[發(fā)明專利]用于制備氣凝膠材料的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111139256.7
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN114408931A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.凱貝爾;趙善宇;S.布倫納;C.西門
• 申請（專利權(quán)）人: 瑞士材料試驗研究所
• 主分類號: C01B33/145
• 分類號: C01B33/145;C01B33/155;C01B33/158;E04B1/78
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 任麗榮

本發(fā)明涉及一種用于制備氣凝膠材料的方法，其包括以下步驟：a)在含醇的溶劑混合物中制備氧化硅溶膠；b)通過添加堿引發(fā)所述溶膠的凝膠化，其中形成凝膠，并且任選地老化該凝膠；c)使任選經(jīng)老化的凝膠疏水化；d)通過亞臨界干燥去除所述溶劑混合物，其中形成氣凝膠材料。在步驟a)中形成的氧化硅溶膠包含至少一種酸可催化活化的疏水化試劑，其中所述疏水化試劑在所述溶膠中的體積分?jǐn)?shù)為5至60％。步驟c)中的疏水化是通過釋放或添加至少一種與疏水化試劑配合作用的疏水化催化劑而引發(fā)的。

本申請是申請日為2014年7月28日，申請?zhí)枮?01480050734.9，發(fā)明名稱為“用于制備氣凝膠材料的方法”的在先申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于制備氣凝膠材料的方法。本發(fā)明還涉及一種由氣凝膠材料制成的隔熱板以及一種用于制備氣凝膠材料的前體制品。

現(xiàn)有技術(shù)

氣凝膠在樓宇技術(shù)中作為高隔熱絕緣材料得到越來越多的應(yīng)用。已知許多用于制備氣凝膠的方法。自二十一世紀(jì)以來，隨著這些材料越來越多地被工業(yè)化，這種情況下應(yīng)用的制備工藝不斷被簡化。作為硅酸鹽供體基本上可分為水玻璃(硅酸鈉)和諸如正硅酸四乙酯(TEOS)和正硅酸四甲酯(TMOS)的基于醇化物(Alkoxid)的化合物，這些硅酸鹽供體對進一步的合成步驟有者顯著的影響。作為疏水化試劑或硅烷化試劑主要使用六甲基二硅胺(HMDS)、三甲基氯硅烷(TMCS)和六甲基二硅醚(HMDSO)。

制備氣凝膠材料的關(guān)鍵步驟是干燥濕凝膠。早先，慣常僅使用超臨界干燥，即，來自超臨界流體(通常為低級醇，后來還有CO₂)的干燥。通過疏水凝膠的溶劑干燥(亞臨界干燥)能夠制備性能與超臨界干燥的氣凝膠幾乎等同的材料。這些材料最初按照經(jīng)典定義被命名為干凝膠(Xerogele)，該術(shù)語甚至現(xiàn)今仍然被用于從溶劑干燥的氣凝膠。接下來基于材料特性(密度0.20g/cm³，孔隙率85％，孔徑20至80nm)的定義也被用于經(jīng)亞臨界干燥的材料并且將這樣的材料同樣稱為氣凝膠。

這些現(xiàn)今仍然比較昂貴的絕緣材料的主要成本項在于昂貴的過程控制、溶劑、溶劑損失和與此關(guān)聯(lián)的VOC釋放以及原料和疏水化試劑。制備過程的開發(fā)旨在節(jié)省所提及的所有成本項，其中迄今為止經(jīng)歷了以下發(fā)展歷史。

早先的專利文件WO 1995/006617 A1描述了使用水玻璃作為低成本的硅酸鹽供體。硅酸鹽凝膠的形成如下進行：通過用酸中和水玻璃溶液直到pH值為7.5至11并且接下來通過水洗去除凝膠中所含的鈉離子。將水性孔隙液體換成醇的溶劑交換允許通過在高壓釜中加熱而從超臨界醇進行干燥。該過程是非常耗時且耗能的。另外，由于所應(yīng)用的高壓和高溫結(jié)合醇的可燃性，用超臨界醇進行操作存在重大安全隱患。

重要的突破是，歸功于含溶劑的疏水凝膠，在常壓下的干燥得以簡化。例如，由Anderson,Scherer及其同事在學(xué)術(shù)文獻中描述了該方法[J.Non.Cryst.Solids,1995,186,104-1 12]。該方法很快為人所知并且推動了硅酸鹽氣凝膠的新的制備過程。專利US 5,565,142描述了這樣的制備方法。

WO 1998/005591 A1涉及一種用于有機改性的永久疏水性氣凝膠的制備方法。與WO 1995/006617 A1中的情況相同，源自水玻璃溶液的SiO₂凝膠借助通過酸的中和而形成，或者在形成硅溶膠后通過離子交換和隨后的堿的添加而形成。pH值在凝膠化的過程中通常為4至8。濕凝膠在有機溶劑中被清洗，直到含水量低于5％并且隨后被疏水化。在常壓下通過蒸發(fā)溶劑進行干燥，獲得作為顆粒的氣凝膠材料。