一种基于多孔复合材料的医药箱及生产工艺的制作方法

本申请涉及复合材料药箱，特别涉及一种基于多孔复合材料的医药箱及生产工艺。

背景技术：

1、专为医药冷链、生物制品、特殊药品运输与存储设计的医药箱对于轻量化、隔热和结构强度具备较高的要求。

2、在现有技术中，高隔热高强度医药箱的一般由纳米气凝胶基、多孔陶瓷基、多孔聚合物基或真空隔热板芯制备获得。纳米气凝胶基一般由二氧化硅气凝胶、聚酰亚胺（pi）气凝胶组成。多孔陶瓷基一般由多孔氧化硅、氧化铝、莫来石陶瓷组成。多孔聚合物基一般由改性环氧树脂泡沫、聚酰亚胺泡沫组成。且真空隔热板芯一般由纳米多孔硅或玻璃纤维与真空封装后组成。

3、但是气凝胶虽然具有良好的隔热性能，但是脆性大、易掉粉和强度低的问题，严重影响到使用安全性。而纤维增强复合材料虽然强度高，但是密度高、隔热性能差，轻量化程度低。传统的泡沫多孔聚合物，如eps、pu、epe等的导热率高，从而影响到隔热性能，且强度低，难以实现稳定且高效的药物存储与运输，有待改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的第一个目的在于提供一种基于多孔复合材料的医药箱，以实现轻量化、有效隔热和强度高的目的。其具体方案如下：

2、一种基于多孔复合材料的医药箱，包括由三维纤维增强骨架与纳米多孔隔热相组成的三维互穿网络结构；所述纳米多孔隔热相由纳米多孔隔热溶胶转化获得；所述三维互穿网络结构经疏水抗粉化改性和动态交联剂处理。

3、优选地：所述三维纤维增强骨架为改性三维编织纤维预制体，所述改性三维编织纤维预制体的制备方法包括采用玻璃纤维预制体、玄武岩纤维预制体或针刺纤维毡经γ-氨丙基三乙氧基硅烷与哌嗪基季铵盐单体进行自由基接枝聚合，再经含kh-560的乙醇水溶液真空浸渍后烘干活化处理获得。

4、优选地：所述哌嗪基季铵盐单体为n-甲基-n-乙烯基哌嗪季铵盐，所述n-甲基-n-乙烯基哌嗪季铵盐由n-甲基-n-乙烯基哌嗪与烷基化试剂溶于乙腈溶剂，经控制温度为50-65℃恒温反应4-6h，再经重结晶纯化获得。

5、优选地：所述烷基化试剂为碘甲烷或溴乙烷；所述n-甲基-n-乙烯基哌嗪、烷基化试剂和乙腈的混合摩尔比为1:1.05-1.5:8-12；所述改性三维编织纤维预制体的面密度为200-400g/m2，厚度为10-30mm；所述乙醇水溶液由质量比为9:1的乙醇和水组成，且所述kh-560的添加质量百分比为1.5-2wt%；所述真空浸渍的时间为30min，所述烘干活化处理为控制温度为80℃烘干1h，并控制120℃固化1h。

6、优选地：所述自由基接枝聚合为将烘干的玻璃纤维预制体、玄武岩纤维预制体或针刺纤维毡投入乙醇混合溶液中浸渍，控制浸渍温度为65℃，并经恒温反应3-3.5h后依次水洗和80℃烘干；所述乙醇混合溶液包括作为溶剂的乙醇以及占乙醇混合溶液质量比为5-8wt%的哌嗪基季铵盐单体、3-5wt%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷以及0.3-0.5wt%的aibn引发剂。

7、优选地：所述纳米多孔隔热相为有机-无机复合硅基多孔相，所述有机-无机复合硅基多孔相的制备方法包括采用甲基三甲氧基硅烷与正硅酸乙酯以摩尔比为7:3混合水解缩聚，再经接枝聚乙二醇单甲醚与氨基硅烷获得。

