一种光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材及其制备方法与流程

文档序号:25543963发布日期:2021-06-18 20:41
一种光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材及其制备方法与流程

本发明涉及一种光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材及其制备方法,属于玻璃纤维棉干法热压芯材技术领域。



背景技术:

由超细玻璃纤维棉制备出隔热芯材是一种性能优异的纤维状絮团隔热材料,具有绝热吸音、质轻、a级不燃、耐化学腐蚀、材料环境友好且原材料来源丰富等优点,被广泛应用于建筑墙体保温、冷链物流、交通工具等领域的绝热保温。由于传染病毒出现经冷链外普通物流输入境外病毒的案例,使得开发高性能玻璃纤维绝热芯材不仅需要具有非常低的导热系数,同时还需要具备有抗菌杀菌的复合功能,对于应用在冷链物流的集装箱显得十分重要。



技术实现要素:

本发明地目的是为了改进现有技术的不足而提供一种光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材及其制备方法,以解决现有技术超细玻璃纤维棉制备出隔热芯材导热系数不够低,隔热效果不好,且不同时具备抗菌杀菌功能的问题。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材,所述干法热压复合芯材按质量分数包含以下组成:超细玻璃纤维棉84.5~95wt%,光催化纳米颗粒5~15wt%和偶联剂0.5~2.5wt%,其中,光催化纳米颗粒包括光催化纳米颗粒a和光催化纳米颗粒b两种。

进一步的,所述超细玻璃纤维棉的平均纤维直径为2~3.4μm,纤维长径比控制在500~3550,孔隙率≥88%,抗拉强度≥8n/cm2,渣球含量≤0.1%,导热系数≤32mw/(m·k)。

进一步的,所述光催化纳米颗粒a为氧化锌、氧化钛、二氧化锆或氧化钨中的一种或几种,颗粒平均直径为55~90nm。

进一步的,所述光催化纳米颗粒b为石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯或石墨烯量子点中的一种或几种,颗粒平均直径为150-200nm。

光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材的制备方法,包括如下步骤:

步骤1,根据干法热压芯材中超细玻璃纤维棉成分组成,选取适量的废平板玻璃、石英砂、纯碱、钾长石、钠长石、方解石、硼砂、白云石和碳酸钡均匀混合并熔炼成无杂质透明的玻璃液,然后将玻璃液流入高速旋转的离心盘中甩出超细玻璃纤维,再将混合有光催化纳米颗粒a和偶联剂的分散液均匀雾化喷洒于每一根超细玻璃纤维表面,最后通过负压引风吸到集棉机内形成复合超细玻璃纤维棉;

步骤2,将步骤1中的复合超细玻璃纤维棉浸渍在4mg/ml的光催化纳米颗粒b的离子水分散液中超声5min,浸渍重复三次;

步骤3,将步骤2中的浸渍过光催化纳米颗粒b的复合超细玻璃纤维棉在温度为600~680℃的动态热压机内热压3~10min,得到光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材。

进一步的,所述步骤1中窑炉煅烧温度为1470±10℃,流入离心盘玻璃液温度985±10℃。

进一步的,所述步骤1中离心机转速2500~3800rpm,超细玻璃纤维棉产量控制在300~455kg/h。

进一步的,所述步骤1中均匀雾化喷洒的喷射压力控制在4~7.5mpa,喷射流量控制在300~355kg/h。

进一步的,所述步骤1中负压引风频率控制在46~50hz,复合超细玻璃纤维棉平均下速度控制在15~23m/s。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

光触媒纳米颗粒利用光催化机理具有良好的杀菌能力,同时利用纳米颗粒原位粘结生长工艺中紧密包覆在纤维表面,在纤维网络中引入多级孔隙结构,进而提高复合纤维芯材孔隙率、降低其导热系数,实现光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材不仅具有杀菌作用,而且具有优异的隔热性能。

本发明首先将含有光催化纳米颗粒a和偶联剂的分散液均匀雾化喷洒于离心法制备出的每一根超细玻璃纤维表面形成复合超细玻璃纤维棉,然后再将复合超细玻璃纤维棉浸渍于含有光催化纳米颗粒b和偶联剂的分散液中,使得光催化纳米颗粒进一步均匀分布于超细玻璃纤维棉纤维表面和纤维孔隙之间,最后在热压机内进行干法热压使得复合玻璃纤维棉和光催化纳米颗粒有机结合在一起形成复合芯材。本发明将纳米光催化颗粒先后以雾化喷洒和浸渍的形式分散附着在超细玻璃纤维表面和纤维孔隙之间,可以保证光催化纳米颗粒原位粘结生长在每一根纤维表面,进而在三维纤维网状结构引入多级纳米孔隙结构,进而可以有效提高复合玻璃纤维棉的孔隙率和光催化纳米颗粒的负载量,最终使得制备出的干法热压复合芯材在具有光催化杀菌功效的同时,进一步降低其导热系数低。

附图说明:

图1为实施例2制得的光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材放大2040倍显微组织图。

图2为图1中局部光催化纳米颗粒原位粘结生长后多级纳米孔隙结构的50000倍显微组织图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明技术方案做进一步详细描述,所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明采用的超细玻璃纤维棉按质量百分比计,包含以下组分:sio2:62.5~68wt%,na2o:11~16wt%,k2o:1~3.5wt%,cao:2~4wt%,al2o3:4~8.5wt%,mgo:3~6.5wt%,b2o3:3~9wt%,fe2o3+bao:0.5~2.5wt%。

