本發明涉及一種低導熱保溫材料、其制備方法及其應用，屬于保溫材料領域。

背景技術：

保溫材料一般是指導熱系數小于或等于0.2W/(m.K)的材料。保溫材料可收集多余熱量，適時平穩釋放，梯度變化小，有效降低損耗量，室溫可趨、冬季保溫均可起到平衡作用。隨著經濟的發展，保溫材料發展很快，在日用品、工業和建筑領域中采用良好的保溫技術與材料，往往可以起到事半功倍的效果。

目前，低導熱保溫材料正朝著高效、節能、薄層、隔熱、防水外護一體化方向發展，然而現有的低導熱保溫材料在導熱系數、成本、抗霉性、阻燃性、低密度等方面需要進一步提升。

技術實現要素：

本發明提供一種低導熱保溫材料、其制備方法及其應用，低導熱保溫材料具有優異的低密度、低導熱系數、抗霉性和阻燃性；制備方法具有生產工藝簡單易行、生產成本低、原料豐富且價廉、工藝穩定；低導熱保溫材料可以加工成片材、板材或填充體。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種低導熱保溫材料，其原料包括如下組分：

上述份數為質量份數。

本申請低導熱保溫材料各原料簡單易得、成本低廉，各物料之間協同效應顯著，使所得低導熱保溫材料在低密度、低導熱系數、抗霉性和阻燃性等方面提升顯著。

為了進一步保證產品的低密度、低導熱系數，同時更好的促進各組分之間的協同效應，秸稈粉所用原料為水稻秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈、木屑或樹枝中的至少一種，秸稈粉經100～200目篩網過篩。

為了利于秸稈粉在低溫冷凍狀態下形成晶體，醇為乙醇、異丙醇、乙二醇、丙二醇或丙三醇中的至少一種。

為了進一步利于秸稈粉在低溫冷凍狀態下形成晶體，酯為乙酸甲酯、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的至少一種。

為了提高產品的阻燃性能，同時促進各組分之間的協同效應，進而降低產品的密度和導熱系數，阻燃劑為聚磷酸銨、氫氧化鋁或氫氧化鎂中的至少一種；防霉劑為五氯酚鈉或苯甲酸鈉中的至少一種。

為了提高溶劑對秸稈粉內部的滲透作用，使秸稈粉在溶劑中充分溶脹和軟化，同時促進各物料之間的協同效應，降低產品的導熱系數，鹵化物為鹽酸、氯化鈉、氯化鉀、氯化銨、氯化鎂、氯化鈣、氫氟酸、氟化鈉或氟化鉀中的至少一種。

為了提高秸稈粉內部的孔隙率，同時促進各組分之間的協同效應，進而降低產品的密度和導熱系數，草酸鹽為草酸鈉、草酸鉀、草酸鈣、草酸鎂或草酸銨中的至少一種。

上述低導熱保溫材料的導熱系數為13～35mW/(m.k)

為了節約成本，同時保證產品的保溫性能，鹵化物為工業副產品；草酸鹽為工業副產品。

上述低導熱保溫材料的制備方法，包括順序相接的如下步驟：

(1)、將秸稈粉、醇、水和酯，在溫度為3～45℃、攪拌速度為85～120r/min的條件下，反應10～30min，得到混合料；

(2)、將步驟(1)所得混合料在溫度為-15～-80℃的條件下，冷凍0.5～5h，得到冷凍混合料；

(3)、將步驟(2)所得冷凍混合料粉碎后加入球磨機中，在筒體轉速為37～60r/min的條件下反應5～20min，過8000目篩網，得到冷凍混合料粉體；

(4)、將步驟(3)所得冷凍混合料粉體、原硅酸、阻燃劑、防霉劑、鹵化物和草酸鹽，在溫度為60～100℃、攪拌速度為70～100r/min的條件下反應0.5～2h，得到預處理料液；

(5)、將步驟(4)所得預處理料液在溫度為-30～-80℃的條件冷凍干燥0.5～2h，得到冷凍干燥混合料；

(6)、將步驟(5)所得冷凍干燥混合料粉碎后放入球磨機中，在筒體轉速為35～60r/min的條件下反應20～60min，得到冷凍干燥混合料粉體；

(7)、將步驟(6)所得冷凍干燥混合料粉體在溫度為-40～-70℃的條件冷凍干燥3～10h，然后再在溫度為90～150℃、壓力為-0.1～-5MPa的條件下減壓干燥2～5h，得到低導熱保溫材料。

