[发明专利]具有水可分散聚氨酯粘合剂的无机纳米多孔颗粒

说明书

发明领域

本发明涉及制品、制造制品的方法和使用制品的方法。所述制品包含使用水可分散聚氨酯粘合剂粘合在一起的无机纳米多孔粒子。相关技术描述

无机纳米多孔材料，如气凝胶材料，提供极大的热绝缘特性。然而，由于成本和脆弱的机械性质，气凝胶材料目前没有用于建筑和建造应用中。制备建造尺度的独立板材的气凝胶材料目前不可行，肯定不在传统的绝缘泡沫板和板材的成本范围内。用于产生气凝胶的部分方法要求从纳米孔结构中去除大体积的溶剂，典型地通过在高压釜中用超临界二氧化碳萃取或通过其他苛刻的干燥方法。对于建造尺度的独立板材，这种方法是艰难的。虽然如此，气凝胶在研磨力下往往易碎并容易粉碎成粉末，这在建造现场的处理过程中是常见的。因此，希望开发气凝胶状材料的板材，其比浇铸单独的气凝胶板材成本更低并且比单独的气凝胶板材更不易碎。

已经有许多尝试制备比单独的气凝胶板材更适合于建造应用的含气凝胶的绝缘材料。例如，有结合包含气凝胶成分的聚合物泡沫基质的组合物。US2008/0287561描述了含分散于聚合物基质的气凝胶粒子的聚合物泡沫。所述气凝胶粒子需要涂层以阻止聚合物渗透入气凝胶材料的孔中。US6,136,216描述了气凝胶和发泡的明胶的组合物。所述组合物可成形为各种形状。US5,137,927描述了含分散于其中的气凝胶粒子的聚苯乙烯泡沫。WO2007/146945A2描述了柔性开孔泡沫/气凝胶复合材料。在每个这些参考文献中，泡沫粘合剂含气凝胶粒子。

其他的技术使用非发泡的粘合剂以将气凝胶粒子粘合在一起。US2010/0080949描述了使用聚合物/二氧化硅杂化气凝胶粒子或珠与粘合剂共价键合以制备气凝胶复合材料。该发明的气凝胶粒子是无机和有机材料的杂化。US5,656,195描述了气凝胶模塑制品，其需要基于气凝胶重量的0.5-10wt％的页硅酸盐和/或粘土矿物以改善断裂强度。US2004/0077738描述了层状绝缘制品，其包括含气凝胶的成分，和水性粘合剂及可能降低制品密度的中空非多孔粒子。

在气凝胶结构中除了低密度和热绝缘性质之外，柔性是期望的，特别是用于其中绝缘材料可能需要符合运输、处理和应用的各种形状的建筑和建造绝缘应用中。美国国家航空和航天局(The United States National Aeronautics and Space Administration)已经报道了关于在气凝胶结构上包含聚合和化学键合涂层的柔性交联气凝胶整体制品的最新进展(参见出版物LEW-18265-1，日期为09年4月6日)。在用二异氰酸酯分子交联的胺改性气凝胶整体料中，某种程度的柔性也很明显(参见Capadona等，Polymer 47(2006)5754-5761)。这些方法都需要浇铸单个气凝胶整体交联结构，其是对建造尺度绝缘制品是艰难的任务的方法。

期望一种热绝缘结构，特别是柔性热绝缘结构，其主要包含用粘合剂粘合在一起的无机纳米多孔粒子如气凝胶粒子，但在无机纳米多孔粒子上没有功能性涂层。还更期望那种不需要在无机纳米多孔粒子上的涂层、不需要存在中空非多孔粒子或不需要存在页硅酸盐或粘土矿物以实现低密度、弹性和强度的结构。

发明简要概述

本发明实施方式的目标是提供低密度热绝缘材料，其主要由无机纳米多孔粒子制备组成，但可以是柔性的，并且其不需要在无机纳米多孔粒子上的功能性涂层、不需要存在中空非多孔粒子或不需要存在页硅酸盐或粘土矿物，以实现柔性和强度。使用非发泡粘合剂实现上述目标也是本发明的实施方式的目标。

令人惊讶地，本发明提供了这个目标的解决方法，其通过使用水可分散聚氨酯作为无机纳米多孔粒子的粘合剂形成无机纳米多孔粒子的制品。

在第一方面，本发明是包含通过水可分散聚氨酯粘合在一起的无机纳米多孔粒子的制品，所述制品包含基于制品总体积的75体积％或更多的无机纳米多孔粒子，并具有0.14g/cm³或更小的密度和25mW/m·K或更低的热传导率和至少0.5cm的厚度。