TWI833358B - 低介電、低熱傳導氣凝膠複合材及其製備方法 - Google Patents

Abstract

在含微量乙醇水溶液懸浮分散以形成含微量乙醇氣凝膠懸浮粉體溶液，可與各類纖維毯或纖維蓆均勻複合，隨後溶劑回收乾燥形成一種低成本、低介電氣凝膠複合隔熱毯，其步驟包含混合水解、懸浮分散縮合溶液、複合成型及溶劑回收乾燥。本技術不添加大量疏水性有機溶劑及界面活性劑，且在懸浮分散縮合中利用大量微含醇類水溶液結合乳化機進行直接懸浮分散疏水性或親水-疏水複數氣凝膠分散溶液，隨後利用壓吸、含浸或噴淋等技術將氣凝膠與各類纖維毯或蓆複合，以常壓乾燥回收技術進行氣凝膠複合材料的乾燥及溶劑回收再利用。

Description

低介電、低熱傳導氣凝膠複合材及其製備方法

本發明關於一種製備低成本、低介電、及低熱傳係數疏水性或親水-疏水親水-疏水複數氣凝膠複合材料製備技術。本技術係於製備過程之水解及縮合步驟中不添加疏水性有機溶劑及各種添加劑，且直接將氣凝膠縮合分散溶液在大量回收含酒精等親水性溶液環境下進行高速懸浮分散成氣凝膠懸浮分散膠體溶液，在此製備技術與傳統氣凝膠熔膠-凝膠製程技術中明顯減少使用大量疏水性有機溶劑(如正己烷、環己烷、苯、甲苯、二甲苯等)、水解及縮合反應的酸鹼觸媒，及不添加界面活性劑、氨水等添加劑。因此本製程技術可製備出低成本、低雜質的低介電及低熱傳導係數疏水性或親水-疏水親水-疏水複數氣凝膠隔熱複合材料。

目前已知材料的熱傳導係數以及介電性質隨著材料內部孔隙率的增加而逐漸下降，因此氣凝膠材料與其相關複合材料可成為高溫製程產業所需的低熱傳導係數節能減碳產品，另外也可應用成為5G高頻訊號傳遞及電動車鋰電池安全防護產品。眾所皆知地，氣凝膠是一種具三次元立體網狀結構的多孔隙材料，當其孔隙率高於80%（甚至可高於95%）時，使得氣凝膠材料具有低密度（約0.005至0.2 g/cm ³）、高比表面積（500至2,000 m ²/g）、低熱導率（k=15至40 mW/mk）及低介電性質（Dk=1.3至2.5）、低介電損耗（Df＜0.003以下）的科技產品。由於氣凝膠材料具有以上各項優異性質，故可應用於高溫隔熱、禦寒絕緣、隔音或低介電質等產業應用。由於多孔性氣凝膠內部孔洞尺寸僅有數奈米至數十奈米大小，導致氣凝膠擁有較低的熱傳導與熱對流性質，因此無論無機系氣凝膠或有機系氣凝膠的材料結構中孔隙率越高，材料的熱傳導係數以及介電性質越低。因此，在未來石化管路、金屬冶煉、建築防火與隔熱、5G低介電、電動車高頻訊號傳輸等產業均需要以多孔性氣凝膠作為產業應用的首選產品。但因目前氣凝膠製程中需要使用大量的醇類、氨水以及大量的疏水性溶劑(如、正己烷、環己烷、苯、甲苯、二甲苯等)進行混合以及溶劑疏水性置換，並利用界面活性劑預防氣凝膠製造過程中產生明顯收縮及龜裂。因此在製程中所添加大量的有機溶劑以及界面活性劑雖然有其功效，但對於整體氣凝膠製造成本有極大的提升，並導致後續應用中的缺陷；如在高溫環境下產生裂解以及臭味，產品內部含有大量的雜質及離子將會影響產品的介電性質。

氣凝膠的傳統製備方法為溶膠-凝膠合成技術，主要先由烷氧化矽類（alkoxysilane）、正矽酸甲酯或水玻璃等前驅物與有機溶劑進行混合後，再加入酸觸媒以進行水解反應（hydrolysis）。待水解反應一定時間後，再添加鹼觸媒，以進行縮合反應（condensation），而縮合反應過程中會逐漸形成溶膠，溶膠內的分子繼續進行反應鍵結，逐漸形成半固態的高分子凝膠。再經過一段時間熟化（aging），使凝膠形成結構穩定的立體網狀結構。最後再利用正丁醇、正己醇、正己烷或環己烷等溶劑進行溶劑置換，隨後再以超臨界乾燥技術將氣凝膠體系的溶劑萃取乾燥。利用此製程技術除了消耗大量而昂貴且危險的有機溶劑及超臨界設備，另外還須利用醇類或烷類進行長時間的溶劑置換，因此所製備之氣凝膠成本高昂且浪費製程時間。

因此，現今疏水性氣凝膠的製備方法，主要先由如甲基三甲氧基矽烷（methyltrimethoxysilane，MTMS）或甲基三乙氧基矽烷（methyltriethoxysilane，MTES）等甲基烷氧化矽類前驅物與有機溶劑進行混合後，再加入鹼觸媒，以進行水解反應。待水解反應一定時間後進行縮合反應，而縮合反應過程中會逐漸形成溶膠，溶膠內的分子繼續進行反應鍵結，逐漸形成半固態的高分子凝膠。再經過一段時間熟化後（aged），再利用異丙醇、丙酮、正己烷或環己烷等有機溶劑進行溶劑置換二到三天，使疏水性凝膠形成結構穩定立體網狀結構。最後再利用常壓乾燥技術將氣凝膠體系的溶劑乾燥，而獲得多孔性乾燥的氣凝膠塊材或複合材料。然而，傳統氣凝膠製備技術中需要利用大量醇類；如乙醇、正丁醇、正己醇、異丙醇，氨水、環己烷、正己烷、環己烷或甲苯等有機溶劑進行反應或溶劑置換，並且氣凝膠孔洞率隨相關有機溶劑含量的增加而增加。此外，以超臨界或次臨界的乾燥設備進行氣凝膠複合材料乾燥化，將會導致設備程序複雜化與設備投入價格昂貴等缺點。

中國發明公開號CN 113873697A及中華民國發明公開號 I750717技術所述之「隔熱件及加熱組件」，其發明提供一隔熱件及加熱組件。一種隔熱件包含一隔熱材料以及一第一包覆隔熱料，並沿一第一車縫位置車縫第一包覆層，以密封隔熱材料。上述隔熱件可防止隔熱材料所產生的粉塵飛散。同時還提供一種包含上述隔熱件之加熱組件。但因氣凝膠粉塵粒徑極小，利用矽膠、銅質烷類潤滑油、非皂基合成潤滑油、鋰基耐壓油脂、矽系油脂以及二硫化鉬類黃油其中之一包覆層包覆氣凝膠材料，再利用車縫線車縫包覆層，雖然可以降低氣凝膠粉塵逸散，但依然無法有效完全抑制次微米及以下氣凝膠粉塵的洩漏而造成無塵室內部污染。

中華民國發明公開號TW 201542457所述之「可撓性複合物氣凝膠及製造方法」，主要涉及一種親水性氣凝膠的直接分散製備方法。其方法以本發明係關於可撓性複合物有機氣凝膠，其包含：紡織強化物，於該紡織強化物中放置一有機氣凝膠。該有機氣凝膠係以至少有一部分是由多羥基苯與甲醛產生的樹脂為基礎，該有機氣凝膠係含有至少一種水溶性陽離子聚電解質的聚合有機凝膠，或該有機氣凝膠係多孔碳單塊形態的該凝膠之熱分解物，其包含該至少一種水溶性陽離子聚電解質之熱解作用產物。

