CN104412024A - 绝热体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供通过用粘合剂2将多个气凝胶颗粒A粘结而形成的绝热体B及其制备方法。所述气凝胶颗粒A具有500μm或更大的平均粒径。所述粘合剂2以颗粒形式存在于所述气凝胶颗粒A的表面上。所述粘合剂2的平均粒径与所述气凝胶颗粒A的平均粒径的比例(粘合剂/气凝胶颗粒)为1/200-1/10。为了制备所述绝热体B，所述粘合剂2由包括热固性树脂或热塑性树脂的粘合剂粉末制成。所获得的绝热体B具有提高的强度和优异的绝热性能。

Description

绝热体及其制造方法
技术领域
本发明涉及包含气凝胶颗粒的绝热体，以及制备所述绝热体的方法。
背景技术
作为绝热体，已知泡沫材料如聚氨酯泡沫和酚醛泡沫(泡沫基绝热体)。所述泡沫材料由其通过发泡所产生的气泡发挥隔热性。然而，该聚氨酯泡沫和酚醛泡沫通常具有比空气更高的热导率。因而有利的是使绝热体的热导率比空气的热导率更低，用于进一步提高绝热性能。作为实现使热导率比空气的热导率更低的方法，已知的方法是：用具有低热导率的气体(如氯氟烃)填充发泡材料(如聚氨酯泡沫和酚醛泡沫)的空气间隙。然而，对这种用气体填充空气间隙的方法的担心是填充的气体可能随着时间从空气间隙泄漏，这可能导致热导率的增加。
近年来，已经提出用于提高绝热性能的基于真空的方法。在该方法中，例如，使用硅酸钙和/或玻璃纤维多孔材料并且使它们保持在约10Pa的真空状态下。然而，这种基于真空的绝热方法需要维持真空状态，因此具有瞬时劣化和生产成本的问题。此外，在基于真空的绝热体中，绝热体的形状由于其需要保持真空状态而受到限制，并因此严重限制了其应用领域。因而，该基于真空的绝热体在实际使用中受到限制。
顺便提一下，已知大量的细孔二氧化硅(所谓的气凝胶)作为绝热体的材料在常压下表现出比空气的热导率更低的热导率。该材料可基于例如在US4402927、US4432956和US4610863中所公开的方法而获得。根据这些方法，所述气凝胶可通过使用烷氧基硅烷(其还被称为“硅醇盐”和“硅酸烷酯”)作为原料来制备。具体来说，二氧化硅气凝胶可通过以下方法获得：将烷氧基硅烷在溶剂的存在下水解，从而由于缩合聚合而得到具有硅骨架的湿凝胶化合物；并将该湿凝胶化合物在超临界条件下干燥，所述超临界条件不低于溶剂的临界点。作为溶剂，例如可使用醇、液化二氧化碳等。气凝胶颗粒是具有比空气的热导率更低的热导率的气凝胶的颗粒材料，因此可用作绝热体的原料。
引用列表
专利文献
专利文献1：US4402927
专利文献2：US4432956
专利文献3：US4610863
发明内容
技术问题
然而，由于气凝胶颗粒本身很脆弱，通过将该气凝胶颗粒模压形成的绝热体的产品具有较差的强度并且容易破裂和破碎。为了提高绝热体的强度，可能要增加粘合剂的量，但是在该情况下，增加粘合剂的量可能导致绝热体的绝热性能下降。具体而言，如图9所示，如果增加粘合剂的量，气凝胶颗粒A的整个表面将被粘合剂102覆盖，并且相邻的气凝胶颗粒A和A之间的空间将被粘合剂102填充。因此，粘合剂102促进了绝热体B的前表面和后表面的热传导，这将劣化绝热体B的绝热性能。
鉴于以上情形，存在通过提高其强度同时预防绝热性能劣化而获得具有足够强度和绝热性能要求的绝热体的需求。
鉴于以上情形完成了本发明，其目的是提出一种具有更高强度和优异绝热性能的绝热体，以及制造该绝热体的方法。
解决问题的技术方案
本发明的绝热体是通过用粘合剂将多个气凝胶颗粒粘结而形成的。所述气凝胶颗粒具有500μm或更大的平均粒径。所述粘合剂以颗粒形式存在于所述气凝胶颗粒的表面上。所述粘合剂的平均粒径与所述气凝胶的平均粒径的比例(粘合剂/气凝胶颗粒)为1/200-1/10。
在本发明中，优选地，所述气凝胶颗粒的粒径分布在500μm或更大粒径处具有峰值并在小于500μm粒径处具有另外的峰值。
在本发明中，优选地，每100质量份的气凝胶颗粒包含5-30质量份的粘合剂。
制备本发明的绝热体的方法是制备上述任何一种绝热体的方法。在该方法中，所述粘合剂由包含热固性树脂的粘合剂粉末制成，并且所述粘合剂粉末在熔化状态下的溶解度参数和所述气凝胶颗粒的溶解度参数的差值为4或更高。该方法包括：将粘合剂粉末附着在气凝胶颗粒的表面；并通过加热熔化在所述气凝胶颗粒表面上的粘合剂粉末并随后固化所述粘合剂粉末以使气凝胶颗粒与粘合剂的固化颗粒粘结。
制备本发明的绝热体的方法是用于制备上述任何一种绝热体的方法。在该方法中，所述粘合剂由包含热塑性树脂的粘合剂粉末制成。该方法包括：将粘合剂粉末附着在气凝胶颗粒的表面；通过在比所述热塑性树脂的熔点更低且比其软化点更高的温度下加热粘合剂粉末软化在所述气凝胶颗粒的表面上的粘合剂粉末；并随后将所述粘合剂粉末冷却至比所述热塑性树脂的软化点更低的温度使得气凝胶颗粒与粘合剂的硬化颗粒粘结。
本发明的有益效果
根据本发明的绝热体，将气凝胶颗粒与以颗粒形式存在的粘合剂粘结，并且它们之间的平均粒径的比例(粘合剂/气凝胶颗粒)为1/200-1/10。因此，可最小化通过粘合剂发生的热转移，因此绝热体具有增加的强度以及优异的绝热性能。
根据本发明的制备绝热体的方法，即使当加热附着在气凝胶颗粒上的粘合剂粉末时，粘合剂粉末也难以遍布气凝胶颗粒的表面并形成颗粒。因此，该方法使得很容易将多个气凝胶颗粒与粘合剂颗粒粘结。
附图说明
图1为示例说明根据本发明实施方案的实例的示意图；
图2A-2C为示例说明气凝胶颗粒的实例的示意图；
图3为气凝胶颗粒的电子显微图；
图4涉及实施例1并且示出了其上附着粘合剂颗粒的气凝胶颗粒表面的电子显微图；
图5为示例说明根据本发明制备绝热体的方法的实例的示意图；
图6A-6D为示例说明根据本发明制备绝热体的方法的实例的部分示意图；
图7为根据实施例1的绝热体的X-射线CT(计算机断层扫描)图像；
图8为根据对比例3的绝热体的X-射线CT图像；
图9为示例说明常规实施例的示意图。
具体实施方式
根据本发明的绝热体是通过用粘合剂2将多个气凝胶颗粒A粘结而形成的绝热体B。所述气凝胶颗粒A具有500μm或更大的平均粒径。所述粘合剂2以颗粒形式存在于所述气凝胶颗粒A的表面上。粘合剂2的平均粒径和气凝胶颗粒A的平均粒径的比例(粘合剂/气凝胶颗粒)为1/200-1/10。图1示出绝热体B的实施例的示意图。
气凝胶为多孔材料(多孔体)并且可通过干燥凝胶以使空气取代包含在凝胶中的溶剂而获得。气凝胶的颗粒材料被称为气凝胶颗粒。已知的气凝胶的实例包括二氧化硅气凝胶、碳气凝胶和氧化铝气凝胶，并且其中优选使用二氧化硅气凝胶。所述二氧化硅气凝胶与其他类型的气凝胶相比具有优异的绝热性能，容易生产，并且具有低的生产成本，因此容易获得。应注意，由于将在凝胶中的溶剂完全蒸发生产的材料具有带空气间隙的网状结构，可被称为“干凝胶”，但是本申请说明书的气凝胶可包括该干凝胶。
