[发明专利]大气压下超隔热的基于气凝胶的材料

说明书

本发明涉及疏水气凝胶及有机粘合剂基固体材料和这种材料的用途，所述材料优选整合入面板中并用于隔热，特别是建筑物的隔热。

建筑业，其消耗了法国超过40％的最终能源而且贡献了接近四分之一的温室气体排放量，因而代表了可以立即实施能源节约的主要领域。第一次石油危机以前，尤其是针对新建筑的隔热的第一项法规（1975）发布之前构建的住宅建筑数量仍是相当多的，因而现有建筑的隔热构成了关键领域，在其中要达到相当可观的能源节约是相对容易实现的。

一种研究路径是内部隔热，也就是通过用具有低热导率的材料来覆盖表面（墙壁、天花板、地板、屋顶）来隔热。抗拒这种途径的原因可能主要是在墙壁上粘贴厚面板导致居住空间减小，这种原因远多于这种更新所涉及的成本和工作量原因。达到给定隔热效果所需的面板厚度当然地会随着其隔热能力的提高成比例减小。

因此，开发具有很低的热导率(λ)的隔热材料成为一个研究领域，在其中申请人已经很积极地研究了很多年。因此提供了非常有效(λ=5至10mW/(m.K))的真空隔热面板，但是其也非常易碎(HiPTI–高性能隔热,IEA/ECBS附件39“真空隔热面板-在建筑应用中用于VIP的服务寿命预测的VIP-组分和面板的研究(Subtack A)”，2005年9月)。

本发明是另一条涉及在大气压下超隔热(SIAP)的材料的研究路径的结果。

用于现有建筑隔热的超隔热材料理想地：

-基于能够大量得到的材料；

-与使得其可能实现的能源节约相比，其表现出相对适度的生产成本；

-具有允许其在此类型材料的通常条件下被运输、处理和安装机械强度；以及当然地，

-表现出尽可能低的热导率。

气凝胶，尤其二氧化硅气凝胶材料是由于其很低的热导率而为人所知的材料。取决于其孔隙度，二氧化硅气凝胶的本征热导率（等于这种气凝胶整料的热导率）为10至15mW/(m.K)左右。但是，气凝胶整料很高的机械易碎性和昂贵成本阻碍了其在建筑隔热中的应用。

大量的专利申请已经考虑过利用气凝胶颗粒制造隔热面板，其中气凝胶颗粒以有机粘结剂（聚合物）或者无机粘结剂（水硬性粘结剂）彼此结合到一起。

申请EP0340707公开了基于疏水性气凝胶珠子的隔热材料，所述疏水性气凝胶珠子具有0.5至5mm的直径，0.05至0.35g/cm³的密度，和0.04至0.25g/cm³的容积密度或表观密度。这些珠子与相对于混合物总重量的5％至50％的有机粘结剂（例如三聚氰胺-甲醛树脂）混合。所使用的粘结剂有利地填充了气凝胶的粒间或颗粒间空隙。这些材料的热导率为28至43mW/(m.K)。

申请EP0787112公开了一种液体组合物，其包括悬浮在有机或无机性质的水性粘合剂中的小尺寸（直径小于500μm，优选小于250μm）的气凝胶颗粒。所述气凝胶颗粒的非常小的尺寸是该申请中描述的发明的关键特征。由这些组合物得到的干燥隔热材料具有35至46mW/(m.K)的热导率。

国际申请WO03/064025公开了耐热复合物，其包含至少一个基于疏水性气凝胶颗粒和水性粘结剂的层。所述气凝胶颗粒具有小于5mm的平均直径，优选0.1至3mm。它们的形状优选为球形并且它们的粒度分布相对窄。这些颗粒被掺入水性粘结剂泡沫中，所述泡沫是由于发泡剂的存在而产生的。所制备的隔热材料具有大约32mW/(m.K)的热导率。

申请DE4441567公开了基于气凝胶颗粒和有机粘结剂的隔热材料。所述气凝胶颗粒具有小于0.5mm，优选小于0.2mm的当量直径。描述的最终材料的气凝胶颗粒的含量优选为20%至90%体积。所述示例材料具有150至250mW/(m.K)的相对高的热导率。

申请EP0954438描述了包含至少一个基于气凝胶颗粒的层的多层复合材料。特别地，它们是具有夹层结构的材料，其中基于气凝胶的中间层位于两个基于聚（对苯二酸乙二醇酯）纤维的层之间。所述中间层的气凝胶颗粒描述为具有250μm至10mm，优选250μm至2mm的当量直径。实施例描述了热导率为45mW/(m.K)的三层结构材料的制造。