步驟(2)所得為冷凍混合料為固體；步驟(4)所得預處理料為高溶度秸稈溶膠。

申請人經研究發現：上述冷凍工藝的目的可以使秸稈粉與溶劑一起形成晶體，便于球磨機對秸稈粉的粉碎及顆粒尺寸均勻性的控制，這樣一方面可以有效控制秸稈粉的顆粒粒徑，另一方面，可以提高秸稈粉在混合溶劑中的溶解度；冷凍干燥工藝可以減少秸稈粉內部微觀結構在干燥過程中的破壞，有效提高秸稈氣凝膠的孔隙率，從而降低其導熱系數；水、醇、酯可使秸稈粉在低溫冷凍狀態下形成晶體；原硅酸可以誘導秸稈粉由結晶相向非晶相轉變，這樣可以誘導和改善秸稈氣凝膠的結晶性，從而調控秸稈氣凝膠的導熱系數；鹵化物可以提高溶劑對秸稈粉內部的滲透作用，提高秸稈粉在混合溶劑中的溶脹度和溶解度，使秸稈粉在溶劑中充分溶脹和軟化，從而有效減少溶劑的使用量，并提高秸稈氣凝膠的產率；草酸鹽可以提高秸稈粉內部的孔隙率；且各原料之間協同效應顯著，使各種性能均有了非常顯著的提升。

將上述低導熱保溫材料在真空度為-0.03～3MPa的條件下抽真空，然后加工成片材、板材或填充體使用，抽真空后真空低導熱保溫材料的導熱系數為0.3～16mW/(m.k)。或將上述低導熱保溫材料直接加工成片材、板材或填充體。

本申請低導熱保溫材料可以做成片材、板材及填充體，可以放置于設備夾層及帶保溫物品表面，作為夾層的厚度優選為0.2mm～2cm。

本申請的低導熱保溫材料可以依據產品形狀設計成各種形狀，具有優異的可塑性及可設計性，可以應用于衣服、手套、圍巾的保暖，血液、生鮮的保冷，食品的保熱，設備的保溫及保冷，建筑的保暖等領域。

本發明未提及的技術均參照現有技術。

本發明低導熱保溫材料具有較低的導熱系數和密度低，抗霉性和阻燃性優異，原材料來源廣泛、成本低；生產工藝簡單易行、工藝穩定；秸稈粉在醇和酯的水溶液中分散后，在低溫冷凍條件下因水醇酯的結晶而形成晶體，球磨機對于晶體物質具有優異的研磨效果，可以有效控制晶體顆粒尺寸大小及均勻度，從而有利于控制秸稈粉的尺寸大小及均勻度；鹵化物小分子在水相中對秸稈粉具有優異的滲透性，而且可以提高醇酯在秸稈粉內部的滲透性，使秸稈粉在水醇酯體系中充分溶脹和軟化，有利于提高秸稈粉內部的孔隙率；原硅酸在醇水體系中分解生成的二氧化硅為無定形二氧化硅，無定形二氧化硅會誘導秸稈粉向非晶相轉變；冷凍干燥技術可以在干燥的過程中，保持秸稈粉內部的微觀結構不被破壞，可以有效的提高秸稈粉的軟化度和內部空隙率。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

一種低導熱保溫材料，其制備方法包括以下步驟：

(1)、將100份玉米秸稈粉、230份乙醇、90份水、50份乙酸乙酯添加至反應釜中，在反應溫度27℃，攪拌速度為95r/min條件下反應20min，得到混合料；

(2)、將混合料轉移到冷凍機中，控制溫度為-45℃條件冷凍3h，得到冷凍混合料；

(3)、將冷凍混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為50r/min反應15min，過8000目篩網，得到冷凍混合料粉體；

(4)、將470份冷凍混合料粉體、12份原硅酸、4份聚磷酸銨(廠家：云南天耀化工有限公司，型號：TY-1324)、3份苯甲酸鈉、21份氯化銨、10份草酸銨添加至反應釜中，控制溫度為80℃，攪拌速度為90r/min條件下反應1.5h，得到預處理料液；