图2A-2C示出了气凝胶颗粒的实例的示意图。如图2A和2B所示，气凝胶颗粒A为二氧化硅气凝胶颗粒，并且是具有约数十纳米(如20-40纳米)大小的孔的二氧化硅(SiO2)结构。该气凝胶颗粒A可通过超临界干燥等获得。气凝胶颗粒A由细粒P(二氧化硅微粒)彼此粘结而构成以便于形成三维网状。一个二氧化硅气凝胶的大小为例如约1-2纳米。如图2C所示，使气体G进入气凝胶颗粒A的约数十纳米大小的孔。这些孔阻止了空气组分如氮和氧的传送，因此可将热导率降低至比空气的热导率更低的程度。例如，具有空气的传统的绝热体的热导率(WLF)λ为35-45mW/m·K，但是绝热体的热导率(WLF)λ可通过气凝胶颗粒A被降低至约9-12mW/m·K。通常，气凝胶颗粒A具有疏水性。例如，在图2B所示的二氧化硅气凝胶颗粒中，大多数硅原子(Si)与一个或多个烷基键合，并且它们中的少数与羟基(OH)键合。该颗粒因此具有相对低的表面极性。
图3为二氧化硅气凝胶颗粒的电子显微图。该二氧化硅气凝胶颗粒通过超临界干燥法获得。根据该图像还可理解二氧化硅气凝胶颗粒具有三维空间网状结构。气凝胶颗粒A的网状结构通常由具有小于10纳米大小的线性键合的二氧化硅微粒形成。应注意，该网状结构可在微粒之间具有模糊界限，并且一些网状结构可由线性扩展的二氧化硅结构(-O-Si-O-)形成。
对用于绝热体的气凝胶颗粒没有特别限定，可使用由常用生产方法获得的气凝胶颗粒。所述气凝胶颗粒的典型实例包括：通过超临界干燥法获得的气凝胶颗粒；和基于液态玻璃获得的气凝胶颗粒。
通过超临界干燥法获得的气凝胶颗粒可通过以下方法获得：使原料通过溶胶-凝胶法聚合来制备二氧化硅颗粒，所述溶胶-凝胶法为液相反应法；并通过超临界干燥除去其中的溶剂。例如，将烷氧基硅烷(也被称为“硅醇盐”或“烷基硅酸盐”)用作原料。将烷氧基硅烷在溶剂的存在下水解，从而由于缩合聚合而产生具有硅骨架的湿凝胶化合物，并随后将该湿凝胶化合物在超临界条件下干燥，其中所述超临界条件的温度和压力等于或大于溶剂的临界点的温度和压力。所述溶剂可以是醇、液化二氧化碳等。通过将凝胶化合物在超临界条件下干燥，除去其中的溶剂同时保持凝胶的网状结构，因此可获得气凝胶。所述气凝胶颗粒是气凝胶的颗粒材料，可通过将包含溶剂的凝胶粉碎成颗粒，然后通过超临界干燥将包含溶剂的凝胶的颗粒干燥而获得。或者，气凝胶颗粒可通过将由超临界干燥而获得的大块气凝胶粉碎而获得。
对于作为气凝胶颗粒的原料的烷氧基硅烷没有特别限制，但是可以是双官能烷氧基硅烷、三官能烷氧基硅烷、四官能烷氧基硅烷或它们的组合。双官能烷氧基硅烷的实例包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷和二乙基二甲氧基硅烷。三官能烷氧基硅烷的实例包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷和苯基三乙氧基硅烷。四官能烷氧基硅烷的实例包括四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷。双(三甲基甲硅烷基)甲烷、双(三甲基甲硅烷基)乙烷、双(三甲基甲硅烷基)己烷或乙烯基三甲氧基硅烷可用作烷氧基硅烷。烷氧基硅烷的部分水解产物可用作原料。
烷氧基硅烷的水解和缩合聚合优选在水的存在下进行，并且更优选在水和烷氧基硅烷可溶于其中并且与水相容的有机溶剂的混合液体的存在下进行。使用该混合液体作为溶剂使其可连续进行水解过程和缩合聚合过程，并因此可有效获得所述凝胶。在该过程中，所产生的聚合物为存在于作为分散介质的溶剂中的凝胶物(湿凝胶)的形式。所述烷氧基硅烷可溶于其中并且与水相容的溶剂没有特别限制。该溶剂的实例包括：醇类如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇；丙酮；和N,N-二甲基甲酰胺。这些材料可单独或组合使用。
还优选所述烷氧基硅烷的水解和缩合聚合在催化剂的存在下进行，所述催化剂导致烷氧基从烷氧基硅烷脱离以促进缩合反应。该催化剂的实例包括酸性催化剂和碱性催化剂。具体地，所述酸性催化剂的实例包括盐酸、柠檬酸、硝酸、硫酸和氟化铵。所述碱性催化剂的实例包括氨和哌啶。
可向烷氧基硅烷的反应溶液中加入适当组分。该组分的实例可包括表面活化剂和官能团诱导剂。该附加组分可在气凝胶颗粒上提供有利功能。
所述气凝胶可通过超临界干燥法干燥所获得的湿凝胶而获得。优选将所述湿凝胶首先切割或粉碎成颗粒以制备包含溶剂的凝胶的颗粒，并随后通过超临界干燥法干燥所述凝胶的颗粒。通过这样操作，可将气凝胶制成颗粒并干燥而没有破裂该气凝胶结构，因而可容易地获得气凝胶颗粒。在该情况下，优选制得均一粒径的凝胶颗粒，这使得气凝胶颗粒为相等的粒径。或者，所述气凝胶颗粒可通过制备块体气凝胶，随后将该块体气凝胶通过粉碎设备粉碎而获得。可将所获得的气凝胶颗粒过筛或分类以获得具有更均匀大小的气凝胶颗粒。当气凝胶颗粒的大小相等时，可提高可处理性并且可容易地获得稳定产品。
基于液态玻璃获得的气凝胶颗粒可通过常压干燥方法来生产，所述常压干燥方法依次包括以下过程：二氧化硅溶胶的制备过程、二氧化硅溶胶的凝胶过程、成熟过程、凝胶的粉碎过程、溶剂代替过程、疏水过程和干燥过程。所述液态玻璃通常可以是无机硅酸盐例如硅酸钠的高浓度水溶液，并且例如可通过将所述无机硅酸盐溶于水并加热而获得。
二氧化硅溶胶的原料可以是硅酸醇盐、碱金属的硅酸盐等。硅酸醇盐的实例包括四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷。在说明超临界干燥法中所描述的烷氧基硅烷可用作所述硅酸醇盐。碱金属的硅酸盐可以是硅酸钾、硅酸钠等。优选使用碱金属的硅酸盐，因为其廉价，并且更优选使用硅酸钠，因为其容易获得。
在使用碱金属的硅酸盐的情况中，二氧化硅溶胶可通过使用无机酸如盐酸和硫酸的脱酸法制备，或者可通过使用具有H+的抗衡离子的阳离子交换树脂的方法制备。在这些方法中，优选使用阳离子交换树脂。
二氧化硅溶胶可通过使用酸型阳离子交换树脂通过以下过程来制备：使具有适当浓度的碱金属硅酸盐的溶液通过填充有阳离子交换树脂的填充层。或者，所述二氧化硅溶胶可通过以下过程制备：将阳离子交换树脂引入碱金属的硅酸盐溶液中；混合它们；除去碱金属；然后通过例如过滤除去阳离子交换树脂。阳离子交换树脂的量优选不小于交换包含在溶剂中的碱金属所需要的量。将所述溶剂通过阳离子交换树脂进行脱碱(脱金属)。
所述酸型阳离子交换树脂可以是基于苯乙烯的阳离子交换树脂、基于丙烯酸的阳离子交换树脂，或者是基于甲基丙烯酰基的阳离子交换树脂，并且具有例如被取代的磺酸基或羧基作为离子交换基团。其中，优选使用带有磺酸基的所谓强酸型阳离子交换树脂。所述用于碱金属交换的阳离子交换树脂在通过使硫酸或盐酸通过其中的再生过程后可被重复使用。
然后将所制备的二氧化硅溶胶进行凝胶，并然后使其成熟。在凝胶过程和成熟过程中，优选控制其pH。通常，在通过阳离子交换树脂的离子交换过程后的二氧化硅溶胶具有相对低的pH例如3或更低。当将该二氧化硅溶胶中和使其pH在微酸性至中性的pH范围时，该二氧化硅溶胶被凝胶。二氧化硅溶胶可通过将其pH控制在5.0-5.8的范围，优选5.3-5.7的范围而被凝胶。其pH可通过加入碱和/或酸来控制。所述碱可以是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碱金属的硅酸盐等。所述酸可以是盐酸、柠檬酸、硝酸、硫酸等。将pH被控制的凝胶在稳定状态中成熟。所述成熟过程可在40-80℃的温度下进行4-24小时。
