一种高性能隔热材料及其制备方法与流程

本发明涉及隔热材料技术领域，具体涉及一种高性能隔热材料及其制备方法。

背景技术：

发泡材料相对于非发泡的密实材料而言具有密度低，质量轻，比表面积大等优点。发泡材料按基体不同可分为陶瓷玻璃发泡材料、木材发泡材料、高分子发泡材料等，其中高分子发泡材料可以进一步分为塑料发泡材料和橡胶发泡材料等。

单一组分发泡材料仍存在诸多问题。例如：橡胶发泡材料虽然弹性好，但是挺性差、收缩率较大、长时间放置或使用后变形严重，而塑料发泡材料制品收缩虽小，但弹性差、压缩永久变形大。橡塑共混发泡材料充分结合了橡胶发泡材料和塑料发泡材料的优点，其制品具有传统橡胶、塑料无可比拟的弹性好、密度低、柔韧、收缩变形率小等优良性能，在航空航天、工业保温、保温服饰领域表现出广泛的应用前景。通过与高性能隔热材料进行复合，可提高橡塑共混发泡材料保温性能。但在研究中我们发现，未经疏水改性的气凝胶材料其结构在极性发泡基体中极易被破坏，而疏水改性的气凝胶材料与极性发泡基体相容性差，加入量受到严重影响，且发泡后材料的密度均一性较差。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明在第一方面提供了一种高性能隔热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)利用密炼机通过第一密炼将可发泡橡胶材料与可发泡树脂材料混炼均匀，得到第一密炼处理物料；

(2)向所述第一密炼处理物料加入硫化剂、促进剂、发泡剂、助发泡剂和防老剂并利用密炼机通过第二密炼将物料混炼均匀，得到第二密炼处理物料；

(3)利用开炼机对所述第二密炼处理物料进行第一薄通处理，得到第一薄通处理物料；

(4)向所述第一薄通处理物料加入无机纳米颗粒，然后利用密炼机通过第三密炼将物料混炼均匀，得到第三密炼处理物料；

(5)向所述第三密炼处理物料加入隔热材料，然后利用密炼机通过第四密炼将物料混炼均匀，得到第四密炼处理物料；

(6)利用开炼机对所述第四密炼处理物料进行第二薄通处理，得到第二薄通处理物料；

(7)对所述第二薄通处理物料进行模压发泡处理，得到所述高性能隔热材料。

本发明在第二方面提供了根据本发明第一方面所述的方法制得的高性能隔热材料；优选的是，优选的是，所述高性能隔热材料的密度为0.020g/cm³～0.070g/cm³；热导率为0.0200～0.0350w/(m·k)。

本发明提供了一种制备高性能隔热材料的方法。本发明有效实现功能组分尤其是疏水隔热材料在极性基体中的大比例添加，同时保证发泡均一性。本发明方法具有制备工艺简单、成本低廉等特点，并且通过本发明方法制备的隔热材料具有热导率低、结构和功能可控的特点，适合用于建筑和服装等技术领域的保温隔热用途。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的疏水气相二氧化硅功能复合橡塑共混发泡材料的扫描电镜(sem)照片。

图2为本发明实施例1所述的疏水气相二氧化硅功能复合橡塑共混发泡材料的扫描电镜(sem)局部放大照片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如上所述，本发明第一方面提供了一种高性能隔热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)利用密炼机通过第一密炼将可发泡橡胶材料与可发泡树脂材料混炼均匀，得到第一密炼处理物料；

