火类增强的气凝胶组成物制造技术

本披露提供一种耐用且易于处理的增强气凝胶组成物，其在水性环境中具有良好的性能，具有良好的绝缘特质，并且对火的反应、燃烧和阻燃性能具有良好的性质。本披露还提供一种制备或制造所述增强气凝胶组成物的方法。在某些实施方案中，所述组成物具有二氧化硅基的气凝胶骨架，且所述气凝胶骨架以开孔型大孔骨架进行增强，并包含一种或多种火类添加剂，其中所述二氧化硅基的气凝胶骨架包含至少一种疏水性结合的硅，且所述组成物或其每个组成都具有所需的性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】火类增强的气凝胶组成物本申请主张2018年5月31日提交的美国临时申请号62/678,850，其整体内容通过引用并入本文，且以本申请中的术语定义为准。
本披露一般涉及气凝胶技术。更具体地，本披露涉及具有火类添加剂的气凝胶组成物。
技术介绍
低密度气凝胶材料广泛被认为是可取得的最佳固体绝缘体。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传递能量的曲折路径)、对流(大孔体积和很小的孔径导致最小对流)和辐射(使IR吸收或散射掺杂剂易分散于整个气凝胶基质中)来作为绝缘体。气凝胶可应用于广泛的范围，包括加热和冷却隔热、隔音、介电质、航空、能量储存和生产以及过滤。此外，气凝胶材料还表现出许多令人关注的声学、光学、机械和化学特性，从而使其在各种绝缘和非绝缘应用中都非常有用。然而，需要单独地及以一种或多种组合形式的火类增强的气凝胶组成物，且所述火类增强的气凝胶组成物在各个方面具有改进性能，其包括在耐热性、疏水性、着火反应及其他方面。然而，考虑到在完成本披露时整体上所考虑的技术，对于本披露领域的普通技术人员而言，如何克服现有技术的缺点并不明显。为促进本专利技术的公开，尽管已对常规技术的某些方面进行讨论，申请人绝不放弃这些技术，且应能预期，所要求保护的专利技术可涵盖本文所讨论的常规技术方面中的一个或多个。在本说明书中，当引用或讨论文件、动作或知识项目时，此引用或讨论并不表示该文件、行为或知识项目或其任何组合在优先权日期时，已公开存在、已为公众所知，而为公知常识的一部分，或以其他方式构成适用法律的现有技术的规定；或已知有关解决本规范相关的任何问题。
技术实现思路
现在，藉新的、有用的且非显而易见的专利技术满足长期至今对改进的气凝胶组成物未满足的需求。在一个实施方案中，本专利技术是一种增强的气凝胶组成物，其包含二氧化硅基的以开孔型大孔骨架(open-cellmacroporousframework，“OCMF”)材料进行增强的气凝胶骨架和火类添加剂，其中二氧化硅基的气凝胶骨架包含至少一种疏水性结合的硅。在一个总体方面，本披露提供耐用且易于处理的增强的气凝胶组成物，其在水性环境中具有良好的性能，具有良好的绝缘特质，并且还具有良好的燃烧和阻燃性能。在某些实施方案中，本披露内容提供一种以OCMF增强的增强的气凝胶组成物，其在水性环境中具有良好的性能，具有良好的绝缘特质，并且还具有良好的燃烧和阻燃性能。在另一个总体方面，本披露提供一种增强的气凝胶组成物，其包含二氧化硅基的气凝胶骨架和OCMF，并且具有以下特性：a)导热率为30mW/M*K以下；b)液体水分吸收量为30重量％以下；c)燃烧热为717cal/g以下。在某些实施方案中，本专利技术的增强的气凝胶组成物具有以下性质：a)导热率为25mW/M*K以下；b)液态水吸收量为20重量％以下；c)燃烧热为717cal/g以下。在某些实施方案中，本披露的增强的气凝胶组成物具有0.40g/cm3以下、0.30g/cm3以下、0.25g/cm3以下或0.20g/cm3以下的密度。在某些实施方案中，本专利技术的增强的气凝胶组成物具有25mW/M*K以下、20mW/M*K以下、18mW/M*K以下的导热率、在15mW/M*K和30mW/M*K之间的导热率，或在15mW/M*K和20mW/M*K之间的导热率。在某些实施方案中，本披露的增强的气凝胶组成物具有30重量％以下、25重量％以下、20重量％以下、15重量％以下、10重量％以下或5重量％以下的液态水的吸收量。在某些实施方案中，本披露的增强的气凝胶组成物具有717cal/g以下、700cal/g以下、675cal/g以下、650cal/g以下、625cal/g以下、600cal/g以下的燃烧热、或在580cal/g和717cal/g之间的燃烧热。