成熟过程之后，优选将所述凝胶粉碎。所需要的气凝胶颗粒可容易地通过粉碎所述凝胶而获得。所述凝胶的粉碎过程可通过例如以下方法进行：将凝胶放入Henshall型混合机中或者将所述溶胶放入混合机中凝胶；并将所述混合机在适当的转速下运行适当期间。
粉碎过程之后，优选进行所述溶剂取代过程。在该溶剂取代过程中，将用于制备凝胶的溶剂(如水)用具有小表面张力的另一溶剂取代，以避免当干燥凝胶时干燥收缩的发生。所述溶剂取代过程通常包括多个步骤，并且优选两步，因为难以直接用具有小表面张力的溶剂取代水。选择用于第一步的溶剂的标准可包括：与水和用于第二步的溶剂均具有良好的亲和力。用于第一步的溶剂可以是甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮等，并且乙醇是优选的。选择用于第二步的溶剂的标准可包括：与用于后面的疏水过程的处理剂具有更小的反应性；并且具有小的表面张力以导致更小的干燥收缩。用于第二步的溶剂可以是己烷、二氯甲烷、甲乙酮等，并且己烷是优选的。根据需要，可在第一溶剂取代步骤和第二溶剂取代步骤之间进行额外的溶剂取代步骤。
溶剂取代过程之后，优选进行疏水过程。烷基烷氧基硅烷、卤代烷基硅烷等可用作疏水过程中的处理剂。例如可优选使用二烷基二氯硅烷或单烷基三氯硅烷，并且考虑到反应性和材料成本，更优选使用二甲基二氯硅烷。所述疏水过程可在溶剂取代过程之前进行。
疏水过程之后，将所获得的凝胶通过过滤从溶剂中分离，然后清洗所述凝胶以除去未反应的处理剂。然后干燥所述凝胶。干燥过程可在常压下进行，并且可在加热和/或热空气下进行。所述干燥过程优选在惰性气体(如氮气)气氛下进行。根据该过程，将凝胶中的溶剂从凝胶中除去，并因此可获得气凝胶颗粒。
通过超临界干燥法获得的气凝胶颗粒和基于液态玻璃所获得的气凝胶颗粒具有基本上相同的结构。也就是说，它们每个具有其中二氧化硅微粒键合在一起以形成三维网状的颗粒结构。
对气凝胶颗粒的形状没有特别限制，可以是各种形状中的一种。通常，通过上述方法获得的气凝胶颗粒具有不确定的形状，因为该气凝胶颗粒遭受粉碎过程等。它们可以说是具有不规则表面的岩石状。它们还可以是球状、橄榄球状、板状、片状、纤维状等。用于模压的气凝胶颗粒可以是具有不同粒径的颗粒的混合物。气凝胶颗粒的大小不必均一，因为这些颗粒被粘附在一起以在模压产品中成一体。
关于气凝胶颗粒的大小，颗粒的最大长度可以是50nm-10mm。考虑到强度、容易处理和容易模压，优选过大颗粒和过小颗粒的数量较少。当过小颗粒的数量增加并且气凝胶颗粒的平均粒径变为500μm或更小时，难以用市售的粘合剂粉末(平均粒径通常为30μm)将气凝胶颗粒彼此粘结。增加粘合剂粉末的量可将它们彼此粘结，但是这还将导致产品(绝热体B)的绝热性能明显降低。因此优选在气凝胶颗粒中最大长度为100μm至小于2mm的颗粒占大多数。
使用平均粒径为500μm或更大的气凝胶颗粒。在该情况下，可提高绝热体的模压产品的绝热性能。气凝胶颗粒的平均粒径优选为500μm-5mm，并且更优选为500μm-1.5mm。使用平均粒径在上述范围内的气凝胶颗粒容易制备绝热体，其中粘合剂的平均粒径与气凝胶颗粒的平均粒径的比例为1/200-1/10。关于绝热体的结构，如果所形成的绝热体内部具有许多气孔，则难以充分降低热导率，这将导致绝热性能的劣化。所述气孔可形成为气凝胶颗粒间的间隙。为了预防气孔的产生，有效的是气凝胶颗粒具有500μm或更大的平均粒径。
优选气凝胶颗粒的粒径分布在500μm或更大粒径处具有峰值并在小于500μm的粒径处具有另外的峰值。这使得容易紧密堆积气凝胶颗粒，并因此可进一步提高绝热性能。
关于所述气凝胶颗粒在500μm或更大粒径处具有峰值并在小于500μm粒径处具有另外的峰值的粒径分布，对峰值的总数没有限制并且可以是两个、或三个或更多个，只要粒径分布从总体来看显示出两个或更多个峰值。从容易设计和制备绝热体的角度看，一个优选方面是所述气凝胶颗粒的粒径分布具有两个峰值。
在所述气凝胶颗粒在500μm或更大粒径处具有峰值并在小于500μm粒径处具有另外的峰值的粒径分布的情况中，优选在500μm或更大粒径处的峰值粒径值是在小于500μm粒径处的峰值粒径值的5倍或更大。这有利于更紧密地堆积气凝胶颗粒，并因此可进一步提高绝热性能。
气凝胶颗粒还被称为气凝胶珠，并且具有不确定的形状和弹性。一般来说，在紧密堆积刚性颗粒的情况中，理想的是使用显示出在不同粒径处具有多个峰值的粒径分布的一组颗粒，并且优选的峰值粒径可通过模拟来计算。然而，气凝胶颗粒具有低的刚性且由于施加压力而可能改变其形状，因此不适合使用关于刚性颗粒的模拟。这使得难以估算气凝胶颗粒的优选粒径分布。因此，为了制备显示出具有多个峰值的粒径分布的一组气凝胶颗粒，优选进行以下步骤：通过使用具有相对大粒径的一组气凝胶颗粒制备产品；通过X-射线CT法等测量所述产品中的气孔大小；并加入另一组其大小适合所述气孔的气凝胶颗粒。例如，通过将另一组平均粒径为100μm的气凝胶颗粒加入平均粒径为1mm的一组气凝胶颗粒中，可消除约50％的气孔并提高绝热性能。
本发明的绝热体通过用粘合剂将上述的气凝胶颗粒粘结而形成。
图6D示出了在实施方案中的绝热体的实例。绝热体B由气凝胶颗粒A(被称为气凝胶层3)和表面片材4的模压产品构成。关于这方面，绝热体B形成为板状绝热体B(绝热板)。应注意，通过用合适的模压工具模压等，绝热体B可形成除了板状之外的其它形状。绝热体B具有其中将表面片材4分别置于由粘结的气凝胶颗粒A形成的气凝胶层3的相对表面上的结构。通过用表面片材4覆盖气凝胶层3，可提高绝热体B的强度。可将表面片材4仅置于气凝胶层3的一个表面上，但是优选将表面片材4分别置于气凝胶层3的相对表面上以提高强度。应注意，表面片材4是任选的，可忽略。考虑到容易施加至建筑材料，绝热体B的形状优选为板状，但不限于此。绝热体B可根据预期用途形成所需形状。绝热体B的厚度(在气凝胶层3和表面片材4堆叠的方向上的尺寸)可根据需要的绝热性能和预期用途适当测定，可以是0.1-100mm。
所述气凝胶层3是通过用粘合剂2将多个气凝胶颗粒A粘结在一起而形成的。从降低热传导的角度看，优选粘合剂2具有相对小的热导率。从提高增强效果的角度看，优选粘合剂2的粘合强度是优异的。优选预防粘合剂2侵入气凝胶颗粒A的小孔隙。当粘合剂2侵入气凝胶颗粒A的小孔隙时，该侵入的粘合剂2可能提高气凝胶颗粒A的热导率，导致绝热性能劣化。
如图1所示，将相邻的气凝胶颗粒A用颗粒形式存在的粘合剂2彼此粘结。图1示出了其中气凝胶颗粒A和粘合剂2的颗粒整齐放置的视图，但是仅仅是示意图。在实际的绝热体B中，可将气凝胶颗粒A和粘合剂2的颗粒不规则粘结。需要的是将粘合剂2不要像在气凝胶颗粒A之间的直线样放置并将粘合剂2分隔为如颗粒样。例如，可以将粘合剂2的颗粒如点状或岛状放置。
粘合剂2的颗粒可以分散放置在绝热体B中。将粘合剂2的颗粒置于相邻的气凝胶颗粒A之间。绝热体B可通过将多个气凝胶颗粒A紧密堆积而形成，并且在该结构中多个气凝胶颗粒A之间形成间隙。可将粘合剂2的颗粒置于多个气凝胶颗粒A之间的间隙中。
