气凝胶毡和生产方法
【专利说明】气凝胶租和生产方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请No. 61/790,772的权 益，将其公开内容W引用的方式并入本申请。
技术领域
[0003] 本公开内容设及气凝胶，W及具体地，设及气凝胶在绝缘材料中的用途。
【背景技术】
[0004] 气凝胶，W及具体地，二氧化娃气凝胶，呈现低密度和低导热率，从而使得它们可 用作绝缘材料。气凝胶可单独用作绝缘材料或者可与其它材料如纤维、胶粘剂和泡沫体组 合。气凝胶可通过W下方法形成：从水凝胶除去溶剂，例如通过超临界干燥技术或者经由与 环境压力干燥组合的溶剂置换。二氧化娃气凝胶通常为亲水性的，但是通过使用特定处理 剂可变为疏水性的。
【发明内容】
阳〇化]在一个方面，提供无纺绝缘拉，所述拉包含气凝胶粒子、纤维和粘合剂，其中所述 拉的横截面的上面的10%中的气凝胶粒子的密度相对于横截面的最下面的10%中的气凝 胶粒子的密度的偏差不超过+/-20%。在另一实施方案中，提供气凝胶拉，所述拉包含气凝 胶粒子、纤维和聚合物，所述聚合物选自聚胺、聚丙締酷胺、双氯胺或者聚二締丙基二甲基 氯化锭。在另一实施方案中，提供未经覆盖的均匀绝缘拉，所述拉包含气凝胶和纤维，当使 用10次晓曲试验测试时，所述拉呈现出低于lOmg/m3、低于5mg/m3、低于3mg/m3或者低于 Img/m3的气凝胶灰尘产生。在另一实施方案中，提供绝缘拉，所述拉包含气凝胶和纤维，并 且当经受腐蚀试验方法ASTMC1617时，呈现出低于Ippm肥1的腐蚀性。在另一实施方案 中，提供柔性、均匀、未经覆盖的绝缘拉，所述拉包含至少50体积％气凝胶，当使用10次晓 曲试验或者3次敲打试验分析时，所述拉产生拉样品的重量的低于0. 1 %、低于0.Ol%或者 低于0.001%的灰尘。在另一实施方案中，提供柔性、均匀、未经覆盖的绝缘拉，所述拉包含 至少50体积％气凝胶，当使用10次晓曲试验分析IOxlOcm或者20x20cm拉样品时，所述拉 产生的气溶胶灰尘低于lOmg/m3、低于5mg/m3、低于3mg/m3或者低于Img/m3。
[0006] 在一些实施方案中，所述拉包括红外遮光剂。所述拉可呈现低于22mW/m。K或者 低于19. 0mW/m°K的导热率，和在一些实施方案中密度低于0. 2g/cc、低于0. 15g/cc、低于 0. 13g/cc或者低于0. 12g/cc。所述拉可为半透明的。当使用ASTM方法C1617分析时，所 述拉可呈现低于Ippm肥1或者低于去离子水的腐蚀性。所述拉可包括气凝胶粒子W及所 述气凝胶粒子可具有小于2.Omm的平均直径，具有小于4.Omm的平均直径，呈现大于或者等 于90度的水接触角，可从水玻璃获得，和/或可具有低于lOMJ/Kg、低于8MJ/Kg、低于7MJ/ Kg或者低于6MJ/Kg的热洽（caloriccontent)。当使用ASTME84测试时，所述拉可呈现 低于25、低于20、低于15、低于10、低于5或者0的火焰蔓延指数和/或低于15、低于10、 低于5或者O的释烟指数（smokedevelopedindex)。当使用ASTM方法C356测试时，所述 拉可在650°C呈现低于1%、低于2%或者低于4%的收缩率。所述拉可包括其选自聚胺、聚 丙締酷胺、双氯胺或者聚二締丙基二甲基氯化锭的聚合物。所述拉中的纤维可具有小于5mm 的平均长度，W及在一些实施方案中所述纤维不具有或者基本上不具有大于5mm的长度。
