自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板的制作方法

1.本发明涉及一种新型板材。


背景技术：

2.现在城乡的彩钢屋顶墙面的平面板，以及飞机外壳、火车外壳、汽车外壳、船艇外壳、油罐等曲面板，要解决热天防晒冷天保温问题均是在内壁或外壁加粘一层发泡材料或岩棉，发泡材料或岩棉的表面还要加粘一层防火耐剐蹭的材料，不仅工艺繁琐、减少内部使用空间，而且发泡材料防火性能差，岩棉虽防火但易吸水降低保温效果，且由于其开孔纤维的结构，需要更厚才能达到闭孔发泡材料的保温效果而岩棉一旦作为建筑垃圾废弃而随风扩散的话，其灾难远大于一场瘟疫：岩棉纤维一旦被人吸入肺泡中，就会永远地扎在那里，任何方法都无法把它弄出来，然后你只有无奈地任它周围的肺泡发炎肿痛甚至癌变。据美国有机与无机材料实验室的权威调查显示，当岩棉纤维的粒径及纤维长度大小类似于石棉纤维的粒径及纤维大小时，致癌的能力是相当强的。经调查，年产2万吨的岩棉流水线离心机成纤每分钟就达亿万根，如果其中0.1％纤维粒径及长度与石棉纤维相当，那是对人类健康与环境不可估量的伤害。且岩棉生产中会产生大量毒烟毒气(如一氧化碳，二氧化硫，树脂产品固化中挥发的甲醛等)和有毒固废(含酚醛树脂的树脂棉，苯酚污染物，清洗管道的丙酮污染物，重金属铁镁污染物等。上世纪80年代，日本彻底淘汰了岩棉厂，因为它们对环境和人体健康的害处实在是太大了。为解决上述问题本人发明了一种“中空微珠与气凝胶复合绝热板瓦”(中国专利申请号2019223326615)，但依然是采用现有的中空微珠隔热涂料的工艺，现有的中空微珠隔热涂料的工艺是把中空微珠混合于9倍左右的涂料中在涂覆在工件表面，由于中空微珠比涂料的密度小很多，总是向上浮，致使混合好的涂料放置时间稍一长就上下含珠密度不均，从而造成涂层部分缺珠，不能形成隔热效果最好的中空微珠紧密排列的中空微珠三维矩阵层。而且配料繁多工艺复杂，无形中又增加了许多的成本。为解决目前中空微珠隔热涂料的工艺造成涂层部分缺珠和工艺繁琐问题本人发明了一种“中空微珠矩阵层粘涂方法”(中国专利申请号：2020101727663)，其工艺流程为：(一)先在基板表面涂覆粘性涂料，(二)然后在涂料未干具有粘性时喷洒中空微珠在表面，利用涂料的粘性使基板表面均匀粘满一层中空微珠，也就是中空微珠矩层，(三)涂料烘干(或晾干)后，再在已涂覆中空微珠的基板表层涂覆涂料，然后在涂料未干具有粘性时喷洒中空微珠在表面，利用涂料的粘性使基板表面均匀粘满一层中空微珠，反复重复这一工序以达到预计的中空微珠矩阵层数，从而形成多层中空微珠排布紧密的中空微珠矩阵层，也就是中空微珠三维矩阵层。


技术实现要素：

3.本发明即是要解决各种平面板、曲面板的保温隔热问题而公开的技术方案，本发明的技术方案是：一种自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板，包括三维织物树脂板1，中空微珠三维矩阵层2，二氧化钛抗辐射膜3，气凝胶4，其特征为：三维织物树
脂板1上涂覆中空微珠三维矩阵层2，中空微珠三维矩阵层2表层再涂覆二氧化钛抗辐射膜3，三维织物树脂板1内填充气凝胶4，三维织物树脂板1 为柔性三维织物浸渍树脂固化后变成刚性三维结构的树脂板，中空微珠三维矩阵层2为多层紧密排列的中空微珠矩阵，中空微珠通过粘性涂料相互粘接成一个整体以及与三维织物树脂板1粘接。上述填充气凝胶的中空微珠三维矩阵层三维织物树脂板优先采用本人发明的“中空微珠矩阵层粘涂方法”(中国专利申请号：2020101727663)涂覆中空微珠三维矩阵层。
4.中空微珠是一种中空的圆球粉末状性能优异的超轻质无机非金属新材料，其真密度在0.20-0.60/cm，粒径在200-125000纳米之间。具有重量轻、体积大，导热系数低，抗压强度高、吸油率低、分散性和流动性好、化学稳定性高等特点。是隔热涂料、热固性塑料、玻璃钢、smc、人造石等产品的优质填料。最早美国国家航空航天局，在20世纪90年代为了解决航天飞行器传热控制问题而研发的一种新型中空微珠矩阵太空绝热反射瓷层，该瓷层材料是由一些悬浮于惰性乳胶中的微小陶瓷中空微珠构成，这种材料是本身具有高太阳反射比、高半球发射率、低导热系数、低蓄热系数等热工性能的环保材料，这种绝热反射材料在国外经历了由航天领域，到工业及建筑业的转变，同时也由厚层向薄层的技术转变。目前在世界各地建筑和工业设施中得到了越来越多的应用。