图4为示出了其上附着粘合剂颗粒的气凝胶颗粒A表面的实例的电子显微图。图4为根据后文描述的实施例1制备的二氧化硅气凝胶颗粒A的图像。在图4中，粘合剂2的每个颗粒为基本球形或基本半球形并且附着在气凝胶颗粒A的表面上。粘合剂2的颗粒形状可以是合适的形状。粘合剂2的颗粒的截面形状可以是例如圆形、椭圆形、多边形等。粘合剂2的颗粒的截面形状可以是不确定形状。
粘合剂2的平均粒径与气凝胶颗粒A的平均粒径的比例(粘合剂/气凝胶颗粒)为1/200-1/10。在该情况中平均粒径被定义为真圆的直径，所述真圆的面积对应颗粒的截面面积。平均粒径之间的比例(粘合剂/气凝胶颗粒)优选为1/150-1/20。粘合剂2的平均粒径和气凝胶颗粒A的平均粒径可分布通过X射线CT法得到粘合剂2的颗粒的截面面积和气凝胶颗粒A的截面面积来获得。例如，可采用粘合剂2的100个颗粒的平均值和气凝胶颗粒A的100个颗粒的平均值。在粘合剂2的平均粒径与气凝胶颗粒A的平均粒径的比例(粘合剂2/气凝胶颗粒A)为1/200-1/10的情况中，可容易地将相邻的气凝胶颗粒A通过用粘合剂2的一个或多个颗粒将它们胶合在一起而彼此粘结。粘合剂2的平均粒径与气凝胶颗粒A的平均粒径的比例(粘合剂2/气凝胶颗粒A)优选为1/150-1/20。粘合剂2的平均粒径与气凝胶颗粒A的比例(粘合剂2/气凝胶颗粒A)更优选为1/100-1/50。
气凝胶颗粒A的平均粒径可在模压之前在用合适的粒径分析仪测量。所述粒径分析仪的实例为激光衍射粒径分布测量装置。在使用粘合剂粉末2(粘合剂材料的粉末)的情况中，粘合剂粉末2的平均粒径可在模压之前用合适的粒径分析仪测量。粒径分析仪的实例为激光衍射粒径分布测量装置。关于粘合剂粉末2，假定粘合剂2的一个颗粒由粘合剂粉末的一个颗粒制成而没有在模压中将粉末彼此粘结，在模压产品中粘合剂2的平均粒径可约等于粘合剂粉末2的平均粒径。因此，通过在模压之前控制气凝胶颗粒A的平均粒径和粘合剂粉末2的平均粒径，可在模压后满足以上要求的平均粒径的比例。优选气凝胶颗粒A的平均粒径与粘合剂粉末2的平均粒径的比例在模压之前落入上述范围。关于在模压产品中的粘合剂2，粘合剂2的一个颗粒(固化颗粒或硬化颗粒)可由粘合剂粉末的不止一个颗粒制成。
气凝胶颗粒A的平均粒径在模压后可通过以下方法测量：将粘合剂2用溶剂介质等熔化以提取单个气凝胶颗粒A作为单独颗粒；分散被提取的气凝胶颗粒A；用粒径分析仪测量它们的平均粒径。在其中气凝胶颗粒A显示大的粒径变化的情况中该测量方法是有效的。通过该方法获得的数值可用作气凝胶颗粒A的平均粒径。然而，通过X-射线CT法测量的数值优选被用作平均粒径。
优选将粘合剂2的颗粒间隔放置以使彼此不接触。也就是说，粘合剂2的相邻颗粒中间具有空间。由于粘合剂2的颗粒彼此不接触，可形成低的热路径。因此可提高绝热性能。
优选气凝胶颗粒A的表面未用粘合剂2覆盖。当气凝胶颗粒A的表面被粘合剂2覆盖时，该粘合剂2可堵塞气凝胶颗粒A的小孔隙导致气凝胶颗粒A的绝热性能劣化。此外，如果气凝胶颗粒A的表面被粘合剂覆盖，容易形成热路径。
在绝热体B中，将多个气凝胶颗粒A用粘合剂2的颗粒粘结。因此，将相邻的气凝胶颗粒A以点接触的方式(点连接)粘结。因此可使经由粘合剂2在气凝胶颗粒A和A之间的热传递最小化。因此，可使绝热性能的降低最小化，同时提高通过粘合剂2在气凝胶颗粒A和A之间的粘结。
粘合剂2可包含固化的热固性树脂或固化的热塑性树脂。粘合剂2可仅由固化的热固性树脂制成。或者，粘合剂2可仅由硬化的热塑性树脂制成。或者，粘合剂2可进一步包括除了固化的热固性树脂或硬化的热塑性树脂之外的合适的添加剂。
优选包含在粘合剂2的材料(粘合剂材料)中的热固性树脂在熔化状态下具有气凝胶颗粒A的表面排斥的性能。如后文所述，在粘合剂材料2中的热固性树脂通过加热被熔化并然后在绝热体B的生产过程中固化粘结颗粒。因此，如果在粘合剂材料2中的热固性树脂在熔化状态下具有气凝胶颗粒A的表面排斥的性能并因此不太可能铺展在表面上，则粘合剂2可能形成颗粒。为了使熔化的粘合剂颗粒2不太可能铺展在气凝胶颗粒A的表面上，优选粘合剂颗粒2包括具有气凝胶颗粒A的表面所排斥的性能的热固性树脂。优选地，所述特征“粘合剂材料2具有气凝胶颗粒A的表面所排斥的性能”被定量地定义为粘合剂材料2在熔化状态的溶解度参数(也被称作“SP值”)和气凝胶颗粒A的溶解度参数之间的差值为4或更大。粘合剂材料2被气凝胶颗粒A的表面排斥的性能的程度根据粘合剂材料2中的热固性树脂的类型和/或结构(官能团类型、聚合度等)来测定。优选在粘合剂材料2中的热固性树脂在熔化状态下是亲水的。在该情况下，粘合剂材料2在熔化状态下可能被具有疏水性的气凝胶颗粒A的表面排斥，因此粘合剂材料2以颗粒形式可容易地附着在气凝胶颗粒A的表面上。具体地，优选粘合剂材料2包括热固性树脂，所述热固性树脂是选自酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲树脂、环氧树脂等中的至少一种。
粘合剂粉末2(粘合剂材料的粉末)在熔化状态下的SP值可由基于基团贡献法(group contribution method)获得的粘合剂材料2的分子结构来计算。气凝胶颗粒A的SP值可基于基团贡献法由改性气凝胶颗粒A的表面的表面制剂的分子结构来计算。优选粘合剂材料2在熔化状态下的SP值和气凝胶颗粒A的SP值的差值变得越来越大，因此该差值的上限没有特别限制，例如差值可以是20或更低。
为了达到提高强度而不劣化高的绝热性能，优选使用包括具有高塑性的热固性树脂的粘合剂材料2。例如，在使用橡胶改性酚醛树脂、腰果改性酚醛树脂或环氧改性酚醛树脂的情况中，可提高强度而不劣化绝热性能。在该实施方案中，“高塑性”意指所述树脂具有在动态粘弹性测量法中测量的大tanδ值且具有降低的交联密度。
此外，可使用热熔粘合剂作为包括热塑性树脂的粘合剂材料2。如后文所描述的，在粘合剂材料2中的热塑性树脂仅在绝热体B的生产过程中被软化，因此不需要被熔化。因此，在粘合剂材料2中的热塑性树脂不太可能铺展在气凝胶颗粒A的表面上，粘合剂2容易形成颗粒。因此可使用通常可获得的热熔粘合剂的热塑性树脂作为粘合剂材料2。具体地，优选粘合剂材料2包含的热塑性树脂为选自乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚酰胺树脂、聚酯树脂等中的至少一种。
优选绝热体B包含5-30质量份的粘合剂2每100质量份的气凝胶颗粒A。考虑到粘合剂2的类型和/或绝热体B的绝热性能和强度，适当测定气凝胶颗粒A和粘合剂2之间的含量比例。所述含量比例可优选基于粘合性能和绝热性能来测定。鉴于此，例如可将100质量份的气凝胶颗粒A与5-30质量份，优选10-25重量份的粘合剂2混合。绝热体B将显示出其热导率和强度容易随着粘合剂2的降低而降低。绝热体B将显示出其强度和热导率容易随着粘合剂2的增加而增加。因此更优选绝热体B包括10-20质量份的粘合剂2每100质量份的气凝胶颗粒A。
绝热体B的密度严重影响绝热性能。绝热体B的密度可考虑气凝胶颗粒A和粘合剂2制备的量、以及绝热体B的厚度来测定。绝热体B的密度的降低将导致绝热性能的劣化，因为在绝热体B的内部可形成空气层，而其密度的增加将导致热导率的降低，因为可能通过粘合剂2而形成热桥。绝热体B的密度例如可以是0.1-0.5g/cm3。在该情况下，有利于绝热体B的处理。在由17质量份的粘合剂2每100质量份的气凝胶颗粒A生产的绝热体B的实例中，板(绝热体B)的密度是0.13-0.21g/cm3。