(5)、將步驟(4)所得預處理料液轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-50℃條件冷凍干燥1.5h，得到冷凍干燥混合料；

(6)、將步驟(5)所得冷凍干燥混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為50r/min反應40min，得到冷凍干燥混合料粉體；

(7)、將步驟(6)所得冷凍干燥混合料粉體轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-60℃條件冷凍干燥5h，轉移至130℃，-1.2MPa壓力下減壓干燥3h，得到低導熱保溫材料。

實施例2

一種低導熱保溫材料，其制備方法包括以下步驟：

(1)、將100份小麥秸稈粉、180份異丙醇、70份水、30份乙酸丁酯添加至反應釜中，在反應溫度3℃，攪拌速度為85r/min條件下反應10min，得到混合料；

(2)、將混合料轉移到冷凍機中，控制溫度為-15℃條件冷凍5h，得到冷凍混合料；

(3)、將冷凍混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為37r/min反應20min，過8000目篩網，得到冷凍混合料粉體；

(4)、將380份冷凍混合料粉體、8份原硅酸、2份氫氧化鎂、1份苯甲酸鈉、10份鹽酸、3份草酸鉀添加至反應釜中，控制溫度為60℃，攪拌速度為100r/min條件下反應2h，得到預處理料液；

(5)、將步驟(4)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-30℃條件冷凍干燥2h，得到冷凍干燥混合料；

(6)、將步驟(5)所得冷凍干燥混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為35r/min反應60min，得到冷凍干燥混合料粉體；

(7)、將步驟(6)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-40℃條件冷凍干燥10h，轉移至90℃，-5MPa壓力下減壓干燥5h，得到低導熱保溫材料。

實施例3

一種低導熱保溫材料，其制備方法包括以下步驟：

(1)、將100份樹枝粉、300份乙醇、150份水、90份乙酸乙酯添加至反應釜中，在反應溫度45℃，攪拌速度為120r/min條件下反應10min，得到混合料；

(2)、將混合料轉移到冷凍機中，控制溫度為-80℃條件冷凍0.5h，得到冷凍混合料；

(3)、將冷凍混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為60r/min反應5min，過8000目篩網，得到冷凍混合料粉體；

(4)、將640份冷凍混合料粉體、23份原硅酸、5份氫氧化鎂、3份五氯酚鈉(廠家：廣州市三昌化工有限公司)、30份氯化銨、13份草酸銨添加至反應釜中，控制溫度為100℃，攪拌速度為100r/min條件下反應0.5h，得到預處理料液；

(5)、將步驟(4)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-80℃條件冷凍干燥0.5h，得到冷凍干燥混合料；

(6)、將步驟(5)所得冷凍干燥混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為60r/min反應20min，得到冷凍干燥混合料粉體；

(7)、將步驟(6)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-70℃條件冷凍干燥10h，轉移至150℃，-0.1MPa壓力下減壓干燥2h，得到低導熱保溫材料。

實施例4

一種低導熱保溫材料，其制備方法包括以下步驟：

(1)、將100份木屑、200份丙二醇、100份水、40份乙酸丁酯添加至反應釜中，在反應溫度15℃，攪拌速度為100r/min條件下反應17min，得到混合料；

(2)、將混合料轉移到冷凍機中，控制溫度為-20℃條件冷凍4h，得到冷凍混合料；

(3)、將冷凍混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為50r/min反應12min，過8000目篩網，得到冷凍混合料粉體；

(4)、將440份冷凍混合料粉體、9份原硅酸、4份聚磷酸銨(廠家：云南天耀化工有限公司，型號：TY-1324)、2份五氯酚鈉(廠家：廣州市三昌化工有限公司)、17份氯化鉀、8份草酸鉀添加至反應釜中，控制溫度為70℃，攪拌速度為90r/min條件下反應1.3h，得到預處理料液；

(5)、將步驟(4)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-50℃條件冷凍干燥1h，得到冷凍干燥混合料；

(6)、將步驟(5)所得冷凍干燥混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為40r/min反應30min，得到冷凍干燥混合料粉體；

