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一种复合芯材真空绝热板及其制备方法

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28



技术领域

本发明涉及新型保温领域,具体涉及一种复合芯材真空绝热板及其制备方法。

背景技术

随着全球变暖以及全球性的能源危机愈演愈烈,节能和环保成为一个强烈的国际共识。据统计,目前建筑环境消耗的能源占全球总量的30-40%,其中,建筑空间供暖和制冷占全球能源消耗的10%以上。因此,建筑围护结构的质量在节能和环保等方面起着至关重要的作用,而具有高效隔热性能的材料成为减缓气候变化所需技术变革的重要组成部分。真空绝热板具有密度小,厚度薄,隔热性能好的特点,在使用过程中可以节约大量空间。但目前真空绝热板大规模应用的芯材主要是石油基材料,这些芯材的生产和处理,存在不可再生,对环境不友好等缺陷,因此开发一种对环境友好的可再生材料可以极大地提升真空绝热板的发展空间。

制浆造纸行业在生产过程中产生的主要废液是黑液,其成分主要包括木质素、纤维素、半纤维素等有机成分,造纸黑液的处理是制约该行业发展的难题。其中,碱法蒸煮制浆工艺使得纸浆原料中的木质素、脂肪等成分形成碱木质素和皂化物,他们具有较强的表面活性,在快速搅拌的过程中会产生较多泡沫。另外,通过酸析得到的黑液固形物具有颗粒小、比表面积大的特点,具有很好的吸附性能。而木棉纤维作为一种天然纤维,虽然具有较高的孔隙率,但孔径较大,且纤维表面具有一层蜡质,不容易在水中分散。因此,本专利通过在木棉纤维浆料中添加黑液固形物,提高木棉纤维在水中的分散效果,制备一种新型的复合板芯真空绝热材,并且可以增加造纸废液的高值化应用途径。

发明内容

本发明在于提供一种复合芯材真空绝热板及其制备方法,主要由黑液固形物和木棉纤维通过湿法造纸的方式制成纤维毡片,经干燥后制备而成。

本发明提供的一种复合芯材真空绝热板的制备方法,包括以下步骤:

(1)将木棉纤维进行粉碎;

(2)将造纸废液进行预处理,静置沉淀后得到浓缩液;

(3)将步骤(1)粉碎后的木棉纤维原料与步骤(2)所得浓缩液在水中混合分散,得到浆料;

(4)将充分混合后的浆料通过湿法造纸工艺制成纤维毡片,干燥后得到复合真空绝热板芯材;

(5)将制得的复合芯材装入阻隔袋,真空封装后得到复合芯材真空绝热板。

优选的,步骤(1)中所述木棉纤维粉碎后的纤维长度为0.5-5mm。

优选的,步骤(2)中所述造纸废液为碱法蒸煮工艺所得的黑液。

优选的,步骤(2)中所述预处理方式为酸析法,所用酸溶液为硫酸、盐酸或其他酸性水溶液;浓度为0.2~3mol/L。

优选的,步骤(2)预处理后造纸废液的pH值为2-5。

优选的,步骤(2)中所述固形物含量为经多次水洗沉淀后得到的浓缩液的固形物含量。

优选的,步骤(3)中所述的浆料的浓度为0.001-3.0%;所述浆料浓度是指步骤(1)粉碎后的木棉纤维原料与步骤(2)所得浓缩液中固形物在水中的总浓度。

优选的,步骤(3)中所述混合方式为机械搅拌,转速为1500-3000r/min。

优选的,步骤(4)中所述的复合芯材干燥温度为80-150℃,干燥时间为10-48h。

优选的,步骤(4)中所述的复合芯材中固形物含量为0.1-60wt%,优选为2~30wt%,更有选为1~20,进一步优选为2~10%。

优选的,步骤(5)中所述的阻隔袋为双面镀铝膜、阴阳膜、无铝膜中的一种。

优选的,步骤(5)中所述真空封装时的真空度为0-1.0Pa,抽真空时间为6-60min。

优选的,步骤(5)中所述复合芯材真空绝热板厚度为6-10mm,容重为0.08-0.20g/cm

一种复合芯材真空绝热板,通过上述方法制备得到。

本发明相对于现有技术,具有如下的优点及有益效果:

与现有技术相比,本发明以黑液固形物和木棉纤维为原料制备真空绝热板,不需要对木棉纤维进行处理,使黑液固形物充当表面活性剂,提升木棉纤维在水中的分散效果,同时还可以充当填充剂,减小木棉纤维芯材孔径以及VIP失真空后芯材的膨胀率。制备方法绿色环保,制得的芯材保温效果好,在真空绝热板领域具有很好的发展前景。

具体实施方式

1)先将原生木棉纤维经粉碎机粉碎,粒径在0.5-5mm。

2)将黑液用浓度为0.2-3.0mol/L的硫酸、盐酸或其他酸性水溶液进行酸析,处理后黑液pH值为2-5.

