一种光固化玻璃棉毡及其制备方法与流程

本发明涉及一种光固化玻璃棉毡及其制备方法，具体涉及一种紫外光固化胶黏剂包覆的玻璃棉纤维及其制备方法，特别适用于玻璃棉毡的力学性能和绝热性能的提高，属于玻璃棉纤维改性技术领域。

背景技术：

随着生活水平的不断发展，人们越来越关注食品质量和生命健康，对优质生鲜、速冻食品、医疗药品的需求量不断提高，同时成就了不断火热的冷链物流市场。保温材料是冷链物流必须采用的材料，是保障食品药品质量安全的关键。然而，目前常用的绝热材料，如聚氨酯和岩棉的导热系数高于0.02w/(m·k)，绝热性能差，会造成较大的冷量泄露。相比而言，玻璃棉真空绝热板具有极大的性能优势，不仅能达到a级防火不燃，还具有极低的导热系数（≤0.002w/(m·k)），是常用绝热材料绝热性能的5~10倍。若将玻璃棉真空绝热板应用在冷链装备中，必将产生极大的保温与节能效果。然而，玻璃棉真空绝热板的导热系数会随着内部气压的升高（外界气体渗透和内部材料脱气）而不断增加。据报道，玻璃棉真空绝热板在常温常压下的使用寿命仅约为10年，无法为服役环境更苛刻的冷链物流提供长期、高效的保温与隔热。其主要原因之一是玻璃棉毡的力学性能差：玻璃棉毡在膜内外压强差的挤压下易发生纤维脆断和体积大幅收缩，从而引起较高的层间热桥效应。因此，提高玻璃棉毡的力学性能至关重要。

为了提高玻璃棉毡的力学性能，现有文献大多借助胶黏剂来加固棉毡骨架。若采用热固化来处理胶黏剂，玻璃棉毡不仅需要较长的固化时间，其中还存在较大的热应力，不适合大块的玻璃棉毡的生产与应用。相比而言，光固化胶黏剂不仅固化速率快、节能环保、不使用溶剂，还可通过二次光固化来修复棉毡内部的损伤，非常适用于玻璃棉毡的增强与增韧及其适于在真空环境中服役。

中国专利cn103356392b公开了一种齿科修复用光固化高强度纤维的制备方法及制备装置，解决了复合材料的界面性能与力学性能差、成本高、使用不便的技术问题。该方法是将高分子聚合物溶解于有机溶剂中，制得高分子聚合物溶液；将玻璃纤维或石英纤维浸渍在上述高分子聚合物溶液中，然后蒸发溶剂进行表面处理；最后，将玻璃纤维或石英纤维浸渍多组分的光固化树脂基体，通过成型工艺制得光固化高强度纤维。

中国专利cn104312192b公开了一种紫外光固化结构修复用复合材料预浸料及其制备方法。该法以自由基固化型树脂为基体，优选适当的光引发剂、热引发剂及其他助剂构成“光-热复合引发体系”，以玻璃纤维织物为增强材料，经复合工艺制得一定厚度的复合材料预浸料，再经紫外光单面照射完成固化。该法解决了紫外光不能一次性固化大厚度复合材料结构件的技术难题，使复合材料预浸料的固化变得更方便高效。

高孔隙率是玻璃棉毡具备优异绝热性能的关键，其不仅能保证玻璃棉毡具有较低的固相热传导，还能限制玻璃棉毡孔隙内的气相热传导和气体热对流。然而，现有文献报道的纤维/胶黏剂复合材料大多为密实材料或低孔隙率材料且孔径不可控，存在导热系数高等性能缺陷，不能应用于冷链物流中。

因此，如何构建兼具高孔隙率、高力学性能和低导热系数的玻璃棉毡成为玻璃棉纤维改性领域的重大技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有玻璃棉毡力学性能差、光固化复合材料孔隙率低的缺点，提供一种光固化玻璃棉毡及其制备方法，该种光固化玻璃棉毡可用作冷链物流、建筑、机械和热能等领域的绝热元器件或材料。

