具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

<隔热材料>

本发明的隔热材料可以为气凝胶隔热材料。隔热材料的导热系数较低。隔热材料的导热系数可以为3～7mW·m^-1·K^-1，优选地，隔热材料的导热系数为3.3～7mW·m^-1·K^-1，更优选地，隔热材料的导热系数为3.5～6.3mW·m^-1·K^-1。与现有技术的导热系数0.029W·m^-1·K^-1相比，本发明的隔热材料的导热系数更低。二者相差一个数量级。

本发明的隔热材料包括0.04～0.6重量份纳米纤维和0.03～0.15重量份聚芳醚酮。优选地，本发明的隔热材料包括0.05～0.4重量份纳米纤维和0.03～0.05重量份聚芳醚酮。更优选地，本发明的隔热材料包括0.07～0.4重量份纳米纤维和0.03～0.05重量份聚芳醚酮。纳米纤维为纤维素纳米纤维或氧化纤维素纳米纤维。这样有利于形成导热系数更低的隔热材料。在某些实施方案中，本发明的隔热材料由0.04～0.6重量份纳米纤维和0.03～0.15重量份聚芳醚酮组成。优选地，本发明的隔热材料由0.05～0.4重量份纳米纤维和0.03～0.05重量份聚芳醚酮组成。更优选地，本发明的隔热材料由0.07～0.4重量份纳米纤维和0.03～0.05重量份聚芳醚酮组成。

在本发明中，纤维素纳米纤维可以记为CNF。氧化纤维素纳米纤维可以记为TOCNF。

在本发明中，纤维素纳米纤维的结构可以如式(Ⅰ)所示：

式(Ⅰ)中，x为50～1000的自然数，优选地，x为80～700的自然数，更优选地，x为80～300的自然数。这样有利于形成导热系数更低的气凝胶隔热材料。

本发明的氧化纤维素纳米纤维的结构如式(Ⅱ)所示：

式(Ⅱ)中，y为50～1000的自然数；优选地，y为80～700的自然数，更优选地，y为80～300的自然数。

在某些实施方案中，聚芳醚酮的化学结构如式(III)所示：

式(III)中，R选自甲基、乙基、氰基、硝基或卤素中的一种。卤素为氟、氯、溴或碘。优选地，R选自甲基、乙基、氰基或卤素中的一种。更优选地，R选自甲基、乙基、氰基、氟或氯中的一种。

R¹选自氢、甲基、乙基、氰基、硝基或卤素中的一种。卤素为氟、氯、溴或碘。优选地，R¹选自氢、甲基、乙基、氰基或卤素中的一种。更优选地，R¹选自氢、甲基、乙基、氰基、氟或氯中的一种。

n和m均为1～1000的自然数；优选地，n和m均为2～600的自然数，更优选地，n和m均为2～300的自然数。

在另一些实施方案中，聚芳醚酮的结构如式(IV)所示：

式(IV)中，R’选自甲基、乙基、氰基、硝基或卤素中的一种。卤素为氟、氯、溴或碘。优选地，R’选自甲基、乙基、氰基或卤素中的一种。更优选地，R’选自甲基、乙基、氰基、氟或氯中的一种。R²选自氢、甲基、乙基、氰基、硝基或卤素中的一种。卤素为氟、氯、溴或碘。优选地，R²选自氢、甲基、乙基、氰基或卤素中的一种。更优选地，R²选自氢、甲基、乙基、氰基、氟或氯中的一种。

N和M均为1～1000的自然数。优选地，N和M均为2～600的自然数。更优选地，N和M均为2～300的自然数。

这样的聚芳醚酮有利于和纤维素纳米纤维相配合而形成具有较低的导热系数的气凝胶隔热材料。

<隔热材料的制备方法>

本发明还提供如上所述的隔热材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚芳醚酮溶于卤代烷烃中，得到聚芳醚酮溶液；

(2)将纳米纤维的分散液与聚芳醚酮溶液混合，得到乳液；然后将乳液采用液氮冷冻为固体，将所得固体冷冻干燥，得到隔热材料。

步骤(1)中，卤代烷烃的烷基可以为C1-C6烷基，优选为C1-C5烷基，更优选为C1-C3烷基。卤代烷烃的取代卤原子数可以为1-3个。卤原子可以为氯或溴。在某些实施方案中，卤代烷烃选自氯仿、二氯甲烷和二氯乙烷中的一种或多种。优选地，卤代烷烃选自氯仿、二氯甲烷和二氯乙烷中的一种。根据本发明的一个具体实施方式，本发明的卤代烷烃为1,2-二氯乙烷。这样有利于形成均匀分散的乳液，进而有利于形成导热系数较低的隔热材料。

