CN105263991A - 水分散疏水性粉末组合物和使用水分散疏水性粉末组合物制备浆纸和玻璃纤维的方法 - Google Patents

水分散疏水性粉末组合物和使用水分散疏水性粉末组合物制备浆纸和玻璃纤维的方法 Download PDF

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Abstract

一种水分散疏水性粉末组合物，包括水、高吸水性聚合物(SAP)和疏水性粉末。该水分散组合物包括稳定分散的疏水性粉末并且可以得到好的分散性。很长一段时间水分散组合物不会产生相分离。此外，在水分散疏水性粉末组合物干燥后，只有疏水性粉末和少量的SAP剩余。由于当考虑到把普通混合剂作为粘合剂时SAP的用量很少，并且当考虑到体积时它的体积很小，因此疏水性粉末的物理性能和特性很难受到影响。

Description

水分散疏水性粉末组合物和使用水分散疏水性粉末组合物制备浆纸和玻璃纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种水分散疏水性粉末组合物和一种使用水分散疏水性粉末组合物制备产品的方法，更具体地，涉及一种水分散疏水性粉末组合物，其中疏水性粉末的性能不会被影响，并且它的均匀水分散状态可以保持很长一段时间而不发生层分离，还涉及一种通过浸入(impregnate)疏水性粉末(例如气凝胶)制备浆纸、浆板和玻璃纤维的方法。
背景技术
疏水性材料常用于绝缘，并且在疏水性材料中，气凝胶是典型的绝缘材料。然而，气凝胶的应用在很多工业领域都是不重要的，尽管其具有优异的绝缘性能、吸声性能和隔声性能。其中一个原因是气凝胶的高价格，另外一个原因是因为缺少关于气凝胶的疏水性的应用技术。
特别地，在绝缘涂料、绝缘涂层剂、绝缘板、绝缘纤维毯等的生产过程中，当一种具有很强疏水性的材料(例如气凝胶)被混合作为绝缘材料时，绝缘产品的绝缘性能可能会显著提高，并且其应用技术可以被积极地使用。由于绝缘材料的疏水性，应用技术中最难的挑战之一是将绝缘材料(例如气凝胶)和水溶性材料相混合。因此，为了得到水性凝胶溶液或水分散物，大量的添加剂组分或附加的工艺是有必要的。这种工艺可以被分为添加表面活性剂的化学方法和强制性物理混合方法。
首先，关于将作为疏水性粉末的气凝胶和水溶性材料进行物理混合的方法，水溶性材料需要有一定程度或更高程度的粘度，并且根据水溶性材料的粘度以合适的速率混合是很重要的。
为了获得足够程度的粘性，优选使用大量的水溶性材料，然而，当加入过量的水溶性材料，可能会大大削弱最初的包括气凝胶的混合物所要求的绝缘效果和隔音效果。
另外，当这样获得的水分散气凝胶组合物被干燥时，会残余过量的粘合剂材料，并且气凝胶粉末会因其粘性凝聚或凝固，因此，和它的最初状态相比显示出较高的导热系数。此外，由于水溶性粘合剂材料的影响，它的疏水性也会显著减弱，气凝胶的固有性能也会显著降低。更进一步地，当将纤维或无纺布用水分散气凝胶组合物浸入时，粘合剂可能会在干燥后变硬，纤维或无纺布可能会失去弹性。
同时，为了生产可商业化的气凝胶无纺布，使用硅溶胶-凝胶工艺(silicasol-gelprocess)将硅胶浸入无纺布中，接着使用超临界工艺进行干燥并且生产气凝胶无纺布。然而，当应用超临界工艺时，生产效率可能会降低，生产费用可能会增加。
为了克服上述缺陷，可以通过使用在室温干燥得到的相对低价的气凝胶来生产气凝胶无纺布。气凝胶无纺布通过在无纺布生产过程中喷射气凝胶粉末的方法制得。在这种情况下，在生产过程中产生的灰尘可能会非常高，重量较低的气凝胶可能会喷射至空气中，无纺布中浸入的气凝胶的量可能会不足。
另外，当气凝胶在造纸过程中被浸入时，例如使用气凝胶使纸绝缘时，疏水性气凝胶可能会与在水中打散了的纸浆纤维发生相分离，使用气凝胶制备绝缘纸存在一定程度的困难。
因此，只有在不使用粘合剂增加粘性的情况下，或者只有在使用最少量的粘合剂并且疏水性粉末(例如气凝胶)被均匀混合或在水溶液中分散的情况下，才有可能在相关领域有多种应用。
(专利文件1)韩国专利申请号10-2011-0103450
发明内容
技术问题
本发明的一方面提供了一种水分散疏水性粉末组合物，该水分散疏水性粉末组合物可以保持很长一段时间均匀的水分散状态而不发生层分离。
问题的解决方案
根据本发明的一个方面，提供了一种水分散疏水性粉末组合物，该水分散疏水性粉末组合物包括水、高吸水性聚合物(SAP)和疏水性粉末。
所述SAP优选包括选自由聚苯稀酰胺、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、明胶、多聚糖、纤维素或其衍生物以及壳聚糖或它们的盐组成的组中的至少一种。
所述SAP和所述水的重量比优选为1:50-1:1000。
所述SAP和所述疏水性粉末的重量比优选为1:10-1:500。
所述水分散疏水性粉末组合物的粘度优选为100-200,000cp。
