CN104956139A - 热绝缘体及其制备方法 - Google Patents
热绝缘体及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104956139A CN104956139A CN201480006748.0A CN201480006748A CN104956139A CN 104956139 A CN104956139 A CN 104956139A CN 201480006748 A CN201480006748 A CN 201480006748A CN 104956139 A CN104956139 A CN 104956139A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aerogel particle
- particle
- aerogel
- adhesive portion
- heat insulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 title abstract 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 245
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 claims abstract description 183
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 106
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 106
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 68
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 92
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 83
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 70
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 56
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 42
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 70
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 47
- 239000004965 Silica aerogel Substances 0.000 description 43
- -1 alkoxy silane Chemical compound 0.000 description 34
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 31
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 28
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 19
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 13
- 239000001828 Gelatine Substances 0.000 description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 12
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 12
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 11
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 11
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 11
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 239000007863 gel particle Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 235000011167 hydrochloric acid Nutrition 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 3
- 150000005215 alkyl ethers Chemical class 0.000 description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 3
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 3
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 3
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000000026 trimethylsilyl group Chemical group [H]C([H])([H])[Si]([*])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 3
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N dihydroxy(oxo)silane Chemical compound O[Si](O)=O IJKVHSBPTUYDLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001983 poloxamer Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N Acrylic acid Chemical class OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 244000226021 Anacardium occidentale Species 0.000 description 1
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical class CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001597008 Nomeidae Species 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBQLQIMCKFDOHK-UHFFFAOYSA-N Stephanol Natural products CC(O)C1(O)CCC2(O)C3(O)CC=C4CC(O)CCC4(C)C3C(O)C(O)C12C JBQLQIMCKFDOHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 description 1
- RBIILJCATVGHHI-UHFFFAOYSA-N [diethoxy(phenyl)silyl]methanamine Chemical compound NC[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 RBIILJCATVGHHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YBHBEZSZXFLQMW-UHFFFAOYSA-N [dimethoxy(phenyl)silyl]methanamine Chemical compound CO[Si](CN)(OC)C1=CC=CC=C1 YBHBEZSZXFLQMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005037 alkyl phenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 150000008051 alkyl sulfates Chemical class 0.000 description 1
