改良的疏水性气凝胶材料的制作方法

背景技术：

1、低密度气凝胶材料广泛地被视为是可采用的最佳固体绝缘体。气凝胶作为绝缘体主要是因为使传导性(低结构密度导致穿过固体骨架的能量转移的弯路)，对流(大的孔体积及非常小的孔尺寸导致最小对流)，以及辐射(ir吸收或散射掺杂剂可轻易地分散遍及气凝胶基质)达到最小。气凝胶可使用于广大的应用范围，包含：加热和冷却绝缘，隔音，介电质，航空，能量贮存和生产，以及过滤。再者，气凝胶材料显示许多其他令人关注的声学，光学，机械，及化学性质，使其可大量地使用于各种绝缘及非绝缘应用。

技术实现思路

1、在一总体方面，本发明可提供一种气凝胶组成物，其耐用且易于处理，其在水环境中具有良好性能，且其亦具有良好的燃烧及自热性质。在某些实施例中，本发明提供一种气凝胶组成物，其是一种可挠曲，有弹性，且自支撑的强化气凝胶组成物，其在水环境中具有良好性能，且其亦具有良好的燃烧及自热性质。

2、在另一总体方面，本发明可提供一种包括二氧化硅为主的骨架的气凝胶组成物，其具有下述性质：a)0.60g/cm3或更小的密度；b)50mw/m*k或更小的导热率；以及c)40wt％或更小的吸水率在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有717cal/g或更小的燃烧热。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有300℃至700℃之间的疏水性有机材料的热分解温度发端。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有0.50g/cm3或更小，0.40g/cm3或更小，0.30g/cm3或更小，0.25g/cm3或更小，或者0.20g/cm3或更小的密度。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有45mw/m*k或更小，40mw/m*k或更小，35mw/m*k或更小，30mw/m*k或更小，25mw/m*k或更小，20mw/m*k或更小的导热率，或者5mw/m*k至50mw/m*k之间的导热率。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有35wt％或更小，30wt％或更小，25wt％或更小，20wt％或更小，15wt％或更小，或者10wt％或更小的吸水率。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有650cal/g或更小，600cal/g或更小，550cal/g或更小，500cal/g或更小，450cal/g或更小，400cal/g或更小的燃烧热，或者150cal/g至717cal/g之间的燃烧热。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有400℃或更高，450℃或更高，475℃或更高，500℃或更高，525℃或更高，550℃或更高，575℃或更高，600℃或更高的疏水性有机材料的热分解温度发端，或者400℃至700℃之间的疏水性有机材料的热分解温度发端。在优选实施例中，本发明的气凝胶组成物具有下述性质：a)0.40g/cm3或更小的密度；b)40mw/m*k或更小的导热率；c)40wt％或更小的吸水率；以及d)140cal/g至600cal/g之间的燃烧热。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有525℃至700℃的热分解温度发端。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有约0.01至0.5之间的t1-2：t3二氧化硅物种之比值以及/或约0.1至1.5之间的q2-3：q4二氧化硅物种之比值。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物为强化气凝胶组成物，纤维强化气凝胶组成物，或气凝胶毛毯组成物。在某些实施例中，本发明的气凝胶组成物具有约1wt％至约30wt％之间，约1wt％至约25wt％之间，约1wt％至约20wt％之间，约1wt％至约15wt％之间，约1wt％至约10wt％之间，或约1wt％至约5wt％之间的疏水性有机含量。

3、在另一总体方面，本发明可提供一种制备气凝胶组成物的方法，包括：a)提供包括二氧化硅凝胶前驱物材料，溶剂，及任选的触媒的前驱物溶液；b)使前驱物溶液中的二氧化硅凝胶前驱物材料转变成凝胶材料或组成物；c)自凝胶材料或组成物萃取至少一部份溶剂以获得气凝胶材料或组成物；d)通过下述一者或两者将至少一种疏水性结合硅并入气凝胶材料或组成物中：i)在前驱物溶液中包含至少一种具有至少一种疏水性基团的二氧化硅凝胶前驱物材料，或ii)使前驱物溶液，凝胶组成物，或气凝胶组成物曝露于疏水化剂；以及e)使气凝胶材料或组成物在高于300℃的温度曝露于减氧氛围。在某些实施例中，本发明的方法包括将所述气凝胶组成物在300℃至650℃之间的温度曝露于减氧氛围历时约30秒至约200分钟以获得经处理的气凝胶材料或组成物。在某些实施例中，本发明的方法包括通过在前驱物溶液中的二氧化硅凝胶前驱物材料转变成凝胶组成物之前或期间使强化材料与前驱物溶液组合而将强化材料并入气凝胶组成物中。在优选实施例中，强化材料包括纤维强化材料的连续板片。在某些实施例中，本发明的方法包括气凝胶组成物的热处理的温度曝露限于低于850℃的温度。在某些实施例中，本发明的方法使前驱物溶液中的至少一种凝胶前驱物转变成凝胶材料的总时间在30小时或更短时间的内。在某些实施例中，本发明的方法包括减氧氛围包括0.1体积％至5体积％氧气。在某些实施例中，本发明的方法包括将至少一种疏水性结合硅并入气凝胶材料或组成物中的步骤提供约1wt％至约25wt％之间的气凝胶组成物中的疏水性有机含量。在优选实施例中，本发明的方法制造气凝胶组成物。在某些实施例中，本发明的方法制造的气凝胶材料或组成物具有下述性质：a)0.60g/cm3或更小的密度；b)50mw/m*k或更小的导热率；c)40wt％或更小的吸水率；d)150cal/g至717cal/g之间的燃烧热；以及e)300℃至700℃的疏水性有机材料的热分解温度发端。

4、在另一总体方面，本发明可提供一种制备气凝胶组成物的方法，包括：a)制造包括至少一种疏水性结合硅的气凝胶组成物；以及b)使气凝胶组成物在高于300℃的温度曝露于减氧氛围。在另一总体方面，本发明可提供一种方法，使包括至少一种疏水性结合硅的第一气凝胶组成物在高于300℃的温度曝露于减氧氛围以获得第二气凝胶组成物。在某些实施例中，本发明的方法包括将所述气凝胶组成物在300℃至650℃之间的温度曝露于减氧氛围历时约30秒至约200分钟以获得经处理的气凝胶材料或组成物。在某些实施例中，本发明的方法包括气凝胶材料或组成物的热处理的温度曝露限于低于850℃的温度。在某些实施例中，本发明的方法包括二氧化硅为主的气凝胶组成物。在某些实施例中，本发明的方法包括气凝胶组成物为强化气凝胶组成物。在某些实施例中，本发明的方法包括减氧氛围包括0.1体积％至5体积％氧气。在某些实施例中，本发明的方法包括将具有约1wt％及约25wt％之间的疏水性有机含量的气凝胶组成物。在某些实施例中，本发明的方法制造相对于处理方法前的气凝胶组成物，经处理的气凝胶材料或组成物具有改良的疏水性。在某些实施例中，本发明的方法制造相对于处理方法前的气凝胶组成物，经处理的气凝胶组成物具有较低的吸水率。在某些实施例中，本发明的方法制造相对于处理方法前的气凝胶组成物，经处理的气凝胶材料或组成物具有较低的燃烧热。在某些实施例中，本发明的方法制造相对于处理方法前的气凝胶组成物，经处理的气凝胶组成物具有较高的热分解温度发端。