疏水性粉末可以为选自由二氧化硅气凝胶粉末、疏水性(Si、Ca、Al或Mg)xOy矿物粉末、用疏水性硅烷表面处理的无机化合物和用疏水性硅烷表面处理的有机化合物组成的组中的至少一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备水分散组合物的方法，该方法包括：通过将水和高吸水性聚合物(SAP)混合制备具有凝胶态的水溶液；以及加入疏水性粉末并通过搅拌进行混合。疏水性粉末均匀地分散于所述水分散组合物中。
当所述水分散组合物的粘度为100-5,000cp时，所述搅拌的速度优选为3,000-10,000rpm。
当所述水分散组合物的粘度大于等于5,000cp时，所述搅拌的速度优选为500-3,000rpm。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备气凝胶浆纸的方法，该方法包括：将纸浆原料和水混合并打浆；加入水分散疏水性粉末组合物并搅拌；通过去除水分形成气凝胶浆泥(aerogelpulpslurry)；通过将气凝胶浆泥与水混合进行离解(dissociating)；形成纸；脱水；以及干燥。
所述纸浆原料可以优选选自由天然纸浆、人造浆和再生纸浆组成的组。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备气凝胶复合玻璃纤维的方法，该包括：将长度为1-100μm的玻璃丝和水按照1:70-1:150的重量比混合打浆，相对于1重量份的玻璃丝，加入0.01-0.10重量份的分散剂，并混合；加入水分散疏水性粉末组合物并搅拌；相对于1重量份的玻璃丝，混合500-1,000重量份的水并搅拌以进行稳定；将组合物成型从而稳定为5-30mm的厚度；脱水；以及干燥。
本发明的有益效果
根据本发明，疏水性粉末可以分散地很稳定，并且所制得的水分散组合物可以具有好的分散性。本发明水分散组合物中可以保持很长一段时间不发生相分离。此外，本发明所述水分散疏水性粉末组合物在干燥以后，只剩下疏水性粉末和少量的高吸水性聚合物(SAP)。由于当考虑到混合剂作为普通粘合剂时的量时则所述SAP的用量很少，并且SAP的体积很小，所述疏水性粉末的物理性能和特性只会受到轻微的影响。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述可以更好的理解本发明的上述内容和其他方面、特征和其他优势，其中：
图1(a)为实施例1制备的疏水性气凝胶粉末分散在水分散组合物中的照片，以及图1(b)为对比例2制备的水分散组合物中疏水性气凝胶和水没有混合并且分离的照片；
图2(a)为使用制备例2制备的水分散气凝胶组合物生产的桑皮(mulberry)纤维的韩吉(hanji，由桑树手工制造的韩国传统纸)的内部扫描电子显微镜(SEM)照片，以及图2(b)为使用制备例2制备的水分散气凝胶组合物生产的桑皮纤维的韩吉的示意疏水性的照片；
图3为使用制备例3制备的水分散气凝胶组合物生产的复合玻璃纤维内部的SEM图；
图4(a)为制备例3中制备的复合玻璃纤维的示意疏水性的照片，图4(b)为制备例3中制备的复合玻璃纤维的示意防火性能的照片；
图5(a)为普通不含气凝胶的湿玻璃纤维的示意吸水性的照片，图5(b)为普通湿玻璃纤维被火焰融化的照片；
图6(a)为制备例5生产的气凝胶再生纸浆板的示意疏水性的照片，图6(b)为制备实施例5生产的气凝胶再生纸浆板的示意耐久性(防火性能)的照片。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
根据本发明，提供了一种含有水、高吸水性聚合物(SAP)和疏水性粉末的水分散疏水性粉末组合物。
在本发明中，通过使用少量的SAP作为水溶液的增黏剂可以制备得到具有高粘度的水分散组合物，并且可以得到疏水性粉末的水分散溶液。
结果是，可以获得其中疏水性粉末(例如疏水性气凝胶)稳定并均匀地混合并因此具有创新实用性的水分散溶液。
换言之，关于在处理疏水性粉末过程中产生灰尘的缺点是在多种工业领域应用中的最难克服的缺点之一，该缺点可以得到解决。本发明的水分散溶液具有微量的SAP(当考虑到疏水性粉末的量时)，并且所述疏水性粉末的性能在各个领域应用后经过又一次的干燥时仍能保持。
特别地，当疏水性粉末为气凝胶时，其体积密度很小，可以混合更小体积量的气凝胶。因此，气凝胶在各个领域应用后经过又一次的干燥时仍能保持其绝缘性能和疏水性能。通过利用该性能，气凝胶浸入无纺布、气凝胶浸入韩吉、浆纸、复合玻璃纤维等的产品的应用可以实现。
当与水混合后，本发明的SAP会吸收水并且膨胀进行胶凝化。SAP可以吸收其自身重量1000倍的水，可以维持具有较高粘度的凝胶态。在混合有SAP的凝胶态水溶液中，水干燥过程后微量SAP以固体状态剩余。因此，疏水性粉末的性能可能不会被影响。
在本发明中使用的SAP可以包括选自由聚苯稀酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、明胶、多聚糖、纤维素或其衍生物以及壳聚糖或它们的盐组成的组中的至少一种成分。优选地，可以使用聚丙烯酸或它的盐。