- 125000005211 alkyl trimethyl ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 235000020226 cashew nut Nutrition 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- ZMAPKOCENOWQRE-UHFFFAOYSA-N diethoxy(diethyl)silane Chemical compound CCO[Si](CC)(CC)OCC ZMAPKOCENOWQRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZZNQQQWFKKTOSD-UHFFFAOYSA-N diethoxy(diphenyl)silane Chemical compound C=1C=CC=CC=1[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 ZZNQQQWFKKTOSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VSYLGGHSEIWGJV-UHFFFAOYSA-N diethyl(dimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](CC)(OC)OC VSYLGGHSEIWGJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AHUXYBVKTIBBJW-UHFFFAOYSA-N dimethoxy(diphenyl)silane Chemical compound C=1C=CC=CC=1[Si](OC)(OC)C1=CC=CC=C1 AHUXYBVKTIBBJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IQDGSYLLQPDQDV-UHFFFAOYSA-N dimethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CNC IQDGSYLLQPDQDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N dimethyldichlorosilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)Cl LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YYLGKUPAFFKGRQ-UHFFFAOYSA-N dimethyldiethoxysilane Chemical compound CCO[Si](C)(C)OCC YYLGKUPAFFKGRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWAFVXWRGIEBPL-UHFFFAOYSA-N ethoxysilane Chemical compound CCO[SiH3] CWAFVXWRGIEBPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N ethyl(trimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](OC)(OC)OC SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002454 metastable transfer emission spectrometry Methods 0.000 description 1
- 125000005641 methacryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229920001206 natural gum Polymers 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 150000003053 piperidines Chemical class 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- DENFJSAFJTVPJR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(ethyl)silane Chemical compound CCO[Si](CC)(OCC)OCC DENFJSAFJTVPJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N triethoxy(methyl)silane Chemical compound CCO[Si](C)(OCC)OCC CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(phenyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
- C09J161/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
- E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
- E04B1/78—Heat insulating elements
- E04B1/80—Heat insulating elements slab-shaped
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/10—Coating or impregnating
- C04B20/1018—Coating or impregnating with organic materials
- C04B20/1029—Macromolecular compounds
- C04B20/1037—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
- C04B26/02—Macromolecular compounds
- C04B26/10—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B26/12—Condensation polymers of aldehydes or ketones
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
- C09J161/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C09J161/06—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
- C09J161/20—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen
- C09J161/22—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with acyclic or carbocyclic compounds
- C09J161/24—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with acyclic or carbocyclic compounds with urea or thiourea
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J161/00—Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
- C09J161/20—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen
- C09J161/26—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with heterocyclic compounds
