制造气凝胶板的方法、气凝胶板及其用途技术

本发明专利技术提供一种制造气凝胶板的方法，所述方法简便、环保，突破了传统的通过冷冻浇注技术制造的气凝胶板通常小于5厘米的实验室规模，能够制造大尺寸、孔径均匀一致且孔通道彼此平行的气凝胶板。根据本发明专利技术方法制造的气凝胶板在厚度方向上具有超低热导率和高光反射率，能够适用于实际的建筑物外墙、屋顶等的隔热和/或保温应用。热和/或保温应用。热和/或保温应用。

【技术实现步骤摘要】
制造气凝胶板的方法、气凝胶板及其用途


[0001]本专利技术涉及气凝胶板的制造领域，更具体地，提供一种新型的制造气凝胶板的方法，通过该方法制造的气凝胶板及其用途。

技术介绍

[0002]气凝胶材料因其低密度、高孔隙率和低热导性而在隔热应用中备受关注。由于炎热的夏季会大量使用空调，低热导性的气凝胶材料显示出降低建筑物高能耗的巨大潜力。为了实现超低的热导率和出色的隔热性能，可以使用单向冷冻浇注技术制造具有在预定方向排列的孔的各向异性气凝胶。尽管高度各向异性气凝胶在径向上的隔热性能非常有前景，例如其热导率低于24m Wm
‑
1 K
‑1，但传统的冷冻浇注装置和冰晶生长的物理限制(由于热导率限制)会极大的阻碍用于实际隔热应用的气凝胶材料的大规模生产。
[0003]包括冷源冷却速率和冷源与环境之间的温度梯度在内的几个因素会影响胶体溶液的凝固模式，进而会决定气凝胶中的孔排列。实际上，当使用单个冷源时，只能在几厘米内达到恒定的冷冻速度。可以使用双侧冷源在更长的距离上实现恒定的凝固速度。然而，具有均匀孔排列的气凝胶材料的尺寸仍然受到短冷冻长度的限制。现有技术中有几种用于大尺寸气凝胶的制造方法。然而，这些方法旨在使用底部冷源制造孔沿厚度方向排列的气凝胶，当它们用作隔热材料时，会促进屋顶与建筑物外部环境之间的热传导。因此，这些方法不适于制造用于建筑隔热的气凝胶材料。除了在厚度方向上的低热导性外，气凝胶还应能够有效地反射太阳光，以避免白天太阳辐射所致的热量增加。然而，现有技术报道的气凝胶的光学反射率并不理想，在实际应用中需要涂覆额外的反射涂层或饰面。
[0004]鉴于上述情况，本领域需要一种通用且操作方便的气凝胶板制造方法，其能够制造大尺寸、超低热导率和高光反射率的气凝胶板。

