气凝胶毡和生产方法_4

文档序号:9456975阅读:来源:国知局
5mm。纤维的单纤维旦数(纤度,denier)可在非常宽的范围内 选择。在一些实施方案中,纤维旦数可低于约16分特,并且更优选低于约6分特。在一些 具体实施方案中,纤维为旦数低于4且切割长度超过4mm的双组分纤维。在一些实施方案 中,可使用两种或者更多种不同类型的纤维,使得纤维的长度分布呈现双峰或者多峰分布。 例如,气凝胶拉的一个实施方案可包括80%平均长度为0. 75mm的微纤维和20%平均长度 为6mm的玻璃纤维。运些纤维的长度分布将为双峰的,峰在0. 75mm和6mm。
[0047] 所述纤维可具有任何横截面形状。纤维可为圆形的、多角形的、=叶形的、五叶形 的、八叶形的、呈条的形式,或者具有类似秋树、哑铃的形状或者其它形状。沿着纤维长度, 纤维可具有一致的或者变化的直径。在一些实施方案中可使用中空纤维。另外,纤维材料可 为光滑的或者起皱權的,W及可为卷曲的或者直的。在某些实施方案中,纤维可通过添加剂 改性;所述添加剂例如为抗静电剂如炭黑。纤维也可含有IR遮光剂,例如炭黑、二氧化铁、 氧化铁或者二氧化错、碳化娃,W及运些的混合物,W便于降低对导热率的福射贡献。纤维 也可染色W提供颜色。
[0048] 除了包括IR遮光剂,对导热率的福射贡献可通过W下方法进一步降低:使用变黑 的纤维,例如用炭黑变黑的聚醋纤维或者简单地使用碳纤维。也可将炭黑添加至组合物。在 干燥之后所得制品的机械强度也可通过组合物中的纤维的长度和分布来影响。为了降低添 加的纤维所导致的导热率的增加,可将纤维的比例(W重量计)保持在实现希望的拉强度 所需要的最低浓度。纤维的用量取决于它的密度、直径、长度和尤其是它的粘合性质,W及 W重量计可为约15%至约70%,并且W重量计优选为约20%至约60%。纤维的导热率可 为约0. 1至约IW/m。K,并且优选低于约IW/m。K。
[0049]在一些实施方案中,使用的纤维在高溫下可呈现低收缩率。例如,在650°C,玻璃纤 维可呈现低于5%、低于4%、低于2%、低于1 %或者低于0. 5%的收缩率(ASTMD336)。运 些低收缩率可在高溫操作条件下帮助保留所述拉的完整性。运可导致较少的气凝胶灰尘、 较低的导热率和更耐久的气凝胶拉。
[0050] 添加剂-
[0051] 可将遮光剂如红外遮光剂添加至所述气凝胶浆液W降低气凝胶拉中的福射传热。 IR遮光剂是降低红外线福射传输的材料,包括例如炭黑、二氧化铁、金红石砂、氧化铁、碳化 娃(SiC)、石墨或者二氧化错。适合的二氧化铁的不同类型包括例如Tipure饭值uPont)和 Altilisi饭化untsman)。IR遮光剂可单独使用或者作为两种或者更多种化合物的混合物使 用。遮光剂可作为分散体添加至所述气凝胶浆液,在一些实施方案中可在絮凝之前的工艺 过程中的任何点混入。IR遮光剂可按运样的量添加:在所述拉中提供目标水平的IR传输 降低。运些水平可为例如基于干燥气凝胶拉中的气凝胶的重量2%至150%、2%至100% 或者5 %至40 %遮光剂。遮光剂粒子尺寸可为例如500皿至6微米、1微米至4微米或者2 微米至4微米。两种或者更多种不同平均粒子尺寸的遮光剂可在单一实施方案中使用W覆 盖更宽范围的IR波长。