- C09J161/28—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with heterocyclic compounds with melamine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
- C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
- C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
- C08K7/26—Silicon- containing compounds
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
- E04B2001/742—Use of special materials; Materials having special structures or shape
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/24—Structural elements or technologies for improving thermal insulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B80/00—Architectural or constructional elements improving the thermal performance of buildings
- Y02B80/10—Insulation, e.g. vacuum or aerogel insulation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Architecture (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Thermal Insulation (AREA)
Abstract
本发明的目的是提供强度更高且绝热性能优异的热绝缘体。本发明涉及通过用至少一个粘合剂部分2粘合多个气凝胶颗粒1形成的热绝缘体10。所述多个气凝胶颗粒1的表面是疏水性的。所述多个气凝胶颗粒1的所述表面用表面活性剂处理。所述至少一个粘合剂部分2包括在所述多个气凝胶颗粒中的至少三个的表面上延伸的分支结构部分。
Description
技术领域
本发明涉及包含气凝胶颗粒的热绝缘体及其制备方法。
背景技术
业已提出包含气凝胶颗粒的热绝缘体(参见专利文献1和2)。通过用粘合剂(粘结剂)粘合多个气凝胶颗粒，将所述热绝缘体模塑成期望的形状。
参考文献
专利文献
专利文献1:JP 2012-525290A
专利文献2:JP H10-147664A
发明内容
技术问题
然而，由于气凝胶颗粒本身是脆性的，通过模塑所述气凝胶颗粒形成的热绝缘体的产品具有较差的强度，易于开裂和破损。为了增加热绝缘体的强度，可以增加粘合剂的量，但在这种情况下，粘合剂的增加量可能导致热绝缘体的绝热性能的降低。详细地讲，如图7中所示，如果粘合剂的量增加，气凝胶颗粒1的整个表面将被粘合剂102覆盖，并且相邻气凝胶颗粒1和1之间的空间也将填充有粘合剂102。因此，粘合剂102促进热绝缘体10的前表面和后表面之间的热传导，而这将劣化热绝缘体10的绝热性能。
鉴于上述情况，存在对通过增加其强度且同时防止绝热性能降低而同时实现对足够的强度和绝热性能两者的要求的热绝缘体的需求。
考虑到上述情况而完成了本发明，其目的是提出强度更高并且绝热性能优异的热绝缘体及其制备方法。
技术解决方案
根据本发明的热绝缘体是通过用至少一个粘合剂部分粘合多个气凝胶颗粒形成的热绝缘体。所述多个气凝胶颗粒的表面是疏水性的。所述多个气凝胶颗粒的所述表面用表面活性剂处理。所述至少一个粘合剂部分具有在所述多个气凝胶颗粒中的至少三个的表面上延伸的分支结构部分。
制备根据本发明的热绝缘体的方法是通过用至少一个粘合剂部分粘合多个气凝胶颗粒来制备热绝缘体的方法。在本方法中，所述多个气凝胶颗粒的表面是疏水性的，用于形成所述至少一个粘合剂部分的粘合剂是粉末，并且包括热固性树脂，而且熔融状态下的所述粘合剂的溶解度参数等于或大于11。所述方法包括：混合所述多个气凝胶颗粒、所述粘合剂以及表面活性剂；然后，固化所述粘合剂，使得所述多个气凝胶颗粒被所述至少一个粘合剂部分粘合。
在所述方法中，优选地，所述多个气凝胶颗粒的平均粒径等于或大于100μm。
在所述方法中，优选地，所述表面活性剂被固定到所述多个气凝胶颗粒的表面上。
在所述方法中，优选地，每100质量份所述多个气凝胶颗粒中加入5-40质量份所述粘合剂。
本发明的有益效果
在本发明中，所述热绝缘体是通过用至少一个分支状的粘合剂部分粘合多个气凝胶颗粒形成的，从而，与多个气凝胶颗粒用粘合剂颗粒粘合相比，所述多个气凝胶颗粒可牢固地彼此粘合，并因此能够增加热绝缘体的强度。此外，与气凝胶颗粒的整个表面被覆盖时相比，热桥的发生被更好地抑制，因此根据本发明的热绝缘体的绝热性能优异。
附图说明
图1A和图1B显示根据本发明的实施方案的实例，图1A是说明所述实施方案的整体结构的示意图，并且图1B是说明所述实施方案的部分结构的放大示意图。
图2A-图2C是说明气凝胶颗粒的实例的示意图。
图3是气凝胶颗粒的电子显微镜照片。
图4是说明根据本发明的制备方法的实例的示意图。
图5A-图5D是显示根据本发明的制备方法的实例的截面图。
图6A是根据实施例1的热绝缘体的X射线CT(计算机断层扫描)图像，图6B是根据比较例1的热绝缘体的X射线CT图像，并且图6C是根据比较例2的热绝缘体的X射线CT图像。
图7是说明传统实施例的截面图。
具体实施方案
下文将说明本发明的具体实施方案。
如图1A和图1B所示，根据一个实施方案的热绝缘体10是通过至少一个粘合剂部分2粘合多个气凝胶颗粒1形成的。所述多个气凝胶颗粒1的表面是疏水性的。所述多个气凝胶颗粒1的表面用表面活性剂处理。所述至少一个粘合剂部分2具有在所述多个气凝胶颗粒1中的至少三个的表面上延伸的分支结构部分。
气凝胶是多孔材料(多孔体)，其通过干燥凝胶以使气体置换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。气凝胶的已知实例包括二氧化硅气凝胶、碳气凝胶以及氧化铝气凝胶，其中优选使用二氧化硅气凝胶。二氧化硅气凝胶具有优异的绝热性能，易于制备，并且制备成本低，因此与其它类型的气凝胶相比容易获得。需要注意的是，作为凝胶中的溶剂完全挥发的结果而制备出的具有含气隙的网状结构的材料可以被称为“干凝胶”，但在本说明书中的气凝胶可包括干凝胶。
图2A至2C显示出所述气凝胶颗粒的实例的示意图。如图2A和图2B中所示，气凝胶颗粒1是二氧化硅气凝胶颗粒，并且是具有尺寸为约数十纳米(例如在20-40nm的范围内)的孔隙的二氧化硅(SiO2)结构。这种气凝胶颗粒1可通过超临界干燥等而获得。气凝胶颗粒1由微粒11(二氧化硅微粒)组成，它们彼此结合以便形成三维网状形状。一种二氧化硅微粒的尺寸是：例如约1-2nm。如图2C所示，气体20被允许进入气凝胶颗粒1的尺寸为约数十纳米的孔隙。这些孔隙阻断空气组分(如氮气和氧气)的传递，因此有可能将热导率减少到小于空气的热导率的程度。例如，设置有空气的常规热绝缘体具有的热导率(WLF)λ是35-45mW/m·K，但通过气凝胶颗粒，热绝缘体的热导率(WLF)λ可以降低到约9-12mW/m·K。通常，气凝胶颗粒1具有疏水性。例如，在图2B所示的二氧化硅气凝胶颗粒中，大多数的硅原子(Si)通过一个或多个氧原子(O)结合到(一个或多个)烷基基团((一个或多个)甲基基团:CH3)，它们中的少数结合到(一个或多个)羟基基团(OH)。因此，这种二氧化硅气凝胶颗粒具有相对低的表面极性。
图3是二氧化硅气凝胶颗粒的电子显微镜照片。这种二氧化硅气凝胶颗粒由超临界干燥法获得。从这幅图还可以了解到，二氧化硅气凝胶颗粒具有三维立体网状结构。典型地，气凝胶颗粒1的网状结构由具有的尺寸小于10nm的线性粘合的二氧化硅微粒形成。需要注意的是，所述网状结构可以具有微粒之间的模糊边界，并且网状结构的一些部分可以由线性延伸的二氧化硅结构(-O-Si-O-)形成。
对于热绝缘体的气凝胶颗粒没有特别的限制，并且可以使用由常用的制备方法得到的气凝胶颗粒。气凝胶颗粒的典型实例包括：由超临界干燥法得到的气凝胶颗粒以及基于液态玻璃获得的气凝胶颗粒。