在绝热体B中，优选粘合剂2与气凝胶颗粒A的体积比(粘合剂2/气凝胶颗粒A)为0.003-0.05。在该情况下，可预防粘合剂2形成热路径并提高绝热体B的强度。该体积比可通过分析X-射线CT图像来获得。粘合剂2与气凝胶颗粒A的体积比(粘合剂2/气凝胶颗粒A)更优选为0.006-0.04，进一步优选为0.006-0.03。
在绝热体B的截面中由粘合剂2所占据的面积与气凝胶颗粒A所占据的面积的比例(粘合剂2/气凝胶颗粒A)优选为0.004-0.04。在该情况下，可预防粘合剂2形成热路径并提高绝热体B的强度。所述面积比可通过分析X-射线CT图像来获得。粘合剂2所占据的面积与气凝胶颗粒A所占据的面积的比例(粘合剂2/气凝胶颗粒A)更优选为0.006-0.04，进一步优选为0.006-0.03。
在下文中，说明生产绝热体B的方法。
首先，将粘合剂材料2附着在气凝胶颗粒A的表面上。在该情况下，优选所述粘合剂材料2在常温下为粉末形式。在该情况下，粘合剂材料2的颗粒可容易地附着至气凝胶颗粒A。作为用于将粘合剂材料2附着至气凝胶颗粒A的方法，例如可使用通过粉末混合机将它们搅拌的方法。对于该附着，优选粘合剂材料2具有的粘度使得粘合剂材料2本身不硬化但可附着至气凝胶颗粒A。在该过程中，为了增加粘合剂2的粘度，它们在混合的同时向其中加入少量液体如水，并被干燥。
优选粘合剂粉末2的粒径的平均值比气凝胶颗粒A的粒径的平均值更小。在该情况下，粘合剂材料2的颗粒可容易地附着至气凝胶颗粒A。所述在常温下为粉末形式的粘合剂材料2的平均粒径可通过由X-射线CT法得到的粘合剂材料2的截面面积来获得，对于以颗粒形式存在的粘合剂2的平均粒径或气凝胶颗粒A的平均粒径，例如可采用100个粘合剂粉末2的颗粒的平均值。或者，其平均粒径可通过使用粒径分布测量装置获得。
优选作为原料的粘合剂粉末2的平均粒径与气凝胶颗粒A的平均粒径的比例(粘合剂2/气凝胶颗粒A)为1/200-1/10。满足该条件使得可以用粘合剂2的颗粒将气凝胶颗粒A粘结，同时它们的平均粒径的比例在模压之后落入以上范围。
可使用的气凝胶颗粒A具有500μm或更大的平均粒径。只要气凝胶颗粒A具有500μm或更大的平均粒径，气凝胶颗粒A就可具有在500μm或更大粒径处具有峰值并在小于500μm粒径处具有另外的峰值的粒径分布。可使用一组具有在500μm或更大粒径处具有峰值的粒径分布的相对大尺寸气凝胶颗粒A和一组具有在小于500μm粒径处具有峰值的粒径分布的相对小尺寸气凝胶颗粒A的组合。在使用具有不同粒径的气凝胶颗粒A的组合的情况下，需要使混合的气凝胶颗粒A具有500μm或更大的平均粒径。
在将一组相对大尺寸气凝胶颗粒A和一组相对小尺寸气凝胶颗粒A混合的情况中，优选所述一组相对大尺寸气凝胶颗粒A的量比所述一组相对小尺寸气凝胶颗粒A的量更大。优选所述一组相对大尺寸气凝胶颗粒A的量不小于所述小于一组相对小尺寸气凝胶颗粒A的量的三倍。在一组相对大尺寸气凝胶颗粒A的量较大的情况下，可将相对小尺寸气凝胶颗粒A置于相对大尺寸气凝胶颗粒A之间的空间中。因此，可更紧密地堆积气凝胶颗粒A。所述一组相对大尺寸气凝胶颗粒A的量可不超过所述一组相对小尺寸气凝胶颗粒A的量的二十倍，不超过所述一组相对小尺寸气凝胶颗粒A的量的十倍。
优选所述一组相对大尺寸气凝胶颗粒A的平均粒径范围可以是以上所述的气凝胶颗粒A的范围。所述一组相对小尺寸气凝胶颗粒A的平均粒径优选不超过所述一组相对大尺寸气凝胶颗粒A的平均粒径的三分之一，更优选不超过所述一组相对大尺寸气凝胶颗粒A的平均粒径的五分之一。所述一组相对小尺寸气凝胶颗粒A的平均粒径例如可以是50μm或更大，可以是100μm更大。所述一组相对小尺寸气凝胶颗粒A的平均粒径例如可以是400μm或更小，可以是300μm或更小。
图5示例说明了将粘合剂材料2附着至气凝胶颗粒A的方法的实例。如图5所示，为了将粘合剂材料2附着至气凝胶颗粒A，例如，将气凝胶颗粒A和粘合剂粉末2首先置于瓶子5中，然后将瓶子5通过例如盖上盖子而密封，然后摇动瓶子5。通过这样操作，气凝胶颗粒A和粘合剂材料2在粉末水平上被混合，因此可获得其中附着粘合剂材料2的气凝胶颗粒A。在制造阶段，它们可通过使用合适的粉末混合机如磨机和混合机在粉末水平上混合。然而，由于颗粒在强烈的搅拌力下可能被破坏，优选它们通过不使颗粒破坏的搅拌力被混合。
然后，将附着粘合剂材料2的气凝胶颗粒A在加热和加压下进行模压。通过该模压过程，可获得成形的并且其中气凝胶颗粒A被粘合剂2粘结的绝热体B。
图6示例说明通过模压其中附着粘合剂2的气凝胶颗粒A制备绝热体的方法的实例。
如图6所示，使用压机30进行模压过程。该压机30包括压机下模31(press lower mold)和压机上模32(press upper mold)。首先，如图6A所示，将侧壁模31b安装在压机下模31上以形成凹槽31a。将剥离片材(releasesheet)34置于凹槽31a的底面，并将表面片材4置于其上。接下来，将气凝胶颗粒A从瓶子5加入压机下模31之上的凹槽31a中。应注意，粘合剂材料(粘合剂)2在图6中未示出，但是附着粘合剂材料2的气凝胶颗粒A用于该过程。然后，如图6B所示，将加入的颗粒的上平面通过平滑器33如药勺、木板等压平。将另一个表面片材4置于其中上平面被压平的气凝胶颗粒A上，并然后将另一个剥离片材34置于其上。然后，将压机上模32从上部加入凹槽31a中并在加热和加压下进行按压，如图6C所示。优选地，用使气凝胶颗粒A不被压碎或破坏的压力进行按压。通过这样按压，粘合剂材料2表现出粘合性并因此将气凝胶颗粒A胶合并被粘结成一体。此外，每个表面片材4通过粘合剂材料2的粘合力被胶合至气凝胶颗粒A并因此表面片材4与气凝胶颗粒A的模压产品成一体。按压之后，将所得产品从其中取出，并通过干燥机干燥。结果是，由气凝胶颗粒A的模压产品(气凝胶层3)和表面片材4构成的绝热体B形成了，如图6D所示。
在粘合剂材料2包含热固性树脂和粘合剂材料2包括热塑性树脂的情况中用于加热处理的条件可以是不同的。通过采用更好的加热处理条件，可有利于用粘合剂2的颗粒粘结气凝胶颗粒A。
在粘合剂2由包括热固性树脂的粘合剂粉末制成的情况中，制备的粘合剂粉末2使得粘合剂粉末2在熔化状态中的SP值和气凝胶颗粒A的SP值的差值为4或更高。将粘合剂粉末2附着在多个气凝胶颗粒A的表面。将在气凝胶颗粒A的表面上的粘合剂粉末2通过加热熔化并随后固化。结果是，可用粘合剂2的固化颗粒粘结气凝胶颗粒A。
在粘合剂2由包括热塑性树脂的粘合剂粉末制备的情况中，将粘合剂粉末2附着至多个气凝胶颗粒A的表面，并将粘合剂粉末2在比热塑性树脂的熔点低且比其软化点高的温度下加热。因此，粘合剂粉末2在气凝胶颗粒A的表面被软化。随后，将粘合剂粉末冷却至低于所述热塑性树脂的软化点的温度。结果是，用粘合剂2的硬化颗粒粘结气凝胶颗粒A。