在某些特定方面，通过改变凝胶前体组成、添加剂组成、激活前体的催化剂或其他试剂、前体溶液的pH值、分配速率、各前体、催化剂或添加剂、发生胶凝的时间、凝胶的缠绕(在某些方面)、老化时间和pH值、任何后胶凝处理、提取时间和条件(温度、压力)以及任何随后的干燥步骤，以实现上述导热率、吸水率和燃烧热量的组合。在另一个总体方面，本披露提供一种增强的气凝胶组成物，其包含二氧化硅基的气凝胶骨架，基于三聚氰胺的OCMF和火类添加剂，并且具有以下性质：a)15mW/M*K和30mW/M*K之间的导热率；b)液态水的吸收量为30重量％以下；c)在580cal/g和717cal/g之间的燃烧热。在某些优选的实施方案中，OCMF材料是有机OCMF材料。在另一个特定的优选实施方案中，OCMF材料是基于三聚氰胺的OCMF材料。在某些实施方案中，本披露的增强的气凝胶组成物具有在约1重量％至约30重量％、约1重量％至约25重量％、约1重量％至约20重量％、在约1重量％和约15重量％之间、约1重量％和约10重量％之间、或在约1重量％至约5重量％之间的疏水性有机含量。在另一个总体方面，本披露提供一种制备增强的气凝胶组成物的方法，其包括：a)提供包含二氧化硅凝胶前体材料、溶剂和任选的催化剂的前体溶液；b)将前体溶液与包含OCMF的增强材料结合；c)使前体溶液中的二氧化硅凝胶前体材料转变成凝胶材料或组成物；d)从凝胶材料或组成物中提取至少一部分溶剂以获得气凝胶材料或组成物。在某些实施方案中，本披露的方法包括通过在前体溶液中的二氧化硅凝胶前体材料转变之前或之中，将火类添加剂材料与前体溶液结合，将火类添加剂材料掺入增强的气凝胶组成物中。进入凝胶成分。在优选的实施方式中，增强材料包括基于三聚氰胺的OCMF材料。在某些实施方案中，本披露的方法包括通过以下一种或两种将至少一种疏水性结合的硅结合到气凝胶材料或组成物中：i)在前体溶液中包括至少一种具有至少一种二氧化硅凝胶前体材料疏水基团，或ii)使前体溶液、凝胶组成物或气凝胶组成物暴露于疏水剂。在某些实施方案中，本披露的方法包括以下步骤：将至少一种疏水性结合的硅掺入气凝胶组成物中，以在气凝胶组成物中提供约1重量％至约25重量％、约1重量％至约20重量％、约1重量％至约15重量％、约1重量％至约10重量％或约1重量％至约5重量％之间的疏水有机含量。在一个优选的实施方案中，本披露的方法产生增强的气凝胶组成物。在某些实施方案中，本披露内容的方法产生包含二氧化硅基的气凝胶骨架，基于三聚氰胺的OCMF和火类添加剂的增强的气凝胶组成物，其具有以下性质：a)导热率在15mW/M*K和30mW/M*K之间；b)液态水的吸收量为30重量％以下；c)燃烧热在580cal/g和717cal/g之间。另外，以下描述中公开具体的非限制性实施方案/实施例。所列举的实施例呈现的目的为说明本专利技术构想的实施方案的一定范围，包括这些实施方案或实施例的组合。本披露的权利要求书中描述的本专利技术的范围超出此些非限制性实施例。实施方案1是一种增强的气凝胶组成物，包含以OCMF材料增强的二氧化硅基的气凝胶骨架和火类添加剂；其中二氧化硅基的气凝胶骨架包含至少一种疏水性结合的硅；其中所述增强的气凝胶组成物具有以下性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强的气凝胶组成物，包括以OCMF材料增强的二氧化硅基气凝胶骨架和火类添加剂；其中，所述二氧化硅基的气凝胶骨架包含至少一种疏水性结合的硅；其中，所述增强的气凝胶组成物具有以下性能：/ni)液态水的吸收量为20重量％以下；/nii)根据ASTM C518标准，在约37.5℃的温度下，在周围环境中，在大气压下以及在约2psi的压缩负载下的导热率为30mW/M*K以下；以及/niii)根据EN ISO 1716标准，燃烧热低于717cal/g。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180531 US 62/678,8501.一种增强的气凝胶组成物，包括以OCMF材料增强的二氧化硅基气凝胶骨架和火类添加剂；其中，所述二氧化硅基的气凝胶骨架包含至少一种疏水性结合的硅；其中，所述增强的气凝胶组成物具有以下性能：
i)液态水的吸收量为20重量％以下；
ii)根据ASTMC518标准，在约37.5℃的温度下，在周围环境中，在大气压下以及在约2psi的压缩负载下的导热率为30mW/M*K以下；以及
iii)根据ENISO1716标准，燃烧热低于717cal/g。