8、优选地：所述混合水解缩聚包括采用相应摩尔比的甲基三甲氧基硅烷与正硅酸乙酯与混合溶剂、去离子水与环氧-pdms混合酸催化水解，并添加聚乙二醇单甲醚与氨基硅烷接枝获得有机-无机复合硅基多孔相；其中，所述混合溶剂由质量比为3:1的乙醇与异丙醇混合获得，且与甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的总质量的质量比为3-5:1；所述去离子水与甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯总摩尔量的摩尔量比为4.5-5:1；所述环氧-pdms、聚乙二醇单甲醚、氨基硅烷与甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的总质量的质量比6-10:4-6:2-3:100；所述酸催化水解采用0.1mol/l盐酸；所述接枝的温度为55-65℃，时间为60min。

9、优选地：所述疏水抗粉化改性和动态交联剂处理包括采用混合改性液浸渍处理；所述混合改性液由溶剂和混合改性体组成，所述溶剂包括质量比为4:1的正己烷与乙醇，所述混合改性体包括六甲基二硅氮烷与二苯基甲烷二异氰酸酯，所述六甲基二硅氮烷的添加量为三维互穿网络结构质量的8-12wt%，所述二苯基甲烷二异氰酸酯的添加量为三维互穿网络结构质量的3-5wt%。

10、本发明的第二个目的在于提供一种基于多孔复合材料的医药箱的生产工艺，用于制备如上所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，包括如下步骤：

11、步骤1、将三维纤维增强骨架置入模具型腔中，经抽真空后填充纳米多孔隔热溶胶，经浸润、加热和凝胶处理后获得纤维-接枝改性凝胶三维湿胚；

12、步骤2、经梯度温度老化处理纤维-接枝改性凝胶三维湿胚后，投入混合改性液内浸渍处理，获得改性湿胚；

13、步骤3、经梯度温度干燥处理改性湿胚，获得复合材料胚体；

14、步骤4、将防护层包覆复合材料胚体并进行热压复合处理，获得成品医药箱。

15、优选地：在步骤1中，浸润为保压浸润20-30min，并控制抽真空至-0.095mpa；在步骤2中，所述梯度温度老化处理为依次控制50-52℃处理6h、60-62℃处理6h和70-72℃处理6h；且所述浸渍处理的温度为60℃，浸渍时间为12h；在步骤3中，所述梯度温度干燥处理为依次控制40-42℃处理6h、60-62℃处理6h、80-82℃处理4h和98-100℃处理2h，并控制升温速率小于等于1℃/min。

16、通过以上方案可知，本申请提供了一种基于多孔复合材料的医药箱及生产工艺，该基于多孔复合材料的高隔热高强度医药箱及生产工艺具有以下有益效果：

17、1、通过采用三维纤维增强骨架与纳米多孔隔热相形成的三维互穿网络结构，将有效解决现有的多孔隔热材料的强度低和易开裂的问题，并在轻量化的同时显著提升该基于多孔复合材料的高隔热高强度医药箱的结构强度与抗冲击性；

18、2、通过有机-无机复合硅基多孔相形成纳米孔道并实现隔热，从而显著降低热传导系数，以达到稳定该基于多孔复合材料的高隔热高强度医药箱的内部温度环境和降低医药冷链温控风险的目的；

19、3、通过疏水抗粉化改性和动态交联剂处理将显著提升表面疏水性、结构致密性与界面结合力，从而在抑制粉化、脱落与吸湿失效的同时，有效提升耐候性并延长使用寿命；

20、4、通过真空浸渍、梯度老化与梯度干燥的生产工艺实现三维互穿网络结构的构建，从而将有效避免形成收缩开裂的问题，提升结构完整性与工艺可控性。

1.一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于：包括由改性三维编织纤维预制体与纳米多孔隔热相组成的三维互穿网络结构，且所述改性三维编织纤维预制体的制备方法包括采用玻璃纤维预制体、玄武岩纤维预制体或针刺纤维毡经γ-氨丙基三乙氧基硅烷与哌嗪基季铵盐单体进行自由基接枝聚合与后处理获得；所述纳米多孔隔热相为有机-无机复合硅基多孔相，所述有机-无机复合硅基多孔相的制备方法包括采用甲基三甲氧基硅烷与正硅酸乙酯水解缩聚，再经接枝聚乙二醇单甲醚与氨基硅烷获得；所述三维互穿网络结构经疏水抗粉化改性和动态交联剂处理，且所述疏水抗粉化改性和动态交联剂处理包括采用混合改性液浸渍处理；所述混合改性液包括作为混合改性体的六甲基二硅氮烷与二苯基甲烷二异氰酸酯。

