CN103596900A - 大气压下超隔热的基于气凝胶的材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基本上不含有页硅酸盐的固体隔热材料，包含：(a)70体积%至98体积%的疏水二氧化硅气凝胶颗粒，所述颗粒具有110kg/m3至210kg/m3的固有密度，(b)0.3体积%至12体积%的有机粘结剂，所述粘结剂由至少一种有机聚合物(b1)和至少一种表面活性剂(b2)，或由至少一种两亲性有机聚合物(b3)形成，这些体积分数是通过在所述固体材料的薄切片上进行图像分析来确定的，并且相对于所述材料的总体积而给出，所述气凝胶颗粒的粒度分布具有至少两个最大值，其中第一个最大值对应于小于200μm，优选25μm至150μm的当量直径（d），并且第二个最大值对应于400μm至10mm，优选500μm至5mm的当量直径(D)。本发明还涉及含有至少一层这种材料的隔热产品。

Description

大气压下超隔热的基于气凝胶的材料
本发明涉及疏水气凝胶及有机粘合剂基固体材料和这种材料的用途，所述材料优选整合入面板中并用于隔热，特别是建筑物的隔热。
建筑业，其消耗了法国超过40％的最终能源而且贡献了接近四分之一的温室气体排放量，因而代表了可以立即实施能源节约的主要领域。第一次石油危机以前，尤其是针对新建筑的隔热的第一项法规（1975）发布之前构建的住宅建筑数量仍是相当多的，因而现有建筑的隔热构成了关键领域，在其中要达到相当可观的能源节约是相对容易实现的。
一种研究路径是内部隔热，也就是通过用具有低热导率的材料来覆盖表面（墙壁、天花板、地板、屋顶）来隔热。抗拒这种途径的原因可能主要是在墙壁上粘贴厚面板导致居住空间减小，这种原因远多于这种更新所涉及的成本和工作量原因。达到给定隔热效果所需的面板厚度当然地会随着其隔热能力的提高成比例减小。
因此，开发具有很低的热导率(λ)的隔热材料成为一个研究领域，在其中申请人已经很积极地研究了很多年。因此提供了非常有效(λ=5至10mW/(m.K))的真空隔热面板，但是其也非常易碎(HiPTI–高性能隔热,IEA/ECBS附件39“真空隔热面板-在建筑应用中用于VIP的服务寿命预测的VIP-组分和面板的研究(Subtack A)”，2005年9月)。
本发明是另一条涉及在大气压下超隔热(SIAP)的材料的研究路径的结果。
用于现有建筑隔热的超隔热材料理想地：
-基于能够大量得到的材料；
-与使得其可能实现的能源节约相比，其表现出相对适度的生产成本；
-具有允许其在此类型材料的通常条件下被运输、处理和安装机械强度；以及当然地，
-表现出尽可能低的热导率。
气凝胶，尤其二氧化硅气凝胶材料是由于其很低的热导率而为人所知的材料。取决于其孔隙度，二氧化硅气凝胶的本征热导率（等于这种气凝胶整料的热导率）为10至15mW/(m.K)左右。但是，气凝胶整料很高的机械易碎性和昂贵成本阻碍了其在建筑隔热中的应用。
大量的专利申请已经考虑过利用气凝胶颗粒制造隔热面板，其中气凝胶颗粒以有机粘结剂（聚合物）或者无机粘结剂（水硬性粘结剂）彼此结合到一起。
申请EP0340707公开了基于疏水性气凝胶珠子的隔热材料，所述疏水性气凝胶珠子具有0.5至5mm的直径，0.05至0.35g/cm3的密度，和0.04至0.25g/cm3的容积密度或表观密度。这些珠子与相对于混合物总重量的5％至50％的有机粘结剂（例如三聚氰胺-甲醛树脂）混合。所使用的粘结剂有利地填充了气凝胶的粒间或颗粒间空隙。这些材料的热导率为28至43mW/(m.K)。
申请EP0787112公开了一种液体组合物，其包括悬浮在有机或无机性质的水性粘合剂中的小尺寸（直径小于500μm，优选小于250μm）的气凝胶颗粒。所述气凝胶颗粒的非常小的尺寸是该申请中描述的发明的关键特征。由这些组合物得到的干燥隔热材料具有35至46mW/(m.K)的热导率。
国际申请WO03/064025公开了耐热复合物，其包含至少一个基于疏水性气凝胶颗粒和水性粘结剂的层。所述气凝胶颗粒具有小于5mm的平均直径，优选0.1至3mm。它们的形状优选为球形并且它们的粒度分布相对窄。这些颗粒被掺入水性粘结剂泡沫中，所述泡沫是由于发泡剂的存在而产生的。所制备的隔热材料具有大约32mW/(m.K)的热导率。
申请DE4441567公开了基于气凝胶颗粒和有机粘结剂的隔热材料。所述气凝胶颗粒具有小于0.5mm，优选小于0.2mm的当量直径。描述的最终材料的气凝胶颗粒的含量优选为20%至90%体积。所述示例材料具有150至250mW/(m.K)的相对高的热导率。
申请EP0954438描述了包含至少一个基于气凝胶颗粒的层的多层复合材料。特别地，它们是具有夹层结构的材料，其中基于气凝胶的中间层位于两个基于聚（对苯二酸乙二醇酯）纤维的层之间。所述中间层的气凝胶颗粒描述为具有250μm至10mm，优选250μm至2mm的当量直径。实施例描述了热导率为45mW/(m.K)的三层结构材料的制造。
最后，专利US5656195公开了模制的隔热产品，其基于二氧化硅气凝胶并且表现出17至23mW/(m.K)左右的优良热导率，但是这是以使用用来调节所选择的粘结剂的粘度的页硅酸盐为代价。事实上由于其小尺寸和其晶体结构，一些页硅酸盐不仅可以对制造地点的人员，而且潜在地对最终材料的使用者造成健康风险(参见Jean Bignon，SpringerVerlag，1990年的Health related effects of phyllosilicates)。此外，此文献提出，页硅酸盐的使用表现出诸多缺点，这些缺点源于这些材料高的比表面积和对水的亲和性：
-其导致了可能会提高最终产品的热导率的13重量%至32重量%左右的高粘结剂比例，
-其使水运动从而减慢了干燥速度，
-其具有机械强化粘结剂的倾向，而由于气凝胶颗粒高度易碎，这是必须阻止的，
-其致使制造过程更加复杂以及增加了其成本。
上述简要评论表明，尽管使用了假设高含量(高达95体积%)的具有低固有热导率（在EP0954381的实施例1中11mW/(m.K))的气凝胶颗粒，其表现为不可能得到具有显著低于25mW/(m.K)的热导率的材料，或只能以使用潜在有害的无机组份为代价。
在研究旨在提供基于气凝胶颗粒的隔热材料多年后，申请人了解到，气凝胶的体积比例在最终材料的隔热能力中起着重要作用。通过集中所有努力于获得具有真正高体积分数的气凝胶有材料，现在已经能够制造具有低于18mW/(m.K)的热导率的材料，有时甚至达到14–15mW/(m.K)，这是在仅使用无定形的无机组份（二氧化硅）和避免使用晶体无机化合物（例如页硅酸盐）的情况下达到的。
在研究期间，申请人特别了解到，不使用粘结剂填充地尽可能多地减少材料的颗粒间空隙是至关重要的，因为粘结剂具有通常比气凝胶大很多的热导率，并且将会不希望地提高材料的整体热导率。
此外，申请人还发现，与US5656195的教导相反，一定分数的页硅酸盐的存在绝对不是必须的。
在本发明中，颗粒间的空隙体积的减少可通过以下方法得到：
-通过使用尺寸不同的至少两个气凝胶颗粒群，细颗粒填充大颗粒留下的间隙，
-通过优化这些颗粒群的混合物的比例，
-通过限制粘结剂的用量而不使所述材料过分变脆，其通过低的颗粒间体积而成为可能，以及
-通过在材料制备过程中使用合适量的表面活性剂或者两亲性试剂，其确保疏水颗粒和它们悬浮在其中的水性相粘结剂之间的相互作用；表面活性剂的使用从而导致了所述颗粒均匀和优化的空间分布。
因此，本发明的主题是基本上不含有页硅酸盐的固体隔热材料，所述材料包含：
(a)70体积%至98体积%，优选75体积％至96体积％，特别地80%体积至95体积%的疏水二氧化硅气凝胶颗粒，所述颗粒具有110kg/m3至210kg/m3的固有密度（intrinsic density），
