技术领域
[0001] 本申请涉及保温杯的领域，尤其是涉及一种提升隔热性能的保温杯及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 保温杯一般是由陶瓷或不锈钢加上真空层作成的盛水的容器，顶部有盖，密封严实，真空绝热层能使装在内部的水等液体延缓散热，以达到保温的目的。
[0003] 保温杯从保温瓶发展而来的，保温原理与保温瓶一样，只是人们为了方便把瓶做成杯。热力的传播有三种途径：辐射、对流和传递。保温杯内银色的杯胆能反射热水的辐射，杯胆和杯身的真空能阻断热力的传递。
[0004] 随着人们生活水平的提升，对于保温杯的保温需求也不断提升，因此，对于保温杯的隔热性能要求也不断提升，对于目前保温杯的保温性能已经难以满足需求。
具体实施方式
[0024] 以下结合实施例对本申请作进一步详细说明：原料说明：实施例中所有原料均可通过市售获得；其中，保温杯内胆为不锈钢304，保温杯外壳为塑料外壳。
[0025] 实施例1制备改性石墨烯：
将5g的石墨烯、50g的去离子水与400g的乙醇混合后，超声分散得到石墨烯分散液；将5g的KH570(CAS号：2530‑85‑0)、50g的去离子水与400g的乙醇混合后，使用2mol/L的盐酸调节体系pH至4，然后搅拌2h得到硅烷偶联剂溶液，将石墨烯分散液与硅烷偶联剂溶液混合后，升温至60℃反应6h，随后使用乙醇洗涤，抽滤后在‑20℃的环境下冷冻干燥，得到改性石墨烯。
[0026] 制备复合空心玻璃微珠组分：将空心玻璃微珠加入至1M的盐酸溶液中，磁力搅拌12h，然后使用去离子水洗涤，直至洗脱液的pH值至5以上，在真空烘箱中以100℃的温度干燥18h，得到酸化玻璃微珠；将
2.14g的改性石墨烯加入至质量浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠(CAS号：25155‑30‑0)水溶液中，以25kHz的频率超声60min，得到改性石墨烯悬浮液，将17.86g的酸化玻璃微珠加入至改性石墨烯悬浮液中，以600r/min的转速磁力搅拌6h，得到复合悬浮液，最后通过0.22μm的尼龙膜抽滤复合悬浮液，在100℃的烘箱中干燥12h，得到复合空心玻璃微珠组分。
[0027] 制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料：将20g的正硅酸乙酯(CAS号：78‑10‑4)、20g的甲基三乙氧基硅烷(CAS号：2031‑67‑
6)、120g的无水乙醇与40g的去离子水混合后得到混合液，使用盐酸溶液调节混合液的pH至
2.5，在25℃的水浴环境下磁力搅拌30min，然后加入氨水调节pH至7，控制凝胶时间在60min得到水溶胶，将水溶胶加入至装有20g、粒径为2‑3.5mm的膨胀珍珠岩的真空筒中，然后通过循环水式真空泵将水凝胶吸附至膨胀珍珠岩的孔洞中，真空吸附时，真空度为0.04MPa，真空吸附时间为22min；真空吸附后关闭真空泵，等待凝胶，凝胶完成后得到凝胶复合物，将凝胶复合物放入至无水乙醇中，控制温度在120℃，进行老化处理，将老化处理后的凝胶复合物加入至20g的三甲基氯硅烷(CAS号：75‑77‑4)、30g的乙醇与5g的正己烷(CAS号：110‑54‑
3)的混合液中进行处理，处理后，使用正己烷洗涤体系，然后在干燥箱中，从25℃升温至140℃，升温速率10℃/h，然后冷却至25℃，得到膨胀珍珠岩气凝胶保温材料。
[0028] 制备保温杯：将48g的水性丙烯酸、26g的水性聚氨酯、12g的复合空心玻璃微珠组分、8g的膨胀珍珠岩气凝胶保温材料混合后，得到隔热涂层，将隔热涂层涂覆在保温杯内胆外表面，干燥