3)加入与步骤2)中黑液等体积的清水后静置48小时倒掉上层溶液,再次加入等体积清水静置24小时,重复该过程至浓缩液PH值为6-7,并计算此时浓缩液固含;

4)将粉碎后的纤维原料与不同体积的预处理黑液在水中充分混合,混合浆料的浓度为0.001-3.0%,混合方式为机械搅拌,转速为1500-3000r/min,时间为10-40min。

5)将混合后的浆料通过湿法造纸工艺制成纤维毡片,干燥后得到复合真空绝热板芯材,复合芯材中固形物含量为0.1-50%。

6)将得到的复合芯材装入阻隔袋中,真空封装后得到复合芯材真空绝热板,阻隔袋为双面镀铝膜、阴阳膜、无铝膜中的一种,真空度为0-1.0Pa,抽真空时间为6-60min。

为了更好地理解本发明,下面结合实施例对本发明做进一步地说明,但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1:

1)先将原生木棉纤维经粉碎机粉碎,粒径在0.5-5mm。

2)取黑液(造纸废液)2000ml,用浓度为1mol/L的硫酸水溶液进行酸析,处理后所得黑液pH值为4-5。

3)加入2000ml清水静置48小时倒掉上层溶液,再次加入2000ml清水静置24小时,浓缩液pH值为6-7,计算此时的浓缩液固形物含量为6.03%;

4)取5g粉碎后的纤维原料与100ml固形物含量为6.03%的浓缩黑液在600ml水中充分混合,搅拌机转速为2500r/min,时间为30min,浆料浓度为1.6wt%。

5)将混合后的浆料通过湿法造纸工艺制成纤维毡片,105℃干燥20h,得到的复合芯材毡片中黑液固形物含量为9.9%,剩余为木棉纤维。

6)将得到的复合芯材装入阴阳膜中,抽真空时间为20min,真空度为0.03Pa,得到复合芯材真空绝热板。

本实施例制备的复合芯材真空绝热板厚度为7.14mm,容重为0.113g/cm

实施例2:

1)先将原生木棉纤维经粉碎机粉碎,粒径在0.5-5mm。

2)取黑液2000ml,用浓度为2mol/L的硫酸水溶液进行酸析,处理后黑液PH值为5。

3)加入2000ml清水静置48小时倒掉上层溶液,再次加入2000ml清水静置24小时,浓缩液PH值为6-7,计算此时的浓缩液固形物含量为3.15%;

4)取5g粉碎后的纤维原料与200ml固形物含量为3.15%的浓缩黑液在1750ml水中充分混合,搅拌机转速为1800r/min,时间40min,浆料浓度为0.6wt%。

5)将混合后的浆料通过湿法造纸工艺制成纤维毡片,115℃干燥24h,得到的复合芯材毡片中固形物含量为5.8wt%,剩余为木棉纤维。

6)将得到的复合芯材装入阴阳膜中,抽真空时间为10min,真空度为0.05Pa,得到复合芯材真空绝热板。

本实施例制备的复合芯材真空绝热板厚度为7.13mm,容重为0.104g/cm

实施例3:

1)先将原生木棉纤维经粉碎机粉碎,粒径在0.5-5mm。

2)取黑液1000ml,用浓度为1mol/L的醋酸水溶液进行酸析,处理后黑液PH值为3-4。

3)加入1000ml清水静置48小时倒掉上层溶液,再次加入1000ml清水静置24小时,浓缩液PH值为6-7,计算此时的浓缩液固形物含量为5.23%;

4)取3g粉碎后的纤维原料与50ml固形物含量为5.23%的浓缩黑液在450ml水中充分混合,搅拌机转速为3000r/min,时间为30min,浆料浓度为1.1wt%。

5)将混合后的浆料通过湿法造纸工艺制成纤维毡片,105℃干燥15h,得到的复合芯材毡片中固形物含量为5.3%,剩余为木棉纤维。

6)将得到的复合芯材装入无铝膜中,抽真空时间为30min,真空度为0.02Pa,得到复合芯材真空绝热板。

本实施例制备的复合芯材真空绝热板厚度为7.89mm,容重为0.102g/cm3对所制得的真空绝热板采用双板法进行导热系数测试(设置冷板温度为15℃,热板温度为35℃),导热系数为0.0052mW·(m.K)