(7)、將步驟(6)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-50℃條件冷凍干燥6h，轉移至100℃，-4.5MPa壓力下減壓干燥3h，得到低導熱保溫材料。

實施例5

一種低導熱保溫材料，其制備方法包括以下步驟：

(1)、將100份小麥秸稈粉、230份異丙醇、130份水、60份乙酸甲酯添加至反應釜中，在反應溫度35℃，攪拌速度為110r/min條件下反應24min，得到混合料；

(2)、將混合料轉移到冷凍機中，控制溫度為-45℃條件冷凍3h，得到冷凍混合料；

(3)、將冷凍混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為45r/min反應11min，過8000目篩網，得到冷凍混合料粉體；

(4)、將520份冷凍混合料粉體、20份原硅酸、3份氫氧化鋁、1份苯甲酸鈉、16份氯化鈣、9份草酸鎂添加至反應釜中，控制溫度為85℃，攪拌速度為85r/min條件下反應1.2h，得到預處理料液；

(5)、將步驟(4)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-35℃條件冷凍干燥1.8h，得到冷凍干燥混合料；

(6)、將步驟(5)所得冷凍干燥混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為53r/min反應35min，得到冷凍干燥混合料粉體；

(7)、將步驟(6)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-55℃條件冷凍干燥5h，轉移至120℃，-1.7MPa壓力下減壓干燥4h，得到低導熱保溫材料。

實施例6

一種低導熱保溫材料，其制備方法包括以下步驟：

(1)、將100份玉米秸稈粉、280份丙二醇、130份水、80份乙酸乙酯添加至反應釜中，在反應溫度40℃，攪拌速度為105r/min條件下反應25min，得到混合料；

(2)、將混合料轉移到冷凍機中，控制溫度為-60℃條件冷凍1h，得到冷凍混合料；

(3)、將冷凍混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為50r/min反應17min，過8000目篩網，得到冷凍混合料粉體；

(4)、將590份冷凍混合料粉體、11份原硅酸、4份聚磷酸銨(廠家：云南天耀化工有限公司，型號：TY-1324)、3份五氯酚鈉(廠家：廣州市三昌化工有限公司)、27份氫氟酸、11份草酸鎂添加至反應釜中，控制溫度為70℃，攪拌速度為95r/min條件下反應1.4h，得到預處理料液；

(5)、將步驟(4)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-70℃條件冷凍干燥1.5h，得到冷凍干燥混合料；

(6)、將步驟(5)所得冷凍干燥混合料粉碎后放入球磨機中，筒體轉速為50r/min反應50min，得到冷凍干燥混合料粉體；

(7)、將步驟(6)所得物料轉移到冷凍干燥機中，控制溫度為-60℃條件冷凍干燥4h，轉移至100℃，-3MPa壓力下減壓干燥4h，得到低導熱保溫材料。

對比例1

本對例中，制備工藝中不經過冷凍處理和冷凍干燥工藝(也即省去步驟(2)、步驟(5)和步驟(7))，直接選用球磨機對秸稈粉處理，其它組分與制備方法與實施例1相同。

對比例2

本對比例中，制備工藝中選用電加熱150℃干燥3h替代實施例1中的冷凍干燥(也即代替步驟(2)、步驟(5)和步驟(7)中的冷凍干燥)，其它組分與制備方法與實施例1相同。

對實施例1～6和對比例1～2制得的低導熱保溫材料的導熱系數、防霉性、阻燃等性能進行測試，測試方法如下，測試結果見下表1。

(1)導熱系數

按IS 9490-1980/Amd 1-2002測試標準進行測試；

(2)氧指數

按GB/T2406.2-2009/ISO4589-2:1996標準進行測試；

(3)防霉性能

按GB/T 4768-2008標準進行測試；

(4)密度

按GB/T 4472-2011標準進行測試。

表1實施例1～6和對比例1～2制得的低導熱保溫材料的性能測定

由上表1可知，本發明各實施例制備得到的低導熱保溫材料的導熱系數較低，這表明以本發明提供的原料制備得到的低導熱保溫材料具有較好的保溫性能；相比之下，各對照例的原料制備得到的低導熱保溫材料的保溫性能較差。另外，本發明各實施例制備得到的低導熱保溫材料具有較好的防霉、阻燃和低密度性能。