12h后，保温杯内胆的外表面形成得到一层隔热涂料，将保温杯内胆与保温杯外壳进行加装，得到提升隔热性能的保温杯。
[0029] 实施例2制备改性石墨烯：
将5g的石墨烯、50g的去离子水与400g的乙醇混合后，超声分散得到石墨烯分散液；将5g的KH570、50g的去离子水与400g的乙醇混合后，使用2mol/L的盐酸调节体系pH至4，然后搅拌2h得到硅烷偶联剂溶液，将石墨烯分散液与硅烷偶联剂溶液混合后，升温至60℃反应6h，随后使用乙醇洗涤，抽滤后在‑20℃的环境下冷冻干燥，得到改性石墨烯。
[0030] 制备复合空心玻璃微珠组分：将空心玻璃微珠加入至1M的盐酸溶液中，磁力搅拌12h，然后使用去离子水洗涤，直至洗脱液的pH值至5以上，在真空烘箱中以100℃的温度干燥18h，得到酸化玻璃微珠；将
2.76g的改性石墨烯加入至质量浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，以25kHz的频率超声60min，得到改性石墨烯悬浮液，将17.24g的酸化玻璃微珠加入至改性石墨烯悬浮液中，以600r/min的转速磁力搅拌6h，得到复合悬浮液，最后通过0.22μm的尼龙膜抽滤复合悬浮液，在100℃的烘箱中干燥12h，得到复合空心玻璃微珠组分。
[0031] 制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料：将20g的正硅酸乙酯、20g的甲基三乙氧基硅烷、120g的无水乙醇与40g的去离子水混合后得到混合液，使用盐酸溶液调节混合液的pH至2.5，在25℃的水浴环境下磁力搅拌
30min，然后加入氨水调节pH至7，控制凝胶时间在60min得到水溶胶，将水溶胶加入至装有
20g、粒径为2‑3.5mm的膨胀珍珠岩的真空筒中，然后通过循环水式真空泵将水凝胶吸附至膨胀珍珠岩的孔洞中，真空吸附时，真空度为0.04MPa，真空吸附时间为24min；真空吸附后关闭真空泵，等待凝胶，凝胶完成后得到凝胶复合物，将凝胶复合物放入至无水乙醇中，控制温度在120℃，进行老化处理，将老化处理后的凝胶复合物加入至20g的三甲基氯硅烷、
30g的乙醇与5g的正己烷的混合液中进行处理，处理后，使用正己烷洗涤体系，然后在干燥箱中，从25℃升温至140℃，升温速率10℃/h，然后冷却至25℃，得到膨胀珍珠岩气凝胶保温材料。
[0032] 制备保温杯：将56g的水性丙烯酸、32g的水性聚氨酯、16g的复合空心玻璃微珠组分、10g的膨胀珍珠岩气凝胶保温材料混合后，得到隔热涂层，将隔热涂层涂覆在保温杯内胆外表面，干燥
12h后，保温杯内胆的外表面形成得到一层隔热涂料，将保温杯内胆与保温杯外壳进行加装，得到提升隔热性能的保温杯。
[0033] 实施例3制备改性石墨烯：
将5g的石墨烯、50g的去离子水与400g的乙醇混合后，超声分散得到石墨烯分散液；将5g的KH570、50g的去离子水与400g的乙醇混合后，使用2mol/L的盐酸调节体系pH至4，然后搅拌2h得到硅烷偶联剂溶液，将石墨烯分散液与硅烷偶联剂溶液混合后，升温至60℃反应6h，随后使用乙醇洗涤，抽滤后在‑20℃的环境下冷冻干燥，得到改性石墨烯。
[0034] 制备复合空心玻璃微珠组分：将空心玻璃微珠加入至1M的盐酸溶液中，磁力搅拌12h，然后使用去离子水洗涤，直至洗脱液的pH值至5以上，在真空烘箱中以100℃的温度干燥18h，得到酸化玻璃微珠；将
2.46g的改性石墨烯加入至质量浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，以25kHz的频率超声60min，得到改性石墨烯悬浮液，将17.54g的酸化玻璃微珠加入至改性石墨烯悬浮液中，以600r/min的转速磁力搅拌6h，得到复合悬浮液，最后通过0.22μm的尼龙膜抽滤复合悬浮液，在100℃的烘箱中干燥12h，得到复合空心玻璃微珠组分。