[0052] 在一些实施方案中,所述气凝胶拉可包括阻燃剂或者抑燃剂。在一些实施方案中, 抑燃剂和/或阻燃剂的浓度W重量计可为0. 1%至5. 0%、0. 2%至2. 0%和0. 3%至1.5%。 阻燃剂可为例如碱金属氧化物、碱±金属氧化物、氨氧化侣(aluminumtrihy化ate)、氨氧 化儀、氧化錬、二氧化铁、金红石砂、蜜胺化合物、基于憐酸盐的或者基于面素的化合物。在 具体实施方案中,二氧化铁粒子的直径可为约1. 18ym、0. 9至1.3ym、0. 8至1.4ym或 者0. 5至4. 0ym,W及在某些实施方案中,粒子尺寸分布的d日。可为约1. 0ym+/-.Olym、 +/-. 02iim或者+/-. 05ym。面化的阻燃剂包括例如漠化的阻燃剂度FR)如有机漠化化合 物(包括聚合物型有机漠化化合物)。在一些实施方案中,可使用提高浆液的抑或者不降 低浆液的pH的阻燃剂。运些包括例如漠化的阻燃剂。在另一组实施方案中,阻燃剂的结构 具有高的杂原子与碳原子的比率。例如,在一些拉实施方案中,杂原子与碳原子的比率可大 于0. 5至1、大于1至1或者大于2至1,W及在具体实施方案中,杂原子可为氮和/或硫。 可将抑燃剂和/或阻燃剂W足够的浓度结合至拉中,W抑制可燃性或者满足工业规格如用 于火焰和烟雾的ASTME84和用于可燃性的1354(锥形量热法)。例如,本申请公开的气凝 胶拉的火焰蔓延指数使用ASTME84可低于25、低于20、低于15、低于10、低于5或者0。相 似地,在ASTME84下释烟指数的结果可低于450、低于100、低于15、低于10、低于5或者可 为0。一些实施方案在ASTME84下得到资格"A级",从而意味着它们具有0-25的火焰蔓延 指数和0-450的释烟指数。通过使用ASTM方法E1354 (锥形量热法),在50kW/m2的传入的 热流当量,所述气凝胶拉的一些实施方案可提供低于20kW/m2、低于18kW/m2或者低于17kW/ m2的峰值放热速率。当将气凝胶拉安装在热表面上时,对最小化或者消除在所述拉中可发 生的任何放热反应可为有用的。通过使用试验如ASTM方法C411,本申请所述气凝胶拉的许 多实施方案的热表面性能可表明所述拉可用于极热表面应用中。例如,在650°C,在一些实 施方案中所得的放热曲线可在工艺溫度W上低于l〇〇°C、低于50°C或者低于25°C。湿法气 凝胶拉的实施方案可呈现例如低于20MJ/Kg、低于15MJ/Kg、低于12MJ/Kg、低于lOMJ/Kg、低 于8MJ/Kg、低于6MJ/Kg、低于4MJ/Kg或者低于3MJ/Kg的热洽。
[005引带电荷的化合物-
[0054] 在一组实施方案中,带电荷的化合物可为可在含水系统中形成乳液的任何化合物 或者化合物的混合物。带电荷的化合物可为例如阳离子的、阴离子的或者两性的。在许多 实施方案中,带电荷的化合物为可将粒子一起保留在完成的气凝胶拉中的粘合剂。在一些 实施方案中,带电荷的化合物可为聚合物如乳液聚合物(胶乳)。例如,可将水溶性或者水 基聚合物混合至气凝胶浆液中,W形成气凝胶粒子和乳化的聚合物的乳状分散体(乳液)。 本申请使用的聚合物为有机化合物,其包含重复单元和具有大于5,OOO的分子量。如果可 在抑7的水中在25°CW大于1重量%的浓度溶解,则认为聚合物是水溶性的。水基聚合物 能够在含水系统中形成乳液(胶乳)W及也可在脱水之后结合至所述气凝胶拉中。另外的 适合的带电荷的化合物包括例如天然和合成胶乳聚合物、淀粉、胶体金属氧化物如热解二 氧化娃和热解氧化侣、和水玻璃。聚合物包括均聚物和杂聚物,W及可包括一个、两个、=个 或者更多个重复单体单元。