5.二氧化钛抗辐射、自洁、杀菌、清洁空气原理：按照波长的不同，紫外线分为短波区190～280nm、中波区280～320nm、长波区320～400nm。短波区紫外线能量最高，但在经过离臭氧层时被阻挡，因此，对人体伤害的一般是中波区和长波区紫外线。二氧化钛的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性。其抗紫外线能力及其机理与其粒径有关：当粒径较大时，对紫外线的阻隔是以反射、散射为主，且对中波区和长波区紫外线均有效。防晒机理是简单的遮盖，属一般的物理防晒，防晒能力较弱；随着粒径的减小，光线能透过二氧化钛的粒子面，对长波区紫外线的反射、散射性不明显，而对中波区紫外线的吸收性明显增强。其防晒机理是吸收紫外线，主要吸收中波区紫外线。由此可见，二氧化钛对不同波长紫外线的防晒机理不一样，对长波区紫外线的阻隔以散射为主，对中波区紫外线的阻隔以吸收为主。纳米级二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力。二氧化钛对紫外线的吸收机理可能是：纳米二氧化钛的电子结构是由价电子带和空轨道形成的传导带构成的，当其受紫外线照射时，比其禁带宽度(约为3.2ev)能量大的光线被吸收，使价带的电子激发至导带，结果使价电子带缺少电子而发生空穴，形成容易移动且活性很强的电子空穴对。这样的电子空穴对一方面可以在发生各种氧化还原反应时相互之间又重新结合，以热量或产生荧光的形式释放能量，另一方面可离解成在晶格中自由迁移到晶格表面或其它反应场所的自由空穴和自由电子，并立即被表面基团捕获。通常情况下二氧化钛会表面水活化产生表面羟基捕获自由空穴，形成羟基自由基，而游离的自由电子很快会与吸收态氧气结合产生超氧自由基，因而还会将周围的细菌与病毒杀死。二氧化钛的光化学性能已使其可用于许多领域，如空气、水和流体的净化。以碳或其他杂原子掺杂的光催化剂也可用于具有散射光源的密封空间或区域。用于建筑、人行石板、混凝土墙或屋顶瓦上的涂料中时，它们可以明显增加对空气中污染物如氮氧化物、芳烃和醛类的分解。二氧化钛，作为光涂料颜料的催化剂，不仅是一种环境安全的清洁剂，而且可以起到节省能量还有保护环境资源的作用。早期日本和英国的科学家将二氧化钛涂覆在城市马路的铺路石表面，用以清洗路面空气。二氧化钛可以与沥青混合，减少空
气中的污染物。当汽车经过时，含二氧化钛的混凝土或沥青可以净化空气，消除车辆排放物中25％到45％的氮氧化物。将二氧化钛涂覆在混凝土面上，其清洗空气的效果同样显著。
6.本发明的有益效果是：传统隔热材料被动抗御热的传导，而新型自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板对环境热源主动隔断。热流进入质点间传导之前，几乎所有的热转移形式都是热辐射和热对流(含漫射与反射)，新型自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板的表层阻隔“大气环境”热辐射侵入围护结构，减少阻隔进入质点传导的热流总量，而自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板中的中空微珠三维矩阵层和气凝胶则进一步阻隔已进入质点热流的传导。实验证明： 10
---
30毫米新型自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板所带来的等值热阻相等于 100
---