实施例4:

1)先将原生木棉纤维经粉碎机粉碎,粒径在0.5-5mm。

2)取黑液1800ml,用浓度为1.5mol/L的硫酸水溶液进行酸析,处理后黑液PH值为2-3。

3)加入1800ml清水静置48小时倒掉上层溶液,再次加入1800ml清水静置24小时,浓缩液PH值为6-7,计算此时的浓缩液固形物含量为5.83%;

4)取3g粉碎后的纤维原料与200ml固形物含量为5.83%的浓缩黑液在800ml水中充分混合,搅拌机转速为1500r/min,时间为35min,浆料浓度为1.5wt%。。

5)将混合后的浆料通过湿法造纸工艺制成纤维毡片,105℃干燥15h,得到的复合芯材毡片中固形物含量为8.3%,剩余为木棉纤维。

6)将得到的复合芯材装入无铝膜中,抽真空时间为35min,真空度为0.01Pa,得到复合芯材真空绝热板。

本实施例制备的复合芯材真空绝热板厚度为8.89mm,容重为0.112g/cm3对所制得的真空绝热板采用双板法进行导热系数测试(设置冷板温度为15℃,热板温度为35℃),导热系数为0.0063mW·(m.K)

实施例5:

1)先将原生木棉纤维经粉碎机粉碎,粒径在0.5-5mm。

2)取黑液800ml,用浓度为1.2mol/L的盐酸水溶液进行酸析,处理后黑液PH值为4-5。

3)加入800ml清水静置48小时倒掉上层溶液,再次加入800ml清水静置24小时,浓缩液PH值为6-7,计算此时的浓缩液固形物含量为3.12%;

4)取3g粉碎后的纤维原料与300ml固形物含量为3.12%的浓缩黑液在400ml水中充分混合,搅拌机转速为2000r/min,时间为20min。

5)将混合后的浆料通过湿法造纸工艺制成纤维毡片,105℃干燥15h,得到的复合芯材毡片中固形物含量为2.3%,剩余为木棉纤维。

6)将得到的复合芯材装入无铝膜中,抽真空时间为30min,真空度为0.01Pa,得到复合芯材真空绝热板。

本实施例制备的复合芯材真空绝热板厚度为8.19mm,容重为0.101g/cm3对所制得的真空绝热板采用双板法进行导热系数测试(设置冷板温度为15℃,热板温度为35℃),导热系数为0.0058mW·(m.K)

实施例6:

1)先将原生木棉纤维经粉碎机粉碎,粒径在0.5-5mm。

2)取黑液1500ml,用浓度为2mol/L的硫酸水溶液进行酸析,处理后黑液PH值为4-5。

3)加入1500ml清水静置48小时倒掉上层溶液,再次加入1500ml清水静置24小时,浓缩液PH值为6-7,计算此时的浓缩液固形物含量为6.12%;

4)取5g粉碎后的纤维原料与200ml固形物含量为6.12%的浓缩黑液在500ml水中充分混合,搅拌机转速为2000r/min,时间为20min。

5)将混合后的浆料通过湿法造纸工艺制成纤维毡片,105℃干燥24h,得到的复合芯材毡片中固形物含量为18.3%,剩余为木棉纤维。

6)将得到的复合芯材装入无铝膜中,抽真空时间为25min,真空度为0.03Pa,得到复合芯材真空绝热板。

本实施例制备的复合芯材真空绝热板厚度为8.19mm,容重为0.101g/cm3对所制得的真空绝热板采用双板法进行导热系数测试(设置冷板温度为15℃,热板温度为35℃),导热系数为0.0078mW·(m.K)

实施例7

本对比例与实施例3的不同之处在于,步骤(6)中抽真空时间为15min,所得复合芯材真空绝热板的导热系数为0.0096mW·(m.K)

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处在于不包含步骤(2)和(3),即步骤(4)中不添加浓缩黑液。所得真空绝热板的导热系数为0.092mW·(m.K)

对比例2

本对比例与实施例2的不同之处在于,步骤(5)中浓缩黑液的固形物含量为38%,所得复合芯材真空绝热板的导热系数为0.0126mW·(m.K)

对比例3

本对比例与实施例3的不同之处在于,步骤(6)中真空度为1.0Pa,所得复合芯材真空绝热板的导热系数为0.0147mW·(m.K)

技术分类

06120115637151