[0007] 在另一方面，提供了制造无纺气凝胶拉的方法，所述方法包括使气凝胶粒子和非 气凝胶纤维与水混合，从而产生含水浆液，絮凝和/或凝聚所述浆液W形成絮凝物和上清 液，所述絮凝物包括气凝胶粒子和非气凝胶纤维，并且使所述絮凝物脱水W制造无纺气凝 胶拉。所述含水分散体可包括带电荷的化合物，其为粘合剂。所述方法可包括使湿润剂与 气凝胶粒子接触。絮凝或者凝聚可使乳液发生破乳W及絮凝可包括中和分散体中的电荷和 /或改变浆液的pH。所述絮凝物可包括气凝胶粒子和纤维的均质混合物。乳液可形成W及 它可通过W下方法形成：添加带电荷的乳化聚合物、不带电荷的化合物和/或具有与乳化 聚合物的电荷相反的电荷的化合物。絮凝可经由电荷中和或者通过粒子的桥接进行。
【附图说明】
[0008] 图1提供了使用已知方法制造的无纺湿法（wetlaid)气凝胶拉的横截面的示意 图；
[0009] 图2提供了使用本申请所述方法制造的无纺湿法气凝胶拉的实施方案的横截面 的示意图；
[0010] 图3提供了气凝胶拉的横截面的示意图；
[0011] 图4提供了流程图，其显示制造无纺湿法气凝胶拉的方法的一个实施方案；
[0012] 图5提供了由气凝胶絮凝物生产无纺湿法气凝胶拉的系统的一个实施方案的横 截面的示意图；
[0013] 图6是使用本申请所述方法制造的气凝胶拉的一个实施方案的照片的拷贝；
[0014] 图7是使用已知方法制造的气凝胶拉的照片的拷贝；和
[0015] 图8是在固体表面上经敲打之后的图7的气凝胶拉的照片的拷贝。
【具体实施方式】
[0016] 本申请所述的方法可用于制造绝缘气凝胶拉，其可呈现例如改善的绝热性、降低 的灰尘水平、较低的腐蚀性和一致且均匀的构造。运些拉被称为无纺湿法气凝胶拉。"湿法 (wetlaid)"方法是运样的方法：其中将所述拉中的纤维或者粒子悬浮或者分散在水中。公 开了湿法方法，其中使气凝胶粒子和任选的材料如纤维和遮光剂从含水浆液絮凝W形成粒 子（絮凝物）的基本上稳定的均质悬浮液。絮凝物可从基于水的溶剂分离，从而形成由絮 凝的气凝胶粒子和基本上为水的上清液组成的两相系统。所述絮凝的物质可承载不同粒子 的均匀分布，可由所述不同粒子制造所述拉。粒子的运种稳定的一致的分布可提供全部呈 现均匀组成的气凝胶拉。所述拉可用于在高达或者大于650°C的溫度的应用中，并且在许多 实施方案中在工业使用的标准条件下产生很少灰尘或者不产生灰尘。所述拉也可在高溫下 呈现最小收缩率并且可为无腐蚀性的。所述拉可为柔性的或者刚性的，并且可被缠绕成各 种形状。可使用多种不同气凝胶，W及在一组实施方案中，气凝胶拉可使用先前已经胶凝并 且干燥的低密度气凝胶粒子制造。运允许在单个拉中使用多个气凝胶类型并避免当在纤维 基质中原位形成气凝胶时可产生的问题。可将纤维、遮光剂和任何其它添加剂与先前制备 的疏水性气凝胶或者不同气凝胶的混合物混合，W形成所述拉。为了形成拉，所述气凝胶不 需要在纤维的存在下形成，或者胶凝和干燥。
