[发明专利]气凝胶组合物及其制造和使用方法

说明书

本申请是申请号为201080028717.7、申请日为2010年04月23日、发明名称为“气凝胶组合物及其制造和使用方法”的专利申请的分案申请

相关申请

本申请根据35USC119(e)要求2009年4月27日提交的美国临时申请No.61/173046的优先权，其全部内容引入本文作为参考。

背景技术

绿色建筑偏爱提供优异特性而且简单并容易地制造和使用的材料和实践。例如，良好的绝缘(绝热，insulation)减少了能量需要而且其在许多建筑项目中是重要考虑因素。

发明内容

因此，对于具有低热导率和/或组合两种或更多种所需性能(如声学性能和/或机械性能)的材料存在需要。

本发明总体涉及包含气凝胶组分的组合物以及该组合物的制造和使用方法。

在一些方面，该组合物为浆料形式且包含表面活性剂、有机或无机的粘结剂以及任选的其它成分(如纤维)。在其它方面，该组合物为浆料形式且包含气凝胶组分和高pH的水。当干燥时，浆料组合物形成能够为涂层或自支撑刚性复合材料的复合材料。优选地，该复合材料具有不大于约50mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTMC518测得。例如，自支撑刚性复合材料包含颗粒形式的气凝胶组分且具有不大于约20mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTMC518测得。

许多本文所述的组合物容易制造且使用简单。本发明的实施方案给建筑工业中所用的材料提供了优异的绝缘性能并且能被引入到或应用于覆盖或接合这样的材料。与本文所公开的一些组合物相关的疏水性能能够用于建筑外部制品(work)或其它涉及湿环境的场合。气凝胶的存在能够减少材料的整体重量(其为许多建筑项目中的重要考虑因素)。在天花板涂刷等中，同时具有粘着性和轻的重量会是特别有利的，在这些领域中，它们能够减少剥离或错位。在许多实施方案中，本文所述的复合材料具有优异的阻燃性能和/或适用于降低声音或噪音应用的声学阻尼性能。

在一些实施方案中，本文所公开的组合物采用减少的成分数量制备并同时保持优异的性能。例如，使用无机粘结剂或含无机粘结剂的配制物、但不同时使用这两者，能够简化制备方案并降低成本。成分的数量也能够通过将气凝胶与高pH的水相组合和/或通过利用具有粘结和表面活化性能两者的化合物来降低。

附图说明

在附图中，相同的标号在不同的图中是指相同的部分。这些图不一定按比例；而是将重点放在说明本发明的原理上。在这些图中：

图1是具有超低热导率且根据本发明的实施方案制造的20cm×20cm自支撑刚性复合材料的照片。

图2是扫描电子显微镜(SEM)图，其示出了在根据本发明实施方案的复合材料中的气凝胶区域和薄浆(grout)区域。

图3是根据本发明实施方案的复合材料的SEM图，该复合材料包含纤维并采用高pH的水制备。

具体实施方式

现在将参考附图对本发明的上述和其它特点(包括结构的各种细节和各部分的组合)以及其它优点进行更具体的描述，并将它们在权利要求书中指明。应当理解，体现本发明的具体方法和设备是为了说明而示出的，且它们不作为本发明的限制。本发明的原理和特点可用于不同且数量众多的实施方案中，且不脱离本发明的范围。

本发明总体涉及组合物、该组合物的制造方法以及该组合物的使用方法。

本文所公开的组合物能够具有以下形式：干混物；溶液；分散体；悬浮体；浆料；糊料；干燥或固化的产品，例如固体如自支撑刚性复合材料；多层复合材料，其例如通过将气凝胶毡层压在一起而制造；以及诸如此类。该组合物能够形成各种制品、涂覆在各种制品上、或引入到各种制品中。

通常地，该组合物包含气凝胶组分。气凝胶是具有大的粒内孔体积的低密度多孔固体，并且，其典型地通过从湿凝胶中除去成孔液体(poreliquid)来产生。然而，由于在凝胶孔隙中的毛细力(其能够引起凝胶收缩或致密化)，干燥工艺可被复杂化。在一种制造方法中，通过使用超临界干燥，基本上消除了三维结构的坍塌。湿凝胶也能够采用环境压力进行干燥，这也称为非超临界干燥方法。当例如应用于基于二氧化硅的湿凝胶上时，在干燥之前进行的表面改性如封端防止了在经干燥的制品中的永久性收缩。该凝胶在干燥过程中仍然能够收缩，但回弹恢复其原来的孔隙率。

称为“干凝胶”的制品也由已经自其中除去液体的湿凝胶获得。该术语通常是指在干燥过程中通过毛细力压缩的干的凝胶，其特征在于固相网络的永久性改变和坍塌。