也就是说，在加热和加压下的模压过程中，所述包括热固性树脂的粘合剂材料2和包括热塑性树脂的粘合剂材料2具有不同的加热历史。具体而言，关于包括热固性树脂的粘合剂材料2，加热在常温下为粉末形式的粘合剂材料2使其中所包含的热固性树脂通过加热被熔化，然后将该粘合剂材料2进一步加热以用其粘结气凝胶颗粒A然后固化。另一方面，关于包括热塑性树脂的粘合剂材料2，将在常温下为粉末形式的粘合剂材料2在比包括在粘合剂材料2中的热塑性树脂的熔点低且比其软化点高的温度下加热，使粘合剂材料2软化。然后，将粘合剂材料2冷却至比包括在粘合剂材料2中的热塑性树脂的软化点低的温度下，从而将粘合剂材料2硬化以用其粘结气凝胶颗粒A。可将包括热固性树脂或热塑性树脂的粘合剂材料2的任何一种与相邻的气凝胶颗粒A以点接触方式彼此粘结。
所述模压条件可适当选择和调节。用于模压的温度例如可以是80-200℃，优选为100-190℃。用于模压的时间例如可以是1-60分钟，优选为5-30分钟。用于模压的挤压压力可以是0.1-10MPa，优选0.5-5MPa。
关于模压过程，每单位体积的颗粒量即堆积密度是重要因素。当堆积密度过低时，粘合性能可能变差且绝热性能可能劣化。当堆积密度过高时，粘合剂2可能扩散并且可能难以形成颗粒。优选将气凝胶颗粒A和粘合剂2在将它们总量的30g或更少放置在长、宽、厚例如分别为120mm、120mm和10mm的体积(144×103mm3)中的堆积密度下模压。优选将气凝胶颗粒A和粘合剂2在将它们总量的15g或更少放置在上述体积中的堆积密度下模压。将气凝胶颗粒A和粘合剂2优选在它们总量上堆积密度为0.1-0.5g/cm3下模压，更优选在它们总量下堆积密度为0.13-0.21g/cm3下模压。对该密度没有限制，只要使气凝胶颗粒A可像点接触一样粘结即可。
实施例
(实施例1)
[二氧化硅气凝胶颗粒的合成方法]
使用四甲氧基硅烷低聚物(“硅酸甲酯51”，购自COLCOAT CO.,Ltd，其平均分子量为470)作为烷氧基硅烷，乙醇(特级试剂，购自nacalai tesque,inc.)作为溶剂，水和每升0.01分子量的氨水作为催化剂。将1摩尔的四甲氧基硅烷低聚物、120摩尔的乙醇、20摩尔的水和2.16摩尔的氨水混合以得到溶胶状反应液体。然后，将该溶胶状反应液体在待凝胶的常温下稳定放置以产生凝胶化合物。
然后将该凝胶化合物置于填充有液化二氧化碳的气密容器中，所述气密容器的温度为18℃和压力为5.4MPa(55kgf/cm2)，然后将凝胶化合物中的乙醇用二氧化碳取代3小时。然后，气密容器中的条件转变为温度为80℃和压力为15.7MPa(160kgf/cm2)的条件，这是二氧化碳的超临界条件，从而进行溶剂的去除48小时。将六甲基二硅氮烷作为疏水剂在超临界条件下以0.3分子量每升的速率加入该气氛中，并将该疏水剂在超临界流体中分散两个小时，凝胶化合物留在超临界流体中被疏水化。然后，使该凝胶化合物流过超临界二氧化碳并降低压力，从而将乙醇和疏水剂从该凝胶化合物中除去。从加入疏水剂的时间点至压力被降低的时间点总计15个小时。将二氧化硅气凝胶颗粒从气密容器中取出。二氧化硅气凝胶颗粒的块密度为0.086g/cm3，平均粒径为1100微米。平均粒径由真圆的直径获得，对应通过X-射线CT法测定二氧化硅气凝胶颗粒的100个颗粒的截面面积。二氧化硅气凝胶颗粒的SP值为6。
[绝热体的模压方法]
将18克合成的二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为包括热固性树脂的粘合剂材料的3克酚醛树脂(“Kf6004”，购自ASAHIORGANIC CHEMICALS INDUSTRY CO.LTD.，其SP值为11或更大)的粉末(平均粒径为20μm)通过分散机搅拌3分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以固化粘合剂材料，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为180℃、压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，粘合剂的平均粒径与二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/二氧化硅气凝胶颗粒)为1/30。
(实施例2)
将根据实施例1合成的18克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为包括热塑性树脂的粘合剂材料的4克PE粉(软化点为95℃且熔点为130℃)的粉末(平均粒径为20μm)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。应注意PE代表聚乙烯。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中，并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料软化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为110℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为10分钟的条件下进行。将所得到的混合物冷却至常温以使其中的粘合剂硬化，从而获得绝热体。
在该绝热体中，粘合剂的平均粒径和气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/二氧化硅气凝胶颗粒)为1/10。
(实施例3)
将根据实施例1合成的18克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为包括热固性树脂的粘合剂材料的6克酚醛树脂(“Kf6004”，购自ASAHI ORGANIC CHEMICALS INDUSTRY CO.LTD.，其SP值为11或更大)的粉末(平均粒径为20μm)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置于长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为180℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/二氧化硅气凝胶颗粒)为1/30。
(实施例4)
将根据实施例1合成的18克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为包括热固性树脂的粘合剂材料的3克酚醛树脂(“TD-696A”，购自DIC公司，其SP值为11或更大)的粉末(平均粒径为20μm)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置于长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为180℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/二氧化硅气凝胶颗粒)为1/30。
(实施例5)
