制備疏水性隔熱模制品的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種使包含親水性硅石的微孔隔熱模制品疏水化的方法，在該方法中，使用至少一種有機(jī)硅烷處理模具，并且，在該方法中，將一種或多種在反應(yīng)條件下為氣態(tài)的有機(jī)硅烷引入到裝有包含親水性硅酸的微孔隔熱模制品的腔室中，直到壓力差為Δp≥20毫巴。
【專利說明】制備疏水性隔熱模制品的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種在限定壓力條件下制備疏水性隔熱模制品的方法。
[0002]DE-A-3037409公開了通過硬脂酸鹽、硅酸鹽(siliconate)、石蠟和脂肪制備由泡沫珍珠巖防水劑構(gòu)成的隔熱材料。這歸因于具有這些材料的表面涂層。盡管這種方法處理的隔熱材料防液態(tài)水，但它們會吸收以大氣濕氣形式存在的水蒸氣。這導(dǎo)致隔熱性質(zhì)惡化。
[0003]DE-A-4221716公開了將熱解法硅石與有機(jī)硅烷反應(yīng)，從而使得它們防水。然而，這種疏水性硅石不能充分壓縮，因而不是可壓縮的。對與疏水二氧化硅的混合物的壓制同樣不能帶來可接受的結(jié)果。
[0004]EP-A-1988228描述了一種通過在混合過程中加入有機(jī)硅烷，對其進(jìn)行壓制而形成疏水微孔隔熱模制品的方法。該方法的缺點是在壓制形成穩(wěn)定片材時非常困難，特別是在疏水化過程中有氣態(tài)產(chǎn)物形成時。
[0005]因而，本發(fā)明的一個技術(shù)目的是提供可以使隔熱材料疏水化過程中出現(xiàn)的缺點最少化，同時簡單且易于實現(xiàn)的方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種使包含親水性硅石的微孔隔熱模制品疏水化的方法，在該方法中，使用至少一種有機(jī)硅烷處理所述模制品，其中，將一種或多種在反應(yīng)條件下為氣態(tài)的有機(jī)硅烷引入到裝有包含親水性硅石的微孔隔熱模制品的腔室中，直到壓力差為Ap > 20毫巴。
[0007]Ap = p2_pl,其中pi =引入有機(jī)硅烷之前腔室中的壓力，p2 =停止引入有機(jī)娃烷時腔室中的壓力。實施本發(fā)明的方法，以使優(yōu)選50毫巴< Ap < 5巴，特別優(yōu)選100毫巴≤Ap≤500豪巴，非常特別優(yōu)選200毫巴≤Ap≤400毫巴。
[0008]對于本發(fā)明而言，親水性硅石是其表面上沒有任何可以提供疏水、斥水性質(zhì)的有機(jī)基團(tuán)例如烷基的硅 石。相反，在表面上存在的基團(tuán)應(yīng)當(dāng)主要由或完全由S1-OH和S1-O-Si基團(tuán)構(gòu)成?？梢蕴峒爸苽錈峤夥ü枋膶嵗腔鹧嫠夥?，其中，氣態(tài)硅化合物在氫氣/氧氣火焰中燃燒。這種熱解法硅石是親水性的。
[0009]腔室僅僅必須滿足可以維持本發(fā)明方法中所需壓力的要求即可。
[0010]在本發(fā)明的一個【具體實施方式】中,在引入有機(jī)硅烷之前腔室內(nèi)壓力小于大氣壓力的情況下實施該方法。特別是，當(dāng)0.1毫巴< Pl <大氣壓力時是有利的。特別優(yōu)選是下列變量，其中KpK 500毫巴。在該優(yōu)選實施方式中，有機(jī)硅烷因而引入到抽空的腔室中。在這種亞大氣壓力的方法中，有機(jī)硅烷自身“被吸入”到親水性模制品的最細(xì)的孔隙中，并且最優(yōu)化地在其中分布。