300毫米厚聚苯板的等值热阻。由于中空微珠有一定的真空度，所以此板具有很好的隔音效果，而二氧化钛抗辐射膜具有自洁、杀菌、清洁空气的功能。用一片薄薄的新型自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板取代一定厚度的泡沫(岩棉)彩钢平板、飞机火车等外壳的曲面板，解决了泡沫、岩棉板厚重、易燃、污染、高成本的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：图1是本发明的结构示意图。
8.图2是本发明的结构示意图。
9.图3是本发明的结构示意图。
10.图4是本发明的结构示意图。
11.图5是本发明的结构示意图。
12.图6是本发明的结构示意图。
13.图中1.三维织物树脂板，2.中空微珠三维矩阵层，3.二氧化钛抗辐射膜，4.气凝胶，e.上面纱层， f.下面纱层，w.间隔纱，w’.间隔纱树脂连筋，a.粘性涂料，b.中空微珠矩阵层。
具体实施方式
14.在图1中，展示了一款三维织物增强骨架的中空微珠与气凝胶复合绝热板瓦，上小图为浸渍树脂填充气凝胶前的三维织物增强骨架，中小图为浸渍树脂填充气凝胶后的三维织物增强骨架中空微珠与气凝胶复合绝热板瓦，下小图为中小图虚线圆圈内的局部放大图。工艺为：1.采用三维织造技术织造三维织物(两层经纬纱相互交织形成上面纱层e和下面纱层纱层f，再通过间隔纱w相互交织，将两层面纱层捆绑成为一个整体，得到三维机织间隔织物)，2.用稀玻璃钢树脂浸渍三维织物，固化后形成一块以无数间隔纱树脂连筋w’为支柱和连接的双层透气纤维树脂板，3.醇溶胶的制备(将正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水和质量浓度为0.1mol/l的盐酸水溶液按照如下摩尔比：1∶10∶6∶0.012；调节混合前驱体溶液为ph至 3.5，45℃下搅拌水解8h，使之充分水解得到溶胶)，4.气凝胶的原位合成(将三维间隔织物垂直放入100ml 醇溶胶中，冷却至室温，滴加75ml 0.5mol/l的氨水溶液搅拌3min；45℃水浴，10min内形成醇凝胶。湿凝胶在45℃水浴中静置老化8h；老化后，将醇凝胶浸泡在正己烷进行交换两次，每次6h；用体积分数 15％的三甲基氯硅烷和正己烷混合溶液进行表
面改性以提高孔隙率，50℃水浴条件下改性24h；改性完后的湿凝胶放入正己烷中浸泡、冲洗，除去表面改性剂以及其他反应产物，用去离子水反复进行两次漂洗；最后采取常压梯度干燥法，分别在60℃、80℃和120℃下各干燥12h，制备出二氧化硅气凝胶填充的玻璃纤维三维机织间隔织物。)5.板瓦表面喷砂处理，除去树脂板表面的气凝胶，6，板瓦表面刷涂中空微珠玻璃钢树脂封闭纤维树脂板表面的透气孔，7.板瓦表面再刷涂中空微珠玻璃钢耐候胶衣树脂，8.阳光可晒到的中空微珠矩阵层胶衣树脂外再喷涂抗辐射膜3。上下表面采用本人发明的“中空微珠矩阵层粘涂方法”各涂覆有0.3毫米的中空微珠三维矩阵层2，中空微珠三维矩阵层2表层再涂覆二氧化钛抗辐射膜3，此二氧化钛抗辐射膜3为纳米级红金石型钛白粉。在夏季，自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板外面可以以83％以上的反射比反射太阳的热辐射，同时又以87％以上的半球发射率将吸收的大部分热量发射出去，而自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板中的中空微珠三维矩阵层和气凝胶则进一步阻隔已进入质点热流的传导，有效地降低建筑外表面的温度，从而降低室内的热。在冬季，瓦板内面将室内的辐射热反射回室内，同时以较高的发射比将板内面的热辐射到室内，而自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板中的中空微珠三维矩阵层和气凝胶则进一步阻隔已进入质点热流的传导，从而降低室内向室外的传热。由于中空微珠有一定的真空度，所以此板具有很好的隔音效果。常规的抗辐射膜为透明涂料中添加纳米金属或颗粒，纳米金属颗粒在中空微珠涂矩阵层表面形成纳米金属颗粒层，像镜面一样能反射大部分太阳的热辐射，却没有镜面的眩光效果，不会制造眩光污染，从而减少紫外线对中空微珠间粘结涂料的辐射，减缓粘结涂料的老化速度，以延长板的使用寿命。而本发明采用的二氧化钛抗辐射膜是本人长期地进行抗辐射膜对比实验所筛选出的比常规纳米金属抗辐射膜抗辐射性能更强，且具有自洁、杀菌、清洁空气的功能，省略了清洁费用、减少病菌的传播、消除车辆排放物中25％到45％的氮氧化物，让人居环境更健康。由于好的钛白粉价格昂贵且比重很大，建议只在表层高密度使用。