[0035] 制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料：将20g的正硅酸乙酯、20g的甲基三乙氧基硅烷、120g的无水乙醇与40g的去离子水混合后得到混合液，使用盐酸溶液调节混合液的pH至2.5，在25℃的水浴环境下磁力搅拌
30min，然后加入氨水调节pH至7，控制凝胶时间在60min得到水溶胶，将水溶胶加入至装有
20g、粒径为2‑3.5mm的膨胀珍珠岩的真空筒中，然后通过循环水式真空泵将水凝胶吸附至膨胀珍珠岩的孔洞中，真空吸附时，真空度为0.04MPa，真空吸附时间为23min；真空吸附后关闭真空泵，等待凝胶，凝胶完成后得到凝胶复合物，将凝胶复合物放入至无水乙醇中，控制温度在120℃，进行老化处理，将老化处理后的凝胶复合物加入至20g的三甲基氯硅烷、
30g的乙醇与5g的正己烷的混合液中进行处理，处理后，使用正己烷洗涤体系，然后在干燥箱中，从25℃升温至140℃，升温速率10℃/h，然后冷却至25℃，得到膨胀珍珠岩气凝胶保温材料。
[0036] 制备保温杯：将52g的水性丙烯酸、29g的水性聚氨酯、14g的复合空心玻璃微珠组分、9g的膨胀珍珠岩气凝胶保温材料混合后，得到隔热涂层，将隔热涂层涂覆在保温杯内胆外表面，干燥
12h后，保温杯内胆的外表面形成得到一层隔热涂料，将保温杯内胆与保温杯外壳进行加装，得到提升隔热性能的保温杯。
[0037] 实施例4实施例4以实施例3为基准，实施例4与实施例3的区别在于，在制备复合空心玻璃微珠组分时，改性石墨烯的使用量为1.65g，空心玻璃微珠的使用量为18.35g。
[0038] 实施例5实施例5以实施例3为基准，实施例5与实施例3的区别在于，在制备复合空心玻璃微珠组分时，改性石墨烯的使用量为3.79g，空心玻璃微珠的使用量为16.81g。
[0039] 实施例6实施例6以实施例3为基准，实施例6与实施例3的区别在于，在制备复合空心玻璃微珠组分时，将改性石墨烯替换为普通的石墨烯。
[0040] 实施例7实施例7以实施例3为基准，实施例7与实施例3的区别在于，在制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料时，选用的膨胀珍珠岩的粒径为0.9‑2mm。
[0041] 实施例8实施例8以实施例3为基准，实施例8与实施例3的区别在于，在制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料时，选用的膨胀珍珠岩的粒径为3.5‑4mm。
[0042] 实施例9实施例9以实施例3为基准，实施例9与实施例3的区别在于，在制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料时，真空吸附的时间为19min。
[0043] 实施例10实施例10以实施例3为基准，实施例10与实施例3的区别在于，在制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料时，真空吸附的时间为26min。
[0044] 实施例11实施例11以实施例3为基准，实施例11与实施例3的区别在于，在制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料时，未进行真空吸附，仅将老化后的二氧化硅气凝胶与膨胀珍珠岩混合制备得到。
[0045] 对比例1对比例1以实施例3为基准，对比例1中将复合空心玻璃微珠组分替换为等量的普通空心玻璃微珠。
[0046] 对比例2对比例2以实施例3为基准，对比例2中将膨胀珍珠岩气凝胶保温材替换为等量的普通的膨胀珍珠岩。