由超临界干燥法得到的气凝胶颗粒可如下获得：通过用液相反应方法的溶胶-凝胶法聚合原料来制备二氧化硅颗粒；并且通过超临界干燥除去其溶剂。例如，烷氧基硅烷(其也被称为“硅醇盐”或“烷基硅酸盐”)被用作原料。烷氧基硅烷在溶剂的存在下水解，以生成作为缩聚结果的具有二氧化硅骨架的湿胶凝化的化合物，然后，湿胶凝化的化合物在超临界条件下干燥，其中的温度和压力等于或大于溶剂的临界点的温度和压力。溶剂可以是醇、液化二氧化碳等。根据超临界条件下的凝胶化合物的干燥，其溶剂被除去，而凝胶的网状结构被保持，结果是可以得到气凝胶。气凝胶颗粒，其是气凝胶的颗粒材料，可以通过将包括溶剂的凝胶粉碎成颗粒，然后通过超临界干燥来干燥包括溶剂的凝胶的颗粒来获得。可替代地，气凝胶颗粒可通过粉碎作为超临界干燥结果获得的气凝胶的块状体得到。
作为气凝胶颗粒的原料的烷氧基硅烷不受到特别限制，但也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以及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以用作烷氧基硅烷。烷氧基硅烷的部分水解产物可以用作气凝胶颗粒的原料。
优选地，烷氧基硅烷的水解和缩聚在水的存在下进行，更优选地在水和有机溶剂的混合液体的存在下进行，烷氧基硅烷在所述溶剂中是可溶的，并且所述溶剂与水相容。使用这样的混合液作为溶剂使得能够连续进行水解过程和缩聚过程，因此可以高效率地获得凝胶。在该过程中，由于胶凝化物质(湿凝胶)存在于作为分散介质的溶剂中，从而产生了聚合物。对于烷氧基硅烷在其中是可溶的并与水相容的溶剂没有特别的限制。这样的溶剂的实例包括：醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇；丙酮以及N,N-二甲基甲酰胺。这些物质可以单独使用或组合使用。
还优选烷氧基硅烷的水解和缩聚在催化剂的存在下进行，所述催化剂导致从烷氧基硅烷脱除烷氧基基团，以促进缩合反应。这种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。
合适的组分可以被加入到烷氧基硅烷的反应溶液中。这种组分的实例可以包括表面活性剂(surface-activating agent)和官能团诱导剂(functionalgroup induction agent)。这样的附加组分可以为气凝胶颗粒提供有利的功能。
气凝胶可以通过用超临界干燥法干燥所得到的湿凝胶得到。优选地，所述湿凝胶首先被切割或粉碎为颗粒，以制备包括所述溶剂的凝胶的颗粒，然后凝胶的颗粒通过超临界干燥而干燥。通过这样做，气凝胶可以被制成颗粒，并且被干燥，而不会使气凝胶结构破裂，因此气凝胶颗粒可以容易地获得。在这种情况下，优选制备尺寸均匀的凝胶颗粒，并且这使得气凝胶颗粒的粒径均匀化。可替代地，气凝胶颗粒可通过制备块状气凝胶，然后通过粉碎装置粉碎气凝胶的块状体得到。所得到的气凝胶颗粒可以过筛或分级，以得到更均匀尺寸的气凝胶颗粒。当气凝胶颗粒的尺寸被均一化时，可操作性可以提高，并且可以容易地获得稳定的产物。
基于液态玻璃得到的气凝胶颗粒可以通过常压干燥法来制备，所述方法顺序包括以下过程：硅溶胶的制备过程、硅溶胶的胶凝化过程、熟化过程、凝胶的粉碎过程、溶剂置换过程、疏水过程和干燥过程。液体玻璃通常可以是诸如硅酸钠的矿物硅酸盐的高浓度水溶液，并且可以通过例如将矿物硅酸盐溶解于水中并将其加热而获得。
硅溶胶的原料可以是硅醇盐、碱金属的硅酸盐等。硅醇盐的实例包括四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷。在关于超临界干燥法的说明中描述的烷氧基硅烷可以用作所述硅醇盐。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，因为它便宜；并且更优选使用硅酸钠，因为它易于获得。
在使用碱金属的硅酸盐的情况下，硅溶胶可以通过使用以诸如盐酸和硫酸的无机酸进行脱酸的方法，或使用具有H+的反荷离子的阳离子交换树脂的方法来制备。在这些方法中，优选使用阳离子交换树脂。
通过使具有适当浓度的碱金属的硅酸盐的溶液通过填充有阳离子交换树脂的填充层，可以通过使用酸型阳离子交换树脂来制备硅溶胶。可替代地，硅溶胶可以如下制备：将阳离子交换树脂引入碱金属的硅酸盐的溶液中；将其混合；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括在溶剂中的碱金属所需的量。溶剂通过阳离子交换树脂经受脱碱作用(脱金属反应)。
酸型阳离子交换树脂可以是苯乙烯系、丙烯酸系或甲基丙烯酰系，并且例如具有取代的磺酸基基团或羧基基团作为离子交换基团。其中，优选使用具有磺酸基基团的所谓强酸型阳离子交换树脂。用于碱金属交换的阳离子交换树脂可以在用硫酸或盐酸从中通过的再生过程之后再利用。
此后，胶凝所制备的硅溶胶，然后将其熟化。在胶凝过程和熟化过程中，优选控制其pH值。通常，采用阳离子交换树脂的离子交换过程后的硅溶胶具有相对低的pH值，例如3或更少。当中和这种硅溶胶以使其pH在弱酸性至中性的pH范围内时，硅溶胶被胶凝化。可以通过控制其pH范围至5.0-5.8来胶凝硅溶胶，并且优选在5.3-5.7的范围内。其pH可以通过添加碱和/或酸进行控制。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。控制pH的凝胶在稳定的状态下熟化。熟化过程可以在40-80℃的温度范围内进行4-24小时的时期。
优选地，熟化过程后，凝胶被粉碎。可通过粉碎凝胶容易地获得期望的气凝胶颗粒。例如，凝胶的粉碎过程的进行可以通过：将凝胶放入Henshall型混合器或在混合器内胶凝所述溶胶；并且以适当的旋转速度操作混合器达适当的时期。
粉碎过程之后，优选进行溶剂置换过程。在溶剂置换过程中，用于制备凝胶的溶剂(例如水)被置换成具有小表面张力的另一种溶剂，以避免凝胶被干燥时发生干燥收缩。溶剂置换过程通常包括多个步骤，并且优选两个步骤，因为难于直接将水置换成具有小表面张力的溶剂。选择用于第一步骤的溶剂的准则包括：具有良好的与水和与用于第二步骤的溶剂的亲和性。用于第一步骤中的溶剂可以是甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮等，并且乙醇是优选的。选择用于第二步骤的溶剂的准则包括：具有与在后续疏水过程中使用的处理剂的较低的反应性；并且具有小的表面张力，从而导致较少的干燥收缩。用于第二步骤中的溶剂可以是己烷、二氯甲烷、甲基乙基酮等，并且己烷是优选的。根据需要，附加的溶剂置换步骤可以在第一溶剂置换步骤和第二溶剂置换步骤之间进行。
溶剂置换过程之后，优选进行疏水化过程。烷基烷氧基硅烷、卤代烷基硅烷等可用作所述疏水化过程中的处理剂。例如，可以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。疏水化过程可在溶剂置换过程之前进行。
疏水化过程之后，通过过滤将得到的凝胶从溶剂中分离，然后洗涤凝胶以除去未反应的处理剂。此后，将凝胶干燥。干燥过程可以在常压下进行，并且可以在热量和/或热空气下进行。优选在惰性气体(例如氮气)气氛中进行干燥过程。根据这一过程，将凝胶中的溶剂从凝胶中去除，从而可获得气凝胶颗粒。
由超临界干燥法得到的气凝胶颗粒和基于液态玻璃得到的气凝胶颗粒基本具有相同的结构。也即，它们各自都有颗粒结构，其中二氧化硅微粒粘合在一起，以便形成三维网状形状。
对于气凝胶颗粒的形状没有特别的限制，其可以是多种形状之一。通常情况下，由上述的方法得到的气凝胶颗粒具有不确定的形状，因为进行粉碎过程等以获得颗粒。可以说，气凝胶颗粒可以是具有不规则表面的岩石状。可替代地，气凝胶颗粒可以是球形、橄榄球形、板形、薄片形、纤维形等。如果气凝胶颗粒用作模塑材料，气凝胶颗粒可具有不同的粒径。在模塑产品中，气凝胶微粒通过被彼此粘合而一体化，因此气凝胶颗粒不一定具有均匀的尺寸。关于气凝胶颗粒的尺寸，颗粒的最大长度可落入50nm-10mm的范围内。考虑到强度、易处理性和易成型性，优选过大的颗粒和过小的颗粒的数目较小。例如，气凝胶颗粒1可以是这样的微米级的颗粒，所述气凝胶颗粒1的最大长度可落入的范围是：等于或大于1μm且小于2mm，优选其数目较大。气凝胶颗粒1的平均粒径优选落入100μm-5mm的范围内，并且更优选落入500μm-1.5mm的范围内。通过使用具有的平均粒径落入上述范围内的这类气凝胶颗粒1，可以避免粘合剂和表面活性剂的量过多，这使得不大可能导致热绝缘体的绝热性能的降低。
本发明的热绝缘体是通过用粘合剂部分粘合上述气凝胶颗粒而形成的。
