[发明专利]高效隔热的二氧化硅气凝胶产品的改进生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产纯的和柔性片材形式的二氧化硅气凝胶的改进方法，所述二氧化硅气凝胶具有增强的对高温下的辐射传热的抑制和加强的隔热性质。更具体地，涉及一种用于生产二氧化硅气凝胶隔热产品的方法，所述隔热产品具有在二氧化硅气凝胶中原位形成的金属氧化物纳米颗粒。使用小部分红外遮光剂材料将新途径用来实现在高温下的辐射传热。通过本发明所述方法制备的二氧化硅气凝胶柔性片材产品，其二氧化硅气凝胶含量高于通过已知方法制备的片材。该片材能够表现出更高的隔热性质。

背景技术

已知气凝胶为超低密度、纳米多孔、人造材料，其独特地结合了隔音、隔电和隔热的能力。关于其制备、性质和应用，已有大量相关文献。到目前为止，科研人员已经进行了大量的研究，以了解相关反应参数之间的关系，所述反应参数包括孔隙率、在多种条件下的隔热行为、改变组成、具有诸如亲水性和疏水性的不同功能，交联以具有柔性机械性能等。在上述多个方面已有或还将产生大量的专利技术。气凝胶以多种形式(如颗粒、片材等)进行商业生产。

相关文献中介绍了各种气凝胶应用，如隔热体、宇宙集尘器、药物递送载体、吸音器、超级电容器、电池中的电极材料、燃料电池等。从中可见，隔热是最流行、很好研究和已经验证的应用，并且在许多隔热领域，都对此进行了探索，如工业、航空航天、纺织、鞋类、运动用品、热冷储存器、汽车、建筑等。

气凝胶是最好的隔热体，因为其低密度和纳米多孔形态分别由于其中低固体含量和较小孔径而通过传导和转化过程使传热最小化。二氧化硅气凝胶结构在较高温度下是稳定的，以便在高达1000℃下保持隔热性质。二氧化硅气凝胶具有较小的红外辐射吸收特性，这会促进热传递，环境温度下这种传热程度最低，而由于较高的辐射率，在较高温度下这种促进还会增加。通常通过将红外吸收或反射材料掺入气凝胶中来解决该问题。

二氧化硅气凝胶用作隔热材料的另一个重要特征是疏水性。通常所有常规隔热材料，如玻璃棉，当吸收大气湿度时，隔热性能随时间而急剧降低，这是由于水具有较高的导热性。气凝胶中的疏水性使其可保持良好的性能若干年，因为其隔离湿气。

纯的气凝胶是脆性的，因此其在大规模商业应用中的使用受到限制。然而目前，纯气凝胶被用作了制造隔热复合物的添加剂并用于许多应用中。为寻找其不同的便利形式而进行了若干努力。主要成果诸如开发出了颗粒形式的气凝胶以及其与纤维的复合物，其给出柔性性质的片材。气凝胶颗粒通过制造复合物，在基底之间的夹层等用作隔热体。我们已经申请了为制造二氧化硅气凝胶颗粒所开发的新方法的专利(申请号2406/DEL/2010)。据发现，对于大多数隔热应用而言，柔性片材是最合适和方便的。

片材的制造主要通过制备气凝胶与纤维材料的复合物来进行。将气凝胶粉末与纤维和一些粘合剂混合，然后通过轧制以片材形式压延混合物是一种专利方法。在另一种方法中，通过将纤维毯浸泡在二氧化硅溶胶中，随后使溶胶胶凝化以形成凝胶-纤维复合片材，然后在超临界条件下进一步干燥以形成柔性气凝胶片材来制备柔性片材。在该片材上，由气凝胶填充纤维毯的孔。气凝胶在片材中加载的限制因素是纤维毯中的孔隙率。所述毯可以有多种密度，而商业上和常用的最低密度通常约为100g/m³。这导致在给定厚度的片材中气凝胶的最大负载量为50wt％至60wt％。

将引起红外辐射遮蔽(opacification)的其它添加剂混合在复合气凝胶片材中，有利于在高于环境温度下使辐射传热最小化。将气凝胶片材包封在不同的织物中，以得到保护罩的聚合物也已申请专利。

本发明的目的是通过将气凝胶颗粒夹在两个气凝胶片材之间来掺入气凝胶颗粒从而增加片材中的气凝胶含量。第二个目的是通过使用在二氧化硅凝胶形成期间原位制备的纳米添加剂来改善IR遮蔽功能。

现有技术