(b)0.3体积%至12体积%，优选0.5体积%至9体积%的有机粘结剂，所述粘结剂由至少一种有机聚合物(b1)和至少一种表面活性剂(b2)，或由至少一种两亲性有机聚合物(b3)形成，
这些体积分数是通过在所述固体材料的薄切片（thin section）上进行图像分析来确定的，并且该体积分数是相对于所述材料的总体积，
所述气凝胶颗粒的粒度分布表现出至少两个最大值，其中第一个最大值对应于小于200μm，优选25μm至150μm的当量直径（d），并且第二个最大值对应于400μm至10mm，优选500μm至5mm的当量直径(D)。
在本专利申请中，除非另有说明，所述粒度分布是按照体积的粒度分布。
表述“基本上不含页硅酸盐”是指所述材料中包含小于0.1重量％、优选小于0.05重量％、并且特别地小于0.01重量％的页硅酸盐。事实上，这些晶体无机组份的分数越低，它们表现出的对环境和健康的风险的减小就越多。
在本专利申请中，非球形颗粒的当量直径被理解为指与所述颗粒具有相同体积的球体的直径。平均当量直径指的是颗粒群的当量直径的体积平均值。对于尺寸小于2mm的颗粒，该平均当量直径可通过激光颗粒尺寸测定以实验方式确定。对于尺寸大于2mm的颗粒，用具有窄间隔的筛网通过筛分来估算该直径是可能的。作为测量方法还可以提及的是图像分析和更特别地，通过连续步骤的截距或开度（intercepts oropenings by successive steps）的方法、大多数商用分析仪提供的粒度分析功能。
成分(a)和(b)的总量优选占所述材料的至少90重量％、特别地至少92重量％、还更优选至少95重量％。
事实上所述材料可包含较小比例的其它成分，比如随后更详细描述的纤维或遮光颗粒。另外，颗粒间空隙也不可避免地包含一定比例的空气。
理论上，本领域中通常用于隔热应用的任何疏水气凝胶都可用作气凝胶，例如以上文献中所述的携带有机基团的气凝胶。
本发明中的术语“气凝胶”表示经过干燥的金属氧化物凝胶，其经由公知的溶胶-凝胶路径以已知的方式得到。该术语不但包括适当地通过超临界干燥所形成的凝胶而获得的气凝胶，还包括在大气压下由蒸发干燥而得到的通常被称作“干凝胶”的凝胶。由于其低成本，在考虑大规模生产本发明的材料时，干凝胶是非常有优势的，而气凝胶表现出更有利的技术性能，但是生产成本较高。
赋予气凝胶疏水特性的有机基团优选为式-Si(R)n的基团，其中n=1、2或3，并且R代表不可水解的直链、支链或环状的芳族或环脂族的有机基团，优选C1-18烷基或C6-14芳基；环己基、苯基或C1-6烷基，特别是甲基或乙基，这些基团是特别优选的。
已知气凝胶的热导率随着其密度而降低，至少就位于90至160kg.m-3之间最优值而言如此。因此在本发明中，优选使用密度小于0.3g/cm3、优选0.1至0.25g/cm3、特别地0.11至0.21g/cm3的气凝胶，这些数值对应于气凝胶的固有密度，也就是对应于该气凝胶整料的密度。
所述气凝胶的固有密度(ρi)当然大于相同气凝胶的粉末的容积密度或表观密度(ρapp)，该降低是由于颗粒间的间隙而导致的。
事实上，对于相当于单个的大尺寸气凝胶颗粒的气凝胶整料，所述固有密度(ρi)可通过以下方式计算：
ρi=mparticle/Vparticle
其中mparticle是气凝胶颗粒的重量，和Vparticle是同一颗粒所占的体积。
在实验上，所述固有密度可通过与表观密度测量或其他的通过低压汞比重测量相结合的X-射线断层摄影术以已知方式测定。
对于由多个气凝胶颗粒形成的粉末，表观密度(ρapp)等于
ρapp=mparticles/(Vparticle+Vinter)=mparticles/Vtotal
当颗粒间体积(Vinter)趋于0时，粉末的表观密度趋近于整料的密度。
如前言中所说明的，本发明是基于这样的发现：通过尽可能地减小所使用的气凝胶粉末的颗粒间体积(Vinter)，换句话说，通过最大化其紧密度(Cpowder)，成功地制备了隔热材料，所述隔热材料具有低的粘结剂含量和低的颗粒间体积，并表现出对于基于气凝胶颗粒和有机粘结剂的材料来说迄今为止还未知的热导率。
本申请人已经发展了相对简单的方法来优化所用的气凝胶粉末的紧密度(Cpowder)。在此紧密度可理解为相对于所述粉末的总体积，所述颗粒所占的体积，所述粉末总体积为颗粒的体积(Vparticle)与颗粒间体积(Vinter)之和。
Cpowder=Vparticle/Vtotal
和
Vtotal=Vparticle+Vinter
当使用两个不同颗粒群（双峰粒度分布）时，其中第一颗粒群具有平均当量直径(Dm)和第二颗粒群具有平均当量直径(dm)，制备了含有可变比例的这两种粉末的不同混合物并且测定了每种混合物的表观密度或容积密度。
随后绘制了图表，其显示了所测定的混合物密度作为每一种粉末的相应比例的函数。因此，图1a显示了两种具有不同颗粒尺寸的气凝胶的混合物的密度，其随两种气凝胶中一种气凝胶的重量分数变化，另一种气凝胶的重量分数形成了100％的补足部分。
图1(b)是通过根据下式来计算粉末的紧密度而得到的：
C powder = ρ app Σ j = 1 n ( v j · ( ρ i ) j )
Σ j = 1 n v j = 1
其中vj表示固有密度为(ρi)j的气凝胶j的体积分数。
在图1(b)中，可能很容易找到导致混合物最大体积紧密度的混合物比例。对于利用平均当量直径dm为33.5μm的第一气凝胶粉末A和当量直径Dm为1210μm的第二气凝胶粉末B得到的图1(b)的实例（参见实施例1），它涉及包含大约40重量％至70重量、优选40重量％至60重量％的粉末B的混合物。
当然，这些最佳的相应比例依赖于一定数量的参数，例如Dm/dm比值、每一种粉末的分布宽度、构成粉末的颗粒的形状等，并且对于气凝胶粉末的每一种组合在理想情况下确定。
当然，这种方法也可应用于三个或更多个颗粒群的混合物。
在修饰之前的本体气凝胶混合物的紧密度以及最终材料中所得到的紧密度不一定是相同的。这是因为与其它成分的混合和所采用的处理会改变颗粒的排布和粒度分布。因此，为了获得理想的紧密度，根据最终材料的生产方法来重新调整各种气凝胶粉末的比例可能证明是必要的。
用于生产本发明的材料的具有双峰或多峰分布的气凝胶在与其它成分混合之前，优选具有0.080至0.180g/cm3、优选0.095至0.150g/cm3的容积密度。上述定义的这种紧密度优选大于0.75，特别地大于0.77并且理想地大于0.78。
当量直径（D）与当量直径（d）的比值优选为10至200，特别地20至100，其中所述当量直径（D）对应于位于400μm至10mm的粒径最大值，所述当量直径（d）对应于位于小于200μm的粒径最大值。
在本发明中，小尺寸的气凝胶颗粒填充了大尺寸颗粒留下的自由的颗粒间空隙（参见图5）。
在优选的实施方式中，当量直径小于200μm的气凝胶颗粒的重量分数为7.5%至60%，优选20%至55%，这些百分比是相对于组合的气凝胶颗粒。
在另一个优选实施方式中，当量直径小于150μm的气凝胶颗粒的重量分数为7.5%至60%，优选20%至55%，这些百分比是相对于组合的气凝胶颗粒。
在再一个优选实施方式中，当量直径小于80μm的气凝胶颗粒的重量分数为7.5%至60%，优选20%至55%，这些百分比是相对于组合的气凝胶颗粒。
在本发明的隔热材料中，所述气凝胶颗粒与聚合的有机粘结剂(组份b)结合使用，所述粘结剂给所述材料带来内聚力和机械强度。
所述粘结剂可以是有机聚合物(有机物b1)和表面活性剂(组份b2)的混合物。事实上，为了避免使用挥发性的有机化合物，气凝胶颗粒与有机粘结剂的混合优选在水性介质中进行。当不存在两亲性试剂时，把疏水气凝胶均匀地分散到液相中将是不可能的。