图5D显示根据本发明的一个实施方案中的热绝缘体的实例。热绝缘体10由气凝胶颗粒1的模塑产品(称为气凝胶层3)和表面片材4构成。在这一方面，热绝缘体10形成为板状的热绝缘体(热绝缘板)。需要注意的是，通过采用适当的模塑工具等模塑，热绝缘体10可以形成为除板状之外的形状。热绝缘体10具有这样的结构，其中，表面片材4分别放置在粘合的气凝胶颗粒1形成的气凝胶层3的相对表面上。通过用表面片材4覆盖气凝胶层3，能够提高热绝缘体10的强度。表面片材4可仅放置在气凝胶层3的相对表面中的一个上，但优选表面片材4放置在气凝胶层3的各个相对表面上，以增加强度。需要注意的是，表面片材4是可选的，并且可以省略。优选地，鉴于易于施加到建筑材料，热绝缘体10的形状是板状，但并不限于此。根据预期用途，热绝缘体10可形成为所需的形状。热绝缘体10的厚度(其在气凝胶层3和表面片材4的堆叠方向上的尺寸)可以根据期望的绝热性能和预期的用途适当地确定，并且可以在0.1-100mm的范围内。
气凝胶层3是由至少一个粘合剂部分2将多个气凝胶颗粒1粘合在一起而形成的。就降低热传导而言，优选粘合剂部分2具有比较小的热导率。就提高补强作用而言，优选所述粘合剂部分2的粘合强度优异。优选防止所述粘合剂部分2的一部分侵入气凝胶颗粒1的细孔隙中。当所述粘合剂部分2的一部分侵入气凝胶颗粒1的细孔隙中时，粘合剂部分2侵入的部分可能增加气凝胶颗粒1的热导率，导致绝热性能的劣化。
如图1A和图1B所示，相邻的气凝胶颗粒1通过至少一个粘合剂部分2彼此粘合，从而，所述至少一个粘合剂部分2是分支状。相邻气凝胶颗粒1之间形成的气隙(空气层)由附图标记15表示。如图1B所示，相对于热绝缘体10的部分，所述粘合剂部分2变形成树一样的分支状，最后粘合剂部分2呈分支状。形成分支状的粘合剂部分2，从而包括至少一个在至少三个气凝胶颗粒1的表面上延伸的分支结构部分。
粘合剂部分2与气凝胶颗粒1的表面接触的接触表面的最大长度优选小于粘合剂部分2粘附的气凝胶颗粒1的最大粒径(最大长度)。优选分支状的粘合剂部分2以一定间隔隔开，以便不与彼此接触。其结果是，气凝胶颗粒1的表面不可能被粘合剂部分2覆盖。具体而言，粘合剂部分2与气凝胶颗粒1的表面接触的接触表面的最大长度可以取决于气凝胶颗粒1的尺寸，但是，优选的范围为1-1,000μm。气凝胶颗粒1和粘合剂部分2接触表面的面积优选为气凝胶颗粒1的全部表面积的5％-60％，并且更优选为10-40％。在此范围内，相邻的气凝胶颗粒1和1之间的粘合不大可能减弱，热绝缘体10的强度也不大可能降低，粘合剂部分2所造成的热绝缘体10的绝热性能的降低也可以减小。
在本发明的热绝缘体10中，多个气凝胶颗粒1用至少一个分支状的粘合剂部分2粘合。因此，相邻的气凝胶颗粒1以表面接触(表面连接)的方式粘合。因此，能够最小化气凝胶颗粒1和1之间通过粘合剂部分2的热传递。其结果是，通过粘合剂部分2可以改善气凝胶颗粒1和1之间的粘合，并且仍然可以最小化绝热性能的减少。
用于形成粘合剂部分2的粘合剂可包括热固性树脂。具体地，优选的形成粘合剂部分2的粘合剂包括热固性树脂，例如酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、胺固化型环氧树脂等。为了增加强度，同时保持高的绝热性能，优选使用其中包括具有高柔韧性的热固性树脂的用于形成粘合剂部分2的粘合剂。例如，在使用橡胶改性的、腰果树胶改性或环氧改性的酚醛树脂的情况下，可以提高强度而不劣化绝热性能。在本实施方案中，表述“高柔韧性”意味着由动态粘弹性测定法测定的tanδ较大而交联密度较低。
优选地，熔融状态的粘合剂部分2的粘合剂的SP值(溶解度参数)等于或大于11。如果熔融状态的粘合剂部分2的粘合剂的SP值小于11，则熔融状态的粘合剂部分2的粘合剂有可能作为气凝胶颗粒的表面上的颗粒而存在，因而不大可能形成分支状的粘合剂部分2。形成熔融状态的粘合剂部分2的粘合剂的SP值通过形成粘合剂部分2的粘合剂的分子结构来计算，所述分子结构通过基团贡献法获得。
制备本实施方案的热绝缘体的方法是通过至少一个粘合剂部分粘合多个气凝胶颗粒1来制备热绝缘体的方法。多个气凝胶颗粒1的表面是疏水性的，用于形成所述至少一个粘合剂部分2的粘合剂是粉末，并且含有热固性树脂，在熔融状态下的形成至少一个粘合剂部分2的粘合剂的溶解度参数等于或大于11。本实施方案的方法包括：混合多个气凝胶颗粒1、用于形成至少一个粘合剂部分2的所述粘合剂和表面活性剂；然后，固化用于形成至少一个粘合剂部分2的所述粘合剂，使得多个气凝胶颗粒通过至少一个粘合剂部分粘合。
在本实施方案的方法中，优选地，所述气凝胶颗粒1的平均粒径等于或大于100μm。
在本实施方案的方法中，优选地，表面活性剂被固定到所述多个气凝胶颗粒的表面上。
在本实施方案的方法中，优选地，每100质量份的多个气凝胶颗粒中加入5-40质量份的用于形成所述至少一个粘合剂部分2的粘合剂。
具体而言，上述的热绝缘体10可以用下面的方式来制备。
首先，气凝胶颗粒1的表面用表面活性剂来处理。气凝胶颗粒1的表面由具有约6的SP值的表面处理剂改性，因此是疏水性的。然而，由于用表面活性剂处理过表面，因此有可能促进具有亲水性的用于形成粘合剂部分2的粘合剂粘合到气凝胶颗粒上。
例如，表面活性剂可以是阴离子系表面活性剂、非离子系表面活性剂、阳离子系表面活性剂、两性离子系表面活性剂等。例如，所述阴离子系表面活性剂可以选自脂肪酸盐、α-磺基脂肪酸酯盐、烷基苯磺酸盐、烷基硫酸盐、三乙醇胺烷基硫酸盐等。例如，所述非离子系表面活性剂可以选自脂肪酸二乙醇酰胺、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚等。例如，所述阳离子系表面活性剂可以选自烷基三甲基铵盐、二烷基二甲基氯化铵、氯化烷基吡啶等。例如，所述两性离子系表面活性剂可以是烷基羧基甜菜碱等。具体地，这样的表面活性剂的商品名可以是“Disperbyk(注册商标)-193”、“Disperbyk-192”、“Disperbyk-187”、“BYK(注册商标)-154”和“BYK-151”，购自BYK JAPAN KK。在本实施方案中，可以单独或组合使用上述的多种表面活性剂。
优选地，每100质量份的气凝胶颗粒1中加入0.1-20质量份的表面活性剂。在此范围内，气凝胶颗粒1的表面可以更容易均匀地用表面活性剂处理，并且过量的表面活性剂(这意味着不附着在气凝胶颗粒1的表面上的表面活性剂的量)可以减少。在用表面活性剂处理气凝胶颗粒1的表面时，气凝胶颗粒1和表面活性剂可以被混合和搅拌。因此，表面活性剂可以附着并固定到气凝胶颗粒1的表面上。
接着，混合气凝胶颗粒1和用于形成粘合剂部分2的粘合剂。优选地，所述用于形成粘合剂部分2的粘合剂在常温下是粉末。在这种情况下，均匀地混合气凝胶颗粒1与形成粘合剂部分2的粉末粘合剂变得容易。优选地，用于形成粘合剂部分2的粉末粘合剂的粒径(尺寸)的平均值比气凝胶颗粒1的粒径(尺寸)的平均值小。在这种情况下，均匀地混合气凝胶颗粒1与形成粘合剂部分2的粉末粘合剂变得容易。需要注意的是，用于形成粘合剂部分2的粉末粘合剂的平均粒径与气凝胶颗粒1的平均粒径各自都由具有与颗粒的截面面积相同的真圆的直径各自定义。用于形成粘合剂部分2的粉末粘合剂的平均粒径和气凝胶颗粒1的平均粒径可以分别通过X射线CT测得的形成粘合剂部分2的粉末粘合剂的颗粒截面积和气凝胶颗粒1的截面积计算得到。例如，可以使用100个用于形成粘合剂部分2的粘合剂的颗粒的截面面积相同的真圆直径的平均值以及100个气凝胶颗粒1的颗粒的截面面积相同的真圆直径的平均值。据认为，在混合气凝胶颗粒1和如上所述的表面活性剂时，形成粘合剂部分2的粉末粘合剂也在同一时间混合。但是，为了便于用表面活性剂处理气凝胶颗粒1的表面，优选在将用于形成粘合剂部分2的粉末粘合剂与它们混合之前，混合气凝胶颗粒1和表面活性剂。
如图4所示，为了将形成粘合剂部分2的粘合剂附着到气凝胶颗粒1上，首先将气凝胶颗粒1与用于形成粘合剂部分2的粉末粘合剂放入瓶5中，然后瓶5通过例如关闭其盖体来密封，并随后摇动瓶5。通过这样做，气凝胶颗粒1和用于形成粘合剂部分2的粘合剂在粉末水平上混合，从而可以得到形成粘合剂部分2的粘合剂的颗粒附着于其上的气凝胶颗粒1。在制备阶段，通过使用适当的粉末混合装置，例如研磨机和混合器，可以在粉末水平上混合。然而，强搅拌力可能导致颗粒的破坏，因此优选它们在不引起颗粒破坏的搅拌力下混合。考虑到用于形成粘合剂部分2的粘合剂的类型和/或热绝缘体10的绝热性能和强度，适当地确定气凝胶颗粒1与形成粘合剂部分2的粘合剂的含量比例。例如，可以混合100质量份的气凝胶颗粒1和5-40质量份的用于形成粘合剂部分2的粘合剂。形成粘合剂部分2的粘合剂的下降可能导致热绝缘体10的热导率的降低，并且还可以导致热绝缘体10的强度大幅下降。因此优选对于每100质量份气凝胶颗粒1，热绝缘体包括10-20重量份的用于形成粘合剂部分2的粘合剂。热绝缘体10的密度显著地影响绝热性能。考虑到气凝胶颗粒1和用于形成粘合剂部分2的粘合剂的制备量以及热绝缘体10的厚度，可以确定热绝缘体10的密度。热绝缘体10的密度的减小将导致绝热性能恶化，因为空气层可以在热绝缘体10内部形成，并且其密度的增加也将导致热导率的降低，因为粘合剂部分2可能充当热桥。在热绝缘体10的实例中，其在每100质量份的气凝胶颗粒1中加入17质量份的用于形成粘合剂部分2的粘合剂的条件下制备，板的密度优选在0.13-0.21g/cm3的范围内。