中華民國發明公開號TW I655094技術所述之「氣凝膠複合物及製備該氣凝膠複合物之方法」，主要涉及一種氣凝膠複合物。該氣凝膠複合物係包含至少一層具有上表面及下表面之基底層，該基底層係包含增強氣凝膠組成物且該氣凝膠組成物係包含增強材料及單塊氣凝膠框架；第一覆面層，其係包含黏附至該基底層之上表面的第一覆面材料；以及第二覆面層，其係包含黏附至該基底層之下表面的第二覆面材料。該基底層之該單塊氣凝膠框架的至少一部分係延伸進入該第一覆面層及該第二覆面層兩者之一部分。該第一覆面材料及該第二覆面材料可各自包含彈性纖維如氨綸、尼龍、萊卡、彈力纖維、或其組合，或主要由彈性纖維組成。但因所製備之氣凝膠包覆材為包含彈性纖維或柔軟高分子片膜，且所使用黏膠材料也為丙烯酸酯、胺基甲酸乙酯、熱熔黏著劑等有機黏著劑，雖然相關柔軟性產品對氣凝膠有不錯的包護性。

中華民國發明公開號TW I663062技術所述之「氣凝膠複合體及其製備方法」，其係涉及一種濕潤包括無機纖維及有機纖維中之至少一的一纖維材料;以一捲取結構將該經濕潤的纖維材料與一隔片或一平面形式積層該經濕潤之纖維材料與該隔片；將該纖維材料填進一容器內；藉將一前驅物注入該容器內及膠凝該前驅物同時於真空下去除殘餘氣泡而製備一凝膠-纖維複合物；自該容器取出該氣凝膠-纖維複合物及去除該隔片；利用溶劑取代及有機表面改性該凝膠-纖維複合物，隨後以大氣壓乾燥或超臨界乾燥將該有機表面改性的凝膠-纖維複合物乾燥。

中華民國發明公開號TW I743082技術所述之「包含強化氣凝膠複合材料之積層體」，其係涉及一氣凝膠複合材料。該氣凝膠複合材料包含具有一頂部表面和一底部表面的至少一基底層，該基底層包含一強化氣凝膠組成物和一單塊強化氣凝膠框架，該組成物包含一強化材料、一第一面層，其包含接附至該基底層的該頂部表面的一第一面材料、以及一第二面層，其包含接附至該基底層的該底部表面的一第二面材料。該基底層的單塊氣凝膠框架的至少一部分皆延伸至該第一面層和該第二面層兩者的至少一部分。該第一面材料和該第二面材料基本上各自由氟聚合物材料所組成。

中華民國發明公開號TW I765609技術所述之「一種氣凝膠氈的製造方法」，其係涉及一種氣凝膠氈製造方法，其先將氣凝膠漿料注入玻璃纖維氈中，再用浸泡液在玻璃纖維氈表面形成一層封閉塗層，避免氣凝膠氈在儲運和使用過程中出現掉粉的現象。因此，可保證氣凝膠氈中的氣凝膠量不減少，進而不影響氣凝膠氈的保溫性能。其中，其表面封閉塗層為丙烯酸類乳液、滑石粉、VAE乳液和及水性固化劑混合物。

本團隊在中華民國發明公開號TW I535658技術所述之「非織物/氣凝膠複合防火/隔熱材及其製備方法」，其係經由一水解步驟及一縮合步驟製備出一氣凝膠，然後在成型步驟時取前述氣凝膠加入一非織物中，使前述氣凝膠充分穿插在該非織物中，並經一乾燥程序，以形成一非織物/氣凝膠複防火/隔熱材，利用將氣凝膠充分穿插在該非織物中係透過含浸加工方式或連續滾壓方式實現；該乾燥程序之條件為常溫常壓下進行無水氣凝膠乾燥,或利用攝氏30度至80度間進行有機溶液快速汽化乾燥。美國發明專利公告號US8,945,677B2之「使用低K介電材料製造電子設備」，主要使用低介電材料（包括聚醯亞胺氣凝膠）製造電子設備與半導體元件的材料及方法。此專利前案更提供用於操縱介電材料特性和影響系統整體介電特性的方法。具體而言，以聚氨酯預溶膠、催化劑與極性溶劑混合成溶膠混合物層，隨後使溶膠成分交聯形成濕凝膠材料，並利用超臨界流體去除溶劑，以形成聚醯亞胺氣凝膠薄膜。利用此技術於無孔、低k模板基材表面上將其與聚醯亞胺氣凝膠膜組合。此前案使用低K介電材料製造電子設備並藉由壓力循環方式來利用超臨界流體技術多梯次進行溶劑去除，整體技術費時且具高成本，製程所需時間過久，不符成本效益。

大陸發明專利公開號CN102044525A之「低K介質層結構、半導體器件結構及其形成方法」，主要使用二氧化矽氣凝膠組成低K介質層結構。此專利前案還提供一種半導體器件結構及其形成方法，其中形成方法包括：提供基底，基底上形成有第一介質層與刻蝕阻擋層，第一介質層與刻蝕阻擋層均形成有開口，開口內填充有金屬作為插塞；於刻蝕阻擋層及插塞上形成犧牲氧化層；於犧牲氧化層中形成開口，於其開口內填充金屬形成互連結構，其中此種互連結構電連接至插塞；選擇性地去除犧牲氧化層，使所述互連結構之間形成空隙；於互連結構之間的空隙中形成二氧化矽氣凝膠作為低K介質層。此專利前案使用低K介質層結構，並利用四乙氧基矽烷（tetraethyl orthosilicate，TEOS）或矽酸四甲酯（tetramethyl orthosilicate，TMOS）作為材料結構。另外，其乾燥利用常溫或超臨界流體技術多梯次進行低介電薄膜製備，整體技術費時且具高成本，製程所需時間過久，不符成本效益。

中國發明專利公開號CN105189104A之「氣凝膠絕緣面板及其製造」，主要使用聚醯亞胺氣凝膠製備成絕緣面板，其可應用於航空航天應用層壓面板。此面板包括一聚醯亞胺氣凝膠表層以及於表層上的反射保護層。此專利前案中聚醯亞胺氣凝膠的製程包括：（a）二酸酐以及二胺單體的混合物於雙極性鹼性溶劑（DMAc或NMP）中聚合形成聚醯胺酸溶液；（b）將聚醯胺酸溶液膠澆鑄於纖維絮中；（c）利用化學亞胺化反應使用醋酸酐與吡啶凝膠聚醯胺酸溶液；（d）使用超臨界或亞超臨界CO ₂乾燥技術移除凝膠中的溶劑，以形成纖維/聚醯亞胺氣凝膠複合材料。

美國發明專利公告號US9,777,126B2之「氣凝膠/聚合物複合材料」，包含氣凝膠與熱塑性聚合物材料，而氣凝膠對熱塑性聚合物重量比小於20：100。此複合材料具有優異的絕緣性質且於低溫環境下具有較佳的柔軟性質以及較低的脆性性質。

大陸發明專利公開號CN108203516A之「製備交聯型聚醯亞胺氣凝膠的方法」，主要採用溶膠凝膠法，其包括：（a）二酸酐及二胺單體的混合物於雙極鹼性溶劑（DMAc或NMP）中聚合形成聚醯胺酸溶液；（b）將聚醯胺酸溶液澆鑄於纖維絮中；（c）利用化學亞胺化反應使用醋酸酐與吡啶凝膠聚醯胺酸溶液；（d）使用超臨界或亞超臨界CO ₂乾燥技術移除凝膠中的溶劑，以形成纖維/聚醯亞胺氣凝膠複合材料。

