[发明专利]由聚合物纳米中空胶囊制备超级绝热聚合物材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由聚合物纳米中空胶囊制备超级绝热聚合物材料的方法。

背景技术

一般认为超级绝热材料是指在预定的使用条件下，其导热系数低于“无对流空气”导热系数的绝热材料。根据其特点超级绝热材料一般是纳米孔超级绝热材料，其原理如下述所述。

多孔材料对热量的传递(λ_t)主要是由固相部分(λ_s)、气相部分(λ_g)和辐射部分(λ_r)组成，如式1所示：

λ_t＝λ_s+λ_g+λ_r+coupling term。(1)

热辐射在大部分应用场合都比较小，可以忽略。因此，我们只考虑热量在多孔材料两相的传导，即λ_s+λ_g。

非导电固体的热传导是通过晶格结构的振动，即原子、分子在其平衡位置附近的振动实现的。Fricke et al.和Hrubesh et al.提出了固相部分导热系数的表达式：

λ_s＝λ⁰_sV_s(v_p/v_d)；(2)

其中，λ⁰_s-固相基体的导热系数，V_s-固体的体积分率，v_p/v_d-声音在多孔材料与基体中传播的声速比。

由此可见，选择低导热系数的基体和提高多孔材料的孔隙率可以降低多孔材料固相部分的导热系数。传统的泡沫材料孔隙率很高(＞85％)，固相部分的导热系数很小，因此可以实现绝热保温的目的。然而，孔隙率的提高会导致气相部分对导热系数贡献增大，因此当气体部分的导热系数已经超过固体部分的导热系数而占主导地位时，提高材料的孔隙率并无法进一步降低泡沫材料的总导热系数。静止空气导热系数很小，约为0.025W/(m·K)，但空气在微米级以上的孔隙中存在对流传热，其导热系数远大于静止空气。传统的聚合物泡沫材料其泡孔通常大于10μm，因此其总导热系数受气体部分的导热系数及其对流传热所限制而无法进一步降低，一般为0.03～0.04W/(m·K)。

气体的导热主要取决于气体分子间的相互碰撞频率，气体在纳米孔内的传质受Knudsen Effect控制，此时气体的传热与在大孔中的传热机理完全不同。当纳米多孔材料的间隙小于气体分子平均运动自由程(-100nm)时，泡孔中的气体分子主要是和孔壁发生弹性碰撞而不是气体分子之间的碰撞，所以气体分子的运动性大大降低，从而使气体部分的导热系数降低至接近真空状态。气体部分的导热系数可以用下式表示

λ_g＝λ⁰_gV_g/(1+βK_n)；(3)

其中，K_n＝l/d，β-气体常数，K_n-Knudsen常数，l-气体分子平均运动自由程d-泡孔孔径，V_g-气体部分的体积分数，λ⁰_g-静止气体的导热系数。

对于泡孔填充介质是空气的纳米多孔材料，其平均运动自由程为70nm，β≈2，λ_g＝2.534×10^-2W/(m·K)，所以公式可以简化为：

λg=2.534×10-2Vg1+140/d.---(4)]]>