气凝胶毡制造技术

本发明专利技术涉及一种包括气凝胶结构和用于毡的基材的气凝胶毡，其中所述气凝胶结构包括由多个聚集的或结合的气凝胶颗粒形成的三维网络结构，并且通过在15psi的压力下用空气喷射10ml的所述气凝胶结构的干粉末，并且使用780nm波长的激光衍射测量的平均气凝胶结构尺寸(D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气凝胶毡


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年9月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10
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2019
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0121123的权益，该专利申请的公开内容通过引用全部并入本说明书中。
[0003]

[0004]本专利技术涉及一种通过降低其弯曲模量而具有提高的韧性的气凝胶毡。

技术介绍

[0005]气凝胶是孔隙率为约90％至99.9％并且孔径在1nm至100nm的范围内的超多孔、高比表面积(≥500m2/g)的材料，并且是具有优异的超轻质、超绝热、超低介电等性能的材料。因此，已经积极地进行了对气凝胶材料的开发的研究以及对其作为环境友好的高温绝热材料、用于高度集成器件的超低介电薄膜、催化剂和催化剂载体、用于超级电容器的电极和用于海水脱盐的电极材料的实际用途的研究。
[0006]气凝胶的最大优点是气凝胶具有表现出0.300W/mK以下的热导率的超绝热性能，其低于常规有机绝热材料如聚苯乙烯泡沫塑料(Styrofoam)的热导率，并且可以解决作为有机绝热材料的致命弱点的易燃性和在火灾发生的情况下产生有害气体。
[0007]通常，气凝胶通过如下方法制造：由二氧化硅前体如水玻璃和烷氧基硅烷基(TEOS、TMOS、MTMS等)制备水凝胶，并且在不破坏微结构的情况下除去水凝胶内部的液体组分。
[0008]特别地，在纤维中形成疏水性二氧化硅气凝胶的疏水性二氧化硅气凝胶毡是一种防止湿气腐蚀的功能性绝热材料，并且广泛用于建筑或工业领域中。通常，这种疏水性二氧化硅气凝胶毡通过二氧化硅溶胶溶液制备、胶凝、老化、表面改性和干燥的步骤制造。
[0009]然而，如上所述的典型制造方法的表面改性步骤使用大量的有机溶剂和昂贵的表面改性剂，并且其过程复杂且长，因此经济可行性和生产率不好。此外，当二氧化硅气凝胶的表面被表面改性剂改性时产生的氨与在超临界干燥步骤中使用的二氧化碳反应并形成碳酸铵盐，由此引起诸如阻塞超临界干燥设备的管道等问题，导致工艺效率受到抑制。另外，由于干燥后产生的废液中残留有大量的氨，因此不能立即回收利用废液，并且存在为了回收利用废液需要较长的净化过程和净化成本增加的问题。
[0010]此外，对于作为增强气凝胶结构的步骤的老化步骤，由于在诸如氨/乙醇的碱性催化剂溶液存在下进行湿老化时可以实现结构增强效果，因此根据湿老化的性能产生的残余氨在干燥和再利用废液时产生与表面改性引起的问题相同的问题，以及由于额外使用溶剂而具有成本增加的问题。此外，由于湿老化步骤和表面改性步骤是分开进行的，因此该工艺是冗长的。
[0011]另外，二氧化硅气凝胶毡制造成卷的形式，在实际应用中，二氧化硅气凝胶毡按照所需的形式固定为缠绕状态，以获得隔热效果，因此，柔韧性是与加工性相关的重要指标。然而，通过如上所述的典型制造方法制造的二氧化硅气凝胶毡存在的问题在于难以调节其
与柔韧性相关的弯曲模量。此外，诸如拉伸强度和柔韧性的机械物理性能彼此处于权衡关系中，因此存在的问题在于具有高拉伸强度的二氧化硅气凝胶毡的加工性随着其柔韧性降低而降低。
[0012][现有技术文献][0013][专利文献][0014](专利文献1)KR10
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1147494B1

