CN120209384A 抗冷凝结冰膜材及其成型工艺

(10)申请公布号CN120209384A(71)申请人江苏维凯科技股份有限公司地址225400江苏省泰州市泰兴市城区工业园区龙河路9号(72)发明人李凯李维伟(74)专利代理机构泰州知汇腾专利代理事务所(普通合伙)32648专利代理师张阳(54)发明名称抗冷凝结冰膜材及其成型工艺本发明公开了抗冷凝结冰膜材及其成型工二氧化硅气凝胶颗粒、25～30份EVA基材、5～10份疏水改性剂、0.5～1份聚丙烯酸钠、5～8份纳米碳酸钙、3～5份氢氧化铝、0.5～1份硅烷偶联剂等原料。本发明通过二氧化硅气凝胶颗粒作为核心绝热材料，其多孔网络结构显著降低基膜导热系数实现被动绝热，形成真空阻隔效应，大幅降低热传导和对流，提高节能保温效果，延缓表面温度降至冰点以下，在低温环境下延迟结冰时间，降低结冰风险，通过含氟树脂的低表面能特性与纳米二氧化硅的微纳粗糙结构结合，形成仿21.抗冷凝结冰膜材，其特征在于，包括以下重量份的原料：30～50份二氧化硅气凝胶颗份氢氧化铝、0.5～1份硅烷偶联剂、10～20份粘结剂、8～12份含氟丙烯米二氧化硅颗粒和1～2份碳化硅纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的抗冷凝结冰膜材，其特征在于：所述疏水改性剂选用甲基三甲3.根据权利要求1所述的抗冷凝结冰膜材，其特征在于：所述粘结剂选用水性聚氨酯和水性丙烯酸酯中的任意一种。4.抗冷凝结冰膜材的成型工艺，其特征在于，使用权利要求1-3任一项所述的抗冷凝结I、将二氧化硅气凝胶颗粒加入5%的MTMS乙醇溶液中进行表面疏水改性，氮气保护下60℃超声分散30分钟，过滤后80℃真空干燥2小时获得疏水化气凝胶；Ⅱ、将精准称量好的原料加入高速搅拌机混合分散，以800-1200转/分钟搅拌1-1.5小Ⅲ、采用辊涂法将浆料涂覆于PET聚酯膜上，涂层厚度200-300μm,进行干燥固化后获得绝热基膜；IV、将含氟丙烯酸酯树脂、纳米二氧化硅颗粒与异氰酸酯交联剂混合，加入乙醇稀释至固含量15-20%,超声分散20分钟获得涂层液；V、采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面，涂层厚度10-15μm,低温固化形VI、按设定尺寸对成品膜材进行分切收卷并真空包装。5.根据权利要求4所述的抗冷凝结冰膜材的成型工艺，其特征在于，在步骤Ⅱ中，所述原料加入高速搅拌机混合分散包括以下步骤：6.根据权利要求4所述的抗冷凝结冰膜材的成型工艺，其特征在于，在步骤Ⅲ中，所述干燥固化采用分段固化：先在40-50℃预干燥30分钟去除溶剂，再升温至80-100℃固化2小时，形成具有多孔网络结构的绝热基膜。7.根据权利要求4所述的抗冷凝结冰膜材的成型工艺，其特征在于，在步骤V中，所述采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面包括以下步骤：B1、用乙醇/丙酮擦拭绝热基膜表面，去除油污和灰尘，60℃烘子活化处理3-5分钟；B2、将涂层液过400目筛网，滤除未分散颗粒，采用十字交叉喷涂法，先横向后纵向共2-B3、将涂层基材置于80℃烘箱中预固化1小时，再升至120℃固化2小时。3抗冷凝结冰膜材及其成型工艺技术领域[0001]本发明涉及复合膜材技术领域，具体为抗冷凝结冰膜材及其成型工艺。