热绝缘体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包含气凝胶颗粒的热绝缘体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 业已提出包含气凝胶颗粒的热绝缘体（参见专利文献1和2)。通过用粘合剂（粘 结剂）粘合多个气凝胶颗粒，将所述热绝缘体模塑成期望的形状。
[0003] 参考文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献 1:JP 2012-525290A
[0006] 专利文献 2:JP H10-147664A
【发明内容】
[0007] 技术问题
[0008] 然而，由于气凝胶颗粒本身是脆性的，通过模塑所述气凝胶颗粒形成的热绝缘体 的产品具有较差的强度，易于开裂和破损。为了增加热绝缘体的强度，可以增加粘合剂的 量，但在这种情况下，粘合剂的增加量可能导致热绝缘体的绝热性能的降低。详细地讲，如 图7中所示，如果粘合剂的量增加，气凝胶颗粒1的整个表面将被粘合剂102覆盖，并且相 邻气凝胶颗粒1和1之间的空间也将填充有粘合剂102。因此，粘合剂102促进热绝缘体 10的前表面和后表面之间的热传导，而这将劣化热绝缘体10的绝热性能。
[0009] 鉴于上述情况，存在对通过增加其强度且同时防止绝热性能降低而同时实现对足 够的强度和绝热性能两者的要求的热绝缘体的需求。
[0010] 考虑到上述情况而完成了本发明，其目的是提出强度更高并且绝热性能优异的热 绝缘体及其制备方法。
[0011] 技术解决方案
[0012] 根据本发明的热绝缘体是通过用至少一个粘合剂部分粘合多个气凝胶颗粒形成 的热绝缘体。所述多个气凝胶颗粒的表面是疏水性的。所述多个气凝胶颗粒的所述表面用 表面活性剂处理。所述至少一个粘合剂部分具有在所述多个气凝胶颗粒中的至少三个的表 面上延伸的分支结构部分。
[0013] 制备根据本发明的热绝缘体的方法是通过用至少一个粘合剂部分粘合多个气凝 胶颗粒来制备热绝缘体的方法。在本方法中，所述多个气凝胶颗粒的表面是疏水性的，用于 形成所述至少一个粘合剂部分的粘合剂是粉末，并且包括热固性树脂，而且熔融状态下的 所述粘合剂的溶解度参数等于或大于11。所述方法包括：混合所述多个气凝胶颗粒、所述 粘合剂以及表面活性剂；然后，固化所述粘合剂，使得所述多个气凝胶颗粒被所述至少一个 粘合剂部分粘合。
[0014] 在所述方法中，优选地，所述多个气凝胶颗粒的平均粒径等于或大于100 μ m。
[0015] 在所述方法中，优选地，所述表面活性剂被固定到所述多个气凝胶颗粒的表面上。
[0016] 在所述方法中，优选地，每100质量份所述多个气凝胶颗粒中加入5-40质量份所 述粘合剂。
[0017] 本发明的有益效果
[0018] 在本发明中，所述热绝缘体是通过用至少一个分支状的粘合剂部分粘合多个气凝 胶颗粒形成的，从而，与多个气凝胶颗粒用粘合剂颗粒粘合相比，所述多个气凝胶颗粒可牢 固地彼此粘合，并因此能够增加热绝缘体的强度。此外，与气凝胶颗粒的整个表面被覆盖时 相比，热桥的发生被更好地抑制，因此根据本发明的热绝缘体的绝热性能优异。
【附图说明】
[0019] 图IA和图IB显示根据本发明的实施方案的实例，图IA是说明所述实施方案的整 体结构的示意图，并且图IB是说明所述实施方案的部分结构的放大示意图。
[0020] 图2A-图2C是说明气凝胶颗粒的实例的示意图。
[0021] 图3是气凝胶颗粒的电子显微镜照片。
[0022] 图4是说明根据本发明的制备方法的实例的示意图。
[0023] 图5A-图是显示根据本发明的制备方法的实例的截面图。
[0024] 图6A是根据实施例1的热绝缘体的X射线CT (计算机断层扫描）图像，图6B是 根据比较例1的热绝缘体的X射线CT图像，并且图6C是根据比较例2的热绝缘体的X射 线CT图像。
[0025] 图7是说明传统实施例的截面图。 具体实施方案
[0026] 下文将说明本发明的具体实施方案。