本发明的技术方案，一种光固化玻璃棉毡，按重量份计配方比例如下：玻璃棉毡100份、改性剂5~20份和胶黏剂0.1~20份；

所述胶黏剂配方如下：预聚物30~80份、活性稀释剂5~30份、光引发剂0.5~5份和阻聚剂0.05~1份；

所述改性剂包覆在玻璃棉毡的纤维表面，胶黏剂均匀地分散在包覆了改性剂的玻璃棉毡的表面。

所述玻璃棉毡的纤维直径为1~10μm，厚度为1~1000μm。

所述的光固化玻璃棉毡的厚度为1~1000μm，平均孔径为5~100μm，孔隙率为80%~99%，导热系数为0.02~0.08w/(m·k)。

所述预聚物为聚酯（甲基）丙烯酸酯、环氧（甲基）丙烯酸酯、聚氨酯（甲基）丙烯酸酯、（甲基）丙烯酸酯化丙烯酸树脂、聚醚（甲基）丙烯酸酯、聚丁二烯（甲基）丙烯酸酯及三聚氰胺丙烯酸树脂中的一种或几种。

所述的活性稀释剂为甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯中的一种或几种。

所述的阻聚剂为对苯二酚和/或对甲氧基苯酚。

所述的光引发剂为安息香醚、二苯甲酮、苯偶酰双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、光引发剂500及光引发剂tpo中的一种或几种。

所述的改性剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚多巴胺、kh550、kh560、kh570及kh580中的一种或几种。

所述光固化玻璃棉毡的制备方法，步骤如下：

（1）配置改性剂溶液：将改性剂与溶剂按照质量比1：1~30充分搅拌1~24h，搅拌速度为10~1500r/min；

所述溶剂具体为水、链烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化物、含氮化合物及含硫化合物中的一种或几种；

（2）包覆改性剂液膜：将玻璃棉毡浸渍在步骤（1）配置的改性剂溶液中，静置0.1~60min，待玻璃棉毡充分润湿后，捞出玻璃棉毡，去除过量的改性剂液，直至无液体滴落，从而在玻璃棉毡的表面包覆改性剂液膜；

（3）配置胶黏剂：将预聚物、活性稀释剂、光引发剂和阻聚剂按配比混合，在10~1500r/min转速下搅拌0.1~120min，使其配置成胶黏剂；

（4）喷洒胶黏剂：将步骤（2）所得的玻璃棉毡平铺在基板上，将步骤（3）所得的胶黏剂按照10~400g/m²的喷洒量均匀地喷洒在玻璃棉毡的表面；

（5）紫外光固化：将步骤（4）所得玻璃棉毡用紫外光照射0.1~10min，即得到光固化玻璃棉毡。

步骤（2）中采用真空抽滤、加热蒸发或机械甩干的方式去除玻璃棉毡内部过量的改性剂液，直至无液体滴落；

其中真空抽滤的压强为10~80kpa、时间为1~120min；加热蒸发的温度为40~150℃，时间为0.1~48h；机械甩干的转速为500~5000r/min，时间为0.5~10min，机械的周围加挡板，收集的液体过滤后能够作为紫外光固化组合物重复利用。

步骤（3）和（4）需在暗箱或无紫外光照射的条件下进行。

本发明的有益效果：本发明所述的光固化玻璃棉毡具有极低的厚度（1~1000μm）和高孔隙率（80%~99%），有利于光固化胶黏剂在棉毡内部的深度交联与固化；本发明产品兼具高力学性能和低导热系数等优异性能，可抵抗真空压缩及冷热交变等因素对棉毡的影响，非常适用于冷链保温和建筑隔热等领域。

附图说明

图1是实施例3制备所得光固化玻璃棉毡的电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

（1）配置改性剂溶液：将聚甲基丙烯酸甲酯与丙酮按照质量比1：20充分搅拌12h，搅拌速度为1000r/min；

（2）包覆改性剂液膜：将玻璃棉毡浸渍在改性剂溶液中，静置10min，待玻璃棉毡充分润湿后，捞出玻璃棉毡，通过真空抽滤的方式去除过量的改性液，直至无液体滴落，控制玻璃棉毡︰改性剂重量份为100︰5~20，从而在玻璃棉毡的表面包覆改性剂液膜；