聚芳醚酮的质量分数可以为0.9～10wt％，优选为1～5wt％，更优选为1～3.5wt％。

步骤(2)中，可以将纳米纤维的分散液加入至聚合物溶液中，使用匀浆机进行高速搅拌2～5min，搅拌速率为1000～1500rpm，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。

本发明的纳米纤维的分散液可以为商购，也可以自制。纳米纤维的分散液可以为纤维素纳米纤维(CNF)的分散液或氧化纤维素纳米纤维(TOCNF)的分散液。

在某些实施方案中，纳米纤维的分散液为纤维素纳米纤维的分散液。在另一些实施方案中，纳米纤维的分散液为氧化纤维素纳米纤维的分散液。纤维素纳米纤维的分散液或氧化纤维素纳米纤维的分散液均可以购于浙江金加浩绿色纳米材料股份有限公司。

在某些具体的实施方案中，纳米纤维的分散液为1～2wt％的纤维素纳米纤维的分散液，优选为1.6～1.73wt％的纤维素纳米纤维的分散液，更优选为1.65～1.70wt％的纤维素纳米纤维的分散液。

在另一些具体的实施方案中，纳米纤维的分散液为1～2wt％氧化纤维素纳米纤维的分散液，优选为1.4～1.7wt％氧化纤维素纳米纤维的分散液，更优选为1.5～1.6wt％氧化纤维素纳米纤维的分散液。

在本发明中，纳米纤维的分散液与卤代烷烃的体积比可以为1～5:1，优选为1～4.5:1，更优选为1～4:1。这样有利于形成Pickering乳液。

在本发明中，纤维素纳米纤维的直径可以为10～50nm，长度可以为1～10μm。氧化纤维素纳米纤维的直径可以为1～10nm，长度可以为0.1～2μm。这样有利于形成导热系数较低的气凝胶隔热材料。

在本发明中，氧化纤维素纳米纤维TOCNF可以为通过TEMPO氧化所得的氧化纤维素纳米纤维。其氧化工艺可以参照现有技术。

步骤(2)中，根据本发明的一个具体实施方式，将纳米纤维的分散液与聚芳醚酮溶液混合，得到乳液；将乳液置于容器中，将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中，向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体，将所述固体置于冷冻干燥器中，在-30～-60℃下干燥24～120h，得到隔热材料。

冷冻干燥的温度可以为-30～-60℃，优选为-40～-60℃，更优选为-45～-60℃。冷冻干燥的时间可以为24～120h，优选为56～96h，再优选为60～96h，更优选为70～90h。这样可以有利于保留纳米纤维素气凝胶的空间结构，使得隔热材料具有纳米孔结构，显著降低所得隔热材料的热导率。

<分析测试方法>

导热系数可有两种方法进行测试：激光热导率法和瞬态平面热源法，两者存在一定偏差，本发明采用激光热导率法进行分析测试。

导热系数：K＝α×ρ×Cp

导热系数K可由以上公式计算得到。导热系数又可以称为热传导系数。其中，α、ρ、Cp分别是隔热材料的热扩散率、密度以及比热容。热扩散率α用激光热导率测试仪器(LFA427,Netzsch)测定。密度ρ根据隔热材料的质量与体积计算得到。用测试仪器(TA DSC2A-00188R)得到隔热材料在25℃下的比热容Cp。

以下实施例和比较例中所用原料说明如下：

聚芳醚酮购于浙江帕尔科新材料有限公司；

纤维素纳米纤维(CNF)的分散液和氧化纤维素纳米纤维(TOCNF)的分散液均购于浙江金加浩绿色纳米材料股份有限公司。

实施例1

将0.04重量份的聚芳醚酮溶于3.94重量份的1,2-二氯乙烷中形成聚芳醚酮溶液。将5.02重量份的含有1.68wt％纤维素纳米纤维(CNF)的分散液加入上述聚芳醚酮溶液中，使用匀浆机高速搅拌3分钟，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。将所述乳液倒入容器。将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中。向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体。将所述固体置于冷冻干燥器中，在-50℃下干燥72h，得到纳米纤维素气凝胶隔热材料。所得隔热材料的导热系数为5.2mW·m^-1·K^-1。

实施例2

将0.04重量份的聚芳醚酮溶于3.94重量份的1,2-二氯乙烷中形成聚芳醚酮溶液。将10.03重量份的含有1.68wt％纤维素纳米纤维(CNF)的分散液加入上述聚芳醚酮溶液中，使用匀浆机高速搅拌3分钟，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。将所述乳液倒入容器。将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中。向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体。将所述固体置于冷冻干燥器中，在-50℃下干燥72h，得到纳米纤维素气凝胶隔热材料。所得隔热材料的导热系数为5.0mW·m^-1·K^-1。