15.在图2中，展示了“中空微珠矩阵层粘涂方法”，其工艺流程为：(一)先在三维织物树脂板1表面涂覆粘性涂料a，(二)然后在涂料未干具有粘性时喷洒中空微珠在表面，利用涂料的粘性使基板表面均匀粘满一层中空微珠，也就是中空微珠矩层b，(三)涂料烘干(或晾干)后，再在已涂覆中空微珠的基板表层涂覆涂料，然后在涂料未干具有粘性时喷洒中空微珠在表面，利用涂料的粘性使三维织物树脂板表面再均匀粘满一层中空微珠，反复重复这一工序以达到预计的中空微珠矩阵层数，从而形成多层中空微珠排布紧密的中空微珠矩阵层，也就是中空微珠三维矩阵层2。每一层中空微珠矩阵无论多么紧密地排列，微珠之间都会有空隙，而上下层微珠可相互遮挡空隙。
16.在图3中，自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板为波浪形屋面(或立墙板)。
17.在图4中，百叶片为自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板。现在的人居建筑耗能巨大，建筑能耗在人类能源总消费量中所占的比重已近40％，原因一是保温不够，墙体保温不够是一方面，最严重是窗户，薄薄的一两层玻璃根本就起不到多大的保温作用，那边锅炉不停地烧、暖气片不停地加热着屋子，这边薄薄的窗户呼呼地向外散发着热气(就像是一个人在寒冷的冬天里穿着一个大棉袄却敞着怀)！二是现代楼房几乎没有什么遮阳措施，任凭夏季阳光穿过阳台窗户加热室内，而屋里却只能靠空调降温。据统计，建
筑物通过窗户散失的能量约占建筑物消耗能量的30％。现有产品中一定厚度的保温百叶同时解决窗体的保温和遮阳两个问题，但一定厚度(30毫米以上)的保温百叶在窗体冬季采光时立面阻挡了一部分阳光进入室内，不仅影响视线而且增加了采暖费用。用一片薄薄的(0.6
---
2毫米)自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板百叶取代一定厚度(30毫米以上)的保温百叶，解决了一定厚度的保温百叶在窗体冬季采光时立面挡光问题，从而完美地化解了保温百叶保温和采光之间的矛盾。这一组自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板百叶可以方便地铺挂在建筑窗体的里面、外面，以及多层玻璃的夹层中，解决了耗能巨大的人居建筑窗体保温、采光和遮阳问题。还有，此自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板百叶铺满联栋温室的顶层和立面，能解决耗能巨大的联栋温室保温和遮阳问题。
18.在图5中，瓜瓣式快搭屋的瓜瓣构件为自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板，薄薄的几片瓜瓣叠加在一起可以放在家用轿车的顶部，到了景点可以迅速地组装成一个穹顶小屋，超强的隔热性能让它省略了暖气空调，半球穹顶形状让它抗飓风、抗雪压、抗强震。
19.在图6中，车厢围板为自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板，如果再匹配真空玻璃车窗，车厢内冬天和夏天都隔绝了车厢外寒气暑气的侵扰。
20.本案把自洁杀菌清洁空气材料之冠——二氧化钛、表面反射材料之冠——中空微珠三维矩阵层、隔热材料之冠——气凝胶和轻质高强板材之冠——三维织物树脂板组合在一起创造出一种自洁杀菌的中空微珠三维矩阵层气凝胶三维织物树脂板，解决了泡沫、岩棉板厚重、易燃、污染、易分层、高成本的问题，让生活空间更健康。