在0.3体积%至12体积%的有机粘结剂(b)中，相对于所述材料的总体积，大约0.2体积%至8体积%，优选0.4体积%至6体积%，特别地0.5体积%至2体积%由有机聚合物(b1)形成，并且相对于所述材料的总体积，大约0.1体积%至4体积%，优选0.1体积%至3体积%，特别地0.15体积%至1体积%由表面活性剂(b2)形成。
优选地，所述聚合物(b)预先溶解或分散在水中，并且所述气凝胶颗粒随后掺入该溶液或分散液中。假设有机溶剂或助溶剂的使用是不期望的，那么将优选选择水可溶的或水可分散的热塑性有机聚合物。根据本发明，术语“水可分散的聚合物”可理解为指当分散到水中时，所述聚合物形成平均尺寸为10至300nm，优选10至100nm的颗粒形式。
所述水可溶的或水可分散的聚合物在水性相中的浓度优选相当低，这种低的浓度使得可能限制掺入材料中的粘结剂的量以及促进聚合物粘结剂在气凝胶颗粒中的均匀分布。优选地，所述水性相（还包含表面活性剂，但是不包含气凝胶颗粒）包含最高20重量％的聚合物有机粘结剂，特别地1重量％至10重量％的有机粘结剂、更优选1.5重量％至8重量％的有机粘结剂。
在特别有利的实施方式中，所述有机聚合物是触变性水可溶的聚合物，该聚合物可经由大量弱键（例如氢键）的建立而形成物理凝胶，但是其具有在受到剪切力时迅速地降低的粘度。这种聚合物是特别有利的，因为它给予了气凝胶/水相混合物膏状稠度，这有助于干燥之前对材料定型的某些方法。此外，触变性聚合物凝胶在静止时的很高的粘度阻止了一部分气凝胶颗粒的可能沉降/分离，从而保证了气凝胶颗粒在整个材料中的均匀分布。
如以上所说明的，为了可能使水性相润湿所述气凝胶颗粒的疏水表面并且确保分散尽可能地均匀，表面活性剂是关键的。所述表面活性剂可在有机聚合物之前或之后引入到水性相中，或者还可在气凝胶颗粒混入水性粘结剂溶液或悬浮液中之前应用于气凝胶颗粒。其在水性相中的浓度通常为0.3重量％至3重量％。
所述有机聚合物还可以是热固性树脂，该热固性树脂在气凝胶/液相混合物成型之后聚合和/或交联。它可以是，例如，聚酯、聚氨酯、乙烯基酯、氨基塑料、酚醛树脂或环氧树脂。
作为热塑性聚合物的实例，可提及改性的水可溶的或水可分散的纤维素和淀粉，例如纤维素或淀粉醚、丙烯酸聚合物、聚硅氧烷、聚醋酸乙烯酯、乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物、乙烯/丙烯酸酯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或聚氯乙烯。
本申请人成功地使用了：
-由Bostik出售的名称为Quelyd 
Figure BDA0000422798890000101
和由SE 
Figure BDA0000422798890000102
出售的参考号Tylose HA40YP2的纤维素醚，
-分别由Sika提供的名称为
Figure BDA0000422798890000103
和由BASF提供的名称为Model Dispersion的苯乙烯/丁二烯和苯乙烯/丙烯酸丁酯胶乳，
-由BASF出售的参考号Mastertop1720A7和B7的双组份环氧树脂。
在表面活性剂中，将优选选择表现出低发泡能力的非离子表面活性剂。作为示例可提及的表面活性剂有Dow出售的
Figure BDA0000422798890000104
X系列，特别是Triton X-100(聚乙氧基化壬基酚)，PCAS出售的
Figure BDA0000422798890000105
(苯乙烯和甲基丙烯酸酯在水溶液中的共聚物)，或者SE Tylose出售的
Figure BDA0000422798890000106
EP28（环氧丙烷和环氧乙烷的共聚物）。
用表现出两种组份的性质和功能性的某种组份部分地或全部地替换有机聚合物和表面活性剂是可能的。因此，可以用一种或多种两亲性聚合物（组份b3）替换组份(b1)和(b2)或在组份(b1)和(b2)之外额外地添加。
它们是已知包含亲水序列或基团和疏水序列或基团两者的有机聚合物，例如由本质上两亲性单体（例如包含离子基团和脂族链）合成的聚合物。
本发明的隔热材料还可包含1重量％至10重量％，优选2重量％至5重量％的颗粒，所述颗粒在红外线照射下是不透明的。这种颗粒是已知的并且选自，例如碳黑、石墨、二氧化钛、氧化铁或二氧化锆、碳化硅、硅酸盐和络合铝酸盐的颗粒。这些颗粒可存在于气凝胶颗粒之外，换言之，在颗粒间空隙中，或者他们可以在气凝胶颗粒经由溶胶-凝胶路线合成的过程中被掺入气凝胶颗粒核心中。
另外，根据本发明的材料可包含一定分数的强化纤维。它们可以是无机纤维，例如玻璃、碳、氧化铝、陶瓷或岩石纤维，或者有机纤维，例如纤维素、棉花、羊毛、聚酰胺、聚酯、聚乙烯或聚丙烯纤维或回收的复合材料的纤维。假设所有这些纤维都具有比所述气凝胶高的热导率，那么将努力限制其比例至产生期望的机械强度的最小量。通常地，根据本发明的材料包含最高5体积％，优选0.1体积％至4体积％，特别地0.5体积％至3体积％的有机和/或无机纤维。
然而，本发明的材料的独创性不在于成分（聚合物粘结剂、表面活性剂、遮光颗粒、强化纤维）的化学特性，而是更多地在于所使用的气凝胶的特定颗粒尺寸。事实上，如上已经说明的，本申请人已经发现，有可能通过组合使用由粗尺寸的颗粒组成的气凝胶和由细得多的颗粒组成的且用来填充大颗粒的颗粒间空隙的气凝胶来制备具有非常低的热导率的隔热材料。
为了使细的气凝胶颗粒能够有效填充大颗粒间的颗粒间空隙，它们的当量直径优选显著低于大颗粒的当量直径。小的气凝胶颗粒和大的气凝胶颗粒之间的粒度差异可以通过样品中粗颗粒的平均当量直径与同一样品中细颗粒的平均当量直径的比率量化。
但是，在最终材料中，平均当量直径的概念并不是特别有意义，因为不可能从颗粒混合物的粒度分布中重新构造所用的两种或几种颗粒群。因此，本申请人决定通过对应于0.4至10mm的最大强度值的当量直径(D)与对应于小于200μm的最大强度值的当量直径(d)的比值表征在最终材料中所使用的不同颗粒群之间的尺寸差异。该比值D/d优选为10至200、特别地20至100、并且特别有利地25至80。对应于这些最大值的直径值（d和D）通过在切片上的图像分析来确定。
这些优选的范围保持有效，甚至当粒度分布包含多于两个的最大值时，也就是说，当所述气凝胶通过混合三个、四个或更多个具有不同颗粒尺寸的颗粒群而制备时。
本发明的材料不可避免地包含一定体积分数的以大孔形式（直径大于200nm）存在的空气。
为了尽可能地限制气体传导的热导率，尝试除去或至少极大地限制大孔所占的体积分数。这可以通过注意不使用发泡的表面活性剂的同时，通过避免有利于发泡、空气夹杂或空气注入的搅拌和制备方法，或者通过使用消泡剂来实现。
根据本发明的材料中的粘结剂不形成连续的基质。它没有填充气凝胶颗粒之间的所有空隙。这样的构造将导致呈现出过高的热导率的材料。相反地，根据本发明的材料的粘结剂在至少一部分颗粒之间形成非常薄的膜和/或偶尔形成桥连或小纤维。
根据本发明的特别优选的实施方式，所述材料包含玻璃化转变温度小于30℃的粘结剂，并且所述粘结剂是以具有小于0.4微米的平均厚度的气凝胶颗粒上的薄膜形式和/或具有小于1微米的平均厚度的气凝胶颗粒之间的小纤维形式被提供。
本发明的另一个主题是提供用于制备如上所述的隔热材料的方法。这样的制备方法包括至少3个步骤，即：
-将所述疏水二氧化硅气凝胶颗粒(a)、所述表面活性剂(b2)和所述有机聚合物(b1)或所述两亲性聚合物(b3)与对于一份固体组份（a、b1、b2、b3）而言0.75重量份至4重量份的水，优选1.5重量份至3重量份的水混合或接触，
-使如此获得的水性组合物成型，和
-干燥所述成型的材料。
