[发明专利]高度多孔性的包覆细粒、组合物和制备方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求基于2005年3月22日提交的美国临时申请60/663,737和2005年3月29日提交的美国临时申请60/665,932的优先权，所述临时申请通过参考结合在此。

背景

本发明涉及一种由高度多孔性的低密度材料的粒子组成的材料，其中将孔腔至少部分抽空并且用具有低热导率的气体再充满，并且用保护性和耐久的包覆层包封得到的粒子。本发明还涉及这样的粒子、包含这样的粒子的组合物和制品，以及制备该粒子的方法。本发明的材料作为耐久的绝热材料是特别有用的。

一类已知的具有非常低的热导率的高度多孔性低密度材料包括通常称为“气凝胶”或“干凝胶”(该术语在本发明的说明书中交替使用)的材料。在其惯用含意中，术语“气凝胶”用于描述通过在高于临界温度的温度和高于临界压力的压力下干燥湿的溶胶-凝胶得到的材料。在这样的条件下，从溶胶-凝胶中除去凝胶液体如水导致多孔性结构，而不破坏凝胶的结构，所以得到高孔隙率。传统上，通过在低于超临界条件的条件下干燥得到的产物称为“干凝胶”，所述“干凝胶”由于至少一些孔结构在干燥处理过程中被破坏而具有较低的孔隙率。因为在超临界条件下的干燥处理非常耗能并且昂贵，所以已经尝试制备接近气凝胶性质的干凝胶。例如，美国专利5,565,142描述了：“一种极其多孔性的干凝胶，所述干凝胶是在真空-至-低于临界压力下干燥的，但是具有典型地在超临界压力下干燥的气凝胶的性质。这是通过使湿凝胶的内部孔表面与有机物质反应以在干燥过程中改变孔中的流体弯液面的接触角而完成的。”

二氧化硅气凝胶是第一种广泛研究的气凝胶。然而，可以制备具有各种化学组成的气凝胶和干凝胶。除不同于二氧化硅气凝胶的无机气凝胶以外，还有由有机聚合物制备并且有时称为“碳气凝胶”的有机气凝胶。

还可以表面处理气凝胶和干凝胶以改变它们的性质。例如，可以通过将表面-OH基团转变成-OR基团(其中R为脂族基团)，使二氧化硅气凝胶较不亲水。美国专利6,806,299公开了疏水的有机气凝胶的制备，该专利的全部内容通过引用结合在此。

已知气凝胶具有优异的绝热性质，并且具有接近气凝胶的孔隙率和孔结构的干凝胶也是良好的绝热体。为了用作各种绝热层的绝热组分并且用于各种应用中，气凝胶和干凝胶已经成为科学和商业研究的主题。目前可商购的气凝胶体的实例包括在环境空气压力下的细粒、珠球或胶块(slabs)。然而，气凝胶的最佳耐热性值是在它们处于真空中时得到的。如美国专利6,132,837中所述，例如，将处于细粒、珠球、厚块、块料或胶块形式的气凝胶真空密封在塑料包装或容器中。与单独的粒子比较，这些气凝胶绝热材料的“收缩包装”或真空密封体较大。它们不像粒子一样通用，因为不能将它们以相同的方式混合或掺合到不同介质中。这些物件不容易用于建筑业、工业安装(industrial settings)或消费用安装。

上述气凝胶绝热材料的未包装体遭受耐久性的缺乏之苦，并且不能在恶劣环境中或在磨料的存在下使用。它们还遭受水分、油等在气凝胶孔中的吸收以及由增加的总密度和热导率所引起的相应的耐热性损失之苦。气凝胶绝热材料的收缩包装体随着时间的流逝经历真空度损失以及相应的耐热性损失。

发明概述

本发明克服了如现有技术中所知，在用于绝热的高度多孔性材料如气凝胶的应用中固有的缺点。

本发明的一个目的是提供处于分离体形式的绝热体(insulation)，即高度多孔性的低密度材料的粒子，其中将孔腔中的空气至少部分抽空，并且将具有接近0的低热导率的气体引入到孔腔中，然后将所述粒子包封在本身具有固有的低热导率的材料的耐久、耐磨的极薄包覆层中。在高度多孔性的低密度材料为气凝胶或干凝胶的情况下，如此处理的气凝胶或干凝胶的包覆的分离体的特征在于，相对于充满空气的气凝胶或干凝胶在环境压力下的热导率，即约0.017W/mK，其热导率接近在理想真空中的气凝胶或干凝胶的热导率，即约0.008W/mK。所述包覆粒子的特征还在于对气凝胶或干凝胶的内部孔结构被降低气凝胶或干凝胶结构的耐热性的任何材料磨损、剪切或穿透的高抵抗力。

本发明的另一个目的是提供一种包含上述包覆和处理的多孔性粒子的组合物，以及用于制备这样的粒子和这样的组合物的方法。

附图简述

图1为描述用于制备根据本发明的包覆粒子的一个实例方案的原子层沉积用黏流反应器的示意图。

发明描述