[发明专利]改进的气凝胶组合物和方法

说明书

本公开提供了一种气凝胶组合物，其在没有通过疏水化剂表面改性的情况下是固有疏水的，是耐用且易于处理的，在水性环境中具有有利的性能，并且还具有有利的燃烧和自加热性能。还提供了一种制备气凝胶组合物的方法，该气凝胶组合物是固有疏水的，没有通过疏水化剂表面改性，是耐用且易于处理的，在水性环境中具有有利的性能，并且具有有利的燃烧和自加热性能。

相关申请的引证

本申请要求来自2020年4月6日提交的美国临时专利申请号63/006,003和美国专利申请序列号17/223,043的优先权权益，其每个均通过引用以其全文结合于本文，其中控制了本申请中术语的任何定义。

技术领域

本发明总体上涉及气凝胶技术。本发明更特别地在各种实施方式中涉及制备气凝胶的改进方法和改进的气凝胶组合物。

背景技术

低密度气凝胶材料被广泛地认为是可获得的最好的固体绝缘体。气凝胶主要通过最小化传导(低结构密度导致通过固体骨架的能量传递的曲折路径)、对流(大孔隙体积和非常小的孔隙尺寸导致最小的对流)和辐射(IR吸收或散射掺杂剂易于分散在整个气凝胶基质中)而用作绝缘体。气凝胶可以用于广泛的应用，包括：加热和冷却隔绝、隔音、电子电介质、航空航天、能量存储和生产、以及过滤。此外，气凝胶材料显示出许多其他令人感兴趣的声学、光学、机械和化学性能，使得它们在各种绝缘和非绝缘应用中非常有用。

尽管已经讨论了常规技术的某些方面以促进本发明的公开，但申请人决不放弃这些技术方面，并且预期要求保护的发明可以涵盖在本文所讨论的常规技术方面中的一个或多个。

本公开可以解决现有技术的一个或多个问题和缺陷。然而，预期本文公开的实施方式可以证明可用于解决许多技术领域中的其他问题和缺陷。因此，要求保护的发明不应被解释为限于解决本文所讨论的任何特定问题或缺陷。

在本说明书中，在引用或讨论文献、行为或知识项时，该引用或讨论并非承认该文献、行为或知识项或其任何组合在优先权日时是公开可获得的、公众已知的、是公知常识的一部分，否则构成根据适用的法定规定的现有技术，或者已知与试图解决本说明书所涉及的任何问题相关。

发明内容

对改进的气凝胶组合物的长期但迄今未满足的需求现在被新的、有用的且非显而易见的本发明满足。在一个总体的方面，本公开可以提供气凝胶组合物，其耐久且易于处理、在水性环境中具有有利的性能，并且还具有有利的燃烧和自加热性能。在某些实施方式中，本公开呈现气凝胶组合物，其是柔性、弹性和自支撑的增强的气凝胶组合物，在水性环境中具有有利的性能，并且还具有有利的燃烧和自加热性能。

第一总体方面涉及包含基于二氧化硅的气凝胶的组合物。在示例性实施方式中，基于二氧化硅的气凝胶包括疏水结合硅，大于50％的疏水结合硅键合至不多于一个烷基。例如，在优选实施方式中，基于二氧化硅的气凝胶不通过疏水化剂表面处理。

第二总体方面涉及包含固有疏水的基于二氧化硅的气凝胶的组合物。在示例性实施方式中，组合物具有小于717cal/g的燃烧热。在示例性实施方式中，基于二氧化硅的气凝胶具有表面基团，并且表面基团基本上由式Si-R的疏水基团组成，其中R是单个甲基。

第三总体方面涉及包含基于二氧化硅的气凝胶的组合物，该组合物包含至少约0.1wt％的强碱或强碱衍生物。例如，组合物可以包含至多约2wt％的强碱或强碱衍生物。强碱或强碱衍生物可以包括选自由以下组成的组的阳离子：锂、钙、钠、钾、铷、钡、锶、以及胍。在示例性实施方式中，基于二氧化硅的气凝胶包括疏水结合硅，大于50％的疏水结合硅键合至单个烷基。在示例性实施方式中，组合物具有在约15wt％或更低范围内的吸水率、小于717cal/g的燃烧热、以及400℃或更高的疏水有机材料的热分解起始温度。