所述组份(a)，即所述疏水二氧化硅气凝胶，可有利地通过混合至少两种气凝胶部分得到，其中第一部分表现出小于200μm，优选25μm至100μm的当量直径（dm），并且第二部分表现出400μm至10mm，优选500μm至5mm的平均当量直径(Dm)。这些不同部分可通过已知方法获得，例如通过研磨疏水二氧化硅气凝胶，然后经过制备型筛分。
当然，可能将由具有不同固有密度的两种不同气凝胶样品得到的气凝胶部分混合。
如上说明的，在被混合或与其它成分接触之前，所述疏水二氧化硅气凝胶（a）具有最高的可能紧密度。其优选大于0.75、特别地大于0.77、还特别地大于0.78和理想地大于0.80。这并不意味着具有不同平均当量直径的两种气凝胶部分必须在接触水或材料中的其它组份之前就相互混合。这是因为本发明还包含替代的形式，其中不同的气凝胶部分单独地和顺序地与其它成分混合。
对于本发明来说混合不同组份的方式原则上不是限制性的，本领域技术人员可以设计或测试可能获得包含水和所有固体组份的均匀混合物的不同方案。这种混合物可具有粘度或高或低的液体稠度（例如使得通过浇铸成型成为可能），或者其可具有膏剂的稠度。
在本发明的方法的优选实施方式中，所述有机聚合物(b1)和表面活性剂(b2)或两亲性有机聚合物(b3)首先溶解或分散在水中，随后如此制备的溶液或分散液与气凝胶颗粒混合或接触，任选地与强化纤维和/或遮光颗粒混合。
当有机聚合物(b1)和表面活性剂(b2)组合使用时，重量比值(b1)/(b2)优选为30/70至80/20，特别地40/60至70/30。
如此得到的水性组合物的成型可通过，例如浇铸、挤出、扭绞或模压进行。成型湿材料的干燥通过在加热或者不加热的情况下的水相蒸发进行。在干燥期间将0.5至20kPa左右的适度机械压力施加于所述材料证明是有利的，以排出可能形成的气泡或者减少水蒸发后遗留在颗粒间空隙中的空气量。
由具有110至210kg/m3固有密度的气凝胶颗粒制备的本发明的材料优选具有在干燥状态下测定的100至215g/cm3的密度。
它在23℃时的热导率小于20mW/(m.K)，优选小于18mW/(m.K)，特别地14至17mW/(m.K)(根据标准ISO8301，EN12667:2001和EN1946-3:1999通过在Hesto Lambda Control K202设备上在置于7kPa的压力下的样品上的流动测量测定)。该数值随着有机相(b)的量和以大孔形式包含的空气量而增大。
最后，本发明的另一个主题为包含至少一层本发明材料的隔热产品。
优选地，所述产品为具有5至75mm厚度的板，特别地20mm至50mm。它可包含由例如金属或塑料薄片、纸片、天然或合成纤维的毡垫、板、格栅和类似物形成的多个其它层。
在这样的产品中，基于气凝胶的隔热材料优选地占有至少50体积％、特别地至少70体积％、并且特别有利地至少80体积％、或者甚至至少95体积％。
实施例1
将PCAS/Enersens出售的名称为
Figure BDA0000422798890000141
的两种疏水二氧化硅气凝胶混合，其中第一种颗粒的颗粒尺寸为0至100μm(气凝胶A，ρi=150kg/m3，dm=33.5μm，由干式激光粒度分析测定)，和第二种颗粒的颗粒尺寸为1000至1250μm(气凝胶B，ρI=182kg/m3，Dm=1210μm，由干式激光粒度分析测定)，上述颗粒尺寸经由筛分获得。
这些气凝胶以不同的体积比例混合，并且测定了这些混合物的表观密度。因此，图1a显示了随气凝胶B的重量分数变化的混合物密度，气凝胶A构成100％的补足部分。
气凝胶粉末的混合物包含：
-40重量％的尺寸小于100μm的颗粒（气凝胶A），和
-60重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒（气凝胶B），
所述气凝胶粉末混合物的表观密度(ρapp)为0.133g/cm3，紧密度为0.79(参见图1b)和23℃时的热导率为16mW/(m.K)。
接下来1体积的混合物与0.285体积的Bostik粘合剂制剂混合，该粘合剂制剂包含2.2重量％的以品牌Quelid 
Figure BDA0000422798890000142
销售的纤维素粘合剂和4.2重量％的由PCAS出售的名称为
Figure BDA0000422798890000143
的非离子表面活性剂的30重量％的水性分散液。
得到的均匀组合物具有膏剂的稠度，其在穿孔的模具中扩展为1cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用墙纸胶粘剂浸渍的纸片，其中所述胶粘剂中添加有表面活性剂（参见图2）。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。这种夹心结构在25℃的温度和50％的相对湿度下干燥6天。如此得到了易于操作和切割的自支撑板形式的产品，如图3和4所示。图5显示了由X-射线断层分析方法得到的放大倍率约为80倍的产品微观结构。
含有气凝胶的层的热导率在23℃时仅为17.0mW/(m.K)，也就是说，其几乎不大于用于制备它的粉末混合物的热导率。该数值与现有技术中报道的基于不含页硅酸盐的粘结气凝胶颗粒的隔热产品的热导率（其为25至350mW/(m.K)）相比惊人地低。
实施例2
将PCAS/Enersens出售的名称为
Figure BDA0000422798890000152
的两种疏水二氧化硅气凝胶混合，其中第一种颗粒的颗粒尺寸为0至100μm，和第二种颗粒的颗粒尺寸为1000至1250μm，上述颗粒尺寸经由筛分获得。
气凝胶粉末的混合物包含：
-40重量％的尺寸小于100μm的颗粒，和
-60重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒，
所述气凝胶粉末混合物的表观密度(ρapp)为0.136g/cm3，紧密度为0.80和23℃时的热导率为15.8mW/(m.K)。
接下来1体积的这一混合物与0.22体积的水性制剂混合，该水性制剂包含15重量％的以品牌销售的在水中稀释到47％的苯乙烯/丁二烯胶乳分散液和6.2重量％的由PCAS出售的名称为
Figure BDA0000422798890000154
的非离子表面活性剂的30％水性分散液。得到的均匀组合物具有膏剂稠度，其在穿孔模具中扩展到1cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用水性制剂浸渍的纸片。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。在0.9KPa的压力，40℃的温度和10％的相对湿度下进行干燥20h。撤去所述纸片，如此得到了易于操作和切割的自支撑板形式的产品。
它的热导率在23℃时仅为16mW/(m.K)。该数值与现有技术中报道的基于不含页硅酸盐的粘结气凝胶颗粒的隔热产品的热导率（其为25至350mW/(m.K)）相比惊人地低。
实施例3
由PCAS/Enersens以名称
Figure BDA0000422798890000151
出售的遮光疏水二氧化硅气凝胶被研磨，然后经由筛分分级。
使用通过100μm筛网的颗粒级分和在1000μm至1250μm之间得到的级分。
遮光气凝胶粉末混合物包含：
-35重量％的尺寸小于100μm的颗粒，和
-65重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒，
所述遮光气凝胶粉末混合物的表观密度(ρapp)为0.095g/cm3，紧密度为0.76和23℃时的热导率为14.9mW/(m.K)。
