CN114379179B - 一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，利用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、已二酸二丙烯酯三元共聚的方式制备亚克力板基层，大幅提升亚克力板强度，改善力学性能；用小麦秸秆纤维和玻璃纤维混织制备纤维层，用纤维层作为抗变形层来增强亚克力板的抗变形能力；纳米晶纤维素、葡萄糖、银氨溶液制备负载纳米银的纳米纤维晶，提高亚克力板的抗菌性，加入氧化石墨烯量子点后，提高纤维缠结能力，减低亚克力板内应力，改善亚克力板绝热保温性能；使空心玻璃微珠在发泡聚氨酯中均匀分散来制备保温层，空心玻璃微珠与发泡聚氨酯在提高亚克力板耐热性上起到协同作用，优化组分配比会大幅提升亚克力板的绝热保温性。

Description

一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板及其制备方法
技术领域
本发明涉及亚克力板领域，具体是一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板及制备方法。
背景技术
亚克力是一种经特殊处理的有机玻璃，是一种重要的可塑性高分子材料，用亚克力制作的亚克力板具有透光性好、易染色、易加工、外观优美、使用寿命长等优点，广泛应用于建筑行业中；亚克力板多使用聚丙烯酸酯制备，其透明度高，透光率大于92％，最初亚克力亚克力板与铝塑板型材、高级丝网印等结合使用，后在国民经济的各个领域广泛应用，比如航天、航海、广告、卫生洁具、汽车、机械、仪表、日常用品等领域；
但是，现有的亚克力板功能单一，且在使用过程中，随温度的升高，亚克力板易发生脆性断裂时，当超过一定温度会开始软化，拉伸状态呈屈服破坏，难以应用于特定环境中；绝热保温性不理想，在一定程度上限制了亚克力制品的使用；本发明在制备亚克力板的过程中添加添加剂，使亚克力板在保持自身特性同时提高绝热保温性、耐磨性和抗变形性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板及制备方法，以解决现有技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法包括如下步骤：
S1、制备亚克力基层
(1)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、已二酸二丙烯酯、稀土稳定剂超声搅拌，混合均匀后放入反应釜中，升温至160-250℃，形成胶液；冷却至60-80℃加入过氧化苯甲酰和硬脂酸，搅拌均匀后升温至280-290℃得反应浆料；
(2)将反应浆料注入模具中，在60-80℃下固化6-7h，之后升温至90-95℃固化 30-40min，冷却至18-25℃，脱模即得亚克力坯料；
(3)将步骤S1(2)中的亚克力坯料表面抛光，可得亚克力基层；
进一步的，步骤S1(1)中以重量份数计，甲基丙烯酸甲酯为80份、丙烯酸丁酯为10-30份、已二酸二丙烯酯为5-20份、过氧化苯甲酰为5-10份、硬脂酸为5-10份；
进一步的，步骤S1(1)中稀土稳定剂为XT-2稀土稳定剂、XT-3稀土稳定剂中的一种或多种，所述稀土稳定剂以重量份数计为1-5份；
利用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、已二酸二丙烯酯三元共聚的方式制备亚克力板基层，三者在提高亚克力板抗变形能力上起协同作用，当加入稀土稳定剂后捕捉自由基，阻止链式反应，从而减慢三者之间反应速度，降低表面涨力，促使三者高分子聚合及分子量增加，产生了高分子链结构主价键，大幅提升断裂力，提高亚克力板结构致密性，提高亚克力板透明度，延缓亚克力板老化；
将升温固化的温度分为2个区间段，可以提高亚克力板亚克力板的均匀性，改善亚克力板的抗冲击能力和力学性能；
S2、制备纤维层
(1)纳米晶纤维素、葡萄糖、去离子水混合搅拌，超声分散，随后加入银氨溶液，在65-95℃下搅拌10-60min，冷却后离心、水洗至中性，然后加入氧化石墨烯量子点超声搅拌，得到浸液；将玻璃纤维与小麦秸秆纤维在氢氧化钾溶液中浸泡，取出后水洗至中性，然后在超声作用下放入浸液中浸渍处理，得到改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维；
(2)将改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维混织形成纤维层，将纤维层压合在步骤S1中亚克力基层上，形成纤维层；
