一种木棉纤维真空绝热板芯材及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种木棉纤维真空绝热板芯材及其制备方法与应用 (Kapok fiber vacuum insulation panel core material and preparation method and application thereof ) 是由 徐峻 孙乾乾 李军 王斌 陈克复 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及新型生物基保温材料领域,公布了一种木棉纤维真空绝热板芯材制备方法,所述芯材由木棉纤维片层叠而成。具体制备步骤如下：将原生木棉纤维粉碎,然后对粉碎后的木棉纤维进行预处理；将预处理后的干燥木棉纤维在水中分散,通过抄造、抽滤等方法制成纤维片,再次干燥后,得到木棉纤维基真空绝热板芯材。本发明所用原料为天然植物纤维,绿色环保,自然条件下可生物降解,生产过程对人体无害,同时还可以增加木棉纤维的高值化应用途径,由该芯材制备的真空绝热板密度小、厚度薄、导热系数低。(The invention relates to the field of novel bio-based heat insulation materials, and discloses a preparation method of a kapok fiber vacuum heat insulation panel core material. The preparation method comprises the following specific steps: pulverizing the original kapok fiber, and then pretreating the pulverized kapok fiber; dispersing the pretreated dry kapok fiber in water, making into fiber sheets by methods of papermaking, suction filtration and the like, and drying again to obtain the kapok fiber-based vacuum insulation panel core material. The raw materials used by the invention are natural plant fibers, are green and environment-friendly, can be biologically degraded under natural conditions, are harmless to human bodies in the production process, and can increase the high-value application approach of the kapok fibers.)
技术领域
本发明涉及新型生物基保温材料领域，具体涉及一种木棉纤维真空绝热板芯材及其制备方法与应用。
背景技术
随着社会经济的高速增长，人们对居住环境的舒适度追求越来越高，我国在采暖制冷方面的能耗逐年上升，另外，电子商务、快递、外卖等行业的高速发展，对于食品保鲜、冷链运输等方面的要求也越来越高，对高性能保温节能材料的需求非常迫切。
真空绝热板(Vacuum Insulation Panel,简称VIP)主要由芯材、吸气剂、阻隔膜三部分组成，是一种具有超低导热系数的新型保温材料，与传统保温材料相比，其保温效果可以达到传统保温材料的3-8倍，在使用过程中可以节约大量空间。目前真空绝热板大规模应用的芯材主要有玻璃纤维、气凝胶、二氧化硅、聚氨酯泡沫等，但这些芯材存在生产环境恶劣，危害人体健康，生产成本高，对环境不友好等缺陷。近年来很多研究学者致力于寻找一种保温效果好、绿色健康、可再生的生物质材料。
授权号为CN 108869951 B的专利公开了一种低密度木纤维真空绝热板的制备方法，该方法是以木纤维为芯材，通过热压成型的方式制备，由于不使用胶粘剂，芯材强度不好，在进行封装转移的过程中容易发生溃散。
授权号为CN 107606396 B的专利公开的一种真空绝热板，将竹纤维与一定比例的玻璃纤维混合，利用湿法造纸成型工艺制备的竹纤维真空绝热板保温性能尚可，但仍需添加较多的玻璃纤维，密度较大。
发明内容
本发明在于提供一种木棉纤维真空绝热板芯材的制备方法，主要由木棉纤维通过发泡成型的方式制成纤维片，经干燥后层叠制备而成。
本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的木棉纤维真空绝热板芯材。
本发明再一目的在于提供所得木棉纤维真空绝热板芯材在保温领域中的应用。
本发明提供的一种木棉纤维真空绝热板芯材的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将原生木棉纤维使用浸渍液处理；
(2)发泡：将预处理后的纤维原料干燥后在水中充分分散，得到纤维浆料，然后与PVA溶液混合进行发泡；
(3)成型：将发泡后的纤维浆料通过上网抄造成型，再经消泡后制成纤维片，干燥后多层叠加得到木棉纤维真空绝热板芯材。
优选的，步骤(1)在浸渍液中处理前，先将原生木棉纤维进行粉碎。更优选的，粉碎后的原生木棉纤维长度<3mm，优选为0.8-2mm。
优选的，步骤(1)中浸渍液为碱性水溶液，优选为氢氧化钾、氢氧化钠等中的至少一种，更优选的，所述浸渍液的质量浓度为0.1％-1.0％，
优选的，步骤(1)所述使用浸渍液处理具体为将原生木棉纤维在浸渍液中浸泡，浸泡时间为0.5-72h；更优选为4～24h。
优选的，步骤(2)所述干燥的温度为80-120℃，干燥时间为0.5-8h。
优选的，步骤(2)中所述纤维浆料的质量浓度为0.1-3％，所述PVA溶液的质量浓度为0-1.0％，不为0；所述PVA溶液与纤维浆料的体积比为1:1-1:9。