接下来1体积的这一混合物与0.20体积的水性制剂混合，该水性制剂包含12.7重量％的以品牌
Figure BDA0000422798890000161
销售的在水中稀释到47％的苯乙烯/丁二烯胶乳分散液和4.3重量％的由PCAS出售的名称为
Figure BDA0000422798890000162
的非离子表面活性剂的30％水性分散液。
得到的均匀组合物具有膏剂稠度，其在模具中扩展到1cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用水性制剂浸渍的纸片。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。在0.9KPa的压力，40℃的温度和10％的相对湿度下干燥该夹心结构18h。撤去所述纸片，如此得到了易于操作和切割的自支撑板形式的产品。
它的热导率在23℃时仅为14.9mW/(m.K)。该数值与现有技术中报道的基于不含页硅酸盐的粘结气凝胶颗粒的隔热产品的热导率（其为25至350mW/(m.K)）相比惊人地低。
实施例4
将PCAS/Enersens出售的名称为
Figure BDA0000422798890000163
的两种疏水二氧化硅气凝胶混合，其中第一种颗粒的颗粒尺寸为0至100μm，和第二种颗粒的颗粒尺寸为1000至1250μm，上述颗粒尺寸经由筛分获得。
气凝胶粉末的混合物包含：
-40重量％的尺寸小于100μm的颗粒，和
-60重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒，
所述气凝胶粉末混合物的表观密度(ρapp)为0.136g/cm3，紧密度为0.80和23℃时的热导率为15.8mW/(m.K)。
接下来1体积的这种混合物与0.225体积的水性制剂混合，该水性制剂包含2.1重量％的由
Figure BDA0000422798890000164
出售的名称为Tylose HA40YP2的纤维素醚和1.3重量%的由
Figure BDA0000422798890000165
出售的名称为Tylovis EP28的非离子表面活性剂。得到的均匀组合物具有膏剂稠度，其在穿孔模具中扩展到1cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用水性制剂浸渍的纸片。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。在40℃的温度和10％的相对湿度下干燥该夹心结构18h。如此得到了易于操作和切割的自支撑板形式的产品。
所述含气凝胶层的热导率在23℃时仅为15.7mW/(m.K)。该数值与现有技术中报道的基于不含页硅酸盐的粘结气凝胶颗粒的隔热产品的热导率（其为25至350mW/(m.K)）相比惊人地低。
实施例5
将PCAS/Enersens出售的名称为的两种疏水二氧化硅气凝胶混合，其中第一种颗粒的颗粒尺寸为0至100μm，和第二种颗粒的颗粒尺寸为1000至1250μm，上述颗粒尺寸经由筛分获得。
气凝胶粉末的混合物包含：
-40重量％的尺寸小于100μm的颗粒，和
-60重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒，
所述气凝胶粉末混合物的表观密度(ρapp)为0.136g/cm3，紧密度为0.80和23℃时的热导率为15.8mW/(m.K)。
接下来1体积的这种混合物与0.24体积的水性制剂混合，该水性制剂基于由BASF出售的名称为Mastertop1720的双组份环氧树脂。所述制剂包含4.9重量％的环氧组份Mastertop1720A7，5.22重量％的组份Mastertop1720B7和3.95％重量的由PCAS出售的名称为
Figure BDA0000422798890000172
的非离子表面活性剂的30%水性分散液。所述环氧组份在加入水和表面活性剂之前在第一步骤中紧密混合。
得到的均匀组合物具有膏剂的稠度，其在穿孔模具中扩展到1cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用水性制剂浸渍的纸片。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。在40℃的温度和10％的相对湿度下干燥该夹心结构18h。如此得到了易于操作和切割的自支撑板形式的产品。
所述含气凝胶层的热导率在23℃时仅为16.8mW/(m.K)。该数值与现有技术中报道的基于不含页硅酸盐的粘结气凝胶颗粒的隔热产品的热导率（其为25至350mW/(m.K)）相比惊人地低。
实施例6
将PCAS/Enersens出售的名称为
Figure BDA0000422798890000181
的两种疏水二氧化硅气凝胶混合，其中第一种颗粒的颗粒尺寸为0至100μm，和第二种颗粒的颗粒尺寸为1000至1250μm，上述颗粒尺寸经由筛分获得。
气凝胶粉末的混合物包含：
-30重量％的尺寸小于100μm的颗粒，和
-70重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒，
所述气凝胶粉末混合物的表观密度(ρapp)为0.129g/cm3，紧密度为0.78和23℃时的热导率为16mW/(m.K)。
对于1体积的这种混合物，与其它组份的混合分两个阶段进行。第一个阶段是与0.164体积的水性溶液混合，该水性溶液包含1.2重量％的由
Figure BDA0000422798890000182
销售的非离子表面活性剂Triton X100。在第二个阶段中，该混合物与0.246体积的水性制剂混合，该水性制剂包含14.1重量％的由
Figure BDA0000422798890000183
销售的名称为M310Emulsion的乙烯/丙烯酸共聚物的分散液和1.2重量％的Triton X100。
得到的均匀组合物具有膏剂的稠度，其在穿孔模具中扩展到1cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用水性制剂浸渍的纸片。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。随后通过在该模具内挤压该膏状物而榨出0.05体积的液体相。在40℃的温度和10％的相对湿度下干燥该夹心结构24h。如此得到了易于操作和切割的自支撑板形式的产品。
所述含气凝胶层的热导率在23℃时仅为17.7mW/(m.K)，也就是说，其几乎不大于用于制备它的粉末混合物的热导率。该数值与现有技术中报道的基于不含页硅酸盐的粘结气凝胶颗粒的隔热产品的热导率（其为25至350mW/(m.K)）相比惊人地低。
实施例7
将PCAS/Enersens出售的名称为
Figure BDA0000422798890000184
的两种疏水二氧化硅气凝胶混合，其中第一种颗粒的颗粒尺寸为0至100μm，和第二种颗粒的颗粒尺寸为1000至1250μm，上述颗粒尺寸经由筛分获得。
气凝胶粉末的混合物包含：
-40重量％的尺寸小于100μm的颗粒，和
-60重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒，
所述气凝胶粉末混合物的表观密度(ρapp)为0.134g/cm3，紧密度为0.80和23℃时的热导率为15.2mW/(m.K)。
在第一个步骤中，1体积的这种混合物与0.44重量％的长度为6mm的聚乙烯(PET)纤维混合。接下来这一新的混合物与0.21体积的水性制剂混合，该水性制剂包含12重量％的来自BASF的在水中稀释到48％的Model Dispersion胶乳分散液和5.7重量％的由PCAS出售的名称为