进一步的，步骤S3(1)中纳米晶纤维素、葡萄糖的质量比为(9-11):1；
进一步的，步骤S3(1)中氧化石墨烯量子点与纳米晶纤维素的质量比为(1-2):1；
本发明利用的是小麦秸秆制备改性纤维素，不但具有全降解性，而且天然、无毒、易得，符合绿色生产要求；采用氢氧化钠溶液处理小麦秸秆、玻璃纤维，会溶解出小麦木质素和玻璃纤维素，并生成碱纤维素，二者的反应活性位点增多，提高二者比表面积；纳米晶纤维素、葡萄糖、银氨溶液制备负载纳米银的纳米纤维晶，提高亚克力板的抗菌性，加入氧化石墨烯量子点后，三者可以与小麦秸秆、玻璃纤维发生结合，形成致密的网络结构，降低活性羟基含量，增大纤维素分子量，提高纤维缠结能力，减低亚克力板内应力，改善亚克力板绝热保温性能；
S3、制备保温层
(1)将空心玻璃微珠过筛，然后加入氢氧化钠溶液中超声搅拌30-40min，升温至80-90℃后回流搅拌，之后用去离子水洗至中性后加入硅烷偶联剂、乙醇、正丙胺，超声搅拌，混合均匀，在50-60℃下搅拌30-50min，然后加入聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、丙烯酸树脂成膜剂、催化剂在30-50℃下超声处理，混合搅拌，升温至60-80℃反应2-4h，得到保温层涂料；
(2)将步骤S3(1)中保温层涂料涂覆在S2中纤维层上，干燥后形成保温层，得到一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板。
进一步的，步骤S3(1)中所述空心玻璃微珠为100-200目。
进一步的，步骤S3(1)中所述硅烷偶联剂、正丙胺的质量比为50:1。
进一步的，步骤S3(1)中所述聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂的质量比为 20:10:0.05。
进一步的，步骤S3(1)中所述催化剂为辛酸亚锡、二甲基乙醇胺中的一种或多种。
空心玻璃微珠虽耐热性好，但是易团聚，本发明利用硅烷偶联剂、乙醇、正丙胺的加入改善空心玻璃微珠与发泡聚氨酯之间的界面作用，改变微珠的分子量及表面的性质，使空心玻璃微珠在发泡聚氨酯中均匀分散，空心玻璃微珠与发泡聚氨酯均起到了降低了应力集中、提高耐热性的作用，从而在提高亚克力板耐热性上起到协同作用，从而提高了亚克力板的强度及力学性能；
且在纤维层表面涂覆保温涂料形成保温层，保温涂料可以进入纤维层中，提高不同面层间结合强度，提升亚克力板的抗冲击能力及使用寿命。
本发明的有益效果：
利用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、已二酸二丙烯酯三元共聚的方式制备亚克力板基层，三者在提高亚克力板抗变形能力上起协同作用，当加入稀土稳定剂后捕捉自由基，阻止链式反应，从而减慢三者之间反应速度，降低表面涨力，促使三者高分子聚合及分子量增加，大幅提升亚克力板强度，改善亚克力板的力学性能；且在升温固化时将升温固化的温度分为2个区间段，可以提高亚克力板的均匀性；
本发明中用纤维层作为抗变形层来增强亚克力板的抗变形能力，利用的是小麦秸秆制备改性纤维素，不但具有全降解性，而且天然、无毒、易得，符合绿色生产要求；采用氢氧化钠溶液处理小麦秸秆、玻璃纤维，二者的反应活性位点增多，提高二者比表面积；纳米晶纤维素、葡萄糖、银氨溶液制备负载纳米银的纳米纤维晶，提高亚克力板的抗菌性，加入氧化石墨烯量子点后，三者可以与小麦秸秆、玻璃纤维发生结合，形成致密的网络结构，提高纤维缠结能力，减低亚克力板内应力，改善亚克力板绝热保温性能；
空心玻璃微珠虽耐热性好，但是易团聚，本发明利用硅烷偶联剂、乙醇、正丙胺的加入改善空心玻璃微珠与发泡聚氨酯之间的界面作用，使空心玻璃微珠在发泡聚氨酯中均匀分散，空心玻璃微珠与发泡聚氨酯均起到了降低了应力集中、提高耐热性的作用，从而在提高亚克力板耐热性上起到协同作用，一起添加大幅提升的亚克力板的绝热保温性；
且在纤维层表面涂覆保温涂料形成保温层，保温涂料可以进入纤维层中，提高不同面层间结合强度，提升亚克力板的抗冲击能力及使用寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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作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围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法包括如下步骤：