例如，聚丙烯酸钠是聚丙烯酸的一种盐，白色粉末，无味无臭的材料，丙烯酸钠的聚合物，亲水并且具有强吸水性。聚丙烯酸钠在水中慢慢溶解形成透明凝胶态和高粘度的溶液。高粘度的形成是因为分子中有多数阴离子的离子现象，因此表观粘度较高。因此，较高粘度的溶液可以通过少量的聚丙烯酸钠形成。因为溶液具有较高的耐热性，在300℃也不会分解，并且很难发生恶化现象，所以，这种溶液可以应用到需要热处理的食物中。此外，溶液不会被分解或破坏，具有较好的耐存储性。
根据一种制备聚丙烯酸钠的具体实施方式，丙烯酸或丙烯酸酯经过氢氧化钠皂化唯一地形成丙烯酸，并且在去除产生的醇类过程中丙烯酸被浓缩。丙烯酸钠单体的浓度因浓缩而被控制，其pH值使用氢氧化钠调节，并且过硫酸铵作为聚合反应的聚合催化剂加入。因此得到的聚合物具有凝胶态，并且丙烯酸钠可以通过干燥、研磨和筛分制得。
纤维素及其衍生物可能包括改性纤维素，其中，在纤维素(例如硝化纤维素、醋酸纤维素和羧甲基纤维素等)的-OH官能团之间会形成氢键。
本发明所使用的SAP不限于含有上述成分的材料。可以使用吸水能力高于或相当于50g/g的SAP，优选使用吸水能力为50-1,000g/g的SAP。进一步优选地，使用吸水能力为300-500g/g的SAP。
当SAP吸水能力小于50g/g时，吸水能力不足，需要使用大量的SAP。因此，SAP会残余并且影响疏水性粉末最后的物理性能。
优选地，SAP和水的重量比为1:50-1:1,000。当SAP的量少于最低要求时，SAP的量和水相比过小，就不会得到期望的水溶液(凝胶态)的粘度。当SAP的量多于最大值时，SAP过量，则水溶液(凝胶态)的粘度过高。在这种情况下，和疏水性粉末混合会很困难。更优选地，SAP和水的重量比为1:100-1:500。
其中，SAP和疏水性粉末的重量比优选为1:10-1:500，更优选为1:100-1:200。
当疏水性粉末的量少于最低要求时，在水混合溶液中疏水性粉末的量过少，疏水性粉末的性能不能充分实现。当疏水性粉末的量多于最大值时，疏水性粉末的体积过大，可能很难得到其中疏水性粉末均匀分散的希望状态(例如流动凝胶或液态)的组合物。
本发明中所使用的疏水性粉末的平均直径优选为0.001mm-5mm，更优选为0.01mm-0.15mm。当考虑到粘度的控制、混合的量以及均匀混合的可能性时，疏水性粉末的颗粒平均直径优选为0.001mm-5mm。
水分散疏水性粉末组合物的粘度优选为100-200,000cp，更优选为1,000-20,000cp。当其粘度小于100cp时，气凝胶和水份的可能会出现相分离，当其粘度大于200,000cp时，粘度过高，很难搅拌。
其中，疏水性粉末为选自由二氧化硅气凝胶粉末、疏水性(Si、Ca、Al或Mg)xOy矿物粉末、用疏水性硅烷表面处理的无机化合物和用疏水性硅烷表面处理的有机化合物组成的组中的至少一种。
本发明所使用的二氧化硅气凝胶粉末没有特别的限定，可以包括其中气凝胶的多孔表面改性为疏水性的所有种类的气凝胶粉末，并且可以为本领域已知的任何疏水性二氧化硅气凝胶粉末。
特别地，所述疏水性二氧化硅气凝胶意为表面经过处理以具有疏水性的二氧化硅气凝胶。疏水性表面处理可以通过任何本领域已知的方法实施。例如，可以使用甲硅烷基化或类似方法处理二氧化硅气凝胶。
其中，疏水性(Si、Ca、Al或Mg)xOy矿物粉末意为一种疏水性矿物粉末例如CaO、MgO、Al2O3等，可以通过在x为1-9且y为1-9的范围内组合各成分得到化合物。
当含有水、SAP和疏水性粉末的水分散疏水性粉末组合物还含有粘合剂或类似物质时，可以得到能够被有效地涂覆或用于形成涂层的涂料(coating)组合物。在这种情况下，可以额外加入有机粘合剂、无机粘合剂或其组合，没有特别的限制。
有机粘合剂优选选自由聚乙烯醇(PVA)、聚氨酯(polyurethane)、丙烯酸脂、纤维素、环氧基树脂(epoxy)、酚树脂、硅树脂、乳胶、淀粉、乙烯醋酸乙烯酯(starchethylenevinylacetate，EVA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)组成的组中的一种或多种，无机粘合剂优选选自由水玻璃、水泥、红粘土和磷酸盐粘合剂组成的组中的一种或多种。
以100重量份的水分散组合物为基准，所述粘合剂优选为1-1,000重量份。
其中，水分散疏水性粉末组合物还可以含有醇类，可以使用水和醇类的混合物。在这种情况下，以1重量份的水为基准，所述醇类的重量可以为0.001-1重量份。当水分散组合物的粘度小于1000cp时优选加入醇类。
水分散疏水性粉末组合物可以用于使用气凝胶有效地浸入纤维、纸、其他多孔材料等。此外，还可以含有上述有机粘合剂、无机粘合剂或它们的组合以发挥额外功能。
进一步，本发明的水分散疏水性粉末组合物可以额外含有至少一种添加剂，所述添加剂选自由表面活性剂、无机装填物、固化剂、增粘剂和去沫剂组成的组。