本團隊在中華民國發明公開號TW I643888技術所述之「氣凝膠/複合非織物防火隔熱材之製備方法」，其係經過一混合步驟、一水解步驟及一縮合步驟,以形成一未凝膠化之矽膠-矽氣凝膠-矽烷偶合劑氣凝膠溶液之縮合溶液，然後在成型步驟時採含浸、噴塗、淋噴、或溶液連續壓吸該未凝膠化的矽膠-矽氣凝膠-矽烷偶合劑氣凝膠溶液之縮合溶液至一回收複合非織物毯或一般非織物毯，使該矽膠-矽氣凝膠-矽烷偶合劑氣凝膠凝膠化並穿插在該非織物毯中，並經一乾燥程序，以形成一氣凝膠/複合非織物防火隔熱材，其中，該乾燥程序之條件為常溫常壓下進行氣凝膠乾燥，或利用攝氏30度至80度間進行有機溶液快速汽化乾燥程序，該非織物係利用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯(Polyester)、聚醯胺(Polyamine)、玻璃纖維(glass fiber)、岩棉其中之一或其組合所製成一比較不掉粉塵之氣凝膠複合材料。

由於傳統製造多孔性氣凝膠的熔膠-凝膠技術中，在溶膠-凝膠反應的水解反應以及縮合反應過程均需添加大量有機溶劑；如添加大量的酒精、水、疏水性的正己烷或環己烷、甚至添加甲苯或苯等溶劑，以降低乾燥過程中氣凝膠分子的收縮或龜裂；另外水解以及縮合過程中也需添加酸鹼離子充當催化劑，以及如台灣發明公開號 I705096技術中使用大量介面活性劑或其他添加劑。因此製程後段中需要進行長時間的溶劑置換或利用去離子水進行長時間的清洗方可製備出適當的氣凝膠產品，或方可在乾燥過程中保持氣凝膠結構的穩定性；另外利用超臨界或亞超臨界CO ₂乾燥技術移除凝膠中的溶劑均是可有效的製備出品質優異的氣凝膠材料，但以上相關技術製備中均有其優點及缺點。

以上製程最大的缺點是使用大量昂貴且有環境與安全危害性的有機溶劑，如疏水性的正己烷、環己烷、甲苯或苯等有毒溶劑以及大量醇類及氨水。氣凝膠製備上也進行多梯次常溫常壓溶劑置換，在溶劑置換中也會使用大量異丙醇、正丁醇、正己烷、環己烷、甲苯或多鹵基苯等溶劑進行溶劑置換技術，相關技術均是在乾燥過程中，以降低氣凝膠內部水分子的界面張力誘導氣凝膠大量收縮以及龜裂，另外，此種溶劑置換所需時間也超過48至72小時，溶劑置換所須時間過久，因此氣凝膠的製備成本明顯提高，製程所使用過的多種有機溶劑回收提純較困難，製程複雜危險性高且製程時間冗長而不符成本效益。

基於以上隔熱或低介電氣凝膠專利的缺點中，主要是在氣凝膠製造中使用大量疏水性有機溶劑以及界面活性劑等添加劑是氣凝膠製造技術中主要的缺點，另外，在氣凝膠與纖維材料結合技術主要採用直接製備法，如利用不同氣凝膠漿料浸泡法，或利用有機膠材黏結法，以及本團隊先前技術利用軟性矽膠共混合法。以上傳統氣凝膠複合材料在高溫環境上應用時，相關有機黏著膠材在高溫環境下均會產生熱裂解，裂解後的氣凝膠複合材料內部就開始產生氣凝膠粉末掉落，並導致氣凝膠材料的高溫隔熱性能快速下降。尤其是長時間在250度以上高溫，以上發明專利中所使用有機質氣凝膠(聚醯亞胺氣凝膠)、有機改質劑或有機膠著劑在250度高溫長時間下即會逐漸裂解並產生大量有毒氣體，此為氣凝膠複合材料在高溫環境應用上另一個明顯缺點。

針對上述先前技術之若干缺失，本發明人萌生改良之構思，並即深入研發創作，經長時間前產品改善技術開發努力，終有本發明產生。本發明之主要目的即在提供一種兼具低成本、高純度(低介電)、及低熱傳導係數的氣凝膠複合材料的製造方法。

本發明之一目的在於改善以上相關疏水性或親水-疏水複數氣凝膠複合材料的生產技術上的缺點，如：傳統疏水性氣凝膠毯需要添加大量疏水性有機溶劑，製造成本會因大量有機溶劑含量而增加，因此有效降低製程中有機溶劑、界面活性劑、及有機膠著劑等添加量，即可明顯降低製造成本、將低製程危險性、及提高產品純度以增加應用性。

本發明之另一目的在於改善以上相關疏水性或親水-疏水複數氣凝膠複合材料製造中有機溶劑回收上的缺點，如：傳統疏水性氣凝膠製程中利用各種不同溶劑之混合物，要使這些有機溶劑混合物回收、蒸餾提純後再利用，也需要耗費大量能源以及設備建置費用，並且多種有機溶劑蒸餾分離也有多種溶劑之間的共沸，因此要有效提純有機溶劑進行有效降低製程中有機溶劑的使用費用也相當困難。在本計畫中，利用水解或縮合反應中所產生的醇類及蒸餾水，或製程回收的醇類、回收醇類水溶液以及回收蒸餾水等，這些回收醇類水溶液在提純技術為一傳統工藝，因無其他疏水性溶劑，因此回收技術簡易，可明顯降低溶劑回收設備投入以及回收成本。

本發明之另一目的在於改善以上相關疏水性或親水-疏水複數氣凝膠複合材料產品應用上的缺點，如：傳統疏水性氣凝膠材料因添加界面活性劑或乳化劑於氣凝膠複合材料製備上，氣凝膠複合材料內部積留大量界面活性劑或乳化劑，將會明顯影響氣凝膠的疏水性質、隔熱性質以及介電性質。並且相關產品在高溫環境下(大約200度)即會產生嚴重的有機物熱裂解而產生大量有毒物質及臭味，因此所開發的產品應用溫度範圍明顯受限之缺點。

本發明之再一目的在於開發改良溶膠-凝膠合成技術並結合懸浮分散技術，製備中不需添加大量分散用有機溶劑及界面活性劑之疏水性或親水-疏水複數氣凝膠複合材料產品。因此利用乳化機或均質機進行疏水性氣凝膠濕膠分子懸浮分散在大量的水溶液中，以上述技術可以簡易控制疏水性或親水-疏水複數氣凝膠的顆粒大小以及孔隙度，藉此進行連續式或批式大量生產兼具低成本、高純度、及低熱傳導係數的疏水性或親水-疏水複數氣凝膠複合材料。

本發明之又一目的在於改善傳統疏水性氣凝膠複合材料製程中長時間的溶劑置換，且不使用昂貴的超臨界乾燥技術即可大量生產兼具低成本、高純度、及低熱傳導係數氣凝膠複合材料。

爰此，為改善過去氣凝膠複合材料產品製備過程中使用大量有機溶劑及產品應用過程容易產生高溫有機物裂解等缺點，在本技術中首先在氣凝膠複合材料製備過程中將水解後的溶液在大量分散水條件下進行縮合溶液懸浮分散，並在預成型的纖維毯或任何基材中進行複合，隨後經由凝膠化成型後，隨後在常壓高溫環境中進行含醇類水溶液汽化乾燥，在汽化乾燥中將可回收含醇類共沸溶液進行回收再利用或回收收集醇類副產品，後續在更高溫環境下快速進行產品中微量溶劑乾燥汽化。以上一方面可製備低成本、高純度、及低熱傳導係數氣凝膠複合材料，另一放面可回收有價值的副產品。以此技術所開發之疏水性氣凝膠/無機纖維產品將可應用於大於800度以上高溫管路，高溫鍋爐以及冶煉鍋爐等隔熱所需之節能減碳省能源的氣凝膠複合材料，或以應用於5G低介電、電動車高頻訊號傳輸、鋰電池安全防護等產業。