(2)向所述第一密炼处理物料加入硫化剂、促进剂、发泡剂、助发泡剂和防老剂并利用密炼机通过第二密炼将物料混炼均匀，得到第二密炼处理物料；

(3)利用开炼机对所述第二密炼处理物料进行第一薄通处理，得到第一薄通处理物料；

(4)向所述第一薄通处理物料加入无机纳米颗粒，然后利用密炼机通过第三密炼将物料混炼均匀，得到第三密炼处理物料；

(5)向所述第三密炼处理物料加入隔热材料，然后利用密炼机通过第四密炼将物料混炼均匀，得到第四密炼处理物料；

(6)利用开炼机对所述第四密炼处理物料进行第二薄通处理，得到第二薄通处理物料；

(7)对所述第二薄通处理物料进行模压发泡处理，得到所述高性能隔热材料。

在一些优选的实施方式中，所述可发泡橡胶选自由天然橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶组成的组中的至少一种。

在另一些优选的实施方式中，所述可发泡树脂选自由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物组成的组中的至少一种。

在另一些优选的实施方式中，所述可发泡橡胶材料的加入量为1质量份至99质量份(例如为5、10、20、30、40、50、60、70、80、90或95质量份)，优选为30质量份至70质量份。

在另一些优选的实施方式中，所述可发泡树脂材料的加入量为1质量份至99质量份(例如为5、10、20、30、40、50、60、70、80、90或95质量份)，优选为30质量份至70质量份。

在另一些优选的实施方式中，所述硫化剂选自由硫磺、一氯化硫、硒、碲组成的组中的至少一种。

在另一些优选的实施方式中，所述促进剂选自由为2-硫醇基苯丙噻唑、二硫化二苯丙噻唑、一硫代四甲基秋兰姆、二硫代四甲基秋兰姆、三硫代四乙基秋兰姆、四硫代双五次甲基秋兰姆、n-环乙基-2-苯并噻唑次磺酰胺、n-氧二乙撑-2-苯并噻唑次磺酰胺、n-特丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二苯胍、二邻甲苯胍、三甲基二硫代氨基甲酸锌、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二丁基二硫代氨基甲酸锌组成的组中的至少一种。

在另一些优选的实施方式中，所述发泡剂选自由为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、n，n'-二亚硝基五次甲基四胺、偶氮二异丁腈组成的组中的至少一种。

在另一些优选的实施方式中，所述助发泡剂选自由氧化锌、氧化铅、尿素、硬脂酸锌组成的组中的至少一种。

在另一些优选的实施方式中，所述防老剂选自由为4，4-双(2，2-二甲基苄基)-二苯胺、二苯基-对苯二胺、n-苯基-n-异丙基-对苯二胺、对苯二胺、n-苯基-β-萘胺、n-苯基-α-苯胺、酮胺中的至少一种。

在另一些优选的实施方式中，所述硫化剂的加入量为0.1质量份～5质量份(例如为1、2、3、4或5质量份)，优选为0.1质量份～2质量份。

在另一些优选的实施方式中，所述促进剂的加入量为0.1～5质量份(例如为1、2、3、4或5质量份)，更优选为0.1～2质量份。

在另一些优选的实施方式中，所述发泡剂的加入量为0.1～40质量份(例如为1、5、10、20、30或40质量份)，优选为10～30质量份。

在另一些优选的实施方式中，所述助发泡剂的加入量为0.1～40质量份(例如为1、5、10、20、30或40质量份)，优选为10～30质量份。在另一些优选的实施方式中，所述防老剂的加入量为0.1～10质量份(例如为1、2、5或8质量份)，优选为0.1～5质量份。

在另一些优选的实施方式中，所述无机纳米颗粒选自由为硅、二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛中的至少一种；优选所述无机纳米颗粒的尺寸为10～500nm(例如为20、50、100、200、300或400nm)，更优选为10～200nm。

在另一些优选的实施方式中，所述隔热材料选自由疏水气凝胶和疏水气相二氧化硅组成的组中的至少一种。

在另一些优选的实施方式中，所述无机纳米颗粒为0.1质量份至20质量份(例如为1、5、10、15或20质量份)，优选为0.1质量份至10质量份。

在另一些优选的实施方式中，所述隔热材料的加入量为0.1～40质量份(例如为1、5、10、15、20、25、30、35或40质量份)，优选为15～25质量份。

在另一些优选的实施方式中，所述第一密炼在比所述可发泡树脂的分解温度低15℃至25℃(例如20℃)的温度进行。进一步优选的是，所述第一密炼的转子转速为10rpm～60rpm(例如20、30、40或50rpm)，优选为20rpm～40rpm。