所述表面活性剂可以根据场合要求额外地加入以使得疏水性气凝胶和其他组分很好的混合。任何本领域已知得表面活性剂都可以用作所述表面活性剂。例如，醇类，如乙醇、聚乙二醇(PEG)等，可以单独使用，也可以结合使用，没有限制。
从经济可行性和耐温角度考虑，可以额外加入无机装填物。所述无机装填物可以为本领域已知的任何无机装填物。例如，红粘土粉、云母(mica)、滑石(talc)、二氧化硅、硅藻土、珍珠岩、蛭石(vermiculite)、活性炭、沸石、空心陶瓷、中空硅酸盐等，没有限制。所述无机装填物可以单独适用，也可以结合使用。
与只含有疏水性气凝胶的情况相比，当使用无机装填物时，绝缘复合材料的绝缘性能可能会变差。因此，考虑绝缘性能时，不优选单独加入无机装填物。然而，从经济可行性考虑，可以添加无机装填物。
以100重量份的水分散组合物为基准，其他添加剂的优选加入量为0.01-100重量份。
同时，本发明上述的水分散组合物的制备过程可以包括，通过水和SAP混合制备具有凝胶态的水溶液的步骤，以及加入疏水性粉末并通过搅拌进行混合的步骤。通过上述方法，可以制备其中疏水性粉末均匀分散的水分散组合物。
关于水分散组合物的组成，可以参考水分散组合物的上述描述。
本发明水分散组合物制备过程中，所述搅拌的速度优选为3,000-10,000rpm，当水分散组合物的粘度为100至小于5,000cp时，所述搅拌的速度优选为大于3000-10000rpm。当水分散组合物的粘度大于等于5,000cp时，所述搅拌的速度优选为500-3,000rpm。在这种情况下，所述搅拌至少进行3秒。转速可能比上述范围高，搅拌时间可能比上述范围长，然而当转速小于上述范围的最低值时，搅拌可能很难进行。
根据上述描述的本发明，所述疏水性粉末很稳定的分散，可以得到具有很好分散性的分散组合物。在这种分散组合物中，很长一段时间不会出现相分离。此外，在水分散疏水性粉末组合物干燥后，只剩余疏水性粉末和少量的SAP。由于与普通混合剂作为粘合剂相比，SAP的质量很小且体积极小，很难影响疏水性粉末的物理性能和特性。
相应地，具有改进性能的涂料或涂层可以通过包含疏水性粉末(例如气凝胶)容易地制得。此外，处理疏水性粉末过程中会产生灰尘，然而，这一缺陷可以通过使用水分散疏水性粉末组合物来解决。因此，本发明的水分散疏水性粉末组合物可以应用在多种领域。
特别地，当涂料或涂层是通过使用本发明上述水分散组合物并通过除水干燥时，与疏水性粉末或者粘合剂的量相比，SAP的重量会很小。因此，疏水性粉末或粘合剂，或包含它们的最后产品的物理性能很难受到影响。
上述方法与混合有机-无机粘合剂和普通气凝胶的概念不同。普通气凝胶和粘合剂的混合是通过将气凝胶与粘结剂混合以给特定物质赋予粘性，在干燥过程后优选剩余一定量的粘合剂以获得粘性。根据本发明，向水中加入相对较小含量的SAP以增加水的粘度。随着水粘度变大，可以混合疏水性气凝胶。原始气凝胶的粉末状态是有必要的以消除SAP的影响，此时组合物可以被有效地使用。
这与普通粘合剂混合工艺不同，其中在干燥后将气凝胶粉末附于某物质很重要，在本发明中优选当SAP的量减小时进行。因此，优选地，只有当可以达到最小粘度并且气凝胶可以在水中分散时，SAP的量才能尽可能的小。
因此，在根据本发明的水分散疏水性粉末组合物中，SAP的量很少，气凝胶显示出的导热性可以与其固有的导热性非常相似。此外，可以保持气凝胶固有的疏水性。
例如，当在制备无纺布过程中喷射疏水性粉末的水分散气凝胶时，不会产生灰尘，并且无纺布可以浸入足量的气凝胶。通过上述的工艺，气凝胶无纺布的制备费用会大大降低。水分散气凝胶可以应用到其他纤维中，例如造纸纤维、木质纤维等。
更特别地，浆纸可以通过使用本发明所述水分散气凝胶组合物制备。该方法包括，打浆步骤、水分散气凝胶组合物的混合步骤、除水步骤、离解步骤、形成纸步骤、压缩和脱水步骤以及干燥步骤。
更特别地，制备气凝胶浆纸的方法可以包括：包括将纸浆原料和水混合并打浆的步骤；加入水分散疏水性粉末组合物后的搅拌步骤；通过去除水分形成气凝浆泥的步骤；通过混合气凝胶浆和水的离解步骤；形成纸步骤；脱水步骤；以及干燥步骤。
在本发明中，纸浆可以包括所有天然纸浆、合成浆和再生纸浆，并且进一步包括韩吉和使用本领域可用的没有限定的不同纸浆原料的范围广泛的纸浆。
因此，纸浆原料可以选自由天然纸浆、人造浆和再生纸浆组成的组。例如，桑树可以作为原料用于韩吉的制备。
详细说明关于使用桑树制备气凝胶韩吉的生产工艺的气凝胶浆纸的制备工艺。首先，在打浆步骤中，桑树和水放入打浆器中并回流(refluxe)30分钟-1小时以进行打浆，直至桑树纤维互相缠绕状态。然而，本发明对打浆的方法没有限制，可以使用本领域可用的任何方法。优选地，在打浆步骤中，水的重量是桑树重量的1-10倍。
桑树在预处理结束后使用，预处理例如洗涤、干燥等，更优选使用白皮桑树。
加入本发明的水分散疏水性粉末组合物后的搅拌步骤是使纤维相互纠缠的步骤，通过加入本发明的水分散组合物至反应器中经过打浆和搅拌使得桑树和疏水性气凝胶均匀的分布。