一種低介電、低熱傳導氣凝膠複合材及其製備方法，其中，本發明之實施樣態包含：(1) 混合水解步驟：於一含微量醇類水溶液中加入一矽氧烷前軀體攪拌混合形成一混合溶液，其中，該矽氧烷前軀體包括一矽氧烷化合物及一疏水改質矽氧烷化合物或其組合，隨後將一酸觸媒溶液加入該混合溶液中以進行水解反應；(2) 懸浮分散縮合溶液步驟：於該水解溶液中加入一大量含微量乙醇分散水溶液結合乳化機、均質機等分散設備進行快速分散，使該水解溶液分散在水溶液中進行縮合反應，該懸浮分散縮合懸浮體中包括一鹼觸媒，以催化縮合反應加速形成並在懸浮分散溶液逐漸凝膠化；(3) 複合成型步驟：將懸浮分散縮合溶液在以壓吸、含浸或噴林技術，促使懸浮分散縮合溶液快速吸入一纖維基材中，並使該懸浮分散溶膠溶液在纖維毯內部進一步縮合形成一三次元網狀結構的氣凝膠濕膠纖維毯結構；(4)溶劑回收乾燥步驟：於常壓下，將該氣凝膠濕膠纖維毯結構在一成型乾燥溫度下使氣凝膠複合材料內部溶劑汽化，並將汽化蒸氣經由一熱交換設備冷凝回收，並使該氣凝膠/纖維複合材料乾燥期間膨脹以獲得一結構均勻且兼具低熱傳與低介電性質之氣凝膠/纖維複合材料；其中，由以上製程技術即可獲得低成本、高純度、及低熱傳導係數氣凝膠複合材料，以此組合之產品將兼具低熱傳導係數與低介電性質的產業應用。

進一步，上述製備方法中，該矽氧烷化合物包含四甲氧基矽烷(Tetramethoxysilane, TMOS)、四乙氧基矽烷(Tetraethoxysilane, TEOS)或其組合；該疏水性改質矽氧烷化合物包含甲基三甲氧基矽烷(Methyltrimethoxysilane，MTMS)、甲基三乙氧基矽烷(Methyltriethoxysilane，MTES)或其組合，其中，在整體混合液中，該矽氧烷化合物與該疏水性改質矽氧烷化合物之含量莫爾比介於0：100 mol%至45：55 mol%；添加該疏水改質矽氧烷化合物其目的在於降低氣凝膠結構於乾燥過程產生的龜裂現象；另一方面，添加該矽氧烷化合物其目的則在於提供調控氣凝膠結構內部微細結構及增加結構中之孔洞結構及孔隙率，以降低熱傳導性質或提高隔熱性質。

進一步地，在 (1) 混合水解步驟中，當該酸觸媒於該混合溶液中的含量比越高，水解速率越快，但含大量酸離子在電場作用下將會產生離子導電性質，因此將會明顯提高氣凝膠結構的介電常數以及介電損耗；相對地，酸觸媒的含量比越低，整體水解速率越慢，因此本發明通過降低酸觸媒含量伴隨增加製程溫度來提高微量酸離子的水解速率，因此可明顯降低整體所添加的酸根離子的含量；另一方面，矽氧烷化合物及疏水化矽氧烷化合物在水解過程會產生大量的醇類分子，是以在水解過程中以去離子水取代氨水及烷類等有機溶劑，藉此降低氨水及烷類等有機溶劑添加，除了減少氨水等有機溶劑對氣凝膠的介電性質影響之外，更可降低製程中有機溶劑處理的危害性，亦降低整體氣凝膠的製備成本。

進一步，上述製備方法中，該混合溶液之含微量乙醇水溶液包含乙醇、回收乙醇、製程回收水、去離子水、蒸餾水、二次蒸餾水或其組合。

進一步地，在 (2)懸浮分散縮合溶液步驟中，在鹼觸媒水溶液及大量分散溶液的促使下，水解溶液的矽氧烷分子或疏水性矽氧烷分子在乳化機或均質機快速攪拌下，水解的矽氧烷分子或疏水性矽氧烷分子將會形成奈米級至次微米級的分子之懸浮分散縮合溶液。

更進一步地，在上述 (2)懸浮分散縮合溶液步驟中，本發明所提供的具低熱傳氣凝膠材料的製備方法中僅添加大量水溶液，其包含乙醇、回收乙醇、製程回收水、去離子水、蒸餾水、二次蒸餾水或其組合。不添加大量疏水性有機溶劑；如甲苯、己烷等運用，並於製備中無需添加界面活性劑等助劑，因此可免去後續利用疏水性有機溶劑的多重置換，即可製備出高純度、低熱傳的氣凝膠複合材料。

進一步地，在 (3) 複合成型步驟中：該將懸浮分散縮合溶液以壓吸、含浸、噴淋等技術，促使懸浮分散縮合溶液快速吸入一纖維毯、纖維蓆等基材中，使水解後矽氧烷化合物及疏水性矽氧烷分子在基材中進行縮合聚集而形成奈米至次微米尺寸的氣凝膠濕膠聚集體，隨後基材中相互聚集形成三次元網狀凝膠結構。在此含濕膠纖維毯結構內，含微量乙醇水解溶液的溶劑含量為氣凝膠顆粒結構內孔洞含量；另外在縮合反應中所添加大量分散含微量乙醇水溶液的含量即為氣凝膠複合材料中氣凝膠網狀結構外的孔洞含量。因此，在本技術中可以利用水解以及縮合反應中所添加的不含疏水有機溶劑的含微量乙醇水溶液即可控制氣凝膠複合材料內部的氣凝膠孔洞結構以及氣凝膠聚集結構之間的孔洞含量。在另一實施利中，也可將該懸浮分散縮合溶液在直接利用壓吸含浸技術結合連續式纖維蓆或纖維毯捲取噴淋製程技術，使該奈米級至次微米級的水解的矽氧烷分子及疏水性矽氧烷分子懸浮分散縮合溶液在一連續式捲取製程技術可均勻分散在纖維毯內部，並以酸鹼濃度比控制懸浮分散縮合溶液凝膠化時間，使在極短製程時間內促使該懸浮分散縮合溶液與纖維基材相互結合，並形成一穩定外觀形態的濕式氣凝膠/纖維毯結構，隨後該濕式氣凝膠/纖維毯進一步進行紅外線、紫外線、高溫羅拉等乾燥設備進行捲取及乾燥。

進一步，上述製備方法中，在該纖維毯包括無機纖維毯、液晶纖維毯、有機纖維毯，具體而言，例如玻璃纖維毯、碳纖維毯、石英纖維毯、陶瓷纖維毯、岩棉纖維毯、Kevlar聚醯胺纖維毯、Nomex聚醯胺纖維毯、PI聚醯亞胺纖維毯、尼龍纖維毯、聚酯纖維毯、聚乙烯纖維毯、聚丙烯纖維毯、纖維素纖維毯、及改質纖維素纖維毯之一或其二種以上組合。

更進一步地，在上述 (3) 複合成型步驟中，可結合底部(上部)抽真空技術進行含浸、壓吸、噴淋、噴霧等複合成型，將該水解矽氧烷分子及疏水性矽氧烷分子懸浮分散縮合溶液可加快速度注入含纖維基材中以進行複合加工。

