熱絕緣體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及包含氣凝膠顆粒的熱絕緣體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 業(yè)已提出包含氣凝膠顆粒的熱絕緣體（參見專利文獻(xiàn)1和2)。通過用粘合劑（粘 結(jié)劑）粘合多個(gè)氣凝膠顆粒，將所述熱絕緣體模塑成期望的形狀。
[0003] 參考文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn) 1:JP 2012-525290A
[0006] 專利文獻(xiàn) 2:JP H10-147664A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問題
[0008] 然而，由于氣凝膠顆粒本身是脆性的，通過模塑所述氣凝膠顆粒形成的熱絕緣體 的產(chǎn)品具有較差的強(qiáng)度，易于開裂和破損。為了增加熱絕緣體的強(qiáng)度，可以增加粘合劑的 量，但在這種情況下，粘合劑的增加量可能導(dǎo)致熱絕緣體的絕熱性能的降低。詳細(xì)地講，如 圖7中所示，如果粘合劑的量增加，氣凝膠顆粒1的整個(gè)表面將被粘合劑102覆蓋，并且相 鄰氣凝膠顆粒1和1之間的空間也將填充有粘合劑102。因此，粘合劑102促進(jìn)熱絕緣體 10的前表面和后表面之間的熱傳導(dǎo)，而這將劣化熱絕緣體10的絕熱性能。
[0009] 鑒于上述情況，存在對(duì)通過增加其強(qiáng)度且同時(shí)防止絕熱性能降低而同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)足 夠的強(qiáng)度和絕熱性能兩者的要求的熱絕緣體的需求。
[0010] 考慮到上述情況而完成了本發(fā)明，其目的是提出強(qiáng)度更高并且絕熱性能優(yōu)異的熱 絕緣體及其制備方法。
[0011] 技術(shù)解決方案
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的熱絕緣體是通過用至少一個(gè)粘合劑部分粘合多個(gè)氣凝膠顆粒形成 的熱絕緣體。所述多個(gè)氣凝膠顆粒的表面是疏水性的。所述多個(gè)氣凝膠顆粒的所述表面用 表面活性劑處理。所述至少一個(gè)粘合劑部分具有在所述多個(gè)氣凝膠顆粒中的至少三個(gè)的表 面上延伸的分支結(jié)構(gòu)部分。
[0013] 制備根據(jù)本發(fā)明的熱絕緣體的方法是通過用至少一個(gè)粘合劑部分粘合多個(gè)氣凝 膠顆粒來制備熱絕緣體的方法。在本方法中，所述多個(gè)氣凝膠顆粒的表面是疏水性的，用于 形成所述至少一個(gè)粘合劑部分的粘合劑是粉末，并且包括熱固性樹脂，而且熔融狀態(tài)下的 所述粘合劑的溶解度參數(shù)等于或大于11。所述方法包括：混合所述多個(gè)氣凝膠顆粒、所述 粘合劑以及表面活性劑；然后，固化所述粘合劑，使得所述多個(gè)氣凝膠顆粒被所述至少一個(gè) 粘合劑部分粘合。
[0014] 在所述方法中，優(yōu)選地，所述多個(gè)氣凝膠顆粒的平均粒徑等于或大于100 μ m。
[0015] 在所述方法中，優(yōu)選地，所述表面活性劑被固定到所述多個(gè)氣凝膠顆粒的表面上。
[0016] 在所述方法中，優(yōu)選地，每100質(zhì)量份所述多個(gè)氣凝膠顆粒中加入5-40質(zhì)量份所 述粘合劑。
[0017] 本發(fā)明的有益效果
[0018] 在本發(fā)明中，所述熱絕緣體是通過用至少一個(gè)分支狀的粘合劑部分粘合多個(gè)氣凝 膠顆粒形成的，從而，與多個(gè)氣凝膠顆粒用粘合劑顆粒粘合相比，所述多個(gè)氣凝膠顆?？衫?固地彼此粘合，并因此能夠增加熱絕緣體的強(qiáng)度。此外，與氣凝膠顆粒的整個(gè)表面被覆蓋時(shí) 相比，熱橋的發(fā)生被更好地抑制，因此根據(jù)本發(fā)明的熱絕緣體的絕熱性能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0019] 圖IA和圖IB顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的實(shí)例，圖IA是說明所述實(shí)施方案的整 體結(jié)構(gòu)的示意圖，并且圖IB是說明所述實(shí)施方案的部分結(jié)構(gòu)的放大示意圖。
[0020] 圖2A-圖2C是說明氣凝膠顆粒的實(shí)例的示意圖。
[0021] 圖3是氣凝膠顆粒的電子顯微鏡照片。
[0022] 圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的制備方法的實(shí)例的示意圖。
[0023] 圖5A-圖是顯示根據(jù)本發(fā)明的制備方法的實(shí)例的截面圖。
[0024] 圖6A是根據(jù)實(shí)施例1的熱絕緣體的X射線CT (計(jì)算機(jī)斷層掃描）圖像，圖6B是 根據(jù)比較例1的熱絕緣體的X射線CT圖像，并且圖6C是根據(jù)比較例2的熱絕緣體的X射 線CT圖像。
[0025] 圖7是說明傳統(tǒng)實(shí)施例的截面圖。 具體實(shí)施方案
[0026] 下文將說明本發(fā)明的具體實(shí)施方案。