在二氧化硅气凝胶通过打浆过程和与水分散气凝胶组合物混合过程而完全浸入在桑树纤维之间以后，停止回流和搅拌，从桑树纤维自然除水后得到浆态。
除水过程是进行去除水的过程，浆态气凝胶桑树纤维加入到纸筒(papercase)中，离解步骤在和水充分搅拌过程中进行。优选地，离解步骤中，水的重量是气凝胶桑树纤维重量的10-1,000倍。
之后，进行形成纸过程。在这种情况下，优选地，包括木槿(hibiscus)作为主要成分的粘合剂漂浮在水中，用于使纸张成型的织物结构控制前方、后方、左方和右方，因此，纤维通过水互相缠绕失去了其灵活性。在韩吉和被织物结构束缚的水中，大部分水通过织物结构被移除。然而，本发明对上述形成纸的方法没有限制，可以使用本领域可用的任何方法。
成型韩吉中的大部分水在造纸过程中已经除去，为了去除成型韩吉中的水，将成型韩吉与织物结构分离并堆叠。使用压力施加负载，韩吉中残余的水被压缩并除去。
其中，在再生浆纸制备过程中，形成纸过程和纸张的制备过程相应，通过水分散气凝胶组合物和再生纸浆纤维混合并加压脱水。在这种情况下，还可以加入普通装填物、色素和/或染料，还可以包括使纤维均匀(evensizingfibers)的精炼过程和除掉杂质的选择过程。通过压缩和脱水已经除去大部分水分的再生浆纸可以使用加压除水除去其中剩余的水分。
此外，当把水分散气凝胶组合物和再生浆纸纤维混合后填入具有特定形状的模型中压缩并脱水，可以制备气凝胶浆板。
进一步地，成型韩吉在压缩和脱水过程后，悬挂在干燥器中干燥，在良好通风环境中自然干燥以形成气凝胶桑树纤维韩吉。优选地，气凝胶桑树纤维韩吉的厚度为约1.5mm到约2.0mm。然而，所述干燥过程不特别限定为自然干燥，所述干燥可以强制性地在对流型热空气干燥器中进行。
其中，根据不同的纸浆原料可以增加上浆步骤(sizingstep)。也就是说，再生纸浆中具有很强的吸水性，混合入防水胶状物质能够填充纤维表面和纤维之间的空隙，使浆纸表面平滑。在这种情况下，为了实现该目的加入的添加物称为上浆剂(sizingagent)。通过将上浆剂和纸浆混合的上浆过程，可以改善纸浆的质量。
作为实施上浆过程的方法，可以举例为：通过将纸成型然后涂覆上浆剂的“表面上浆(surfacesizing)”方法、通过实施打浆步骤并且在该打浆前和打浆后向纸浆中加入上浆剂覆盖单根纤维的表面的“机械上浆(enginesizing)”方法。
在上浆步骤中使用的上浆剂可以包括松香皂胶(rosinsoap)、松香、明胶、石油树脂、明矾块(alumcake)、蜡等。然而上浆的方法和上浆剂不受上述限制，可以使用本领域可用的任何上浆剂和上浆方法。
作为特别的应用，使用本发明水分散气凝胶组合物可以制备复合玻璃纤维。该方法包括打浆步骤、水分散气凝胶组合物的混合步骤、稳定步骤、成型步骤和干燥步骤。所述干燥步骤可以包括除水步骤和最后的干燥步骤，具体每个过程如下。
打浆过程通过在混合槽中加入长度为1-100μm的玻璃丝和水按照约1:70-1:150的重量比混合，加入少量分散剂，搅拌。在这种情况下，可以使用搅拌器。
相对于1重量份的玻璃丝，加入分散剂的量优选为0.01-0.1重量份。当分散剂的加入量少于最低要求或者不添加时，玻璃丝可能相互缠绕并可能不发生分散。因此，优选加入至少一种分散剂。在这种情况下，优选的分散剂可以为选自由聚氧化乙烯、聚乙烯衍生物和硫酸(H2SO4)组成的组中的至少一种。
之后，在混合槽中加入本发明的水分散疏水性粉末组合物进行打浆过程，接着通过搅拌使得玻璃丝和疏水性气凝胶均匀分散。在这种情况下，以1重量份的玻璃丝的重量为基准，疏水性粉末和水分散组合物优选以0.01-10重量份加入。
通过混合过程，玻璃丝、水和水分散疏水性粉末组合物混合，并且相对于1重量份的玻璃丝混合加入500-1000重量份的水，随后搅拌以稳定。该稳定过程可以在过滤步骤除去杂质后进行。通过这个步骤，玻璃丝和水分散疏水性粉末可以混合完全。
所得到的混合物可以在合适厚度下成型。例如，混合物通过泵转移至模具中，可以通过模具的成型加压板(moldingpressurizingplate)形成复合玻璃纤维的形状。形成的模型的厚度为5mm-15mm。当需要降低体积密度时，可以成型为16mm-30mm。因此，可以根据场合需求将稳定的组合物的厚度成型为5mm-30mm。
使用加压板成型的复合玻璃纤维可以在接近溶胶态下生产。在这种情况下，水分可以使用小型(minite)过滤网或过滤板去除。在这种情况下，使用减压装置去除水分的时间会明显降低。因此，水分可以根据场合要求使用上(upper)脱水装置在压力下去除。
进一步，在脱除剩余的水的除水过程完成后，复合玻璃纤维已经完全干燥，并且制得具有片状固体状态的气凝胶复合玻璃纤维。
在下文中，通过实施例更加详细地解释本发明。以下实施例是为了理解本发明，本发明的范围并不限于此。
本发明的实施方式
实施例1
将1gSAP(HI-SWELL，Songwon工业公司生产)混合入100g水中制备具有凝胶态的水溶液。在这种情况下，凝胶态的水溶液的粘度使用黏度计(SV-10kv，AND公司生产)测量为1,300CP。
