氣凝膠氈和生產(chǎn)方法
【專利說(shuō)明】氣凝膠租和生產(chǎn)方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本專利申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/790,772的權(quán) 益，將其公開內(nèi)容W引用的方式并入本申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容設(shè)及氣凝膠，W及具體地，設(shè)及氣凝膠在絕緣材料中的用途。
【背景技術(shù)】
[0004] 氣凝膠，W及具體地，二氧化娃氣凝膠，呈現(xiàn)低密度和低導(dǎo)熱率，從而使得它們可 用作絕緣材料。氣凝膠可單獨(dú)用作絕緣材料或者可與其它材料如纖維、膠粘劑和泡沫體組 合。氣凝膠可通過(guò)W下方法形成：從水凝膠除去溶劑，例如通過(guò)超臨界干燥技術(shù)或者經(jīng)由與 環(huán)境壓力干燥組合的溶劑置換。二氧化娃氣凝膠通常為親水性的，但是通過(guò)使用特定處理 劑可變?yōu)槭杷缘摹?br>
【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]在一個(gè)方面，提供無(wú)紡絕緣拉，所述拉包含氣凝膠粒子、纖維和粘合劑，其中所述 拉的橫截面的上面的10%中的氣凝膠粒子的密度相對(duì)于橫截面的最下面的10%中的氣凝 膠粒子的密度的偏差不超過(guò)+/-20%。在另一實(shí)施方案中，提供氣凝膠拉，所述拉包含氣凝 膠粒子、纖維和聚合物，所述聚合物選自聚胺、聚丙締酷胺、雙氯胺或者聚二締丙基二甲基 氯化錠。在另一實(shí)施方案中，提供未經(jīng)覆蓋的均勻絕緣拉，所述拉包含氣凝膠和纖維，當(dāng)使 用10次曉曲試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，所述拉呈現(xiàn)出低于lOmg/m3、低于5mg/m3、低于3mg/m3或者低于 Img/m3的氣凝膠灰塵產(chǎn)生。在另一實(shí)施方案中，提供絕緣拉，所述拉包含氣凝膠和纖維，并 且當(dāng)經(jīng)受腐蝕試驗(yàn)方法ASTMC1617時(shí)，呈現(xiàn)出低于Ippm肥1的腐蝕性。在另一實(shí)施方案 中，提供柔性、均勻、未經(jīng)覆蓋的絕緣拉，所述拉包含至少50體積％氣凝膠，當(dāng)使用10次曉 曲試驗(yàn)或者3次敲打試驗(yàn)分析時(shí)，所述拉產(chǎn)生拉樣品的重量的低于0. 1 %、低于0.Ol%或者 低于0.001%的灰塵。在另一實(shí)施方案中，提供柔性、均勻、未經(jīng)覆蓋的絕緣拉，所述拉包含 至少50體積％氣凝膠，當(dāng)使用10次曉曲試驗(yàn)分析IOxlOcm或者20x20cm拉樣品時(shí)，所述拉 產(chǎn)生的氣溶膠灰塵低于lOmg/m3、低于5mg/m3、低于3mg/m3或者低于Img/m3。
[0006] 在一些實(shí)施方案中，所述拉包括紅外遮光劑。所述拉可呈現(xiàn)低于22mW/m。K或者 低于19. 0mW/m°K的導(dǎo)熱率，和在一些實(shí)施方案中密度低于0. 2g/cc、低于0. 15g/cc、低于 0. 13g/cc或者低于0. 12g/cc。所述拉可為半透明的。當(dāng)使用ASTM方法C1617分析時(shí)，所 述拉可呈現(xiàn)低于Ippm肥1或者低于去離子水的腐蝕性。所述拉可包括氣凝膠粒子W及所 述氣凝膠粒子可具有小于2.Omm的平均直徑，具有小于4.Omm的平均直徑，呈現(xiàn)大于或者等 于90度的水接觸角，可從水玻璃獲得，和/或可具有低于lOMJ/Kg、低于8MJ/Kg、低于7MJ/ Kg或者低于6MJ/Kg的熱洽（caloriccontent)。當(dāng)使用ASTME84測(cè)試時(shí)，所述拉可呈現(xiàn) 低于25、低于20、低于15、低于10、低于5或者0的火焰蔓延指數(shù)和/或低于15、低于10、 低于5或者O的釋煙指數(shù)（smokedevelopedindex)。當(dāng)使用ASTM方法C356測(cè)試時(shí)，所述 拉可在650°C呈現(xiàn)低于1%、低于2%或者低于4%的收縮率。所述拉可包括其選自聚胺、聚 丙締酷胺、雙氯胺或者聚二締丙基二甲基氯化錠的聚合物。所述拉中的纖維可具有小于5mm 的平均長(zhǎng)度，W及在一些實(shí)施方案中所述纖維不具有或者基本上不具有大于5mm的長(zhǎng)度。