S1、制备亚克力基层
(1)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、已二酸二丙烯酯、XT-2稀土稳定剂超声搅拌，混合均匀后放入反应釜中，升温至160℃，形成胶液；冷却至60℃加入过氧化苯甲酰和硬脂酸，搅拌均匀后升温至280℃得反应浆料；
以重量份数计，甲基丙烯酸甲酯为80份、丙烯酸丁酯为10份、已二酸二丙烯酯为5份、过氧化苯甲酰为5份、硬脂酸为5份；XT-2稀土稳定剂为1份；
(2)将反应浆料注入模具中，在60℃下固化7h，之后升温至90℃固化40min，冷却至18℃，脱模即得亚克力坯料；
(3)将步骤S1(2)中所述的亚克力坯料表面抛光，可得亚克力基层；
S2、制备防护层
(1)纳米晶纤维素、葡萄糖、去离子水混合搅拌，超声分散，随后加入银氨溶液，在65℃下搅拌10min，冷却后离心、水洗至中性，然后加入氧化石墨烯量子点超声搅拌，得到浸液；将玻璃纤维与小麦秸秆纤维在氢氧化钾溶液中浸泡，取出后水洗至中性，然后在超声作用下放入浸液中浸渍处理，得到改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维；
纳米晶纤维素、葡萄糖的质量比为9:1；氧化石墨烯量子点与纳米晶纤维素的质量比为1:1；
(2)将改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维混织形成纤维层，将纤维层压合在步骤S1中亚克力基层上，形成纤维层；
S3、制备保温层
(1)将空心玻璃微珠过筛，然后加入氢氧化钠溶液中超声搅拌30min，升温至80℃后回流搅拌，之后用去离子水洗至中性后加入硅烷偶联剂、乙醇、正丙胺，超声搅拌，混合均匀，在50℃下搅拌30min，然后加入聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、丙烯酸树脂成膜剂、辛酸亚锡在30℃下超声处理，混合搅拌，升温至60℃反应4h，得到保温层涂料；
空心玻璃微珠为100目；硅烷偶联剂、正丙胺的质量比为50:1；聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂的质量比为20:10:0.05；
(2)将步骤S3(1)中所述保温层涂料涂覆在S2中所述纤维层上，干燥后形成保温层，得到一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板。
实施例2
一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法包括如下步骤：
S1、制备亚克力基层
(1)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、已二酸二丙烯酯、XT-3稀土稳定剂超声搅拌，混合均匀后放入反应釜中，升温至180℃，形成胶液；冷却至70℃加入过氧化苯甲酰和硬脂酸，搅拌均匀后升温至285℃得反应浆料；
以重量份数计，甲基丙烯酸甲酯为80份、丙烯酸丁酯为20份、已二酸二丙烯酯为15份、过氧化苯甲酰为8份、硬脂酸为7份；XT-3稀土稳定剂为4份；
(2)将反应浆料注入模具中，在70℃下固化6.5h，之后升温至93℃固化35min，冷却至22℃，脱模即得亚克力坯料；
(3)将步骤S1(2)中所述的亚克力坯料表面抛光，可得亚克力基层；
S2、制备防护层
(1)纳米晶纤维素、葡萄糖、去离子水混合搅拌，超声分散，随后加入银氨溶液，在85℃下搅拌40min，冷却后离心、水洗至中性，然后加入氧化石墨烯量子点超声搅拌，得到浸液；将玻璃纤维与小麦秸秆纤维在氢氧化钾溶液中浸泡，取出后水洗至中性，然后在超声作用下放入浸液中浸渍处理，得到改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维；
纳米晶纤维素、葡萄糖的质量比为10:1；氧化石墨烯量子点与纳米晶纤维素的质量比为2:1；
(2)将改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维混织形成纤维层，将纤维层压合在步骤S1中亚克力基层上，形成纤维层；
S3、制备保温层
(1)将空心玻璃微珠过筛，然后加入氢氧化钠溶液中超声搅拌35min，升温至85℃后回流搅拌，之后用去离子水洗至中性后加入硅烷偶联剂、乙醇、正丙胺，超声搅拌，混合均匀，在55℃下搅拌40min，然后加入聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、丙烯酸树脂成膜剂、辛酸亚锡在40℃下超声处理，混合搅拌，升温至70℃反应3h，得到保温层涂料；
