絕熱片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及絕熱片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]廣義的氣凝膠表示“以空氣為分散介質(zhì)的凝膠”，其是通過干燥適當(dāng)?shù)哪z而制造的凝膠。此處，廣義的“氣凝膠”包含狹義的氣凝膠、干凝膠，以及冷凍凝膠。
[0003]狹義的凝膠稱呼根據(jù)干燥方法的差異而區(qū)別使用，使用超臨界干燥法制造的凝膠稱為氣凝膠，在常壓下干燥制造的凝膠稱為干凝膠，通過冷凍干燥制造的凝膠稱為冷凍凝膠。根據(jù)干燥方法的差異而存在若干狹義稱呼的原因可以認(rèn)為是，本領(lǐng)域中在氣凝膠的制造工序中，最重要的工序在于從凝膠中除去溶劑的干燥方法。
[0004]已知1931年由S.S.Kister最初合成的、由硅酸粒子構(gòu)成的二氧化硅氣凝膠(非專利文獻(xiàn)1)，盡管不含C02、環(huán)戊環(huán)等導(dǎo)熱系數(shù)低的發(fā)泡氣體，但由于具有構(gòu)成空氣的分子的平均自由程(68nm)以下的細(xì)孔徑，因此具有優(yōu)良的絕熱效果。
[0005]二氧化硅氣凝膠與作為通用的絕熱材料的發(fā)泡聚氨酯(PU)、發(fā)泡苯乙烯(EPS)或真空絕熱材料(VIP)不同。對于其絕熱性能，幾乎觀察不到經(jīng)年變化，而且具有400°C以上的耐熱性。因此，其作為新一代的絕熱材料而受到關(guān)注。
[0006]通過低導(dǎo)熱系數(shù)的氣體發(fā)泡的PU、EPS，由于氣體經(jīng)時(shí)逸出，因此絕熱性能變差，而且還存在有耐熱性不足的問題。此外，雖然VIP具有幾mW/mK的優(yōu)良絕熱性能，但其存在有在真空封入芯材時(shí)微量的空氣分子從通過熱熔融接合的部分經(jīng)時(shí)地混入，導(dǎo)致真空度降低而產(chǎn)生經(jīng)年劣化的問題，以及耐熱性為100°C左右等問題。
[0007]二氧化硅氣凝膠在經(jīng)年劣化、耐熱性方面比現(xiàn)有的絕熱材料優(yōu)良，其具有15mW/mK左右的優(yōu)良導(dǎo)熱系數(shù)。然而，由于在二氧化硅氣凝膠中，形成了由幾十nm級的二氧化硅粒子通過點(diǎn)接觸而連接成的念珠狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此機(jī)械強(qiáng)度不太高。因此，為了克服該脆性，進(jìn)行了通過將二氧化硅氣凝膠與纖維、無紡布以及樹脂等復(fù)合化而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度提高的研究。
[0008]例如，已知有通過在干燥狀態(tài)下將氣凝膠和結(jié)晶性高分子進(jìn)行混合及熱處理，從而制造由高分子包覆的氣凝膠的方法(專利文獻(xiàn)1)。這時(shí)，由于相對氣凝膠以體積比為1:1或1:2的比率添加高分子，因此機(jī)械強(qiáng)度提高。然而，熔融的高分子浸透到氣凝膠的納米尺寸的空隙中，導(dǎo)致氣凝膠部分地樹脂化。由此存在有導(dǎo)熱系數(shù)變高的問題。
[0009]此外，為了干凝膠骨架的強(qiáng)化，已經(jīng)報(bào)道了使原料溶液含浸于纖維中而制造隔熱材料的方法(專利文獻(xiàn)2)，然而在該情況下，二氧化硅干凝膠粒子從表面剝離或脫落成為問題。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]非專利文獻(xiàn)
[0012]非專利文獻(xiàn)1:Nature，127，741 (1931)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-73731號公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)2:日本特表平10-504793號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]發(fā)明所要解決的問題
[0017]在纖維和二氧化硅干凝膠的復(fù)合材料中，尚無用于防止二氧化硅干凝膠的凝膠微粒脫離和脫落的有效方法。因此，其在不允許絕熱性能下降和顆粒混入的電子機(jī)器領(lǐng)域的發(fā)展受到阻礙。結(jié)果，雖然二氧化硅干凝膠是優(yōu)良的絕熱材料，但很難利用。
[0018]本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)熱系數(shù)小、機(jī)械強(qiáng)度高、以二氧化硅氣凝膠為基材的絕熱片及其制造方法。
[0019]用于解決問題的方法
[0020]為了解決上述問題，使用一種含有二氧化硅干凝膠和無紡布的絕熱片，其中，二氧化硅干凝膠和無紡布通過具有反應(yīng)性有機(jī)官能基的硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)交聯(lián)。