背景技术[0002]目前，在众多领域，结冰现象都带来了极为严重的困扰，随着极端气候频发及工业领域对低温环境防护需求的增加，开发兼具抗冷凝、防结冰、高效绝热的多功能膜材成为研究热点，传统技术主要依赖单一功能材料，存[0003]现有技术中，常规保温膜材通过多孔结构降低导热系数，但表面温度易受环境影响，当基材表面温度低于露点温度时，空气中的水蒸气易在表面凝结形成液滴，进一步引发结冰；冷凝水不仅导致保温性能下降，还会腐蚀基材、滋生霉菌，甚至在极端低温下结冰膨胀破坏结构。发明内容[0004]本发明的目的在于提供抗冷凝结冰膜材及其成型工艺，以解决上述背景技术提出的常规保温膜材通过多孔结构降低导热系数，但表面温度易受环境影响，当基材表面温度低于露点温度时，空气中的水蒸气易在表面凝结形成液滴，进一步引发结冰；冷凝水不仅导致保温性能下降，还会腐蚀基材、滋生霉菌，甚至在极端低温下结冰膨胀破坏结构的问题。[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：抗冷凝结冰膜材，包括以下重量份的原料：30～50份二氧化硅气凝胶颗粒、25～30份EVA基材、5～10份疏水改性剂、0.5～1份聚丙烯酸钠、5～8份纳米碳酸钙、3～5份氢氧化铝、0.5～1份硅烷~12份含氟丙烯酸酯树脂、3～5份纳米二氧化硅颗粒和1～2份碳化硅纳米颗粒。[0007]优选的，粘结剂选用水性聚氨酯和水性丙烯酸酯中的任意一种。I、将二氧化硅气凝胶颗粒加入5%的MTMS乙醇溶液中进行表面疏水改性，氮气保护下60℃超声分散30分钟，过滤后80℃真空干燥2小时获得疏水化气凝胶；Ⅱ、将精准称量好的原料加入高速搅拌机混合分散，以800-1200转/分钟搅拌1-Ⅲ、采用辊涂法将浆料涂覆于PET聚酯膜上，涂层厚度200-300μm,进行干燥固化后获得绝热基膜；IV、将含氟丙烯酸酯树脂、纳米二氧化硅颗粒与异氰酸酯交联剂混合，加入乙醇稀释至固含量15-20%,超声分散20分钟获得涂层液；V、采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面，涂层厚度10-15μm,低温固VI、按设定尺寸对成品膜材进行分切收卷并真空包装。4A1、将EVA颗粒、水性聚氨酯粘结剂、聚丙烯酸钠溶于乙醇，乙醇为固含量40%,60℃搅拌溶解；A2、加入纳米碳酸钙、氢氧化铝，800rpm搅拌20分钟；A3、加入疏水气凝胶、石墨烯，1200rpm高速分散40分钟。[0010]优选的，在步骤Ⅲ中，干燥固化采用分段固化：先在40-50℃预干燥30分钟去除溶剂，再升温至80-100℃固化2小时，形成具有多孔网络结构的绝热基膜。[0011]优选的，在步骤V中，采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面包括以下步骤：B1、用乙醇/丙酮擦拭绝热基膜表面，去除油污和灰尘，60℃烘干10分钟，然后进行等离子活化处理3-5分钟；B2、将涂层液过400目筛网，滤除未分散颗粒，采用十字交叉喷涂法，先横向后纵向共2-3遍，每遍间隔5分钟，湿膜厚度30-40μm;B3、将涂层基材置于80℃烘箱中预固化1小时，再升至120℃固化2小时。