空心玻璃微珠为150目；硅烷偶联剂、正丙胺的质量比为50:1；聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂的质量比为20:10:0.05；
(3)将步骤S3(1)中所述保温层涂料涂覆在S2中所述纤维层上，干燥后形成保温层，得到一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板。
实施例3
一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法包括如下步骤：
S1、制备亚克力基层
(1)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、已二酸二丙烯酯、XT-2稀土稳定剂超声搅拌，混合均匀后放入反应釜中，升温至250℃，形成胶液；冷却至80℃加入过氧化苯甲酰和硬脂酸，搅拌均匀后升温至290℃得反应浆料；
以重量份数计，甲基丙烯酸甲酯为80份、丙烯酸丁酯为30份、已二酸二丙烯酯为20份、过氧化苯甲酰为10份、硬脂酸为10份；XT-2稀土稳定剂为5份；
(2)将反应浆料注入模具中，在80℃下固化6h，之后升温至95℃固化30min，冷却至25℃，脱模即得亚克力坯料；
(3)将步骤S1(2)中所述的亚克力坯料表面抛光，可得亚克力基层；
S2、制备防护层
(1)纳米晶纤维素、葡萄糖、去离子水混合搅拌，超声分散，随后加入银氨溶液，在95℃下搅拌10min，冷却后离心、水洗至中性，然后加入氧化石墨烯量子点超声搅拌，得到浸液；将玻璃纤维与小麦秸秆纤维在氢氧化钾溶液中浸泡，取出后水洗至中性，然后在超声作用下放入浸液中浸渍处理，得到改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维；
纳米晶纤维素、葡萄糖的质量比为11:1；氧化石墨烯量子点与纳米晶纤维素的质量比为1:1；
(2)将改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维混织形成纤维层，将纤维层压合在步骤S1中亚克力基层上，形成纤维层；
S3、制备保温层
(1)将空心玻璃微珠过筛，然后加入氢氧化钠溶液中超声搅拌40min，升温至90℃后回流搅拌，之后用去离子水洗至中性后加入硅烷偶联剂、乙醇、正丙胺，超声搅拌，混合均匀，在60℃下搅拌30min，然后加入聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、丙烯酸树脂成膜剂、催化剂在30℃下超声处理，混合搅拌，升温至80℃反应2h，得到保温层涂料；
空心玻璃微珠为200目；硅烷偶联剂、正丙胺的质量比为50:1；聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂的质量比为20:10:0.05；催化剂为辛酸亚锡、二甲基乙醇胺中的一种或多种；
(4)将步骤S3(1)中所述保温层涂料涂覆在S2中所述纤维层上，干燥后形成保温层，得到一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板。
实施例4
将实施例2中步骤S1(1)中稀土XT-2稀土稳定剂替换为XT-3稀土稳定剂，其他工序正常反应。
实施例5
将实施例2中步骤S3(1)中辛酸亚锡换成二甲基乙醇胺，其他工序正常反应。
对比例
一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法包括如下步骤：
S1、制备亚克力基层
(1)将甲基丙烯酸甲酯、XT-2稀土稳定剂超声搅拌，混合均匀后放入反应釜中，升温至180℃，形成胶液；冷却至70℃加入过氧化苯甲酰和硬脂酸，搅拌均匀后升温至285℃得反应浆料；
以重量份数计，甲基丙烯酸甲酯为80份、过氧化苯甲酰为8份、硬脂酸为7份；XT-2稀土稳定剂为4份；
(2)将反应浆料注入模具中，在70℃下固化6.5h，之后升温至93℃固化35min，冷却至22℃，脱模即得亚克力坯料；
(3)将步骤S1(2)中所述的亚克力坯料表面抛光，可得亚克力板。
性能测试：
对实施例1-5及对比例中制备的亚克力板进行性能测试，在环境温度为22℃下参考标准GB/T 7134-2008测试亚克力板的冲击强度、拉伸强度；参考标准GB/T 1634-1979测试亚克力板的软化点，其测试结果如表1所示；
表1
