绝热成形体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于气凝胶颗粒的绝热成形体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]作为绝热体，已知有泡沫材料，例如聚氨酯泡沫和酚醛泡沫(发泡基绝热体)。所述泡沫材料表现的绝热性能缘于发泡产生的空气气泡。然而，此类聚氨酯泡沫和酚醛泡沫通常具有高于空气热导率的热导率。因此，使绝热体的热导率小于空气热导率对于进一步提高绝热性能是有利的。作为获得热导率小于空气热导率的方法，已知有使用具有低热导率的气体(例如氯氟烃)等填充发泡材料(例如聚氨酯泡沫和酚醛泡沫)的气隙的方法。然而，用气体填充气隙的方法存在的顾虑在于:随着时间的推移，填充气体可能从气隙中泄漏出来，其可能导致热导率的增加。
[0003]近年来，已经提出了基于真空的用于改善绝热性能的方法。在这些方法中，例如，使用诸如硅酸钙和/或玻璃纤维的多孔材料，并且它们被保持在约1Pa的真空状态下。然而，基于真空的绝热方法需要保持真空状态，因此具有随时间劣化和制备成本的问题。此夕卜，在基于真空的绝热体中，因为它需要保持真空状态，绝热体的形状会受到限制，因此它的应用领域也受到严格限制。由于这些原因，所述基于真空的绝热体在实际应用中受到限制。
[0004]顺便提一下，已知多孔二氧化硅细块(所谓的气凝胶)作为绝热体的材料，其表现出比常压下的空气热导率更低的热导率。这种材料可以基于在例如US4402927、US4432956以及US4610863中公开的方法得到。根据这些方法，二氧化硅气凝胶可通过使用烷氧基硅烷(其也被称为“硅醇盐”和“烷基硅酸盐”)作为原料来制备。具体而言，所述二氧化硅气凝胶如下获得:在溶剂的存在下水解烷氧基硅烷，以制备作为缩聚的结果的具有二氧化硅骨架的湿胶凝化的化合物；并且在不低于所述溶剂的临界点的超临界条件下干燥所述湿胶凝化的化合物。作为所述溶剂，例如可以使用醇、液化二氧化碳等。气凝胶颗粒，其是所述气凝胶的颗粒材料，具有比空气热导率低的热导率，因此用作绝热体的原料。
[0005]参考文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:US4402927
[0008]专利文献2:US4432956
[0009]专利文献3:US4610863
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011]然而，由于所述气凝胶颗粒重量非常轻、强度差且易碎，因此难于处理气凝胶颗粒。此外，由于所述气凝胶颗粒本身是脆性的，由气凝胶颗粒模塑形成的绝热体具有较差的强度，易于开裂和破损。为了增加绝热体的强度，可以添加补强材料等或增加粘合剂的量，但在这种情况下，所添加的补强材料或粘合剂的增加量可能导致绝热体的绝热性能的降低。鉴于上述情况，要求通过增加气凝胶颗粒及其模塑产品的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。
[0012]考虑到上述情况而完成了本发明，本发明的目的是提供强度高并且绝热性能优异的绝热成形体及其制备方法。
[0013]解决方案
[0014]根据本发明的绝热成形体由涂布有粘合剂的第一气凝胶颗粒和未涂布有粘合剂的第二气凝胶颗粒的混合物模塑而成。
[0015]根据本发明的绝热成形体的制备方法包括模塑涂布有粘合剂的第一气凝胶颗粒和未涂布有粘合剂的第二气凝胶颗粒的混合物。
[0016]本发明的有益效果
[0017]根据本发明，可以获得强度增加并且绝热性能优异的绝热成形体。
【附图说明】
[0018]图1A是说明绝热成形体的内部的实例的放大示意图；
[0019]图1B是说明绝热成形体的内部的另一实例的放大示意图；
[0020]图2A是说明绝热成形体的制备方法的实施例的方法的示意图；
[0021]图2B是说明绝热成形体的制备方法的所述实施例的方法的示意图；
[0022]图2C是说明绝热成形体的制备方法的所述实施例的方法的示意图；
[0023]图2D是说明绝热成形体的制备方法的所述实施例的方法的示意图；
[0024]图3A是说明气凝胶颗粒的实例的示意图；
[0025]图3B是说明气凝胶颗粒的另一个实例的示意图；
[0026]图3C是说明气凝胶颗粒的另一个实例的示意图；
[0027]图4是气凝胶颗粒的电子显微镜照片；和
[0028]图5是说明常规绝热成形体的内部的放大示意图。
具体实施方案
[0029]下文将说明本发明的实施方案。
[0030]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也可以被称为“干凝胶”，本说明书中的气凝胶可包括干凝胶。
[0031]图3A至图3C显示所述气凝胶颗粒A的实例的示意图。如图3A和图3B中所示，气凝胶颗粒A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(S12)结构。这种气凝胶颗粒A可通过超临界干燥等而获得。气凝胶颗粒A由微粒P (二氧化硅微粒)组成，它们彼此结合以形成三维网状形状。一种二氧化硅微粒的尺寸是:例如约l_2nm。如图3C中所示，气体G被允许进入气凝胶颗粒A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降低到小于空气热导率的程度。例如，设置有空气的常规绝热体具有的热导率(WLF)λ是35-45mW/m*K，但通过气凝胶颗粒Α，绝热体的热导率(WLF) λ可以降低到约9_12mW/πι.Κ。通常，气凝胶颗粒A具有疏水性。例如，在图3B所示的二氧化硅气凝胶颗粒中，大多数的硅原子(Si)键合到(一个或多个)烷基基团，它们中的少数键合到(一个或多个)羟基基团(OH)。因此，这种颗粒具有相对低的表面极性。
[0032]图4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。从这张照片可以了解到，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A的网状结构由尺寸小于1nm的线性结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P之间的模糊边界，并且所述网状结构的一些部分可以由线性延伸的二氧化硅结构(-O-S1-O-)形成。
[0033]对于绝热成形体的气凝胶颗粒A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A。气凝胶颗粒A的典型实例包括:由超临界干燥法获得的气凝胶颗粒A以及基于液态玻璃获得的气凝胶颗粒A。
[0034]由超临界干燥法得到的二氧化硅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，而同时凝胶的网状结构被保持，结果