[0007] 在另一方面，提供了制造無(wú)紡氣凝膠拉的方法，所述方法包括使氣凝膠粒子和非 氣凝膠纖維與水混合，從而產(chǎn)生含水漿液，絮凝和/或凝聚所述漿液W形成絮凝物和上清 液，所述絮凝物包括氣凝膠粒子和非氣凝膠纖維，并且使所述絮凝物脫水W制造無(wú)紡氣凝 膠拉。所述含水分散體可包括帶電荷的化合物，其為粘合劑。所述方法可包括使?jié)駶?rùn)劑與 氣凝膠粒子接觸。絮凝或者凝聚可使乳液發(fā)生破乳W及絮凝可包括中和分散體中的電荷和 /或改變漿液的pH。所述絮凝物可包括氣凝膠粒子和纖維的均質(zhì)混合物。乳液可形成W及 它可通過(guò)W下方法形成：添加帶電荷的乳化聚合物、不帶電荷的化合物和/或具有與乳化 聚合物的電荷相反的電荷的化合物。絮凝可經(jīng)由電荷中和或者通過(guò)粒子的橋接進(jìn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1提供了使用已知方法制造的無(wú)紡濕法（wetlaid)氣凝膠拉的橫截面的示意 圖；
[0009] 圖2提供了使用本申請(qǐng)所述方法制造的無(wú)紡濕法氣凝膠拉的實(shí)施方案的橫截面 的示意圖；
[0010] 圖3提供了氣凝膠拉的橫截面的示意圖；
[0011] 圖4提供了流程圖，其顯示制造無(wú)紡濕法氣凝膠拉的方法的一個(gè)實(shí)施方案；
[0012] 圖5提供了由氣凝膠絮凝物生產(chǎn)無(wú)紡濕法氣凝膠拉的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的橫 截面的示意圖；
[0013] 圖6是使用本申請(qǐng)所述方法制造的氣凝膠拉的一個(gè)實(shí)施方案的照片的拷貝；
[0014] 圖7是使用已知方法制造的氣凝膠拉的照片的拷貝；和
[0015] 圖8是在固體表面上經(jīng)敲打之后的圖7的氣凝膠拉的照片的拷貝。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本申請(qǐng)所述的方法可用于制造絕緣氣凝膠拉，其可呈現(xiàn)例如改善的絕熱性、降低 的灰塵水平、較低的腐蝕性和一致且均勻的構(gòu)造。運(yùn)些拉被稱為無(wú)紡濕法氣凝膠拉。"濕法 (wetlaid)"方法是運(yùn)樣的方法：其中將所述拉中的纖維或者粒子懸浮或者分散在水中。公 開了濕法方法，其中使氣凝膠粒子和任選的材料如纖維和遮光劑從含水漿液絮凝W形成粒 子（絮凝物）的基本上穩(wěn)定的均質(zhì)懸浮液。絮凝物可從基于水的溶劑分離，從而形成由絮 凝的氣凝膠粒子和基本上為水的上清液組成的兩相系統(tǒng)。所述絮凝的物質(zhì)可承載不同粒子 的均勻分布，可由所述不同粒子制造所述拉。粒子的運(yùn)種穩(wěn)定的一致的分布可提供全部呈 現(xiàn)均勻組成的氣凝膠拉。所述拉可用于在高達(dá)或者大于650°C的溫度的應(yīng)用中，并且在許多 實(shí)施方案中在工業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)條件下產(chǎn)生很少灰塵或者不產(chǎn)生灰塵。所述拉也可在高溫下 呈現(xiàn)最小收縮率并且可為無(wú)腐蝕性的。所述拉可為柔性的或者剛性的，并且可被纏繞成各 種形狀。可使用多種不同氣凝膠，W及在一組實(shí)施方案中，氣凝膠拉可使用先前已經(jīng)膠凝并 且干燥的低密度氣凝膠粒子制造。運(yùn)允許在單個(gè)拉中使用多個(gè)氣凝膠類型并避免當(dāng)在纖維 基質(zhì)中原位形成氣凝膠時(shí)可產(chǎn)生的問題。可將纖維、遮光劑和任何其它添加劑與先前制備 的疏水性氣凝膠或者不同氣凝膠的混合物混合，W形成所述拉。為了形成拉，所述氣凝膠不 需要在纖維的存在下形成，或者膠凝和干燥。
