絕熱成形體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于氣凝膠顆粒的絕熱成形體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為絕熱體，已知有泡沫材料，例如聚氨酯泡沫和酚醛泡沫(發(fā)泡基絕熱體)。所述泡沫材料表現(xiàn)的絕熱性能緣于發(fā)泡產(chǎn)生的空氣氣泡。然而，此類聚氨酯泡沫和酚醛泡沫通常具有高于空氣熱導(dǎo)率的熱導(dǎo)率。因此，使絕熱體的熱導(dǎo)率小于空氣熱導(dǎo)率對于進(jìn)一步提高絕熱性能是有利的。作為獲得熱導(dǎo)率小于空氣熱導(dǎo)率的方法，已知有使用具有低熱導(dǎo)率的氣體(例如氯氟烴)等填充發(fā)泡材料(例如聚氨酯泡沫和酚醛泡沫)的氣隙的方法。然而，用氣體填充氣隙的方法存在的顧慮在于:隨著時間的推移，填充氣體可能從氣隙中泄漏出來，其可能導(dǎo)致熱導(dǎo)率的增加。
[0003]近年來，已經(jīng)提出了基于真空的用于改善絕熱性能的方法。在這些方法中，例如，使用諸如硅酸鈣和/或玻璃纖維的多孔材料，并且它們被保持在約1Pa的真空狀態(tài)下。然而，基于真空的絕熱方法需要保持真空狀態(tài)，因此具有隨時間劣化和制備成本的問題。此夕卜，在基于真空的絕熱體中，因為它需要保持真空狀態(tài)，絕熱體的形狀會受到限制，因此它的應(yīng)用領(lǐng)域也受到嚴(yán)格限制。由于這些原因，所述基于真空的絕熱體在實際應(yīng)用中受到限制。
[0004]順便提一下，已知多孔二氧化硅細(xì)塊(所謂的氣凝膠)作為絕熱體的材料，其表現(xiàn)出比常壓下的空氣熱導(dǎo)率更低的熱導(dǎo)率。這種材料可以基于在例如US4402927、US4432956以及US4610863中公開的方法得到。根據(jù)這些方法，二氧化硅氣凝膠可通過使用烷氧基硅烷(其也被稱為“硅醇鹽”和“烷基硅酸鹽”)作為原料來制備。具體而言，所述二氧化硅氣凝膠如下獲得:在溶劑的存在下水解烷氧基硅烷，以制備作為縮聚的結(jié)果的具有二氧化硅骨架的濕膠凝化的化合物；并且在不低于所述溶劑的臨界點的超臨界條件下干燥所述濕膠凝化的化合物。作為所述溶劑，例如可以使用醇、液化二氧化碳等。氣凝膠顆粒，其是所述氣凝膠的顆粒材料，具有比空氣熱導(dǎo)率低的熱導(dǎo)率，因此用作絕熱體的原料。
[0005]參考文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:US4402927
[0008]專利文獻(xiàn)2:US4432956
[0009]專利文獻(xiàn)3:US4610863

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)問題
[0011]然而，由于所述氣凝膠顆粒重量非常輕、強度差且易碎，因此難于處理氣凝膠顆粒。此外，由于所述氣凝膠顆粒本身是脆性的，由氣凝膠顆粒模塑形成的絕熱體具有較差的強度，易于開裂和破損。為了增加絕熱體的強度，可以添加補強材料等或增加粘合劑的量，但在這種情況下，所添加的補強材料或粘合劑的增加量可能導(dǎo)致絕熱體的絕熱性能的降低。鑒于上述情況，要求通過增加氣凝膠顆粒及其模塑產(chǎn)品的強度且同時防止絕熱性能降低而同時實現(xiàn)對足夠的強度和絕熱性能兩者的要求。
[0012]考慮到上述情況而完成了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供強度高并且絕熱性能優(yōu)異的絕熱成形體及其制備方法。
[0013]解決方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明的絕熱成形體由涂布有粘合劑的第一氣凝膠顆粒和未涂布有粘合劑的第二氣凝膠顆粒的混合物模塑而成。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的絕熱成形體的制備方法包括模塑涂布有粘合劑的第一氣凝膠顆粒和未涂布有粘合劑的第二氣凝膠顆粒的混合物。
[0016]本發(fā)明的有益效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，可以獲得強度增加并且絕熱性能優(yōu)異的絕熱成形體。
【附圖說明】
[0018]圖1A是說明絕熱成形體的內(nèi)部的實例的放大示意圖；
[0019]圖1B是說明絕熱成形體的內(nèi)部的另一實例的放大示意圖；
[0020]圖2A是說明絕熱成形體的制備方法的實施例的方法的示意圖；
[0021]圖2B是說明絕熱成形體的制備方法的所述實施例的方法的示意圖；
[0022]圖2C是說明絕熱成形體的制備方法的所述實施例的方法的示意圖；
[0023]圖2D是說明絕熱成形體的制備方法的所述實施例的方法的示意圖；
[0024]圖3A是說明氣凝膠顆粒的實例的示意圖；
[0025]圖3B是說明氣凝膠顆粒的另一個實例的示意圖；
[0026]圖3C是說明氣凝膠顆粒的另一個實例的示意圖；
[0027]圖4是氣凝膠顆粒的電子顯微鏡照片；和
[0028]圖5是說明常規(guī)絕熱成形體的內(nèi)部的放大示意圖。
具體實施方案
[0029]下文將說明本發(fā)明的實施方案。
[0030]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)的材料也可以被稱為“干凝膠”，本說明書中的氣凝膠可包括干凝膠。
[0031]圖3A至圖3C顯示所述氣凝膠顆粒A的實例的示意圖。如圖3A和圖3B中所示，氣凝膠顆粒A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(S12)結(jié)構(gòu)。這種氣凝膠顆粒A可通過超臨界干燥等而獲得。氣凝膠顆粒A由微粒P (二氧化硅微粒)組成，它們彼此結(jié)合以形成三維網(wǎng)狀形狀。一種二氧化硅微粒的尺寸是:例如約l_2nm。如圖3C中所示，氣體G被允許進(jìn)入氣凝膠顆粒A的尺寸為約數(shù)十納米的孔隙。這些孔隙阻斷空氣組分(如氮氣和氧氣)的傳遞，因此有可能將熱導(dǎo)率降低到小于空氣熱導(dǎo)率的程度。例如，設(shè)置有空氣的常規(guī)絕熱體具有的熱導(dǎo)率(WLF)λ是35-45mW/m*K，但通過氣凝膠顆粒Α，絕熱體的熱導(dǎo)率(WLF) λ可以降低到約9_12mW/πι.Κ。通常，氣凝膠顆粒A具有疏水性。例如，在圖3B所示的二氧化硅氣凝膠顆粒中，大多數(shù)的硅原子(Si)鍵合到(一個或多個)烷基基團(tuán)，它們中的少數(shù)鍵合到(一個或多個)羥基基團(tuán)(OH)。因此，這種顆粒具有相對低的表面極性。
[0032]圖4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。從這張照片可以了解到，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A的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由尺寸小于1nm的線性結(jié)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P之間的模糊邊界，并且所述網(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-S1-O-)形成。
[0033]對于絕熱成形體的氣凝膠顆粒A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A。氣凝膠顆粒A的典型實例包括:由超臨界干燥法獲得的氣凝膠顆粒A以及基于液態(tài)玻璃獲得的氣凝膠顆粒A。
[0034]由超臨界干燥法得到的二氧化硅氣凝膠顆?？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，而同時凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被保持，結(jié)果