進一步，在 (4) 溶劑乾燥回收步驟包含：溶劑汽化乾燥步驟及溶劑回收步驟：在溶劑汽化乾燥步驟中，將該類固態氣凝膠/纖維複合毯成型結構放置於常壓且混合溶劑的共沸溫度環境下，令該類固態氣凝膠/纖維複合成型結構中大量的混合溶劑快速共沸汽化而將溶劑汽化乾燥，該汽化溫度一般為60~110℃之間；及突沸步驟：調整該乾燥氣凝膠/纖維複合毯成型結構之乾燥溫度至水溶液的突沸溫度以上，使該接近乾燥的氣凝膠毯內部剩餘的水分產生快速突沸而形成一正壓力，利用此氣凝膠三次元結構之間的正壓力抑制氣凝膠在乾燥過程中所產生的收縮行為，另外，也可利用氣凝膠結構內部的此正壓力促使氣凝膠結構膨脹過程中產生大量奈米級至次微米級的微細孔洞，以提高氣凝膠產品的孔洞率及隔熱性質，該突沸溫度為110~180℃。

更進一步地，在上述 (4) 乾燥步驟中，當該類固體氣凝膠/纖維複合結構穩定後，於常壓環境下，於成型乾燥溫度下蒸發氣凝膠濕膠結構內部的含乙醇水溶液；在本發明的一些實施例中，(4) 成型乾燥步驟還包括了(4-1) 溶劑汽化步驟以及 (4-2)突沸步驟；在 (4-1) 溶劑汽化步驟過程，將類固體氣凝膠/纖維複合結構中所含之乙醇-水溶液在共沸溫度下快速汽化而進行乾燥；在 (4-2) 突沸步驟，調整接近乾燥的氣凝膠溫度至一突沸溫度，使氣凝膠內部所含微量的乙醇水溶液產生快速突沸，在此突沸溫度下，氣凝膠結構中所含乙醇水溶液在氣凝膠內部產生一正壓力，該正壓力可以抑制氣凝膠結構在乾燥過程中產生收縮或崩潰的行為。

更進一步地，在上述 (4) 溶劑乾燥回收步驟中，當該類固體氣凝膠濕膠結構穩定後，於常壓環境下，於成型乾燥溫度下混合溶劑的共沸溫度環境下，令該成型結構中大量的含乙醇水溶液快速共沸汽化下，將相關汽化蒸氣引導至一板式熱交換設備；在該板式熱交換設備中促使含乙醇水溶液冷凝並進行回收；在本發明的一些實施例中，該冷凝之含乙醇水溶液為本製程的附加回收產品，該回收目的一方面回收有價值的乙醇副產品以降低製造成本；另一方面，回收含酒精蒸氣以降低對環境及空氣的污染。

本發明所提供之製備方法具有以下功效：

1、本發明的製備技術為修正傳統溶膠-凝膠反應製程製備強疏水性氣凝膠複合材料或複合氣凝膠複合材料，因在酸水解及鹼縮合反應中不添加大量疏水有機溶劑、界面活性劑及其他物質，因此在製造成本可明顯下降，且在後續製程中無須再利用長時間溶劑置換或利用去離子水進行水洗或沖提，因此整體製程簡單、成本低、且製程效率高，因此本製程具有明顯的經濟競爭優勢。

2、本發明的製備技術中利用不同比例之矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物比例可製備高疏水性或不同疏水性的複合氣凝膠複合材料。並且因所製備的高疏水性氣凝膠複合材料或複合氣凝膠複合材料表面的親疏水性差異可提供產品應用的領域。因此，本技術所製備的疏水性氣凝膠複合材料或複合氣凝膠複合材料較容易與其他基材進行結合或混合包覆。

3、在本發明中以改良傳統溶膠-凝膠合成技術並結合直接懸浮分散技術，製備中不需添加大量有機溶劑及界面活性劑，因此製程無需後續水洗製程即可製備出高純度、低成本且具低熱傳係數的氣凝膠複合材料，所開發的產品性質較優異且耐高溫，所開發產品的應用溫度範圍可由200 ^oC提升至接近1250 ^oC，並且在高溫應用下，較不容易釋放臭味以及有毒氣體。

4、傳統利用純四甲基矽氧烷；如四甲基矽氧烷，或疏水改質甲基矽氧烷；如一甲基三甲基矽氧烷，在不含疏水性有機溶劑及常壓乾燥下所製備之氣凝膠複合材料產品大致上屬於無孔隙率的非結晶矽氧烷團聚體；類似水玻璃，雖然其密度極輕，但在高溫環境下的隔熱性質無法與大量孔洞的氣凝膠相比。

5、在本發明中可利用不同比例的矽氧烷化合物或甲基矽氧烷化合物比例、水解反應或縮合反應的水含量、懸浮分散水含量、酸觸媒及鹼觸媒含量以及懸浮分散的攪拌速率等條件，可簡易進行氣凝膠微細結構、孔隙率、孔徑大小與分布、氣凝膠粒徑大小與分佈、氣凝膠表面結構與親疏水性質等特性進行調控。可進一步調控所製備氣凝膠的隔熱性質，以提高氣凝膠的實用性。

6、本發明的製備方法中在溶劑乾燥製程期間利用常壓乾燥技術，該乾燥技術包含溶劑之共沸蒸餾以及溶劑之突沸。共沸蒸餾乾燥是利用混合溶劑的二相共沸原理，在共沸溫度下將濕式氣凝膠懸浮膠體中酒精或水分子進行蒸餾；突沸步驟是當該半乾燥氣凝膠內部所剩餘的微量水分子快速突沸而形成一高正壓力，利用此高正壓力的一方面抑制氣凝膠的收縮，另一方面，利用此高正壓力促使氣凝膠聚集結構中產生大量奈米級至微米級等微細的孔洞。

7、本發明的製備方法中在溶劑乾燥製程期間將該成型結構中大量的含乙醇水溶液快速共沸汽化下，將相關汽化蒸氣引導至一熱交換設備進行溶劑回收，該回收再利用目的一方面回收至水解、縮合反應所使用溶劑；另一方面，回收有價值的乙醇副產品以降低製造成本；另一方面，回收乙醇以降低對製程空間環境的污染以及降低危害性。

請參閱圖1，揭示本發明低介電、低熱傳導氣凝膠複合材製備方法，包含下列步驟：混合水解步驟（S1）、懸浮分散縮合溶液步驟（S2）、複合成型步驟（S3）、溶劑回收乾燥步驟（S4），其中：

該混合水解步驟（S1）：將一矽氧烷化合物或一甲基矽氧烷化合物與大量含乙醇水溶液混合，並於混合過程中而形成一均勻混合水溶液。其中，該矽氧烷化合物（alkoxysilane）為一種或多種選自於由下列所構成群組之物質：四甲氧基矽烷（tetramethoxysilane，TMOS）及四乙氧基矽烷（tetraethoxysilane，TEOS），而該甲基矽氧烷化合物為一種或多種選自於由下列所構成群組之物質：疏水性甲基三甲氧基矽烷（methyltrimethoxysilane，MTMS）及甲基三乙氧基矽烷（methyltriethoxysilane，MTES）。添加該甲基矽氧烷化合物的目的在於提供複合氣凝膠複合材料的強疏水性質；而添加該矽氧烷化合物的目的在於調控氣凝膠體系內部微細結構、而所添加的含乙醇水溶液的目的在於提供氣凝膠結構的孔隙率含量。於整體混合溶液中，矽氧烷化合物及甲基矽氧烷化合物的總含量的體積百分比為2.0至40.0之間，而該乙醇水溶液的的體積百分比為98.0至60.0之間。其中，矽氧烷化合物及甲基矽氧烷化合物的體積比由0：100至40：55，於本實施例中較佳條件為20：80。