在另一些可选的实施方式中，所述第一密炼的密炼温度为70℃～170℃(例如100、120、140或160℃)，优选为100℃～150℃，并且所述第一密炼的转子转速为10rpm～60rpm(例如20、30、40或50rpm)，优选为20rpm～40rpm。

在另一些优选的实施方式中，所述第二密炼、所述第三密炼和所述第四密炼独立地在60℃至90℃(例如70或80℃)，优选在70℃至80℃的温度下进行。

在另一些优选的实施方式中，所述第一密炼、所述第二密炼、所述第三密炼和所述第四密炼独立地采用10rpm～60rpm(例如20、30、40或50rpm)，优选为20rpm～40rpm的转子转速。

在另一些优选的实施方式中，所述第一薄通处理和所述第二薄通处理在50℃至70℃的温度进行；优选的是，所述第一薄通处理和所述第二薄通处理独立地处理1次至5次。

在另一些优选的实施方式中，所述模压温度为比所述发泡剂的分解温度高5℃至20℃，优选高5℃至10℃。在一些可选的实施方式中，所述模压温度为80℃～180℃(例如100、120、140或160℃)，优选为120℃～180℃。

在另一些优选的实施方式中，所述模压压力为5mpa～20mpa(例如10或15mpa)，优选为7mpa～10mpa。

本发明在第二方面提供了根据本发明第一方面所述的方法制得的高性能隔热材料；优选的是，所述高性能隔热材料的密度为0.020g/cm³～0.070g/cm³；热导率为0.0200～0.0350w/(m·k)。

本发明提供了一种高性能隔热材料的制备方法，该方法能够提高疏水改性隔热材料的添加量。不希望受到任何现有理论的限制，本发明之所以能够实现了疏水表面隔热材料在极性可发泡弹性体基体材料中的大比例添加，最终提高了疏水隔热材料的有效加入量，推测可能是因为所利用的无机纳米颗粒带来的pickering效应的缘故。本发明的制备过程简单且环境友好，所得到的隔热材料具有密度小、热导率低等优良特性，可广泛应用于航空航天、建筑和保温等技术领域。

实施例

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。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。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。

实施例1

取50份三元乙丙橡胶(作为可发泡橡胶)在80℃下利用密炼机塑炼2分钟，转子转速为20rpm，后加入50份聚乙烯(作为可发泡树脂)，利用密炼机混炼5分钟后加入2份硫磺(作为硫化剂)、0.5份四硫代双五次甲基秋兰姆(作为促进剂)、0.6份2-硫醇基苯丙噻唑(作为促进剂)、20份碳酸氢钠(作为发泡剂)、2份二苯基-对苯二胺(作为防老剂)，利用密炼机混炼5分钟后出料，开炼机薄通三次后得到可发泡弹性体基体材料(即第一可发泡弹性体)。

向上述可发泡弹性体基体材料中加入6份二氧化硅纳米颗粒(尺寸为10nm，下同)，80℃利用密炼机混炼十分钟后加入20份疏水气相二氧化硅颗粒，利用密炼机混炼十分钟后，得到疏水气相二氧化硅复合的可发泡橡塑共混材料(即第二可发泡弹性体)，再利用开炼机薄通三次。在130℃下模压发泡，压力为10mpa，得到疏水气相二氧化硅复合的橡塑共混发泡材料。

本实施例制备得到的气相二氧化硅复合的橡塑共混发泡材料的扫描电镜照片如图1所示。从图1中可以看出，本实施例制备得到的气相二氧化硅复合的橡塑共混发泡材料孔尺寸在100～200微米，通过局部放大照片(图2)可以看到气相二氧化硅在其中均匀分布。