[0027] 如圖IA和圖IB所示，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的熱絕緣體10是通過至少一個(gè)粘合劑部 分2粘合多個(gè)氣凝膠顆粒1形成的。所述多個(gè)氣凝膠顆粒1的表面是疏水性的。所述多個(gè) 氣凝膠顆粒1的表面用表面活性劑處理。所述至少一個(gè)粘合劑部分2具有在所述多個(gè)氣凝 膠顆粒1中的至少三個(gè)的表面上延伸的分支結(jié)構(gòu)部分。
[0028] 氣凝膠是多孔材料（多孔體），其通過干燥凝膠以使氣體置換包含在凝膠中的溶 劑而獲得。氣凝膠的顆粒材料被稱為氣凝膠顆粒。氣凝膠的已知實(shí)例包括二氧化硅氣凝膠、 碳?xì)饽z以及氧化鋁氣凝膠，其中優(yōu)選使用二氧化硅氣凝膠。二氧化硅氣凝膠具有優(yōu)異的 絕熱性能，易于制備，并且制備成本低，因此與其它類型的氣凝膠相比容易獲得。需要注意 的是，作為凝膠中的溶劑完全揮發(fā)的結(jié)果而制備出的具有含氣隙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的材料可以被 稱為"干凝膠"，但在本說明書中的氣凝膠可包括干凝膠。
[0029] 圖2A至2C顯示出所述氣凝膠顆粒的實(shí)例的示意圖。如圖2A和圖2B中所示，氣 凝膠顆粒1是二氧化硅氣凝膠顆粒，并且是具有尺寸為約數(shù)十納米（例如在20-40nm的范 圍內(nèi)）的孔隙的二氧化硅（SiO2)結(jié)構(gòu)。這種氣凝膠顆粒1可通過超臨界干燥等而獲得。氣 凝膠顆粒1由微粒11 (二氧化硅微粒）組成，它們彼此結(jié)合以便形成三維網(wǎng)狀形狀。一種 二氧化硅微粒的尺寸是：例如約l_2nm。如圖2C所示，氣體20被允許進(jìn)入氣凝膠顆粒1的 尺寸為約數(shù)十納米的孔隙。這些孔隙阻斷空氣組分（如氮?dú)夂脱鯕猓┑膫鬟f，因此有可能 將熱導(dǎo)率減少到小于空氣的熱導(dǎo)率的程度。例如，設(shè)置有空氣的常規(guī)熱絕緣體具有的熱導(dǎo) 率（WLF) λ是35-45mW/m · K，但通過氣凝膠顆粒，熱絕緣體的熱導(dǎo)率（WLF) λ可以降低到 約9-12mW/m*K。通常，氣凝膠顆粒1具有疏水性。例如，在圖2Β所示的二氧化硅氣凝膠 顆粒中，大多數(shù)的硅原子（Si)通過一個(gè)或多個(gè)氧原子（O)結(jié)合到（一個(gè)或多個(gè)）烷基基團(tuán) ((一個(gè)或多個(gè)）甲基基團(tuán)：CH3)，它們中的少數(shù)結(jié)合到（一個(gè)或多個(gè)）羥基基團(tuán)（OH)。因 此，這種二氧化硅氣凝膠顆粒具有相對(duì)低的表面極性。
[0030] 圖3是二氧化硅氣凝膠顆粒的電子顯微鏡照片。這種二氧化硅氣凝膠顆粒由超臨 界干燥法獲得。從這幅圖還可以了解到，二氧化硅氣凝膠顆粒具有三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。典 型地，氣凝膠顆粒1的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由具有的尺寸小于IOnm的線性粘合的二氧化硅微粒形成。 需要注意的是，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以具有微粒之間的模糊邊界，并且網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一些部分可 以由線性延伸的二氧化硅結(jié)構(gòu)（-O-Si-O-)形成。
[0031] 對(duì)于熱絕緣體的氣凝膠顆粒沒有特別的限制，并且可以使用由常用的制備方法得 到的氣凝膠顆粒。氣凝膠顆粒的典型實(shí)例包括：由超臨界干燥法得到的氣凝膠顆粒以及基 于液態(tài)玻璃獲得的氣凝膠顆粒。
[0032] 由超臨界干燥法得到的氣凝膠顆?？扇缦芦@得：通過用液相反應(yīng)方法的溶膠-凝 膠法聚合原料來制備二氧化硅顆粒；并且通過超臨界干燥除去其溶劑。例如，烷氧基硅烷 (其也被稱為"硅醇鹽"或"烷基硅酸鹽"）被用作原料。烷氧基硅烷在溶劑的存在下水解， 以生成作為縮聚結(jié)果的具有二氧化硅骨架的濕膠凝化的化合物，然后，濕膠凝化的化合物 在超臨界條件下干燥，其中的溫度和壓力等于或大于溶劑的臨界點(diǎn)的溫度和壓力。溶劑可 以是醇、液化二氧化碳等。根據(jù)超臨界條件下的凝膠化合物的干燥，其溶劑被除去，而凝膠 的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被保持，結(jié)果是可以得到氣凝膠。氣凝膠顆粒，其是氣凝膠的顆粒材料，可以通 過將包括溶劑的凝膠粉碎成顆粒，然后通過超臨界干燥來干燥包括溶劑的凝膠的顆粒來獲 得。可替代地，氣凝膠顆?？赏ㄟ^粉碎作為超臨界干燥結(jié)果獲得的氣凝膠的塊狀體得到。
[0033] 作為氣凝膠顆粒的原料的烷氧基硅烷不受到特別限制，但也可以是雙官能烷氧基 硅烷、三官能烷氧基硅烷、四官能烷氧基硅烷或它們的組合。雙官能烷氧基硅烷的實(shí)例包括 ^甲基^甲氧基硅烷、^甲基^乙氧基硅烷、^苯基^乙氧基硅烷、^苯基^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實(shí)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