該混合水解步驟（S1）中的含微量乙醇水溶液可由以下之一或其組合所混合之混合溶劑；如製程回收乙醇、乙醇、製程回收水、去離子水、蒸餾水、二次蒸餾水、酒精或、無水酒精或其組合，其含微量乙醇水溶液中，乙醇以及水的莫爾比由由0：100至50：50，於本實施例中較佳條件為25：75。

該混合水解步驟（S1）：添加含微量酸觸媒之大量去離子水混合中會進行水解反應（hydrolysis）。其中，該矽氧烷化合物與甲基矽氧烷化合物混合物之總含量與酸觸媒之含量的莫爾比為1：0.02至1：0.0005，當該矽氧烷化合物與甲基矽氧烷化合物混合溶液中該酸觸媒的含量比越高，水解速率越快；另外，當在較低酸觸媒的含量之下，亦可利用提高水解溶液的溫度以提高水解速率。於本實施例中較佳條件為矽氧烷化合物與甲基矽氧烷化合物混合物之總含量與酸觸媒之含量的莫爾比為1：0.001，水解溫度為58 ^oC。

該懸浮分散縮合溶液步驟（S2）：首先分別調配矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物所需的鹼觸媒水溶液，當該矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物混合水溶液水解完畢，分別將大量含乙醇分散水溶液以及微量鹼觸媒水溶液添加在該矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物混合水解溶液中，並以乳化劑、均質機等分散設備快速攪拌，使該混合水解溶液在大量分散水溶液中懸浮分散，並在懸浮分散過程伴隨進行縮合反應（condensation reaction），在此條件懸浮分散的水解溶液被分散形成奈米級至微米級微細水滴，並在此水滴中使該矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物分子進行縮合反應，使該矽氧烷化合物及甲基矽氧烷化合物縮合形成一懸浮分散縮合溶液，並在奈米級至微米級微細水滴內聚集縮合並相互連結的局部網狀結構。

在該縮合步驟中溫度的提升有助於明顯縮短縮合反應時間（即氣凝膠的凝膠化時間），其中於鹼觸媒與酸觸媒之含量重量比為0.85:1.0時，縮合反應溫度為室溫30℃的凝膠化時間約126分鐘，縮合反應溫度為50℃的凝膠化時間約20分鐘。於縮合反應中，該鹼觸媒與該酸觸媒的莫爾比為0.7：1至1.8：1，另外，於鹼觸媒與水混合溶液中，鹼觸媒含量增加也會明顯縮短縮合反應時間，另外提高水解反應及縮合反應的溫度提高也有助於提高水解及縮合的反應速率。於1M鹼觸媒與1M酸觸媒的含量體積比為0.8:1.0時，凝膠化時間約360分鐘，但氣凝膠的介電損耗將會下降；於1M鹼觸媒與1M酸觸媒的含量比為1.2:1.0時，凝膠化時間下降至約20分鐘，因此可利用溫度以及1M鹼觸媒與1M酸觸媒的含量比調控縮和步驟的時間。

該懸浮分散縮合溶液步驟（S2）：當該矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物混合水解溶液中添加大量分散水溶液，其包含乙醇、回收乙醇、製程回收水、去離子水、蒸餾水、二次蒸餾水或其組合，其分散水溶液中，乙醇以及水的莫爾比由由0：100至50：50，於本實施例中較佳條件為5：95。。

該懸浮分散縮合溶液步驟（S2）：當該矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物混合水解溶液中以進行縮合反應時，可以體積比由0：100至50：50 將該矽氧烷化合物縮合溶液混入甲基矽氧烷化合物縮合溶液中，並進行攪拌使形成一均勻縮合混合溶液。在本縮合溶液混合步驟可分成一階段混合或二階段混合等多重混合步驟。在此混合步驟中利用該矽氧烷化合物及該甲基矽氧烷化合物的莫爾比以及縮合溶液一階段混合與二階段混合等條件可控制氣凝膠產品的微細結構。

該懸浮分散縮合溶液步驟（S2）：當該矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物縮合溶液混合中以持續進行縮合反應時，可利用乳化機、均質機或渦流攪拌機等分散設備將該縮合混合溶液在一適當水系分散溶液，如含乙醇分散水溶液中進行快速懸浮分散成濕式懸浮溶液，使所開發之矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物縮合溶液分散成粒徑約數奈米至數千微米的懸浮分散縮合溶液，在此階段該矽氧烷化合物縮合溶液中以及甲基矽氧烷化合物縮合溶液中的矽氧烷化合物聚集的局部網狀結構以及甲基矽氧烷化合物聚集的局部網狀結構會進一步相互連結成一三次元網狀結構。因此在此懸浮分散步驟中主要調控所開發製備之氣凝膠的微細結構、粒徑大小、以及粒徑分布。

該複合成型步驟中（S3）：該將懸浮分散縮合溶液形成之後與各類纖維毯、纖維布、纖維蓆進行壓吸、含浸、淋噴技術，例如將該將懸浮分散縮合溶液在抽真空條件下進行壓吸含浸技術，促使懸浮分散縮合溶液快速吸入一纖維基材中，使水解後矽氧烷化合物及疏水性矽氧烷分子在纖維毯中進行縮合聚集而形成奈米至次微米尺寸的氣凝膠聚集結構，隨後在纖維基材中相互聚集形成三次元網狀凝膠結構以形成一氣凝膠/纖維複合材。在此氣凝膠/纖維複合基材結構中水解溶液中含醇類水溶液的含量為氣凝膠聚集結構內孔洞含量；另外在縮合反應中所添加大量分散水溶液的含量即為氣凝膠/纖維複合基材結構中氣凝膠網狀結構之間或之外的孔洞含量。因此，在本技術中可以利用水解以及縮合反應中所添加的不含疏水性有機溶劑且僅含微量乙醇水溶液含量即可控制氣凝膠複合材料內部的氣凝膠結構以及氣凝膠/纖維複合基材結構中的孔洞含量。在另一實施利中，也可將該懸浮分散溶膠溶液在直接利用壓吸含浸技術結合連續式製程技術，使該奈米級至次微米級的水解的矽氧烷分子及疏水性矽氧烷分子懸浮分散縮合溶液在注入於一連續式纖維毯內部，並控制凝膠化時間始在極短時間內促使該溶膠溶液與纖維材料相互結合，並形成一穩定外觀形態的濕式氣凝膠毯結構，隨後該濕式氣凝膠毯結構進行捲取或裁切成特定長度下進行乾燥。

該複合成型步驟中（S3），在該纖維基材包括無機纖維、液晶纖維、有機纖維，具體而言，例如玻璃纖維、碳纖維、石英纖維、陶瓷纖維、岩棉纖維、Kevlar聚醯胺纖維、Nomex聚醯胺纖維、PI聚醯亞胺纖維、尼龍纖維、聚酯纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、纖維素纖維、及改質纖維素纖維等或其二種以上組合的毯狀、布狀、蓆狀等基材。