此后，用热量和压力模塑其上附着有用于形成粘合剂部分2的粘合剂的气凝胶颗粒1。通过该模塑过程，有可能获得成形的热绝缘体10，其中气凝胶颗粒1与粘合剂部分2粘合。在上述的热压模塑过程中，用于形成粘合剂部分2的粘合剂被加热，使得包括在其中的热固性树脂被热熔融，并且其后用于形成粘合剂部分2的粘合剂被进一步加热，从而粘合气凝胶颗粒1，然后被固化。在使用具有高极性的用于形成粘合剂部分2的粉末粘合剂的情况下，气凝胶颗粒1的表面上熔融的用于形成粘合剂部分2的粘合剂被排斥，并且粘合剂表面的面积变小。因此，热绝缘体10的强度趋于降低。另一方面，在本实施方案中，通过混合表面活性剂，在熔融状态下的用于形成粘合剂部分2的粘合剂可集中在相邻气凝胶颗粒1的表面的邻近部分。在此之后，用于形成粘合剂部分2的粘合剂被固化，从而气凝胶颗粒1可被具有分支状的粘合剂部分2粘合。
如图5A至图5C所示，压力机30用于模塑过程。该压力机30包括下压模31和上压模32。首先，如图5A所示，侧壁模具31b附着到下压模31，以便形成凹部31a。剥离片34被放置在凹部31a的底面上，然后把表面片材4放在其上。接着，将气凝胶颗粒1从瓶5引入到下压模31上方的凹部31a中。应注意的是，用于形成粘合剂部分2的粘合剂未在图5A至图5D中显示，但其上附着有用于形成粘合剂部分2的粘合剂的气凝胶颗粒1用于此过程中。此后，如图5B所示，所引入的颗粒的顶面被平整工具33整平，例如药匙、桨片等。另外的表面片材4被放置在顶面被修平的气凝胶颗粒1上，此后在其上放置另外的剥离片34。此后，上压模32从上侧引入到凹部31a，然后用热和压力进行压制，如图5C中所示。优选地，压制是在不引起气凝胶颗粒1破碎或破坏的压力下进行。通过这种压制，用于形成粘合材料2的粘合剂表现出粘合特性，并且因此气凝胶颗粒1通过粘合一体化。此外，每片表面片材4通过用于形成粘合剂部分2的粘合剂的粘合而被粘合在气凝胶颗粒1上，因此表面片材4与气凝胶颗粒1的模塑产品一体化。压制结束后，将所得产品从中取出，并通过干燥机干燥。其结果是，形成由气凝胶颗粒1的模塑产品(气凝胶层3)和表面片材4构成的热绝缘体10，如图5D所示。
热绝缘体10的热导率优选等于或小于25mW/(m·K)。如果热绝缘体10的热导率大于此值，热绝缘体10的绝热性能可能劣化。由于热绝缘体10的热导率优选是低的，没有设置热导率的下限。
实施例
在下文中，参考实施例对本发明进行具体说明。
实施例1
合成二氧化硅气凝胶颗粒的方法
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NACALAITESQUE inc.)和水作为溶剂，以及0.01mol/l的氨水作为催化剂。将上述四甲氧基硅烷低聚物、乙醇、水和氨水以1:120:20:2.16的摩尔比混合，以制备溶胶反应液。此后，将溶胶反应液放置在常温下胶凝化，以产生胶凝化的化合物。
然后，将胶凝化的化合物放入填充有液化二氧化碳的温度为18℃、压力为5.4MPa(55kgf/cm2)的耐压容器，并且将胶凝化的化合物中的乙醇置换为二氧化碳达三小时。此后，调节耐压容器的内部的温度和压力，以满足二氧化碳的超临界条件，其温度为80℃且压力为15.7MPa(160kgf/cm2)，然后去除溶剂达48小时。将0.3mol/l六甲基二硅氮烷作为疏水化剂加入超临界条件下的气氛中，所述疏水化剂在超临界流体中分散两小时，并且胶凝化的化合物保持于超临界流体中，以便被疏水化。此后，排出超临界二氧化碳并且降低容器内部的压力，由此将乙醇和疏水化剂从胶凝化的化合物中除去。从加入所述疏水化剂的开始时间到减压的结束时间共15小时。二氧化硅气凝胶颗粒被从耐压容器中取出。二氧化硅气凝胶颗粒具有0.086g/cm3的堆密度和1mm的平均粒径。所述平均粒径是从与X射线CT测定的100个二氧化硅气凝胶颗粒的截面面积相同的真圆的直径获得的。
用表面活性剂处理
购自BASF Japan Ltd.的“Pluronic 84”(非离子型表面活性剂，聚氧乙烯烷基醚)被用作表面活性剂。1.0质量％的表面活性剂(0.18g)加入18g的以上述方法合成的二氧化硅气凝胶颗粒中并混合。通过这样做，所述表面活性剂附着然后固定到气凝胶颗粒的表面。
形成热绝缘体的方法
用分散器(disper)搅拌18g用表面活性剂处理过的二氧化硅气凝胶颗粒和3g用于形成粘合剂的粉末粘合剂(平均粒径50μm)的酚醛树脂(“Kf6004”，购自ASAHI ORGANIC CHEMICALS INDUSTRY CO.LTD.)，使其均匀混合。此后，所得的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂的混合物被放入120mm长、120mm宽和10mm厚的模具中，并且使其受到模压以固化粘合剂，从而将混合物模塑成所需的尺寸。进行模压的条件是：模具温度为180℃，加压压力为0.98MPa(10kgf/cm2)，并且加压时间为60分钟。由此，得到热绝缘体。
实施例2
合成二氧化硅气凝胶颗粒的方法
二氧化硅气凝胶颗粒以与实施例1中相同的方式获得。
用表面活性剂处理
购自BYK JAPAN KK的“Disperbyk-192”(非离子型表面活性剂)被用作表面活性剂。1.5质量％的表面活性剂(0.27g)被加入18g以上述方法合成的二氧化硅气凝胶颗粒中并混合。通过这样做，表面活性剂被附着然后固定到气凝胶颗粒的表面。
形成热绝缘体的方法
热绝缘体以与实施例1中同样的方式获得。
实施例3
合成二氧化硅气凝胶颗粒的方法
二氧化硅气凝胶颗粒以与实施例1中相同的方式获得。
用表面活性剂处理
购自BYK Japan KK的“Disperbyk-154”(阳离子表面活性剂)被用作表面活性剂。1质量％表面活性剂(0.38g)被加入到18g以上述方法合成的二氧化硅气凝胶颗粒中并混合。通过这样做，表面活性剂被附着然后固定到气凝胶颗粒的表面。
形成热绝缘体的方法
热绝缘体以与实施例1中相同的方式获得。
实施例4
合成MTMS系二氧化硅气凝胶颗粒的方法
1.00g鲸蜡基三甲基溴化铵(也称为十六烷基三甲基溴化铵，购自NACALAI TESQUE,INC.，以下简称“CTAB”)被溶解在10.00g 0.01mol/L的乙酸溶液中，然后0.50g尿素(购自NACALAI TESQUE,INC.)也被溶解于其中。5.0ml甲基三甲氧基硅烷作为硅化合物(“LS-530”(比重:0.95)，购自Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.，以下简称为“MTMS”)被加入这种酸性溶液中，此后被搅拌并混合30分钟，以便通过MTMS的水解反应产生溶胶。然后，所生成的溶胶于60℃被放置在密封瓶中以引起胶凝化，然后连续放置96小时，通过熟化凝胶来获得凝胶化合物，然后进行溶剂的置换。首先将凝胶化合物浸入水中之后，在60℃进行12小时的溶剂置换。接着，将凝胶化合物在甲醇中浸泡后，溶剂第一置换在60℃进行2小时。在溶剂第二置换或随后的置换中，甲醇被换成新的溶剂，该溶剂置换在60℃进行6小时2次。溶剂第二置换或随后的置换被重复三次。
然后，将胶凝化的化合物放入填充有液化二氧化碳的温度为18℃、压力为5.4MPa(55kgf/cm2)的耐压容器，并且将胶凝化的化合物中的乙醇置换为二氧化碳达三小时。此后，调节耐压容器的内部的温度和压力，以满足二氧化碳的超临界条件，其温度为80℃，压力为15.7MPa(160kgf/cm2)，然后去除溶剂达48小时，得到二氧化硅气凝胶颗粒。二氧化硅气凝胶颗粒的堆密度是0.10g/cm3，平均粒径是1,000μm。所述平均粒径是从与X射线CT测定的100个二氧化硅气凝胶颗粒的截面面积相同的真圆的直径获得的。
用表面活性剂处理
购自BASF Japan Ltd.的“Pluronic 84”(非离子型表面活性剂，聚氧乙烯烷基醚)被用作表面活性剂。1.0质量％的表面活性剂(0.18g)加入18g以上述方法合成的MTMS系二氧化硅气凝胶颗粒中并混合。通过这样做，所述表面活性剂附着然后固定到气凝胶颗粒的表面。
形成热绝缘体的方法