向水溶液中加入50g气凝胶，随后使用高速搅拌器在5,000rpm转速下搅拌10min得到其中气凝胶均匀分散的水分散气凝胶组合物。
实施例2
将10gSAP(HI-SWELL，Songwon工业公司生产)和5g羧甲基纤维素混合入200g水中制备具有凝胶态的水溶液。在这种情况下，凝胶态的水溶液的粘度使用黏度计(SV-10kv，AND公司生产)测量为5,200CP。
向水溶液中加入50g气凝胶，随后使用高速搅拌器在2,500rpm转速下搅拌20min得到其中气凝胶均匀分散的水分散气凝胶组合物。
实施例3
将200g水和5gSAP(HI-SWELL，Songwon工业公司生产)混合，向所得水溶液中加入50g疏水性气凝胶，接着使用高速搅拌器在5,000rpm转速下搅拌10min。水分散疏水性粉末组合物的制备过程按照实施例1进行，不同的是额外加入了作为无机装填物的中空(hollow)硅酸盐(体积密度为0.04，平均粒度为40μm)。使用与实施例1相同的设备测量粘度，粘度为1,500CP。
实施例4
按照与实施例1相同的方法进行，不同的是，将200g水和5gSAP混合，额外地向所得水溶液中混合入2g具有疏水性的CaO矿物粉末，制得水分散疏水性粉末组合物。使用与实施例1相同的设备测量粘度，粘度为1,300CP。
对比例1
按照与实施例1相同的方法进行，不同的是，将200g水和400gSAP混合制备水分散气凝胶组合物。
在对比例1中，SAP的量过多，得不到液相。因此，气凝胶粉末和组合物的混合是不可能的。
对比例2
将10g疏水性气凝胶加入200g水中，并使用高速搅拌器在2,500rpm转速下机械搅拌的同时加入200gSAP。粘度快速增大，得到不流动相态。不可能额外混入气凝胶。
制备例1：用作涂料的水分散气凝胶组合物以及用其制备水分散气凝胶组合物涂层
在实施例1中制备的水分散气凝胶组合物中，额外加入10g8％聚乙烯醇(PVA)有机粘合剂溶液以制备用作绝缘涂料的气凝胶混合物。
通过使用该水分散气凝胶，与PVA水溶液的混合非常容易，并制备得到均匀的涂料溶液。
所得的组合物被涂覆在钢板上至2mm厚度。干燥后得到的涂层对钢板具有很好的粘合性，并且气凝胶使得其具有很好的疏水性。此外，将钢板的温度保持为150℃，所得到的组合物的被涂覆的厚度为2mm。保证涂层表面的上部温度为79℃，可以实现绝缘性能。
对比制备例1：使用气凝胶粉末的水溶液以及用其制备涂层
将水中不分散的气凝胶粉末和8％的聚乙烯醇水溶液混合，产生大量的灰尘，并且气凝胶的使用量很大。此外，混合很难并且浪费时间，不能得到均匀的涂料溶液。
制备例2：使用水分散气凝胶组合物制备桑树纤维韩吉
使用本发明的水分散气凝胶组合物制备桑树纤维韩吉的方法主要包括打浆过程、水分散气凝胶组合物混合过程、除水过程、离解过程、形成纸过程、压缩和脱水过程以及干燥过程。具体每个步骤按如下所述。
(1)打浆过程
将进行预处理例如洗涤和干燥后的50kg白皮桑树加入搅拌器，随后用水回流30分钟到1小时以进行打浆直至桑树纤维刚好互相缠绕。
(2)水分散气凝胶组合物混合过程
将本发明实施例1制备的100kg水分散气凝胶组合物加入反应器进行打浆过程，接着搅拌使得桑树纤维和疏水性气凝胶分散均匀并且纤维互相缠绕。
(3)除水过程
在打浆过程和水分散气凝胶组合物混合过程中，当二氧化硅气凝胶完全浸入桑树纤维之间，停止回流和搅拌，从桑树纤维自然除去残余水后得到浆态。
(4)离解过程
将除水过程得到的浆态的气凝胶桑树纤维加入到纸筒中，和水充分搅拌以使得混合均匀。
(5)形成纸过程
包括木槿的粘合剂漂浮在水中，用于使纸张成型的织物结构控制前方、后方、左方和右方，因此，纤维通过水互相缠绕失去了其灵活性。在韩吉和被织物结构束缚的水中，大部分水通过织物结构被移除。
(6)压缩和脱水过程
将在形成纸过程中大部分水已经从中除去的成型韩吉与织物结构分离并堆叠至10片。使用压力施加负载，韩吉中残余的水被压缩并除去。
(7)干燥过程
将在压缩和脱水过程后成型韩吉悬挂在干燥器中，在良好通风环境中自然干燥形成具有厚度为约1.5mm至约2.0mm的气凝胶桑树纤维韩吉。
制备例3：使用水分散气凝胶组合物制备复合玻璃纤维
使用本发明的水分散气凝胶组合物通过湿法制备复合玻璃纤维的方法主要包括打浆过程、水分散气凝胶组合物混合过程、稳定过程、成型过程、除水过程和干燥过程。具体每个步骤按如下所述。
(1)打浆过程
向混合槽中加入10kg长度为1-10μm的玻璃丝、1,000kg水和0.5kg硫酸(H2SO4)并混合。
(2)水分散气凝胶组合物混合过程
向混合槽中加入10kg本发明实施例1制备的水分散气凝胶组合物进行打浆过程，接着通过搅拌使得玻璃丝和疏水性气凝胶均匀分散且纤维相互缠绕。
(3)稳定过程
额外加入5,000kg的水，使用搅拌器进行混合至稳定。这个过程相当于将玻璃丝和水分散疏水性气凝胶完全混合的过程。
(4)成型过程
完全混合的混合物通过泵转移至模具中，并通过模具的成型加压板形成复合玻璃纤维的形状。
(5)除水过程