Figure BDA0000422798890000191
的非离子表面活性剂的30重量％水性分散液。
由BASF提供的Model Dispersion胶乳为具有210nm（直径）的颗粒尺寸的苯乙烯/丙烯酸丁酯（有时叫聚苯乙烯-聚丙烯酸丁酯）。它是由44％的苯乙烯，53％的丙烯酸丁酯和3％的丙烯酸组成。甲基丙烯酸或PMMA是空间稳定系统。它被接枝到胶乳颗粒的表面。
得到的均匀组合物具有膏剂的稠度，其在穿孔模具中扩展到4cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用水性制剂浸渍的纸片。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。随后通过在该模具内挤压该膏状物榨出0.05体积的液体相。在40℃的温度和10％的相对湿度下干燥该夹心结构24h。如此得到了易于操作和切割的自支撑板形式的产品。
所述含气凝胶层的热导率在23℃时仅为15.9mW/(m.K)，也就是说，其几乎不大于用于制备它的粉末混合物的热导率。该数值与现有技术中报道的基于不含页硅酸盐的粘结气凝胶颗粒的隔热产品的热导率（其为25至350mW/(m.K)）相比惊人地低。
实施例8
将PCAS/Enersens出售的名称为
Figure BDA0000422798890000192
的两种疏水二氧化硅气凝胶混合，其中第一种颗粒的颗粒尺寸为0至100μm，和第二种颗粒的颗粒尺寸为1000至1250μm，上述颗粒尺寸经由筛分获得。
气凝胶粉末的混合物包含：
-40重量％的尺寸小于100μm的颗粒，和
-60重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒，
所述气凝胶粉末混合物的表观密度(ρapp)为0.133g/cm3，紧密度为0.79和23℃时的热导率为16mW/(m.K)。
接下来1体积的这种混合物与0.285体积的水性溶液混合，该水性溶液包含1.2重量％的由
Figure BDA0000422798890000201
出售的非离子表面活性剂Triton X100和2.2重量％的以Quelid品牌销售的纤维素胶粘剂。
得到的均匀组合物具有膏剂的稠度，其在穿孔模具中扩展到1cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用水性制剂浸渍的纸片。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。随后通过在该模具内挤压该膏状物榨出0.05体积的液体相。在40℃的温度和10％的相对湿度下干燥该夹心结构24h。如此得到了相当易于操作和切割的自支撑板形式的产品。
所述含气凝胶层的热导率在23℃时仅为17mW/(m.K)，也就是说，其几乎不大于用于制备它的粉末混合物的热导率。该数值与现有技术中报道的基于不含页硅酸盐的粘结气凝胶颗粒的隔热产品的热导率（其为25至350mW/(m.K)）相比惊人地低。
实施例9-不按照本发明
将PCAS/Enersens出售的名称为
Figure BDA0000422798890000203
的两种疏水二氧化硅气凝胶混合，其中第一种颗粒的颗粒尺寸为0至100μm，和第二种颗粒的颗粒尺寸为1000至1250μm，上述颗粒尺寸经由筛分获得。
产生了气凝胶粉末的混合物，其包含：
-40重量％的尺寸小于100μm的颗粒，和
-60重量％的尺寸为1000至1250μm的颗粒。
所述混合物的表观密度(ρapp)为0.133g/cm3，紧密度为0.79和23℃时的热导率为16mW/(m.K)。
接下来1体积的这种混合物与0.27体积的水性制剂混合，该水性制剂包含2.2重量％的由Bostik以Quelid
Figure BDA0000422798890000204
品牌销售的纤维素胶粘剂。
得到的组合物不是很均匀。它具有膏剂稠度，其在穿孔模具中扩展到1cm的厚度，所述模具的底部放置了已经用墙纸胶粘剂浸渍的纸片。用第二张浸渍的纸片覆盖膏状物。在25℃的温度和50％的相对湿度下干燥该夹心结构6天。如此得到的产品是在操作容易破裂的板的形式。
根据本发明的材料的机械性能评估-粘结剂影响的研究
评价了根据本发明的材料的机械性能并将其与非按照本发明的那些材料的机械性能进行了比较。更具体地，进行了“四点”弯曲测试以测定材料的最大强度和在此最大强度下的材料应变。
弯曲测试采用适于纤维强化混凝土的AFNOR XP-P18409标准。
加压于尺寸为20x20x80mm的棱形试样，低支撑点的距离A=60mm，高支撑点的距离B=20mm。
测试在“Bose Electroforce EF3200”设备上进行，并且以22N单元和LVDT位移传感器以开放循环（open loop）驱动。
然后得到负荷/偏转曲线。该曲线显示了单一的最大值，该最大值随后被用于计算最大应力或强度及在该峰值下的应变。
如此测得的机械性能显示在下表中，其中呈现的结果是6次测试的平均值。
上述结果证明了根据本发明的材料（例如根据实施例1、7和8的材料）形成了非常好的隔热体，此外其还表现出值得注意的机械性能。

Claims (16)

1.一种基本上不含有页硅酸盐的固体隔热材料，包含：
(a)70体积%至98体积%，优选75体积％至96体积％，特别地80%体积至95体积%的疏水二氧化硅气凝胶颗粒，所述颗粒具有110kg/m3至210kg/m3的固有密度，
(b)0.3体积%至12体积%，优选0.5体积%至9体积%的有机粘结剂，所述粘结剂由至少一种有机聚合物(b1)和至少一种表面活性剂(b2)，或由至少一种两亲性有机聚合物(b3)形成，
这些体积分数是通过在所述固体材料的薄切片上进行图像分析来确定的，并且该体积分数是相对于所述材料的总体积，
所述气凝胶颗粒的粒度分布表现出至少两个最大值，其中第一个最大值对应于小于200μm，优选25μm至150μm的当量直径（d），并且第二个最大值对应于400μm至10mm，优选500μm至5mm的当量直径(D)。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述D/d的比值为10至200，优选20至100。
3.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，当量直径小于200μm的气凝胶颗粒相对于总气凝胶分数而言，其体积分数为7.5%至60%，优选20%至55%。
4.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，当量直径小于150μm的气凝胶颗粒相对于总气凝胶分数而言，其体积分数为7.5%至60%，优选20%至55%。
5.根据权利要求1或2所述的材料，其特征在于，当量直径小于80μm的气凝胶颗粒相对于总气凝胶分数而言，其体积分数为7.5%至60%，优选20%至55%。
6.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述有机聚合物(b1)或所述两亲性有机聚合物(b3)为热塑性有机聚合物，优选水可溶的或水可分散的热塑性有机聚合物。
7.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述有机聚合物(b1)或所述两亲性有机聚合物(b3)为触变性聚合物。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的材料，其特征在于，所述有机聚合物(b1)为热固性有机树脂。
