[發明專利]制備氣凝膠的方法和氣凝膠-復合材料

有效

• 申請號: 201680008829.3
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN107531494B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: L.胡伯;I.卡姆-米祖斯科維克
• 申請（專利權）人: 弗盧姆羅股份有限公司
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158;C01B33/159;C04B30/02;C04B38/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周鐵;楊思捷

本發明涉及制備氣凝膠的方法和借助該方法制備的由氣凝膠和礦物材料構成的復合材料。通過將其在硝酸存在下用HMDSO疏水化，從而能夠得到具有18 mW/mK的導熱系數的基于硅酸鹽/酯制備的氣凝膠材料。

技術領域

本發明涉及根據權利要求1的前序部分的制備氣凝膠的方法以及借助該方法獲得的作為高性能絕熱材料的復合材料。

背景技術

氣凝膠具有低密度、 50nm范圍開孔的大孔隙率和大內表面。由此產生低熱導率。相應地，氣凝膠也適合作為絕熱材料。但是，高孔隙率也導致氣凝膠的低機械穩定性。

因此，近幾年推薦源自纖維材料和氣凝膠的復合材料。這樣的復合材料可以例如用作絕熱材料。在WO 93/06044中例如公開了具有下列方法步驟的制備氣凝膠基體復合材料的方法：

- 制備氣凝膠-前體，

- 將該氣凝膠-前體與纖維混合，

- 使含有這些纖維的氣凝膠-前體老化以制備凝膠，

- 將該凝膠浸入適合于超臨界干燥的溶劑中，并

- 使該凝膠在超臨界條件下干燥。

適合作為可以嵌入在氣凝膠中的纖維尤其還是玻璃或石棉纖維。但是所述方法的缺點是，必須在超臨界條件下使該凝膠干燥，為此高壓釜必須進行通常至少一次溶劑交換。這是非常昂貴和費時的過程。這種干燥需要特定的裝置消耗（用于臨界點干燥的壓力反應器；例如在74bar/30℃下干燥CO₂）。因此，氣凝膠的超臨界干燥僅適用于小型配制和在實驗室規模中。

由于凝膠的超臨界干燥昂貴，研發一種在低于150℃下在循環空氣流中和常壓下也可以進行凝膠的亞臨界干燥的方法。在凝膠的亞臨界干燥過程中，應使生成的凝膠的游離Si-OH基團首先失活以進行進一步的濃縮。這例如通過將三甲基氯硅烷添加至凝膠來實現（參見F. Schwertfeger, D. Frank, M. Schmidt, ''Hydrophobic waterglass basedaerogels without solvent exchange or supercritical drying, Journal of Non-Crystalline Solids, 225 (1998), 第24-29頁）。在此，三甲基氯硅烷與凝膠的硅酸鹽/酯表面的OH基團反應并消去HCl。通過硅酸鹽/酯表面的疏水化，水從凝膠的孔隙中擠出。六甲基二硅氧烷和過量三甲基氯硅烷形成有機相并留在凝膠的孔隙中。生成的鹽酸首先使水相飽和，然后在更高濃度下逸出到氣相中。

但是，所述方法的缺點是，不能結合石棉纖維使用，因為釋放的鹽酸將石棉纖維部分地溶解。石棉的至少52重量%由酸溶性成分（金屬氧化物如Al₂O₃、CaO、MgO和Fe₂O₃）構成。出于這一原因，目前使用基于玻璃棉的氣凝膠，其一方面在酸性pH下足夠穩定，但另一方面在燃燒情況下僅具有不足的溫度強度。

WO 94/25149描述了制備高孔隙率干凝膠的方法，其中凝膠表面用表面改性化合物進行疏水化，以在干燥前降低凝膠孔隙中的毛細管壓力，以使凝膠在最終的干燥步驟中不萎陷。該方法由老化、清洗和干燥步驟的次序構成。所述方法非常昂貴，因為在用三甲基氯硅烷進行疏水化之前和之后，必須用非質子溶劑清洗該凝膠。缺點還是在疏水化過程中釋放的鹽酸，其例如會腐蝕石棉纖維。

DE-OS-196 48 798描述了通過含水凝膠的表面改性（沒有預先的溶劑交換）和隨后的干燥來制備有機改性的氣凝膠的方法。作為硅烷基化劑，優選使用六甲基二硅氧烷（HMDSO）。在此，此外還可以存在堿或酸作為疏水化反應的催化劑。