2.根据权利要求1所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于：所述后处理为经含kh-560的乙醇水溶液真空浸渍后烘干活化处理获得。

3.根据权利要求2所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于：所述哌嗪基季铵盐单体为n-甲基-n-乙烯基哌嗪季铵盐，所述n-甲基-n-乙烯基哌嗪季铵盐由n-甲基-n-乙烯基哌嗪与烷基化试剂溶于乙腈溶剂，经控制温度为50-65℃恒温反应4-6h，再经重结晶纯化获得。

4.根据权利要求3所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于：所述烷基化试剂为碘甲烷或溴乙烷；所述n-甲基-n-乙烯基哌嗪、烷基化试剂和乙腈的混合摩尔比为1:(1.05-1.5):(8-12)；所述改性三维编织纤维预制体的面密度为200-400g/m2，厚度为10-30mm；所述乙醇水溶液由质量比为9:1的乙醇和水组成，且所述kh-560的添加质量百分比为1.5-2wt%；所述真空浸渍的时间为30min，所述烘干活化处理为控制温度为80℃烘干1h，并控制120℃固化1h。

5.根据权利要求2所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于：所述自由基接枝聚合为将烘干的玻璃纤维预制体、玄武岩纤维预制体或针刺纤维毡投入乙醇混合溶液中浸渍，控制浸渍温度为65℃，并经恒温反应3-3.5h后依次水洗和80℃烘干；所述乙醇混合溶液包括作为溶剂的乙醇以及占乙醇混合溶液质量比为5-8wt%的哌嗪基季铵盐单体、3-5wt%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷以及0.3-0.5wt%的aibn引发剂。

6.根据权利要求1所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于：所述有机-无机复合硅基多孔相的制备方法包括采用甲基三甲氧基硅烷与正硅酸乙酯以摩尔比为7:3混合水解缩聚，再经接枝聚乙二醇单甲醚与氨基硅烷获得。

7.根据权利要求6所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于：所述有机-无机复合硅基多孔相的制备方法包括采用摩尔比为7:3的甲基三甲氧基硅烷与正硅酸乙酯与混合溶剂、去离子水与环氧-pdms混合酸催化水解，并添加聚乙二醇单甲醚与氨基硅烷接枝获得有机-无机复合硅基多孔相；其中，所述混合溶剂由质量比为3:1的乙醇与异丙醇混合获得，且与甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的总质量的质量比为(3-5):1；所述去离子水与甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯总摩尔量的摩尔量比为(4.5-5):1；所述环氧-pdms、聚乙二醇单甲醚、氨基硅烷与甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的总质量的质量比(6-10):(4-6):(2-3):100；所述酸催化水解采用0.1mol/l盐酸；所述接枝的温度为55-65℃，时间为60min。

8.根据权利要求1所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于：所述混合改性液由溶剂和混合改性体组成，所述溶剂包括质量比为4:1的正己烷与乙醇，所述六甲基二硅氮烷的添加量为三维互穿网络结构质量的8-12wt%，所述二苯基甲烷二异氰酸酯的添加量为三维互穿网络结构质量的3-5wt%。

9.一种基于多孔复合材料的医药箱的生产工艺，用于制备如权利要求1-8任一项所述的一种基于多孔复合材料的医药箱，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种基于多孔复合材料的医药箱的生产工艺，其特征在于：在步骤1中，浸润为保压浸润20-30min，并控制抽真空至-0.095mpa；在步骤2中，所述梯度温度老化处理为依次控制50-52℃处理6h、60-62℃处理6h和70-72℃处理6h；且所述浸渍处理的温度为60℃，浸渍时间为12h；在步骤3中，所述梯度温度干燥处理为依次控制40-42℃处理6h、60-62℃处理6h、80-82℃处理4h和98-100℃处理2h，并控制升温速率小于等于1℃/min。