实施例1

选取组分为sio2:63.5wt%,na2o:12wt%,k2o:3wt%,cao:3wt%,al2o3:6wt%,mgo:6wt%,b2o3:5wt%,fe2o3+bao:1.5wt%的废平板玻璃和矿石原料作为原料,然后将选取制备超细玻璃纤维的原料混合均匀后投入到1470℃的窑炉中高温熔融成透明均匀的玻璃液,然后熔融均匀的玻璃液流入温度为985℃的离心机中,离心机的转速控制在3000rpm,使得超细玻璃纤维棉产量控制在355kg/h。将混合有含量1wt%kh560硅烷偶联剂和颗粒平均直径75nm的氧化锌光催化纳米颗粒的分散液均匀雾化喷洒于离心法制出的每一根超细玻璃纤维表面,其中射压力控制在5mpa,喷射流量控制在325kg/h;然后通过48hz的负压引风频率将复合超细玻璃纤维棉吸到集棉机内,复合超细玻璃纤维棉平均下速度控制在20m/s。然后将制得的复合超细玻璃纤维棉浸渍在4mg/ml颗粒平均直径160nm的光催化纳米颗粒石墨烯的离子水分散液中超声5min,浸渍重复三次。最后将浸渍过光催化纳米颗粒的复合超细玻璃纤维棉在温度为630℃的动态热压机内热压5min,最终制备出的光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材中超细玻璃纤维棉的平均纤维直径为3μm,纤维长径比在2500,孔隙率为94%,抗拉强度10n/cm2,渣球含量≤0.1%,光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材的光催化降解性能达到在可见光的条件下30min降解96%的10mg/l的罗丹明b溶液;导热系数为30mw/(m·k)。

实施例2

选取组分为sio2:65wt%,na2o:12wt%,k2o:2.5wt%,cao:3wt%,al2o3:5.5wt%,mgo:6wt%,b2o3:4.5wt%,fe2o3+bao:1.5wt%的废平板玻璃和矿石原料作为原料,然后将选取制备超细玻璃纤维的原料混合均匀后投入到1480℃的窑炉中高温熔融成透明均匀的玻璃液,然后熔融均匀的玻璃液流入温度为990℃的离心机中,离心机的转速控制在3200rpm,使得超细玻璃纤维棉产量控制在400kg/h。将混合有含量1.5wt%kh560硅烷偶联剂和颗粒平均直径80nm的氧化锌光催化纳米颗粒的分散液均匀雾化喷洒于离心法制出的每一根超细玻璃纤维表面,其中射压力控制在6mpa,喷射流量控制在355kg/h;然后通过49hz的负压引风频率将复合超细玻璃纤维棉吸到集棉机内,复合超细玻璃纤维棉平均下速度控制在22m/s。然后将制得的复合超细玻璃纤维棉浸渍在4mg/ml颗粒平均直径160nm的光催化纳米颗粒石墨烯的离子水分散液中超声5min,浸渍重复三次。最后将浸渍过光催化纳米颗粒的复合超细玻璃纤维棉在温度为650℃的动态热压机内热压4min,最终制备出的光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材中超细玻璃纤维棉的平均纤维直径为2.8μm,纤维长径比在3100,孔隙率为95%,抗拉强度11n/cm2,渣球含量≤0.1%,光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材的光催化降解性能达到在可见光的条件下30min降解97%的10mg/l的罗丹明b溶液;导热系数为28mw/(m·k)。

实施例3

选取组分为sio2:67wt%,na2o:10wt%,k2o:2wt%,cao:3.5wt%,al2o3:5.5wt%,mgo:6wt%,b2o3:5wt%,fe2o3+bao:1wt%的废平板玻璃和矿石原料作为原料,然后将选取制备超细玻璃纤维的原料混合均匀后投入到1480℃的窑炉中高温熔融成透明均匀的玻璃液,然后熔融均匀的玻璃液流入温度为995℃的离心机中,离心机的转速控制在3500rpm,使得超细玻璃纤维棉产量控制在450kg/h。将混合有含量1.5wt%三甲基氯硅烷偶联剂和颗粒平均直径60nm的氧化锌光催化纳米颗粒的分散液均匀雾化喷洒于离心法制出的每一根超细玻璃纤维表面,其中射压力控制在7mpa,喷射流量控制在355kg/h;然后通过50hz的负压引风频率将复合超细玻璃纤维棉吸到集棉机内,复合超细玻璃纤维棉平均下速度控制在23m/s。然后将制得的复合超细玻璃纤维棉浸渍在4mg/ml颗粒平均直径150nm的光催化纳米颗粒石墨烯的离子水分散液中超声5min,浸渍重复三次。最后将浸渍过光催化纳米颗粒的复合超细玻璃纤维棉在温度为670℃的动态热压机内热压4min,最终制备出的光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材中超细玻璃纤维棉的平均纤维直径为2.5μm,纤维长径比在3500,孔隙率为97%,抗拉强度12.5n/cm2,渣球含量≤0.1%,光催化玻璃纤维棉干法热压复合芯材的光催化降解性能达到在可见光的条件下25min降解97%的10mg/l的罗丹明b溶液;导热系数为26.5mw/(m·k)。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

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