用分散器搅拌18g用表面活性剂处理过的MTMS系二氧化硅气凝胶颗粒和3g用于形成粘合剂的粉末粘合剂(平均粒径50μm)的酚醛树脂(“Kf6004”，购自ASAHI ORGANIC CHEMICALS INDUSTRY CO.LTD.)，使其均匀混合。此后，所得的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂的混合物被放入120mm长、120mm宽和10mm厚的模具中，并且使其受到模压以固化粘合剂，从而将混合物模塑成所需的尺寸。进行模压的条件是：模具温度为180℃，加压压力为0.98MPa(10kgf/cm2)，并且加压时间为60分钟。由此，得到热绝缘体。
比较例1
比较例1与实施例1的不同之处在于不使用表面活性剂。换言之，除了上述这点之外，热绝缘体用与实施例1中相同的方式制备。
比较例2
用分散器搅拌3分钟未经表面活性剂处理的18g二氧化硅气凝胶颗粒和10g用于形成粘合剂的丙烯酸树脂系粘合剂(VINYBLAN 2500E)，使其均匀混合。将所得的含水混合物在80℃与干燥剂一同放置1小时以除去水。此后，所得的二氧化硅气凝胶颗粒和粘合剂的混合物被放入120mm长、120mm宽和10mm厚的模具中，并且使其受到模压以固化粘合剂，从而将混合物模塑成所需的尺寸。进行模压的条件是：模具温度为180℃，加压压力为0.98MPa(10kgf/cm2)，并且加压时间为60分钟。由此，得到热绝缘体。
比较例3
比较例3与比较例1的不同之处在于，根据实施例4的MTMS系二氧化硅气凝胶颗粒被用作气凝胶颗粒。换言之，除了上述这点之外，热绝缘体用与比较例1中相同的方式制备。
比较例4
比较例4与比较例2的不同之处在于，根据实施例4的MTMS系二氧化硅气凝胶颗粒被用作气凝胶颗粒。换言之，除了上述这点之外，热绝缘体用与比较例2中相同的方式制备。
分别测定上述的实施例1-4和比较例1-4的热绝缘体的强度和热导率。按照JIS K7221测定强度。符号“○”表示强度大于0.1MPa，而符号“×”表示强度等于或小于0.1MPa。按照JIS A1412测定热导率。其结果示于表1中。
此外，图6A显示根据实施例1的热绝缘体的X射线CT(计算机断层扫描)的图像，图6B显示根据比较例1的热绝缘体的X射线CT图像，并且图6C显示根据比较例2的热绝缘体的X射线CT图像。
表1
| 强度(MPa) | 热导率(mW/m·K) | |
| 实施例1 | ○ | 16.3 |
| 实施例2 | ○ | 16.8 |
| 实施例3 | ○ | 16.2 |
| 实施例4 | ○ | 17.1 |
| 比较例1 | × | 15.3 |
| 比较例2 | ○ | 17.7 |
| 比较例3 | ×(未固化) | - |
| 比较例4 | ○ | 19.0 |
在实施例1中，二氧化硅气凝胶颗粒用表面活性剂处理。相比之下，在比较例1中，二氧化硅气凝胶颗粒未用表面活性剂处理。因此，实施例1比比较例1的强度更高。另外，在实施例1中，二氧化硅气凝胶颗粒用表面活性剂处理过，所述粘合剂是粉末，并且每100质量份二氧化硅气凝胶颗粒中加入16.7质量份粘合剂。另一方面，在比较例2中，二氧化硅气凝胶颗粒未用表面活性剂处理，使用粘合剂水溶液，并且每100质量份的二氧化硅气凝胶颗粒中加入55.6质量份粘合剂水溶液。因此，实施例1的热导率比比较例2的低。
实施例2和3与实施例1相比，表面活性剂的种类不同，但是比比较例1的强度更高，并且比比较例2的热导率低。
使用MTMS系二氧化硅气凝胶颗粒的实施例4显示出类似于实施例1的性能。事实上，在实施例4中，MTMS系二氧化硅气凝胶颗粒用表面活性剂处理。相比之下，在比较例3中，二氧化硅气凝胶颗粒未用表面活性剂处理。因此，实施例1比比较例3的强度更高。另外，在实施例4中，二氧化硅气凝胶颗粒用表面活性剂处理，粘合剂是粉末，并且每100质量份二氧化硅气凝胶颗粒中加入16.7质量份粘合剂。另一方面，在比较例4中，二氧化硅气凝胶颗粒未用表面活性剂处理，使用粘合剂水溶液，并且每100质量份二氧化硅气凝胶颗粒中加入55.6质量份粘合剂水溶液。因此，实施例4的热导率比比较例4的低。
因此，与比较例1-4相比，实施例1-4具有强度和绝热性能的良好平衡。
附图标记说明
1 气凝胶颗粒
2 粘合剂
10 热绝缘体
Claims (5)
1.热绝缘体，其通过用至少一个粘合剂部分粘合多个气凝胶颗粒形成，
所述多个气凝胶颗粒的表面是疏水性的，
所述多个气凝胶颗粒的所述表面用表面活性剂处理，和
所述至少一个粘合剂部分具有在所述多个气凝胶颗粒中的至少三个的表面上延伸的分支结构部分。
2.通过用至少一个粘合剂部分粘合多个气凝胶颗粒来制备热绝缘体的方法，
所述多个气凝胶颗粒的表面是疏水性的，
用于形成所述至少一个粘合剂部分的粘合剂是粉末，并且包括热固性树脂，
熔融状态下的所述粘合剂的溶解度参数等于或大于11，并且
所述方法包括：
混合所述多个气凝胶颗粒、所述粘合剂以及表面活性剂；和
然后固化所述粘合剂，使得所述多个气凝胶颗粒被所述至少一个粘合剂部分粘合。
3.如权利要求2所述的制备热绝缘体的方法，其中：
所述多个气凝胶颗粒的平均粒径等于或大于100μm。
4.如权利要求2或3所述的制备热绝缘体的方法，其中：
所述表面活性剂被固定到所述多个气凝胶颗粒的表面上。
5.如权利要求2-4中任意一项所述的制备热绝缘体的方法，其中：
每100质量份所述多个气凝胶颗粒中加入5-40质量份所述粘合剂。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013-040052 | 2013-02-28 | ||
| JP2013040052 | 2013-02-28 | ||
| PCT/JP2014/000941 WO2014132605A1 (ja) | 2013-02-28 | 2014-02-24 | 断熱材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104956139A true CN104956139A (zh) | 2015-09-30 |
Family
ID=51427884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201480006748.0A Pending CN104956139A (zh) | 2013-02-28 | 2014-02-24 | 热绝缘体及其制备方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150368527A1 (zh) |
| EP (1) | EP2963328A4 (zh) |
| JP (1) | JPWO2014132605A1 (zh) |
| CN (1) | CN104956139A (zh) |
| WO (1) | WO2014132605A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109790318A (zh) * | 2016-09-30 | 2019-05-21 | 日立化成株式会社 | 气凝胶复合体的制造方法、气凝胶复合体和被绝热体 |
| CN110894357A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-03-20 | 南通复源新材料科技有限公司 | 一种基于超声波技术的再生碳纤维增强pa66材料及其制备方法 |
| CN114516202A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-05-20 | 河南爱彼爱和新材料有限公司 | 气凝胶隔热芯材、高性能气凝胶复合隔热垫 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2963326A4 (en) * | 2013-03-01 | 2016-03-02 | Panasonic Ip Man Co Ltd | HEAT-INSULATING FORM BODY AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| DE102015223550A1 (de) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | Robert Bosch Gmbh | Elektronikmodul und Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls mit einem fluiddichten Gehäuse |
| CN108314465B (zh) * | 2016-04-19 | 2020-07-10 | 山东基舜节能建材有限公司 | 一种高阻燃的节能保温板及其制备方法 |