[0017] 最常見的氣凝膠由氧化侶或者二氧化娃形成。二氧化娃氣凝膠尤其具有一些性 質(zhì)，運(yùn)些性質(zhì)使得它們成為用于絕熱的良好選擇。例如，運(yùn)些氣凝膠通常是輕質(zhì)的并呈現(xiàn)非 常低的導(dǎo)熱率。二氧化娃氣凝膠可制成疏水性的或被賦予疏水性，且運(yùn)些疏水性的二氧化 娃氣凝膠抗潮濕并且可在不經(jīng)另外的處理的情況下用于一些絕緣應(yīng)用中。氣凝膠粒子可W W松散的非結(jié)合的形式使用或者可通過(guò)膠粘劑、纖維網(wǎng)絡(luò)、基底或者另外的材料結(jié)合在一 起。許多氣凝膠可經(jīng)受高溫，從而使得它們適于許多工業(yè)過(guò)程。氣凝膠拉可用于工業(yè)絕緣， 例如應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、化學(xué)加工裝置、管絕緣、航空器及其部件的絕緣、建筑絕緣、航空航天 絕緣、采光、絕緣的玻璃單元和機(jī)動(dòng)車絕緣中。
[0018] 可使用包括濕法工藝的方法將氣凝膠粒子結(jié)合至絕緣拉中。濕法工藝如描述在美 國(guó)專利No. 7, 635, 411和5, 399, 422 (二者均通過(guò)引用并入本申請(qǐng)）中的濕法工藝使用含水 漿液來(lái)分散氣凝膠粒子、纖維和其它添加劑。然后可將漿液脫水W形成氣凝膠粒子、纖維和 添加劑的層，可將該層干燥并任選地壓延（calendar)W產(chǎn)生無(wú)紡氣凝膠拉。
[0019] 本申請(qǐng)所述的無(wú)紡濕法氣凝膠拉可具有可使用濕法工藝制造的任何尺寸和形狀。 拉可連續(xù)制造，例如在卷上，或者單獨(dú)制造，例如使用分批工藝。在一些實(shí)施方案中，氣凝膠 拉可具有81cm、122cm或者152cm的長(zhǎng)度或者寬度尺寸。第二尺寸可為相同的或者較大，特 別是當(dāng)使用連續(xù)工藝生產(chǎn)時(shí)。所述拉可為剛性的或者柔性的，并且可切割成用于具體應(yīng)用 的形狀。所述拉的長(zhǎng)度和寬度通常超過(guò)所述拉的厚度的20或者50倍。厚度可改變，或者 可在整個(gè)拉上一致，且拉的平均厚度可為大于5mm、大于10mm、大于15mm或者大于20mm。在 其它實(shí)施方案中，所述拉的厚度可平均低于15mm、低于13mm、低于IOmm或者低于8mm。
[0020] 所述拉可呈現(xiàn)優(yōu)異的絕緣性質(zhì)。例如，在150°c、30(rc或者650°C，所述拉的導(dǎo)熱 率可低于約IW/m。K、低于約500mW/m。K、低于約lOOmW/m。K、低于約50mW/m。K、低于約 25mW/m。K、低于約20mW/m。K或者低于約19mW/m。K。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，在300°C， 拉導(dǎo)熱率可低于40mW/m。K或者低于或等于38mW/m。K。在另一實(shí)例中，在150°C，不同實(shí) 施方案可呈現(xiàn)低于55mW/m°K、低于50mW/m°K、低于40mW/m°K或者低于或等于35mW/ m°K的導(dǎo)熱率。當(dāng)與使用已知的濕法技術(shù)（例如，美國(guó)專利No. 7,635,411)制造的具有相 同組成和厚度的無(wú)紡濕法拉比較時(shí)，本申請(qǐng)所述的拉可導(dǎo)致大于2%、大于5%、大于10% 或者大于20 %的導(dǎo)熱率降低。運(yùn)可為例如導(dǎo)電粒子和/或非導(dǎo)電粒子在所述拉的整個(gè)橫截 面上的均勻分布的結(jié)果。相似地，當(dāng)與使用已知濕法技術(shù)制造的具有相同組成和厚度的無(wú) 紡濕法拉比較時(shí)，本申請(qǐng)公開的拉的脆性降低，并且氣凝膠和/或遮光劑灰塵形成的水平 可降低大于10%、大于20%、大于30%或者大于50%。在一些實(shí)施方案中，所述氣凝膠拉 可呈現(xiàn)大于250N/5cm、大于356N/5cm、大于500N/5cm或者大于600N/5cm的拉伸強(qiáng)度。所 述拉可為疏水性的，并且當(dāng)使用例如ASTM方法C1511測(cè)試時(shí)，在水中可吸收它們的重量的 低于40%、低于30%、低于20%、低于10%、低于5 %、低于3 %或者低于1 %。當(dāng)作為絕緣 體鄰近金屬如鋼使用時(shí)，本申請(qǐng)所述的無(wú)紡氣凝膠拉可呈現(xiàn)低腐蝕性。例如，當(dāng)經(jīng)受腐蝕試 驗(yàn)方法ASTMC1617時(shí)，所述拉可呈現(xiàn)低于Ippm肥1或者低于去