真空抽滤的压强为20kpa、时间为20min；

（3）配置胶黏剂：预聚物聚酯丙烯酸酯30份、活性稀释剂甲基丙烯酸酯5份、光引发剂苯偶酰双甲醚0.5份和阻聚剂对甲氧基苯酚0.05份混合，机械搅拌20min，搅拌转速为1000r/min，使其配置成胶黏剂；

（4）喷洒胶黏剂：将步骤（2）所得的玻璃棉毡平铺在基板上，将步骤（3）所得的胶黏剂按照200g/m²的喷洒量均匀地喷洒在玻璃棉毡的表面，控制玻璃棉毡︰胶黏剂重量份比为100︰0.1~20；

（5）紫外光固化：将步骤（4）所得玻璃棉毡用紫外光照射3min，即得到光固化玻璃棉毡。

本实施例制备的光固化玻璃棉毡的厚度为500μm，孔隙率为83%，导热系数为0.035w/(m·k)。

实施例2

（1）配置改性剂溶液：将聚多巴胺、水和三（羟甲基）氨基甲烷按照质量比1：1：3充分搅拌6h，搅拌速度为1200r/min；

（2）包覆改性剂液膜：将玻璃棉毡浸渍在改性剂溶液中，静置20min，待玻璃棉毡充分润湿后，捞出玻璃棉毡，通过加热蒸发的方式去除过量的改性液，直至无液体滴落，控制玻璃棉毡︰改性剂重量份为100︰5~20，从而在玻璃棉毡的表面包覆改性剂液膜；

加热蒸发的温度为50℃，时间为8h；

（3）配置胶黏剂：将预聚物聚醚丙烯酸酯80份、活性稀释剂丙烯酸酯30份、光引发剂5005份和阻聚剂对苯二酚和对甲氧基苯酚1份混合，机械搅拌25min，搅拌转速为1200r/min，使其配置成胶黏剂；

（4）喷洒胶黏剂：将步骤（2）所得的玻璃棉毡平铺在基板上，将步骤（3）所得的胶黏剂按照300g/m²的喷洒量均匀地喷洒在玻璃棉毡的表面，控制玻璃棉毡︰胶黏剂重量份比为100︰0.1~20；

（5）紫外光固化：将步骤（4）所得玻璃棉毡用紫外光照射5min，即得到光固化玻璃棉毡。

本实施例制备的光固化玻璃棉毡的厚度为400μm，孔隙率为81%，导热系数为0.037w/(m·k)。

实施例3

（1）配置改性剂溶液：将kh550和水按照质量比1：10充分搅拌8h，搅拌速度为1200r/min；

（2）包覆改性剂液膜：将玻璃棉毡浸渍在改性剂溶液中，静置30min，待玻璃棉毡充分润湿后，捞出玻璃棉毡，通过机械甩干的方式去除过量的改性液，直至无液体滴落，控制玻璃棉毡︰改性剂重量份为100︰5~20，从而在玻璃棉毡的表面包覆改性剂液膜；

机械甩干的转速为2000r/min，时间为6min，机械的周围加挡板，收集的液体过滤后可作为紫外光固化组合物重复利用；

（3）配置胶黏剂：将预聚物环氧甲基丙烯酸酯50份、活性稀释剂甲基丙烯酸酯20份、光引发剂苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦3份和阻聚剂对苯二酚0.5份混合，机械搅拌30min，搅拌转速为1200r/min，使其配置成胶黏剂；

（4）喷洒胶黏剂：将步骤（2）所得的玻璃棉毡平铺在基板上，将步骤（3）所得的胶黏剂按照100g/m²的喷洒量均匀地喷洒在玻璃棉毡的表面，控制玻璃棉毡︰胶黏剂重量份比为100︰0.1~20；

（5）紫外光固化：将步骤（4）所得玻璃棉毡用紫外光照射6min，即得到光固化玻璃棉毡。

本实施例制备的光固化玻璃棉毡的厚度为600μm，孔隙率为86%，导热系数为0.033w/(m·k)，扫描电镜图如图1所示。

上述仅为本发明的几个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。