技术实现思路

[0005]如前所述，本领域需要一种具有垂直于厚度方向的均匀排列且彼此平行的多孔通道的大尺寸气凝胶板，其有助于实现厚度方向上的超低热导率和高的光反射率，进而能够作为建筑物外墙、屋顶的隔热材料等。基于此，本专利技术的专利技术人设计了以下气凝胶板的制造方法。
[0006]在本专利技术的第一方面，提供了一种用于制造气凝胶板的方法，包括以下步骤：
[0007]1)提供水基胶体溶液；
[0008]2)在冷冻模具中使用可移动的侧面冷源逐块地冷冻浇注所述水基胶体溶液，由此获得冷冻样品；
[0009]3)冷冻干燥所述冷冻样品，以获得气凝胶板。
[0010]在第二方面，提供了一种气凝胶板，所述气凝胶板具有平行于所述气凝胶板的平面的、孔径一致且均匀排布的孔通道。
[0011]在第三方面，提供了由第一方面所述的方法制造的气凝胶板或由第二方面所述的
气凝胶板用于建筑应用如建筑物屋顶、外墙的用途。
[0012]本专利技术的有益之处在于：本专利技术的气凝胶板的制造方法操作简便且环保，不仅能够制造超低热导率和光反射率高的气凝胶板，而且突破了通常小于5厘米的实验室规模，能够实现大尺寸气凝胶板的制造，使其能够作为隔热材料适用于实际的建筑物隔热、保温等应用。
附图说明
[0013]本专利技术附图与本专利技术的实施例一起提供了对本专利技术的进一步解释，并且构成说明书的一部分。显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本专利技术的一些实施方案，而并不构成对本专利技术的限制。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方案。
[0014]图1示出了根据本专利技术的方法的一个实施方案的使用可移动的侧面冷源经冷冻浇注法制造气凝胶板的制造装置及其机制的示意图。
[0015]图2示出了根据本专利技术方法制造的气凝胶样品的数码照片和扫描电子显微镜(SEM)照片，其中A
‑
I示出了气凝胶板的不同区域。
[0016]图3示出了根据本专利技术的一个实施方案的使用可移动的侧面冷源制造的气凝胶板的照片(a)、以及对该气凝胶板的横向尺寸(20
×
20cm2)(b)和厚度(≤1cm)(c)的测试。
[0017]图4示出了根据本专利技术的一个实施方案的气凝胶板的不同区域的热导率和光反射率的测量。
[0018]图5示出了根据本专利技术的一个实施方案的气凝胶板样品的高柔韧性。
[0019]图6示出了自制WPU固体薄膜、涂有商业反射涂料的发泡聚苯乙烯(EPS)泡沫、基于二氧化硅(SiO2)的气凝胶、根据本专利技术的WPU气凝胶和BNNS/WPU复合气凝胶的UV
‑
vis光谱。
[0020]图7示出了根据本专利技术的一个实施方案的气凝胶板、具有高反射涂料(商用EPS)、基于二氧化硅(SiO2)的气凝胶和玻璃在隔热和光反射率的应用的现场测试图。
[0021]图8示出了根据本专利技术的一个实施方案的气凝胶板、具有高反射涂料(商用EPS)、基于二氧化硅(SiO2)的气凝胶、玻璃的内侧和环境温度在现场测试中随时间的温度变化图。
具体实施方式
[0022]在下文中，将结合附图对本专利技术进行详细的描述。需理解，以下描述仅以示例方式来对本专利技术进行说明，而无意于对本专利技术的范围进行限制，本专利技术的保护范围以随附权利要求为准。并且，本领域技术人员理解，在不背离本专利技术的精神和主旨的情况下，可以对本专利技术的技术方案进行修改。若并未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0023]除非另外定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所述主题所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。在对本专利技术进行详细描述之前，提供以下定义以更好地理解本专利技术。
[0024]在提供数值范围的情况中，例如浓度范围、百分比范围或比率范围，应当理解，除非上下文另有明确规定，否则在该范围的上限与下限之间的、到下限单位的十分之一的各
中间值以及在所述范围内的任何其他所述值或中间值包含在所述主题内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括在较小范围中，并且此类实施方案也包括在所述主题内，受限于所述范围中的任何特定排除的极限值。在所述范围包括一个或两个极限值的情况中，排除那些所包括的极限值中的任一个或两个的范围也包括在所述主题中。
[0025]在整个申请中，很多实施方案使用表述“包含”、“包括”或者“基本/主要由
……
组成”。表述“包含”、“包括”或“基本/主要由
……
组成”通常情况下可以理解为开放式表述，表示不仅包括该表述后面具体列出的各元素、组分、组件、方法步骤等外，还包括其他的元素、组分、组件、方法步骤。另外，在本文中，表述“包含”、“包括”或者“基本/主要由
……
组成”在某些情况下也可以理解为封闭式表述，表示仅包括该表述后面具体列出的各元素、组分、组件、方法步骤，而不包括任何其他的元素、组分、组件、方法步骤。此时，该表述等同于表述“由
……
组成”。
[0026]为了更好地理解本教导并且不限制本教导的范围，除非另外指出，否则在说明书和权利要求中使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造气凝胶板的方法，包括以下步骤：1)提供水基胶体溶液；2)在冷冻模具中使用可移动的侧面冷源逐块地冷冻浇注所述水基胶体溶液，由此获得冷冻样品；3)冷冻干燥所述冷冻样品，以获得气凝胶板。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水基胶体溶液包括：
‑
浓度范围为1重量％至10重量％、优选为1重量％至5重量％的至少一个维度的尺寸为1nm至1μm的聚合物颗粒，如水性聚氨酯颗粒、水性聚乙烯醇颗粒、水性聚酰亚胺颗粒；以及
‑
至少一个维度的尺寸小于100纳米的无机和/或有机纳米填料，其占所述聚合物颗粒和所述纳米填料的重量之和的0重量％至60重量％、优选5重量％至20重量％。3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤1)包括：1
‑
1)将所述聚合物颗粒分散于水中，由此得到所述水基胶体溶液；或者1
‑2‑
1)将所述无机和/或有机纳米填料分散于水中，例如通过使其在15℃至30℃如20℃的超声浴中经历超声处理10分钟至2小时，例如30分钟，由此得到纳米填料分散液；以及1
‑2‑
2)将所述纳米填料分散液与将所述聚合物颗粒分散于水中得到的水性溶液混合，例如通过在15℃至30℃如室温下搅拌至少10小时，例如12小时、16小时、20小时、或24小时，由此得到所述水基胶体溶液。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其中，步骤2)包括：2
‑
1)移动所述可移动的侧面冷源，使其近端与所述冷冻模具的侧面封闭端间隔冷冻有效距离，从而在所述冷冻模具内形成冷冻空间；2
‑
2)将所述水基胶体溶液倒入所述冷冻空间中，并等待足以使所述水基胶体溶液凝固成块的时间，例如等待至少10分钟，例如15分钟；任选地，重复步骤2
‑
1)和2
‑
2)，以获得所需长度的冷冻样品。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述冷冻有效距离不超过15mm，优选为15mm。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的方法，其中，所述可移动的侧面冷源提供最低至...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈曦，金章教，杨晶磊，陈洁盈，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：