使用加压板成型的复合玻璃纤维可以在接近溶胶态下生产。在这种情况下，残余水分使用小型过滤网或过滤板去除。
(6)干燥过程
将除去水分后的复合玻璃纤维移至干燥室并进行干燥，得到具有片状固体状态的气凝胶复合玻璃纤维片。
制备例4：使用水分散气凝胶组合物制备再生浆纸
使用本发明的水分散气凝胶组合物制备再生浆纸的方法主要包括打浆过程、水分散气凝胶组合物混合过程、除水过程、离解过程、形成纸过程、压缩和脱水过程以及干燥过程。具体每个步骤按如下所述。
(1)打浆过程
将50kg箱瓦楞纸板(boxcorrugatedcardboard)在去除杂质和预处理之后作为再生纸浆的原料加入搅拌器，随后用水回流30分钟-1小时。循环的纸浆被撕碎并保持反应环境(atmosphere)直至纸浆相互缠绕。
(2)上浆过程
在本制备例中，上浆过程使用500g明胶通过机械上浆的方法进行。
(3)水分散气凝胶组合物混合过程
将100kg本发明实施例1制备的水分散气凝胶组合物加入反应器进行打浆过程，接着搅拌使再生纸浆和疏水性气凝胶分散均匀。
(4)除水过程
当二氧化硅气凝胶通过打浆过程和与水分散气凝胶组合物的混合过程完全浸入再生纸浆中时，停止回流和搅拌，从再生纸浆自然去除剩余水后得到浆态。
(5)离解过程
将经过除水过程的浆态的气凝胶再生纸浆加入到纸筒中，和水充分搅拌过程使得混合均匀。
(6)形成纸过程
形成纸过程为通过将水分散气凝胶组合物和再生纸浆纤维的混合物压缩和除水制得纸张的过程。对在造纸过程中除去大部分水的再生浆纸使用压力施加负载，以压缩并脱去再生浆纸中残余的水。
(7)干燥过程
将压缩并脱水的再生浆纸在良好通风环境中，130℃干燥4h制备得到厚度为约3.5mm至约5.0mm的气凝胶再生浆纸。
制备例5：使用水分散气凝胶组合物制备板
使用本发明的水分散气凝胶组合物制备再生纸浆板的方法主要包括如前描述的打浆过程、水分散气凝胶组合物混合过程、除水过程、离解过程、压缩和脱水过程以及干燥过程。然而，板通过相对于纸增加浆的厚度制造，并且可以很容易地应用于具有改善的绝缘和吸声效果的产品。
(1)打浆过程
将50kg箱瓦楞纸板在去除杂质和预处理之后作为再生纸浆的原料加入搅拌器，随后用水回流30分钟-1小时。循环的纸浆被撕碎并保持反应环境直至纸浆相互缠绕。
(2)水分散气凝胶组合物混合过程
将100kg本发明实施例1制备的水分散气凝胶组合物加入反应器进行打浆过程，接着搅拌使再生纸浆和疏水性气凝胶分散均匀。
(3)除水过程
当二氧化硅气凝胶通过打浆过程和与水分散气凝胶组合物的混合过程完全浸入再生纸浆中时，停止回流和搅拌，从再生纸浆自然去除剩余水后得到浆态。
(4)离解过程
将经过除水过程的浆态的气凝胶再生纸浆加入到纸筒中，和水充分搅拌过程使得混合均匀。
(5)压缩和脱水过程
在压缩和脱水过程中，水分散气凝胶组合物和再生纸浆纤维的混合物被注入具有特定的形状的模具中，并且压缩和除水制得气凝胶纸浆板。对混有水分散气凝胶的再生浆纸使用压力施加负载以压缩和除去再生浆纸中剩余的水。
(6)干燥过程
将压缩并脱水的再生纸浆板在良好通风环境中，150℃干燥10h制备得到厚度为约35mm至约50mm的气凝胶再生纸浆板。
试验例1：水分散气凝胶组合物的放置试验
将本发明实施例1和对比例2制备的疏水性粉末水分散组合物在室温下放置2星期，证实结果。
在本发明制备的水分散组合物中，2星期后没有出现层分离，保持原始均匀分散的状态。然而，在对比例2的组合物中，出现如图1(b)中所示的层分离。
试验例2：桑树纤维韩吉性能证明试验。
(1)复合板的微型组织
利用扫描电子显微镜观察制备例2中制备的桑树纤维的韩吉样品的微型组织。能够证明的是根据本发明的用于组成复合板的二氧化硅气凝胶粒子在桑树纤维中均匀分散，如图2(a)所示。
(2)导热性能的测定
将制备例2中制备的桑树纤维的韩吉样品的导热性能在韩国产业技术检测院(KoreaConformityLaboratories，KCL)测定。导热系数大约为0.022w/mk并显示出较好的绝缘性能。
(3)疏水性能的测定
同时，当一滴水滴到桑树纤维的韩吉样品上，普通韩吉显示出很弱的抗水能力。然而，根据本发明使用水分散气凝胶通过湿法制备的桑树纤维韩吉显示出很强的疏水性能，如图2(b)所示。
试验例3：复合玻璃纤维的性能测定试验
(1)复合板的微型组织
利用扫描电子显微镜观察制备实施例3中制备的复合玻璃纤维样品的微型组织。能够证明的是根据本发明的用于组成复合板的二氧化硅气凝胶粒子在复合玻璃纤维中均匀分散，如图3所示。
(2)导热性能的测定
将制备例3中制备的复合玻璃纤维样品的导热性能在韩国产业技术检测院(KCL)测定。导热系数大约为0.023w/mk并显示出较好的绝缘性能。
(3)疏水性能和耐热性的测定
制备例3中制备的复合玻璃纤维在干燥后显示出很强的疏水性能，如图4(a)所示。通过水分散气凝胶均匀浸入二氧化硅气凝胶粒子的普通玻璃纤维的耐火性大大提高，玻璃纤维暴露于火焰大于等于1分钟不会融化，如图4(b)所示。