[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明中，通过二氧化硅气凝胶颗粒作为核心绝热材料，其多孔网络结构显著降低基膜导热系数实现被动绝热，形成真空阻隔效应，大幅降低热传导和对流，提高节能保温效果，延缓表面温度降至冰点以下，在低温环境下延迟结冰时间，降低结冰风险，配合含面，使得水滴快速滚落，减少冰核形成位点，提高本发明的抗冷凝结冰效果；2、本发明中，通过甲基三甲氧基硅烷对气凝胶表面改性，增强其疏水稳定性，避免孔隙吸水导致绝热失效，使得长期暴露于高湿度环境仍保持低冰粘附强度，通过纳米碳酸钙填充基膜孔隙，氢氧化铝作为阻燃剂，协同提升膜材机械强度和耐高温性，提升本发明的耐磨性，适应高磨损场景；3、本发明中，通过水性聚氨酯提供柔韧性，硅烷偶联剂增强填料与基材界面结合力，辅以等离子活化处理，使涂层剥离强度提升，使得本发明在极端温差下无分层、翘曲，进而提高寿命周期。具体实施方式[0013]下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范[0014]下面结合实施例对本发明作进一步的描述。[0015]实施例1:本实施例提供一种抗冷凝结冰膜材，包括以下重量份的原料：30份二氧化硅气凝胶颗粒、25份EVA基材、5份疏水改性剂、0.5份聚丙烯酸钠、5份纳米碳酸钙、3份氢氧化铝、0.5份硅烷偶联剂、10份粘结剂、8份含氟丙烯酸酯树脂、3份纳米二氧化硅颗粒和1份碳化硅纳米颗粒；其中，疏水改性剂选用甲基三甲氧基硅烷MTMS,粘结剂选用水性聚氨酯；一种抗冷凝结冰膜材的成型工艺，包括以下步骤：5步骤一、将二氧化硅气凝胶颗粒加入5%的MTMS乙醇溶液中进行表面疏水改性，氮气保护下60℃超声分散30分钟，过滤后80℃真空干燥2小时获得疏水化气凝胶；40%,60℃搅拌溶解，然后加入纳米碳酸钙、氢氧化铝，800rpm搅拌20分钟，最后加入疏水气步骤三、采用辊涂法将浆料涂覆于PET聚酯膜上，涂层厚度200-300μm,进行干燥固化后获得绝热基膜；其中，干燥固化采用分段固化：先在40-50℃预干燥30分钟去除溶剂，再升温至80-100℃固化2小时，形成具有多孔网络结构的绝热基膜；步骤四、将含氟丙烯酸酯树脂、纳米二氧化硅颗粒与异氰酸酯交联剂混合，加入乙醇稀释至固含量15-20%,超声分散20分钟获得涂层液；步骤五、采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面，涂层厚度10-15μm,低温固化形成超疏水表面，获得膜材成品；其中，采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面包括以下步骤：①用乙醇/丙酮擦拭绝热基膜表面，去除油污和灰尘，60℃烘干10分钟，然后进行等离子活化处理3-5分钟；②将涂层液过400目筛网，滤除未分散颗粒，采用十字交叉喷涂法，先横向后纵向③将涂层基材置于80℃烘箱中预固化1小时，再升至120℃固化2小时；步骤六、按设定尺寸对成品膜材进行分切收卷并真空包装。[0016]实施例2:本实施例提供一种抗冷凝结冰膜材，包括以下重量份的原料：35份二氧氧化铝、0.8份硅烷偶联剂、12份粘结剂、10份含氟丙烯酸酯树脂、4份纳米二氧化硅颗粒和1.5份碳化硅纳米颗粒；其中，疏水改性剂选用甲基三甲氧基硅烷MTMS,粘结剂选用水性聚氨酯；一种抗冷凝结冰膜材的成型工艺，包括以下步骤：步骤一、将二氧化硅气凝胶颗粒加入5%的MTMS乙醇溶液中进行表面疏水改性，氮气保护下60℃超声分散30分钟，过滤后80℃真空干燥2小时获得疏水化气凝胶；40%,60℃搅拌溶解，然后加入纳米碳酸钙、氢氧化铝，800rpm搅拌20分钟，最后加入疏水气步骤三、采用辊涂法将浆料涂覆于PET聚酯膜上，涂层厚度200-300μm,进行干燥固化后获得绝热基膜；其中，干燥固化采用分段固化：先在40-50℃预干燥30分钟去除溶剂，再升温至80-100℃固化2小时