优选的，步骤(2)所述发泡方式为机械搅拌，转速为1600-2000r/min，时间为10-60min。
优选的，步骤(3)中消泡方式为真空消泡，真空度不高于1KPa，时间2-5min。
一种木棉纤维真空绝热板芯材，通过上述方法制备得到。
所述木棉纤维真空绝热板芯材在保温领域中的应用。
与现有真空绝热板芯材相比，本发明以木棉纤维为原料制备得到的真空绝热板芯材，绿色环保，可再生，自然条件下可生物质降解，生产过程对人体无害，由其制得的真空绝热板导热系数低，厚度为5-8mm，容重为0.05-0.14g/cm3，在真空绝热板在保温领域具有很好的应用前景。
说明书附图
图1为木棉纤维真空绝热板芯材结构示意图；其中10-木棉纤维片，20-单根木棉纤维；
具体实施方式
1)先将原生木棉纤维经粉碎机粉碎，最优选纤维长度在0.8-2mm的原料。
2)将粉碎后的纤维原料用质量浓度0.1％-1.0％的氢氧化钾或其他碱性水溶液进行浸渍预处理0.5-72小时；
3)将预处理后的木棉纤维放入干燥箱，80-120℃干燥，烘干时间为0.5-8h；
4)将干燥后的纤维原料在水中充分分散后，所得纤维浓度为0.1-3％的纤维浆料倒入浓度为0-1.0wt％的PVA水溶液中进行发泡，PVA溶液与纤维浆料的体积比为1:1-1:9，发泡方式为机械搅拌，转速为1600-2000r/min，时间为10-60min；
5)将充分发泡后的泡沫浆料上网抄造成型，通过真空消泡，真空度不高于1KPa，时间为2-5min，制成纤维片，干燥温度为105-180℃，烘干时间为0.5-24h，干燥后多层叠加得到真空绝热板芯材。
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)将原生木棉纤维经粉碎机粉碎，纤维长度在0.8mm-2mm之间；
(2)将干燥后的木棉纤维原料用质量浓度0.25％的氢氧化钠水溶液进行浸渍预处理8小时；
(3)将预处理后的木棉纤维放入干燥箱，105℃干燥6h；
(4)称取2.0g干燥后的木棉纤维原料，在800ml水中充分分散后，倒入200ml质量浓度为0.25％的PVA发泡液中进行发泡，然后将充分发泡后的纤维材料上网抄造成型，通过真空消泡制成片重约为1.5-1.7g的纤维片，168℃干燥1h，将该纤维片层叠放置10层，得到真空绝热板芯材。
本实施例制备的木棉纤维芯材导热系数为0.041W·(m.K)-1，木棉纤维真空绝热板导热系数为0.0069mW·(m.K)-1，厚度为5.81mm，容重为0.115g/cm3。
实施例2：
(1)将原生木棉纤维经粉碎机粉碎，纤维长度在0.8mm-2mm之间；
(2)将干燥后的木棉纤维原料用质量浓度0.25％的氢氧化钾水溶液进行浸渍预处理12小时；
(3)将预处理后的木棉纤维用水洗涤干净后放入干燥箱，125℃干燥4h；
(4)称取1.0g干燥后的木棉纤维原料，在800ml水中充分分散后，倒入200ml质量浓度为0.5％的PVA发泡液中进行发泡，然后将充分发泡后的纤维材料上网抄造成型，通过真空消泡制成片重约为0.7-0.9g的纤维片，155℃干燥5h，将该纤维片层叠放置20层，得到真空绝热板芯材。
本实施例制备的木棉纤维芯材导热系数为0.039W·(m.K)-1，木棉纤维真空绝热板导热系数为0.0057mW·(m.K)-1，厚度为6.52mm，容重为0.102g/cm3。
实施例3：
(1)将原生木棉纤维经粉碎机粉碎，纤维长度在0.8mm-2mm之间；
(2)将干燥后的木棉纤维原料用质量浓度0.75％的氢氧化钠水溶液进行浸渍预处理4小时；
(3)将预处理后的木棉纤维放入干燥箱，128℃干燥1h；
(4)称取5.0g干燥后的木棉纤维原料，在400ml水中充分分散后，倒入100ml质量浓度为0.25％的PVA发泡液中进行发泡，然后将充分发泡后的纤维材料上网抄造成型，通过真空消泡制成片重约为4.2-4.8g的纤维片，136℃干燥6h，将该纤维片层叠放置4层，得到真空绝热板芯材。
本实施例制备的木棉纤维芯材导热系数为0.040W·(m.K)-1，木棉纤维真空绝热板导热系数为0.0068mW·(m.K)-1，厚度为7.8mm，容重为0.086g/cm3。
实施例4：
(1)将原生木棉纤维经粉碎机粉碎，纤维长度在0.8mm-2mm之间；
(2)将干燥后的木棉纤维原料用质量浓度0.25％的氢氧化钠水溶液进行浸渍预处理12小时；
(3)将预处理后的木棉纤维放入干燥箱，105℃干燥5h；
(4)称取5.0g干燥后的木棉纤维原料，在600ml水中充分分散后，倒入100ml质量浓度为0.5％的PVA发泡液中进行发泡，然后将充分发泡后的纤维材料上网抄造成型，通过真空消泡制成片重约为4.2-4.8g的纤维片，125℃干燥8h，将该纤维毡层叠放置4层，得到真空绝热板芯材。
本实施例制备的木棉纤维芯材导热系数为0.040W·(m.K)-1，木棉纤维真空绝热板导热系数为0.0054mW·(m.K)-1，厚度为6.2mm，容重为0.105g/cm3。
实施例5：
(1)将原生木棉纤维经粉碎机粉碎，纤维长度在0.8mm-2mm之间；
(2)将干燥后的木棉纤维原料用质量浓度0.25％的氢氧化钠水溶液进行浸渍预处理24小时；
(3)将预处理后的木棉纤维放入干燥箱，125℃干燥3h；
(4)称取2.0g干燥后的木棉纤维原料，在500ml水中充分分散后，倒入50ml质量浓度为0.25％的PVA发泡液中进行发泡，然后将充分发泡后的纤维材料上网抄造成型，通过真空消泡制成片重约为1.5-1.7g的纤维片，165℃干燥3h，将该纤维片层叠放置10层，得到真空绝热板芯材。
本实施例制备的木棉纤维芯材导热系数为0.036W·(m.K)-1，木棉纤维真空绝热板导热系数为0.0045mW·(m.K)-1，厚度为5.2mm，容重为0.119g/cm3。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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