相反地，1mm厚度的普通玻璃纤维不具有疏水性，如图5(a)所示，并且在火焰温度1100℃下10-20秒内融化出现孔，如图5(b)所示。
试验例4：浆纸的性能测定试验
(1)导热性能的测定
将制备实施例4中制备的再生浆纸的导热性能在韩国产业技术检测院(KCL)测定。导热系数大约为0.023w/mk并显示出较好的绝缘性能。
(2)疏水性能测定
当一滴水滴到制备例4中制备的再生浆纸样品上，使用水分散气凝胶制备的再生浆纸显示出很强的疏水性能。相反地，普通再生浆纸显示出很弱的抗水能力。
试验例5：纸浆板的性能测定试验
(1)导热性能的测定
将制备实施例5中制备的再生浆纸的导热性能在韩国产业技术检测院(KCL)测定。导热系数大约为0.023w/mk并显示出较好的绝缘性能。
(2)疏水性能和耐热性的测定
当如制备例5中纸浆制备成水分散板形状时，显示出优良的疏水性，如图6(a)所示，并且在1100℃火焰下显示出较好的耐热性，如图6(b)所示。
虽然已经通过具体实施方式展示并描述了本发明，但是本领域技术人员能够显然地在不脱离本发明权利要求所定义的精神和范围内进行修正和变化。

Claims (17)

1.一种水分散疏水性粉末组合物，包括水、高吸水性聚合物(SAP)和疏水性粉末。
2.根据权利要求1所述的水分散组合物，其中，所述高吸水性聚合物包括选自由聚苯稀酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、明胶、多聚糖、纤维素或其衍生物，以及壳聚糖，或它们的盐组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的水分散组合物，其中，所述高吸水性聚合物和所述水的重量比为1:50-1:1,000。
4.根据权利要求1所述的水分散组合物，其中，所述高吸水性聚合物和所述疏水性粉末的重量比为1:10-1:500。
5.根据权利要求1所述的水分散组合物，其中，所述水分散疏水性粉末组合物的粘度为100-200,000cp。
6.根据权利要求1所述的水分散组合物，其中，所述疏水性粉末为选自由二氧化硅气凝胶粉末、疏水性(Si、Ca、Al或Mg)xOy矿物粉末、用疏水性硅烷表面处理的无机化合物和用疏水性硅烷表面处理的有机化合物组成的组中至少一种。
7.一种制备水分散组合物的方法，该方法包括：
通过将水和高吸水性聚合物混合制备具有凝胶态的水溶液；以及
加入疏水性粉末并通过搅拌进行混合，
所述疏水性粉末均匀地分散于所述水分散组合物中。
8.根据权利要求7所述的制备水分散组合物的方法，其中，所述高吸水性聚合物包括选自由聚苯稀酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、明胶、多聚糖、纤维素或其衍生物，和壳聚糖，或它们的盐组成的组中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的制备水分散组合物的方法，其中，所述高吸水性聚合物和所述水的重量比为1:50-1:1,000。
10.根据权利要求7所述的制备水分散组合物的方法，其中，所述高吸水性聚合物和所述疏水性粉末的重量比为1:10-1:500。
11.根据权利要求7所述的制备水分散组合物的方法，其中，所述水分散疏水性粉末组合物的粘度为100-200,000cp。
12.根据权利要求7所述的制备水分散组合物的方法，其中，所述疏水性粉末为选自由二氧化硅气凝胶粉末、疏水性(Si、Ca、Al或Mg)xOy矿物粉末、用疏水性硅烷表面处理的无机化合物和用疏水性硅烷表面处理的有机化合物组成的组中至少一种。
13.根据权利要求11所述的制备水分散组合物的方法，其中，当所述水分散组合物的粘度为100-5,000cp时，搅拌的速度为3,000-10,000rpm。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，当所述水分散组合物的粘度大于等于5,000cp时，搅拌的速度为500-3,000rpm。
15.一种制备气凝胶浆纸的方法，该方法包括：
将纸浆原料和水混合并打浆；
加入权利要求1-6中任意一项所述的水分散疏水性粉末组合物并搅拌；
通过去除水分形成气凝胶浆泥；
通过将所述气凝胶浆泥与水混合进行离解；
形成纸；
脱水；以及
干燥。
16.根据权利要求15所述的制备气凝胶浆纸的方法，其中，所述纸浆原料选自由天然纸浆、人造浆和再生纸浆组成的组。
17.一种制备气凝胶复合玻璃纤维的方法，该方法包括：
将长度为1-100μm的玻璃丝和水按照1:70-1:150的重量比混合打浆，相对于1重量份的玻璃丝，加入0.01-0.10重量份的分散剂，并混合；
加入权利要求1-6中任意一项所述的水分散疏水性粉末组合物并搅拌；
相对于1重量份的玻璃丝，混合500-1,000重量份的水并搅拌以进行稳定；
将组合物成型从而稳定为5-30mm的厚度；
脱水；以及
干燥。
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