将根据实施例1合成的18克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为包括热固性树脂的粘合剂材料的3克酚醛树脂(“TD-697A”，购自DIC公司，其SP值为11或更高)的粉末(平均粒径为20μm)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为180℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/二氧化硅气凝胶颗粒)为1/30。
(实施例6)
将根据实施例1合成的21.6克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为包括热固性树脂的粘合剂材料的3.6克酚醛树脂(“KF6004”，购自ASAHI ORGANIC CHEMICALS INDUSTRY CO.LTD.，其SP值为11或更大)的粉末(平均粒径为20μm)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为180℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/二氧化硅气凝胶颗粒)为1/30。
(实施例7)
通过类似于根据实施例1的二氧化硅气凝胶颗粒的合成方法的合成方法进行二氧化硅气凝胶颗粒的合成，但是适当改变了一些条件，从而获得具有0.15mm的平均粒径的二氧化硅气凝胶颗粒。所获得的二氧化硅气凝胶颗粒的SP值为6。
将根据实施例1合成的15克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)、根据上述方法获得的3克合成的二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为0.15mm)和作为包括热固性树脂的粘合剂材料的3克酚醛树脂(“KF6004”，购自ASAHI ORGANIC CHEMICALS INDUSTRY CO.LTD.，其SP值为11或更大)的粉末(平均粒径为20μm)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为180℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/二氧化硅气凝胶颗粒)为1/25。
(对比例1)
在没有使用任何粘合剂材料的情况下，由根据实施例1的方法合成的二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)制备绝热体(单块二氧化硅气凝胶颗粒)。
(对比例2)
将根据实施例1的方法合成的18克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为包括热固性树脂的粘合剂材料的3克不饱和聚酯树脂(其SP值小于9)的粉末(平均粒径为20μm)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为150℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，不可能测量到粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例，因为粘合剂侵入二氧化硅气凝胶颗粒的孔隙中并没有作为颗粒附着。这可能是由它们的SP值导致的。
(对比例3)
将根据实施例1的方法合成的18克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为上述粘合剂材料的18克酚醛树脂(“Kf6004”，购自ASAHIORGANIC CHEMICALS INDUSTRY CO.LTD.，其SP值为11或更高)的粉末通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为180℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，不可能测量到粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例，因为附着至二氧化硅气凝胶颗粒表面的粘合剂不像颗粒而是像层一样。这可能是由粘合剂的量导致的。
(对比例4)
将根据实施例1的方法合成的18克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为上述包括热塑性树脂的粘合剂材料的18克PE粉(软化点为95℃且熔点为130℃)的粉末通过分散机搅拌三分钟并将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料软化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为200℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为10分钟的条件下进行。将所得混合物冷却至常温以使其中的粘合剂硬化，从而获得绝热体。
在该绝热体中，不可能测量到粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例，因为粘合剂侵入二氧化硅气凝胶颗粒的孔隙中并没有作为颗粒附着。这可能是由粘合剂的量和/或模压的温度导致的。
(对比例5)
将根据实施例1的方法合成的27克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为1.1mm)和作为包括热固性树脂的粘合剂材料的4.5克酚醛树脂(“TD-696A”，购自DIC公司，其SP值为11或更大)的粉末(平均粒径为30μm)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为180℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，不可能测量到粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例，因为附着至二氧化硅气凝胶颗粒表面的粘合剂不像颗粒而是像层一样。这可能是由堆积密度导致的。
(对比例6)
将根据实施例7的方法合成的18克二氧化硅气凝胶颗粒(平均粒径为0.15mm)和作为包含热固性树脂的粘合剂材料的3克酚醛树脂的粉末(“Kf6004”，购自ASAHI ORGANIC CHEMICALS INDUSTRY CO.LTD.，其SP值为11或更高)通过分散机搅拌三分钟至将它们混合均匀。将所得到的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂材料的混合物置入长、宽和厚分别为120mm、120mm和10mm的模具中并进行压机模压成型以使其中的粘合剂材料固化，从而将该混合物模压成所需大小。所述压机模压成型是在模具温度为150℃，压制压力为0.98MPa(10kgf/cm2)和压制时间为15分钟的条件下进行。从而获得绝热体。