[0047] 对比例3对比例3以实施例3为基准，对比例3中将膨胀珍珠岩气凝胶保温材料替换为等量的二氧化硅气凝胶。
[0048] 性能检测试验对实施例1‑11，对比例1‑2的试样进行如下性能测试：
保温性能测试
对试样的导热率进行测试，并将检测结果填写至表1。
[0049] 表1实施例1‑11、对比例1‑2性能测试检测结果检测项目 导热率(W/m·K)
实施例1 0.042
实施例2 0.040
实施例3 0.037
实施例4 0.068
实施例5 0.071
实施例6 0.087
实施例7 0.134
实施例8 0.094
实施例9 0.064
实施例10 0.041
实施例11 0.143
对比例1 0.196
对比例2 0.187
结合表1可知，实施例1‑3的导热率均在0.045W/m·K及以下，说明本申请制备得到的保温杯具有良好的保温性能。
[0050] 实施例4与实施例5中在制备复合空心玻璃微珠组分时，改性石墨烯与空心玻璃微珠之间的质量比均不在本申请限定的范围之内，当改性石墨烯的含量过少时，对于空心玻璃微珠表面的包覆度下降，使得制备得到的空心玻璃微珠的相容性难以进一步得到提升，在体系中的稳定性下降，影响了空心玻璃微珠的真空隔热性能；当改性石墨烯的含量过多时，过多的改性石墨烯难以均匀包覆在空心玻璃微珠的表面，因此使得空心玻璃微珠的粒径大小不一，空心玻璃微珠在体系中的均度下降，影响了隔热涂层的稳定性，故实施例4与实施5的保温性能均有所下降。
[0051] 实施例6将改性石墨烯替换为普通的石墨烯，未经改性的石墨烯与空心玻璃微珠之间的结合性能差，难以对空心玻璃微珠进行均匀包覆，影响了空心玻璃微珠在体系中的分散性能，同时，普通的石墨烯在体系中发生团聚，进一步影响了体系的稳定性，故实施例6的保温性能下降。
[0052] 实施例7与实施例8中在制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料时，膨胀珍珠岩的粒径均不在本申请限定的范围之内，当膨胀珍珠岩的粒径过小时，过小的膨胀珍珠岩内部的空隙网络结构较少，难以吸附更多的二氧化硅气凝胶并将空隙进行填充，因此保温效果难以得到改善；当膨胀珍珠岩粒径过大时，过大的膨胀珍珠岩的结合能力难以得到进一步改善，且在体系中分散效果下降，也会影响膨胀珍珠岩气凝胶保温材料的保温性能，因此，实施例7与实施例8的保温性能均有所下降，实施例9与实施例10中在制备膨胀珍珠岩气凝胶保温材料时，真空吸附的时间均不在本申请限定的范围之内，当真空吸附的时间过短时，膨胀珍珠岩中空隙难以吸附足量的二氧化硅气凝胶以对膨胀珍珠岩进行填充，从而使得膨胀珍珠岩对二氧化硅的负载量下降，影响了膨胀珍珠岩气凝胶的保温性能；当真空吸附的时间过长时，随着内部空隙被气凝胶填充而使得膨胀珍珠岩可填充的空隙越来越少，阻力越来越大，难以进一步负载更多的二氧化硅气凝胶，因此对于保温效果也难以进一步改善。
[0053] 实施例11仅将老化后的二氧化硅气凝胶与膨胀珍珠岩混合制备得到，未经过负载的膨胀珍珠岩与二氧化硅气凝胶之间的结合性能难以得到进一步的改性，对于保温性能的效果有所影响，故实施例11的保温性能有所下降。
[0054] 对比例1中将复合空心玻璃微珠替换为普通的空心玻璃微珠，普通的空心玻璃微珠相容性难以进一步得到提升，在体系中的结合性能难以改善，影响了体系整体的保温性能。
[0055] 对比例1中没有添加二氧化硅气凝胶，对比例2中没有添加膨胀珍珠岩，单一组分的保温性能难以得到进一步改善，使得涂料之间出现空隙，因此，对比例1与对比例2的保温性能均有所下降。
[0056] 本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