| EP3589897A1 (de) * | 2017-03-02 | 2020-01-08 | Marco Feusi | Dämmung, vorhang, fenster und wetterschutzvorrichtung |
| KR102180241B1 (ko) * | 2019-01-18 | 2020-11-18 | 주식회사 오상엠엔이티 | 3차원 다공성 구조체 및 이의 제조 방법 |
| WO2024185306A1 (ja) * | 2023-03-07 | 2024-09-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 多孔質体およびその製造方法、ならびに断熱材 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0775866A1 (de) * | 1995-11-21 | 1997-05-28 | AEG Hausgeräte GmbH | Wärmeisolierende Umhüllung für wärmetechnische Geräte |
| JP2003042386A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 断熱材とその固形化方法およびそれを用いた機器 |
| CN2828520Y (zh) * | 2004-08-30 | 2006-10-18 | 海尔集团公司 | 真空绝热板 |
| CN101469804A (zh) * | 2007-12-26 | 2009-07-01 | 成都思摩纳米技术有限公司 | 一种新型真空隔热板及制备方法 |
| DE202011050487U1 (de) * | 2011-06-19 | 2011-10-13 | Viktor Schatz | Dämmstoffelement |
| CN102459079A (zh) * | 2009-04-27 | 2012-05-16 | 卡博特公司 | 气凝胶组合物及其制造和使用方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2004010423A (ja) * | 2002-06-06 | 2004-01-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固形断熱材およびその製造方法 |
| FR2975691B1 (fr) * | 2011-05-26 | 2014-02-07 | Electricite De France | Materiau super-isolant a pression atmospherique a base d'aerogel |
-
2014
- 2014-02-24 EP EP14756472.8A patent/EP2963328A4/en not_active Withdrawn
- 2014-02-24 CN CN201480006748.0A patent/CN104956139A/zh active Pending
- 2014-02-24 US US14/762,883 patent/US20150368527A1/en not_active Abandoned
- 2014-02-24 WO PCT/JP2014/000941 patent/WO2014132605A1/ja active Application Filing
- 2014-02-24 JP JP2015502755A patent/JPWO2014132605A1/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0775866A1 (de) * | 1995-11-21 | 1997-05-28 | AEG Hausgeräte GmbH | Wärmeisolierende Umhüllung für wärmetechnische Geräte |
| JP2003042386A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 断熱材とその固形化方法およびそれを用いた機器 |
| CN2828520Y (zh) * | 2004-08-30 | 2006-10-18 | 海尔集团公司 | 真空绝热板 |
| CN101469804A (zh) * | 2007-12-26 | 2009-07-01 | 成都思摩纳米技术有限公司 | 一种新型真空隔热板及制备方法 |
| CN102459079A (zh) * | 2009-04-27 | 2012-05-16 | 卡博特公司 | 气凝胶组合物及其制造和使用方法 |
| DE202011050487U1 (de) * | 2011-06-19 | 2011-10-13 | Viktor Schatz | Dämmstoffelement |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109790318A (zh) * | 2016-09-30 | 2019-05-21 | 日立化成株式会社 | 气凝胶复合体的制造方法、气凝胶复合体和被绝热体 |
| CN110894357A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-03-20 | 南通复源新材料科技有限公司 | 一种基于超声波技术的再生碳纤维增强pa66材料及其制备方法 |
| CN110894357B (zh) * | 2019-11-25 | 2022-04-15 | 南通复源新材料科技有限公司 | 一种基于超声波技术的再生碳纤维增强pa66材料及其制备方法 |
| CN114516202A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-05-20 | 河南爱彼爱和新材料有限公司 | 气凝胶隔热芯材、高性能气凝胶复合隔热垫 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2014132605A1 (ja) | 2017-02-02 |
| EP2963328A1 (en) | 2016-01-06 |
| EP2963328A4 (en) | 2016-03-16 |
| US20150368527A1 (en) | 2015-12-24 |
| WO2014132605A1 (ja) | 2014-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104956139A (zh) | 热绝缘体及其制备方法 | |
| CN104520630B (zh) | 气凝胶成型体、含有气凝胶的颗粒和制备气凝胶成型体的方法 | |
| CN105102873A (zh) | 绝热成形体及其制备方法 | |
| KR101790553B1 (ko) | 중공실리카 입자의 제조방법, 중공실리카 입자 및 그를 포함하는 조성물 및 단열 시트 | |
| CN105390461B (zh) | 绝热片及其制造方法 | |
| TWI780203B (zh) | 塗液、塗膜的製造方法及塗膜 | |
| KR102675444B1 (ko) | 에어로겔 복합체 파우더의 제조 방법 | |
| CN105008786A (zh) | 使用气凝胶的绝热结构体 | |
| TWI787318B (zh) | 塗液、塗膜的製造方法及塗膜 | |
| CN104412024A (zh) | 绝热体及其制造方法 | |
| JP2014035044A (ja) | 断熱材及びその製造方法 | |
| TWI829911B (zh) | 塗液、複合材料及塗膜 | |
| JP2014035042A (ja) | 断熱材 | |
| CN105051441A (zh) | 绝热成形材料、绝热成形体及它们的制备方法 | |
| JP2014167078A (ja) | 断熱材成形用組成物、成形体及び成形体の製造方法 | |
| WO2019069407A1 (ja) | 塗液、塗膜の製造方法及び塗膜 | |
| JP7196907B2 (ja) | 保温材下腐食の抑制方法、及び保温材下腐食抑制用ペースト | |
| JP2014035045A (ja) | 断熱材 | |
| WO2019069411A1 (ja) | 塗液、塗膜の製造方法及び塗膜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150930 |