[0027] 如图IA和图IB所示，根据一个实施方案的热绝缘体10是通过至少一个粘合剂部 分2粘合多个气凝胶颗粒1形成的。所述多个气凝胶颗粒1的表面是疏水性的。所述多个 气凝胶颗粒1的表面用表面活性剂处理。所述至少一个粘合剂部分2具有在所述多个气凝 胶颗粒1中的至少三个的表面上延伸的分支结构部分。
[0028] 气凝胶是多孔材料（多孔体），其通过干燥凝胶以使气体置换包含在凝胶中的溶 剂而获得。气凝胶的颗粒材料被称为气凝胶颗粒。气凝胶的已知实例包括二氧化硅气凝胶、 碳气凝胶以及氧化铝气凝胶，其中优选使用二氧化硅气凝胶。二氧化硅气凝胶具有优异的 绝热性能，易于制备，并且制备成本低，因此与其它类型的气凝胶相比容易获得。需要注意 的是，作为凝胶中的溶剂完全挥发的结果而制备出的具有含气隙的网状结构的材料可以被 称为"干凝胶"，但在本说明书中的气凝胶可包括干凝胶。
[0029] 图2A至2C显示出所述气凝胶颗粒的实例的示意图。如图2A和图2B中所示，气 凝胶颗粒1是二氧化硅气凝胶颗粒，并且是具有尺寸为约数十纳米（例如在20-40nm的范 围内）的孔隙的二氧化硅（SiO2)结构。这种气凝胶颗粒1可通过超临界干燥等而获得。气 凝胶颗粒1由微粒11 (二氧化硅微粒）组成，它们彼此结合以便形成三维网状形状。一种 二氧化硅微粒的尺寸是：例如约l_2nm。如图2C所示，气体20被允许进入气凝胶颗粒1的 尺寸为约数十纳米的孔隙。这些孔隙阻断空气组分（如氮气和氧气）的传递，因此有可能 将热导率减少到小于空气的热导率的程度。例如，设置有空气的常规热绝缘体具有的热导 率（WLF) λ是35-45mW/m · K，但通过气凝胶颗粒，热绝缘体的热导率（WLF) λ可以降低到 约9-12mW/m*K。通常，气凝胶颗粒1具有疏水性。例如，在图2Β所示的二氧化硅气凝胶 颗粒中，大多数的硅原子（Si)通过一个或多个氧原子（O)结合到（一个或多个）烷基基团 ((一个或多个）甲基基团：CH3)，它们中的少数结合到（一个或多个）羟基基团（OH)。因 此，这种二氧化硅气凝胶颗粒具有相对低的表面极性。
[0030] 图3是二氧化硅气凝胶颗粒的电子显微镜照片。这种二氧化硅气凝胶颗粒由超临 界干燥法获得。从这幅图还可以了解到，二氧化硅气凝胶颗粒具有三维立体网状结构。典 型地，气凝胶颗粒1的网状结构由具有的尺寸小于IOnm的线性粘合的二氧化硅微粒形成。 需要注意的是，所述网状结构可以具有微粒之间的模糊边界，并且网状结构的一些部分可 以由线性延伸的二氧化硅结构（-O-Si-O-)形成。
[0031] 对于热绝缘体的气凝胶颗粒没有特别的限制，并且可以使用由常用的制备方法得 到的气凝胶颗粒。气凝胶颗粒的典型实例包括：由超临界干燥法得到的气凝胶颗粒以及基 于液态玻璃获得的气凝胶颗粒。
[0032] 由超临界干燥法得到的气凝胶颗粒可如下获得：通过用液相反应方法的溶胶-凝 胶法聚合原料来制备二氧化硅颗粒；并且通过超临界干燥除去其溶剂。例如，烷氧基硅烷 (其也被称为"硅醇盐"或"烷基硅酸盐"）被用作原料。烷氧基硅烷在溶剂的存在下水解， 以生成作为缩聚结果的具有二氧化硅骨架的湿胶凝化的化合物，然后，湿胶凝化的化合物 在超临界条件下干燥，其中的温度和压力等于或大于溶剂的临界点的温度和压力。溶剂可 以是醇、液化二氧化碳等。根据超临界条件下的凝胶化合物的干燥，其溶剂被除去，而凝胶 的网状结构被保持，结果是可以得到气凝胶。气凝胶颗粒，其是气凝胶的颗粒材料，可以通 过将包括溶剂的凝胶粉碎成颗粒，然后通过超临界干燥来干燥包括溶剂的凝胶的颗粒来获 得。可替代地，气凝胶颗粒可通过粉碎作为超临界干燥结果获得的气凝胶的块状体得到。
[0033] 作为气凝胶颗粒的原料的烷氧基硅烷不受到特别限制，但也可以是双官能烷氧基 硅烷、三官能烷氧基硅烷、四官能烷氧基硅烷或它们的组合。双官能烷氧基硅烷的实例包括 ^甲基^甲氧基硅烷、^甲基^乙氧基硅烷、^苯基^乙氧基硅烷、^苯基^甲氧基硅烷、 甲基苯基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷以及二乙基二甲氧 基硅烷。三官能烷氧基硅烷的实例包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧 基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷和苯