯环可以提升材料强度，同时，羟基、羧基等官能团能够与多元醇或者多异氰酸酯反应，产生化学交联，形成三维网络结构。因此，芯材交联位点增加，使得芯材具备较高的交联密度，从而提升了芯材的硬度和储能模量，芯材具有较好的发泡性能；

23、芯材中添加的改性填料、改性剂等物质增加了芯材的熔体粘度，而适中的熔体粘度能够控制泡孔的尺寸，使芯材内的泡孔直径控制在150μm以下；改性填料外部包覆的改性剂有助于促进改性填料在芯材中的分散，改性填料可以作为异相成核位点，改性填料与聚氨酯熔体的界面处更容易形成成核位点，引发异相合核，有助于增加泡孔数目，芯材本体最终形成致密的闭孔结构；

24、因此，由于芯材本身具备致密且微小的闭孔结构，二氧化碳对热量的阻隔效果优异，芯材的热阻大，芯材厚度在10cm以下时，导热系数也可降低至30×10-4w/(m·k)以下，保温性能优异；同时，芯材由于内部含有大量的二氧化碳气体，密度降低，并且厚度减小，具备超轻质特性；其次，芯材中交联密度高，强度大，硬度高，能够赋予真空绝热板优异的机械强度；再者，芯材中无机隔热填料能够充分分散，包覆在聚氨酯材料中，避免了纤维状无机粉体刺穿阻隔膜的发生，芯材可以进行切割加工，芯材便于存放、加工以及施工；最后，芯材本体中含有较多的二氧化碳气泡，赋予芯材一定的阻燃特性。

25、第二，本申请中选择纤维状玻璃棉作为无机隔热粉体，并控制其尺寸大小。由于填料经过改性剂改性处理，改性填料能够充分分布在芯材本体中，纤维状粉体与球形粉体相比，纤维状粉体的存在可以阻碍裂纹的扩展路径，使裂纹在扩展过程中发生偏转、分叉等现象，从而改善芯材的韧性。

26、第三，本申请中选择脂肪族二胺交联剂，改性剂中含有的酰亚胺会开环，与脂肪族二胺交联剂反应，进一步增加芯材的交联密度。

27、第四，本申请中调整催化剂的比例与超临界二氧化碳发泡技术中的压力，从而控制泡孔的大小和密度，有助于进一步优化芯材内部的结构，使得泡孔更为致密且均匀，同时，不影响芯材整体的机械强度。

28、第五，助剂选择阻燃剂，阻燃剂能够与二氧化碳气体配合，起到阻燃协效的作用，赋予芯材优异的阻燃等级，保障真空绝热板满足建筑行业、家具行业等行业的阻燃标准。

29、第六，本申请中聚合物多元醇为小分子量聚乙二醇，在等重量份的前提下，聚乙二醇与其他大分子量的多元醇相比，活性反应基团羟基占比高，能够产生更多的交联位点；同时，采用脂肪族长链多异氰酸酯，通过长烷基链的空间位阻作用，改善芯材的脆性，提高芯材的抗压强度和穿刺强度。

技术特征：

1.一种超轻芯材的真空绝热板，包括芯材，其特征在于：

2.如权利要求1所述的一种超轻芯材的真空绝热板，其特征在于：所述聚合物多元醇为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为200～1000。

3.如权利要求2所述的一种超轻芯材的真空绝热板，其特征在于：所述多异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯。

4.如权利要求1所述的一种超轻芯材的真空绝热板，其特征在于：所述改性剂中二氨基-羟基三苯甲烷和3-羧基甲基-环戊烷-1,2,4-三甲酸二酐的反应摩尔比为1:1。

5.如权利要求1所述的一种超轻芯材的真空绝热板，其特征在于：所述改性填料中无机隔热粉体为纤维状玻璃棉。

6.如权利要求5所述的一种超轻芯材的真空绝热板，其特征在于：所述纤维状玻璃棉的尺寸为0.5～1μm。

7.如权利要求5所述的一种超轻芯材的真空绝热板，其特征在于：所述改性填料中改性剂与无机隔热粉体的重量比为1:(0.03～0.08)。

8.如权利要求1所述的一种超轻芯材的真空绝热板，其特征在于：所述交联剂为脂肪族二胺交联剂。

9.如权利要求1所述的一种超轻芯材的真空绝热板，其特征在于：所述超临界二氧化碳发泡方法发泡超临界二氧化碳流体的浸润压力为20～25mpa，浸润时间为6～12h。

10.权利要求1-9中任意一项所述的一种超轻芯材的真空绝热板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本申请涉及保温材料，具体公开了一种轻质真空绝热板及其制备方法。该真空绝热板的原料包含聚合物多元醇、多异氰酸酯、改性填料、改性剂、交联剂、催化剂和助剂；改性剂由二氨基‑羟基三苯甲烷和3‑羧基甲基‑环戊烷‑1,2,4‑三甲酸二酐反应而成；改性填料为改性剂包覆无机隔热粉体；所述芯材采用超临界二氧化碳发泡方法发泡成型。本申请通过使用改性剂对聚氨酯材料进行改性，引入刚性苯环，并且增加芯材的交联密度；同时利用超临界流体的发泡技术，使得芯材内部形成致密且微小的闭孔结构，芯材具备轻质、优异隔热性能和机械特性的特点，使得真空绝热板能够在较薄的厚度下具备优异的隔热效果，具备超轻质、高韧性、易加工的优势。

技术研发人员：程绍海,赵禹涵,杨金玲,纪海娇
受保护的技术使用者：北京中集冷云科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23