在该绝热体中，粘合剂的平均粒径和二氧化硅气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/二氧化硅气凝胶颗粒)为1/5。
(评价)
关于在实施例和对比例中获得的绝热体，测量它们的强度和热导率。所述强度是基于JIS K7221测量。所述热导率是基于JIS A1412测量。表1示出了它们的结果。
对根据实施例1的方法制备的附着粘合剂的气凝胶颗粒进行电子显微拍照并检查粘合剂的状态。图4示出了结果。
使用X-射线CT法观察实施例1和对比例3的绝热体中的粘合剂的状态。所述测量是在X-射线管的电压和电流为60kV和100μA的条件下进行，并且通过每次将样品旋转0.5度进行样品的成像而获得总计720张样品的图像并将这些图像合并获得样品的整个图像。图7示出了实施例1的结果。图8示出了对比例3的结果。
[表1]
强度(MPa) 热导率(mW/mK)
实施例1 0.08 15
实施例2 0.07 16
实施例3 0.1 18
实施例4 0.14 15
实施例5 0.13 15
实施例6 0.1 16
实施例7 0.09 14
对比例1 0.01 13
对比例2 - -
对比例3 0.15 28
对比例4 - -
对比例5 0.28 24
对比例6 - -
如表1所示，在没有使用任何粘合剂的对比例1中，强度很差。
在对比例2中，由于使用不饱和聚酯树脂作为包括热固性树脂的粘合剂材料，粘合剂材料在熔化状态下的溶解度参数和气凝胶颗粒的溶解度参数的差值小于4。因此熔化的粘合剂材料不被二氧化硅气凝胶颗粒的表面排斥且该粘合剂材料侵入二氧化硅气凝胶颗粒的孔隙中。结果是，不可能测量到绝热体的强度和热导率，因为绝热体没有被充分硬化形成模压产品。
在对比例3中，尽管孔隙没有被树脂侵入，但是粘合剂以层的形式附着至二氧化硅气凝胶颗粒的表面且该粘合剂的层呈线性连接因此形成了热路径。这劣化了绝热性能。
在对比例4中，由于其在模压过程中被加热至高于热塑性树脂的粘合剂材料的熔点的温度，粘合剂材料侵入二氧化硅气凝胶颗粒的孔隙中。结果是，不可能测量到绝热体的强度和热导率，因为该绝热体没有被充分硬化形成模压产品。
在对比例5中，由于其在模压过程中具有增加的堆积密度，粘合剂以层的形式被附着至二氧化硅气凝胶颗粒的表面，因此形成热路径。这劣化了绝热性能。
在对比例6中，二氧化硅气凝胶颗粒具有小的平均粒径，并且相对于二氧化硅气凝胶颗粒的表面没有足够量的粘合剂材料。因此减少了粘合点并因此硬化失败。结果是，不可能测量到绝热体的强度和热导率，因为绝热体没有被充分硬化形成模压产品。
相对比，根据实施例1-7可实现充分的强度和绝热性能。
根据实施例4和5，使用具有柔性结构(在实施例4中橡胶改性，和在实施例5中腰果改性)骨架的粘合剂材料。在这些情况中，可以提高强度同时保持绝热性能。
根据实施例6，发现在一些范围中，绝热体的热导率没有随着其密度的增加而增加，因此确认能够提高其强度同时尽可能保持其热导率。
根据实施例7，气凝胶颗粒的粒径通过将一组相对小尺寸的气凝胶颗粒和一组相对大尺寸的气凝胶颗粒混合来调节，使得在模压产品中的气孔被减少并且气凝胶颗粒被密集堆积。因此可提高其绝热性能。
如图4的电子显微照片所示，确认以颗粒形式存在的粘合剂附着在气凝胶颗粒A的表面。由于粘合剂2以颗粒形式存在，多个气凝胶颗粒A被呈点状粘结。
如图7的X-射线CT图像所示，确认在实施例1中相邻的气凝胶颗粒A被颗粒形式的粘合剂2彼此粘结。还从图7确认在绝热体B中存在多个空气间隙S。相对比，从图8的X-射线CT图像确认在对比例3中相邻的气凝胶颗粒A被呈面状或网状的粘合剂2彼此粘结。从图8还确认其中存在少量空气间隙S。因此，与对比例3相比，实施例1具有提高的绝热性能和提高的强度。
引用符号列表
A：气凝胶颗粒
B：绝热体
2：粘合剂
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.通过用粘合剂粘结多个气凝胶颗粒而形成的绝热体，其中，
所述气凝胶颗粒具有500μm或更大的平均粒径，
所述粘合剂以颗粒形式存在于所述气凝胶颗粒的表面上，
所述粘合剂的平均粒径与所述气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/气凝胶颗粒)为1/200-1/10，和
所述粘合剂包括固化的热固性树脂或硬化的热塑性树脂。
2.权利要求1所述的绝热体，其中所述气凝胶颗粒的粒径分布在500μm或更大粒径处具有峰值并在小于500μm粒径处具有另外的峰值。
3.权利要求1或2所述的绝热体，其每100质量份的气凝胶颗粒包含5-30质量份的粘合剂。
4.制备权利要求1-3之一所述的绝热体的方法，所述粘合剂由包括热固性树脂的粘合剂粉末制成，所述粘合剂粉末在熔化状态下的溶解度参数和所述气凝胶颗粒的溶解度参数的差值为4或更高，以及所述方法包括：
将所述粘合剂粉末附着至所述多个气凝胶颗粒的表面；和
通过加热使在所述气凝胶颗粒的表面上的所述粘合剂粉末熔化并然后固化所述粘合剂粉末，使得所述气凝胶颗粒与粘合剂的固化颗粒粘结。
5.制备根据权利要求1-3之一所述的绝热体的方法，其中所述粘合剂由包括热塑性树脂的粘合剂粉末制成，所述方法包括：
将所述粘合剂粉末附着至所述多个气凝胶颗粒的表面；
在比所述热塑性树脂的熔点低但比其软化点高的温度下加热在所述气凝胶颗粒的表面上的所述粘合剂粉末，由此使该粘合剂粉末软化；和
然后将所述粘合剂粉末冷却至比所述热塑性树脂的软化点低的温度下，使得所述多个气凝胶颗粒与粘合剂的硬化颗粒粘结。

Claims (5)

1.通过用粘合剂粘结多个气凝胶颗粒而形成的绝热体，其中，
所述气凝胶颗粒具有500μm或更大的平均粒径，
所述粘合剂以颗粒形式存在于所述气凝胶颗粒的表面上，和
所述粘合剂的平均粒径与所述气凝胶颗粒的平均粒径的比例(粘合剂/气凝胶颗粒)为1/200-1/10。
2.权利要求1所述的绝热体，其中所述气凝胶颗粒的粒径分布在500μm或更大粒径处具有峰值并在小于500μm粒径处具有另外的峰值。
3.权利要求1或2所述的绝热体，其每100质量份的气凝胶颗粒包含5-30质量份的粘合剂。
4.制备权利要求1-3之一所述的绝热体的方法，所述粘合剂由包括热固性树脂的粘合剂粉末制成，所述粘合剂粉末在熔化状态下的溶解度参数和所述气凝胶颗粒的溶解度参数的差值为4或更高，以及所述方法包括：
将所述粘合剂粉末附着至所述多个气凝胶颗粒的表面；和
通过加热使在所述气凝胶颗粒的表面上的所述粘合剂粉末熔化并然后固化所述粘合剂粉末，使得所述气凝胶颗粒与粘合剂的固化颗粒粘结。
5.制备根据权利要求1-3之一所述的绝热体的方法，其中所述粘合剂由包括热塑性树脂的粘合剂粉末制成，所述方法包括：
将所述粘合剂粉末附着至所述多个气凝胶颗粒的表面；
在比所述热塑性树脂的熔点低但比其软化点高的温度下加热在所述气凝胶颗粒的表面上的所述粘合剂粉末，由此使该粘合剂粉末软化；和
然后将所述粘合剂粉末冷却至比所述热塑性树脂的软化点低的温度下，使得所述多个气凝胶颗粒与粘合剂的硬化颗粒粘结。
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