該複合成型步驟中（S3），可結合底部(或上部)抽真空裝置與含浸、壓吸、淋噴、噴霧等技術，將該懸浮分散縮合溶液加快速度注入含纖維基材中，以進行複合成型。

該溶劑回收乾燥步驟（S4）：當該氣凝膠/纖維複合基材結構內的懸浮氣凝膠膠體穩定之後，進行溶劑回收乾燥步驟，其包含：溶劑共沸汽化步驟以及溶劑突沸步驟；在該溶劑共沸汽化步驟，先將氣凝膠體系放置於高溫中如70至115度之間，使氣凝膠體系中大量含乙醇水溶液在高溫下產生溶劑共沸蒸發而快速將乙醇水分子共沸蒸餾出並回收再利用，乾燥至氣凝膠/纖維複合基材內半乾狀氣凝膠。隨後再更高溫度進行溶劑突沸步驟，將該半乾狀氣凝膠顆粒體系溫度上升至120至150度之高溫環境，使氣凝膠/纖維複合基材內部所含的微量溶劑產生快速突沸現象，利用氣凝膠內部溶劑快速突沸現象而在氣凝膠內部產生一高正壓力，利用此正壓力抑制氣凝膠在乾燥過程中產生收縮的現象。另一方面利用此一正壓力促使氣凝膠/纖維複合基材內中產生大量奈米級至微米級的孔洞並使氣凝膠產生多孔性，因此可製備出低密度且高孔隙率的高隔熱氣凝膠/纖維複合基材。

此外，由於無添加烷類、芳香苯類、鹵化烷類等大量疏水性有機溶劑，因此在乾燥過程較為安全，且在製備回收溶劑無須利用分餾等設備進行各類溶劑的回收以降低回收成本。並且因無添界面活性劑及氨水等物質，因此可製備出更高純度的氣凝膠產品。因所製備的高孔隙率氣凝膠複合材料不含各類雜質，所以產品的熱傳導性質、介電常數及介電損耗等性質均會更優異。請參閱圖2，係第一實施例前述製備方法所製備之兼具高純度、低成本、低熱傳導係數性質氣凝膠/玻璃纖維毯的外觀照片，利用本技術所製備的低介電低熱傳導氣凝膠/玻璃纖維毯的外觀為一白色毯狀外觀，表示所製備之產品並無其他金屬氧化物等雜質。請參閱圖3，顯示第一實施例前述製備方法所製備之兼具低介電、低熱傳導氣凝膠/玻璃纖維毯局部放大250倍的掃描式電子顯微鏡微觀觀測照片，由照片中顯示氣凝膠/玻璃纖維毯內部的玻璃纖維組織結構之間氣凝膠的填充與結構外觀。更進一步，請參閱圖4，顯示本技術所製備的低介電、低熱傳導氣凝膠/玻璃纖維毯局部放大15,000倍的掃描式電子顯微鏡微觀觀測照片，由照片中顯示氣凝膠與玻璃纖維呈現一緊密結合的結構，且在玻璃纖維表面的氣凝膠尺寸大小介於約數十至約一百奈米均勻圓球狀結構披覆在玻璃纖維外部，並由圖4可看出氣凝膠團聚結構中擁有大量的微細的孔洞。

該溶劑回收乾燥步驟（S4）：於常壓下，在一成型乾燥溫度下使該類固體氣凝膠濕膠結構在一常壓條件下以高溫進行乾燥，以獲得結構均一之具低熱傳氣凝膠預成型複合材料；在一些實施例中，該乾燥溫度介於60~150℃。

進一步地，該乾燥步驟包括溶劑汽化步驟(S4-1)及溶劑突沸步驟(S4-2)。

汽化步驟（S4-1）：將該預成型氣凝膠濕膠體系放置於一溶劑汽化溫度的環境下，在同時令該預成型氣凝膠濕膠體系在一常壓狀態下，利用溫度讓大量含醇類水分子快速共沸汽化而將氣凝膠濕膠體系醇類水分子共沸蒸餾乾燥；在一些實施例中，該汽化溫度為60~110℃。

突沸步驟（S4-2）：將該汽化完畢之含微量溶劑之預成型氣凝膠環境溫度調整至溶劑突沸溫度，使其內部所含有的微量溶劑產生快速汽化突沸現象；在一些實施例中，該突沸溫度為110~150℃；需進一步說明的是，在該突沸溫度所創造的高溫環境下，使該氣凝膠內部微量醇類水分子所產生的突沸現象，促使氣凝膠內部產生一正壓力，該正壓力可以抑制氣凝膠結構在乾燥過程中產生收縮或崩潰的現象；另一方面，該正壓力得令氣凝膠網狀結構膨脹而產生多孔性；是以，該製備方法可用以製備低密度且高孔隙率的氣凝膠或氣凝膠/纖維複合材料，其熱傳導性質k約為0.023~0.038W/mk。

該溶劑回收乾燥步驟（S4）：當該類固體氣凝膠濕膠結構穩定後，於常壓環境下，於成型乾燥溫度下混合溶劑的共沸溫度環境下，令該成型結構中大量的含乙醇水溶液快速共沸汽化下，將相關汽化蒸氣引導至一熱交換設備；在該板式熱交換設備中促使含乙醇水溶液冷凝並進行回收再利用；在本發明的一些實施例中，該冷凝回收所含乙醇水溶液為本製程水解及懸浮分散所使用的原料，因此可降低原料使用量以降低產品製造成本。另一方面，該回收目的為回收有價值的乙醇副產品以增加產品收入，回收含乙醇水溶液另一目的為降低製程中乙醇溶劑對製環境及空氣的污染以及危害性。

請參閱圖5，第二實施例前述製備方法所製備之兼具低介電、低熱傳導氣凝膠/陶瓷纖維毯的外觀照片，利用本技術所製備的兼具低介電、低熱傳導氣凝膠/陶瓷纖維毯的外觀為一灰白色隔熱毯狀外觀，灰白色隔熱毯表示陶瓷纖維所顯示的外觀顏色。進一步，請參閱圖6，顯示本技術第二實施例前述製備方法所製備之兼具低介電、低熱傳導氣凝膠/陶瓷纖維毯局部放大250倍的掃描式電子顯微鏡微觀觀測照片，由照片中顯示氣凝膠/陶瓷纖維毯內部的纖維組織結構之間氣凝膠的填充與結構外觀。更進一步，請參閱圖7，顯示本技術第二實施例前述製備方法所製備之兼具低介電、低熱傳導氣凝膠/陶瓷纖維毯局部放大3,000倍的掃描式電子顯微鏡微觀觀測照片，由照片也顯示氣凝膠與陶瓷纖維呈現一緊密結合的結構，且在陶瓷纖維表面的氣凝膠尺寸大小也是介於約數十至約一百奈米均勻圓球狀結構披覆在玻璃纖維外部，並由圖7可看出氣凝膠團聚結構之間含有大量的微細的孔洞。

請參閱圖8，係第三實施例前述製備方法所製備之兼具高純度、低成本、低熱傳導係數性質氣凝膠/非織物纖維蓆的外觀照片，由圖8顯示氣凝膠/非織物纖維蓆為一厚度約為100微米至200微米的產品，且依所調配之氣凝膠配方不同，因此氣凝膠/非織物纖維蓆外觀有白色以及透明的不同產品。進一步，請參閱圖9，顯示本技術第三實施例前述製備方法所製備之氣凝膠/非織物纖維蓆局部放大250倍的掃描式電子顯微鏡微觀觀測照片，由照片中顯示氣凝膠/非織物纖維蓆內部的非織物纖維結構之間氣凝膠的填充形態。更進一步，請參閱圖10，顯示本技術第三實施例前述製備方法所製備之氣凝膠/非織物纖維蓆放大50,000倍的掃描式電子顯微鏡微觀觀測照片，由照片也顯示非織物結構之間氣凝膠的尺寸大小也是介於約數十至約一百奈米均勻圓球狀結構堆疊在非織物纖維之間，並可看出氣凝膠團聚結構之間含有大量的微細的孔洞以提供氣凝膠/非織物纖維蓆隔熱效果。