通过上述测试可知，实施例1-5所得亚克力板的冲击强度、拉伸强度及软化点均优于对比例，说明用本发明制备的亚克力板力学性能优异，在绝热保温性上保持优秀性能，同时也大幅提升亚克力板的抗变形能力，使用寿命长。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
S1、制备亚克力基层
(1)将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、已二酸二丙烯酯、稀土稳定剂超声搅拌，混合均匀后放入反应釜中，升温至160-250℃，形成胶液；冷却至60-80℃加入过氧化苯甲酰和硬脂酸，搅拌均匀后升温至280-290℃得反应浆料；
(2)将反应浆料注入模具中，在60-80℃下固化6-7h，之后升温至90-95℃固化30-40min，冷却至18-25℃，脱模即得亚克力坯料；
(3)将步骤S1(2)中所述的亚克力坯料表面抛光，可得亚克力基层；
S2、制备纤维层
(1)纳米晶纤维素、葡萄糖、去离子水混合搅拌，超声分散，随后加入银氨溶液，在65-95℃下搅拌10-60min，冷却后离心、水洗至中性，然后加入氧化石墨烯量子点超声搅拌，得到浸液；将玻璃纤维与小麦秸秆纤维在氢氧化钾溶液中浸泡，取出后水洗至中性，然后在超声作用下放入浸液中浸渍处理，得到改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维；
(2)将改性后玻璃纤维和改性后小麦秸秆纤维混织形成纤维层，将纤维层压合在步骤S1中亚克力基层上；
S3、制备保温层
(1)将空心玻璃微珠过筛，然后加入氢氧化钠溶液中超声搅拌30-40min，升温至80-90℃后回流搅拌，之后用去离子水洗至中性后加入硅烷偶联剂、乙醇、正丙胺，超声搅拌，混合均匀，在50-60℃下搅拌30-50min，然后加入聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、丙烯酸树脂成膜剂、催化剂在30-50℃下超声处理，混合搅拌，升温至60-80℃反应2-4h，得到保温层涂料；
(2)将步骤S3(1)中所述保温层涂料涂覆在S2中所述纤维层上，干燥后形成保温层，得到一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板。
2.根据权利要求1所述的一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：步骤S1(1)中以重量份数计，所述甲基丙烯酸甲酯为80份、丙烯酸丁酯为10-30份、已二酸二丙烯酯为5-20份。
3.根据权利要求1所述的一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：步骤S1(1)中所述稀土稳定剂为XT-2稀土稳定剂、XT-3稀土稳定剂中的一种或多种，所述稀土稳定剂以重量份数计为1-5份。
4.根据权利要求1所述的一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：步骤S2(1)中所述纳米晶纤维素、葡萄糖的质量比为(9-11):1。
5.根据权利要求1所述的一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：步骤S2(1)中所述氧化石墨烯量子点与纳米晶纤维素的质量比为(1-2):1。
6.根据权利要求1所述的一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：步骤S3(1)中所述空心玻璃微珠为100-200目。
7.根据权利要求1所述的一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：步骤S3(1)中所述硅烷偶联剂、正丙胺的质量比为50:1。
8.根据权利要求1所述的一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：步骤S3(1)中所述聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂的质量比为20:10:0.05。
9.根据权利要求1所述的一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板的制备方法，其特征在于：步骤S3(1)中所述催化剂为辛酸亚锡、二甲基乙醇胺中的一种或多种。
10.一种具有绝热保温功能的抗变形亚克力板，其特征在于：由上述权利要求1-9中任一项所述制备方法制备得到。
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