实施例2

取30份丁苯橡胶在130℃下利用密炼机塑炼2分钟，转子转速为40rpm，后加入70份聚氯乙烯，混炼5分钟后出料，待设备冷却至80℃后加入1份一氯化硫、0.4份二硫化二苯丙噻唑、0.4份二硫代四甲基秋兰姆、25份偶氮二甲酰胺、8份氧化锌(作为助发泡剂)、2份4，4-双(2，2-二甲基苄基)-二苯胺，利用密炼机混炼5分钟后出料，开炼机薄通三次后得到可发泡弹性体基体材料。

向上述可发泡弹性体基体材料中加入5份硅纳米颗粒，颗粒粒径为50nm左右，80℃利用密炼机混炼十分钟后加入20份疏水二氧化硅气凝胶，利用密炼机混炼十分钟后，得到疏水二氧化硅气凝胶复合的可发泡橡塑共混材料，再利用开炼机薄通三次。在180℃下模压发泡，压力为10mpa，得到疏水二氧化硅气凝胶复合的橡塑共混发泡材料。

实施例3

取65份异戊橡胶在130℃下利用密炼机塑炼2分钟，转子转速为40rpm，后加入15份聚乙烯，20份苯乙烯，混炼5分钟后加入0.4份硫磺、0.5份三硫代硫代四甲基秋兰姆、20偶氮二甲酰胺、14份氧化锌、5份n-苯基-n-异丙基-对苯二胺，利用密炼机混炼5分钟后出料，开炼机薄通三次后得到可发泡弹性体基体材料。

向上述可发泡弹性体基体材料中加入5份二氧化钛纳米颗粒，尺寸为20nm，5份二氧化硅纳米，尺寸为10nm，80℃利用密炼机混炼十分钟后加入30份疏水气相二氧化硅颗粒，利用密炼机混炼十分钟后，得到疏水气相二氧化硅复合的可发泡橡塑共混材料，再利用开炼机薄通三次。在170℃下模压发泡，压力为10mpa，得到疏水气相二氧化硅复合的橡塑共混发泡材料。

实施例4

取20份丁腈橡胶在150℃下利用密炼机塑炼2分钟，转子转速为40rpm，后加入80份聚氯乙烯，混炼5分钟，待设备冷却至80摄氏度后加入0.5份硫磺、0.5份一氯化硫、2份2-硫醇基苯丙噻唑、20份偶氮二甲酰胺、10份氧化锌、2份二苯基-对苯二胺，利用密炼机混炼5分钟后出料，开炼机薄通三次后得到可发泡弹性体基体材料。

向上述可发泡弹性体基体材料中加入2份二氧化硅纳米颗粒，尺寸为10nm，80℃利用密炼机混炼十分钟后加入10份疏水二氧化硅气凝胶和20份疏水气相二氧化硅，利用密炼机混炼十分钟后，得到疏水二氧化硅气凝胶和疏水气相二氧化硅复合的可发泡橡塑共混材料，再利用开炼机薄通三次。在170℃下模压发泡，压力为10mpa，得到气凝胶和气相二氧化硅复合的橡塑共混发泡材料。

实施例5至10

除了表1所示的内容之外，采用与实施例1相同的方式进行。

对比例1

采用与实施例1基本相同的方式进行，不同之处在于，在进行完全相同的前序操作后，不添加作为无机纳米颗粒的二氧化硅，只是在80℃密炼十分钟后加入20份疏水气相二氧化硅颗粒，接着以完全相同的方式进行后续操作。

表2各实施例和对比例制得的材料的性能

注：

(1)材料密度均一性：对发泡后材料进行随机取样5次，采用电脑系统比重直读天平测试材料密度后求标准偏差；

(2)拉伸强度按gb/t528-2009测试。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。