实施例3

将0.04重量份的聚芳醚酮溶于3.94重量份的1,2-二氯乙烷中形成聚芳醚酮溶液。将15.02重量份的含有1.68wt％纤维素纳米纤维(CNF)的分散液加入上述聚芳醚酮溶液中，使用匀浆机高速搅拌3分钟，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。将所述乳液倒入容器。将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中。向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体。将所述固体置于冷冻干燥器中，在-50℃下干燥72h，得到纳米纤维素气凝胶隔热材料。所得隔热材料的导热系数为5.0mW·m^-1·K^-1。

实施例4

将0.04重量份的聚芳醚酮溶于3.94重量份的1,2-二氯乙烷中形成聚芳醚酮溶液。将20.01重量份的含有1.68wt％纤维素纳米纤维(CNF)的分散液加入上述聚芳醚酮溶液中，使用匀浆机高速搅拌3分钟，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。将所述乳液倒入容器。将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中。向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体。将所述固体置于冷冻干燥器中，在-50℃下干燥72h，得到纳米纤维素气凝胶隔热材料。所得隔热材料的导热系数为3.7mW·m^-1·K^-1。

实施例5

将0.12重量份的聚芳醚酮溶于3.94重量份的1,2-二氯乙烷中形成聚芳醚酮溶液。将10.02重量份的含有1.68wt％纤维素纳米纤维(CNF)的分散液加入上述聚芳醚酮溶液中，使用匀浆机高速搅拌3分钟，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。将所述乳液倒入容器。将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中。向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体。将所述固体置于冷冻干燥器中，在-50℃下干燥72h，得到纳米纤维素气凝胶隔热材料。所得隔热材料的导热系数为6.2mW·m^-1·K^-1。

实施例6

将0.04重量份的聚芳醚酮溶于3.94重量份的1,2-二氯乙烷中形成聚芳醚酮溶液。将10.05重量份的含有1.55wt％的氧化纤维素纳米纤维(TOCNF)的分散液加入上述聚芳醚酮溶液中，使用匀浆机高速搅拌3分钟，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。将所述乳液倒入容器。将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中。向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体。将所述固体置于冷冻干燥器中，在-50℃下干燥72h，得到纳米纤维素气凝胶隔热材料。所得隔热材料的导热系数为4.9mW·m^-1·K^-1。

比较例1

将0.28重量份的聚芳醚酮溶于3.94重量份的1,2-二氯乙烷中形成聚芳醚酮溶液。将10.01重量份的含有1.68wt％纤维素纳米纤维(CNF)的分散液加入上述聚芳醚酮溶液中，使用匀浆机高速搅拌3分钟，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。将所述乳液倒入容器。将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中。向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体。将所述固体置于冷冻干燥器中，在-50℃下干燥72h，得到纳米纤维素气凝胶隔热材料。所得隔热材料的导热系数为10.7mW·m^-1·K^-1。

比较例2

将0.01重量份的聚芳醚酮溶于3.94重量份的1,2-二氯乙烷中形成聚芳醚酮溶液。将5.02重量份的含有1.68wt％纤维素纳米纤维(CNF)的分散液加入上述聚芳醚酮溶液中，使用匀浆机高速搅拌3分钟，得到乳液，静置后无悬浮颗粒。将所述乳液倒入容器。将该容器置于铜条上，一起放入杜瓦瓶中。向杜瓦瓶中加入液氮，将上述乳液冷冻成固体。将所述固体置于冷冻干燥器中，在-50℃下干燥72h，得到纳米纤维素气凝胶隔热材料。所得隔热材料的导热系数为15mW·m^-1·K^-1。

由实施例1～5和比较例1～2可知，将CNF的用量控制在0.084～0.336重量份且聚芳醚酮的用量控制在0.04～0.12重量份，所得气凝胶隔热材料的导热系数非常低，因而具有很好的保温隔热性能。将CNF的用量控制在0.336重量份且聚芳醚酮的用量控制在0.04重量份，所得气凝胶隔热材料的导热系数更低，因而具有更好的保温隔热性能。比较例1的聚芳醚酮用量过高，导致所得气凝胶隔热材料的导热系数较高。比较例2的聚芳醚酮用量过低，导致所得气凝胶隔热材料的导热系数也增加。此外，实施例6表明，TOCNF也可以与聚芳醚酮形成隔热材料，且效果与CNF相当。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。