2.一种增强的气凝胶组成物，包括以密度为2kg/m3到25kg/m3之间的OCMF材料增强的二氧化硅基气凝胶骨架，以及火类添加剂；其中，所述二氧化硅基气凝胶骨架包含至少一种疏水性结合的硅；其中，所述增强的气凝胶组成物具有以下性能：
i)液态水的吸收量为20重量％以下；
ii)根据ASTMC518标准，在约37.5℃的温度下，在周围环境中，在大气压下以及在约2psi的压缩负载下的导热率为30mW/M*K以下；以及
iii)根据ENISO1716标准，燃烧热低于717cal/g。


3.一种增强的气凝胶组成物，包含以密度为2kg/m3和25kg/m3的OCMF材料增强的二氧化硅基气凝胶骨架，以及火类添加剂；其中，所述二氧化硅基气凝胶骨架包含至少一种疏水性结合的硅；其中，所述增强的气凝胶组成物具有以下性能：
i)液态水的吸收量在1重量％至10重量％之间；
ii)根据ASTMC518标准，在约37.5℃的温度下，在周围环境中，在大气压下以及在约2psi的压缩负载下的导热率大于8且小于25mW/M*K；以及
iii)根据ENISO1716标准，燃烧热小于717cal/g且大于400cal/g。


4.一种增强的OCMF组成物，其用二氧化硅基气凝胶组成物和火类添加剂增强；其中，所述二氧化硅基气凝胶的骨架包含至少一种疏水性结合的硅；其中，所述增强的气凝胶组成物具有以下性能：
i)液态水的吸收量为20重量％以下；
ii)根据ASTMC518标准，在约37.5℃的温度下，在周围环境中，在大气压下以及在约2psi的压缩负载下的导热率为30mW/M*K以下；以及
iii)根据ENISO1716标准，燃烧热低于717cal/g。


5.一种增强的OCMF组成物，其以二氧化硅基气凝胶组成物和火类添加剂增强；其中，所述二氧化硅基气凝胶的骨架包含至少一种疏水性结合的硅；其中，所述增强的气凝胶组成物具有以下性能：
i)液态水的吸收量为20重量％以下；
ii)根据ASTMC518标准，在约37.5℃的温度下，在周围环境中，在大气压下以及在约2psi的压缩负载下的导热率为30mW/M*K以下；以及
iii)根据ENISO1716标准，燃烧热低于717cal/g。


6.一种增强的OCMF组成物，其以二氧化硅基气凝胶组成物和火类添加剂增强；其中，所述二氧化硅基气凝胶的骨架包含至少一种疏水性结合的硅；其中，所述增强的气凝胶组成物具有以下性能：
i)液态水的吸收量在1重量％至10重量％之间；
ii)根据ASTMC518标准，在约37.5℃的温度下，在周围环境中，在大气压下以及在约2psi的压缩负载下的导热率大于8且小于25mW/M*K；以及
iii)根据ENISO1716标准，燃烧热小于717cal/g且大于400cal/g。


7.根据权利要求1至3中任一项所述的增强的气凝胶组成物或根据权利要求4至6中任一项所述的增强的OCMF组成物，其中，所述OCMF材料包括或为有机OCMF材料。


8.根据权利要求1至3中任一项所述的增强的气凝胶组成物或根据权利要求4至7中任一项所述的增强的OCMF组成物，其中，所述OCMF材料包括或为基于三聚氰胺的OCMF材料。


9.根据权利要求1至3中任一项所述的增强的气凝胶组成物或根据权利要求4至6中任一项所述的增强的OCMF组成物，其中所述OCMF材料包括或为OCMF材料的片。


10.根据权利要求1至3中任一项所述的增强的气凝胶组成物或根据权利要求4至9中任一项所述的增强的OCMF组成物，其中，所述OCMF材料是有机泡沫。


11.根据权利要求1至3中任一项所述的增强的气凝胶组成物或根据权利要求4至6中任一项所述的增强的OCMF组成物，其中，所述OCMF材料是基于三聚氰胺的泡沫。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，所述OCMF材料既不是低燃材料也不是不可燃材料。


13.根据权利要求1至11中任一项所述的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，所述OCMF材料既不是低可燃性材料也不是不可燃性材料。


14.根据权利要求1至11中任一项的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，所述OCMF材料占所述组成物的2重量％至10重量％。


15.根据权利要求1至14中任一项所述的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，所述组成物中的疏水性结合的硅含量为2重量％至10重量％。


16.根据权利要求1至14中任一项所述的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，所述组成物中疏水性结合的硅的含量为2重量％至8重量％。


17.根据权利要求1至14中任一项所述的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，所述组成物中疏水性结合的硅的含量在2重量％至6重量％之间。


18.根据权利要求1至17中任一项所述的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，所述组成物根据ENISO1716标准具有700cal/g以下的燃烧热。


19.根据权利要求1至17中任一项所述的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，根据ENISO1716标准，所述组成物具有675cal/g以下的燃烧热。


20.根据权利要求1至17中任一项所述的增强的气凝胶组成物或增强的OCMF组成物，其中，根据ENISO1716标准，所述组成物具有650cal/g以下的燃烧热。


21.根据权利要求1至17中任一项所述的增强的气凝胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·米哈尔奇克，K·E·德克拉弗特，N·A·扎菲罗波洛斯，O·R·埃万斯，G·L·古尔德，W·洛尔斯贝尔格，
申请(专利权)人：斯攀气凝胶公司，
类型：发明
国别省市：美国;US