，形成具有多孔网络结构的绝热基膜；步骤四、将含氟丙烯酸酯树脂、纳米二氧化硅颗粒与异氰酸酯交联剂混合，加入乙醇稀释至固含量15-20%,超声分散20分钟获得涂层液；步骤五、采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面，涂层厚度10-15μm,低温固化形成超疏水表面，获得膜材成品；6其中，采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面包括以下步骤：①用乙醇/丙酮擦拭绝热基膜表面，去除油污和灰尘，60℃烘干10分钟，然后进行等离子活化处理3-5分钟；②将涂层液过400目筛网，滤除未分散颗粒，采用十字交叉喷涂法，先横向后纵向③将涂层基材置于80℃烘箱中预固化1小时，再升至120℃固化2小时；步骤六、按设定尺寸对成品膜材进行分切收卷并真空包装。[0017]实施例3:本实施例提供一种抗冷凝结冰膜材，包括以下重量份的原料：50份二氧化铝、1份硅烷偶联剂、20份粘结剂、12份含氟丙烯酸酯树脂、5份纳化硅纳米颗粒；其中，疏水改性剂选用甲基三甲氧基硅烷MTMS,粘结剂选用水性聚氨酯；一种抗冷凝结冰膜材的成型工艺，包括以下步骤：步骤一、将二氧化硅气凝胶颗粒加入5%的MTMS乙醇溶液中进行表面疏水改性，氮气保护下60℃超声分散30分钟，过滤后80℃真空干燥2小时获得疏水化气凝胶；40%,60℃搅拌溶解，然后加入纳米碳酸钙、氢氧化铝，800rpm搅拌20分钟，最后加入疏水气步骤三、采用辊涂法将浆料涂覆于PET聚酯膜上，涂层厚度200-300μm,进行干燥固化后获得绝热基膜；其中，干燥固化采用分段固化：先在40-50℃预干燥30分钟去除溶剂，再升温至80-100℃固化2小时，形成具有多孔网络结构的绝热基膜；步骤四、将含氟丙烯酸酯树脂、纳米二氧化硅颗粒与异氰酸酯交联剂混合，加入乙醇稀释至固含量15-20%,超声分散20分钟获得涂层液；步骤五、采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面，涂层厚度10-15μm,低温固化形成超疏水表面，获得膜材成品；其中，采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面包括以下步骤：①用乙醇/丙酮擦拭绝热基膜表面，去除油污和灰尘，60℃烘干10分钟，然后进行等离子活化处理3-5分钟；②将涂层液过400目筛网，滤除未分散颗粒，采用十字交叉喷涂法，先横向后纵向③将涂层基材置于80℃烘箱中预固化1小时，再升至120℃固化2小时；步骤六、按设定尺寸对成品膜材进行分切收卷并真空包装。[0018]实施例4:本实施例提供一种抗冷凝结冰膜材，包括以下重量份的原料：38份二氧氢氧化铝、0.5份硅烷偶联剂、13份粘结剂、9份含氟丙烯酸酯树脂、3.和1.2份碳化硅纳米颗粒；其中，疏水改性剂选用甲基三甲氧基硅烷MTMS,粘结剂选用水性聚氨酯；一种抗冷凝结冰膜材的成型工艺，包括以下步骤：7步骤一、将二氧化硅气凝胶颗粒加入5%的MTMS乙醇溶液中进行表面疏水改性，氮气保护下60℃超声分散30分钟，过滤后80℃真空干燥2小时获得疏水化气凝胶；40%,60℃搅拌溶解，然后加入纳米碳酸钙、氢氧化铝，800rpm搅拌20分钟，最后加入疏水气步骤三、采用辊涂法将浆料涂覆于PET聚酯膜上，涂层厚度200-300μm,进行干燥固化后获得绝热基膜；其中，干燥固化采用分段固化：先在40-50℃预干燥30分钟去除溶剂，再升温至80-100