[发明专利]制备粉末状多孔材料的方法

说明书

本发明涉及一种制备粉末状有机多孔材料的方法，包括(i)提供基于聚脲和/或聚异氰酸酯的有机干凝胶或有机气凝胶，然后(ii)粉碎步骤(i)中提供的材料。

本发明还涉及可由此获得的粉末状有机多孔材料、涉及包含该粉末状有机多孔材料的绝热材料、涉及包含该绝热材料的建筑材料和真空绝热板，以及涉及该粉末状有机多孔材料的用途或该绝热材料用于绝热的用途。

节能用绝热非常重要。在能源成本增加的背景下和CO₂排放减少的追求下，以及未来对绝热和隔冷需求的增加下，绝热变得越来越重要。这些对优化绝热的不断增长的需求包括建筑物(新建筑物和已有建筑物)和移动、物流和固定领域中的隔冷。

建筑材料(如钢、混凝土、砖和玻璃)以及天然石料是相对良好的热导体，因此，在寒冷天气，由这些材料建成的建筑物外墙迅速从建筑物内向建筑物外释放热量。

因此，开发目的在于，首先通过增加这些建筑材料(例如，混凝土和砖)的孔隙度以改善绝缘性能，其次在外墙加衬上绝热材料。但是，目前为止市面上使用的这类体系的绝热性能仍需改善。

非常好的绝缘作用是称作真空绝热板(简称VIP)的一个特征。由于真空绝热板的导热系数为约0.004至0.008W/mK(根据芯材料和减压)，其绝热作用比常规绝热体系好8至25倍。因此，其能够在具有优异隔热性能的同时减少建筑材料用量，其既可以用在建筑领域也可以用在家用电器、制冷和物流领域。

基于多孔绝热材料、聚氨酯泡沫板和压制纤维作为芯材料与复合箔(例如，铝复合箔或所谓的金属化箔)的真空绝热板是公知常识并已被充分地描述。

然而，该VIP技术具有一些严重的缺陷。当这些真空板因损坏而泄真空时，这意味着其不再具有非常好的绝热性能。因而绝缘作用仅相当于所使用的芯材料的绝缘作用。寿命通过周围的气体通过屏障或壳进入真空板内扩散而受限。现有真空绝热板的另一缺陷在于，缺少在中压下和在约100克/升的低密度下低导热性的结合。

因此，需要发现即使在高于真空范围的压力下且尤其是在标准压力下具有有利的导热性并同时具有低密度的材料。

多孔材料(例如聚合物泡沫)，具有的孔径在几微米或更小范围和具有至少70％的高孔隙率，基于理论考虑是特别好的绝热体。

这些具有小平均孔径的多孔材料可以作为，例如有机干凝胶存在。在文献中，并不总是统一使用术语“干凝胶”。一般而言，干凝胶应理解为意指由溶胶-凝胶法制备的多孔材料，其液相已通过在低于液相的临界温度和临界压力(“亚临界条件”)下干燥而被除去。相比之下，当从凝胶中除去液相是在超临界条件下进行时，一般是指气凝胶。

在溶胶-凝胶法中，首先制备基于反应性有机凝胶前体的溶胶，然后该溶胶通过交联反应胶凝得到凝胶。为了从凝胶获得多孔材料，例如干凝胶，应除去液体。这一步骤在下文中简指干燥。

干凝胶或气凝胶形式的有机多孔材料对本领域技术人员而言为本身已知的。

WO-2008/138978公开了包含30至90重量％的至少一种多官能异氰酸酯和10至70重量％的至少一种多官能芳族胺的干凝胶，其体积加权平均孔径为至多5微米。

在现有技术中，有机气凝胶和干凝胶几乎仅作为凝胶体而获得。该凝胶体为粘结结构且不适于许多应用。例如，几乎不可能用凝胶体填充孔洞。由于所用的溶剂，同样不选择在孔洞中进行原位制备。

有机气凝胶和干凝胶通常是脆的，这在作为凝胶体的进一步用途中是缺点。另一方面，生产成本低廉、配方物和性能的各种可调性以及良好的绝热性能支撑着这些材料。有机材料的一个显著优势在于低密度。

将脆性多孔材料进一步加工以得到便于加工的具有良好绝热性的多孔材料的可能性因此成为绝热领域技术人员的工具的主要扩展部分。由于脆性，可以特别有效地对有机气凝胶和干凝胶进行粉碎或研磨。这确保了磨碎步骤的高通量。

在随后的应用中，聚合材料的自由流动和低密度——在层中和在压实状态中——是非常大的优势。

用于绝缘应用(例如吹入绝缘(blow-in insulation))的粉末层，对本领域技术人员同样已知。然而，迄今为止，还不能将泡沫形式的有机材料加工成粉末状和/或层状，同时不对潜在的多孔材料的有利的绝热性能产生不利影响。就已知的有机多孔材料而言，粉碎后孔结构被完全破坏。

同样就已知的无机多孔材料而言，不能充分自由地选择粒径，这限制了可用性。例如，作为多孔材料的热解法二氧化硅通常以细粉尘的形式获得，以致对于许多应用需要压实和/或粘合剂接合。