9.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料还包含至多2体积％，优选0.2体积％至1体积％的颗粒，所述颗粒在红外线照射下是不透明的。
10.根据前述权利要求任一项所述的材料，其特征在于，所述材料在干燥状态下表现出100g/cm3至215g/cm3的密度。
11.一种制备如前述权利要求任一项所述的固体材料的方法，所述方法包括：
-将所述疏水二氧化硅气凝胶颗粒(a)、所述表面活性剂(b2)和所述有机聚合物(b1)或所述两亲性聚合物(b3)与0.75重量份至4重量份的水，优选1.5重量份至3重量份的水混合或接触，其中所述疏水二氧化硅气凝胶颗粒的粒度分布表现出至少两个最大值，第一个最大值对应于小于200μm，优选25μm至150μm的当量直径（d），并且第二个最大值对应于400μm至10mm，优选500μm至5mm的当量直径(D)，
-使如此获得的水性组合物成型，和
-干燥所述成型的材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述疏水二氧化硅气凝胶(a)在与其它成分混合或接触之前具有大于0.75，特别地大于0.77和理想地大于0.78的紧密度。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述有机聚合物(b1)与表面活性剂(b2)的重量比为30/70至80/20，优选40/60至70/30。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述有机聚合物(b1)和表面活性剂(b2)或两亲性有机聚合物(b3)首先溶解或分散于水中，所述溶液或分散液随后与所述气凝胶颗粒混合或接触。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述疏水二氧化硅气凝胶(a)通过混合至少两种气凝胶部分获得，其中第一部分表现出小于200μm，优选25μm至150μm的平均当量直径（dm），并且第二部分表现出400μm至10mm，优选500μm至5mm的平均当量直径(Dm)。
16.一种隔热产品，其特征在于，所述产品包含至少一层如权利要求1-10中任一项所述的材料。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107244667A (zh) * 2017-05-23 2017-10-13 深圳大学 一种两亲性气凝胶及制备方法
CN111635243A (zh) * 2020-06-09 2020-09-08 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 可再生氧化硅气凝胶复合材料、其制法、再生方法与应用
CN112043543A (zh) * 2019-06-05 2020-12-08 高岛有限公司 遗体冷却装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2963328A4 (en) * 2013-02-28 2016-03-16 Panasonic Ip Man Co Ltd HEAT INSULATING MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF
JP2015052210A (ja) * 2013-09-05 2015-03-19 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 断熱パネル及びその製造方法
US9764301B2 (en) * 2013-11-14 2017-09-19 Nanyang Technological University Silica aerogel composite
KR20170014634A (ko) 2015-07-30 2017-02-08 현대자동차주식회사 단열 코팅 조성물 및 단열 코팅층
US20170298624A1 (en) * 2016-04-13 2017-10-19 Chien-Yi HSIEH Dropped ceiling with eco-friendly ceiling panels
EP3257902A1 (de) * 2016-06-15 2017-12-20 Daw Se Beschichtungsmasse sowie putzbeschichtung und dämmendes bauteil
RU2721612C1 (ru) * 2016-08-19 2020-05-21 Ваккер Хеми Аг Способ изготовления пористого формованного изделия в виде слоя изоляционной штукатурки
EP3738941A1 (en) * 2019-05-14 2020-11-18 ETH Zurich Method of manufacturing a composite element, device for manufacturing the composite element, the composite element itself and use of the composite element
KR102137634B1 (ko) * 2019-07-02 2020-07-24 (주)대협테크 에어로겔 함유 분무용 단열 조성물과 그 제조방법
US11578461B2 (en) * 2020-03-17 2023-02-14 Dupont Safety & Construction, Inc. Papers comprising aerogel powder and aramid polymer fibrils
CN111495326A (zh) * 2020-04-08 2020-08-07 云南中烟工业有限责任公司 一种有机/无机复合气凝胶微球及其制备方法和用途
CN111948095B (zh) * 2020-07-22 2023-06-23 电子科技大学 一种测试pzt气凝胶密度的方法
CN112681605A (zh) * 2020-12-24 2021-04-20 应急管理部四川消防研究所 有机无机复合结构保温装饰一体化内墙板及制备安装方法
CN113372059A (zh) * 2021-06-15 2021-09-10 四川赛尔科美新材料科技有限公司 一种无机硅隔声保温凝胶及其制造方法
WO2023230251A1 (en) * 2022-05-27 2023-11-30 Cabot Corporation Aerogel composition for thermal insulation
WO2024080239A1 (ja) * 2022-10-11 2024-04-18 株式会社レゾナック 塗液、塗液の製造方法及び複合材料の製造方法
WO2024080252A1 (ja) * 2022-10-11 2024-04-18 株式会社レゾナック 塗液、塗液の製造方法及び複合材料の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1249713A (zh) * 1997-01-24 2000-04-05 卡伯特公司 具有至少一含气凝胶层和至少一含聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维层的多层复合材料、其制法和应用