[0017] 最常见的气凝胶由氧化侣或者二氧化娃形成。二氧化娃气凝胶尤其具有一些性 质，运些性质使得它们成为用于绝热的良好选择。例如，运些气凝胶通常是轻质的并呈现非 常低的导热率。二氧化娃气凝胶可制成疏水性的或被赋予疏水性，且运些疏水性的二氧化 娃气凝胶抗潮湿并且可在不经另外的处理的情况下用于一些绝缘应用中。气凝胶粒子可W W松散的非结合的形式使用或者可通过胶粘剂、纤维网络、基底或者另外的材料结合在一 起。许多气凝胶可经受高溫，从而使得它们适于许多工业过程。气凝胶拉可用于工业绝缘， 例如应用于机械设备、化学加工装置、管绝缘、航空器及其部件的绝缘、建筑绝缘、航空航天 绝缘、采光、绝缘的玻璃单元和机动车绝缘中。
[0018] 可使用包括湿法工艺的方法将气凝胶粒子结合至绝缘拉中。湿法工艺如描述在美 国专利No. 7, 635, 411和5, 399, 422 (二者均通过引用并入本申请）中的湿法工艺使用含水 浆液来分散气凝胶粒子、纤维和其它添加剂。然后可将浆液脱水W形成气凝胶粒子、纤维和 添加剂的层，可将该层干燥并任选地压延（calendar)W产生无纺气凝胶拉。
[0019] 本申请所述的无纺湿法气凝胶拉可具有可使用湿法工艺制造的任何尺寸和形状。 拉可连续制造，例如在卷上，或者单独制造，例如使用分批工艺。在一些实施方案中，气凝胶 拉可具有81cm、122cm或者152cm的长度或者宽度尺寸。第二尺寸可为相同的或者较大，特 别是当使用连续工艺生产时。所述拉可为刚性的或者柔性的，并且可切割成用于具体应用 的形状。所述拉的长度和宽度通常超过所述拉的厚度的20或者50倍。厚度可改变，或者 可在整个拉上一致，且拉的平均厚度可为大于5mm、大于10mm、大于15mm或者大于20mm。在 其它实施方案中，所述拉的厚度可平均低于15mm、低于13mm、低于IOmm或者低于8mm。
[0020] 所述拉可呈现优异的绝缘性质。例如，在150°c、30(rc或者650°C，所述拉的导热 率可低于约IW/m。K、低于约500mW/m。K、低于约lOOmW/m。K、低于约50mW/m。K、低于约 25mW/m。K、低于约20mW/m。K或者低于约19mW/m。K。在一个实施方案中，例如，在300°C， 拉导热率可低于40mW/m。K或者低于或等于38mW/m。K。在另一实例中，在150°C，不同实 施方案可呈现低于55mW/m°K、低于50mW/m°K、低于40mW/m°K或者低于或等于35mW/ m°K的导热率。当与使用已知的湿法技术（例如，美国专利No. 7,635,411)制造的具有相 同组成和厚度的无纺湿法拉比较时，本申请所述的拉可导致大于2%、大于5%、大于10% 或者大于20 %的导热率降低。运可为例如导电粒子和/或非导电粒子在所述拉的整个横截 面上的均匀分布的结果。相似地，当与使用已知湿法技术制造的具有相同组成和厚度的无 纺湿法拉比较时，本申请公开的拉的脆性降低，并且气凝胶和/或遮光剂灰尘形成的水平 可降低大于10%、大于20%、大于30%或者大于50%。在一些实施方案中，所述气凝胶拉 可呈现大于250N/5cm、大于356N/5cm、大于500N/5cm或者大于600N/5cm的拉伸强度。所 述拉可为疏水性的，并且当使用例如ASTM方法C1511测试时，在水中可吸收它们的重量的 低于40%、低于30%、低于20%、低于10%、低于5 %、低于3 %或者低于1 %。当作为绝缘 体邻近金属如钢使用时，本申请所述的无纺气凝胶拉可呈现低腐蚀性。例如，当经受腐蚀试 验方法ASTMC1617时，所述拉可呈现低于Ippm肥1或者低于去