本技術所生產之疏水性或疏水-親水複數氣凝膠/纖維複合材料的密度介於約0.25至0.45g/cm ³之間，因製程中無其他雜質，因此熱傳導明顯下降，疏水性氣凝膠/纖維複合材料的熱傳導係數約0.023至0.038W/mk之間。

綜上，本發明之製作、應用及產生之功效應已清楚揭露，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。

（S1）:混合水解步驟 （S2）:懸浮分散縮合溶液步驟 （S3）:複合成型步驟 （S4）:溶劑回收乾燥步驟

圖1係為本發明實施例低介電、低熱傳導氣凝膠複合材製程步驟流程示意圖。

圖2係為本發明第一實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/玻纖毯的外觀照片。

圖3係為本發明第一實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/玻纖毯的掃描式電子顯微鏡微觀照片，放大倍率為250倍。

圖4係為本發明第一實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/玻纖毯的掃描式電子顯微鏡微觀照片，放大倍率為15,000倍。

圖5係為本發明第二實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/陶纖毯的外觀照片。

圖6係為本發明第二實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/陶纖毯的電子顯微鏡微觀照片，放大倍率為250倍。

圖7係為本發明第二實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/陶纖毯的電子顯微鏡微觀照片，放大倍率為3,000倍。

圖8係為本發明第三實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/不織布纖維蓆的外觀照片。

圖9係為本發明第三實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/不織布纖維蓆的電子顯微鏡微觀照片，放大倍率為250倍。

圖10係為本發明第三實施樣態所製備之低介電、低熱傳導氣凝膠/不織布纖維蓆的電子顯微鏡微觀照片，放大倍率為50000倍。

(S1):混合水解步驟

(S2):懸浮分散縮合溶液步驟

(S3):複合成型步驟

(S4):溶劑回收乾燥步驟

Claims (7)

1. 一種低介電、低熱傳導氣凝膠/纖維複合材的製備方法，包含下列步驟：混合水解步驟：分別將一矽氧烷化合物或一甲基矽氧烷化合物與大量含微量乙醇水溶液混合，並於攪拌下添加含微量酸觸媒使混合溶液進行水解反應，其中該矽氧烷化合物為四甲氧基矽烷(tetramethoxysilane，TMOS)或四乙氧基矽烷(tetraethoxysilane，TEOS)，該甲基矽氧烷化合物為甲基三甲氧基矽烷(methyltrimethoxysilane，MTMS)或甲基三乙氧基矽烷(methyltriethoxysilane，MTES)，該矽氧烷化合物及該甲基矽氧烷化合物的總體積百分比為2.0至40.0之間；該乙醇水溶液的的體積百分比為98.0至60.0之間，該矽氧烷化合物及該甲基矽氧烷化合物的體積比由0：100至40：55，且該大量含微量乙醇水溶液中所含的乙醇以及水的莫爾比為25：75至50：50；懸浮分散縮合溶液步驟：當該水解矽氧烷化合物以及甲基矽氧烷化合物混合溶液水解完畢，分別添加一大量含乙醇分散水溶液以及微量鹼觸媒水溶液，並利用乳化機或均質機等攪拌設備進行快速懸浮分散成一懸浮分散水滴並在水滴中進行縮合反應，使該矽氧烷化合物及甲基矽氧烷化合物縮合形成一懸浮分散縮合溶液，其中該矽氧烷化合物與該甲基矽氧烷化合物混合物之總含量與酸觸媒之含量的莫爾比為1：0.01至1：0.0005，於縮合反應中，該鹼觸媒與該酸觸媒的莫爾比為0.7：1至1.8：1，該懸浮分散縮合溶液包含奈米級至微米級微細水滴，且該大量含乙醇分散水溶液中所含的乙醇以及水的莫爾比為5：95至50：50；複合成型步驟：將該懸浮分散縮合溶液在抽真空條件下進行壓吸含浸技術，促使該懸浮分散縮合溶液快速吸入一纖維基材中，使水解後矽氧烷化合物及疏 水性矽氧烷分子在該纖維基材中進行縮合聚集而形成奈米至次微米尺寸的氣凝膠濕膠聚集體，隨後在該纖維基材中相互聚集形成三次元網狀凝膠結構以形成一氣凝膠/纖維複合材；及溶劑回收乾燥步驟：將該氣凝膠/纖維複合材放置於70至115度之間，使氣凝膠體系中大量含乙醇水溶液在高溫環境下產生共沸蒸發而快速將含乙醇水溶劑蒸餾出並回收再利用，且後續在120至150度之間快速汽化以獲得一乾燥之氣凝膠/纖維複合材。
2. 如請求項1所述之製備方法，其中該混合水解步驟中的乙醇水溶液係選自以下族群之一或其組合所混合之混合溶劑：製程回收水、製程回收含乙醇水溶液、製程回收蒸餾水、二次水、去離子水酒精或無水酒精。
3. 如請求項1所述之製備方法，其中該懸浮分散縮合溶液步驟中當該矽氧烷以及甲基矽氧烷混合溶液進行縮合反應時，利用乳化機、均質機或渦流攪拌機等分散設備將該縮合溶液在一適當含乙醇分散水溶液中進行快速懸浮分散成粒徑約數奈米至數千微米的濕式懸浮分散縮合溶液。
4. 如請求項1所述之製備方法，其中該懸浮分散縮合溶液步驟中，於該懸浮分散縮合溶液步驟中的含乙醇分散水溶液係選自以下族群之一或其組合所混合之混合溶劑；製程回收水、製程回收含乙醇水溶液、製程回收蒸餾水、二次水、去離子水或乙醇。
5. 如請求項1所述之製備方法，其中該複合成型步驟：該將懸浮分散縮合溶液進以壓吸、含浸或噴淋技術，使懸浮分散縮合溶液快速吸入一纖維基材中，隨後在纖維毯中相互聚集形成三次元網狀氣凝膠/纖維複合結構，其中，該纖維基材包括無機纖維、液晶纖維、有機纖維，玻璃纖維、碳纖維、石英纖維、 陶瓷纖維、岩棉纖維、Kevlar聚醯胺纖維、Nomex聚醯胺纖維、PI聚醯亞胺纖維、尼龍纖維、聚酯纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、纖維素纖維、及改質纖維素纖維之一或其二種以上組合的毯狀、布狀或蓆狀。
6. 如請求項1所述之製備方法，其中該溶劑回收乾燥步驟：當該氣凝膠/纖維複合基材結構內的懸浮氣凝膠膠體穩定之後，進行溶劑回收乾燥步驟，其包含：溶劑共沸汽化步驟以及溶劑突沸步驟；在該溶劑共沸汽化步驟，先將氣凝膠體系在高溫中大量含乙醇水溶液在高溫下產生溶劑共沸蒸發而快速將乙醇水分子共沸蒸餾乾燥至氣凝膠/纖維複合基材內半乾狀氣凝膠；隨後再更高溫度進行溶劑突沸步驟，使氣凝膠/纖維複合基材內部所含的微量溶劑產生快速突沸現象抑制氣凝膠在乾燥過程中產生收縮的現象。
7. 如請求項1所述之製備方法，利用熔膠凝膠反應改良技術，利用矽氧烷與甲基矽氧烷混合物的含量、含微量酸觸媒水解溶液含量、含微量鹼觸媒的分散水溶液含量、縮合溶液混合比例及步驟、高速懸浮分散攪拌速率、及特定乾燥溫度等條件來控制所開發的高疏水性氣凝膠微細結構、孔隙率、孔洞大小與分佈、粒徑大小與分佈。