[0011]在本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實施方式中，在引入有機(jī)硅烷之前在腔室內(nèi)壓力等于大氣壓力或者更高的情況下實施該方法。在該情形下，當(dāng)大氣壓力< Pi ( 10巴時是有利的。在這種超大氣壓力的方法中，有機(jī)硅烷“被推入”到親水性隔熱模制品的孔隙中，并且由此最優(yōu)化分布。
[0012]作為本發(fā)明方法中的微孔親水性硅石，優(yōu)選使用熱解法硅石和/或二氧化硅氣溶膠。
[0013]二氧化硅氣溶膠是從水性二氧化硅凝膠通過特定的干燥方法制備。其同樣具有非常高的孔隙率，因此是高度有效的隔熱材料。
[0014]熱解法硅石通過火焰水解揮發(fā)性硅化合物例如有機(jī)和無機(jī)氯硅烷而制備。在該方法中，蒸汽或氣態(tài)形式的可水解鹵化硅與由氫氣和含氧氣體燃燒形成的火焰反應(yīng)。燃燒的火焰提供鹵化硅水解用的水，以及用于水解反應(yīng)的足夠熱量。這種方法制備的二氧化硅被稱為熱解法硅石。在該方法中，首先形成幾乎完全不含有內(nèi)孔的初級顆粒。這些初級顆粒在所述方法中借助“燒結(jié)頸”熔化形成聚集體。得益于這種結(jié)構(gòu)，熱解法硅石是理想的隔熱材料，因為聚集體結(jié)構(gòu)帶來了足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，借助“燒結(jié)頸”最小化了固態(tài)傳導(dǎo)導(dǎo)致的熱傳遞，并產(chǎn)生足夠高的孔隙率。
[0015]所用的有機(jī)硅烷與親水性硅石的硅醇基團(tuán)反應(yīng)，并且以這種方式使得隔熱模制品變得斥水。
[0016]對本發(fā)明而言，一種或多種有機(jī)硅烷可優(yōu)選地選自由Rn-Si_X4_n，R3S1-Y-SiR3,RnSinOn, (CH3) 3-S1-(0-Si (CH3) 2)n-0H，HO-Si (CH3)2-(0-Si (CH3) 2)n_0H 所組成的組，其中 η =1-8 ；R = -H, -CH3, -C2H5:X = -Cl, -Br ；-OCH3, -OC2H5, -OC3H8, Y = NH, 0。
[0017]非常明確地提到的是(CH3)3SiCl,(CH3)2SiCl2, CH3SiCl3, (CH3)3SiOC2H5,(CH3)2Si(OC2H5)2, CH3Si(OC2H5)3, (CH3)3SiNHSi(CH3)3, (CH3)3SiOSi(CH3)3, (CH3)8Si4Oj 八甲基四環(huán)硅氧烷]，(CH3)6Si3O3[六甲基三環(huán)硅氧烷]以及(CH3)3Si (OSi (CH3)2)40H[低分子量的聚硅氧醇(polysil oxanol)]。特別優(yōu)選使用(CH3)3SiCl, (CH3)2SiCl2, CH3SiCl3,(CH3) 3SiNHSi (CH3) 3 和(CH3) 8Si404。
[0018]本發(fā)明的方法尤其是特征在于:在腔室中主要的(prevailing)反應(yīng)條件下所述有機(jī)硅烷是氣態(tài)。有機(jī)硅烷自身可以以液體或蒸汽形式引入到腔室中。當(dāng)以液體形式引入時，例如通過噴射射入時，它應(yīng)當(dāng)在腔室中轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麘B(tài)。優(yōu)選的是以蒸汽形式引入有機(jī)硅燒。
[0019]在引入有機(jī)硅烷過程中或之后，本方法還可以將極性物質(zhì)引入到腔室中。這些物質(zhì)可以優(yōu)選是水、醇和鹵化氫。
[0020]在本發(fā)明方法中所使用的包含親水性硅石的微孔隔熱模制品可以還包含遮光劑，纖維和/或細(xì)碎的無機(jī)添加劑。