℃固化2小时，形成具有多孔网络结构的绝热基膜；步骤四、将含氟丙烯酸酯树脂、纳米二氧化硅颗粒与异氰酸酯交联剂混合，加入乙醇稀释至固含量15-20%,超声分散20分钟获得涂层液；步骤五、采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面，涂层厚度10-15μm,低温固化形成超疏水表面，获得膜材成品；其中，采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面包括以下步骤：①用乙醇/丙酮擦拭绝热基膜表面，去除油污和灰尘，60℃烘干10分钟，然后进行等离子活化处理3-5分钟；②将涂层液过400目筛网，滤除未分散颗粒，采用十字交叉喷涂法，先横向后纵向③将涂层基材置于80℃烘箱中预固化1小时，再升至120℃固化2小时；步骤六、按设定尺寸对成品膜材进行分切收卷并真空包装。[0019]实施例5:本实施例提供一种抗冷凝结冰膜材，包括以下重量份的原料：46份二氧氧化铝、0.5份硅烷偶联剂、17份粘结剂、11份含氟丙烯酸酯树脂、3份碳化硅纳米颗粒；其中，疏水改性剂选用甲基三甲氧基硅烷MTMS,粘结剂选用水性聚氨酯；一种抗冷凝结冰膜材的成型工艺，包括以下步骤：步骤一、将二氧化硅气凝胶颗粒加入5%的MTMS乙醇溶液中进行表面疏水改性，氮气保护下60℃超声分散30分钟，过滤后80℃真空干燥2小时获得疏水化气凝胶；40%,60℃搅拌溶解，然后加入纳米碳酸钙、氢氧化铝，800rpm搅拌20分钟，最后加入疏水气步骤三、采用辊涂法将浆料涂覆于PET聚酯膜上，涂层厚度200-300μm,进行干燥固化后获得绝热基膜；其中，干燥固化采用分段固化：先在40-50℃预干燥30分钟去除溶剂，再升温至80-100℃固化2小时，形成具有多孔网络结构的绝热基膜；步骤四、将含氟丙烯酸酯树脂、纳米二氧化硅颗粒与异氰酸酯交联剂混合，加入乙醇稀释至固含量15-20%,超声分散20分钟获得涂层液；步骤五、采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面，涂层厚度10-15μm,低温固化形成超疏水表面，获得膜材成品；8其中，采用静电喷涂将涂层液均匀喷涂于绝热基膜表面包括以下步骤：①用乙醇/丙酮擦拭绝热基膜表面，去除油污和灰尘，60℃烘干10分钟，然后进行等离子活化处理3-5分钟；②将涂层液过400目筛网，滤除未分散颗粒，采用十字交叉喷涂法，先横向后纵向③将涂层基材置于80℃烘箱中预固化1小时，再升至120℃固化2小时；步骤六、按设定尺寸对成品膜材进行分切收卷并真空包装。[0020]对比例1:本实施例所提供的一种抗冷凝结冰膜材及其成型工艺大致和实施例1相同，其主要区别在于：原料中未添加二氧化硅[0021]对比例2:本实施例所提供的一种抗冷凝结冰膜材及其成型工艺大致和实施例1相[0022]对比例3:本实施例所提供的一种抗冷凝结冰膜材及其成型工艺大致和实施例1相分别将实施例1-5和对比例1-3所制备的抗冷凝结冰膜材进行性能测试，并记录相关数据于表1,测试试验方案。接触角：使用接触角测量仪水滴滴落法，测试超疏水涂层的水接触角；滚动角：倾斜角度测试水滴滚动脱离的最小角度。[0026]3.导热性能：导热系数：使用HotDisk热导仪测试基膜导热率(W/m·K);电热除冰效率：对含导电填料(如E3)的样品通电(12VDC),记录升温至0℃时间。[0027]4.耐久性测试：9组别接触角导热系数耐磨后接(min)度(kPa)实施例13实施例25实施例38