[0021]此外，還使用一種絕熱片的制造方法，其包括:以具有作為水玻璃和膠體二氧化硅的中間尺寸的1?10nm的粒子尺寸的高摩爾硅酸水溶液為原料，向其中添加酸制備溶膠的制備工序，或者以水玻璃為原料，通過離子交換從水玻璃中除去鈉后，添加堿制備溶膠溶液的制備工序；使溶膠含浸于無紡布的含浸工序；在50?100°C下通過脫水縮合進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到水凝膠的脫水縮合工序；使用具有由131(01?)“表示的反應(yīng)性有機(jī)官能基的硅烷偶聯(lián)劑使水凝膠表面疏水化的疏水化工序；在80°C以下干燥疏水化后的水凝膠的干燥工序；和加熱至100°C以上，使上述作為反應(yīng)性有機(jī)官能基的Y開環(huán)聚合，從而使二氧化硅干凝膠和無紡布結(jié)合的聚合工序，由YnSi(0R)4n表示的硅烷偶聯(lián)劑中，作為反應(yīng)性有機(jī)官能基的Y是環(huán)氧丙氧基丙基、3，4-環(huán)氧環(huán)己基乙基、苯乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸甲酯基、乙烯基及其衍生物、巰丙基、氨基丙基中的任意一種，R為甲基、乙基、丙基中的任意一種，η為1?3。
[0022]發(fā)明效果
[0023]本發(fā)明的絕熱片即使在長時(shí)間的使用中也不會產(chǎn)生二氧化硅干凝膠從無紡布纖維上剝離或脫落的情況。因此，其能夠在不允許絕熱性能下降和顆粒混入的電子機(jī)器中使用。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的絕熱片的制造方法，可以制造上述絕熱片。
【附圖說明】
[0025]圖1是說明實(shí)施方式中通過具有反應(yīng)性有機(jī)官能基的硅烷偶聯(lián)劑使二氧化硅干凝膠與無紡布纖維交聯(lián)的圖。
[0026]圖2是說明實(shí)施方式的整體工藝的圖。
[0027]圖3是說明實(shí)施方式的疏水化工序的化學(xué)鍵狀態(tài)的圖。
[0028]圖4是說明通過具有反應(yīng)性有機(jī)官能基的硅烷偶聯(lián)劑使二氧化硅干凝膠與無紡布纖維交聯(lián)的圖。
[0029]圖5是說明實(shí)施方式中通過硅烷偶聯(lián)劑使二氧化硅干凝膠彼此交聯(lián)的圖。
[0030]圖6是說明實(shí)施方式中通過具有反應(yīng)性有機(jī)官能基的硅烷偶聯(lián)劑使二氧化硅干凝膠與無紡布纖維交聯(lián)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]對一種實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0032](二氧化硅干凝膠101)
[0033]實(shí)施方式的二氧化硅干凝膠101由以水玻璃(硅酸鈉水溶液)作為原料，通過離子交換樹脂或電滲析法對其進(jìn)行離子交換，并向脫鈉后的硅酸水溶液中加入堿而生成的脫水縮合物形成。
[0034]或者，由向作為原料的粒徑為水玻璃和膠體二氧化硅的中間尺寸(1?10nm)的高摩爾硅酸水溶液中加入酸而生成的脫水縮合物形成。
[0035]<平均細(xì)孔徑>
[0036]通過實(shí)施方式的制造方法生成的二氧化硅干凝膠101的平均細(xì)孔徑為10?55nm，并且具有3.0?lOcc/g的孔容。
[0037]平均細(xì)孔徑更優(yōu)選為10?55nm。
[0038]如果平均細(xì)孔徑小于10nm，則干凝膠的體積密度變大，結(jié)果固體(二氧化硅粒子)的導(dǎo)熱成分的比例增大，因此導(dǎo)熱系數(shù)的值變大。
[0039]如果平均細(xì)孔徑大于55nm，則干凝膠的體積密度變小，雖然固體的導(dǎo)熱成分減少，但由于干凝膠的空隙比例增大，因此空氣(氮分子)對流的影響增強(qiáng)，導(dǎo)熱系數(shù)的值變大。
[0040]< 孔容 >
[0041]孔容優(yōu)選為2.5?10cc/g。
[0042]當(dāng)孔容小于2.5cc/g時(shí)，和平均細(xì)孔徑小于10nm時(shí)同樣，由于固體導(dǎo)熱成分的比率增大，因此導(dǎo)熱系數(shù)的值變大。
[0043]當(dāng)孔容大于lOcc/g時(shí)，雖然固體的導(dǎo)熱成分減少，但由于干凝膠的空隙比例增大，對流的影響增強(qiáng)，因此導(dǎo)熱系數(shù)的值變大。
[0044]< 總結(jié) >
[0045]如果二氧化硅干凝膠101的平均細(xì)孔徑和孔容為上述范圍，則絕熱性優(yōu)良，因此適合作為絕熱材料。
[0046]為了控制二氧化硅干凝膠101的平均細(xì)孔徑、孔容，通過調(diào)整作為原料的水玻璃的硅酸濃度，以及溶膠化時(shí)使用的堿性膠體二氧化硅的種類(pH、分散介質(zhì)、粒徑、粒子形狀、粒子濃度)、添加量、溶膠的凝膠化條件(溫度、時(shí)間)和熟化條件(溫度、時(shí)間)等可以容易地進(jìn)行控制。