实例包括例如聚乙締醇(PVA)、丙締酸类如下基、乙基、苯乙締和 乙締基丙締酸类(例如,DowAquase愧));聚氨基甲酸醋;有机娃、丙締酷胺、链締(包括 二締如苯乙締下二締);明胶、多糖如玉米淀粉和环糊精。具体实施方案可使用一个、两个、 =个或者更多不同类型的带电荷化合物。运些化合物的平均分子量可为例如大于5, 000、大 于 10, 000、小于 500, 000、小于 1,000, 000、从 10, 000 至 1,000, 000、20, 000 至 500, 000、或 者50, 000至500, 000。在一些实施方案中,带电荷的化合物的电荷密度可为0. 2meq/g至 lOmeq/g、0. 5meq/g至lOmeq/g、Imeq/g至 8meq/g、2meq/g至 8meq/g或者 3meq/g至Tmeq/ g。添加至所述含水系统的带电荷的化合物的量可改变,W及基于带电荷化合物/水的Wt/ Wt,可为大于1:10、大于1:100、大于1:1000或者大于1:10, 000的比率。基于带电荷化合物 /气凝胶的wt/wt,所述比率可大于1:100、大于1:10、大于1:1、大于10:1或者大于100:1。 所述乳液可在延长的时间内保持稳定,或者可揽动所述浆液W保留均质体系。所述乳液可 在不溶气凝胶和其它不溶颗粒材料添加至浆液中之前或者在之后形成。 阳化日]去稳定化合物-
[0056] 为制备用于脱水和拉形成的气凝胶浆液,可使所述乳液不稳定W允许凝聚和/或 絮凝。在一些实施方案中,可添加去稳定化合物W引起凝聚和/或絮凝。去稳定化合物 可为导致乳液破乳并导致形成凝聚剂或者絮凝物的任何化合物,所述凝聚剂或者絮凝物 保留大部分气凝胶和存在的任何纤维。絮凝物可包括例如能够保留和承载含水系统中的 气凝胶粒子和纤维的聚合物基质。在一组实施方案中,可使用水溶性离子聚合物W使系 统不稳定。聚合物可结合至所述气凝胶拉中,并由此可选择与所述拉的预期最终用途相 容的聚合物。在各种实施方案中,运些聚合物的分子量可例如大于5, 000、大于10,000、 大于 100, 000 ;小于 500, 000、小于 1,000, 000、小于 50, 000, 000 ; 10, 000 至 1,000, 000、 20, 000 至 500, 000、20, 000 至 1,000, 000、50, 000 至 500, 000、1,000, 000 至 10, 000, 000 或 者1,000, 000至60, 000, 000。当带电荷的化合物带负电荷时,去稳定化合物可为阳离子聚 合物如基于聚胺的聚合物系统。例如,当所述气凝胶粒子呈现净负电荷时,可使用运种系 统。在一些实施方案中,当带电荷的化合物带正电荷时,去稳定物质可为阴离子聚合物。去 稳定化合物可呈现高电荷密度和可具有例如大于Imeq/g、大于2meq/g、大于4meq/g、大于 5meq/g或者大于6meq/g的电荷密度。去稳定聚合物的实例包括季聚胺如聚胺和聚丙締 酷胺;双氯胺树脂;聚二締丙基二甲基氯化锭(聚DADMAC),\ ;氨基硅烷;季胺官能化的娃 烧;和有机娃树脂(或者它们的乳液形式)。可将最少地促进可燃性的聚合物如聚胺用于 可燃性应最小化的应用中。非聚合物凝聚剂包括例如侣化合物如胶体氧化侣、硫酸侣、聚娃 硫酉《侣(poly曰Iuminumsilicasulf曰te)、聚氯化侣(poly曰Iuminumchloride)、氯化哲侣
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