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2811457A (en) * 1952-12-18 1957-10-29 Johns Manville Inorganic bonded thermal insulating bodies and method of manufacture
JPH0765990B2 (ja) 1987-02-17 1995-07-19 青木 弘子 溶液中のクロラミン及び遊離塩素の定量方法
DE3814968A1 (de) 1988-05-03 1989-11-16 Basf Ag Daemmstoff der dichte 0,1 bis 0,4 g/cm(pfeil hoch)3(pfeil hoch)
DE4409309A1 (de) 1994-03-18 1995-09-21 Basf Ag Formkörper, enthaltend Silica-Aerogel-Partikel sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
US5569513A (en) * 1994-08-10 1996-10-29 Armstrong World Industries, Inc. Aerogel-in-foam thermal insulation and its preparation
DE4437424A1 (de) 1994-10-20 1996-04-25 Hoechst Ag Aerogelhaltige Zusammensetzung, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung
DE4441567A1 (de) 1994-11-23 1996-05-30 Hoechst Ag Aerogelhaltiges Verbundmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung
DE19533564A1 (de) * 1995-09-11 1997-03-13 Hoechst Ag Faserhaltiges Aerogel-Verbundmaterial
JPH10147664A (ja) 1996-11-20 1998-06-02 C I Kasei Co Ltd エアロゲル断熱パネルおよびその製造方法
DE19702240A1 (de) * 1997-01-24 1998-07-30 Hoechst Ag Mehrschichtige Verbundmaterialien, die mindestens eine aerogelhaltige Schicht und mindestens eine weitere Schicht aufweisen, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung
JP2001011360A (ja) * 1999-06-25 2001-01-16 Pentel Corp 鉛筆芯の製造方法
JP2001343379A (ja) 2000-03-31 2001-12-14 Showa Denko Kk ハロゲン濃度の測定方法、測定装置及びハロゲン化合物の製造方法
JP3600856B2 (ja) 2001-02-23 2004-12-15 独立行政法人産業技術総合研究所 メソポーラスＳｉＯ２薄膜を用いたＳＰＶ型（表面光電圧法）ＮＯＸガスセンサー
JP4369239B2 (ja) 2002-01-29 2009-11-18 キャボット コーポレイション 耐熱性エーロゲル絶縁複合材料およびその製造方法、エーロゲルバインダー組成物およびその製造方法
RU2303744C2 (ru) * 2002-05-15 2007-07-27 Кабот Корпорейшн Жаростойкий изоляционный композитный материал и способ его получения
JP2004170339A (ja) 2002-11-22 2004-06-17 Sumitomo Chem Co Ltd 塩素および硫黄酸化物を含有する混合ガス中の硫黄酸化物の濃度の測定方法
US7118801B2 (en) * 2003-11-10 2006-10-10 Gore Enterprise Holdings, Inc. Aerogel/PTFE composite insulating material
US7807473B2 (en) 2005-10-26 2010-10-05 General Electric Company Material compositions for sensors for determination of chemical species at trace concentrations and method of using sensors
JP2008082840A (ja) 2006-09-27 2008-04-10 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ホルムアルデヒド検出体、ホルムアルデヒド検出装置、ホルムアルデヒド検出方法及びホルムアルデヒド検出試薬
WO2008063954A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-29 New Jersey Institute Of Technology Mixing and packing of particles
RU2342415C1 (ru) * 2007-07-10 2008-12-27 Николай Владимирович Мотрикалэ Покрытие жидкокерамическое изоляционное
US9073759B2 (en) * 2010-08-10 2015-07-07 Massachusetts Institute Of Technology Silica aerogels and their preparation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1249713A (zh) * 1997-01-24 2000-04-05 卡伯特公司 具有至少一含气凝胶层和至少一含聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维层的多层复合材料、其制法和应用

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107244667A (zh) * 2017-05-23 2017-10-13 深圳大学 一种两亲性气凝胶及制备方法
CN112043543A (zh) * 2019-06-05 2020-12-08 高岛有限公司 遗体冷却装置
CN111635243A (zh) * 2020-06-09 2020-09-08 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 可再生氧化硅气凝胶复合材料、其制法、再生方法与应用
CN111635243B (zh) * 2020-06-09 2022-07-22 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 可再生氧化硅气凝胶复合材料、其制法、再生方法与应用

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