技术实现思路

[0015]技术问题
[0016]本专利技术的一个方面提供一种气凝胶毡，该气凝胶毡通过降低其弯曲模量具有提高的柔韧性同时保持气凝胶毡的机械物理性能、绝热性和耐久性。
[0017]技术方案
[0018]根据本专利技术的一个方面，提供一种包括气凝胶结构和用于毡的基材的气凝胶毡，其中所述气凝胶结构包括由多个聚集的或结合的气凝胶颗粒形成的三维网络结构，通过在15psi的压力下用空气喷射10ml的气凝胶结构的干粉末，并且使用780nm波长的激光衍射测量的平均气凝胶结构尺寸(D
50
)为5μm至10μm。
[0019]有益效果
[0020]根据本专利技术的气凝胶毡由于其低弯曲模量而具有优异的柔韧性，因此能够改善加工性和施工性，同时具有优异的机械物理性能、绝热性和耐久性。
附图说明
[0021]本说明书所附的下面的附图通过实例示出了本专利技术的优选实施方案，并且与下面给出的本专利技术的详细说明一起用于使本专利技术的技术概念能够被进一步理解，因此，本专利技术不应仅以这些附图中的事项来理解。
[0022]图1是通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄的在本专利技术的实施例1中制造的二氧化硅气凝胶毡的横截面的照片。
[0023]图2是通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄的在本专利技术的比较例1中制造的二氧化硅气凝胶毡的横截面的照片。
具体实施方式
[0024]下文中，将更详细地描述本专利技术以帮助理解本专利技术。
[0025]应当理解的是，本专利技术的说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应理解为局限于具有在常用词典中定义的含义。还应当理解的是，基于专利技术人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地说明专利技术的原则，将词语或术语理解为具有与它们在相关领域的背景中和本专利技术的技术构思中的含义一致的含义。
[0026]本专利技术中定义的“平均气凝胶结构尺寸(D
50
)”是指在气凝胶毡的用于毡的基材上形成的气凝胶结构的平均尺寸，作为一个具体的实例，其是指包括由多个聚集的或结合的气凝胶颗粒形成的三维网状结构的气凝胶结构本身的尺寸。这里，平均气凝胶结构尺寸不是指气凝胶颗粒本身的平均粒径(D
50
)或气凝胶结构中形成的孔隙的平均尺寸。
[0027]此外，“平均气凝胶结构尺寸(D
50
)”可以是在15psi的压力下用空气将10ml的在气凝胶毡的用于毡的基材上形成的气凝胶结构的干粉末喷射到Microtrac Co.，Ltd的粒度分析仪S3500中，并且使用780nm波长的激光衍射测量的值。
[0028]如上所述，在纤维中形成疏水性二氧化硅气凝胶的疏水性二氧化硅气凝胶毡是防止湿气腐蚀的功能性绝热材料，并且广泛应用于建筑或工业领域中。因此，要求二氧化硅气凝胶毡具有优异的绝热性以及防水性，以防止水分渗入气凝胶中，从而保持绝热性。为了赋予防水性，在制造气凝胶毡时，进行将气凝胶的表面改性为疏水性的表面改性步骤以抑制湿气渗入气凝胶毡中，并且通过表面改性步骤，在气凝胶的最外表面上引入疏水基团以确保短期的防水性。
[0029]然而，当通过表面改性步骤进行表面改性反应时，前面的胶凝步骤不受表面改性剂的影响，使得通过胶凝形成的气凝胶结构缠结并且形成一个大的结构。因此，在气凝胶毡的用于毡的基材上形成的气凝胶结构的形状类似于一个平板(参见图2)，因此，平均气凝胶结构尺寸(D
50
)增大，因此存在气凝胶毡的弯曲模量增加从而降低柔韧性的问题。
[0030]另一方面，与典型方法不同，根据本专利技术的气凝胶毡的制造方法同时进行如下所述的胶凝步骤和表面改性步骤，使得胶凝步骤和表面改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种气凝胶毡，包括：气凝胶结构；和用于毡的基材，其中：所述气凝胶结构包括由多个聚集的或结合的气凝胶颗粒形成的三维网络结构；并且，通过在15psi的压力下用空气喷射10ml的所述气凝胶结构的干粉末，并且使用780nm波长的激光衍射测量的平均气凝胶结构尺寸(D
50
)为5μm至10μm。2.根据权利要求1所述的气凝胶毡，其中，所述气凝胶结构具有蜘蛛网形状，所述蜘蛛网形状具有由多个聚集的或结合的气凝胶颗粒形成的三维网络结构。3.根据权利要求1所述的气凝胶毡，其中，所述平均气凝胶结构尺寸(D
50
)为6μm至7μm。4.根据权利要求1所述的气凝胶毡，其中，所述气凝胶毡具有形成在所述用于毡的基材的内部和表面上的所述气凝胶结构。5.根据权利要求1所述的气凝胶毡，其中，所述气凝胶颗粒包含在所述气凝胶颗粒内部的表面上的疏水基团。6.根据权利要求1所述的气凝胶毡，其中，所述气凝胶毡根据ASTM D790测量的15％应变下的弯曲模量为0.08MPa以下。7.根据权利要求1所述的气凝胶毡，其中，所述气凝胶毡根据ASTM D790测量的15％应变下的弯曲模量为0.023MPa至0.065MPa。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：田玹禹，白世元，李揆连，金美利，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：