[0021]可選的遮光劑是氧化鈦,氧化錯，鈦鐵礦，鈦酸鐵，氧化鐵，娃酸錯，碳化娃，氧化猛和炭黑。這些遮光劑優(yōu)選在從1.5μπι到ΙΟμπι的紅外光譜中范圍內(nèi)具有最大值。這些顆粒的粒徑優(yōu)選為0.5-15 μ m0在整體混合物中，遮光劑的存在比例優(yōu)選為5-20重量％。
[0022]為進(jìn)行增強(qiáng)，即機(jī)械強(qiáng)化，可以使用纖維。這些纖維本質(zhì)上可以是無機(jī)纖維或有機(jī)纖維，并且構(gòu)成混合物的至多12重量％?？梢允褂玫臒o機(jī)纖維的實例是玻璃棉，巖棉，玄武巖纖維，渣棉，以及由氧化鋁和/或二氧化硅熔體組成的陶瓷纖維，并且進(jìn)一步包含無機(jī)金屬氧化物。純的二氧化硅纖維例如是硅石纖維。可以使用的有機(jī)纖維的實例可以是纖維素纖維，織物纖維或聚合物纖維。纖維的直徑優(yōu)選為1-12 μ m，特別優(yōu)選6-9 μ m，長度優(yōu)選為
特別優(yōu)選 3-1 Ommn
[0023]另外，在本發(fā)明方法中，可以加入無機(jī)填充材料。可以利用由多種合成方法制備的改性二氧化硅，例如，沉積硅石，電弧硅石，通過氧化揮發(fā)性硅單氧化物以及在電化學(xué)制備硅或硅鐵中所形成的含SiO2的揚(yáng)塵。通過用酸浙濾硅酸鹽例如硅酸鈣、硅酸鎂及混合的硅酸鹽例如橄欖石而制備的硅石同樣是合適的。還可以使用天然存在的含SiO2化合物，例如娃藻土(diatomaceous earth)和娃藻土(kieselguhr)。同樣可以加入熱膨脹性礦物質(zhì)例如珍珠巖和蛭石，細(xì)碎分散的金屬氧化物例如氧化鋁，氧化鈦，氧化鐵。
[0024]在本發(fā)明的一個特定實施方式中，包含親水性硅石的微孔隔熱模制品含有45-95重量％、優(yōu)選55-90重量％的熱解法二氧化娃和/或二氧化娃氣溶膠,5-20重量％、優(yōu)選7-15重量％的遮光劑，5-35重量％、優(yōu)選10-30重量％的細(xì)碎的無機(jī)添加劑以及0_12重量％、優(yōu)選1-5重量％的纖維。
[0025]為加速上述方法，待處理的隔熱模制品還可以額外進(jìn)行穿孔。穿孔槽使得在每種情況下使用的有機(jī)硅烷可以更快地并以靶向方式進(jìn)入到隔熱模制品中。待移除的任何過量的反應(yīng)產(chǎn)物同樣可以通過穿孔槽以加速方式再次被移除。穿孔可以通過針刺待處理的隔熱模制品而進(jìn)行，優(yōu)選在隔熱模制品實際壓制過程中通過針夾(needle gripper)實現(xiàn)。首先在隔熱板的情況下，穿孔可以在一側(cè)但是優(yōu)選在兩側(cè)進(jìn)行?？咨疃热Q于親水性隔熱模制品的厚度，并且范圍可以從5_至全部貫通，優(yōu)選約為親水性隔熱模制品厚度的2 / 3。為避免熱橋(heat bridge),在親水性隔熱模制品未全部貫通的情況下,優(yōu)選兩側(cè)穿孔為具有錯開排列(offset pattern)的孔。穿孔槽的直徑范圍可以從0.1mm至3.0mm,優(yōu)選從0.5mm至1.0mm。穿孔槽的間距范圍可以從5mm至200mm，在一側(cè)穿孔的情況下，所述槽的間距應(yīng)當(dāng)優(yōu)選與針深度一樣大，在兩側(cè)穿孔的情況下，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選針深度的兩倍。
[0026]對于腔室內(nèi)的溫度，有利的是從20°C至300°C。處理時間可以通過這種方式進(jìn)行控制。取決于所用有機(jī)硅烷的類型不同，選擇范圍從50至200°C的溫度是特別有利的。
[0027]同樣地有利的是將包含親水性硅石的微孔隔熱模制品放置在腔室中I分鐘至I小時，特別優(yōu)選從2至20分鐘，從加入有機(jī)硅烷的時間點開始計算。
[0028]當(dāng)處理完畢后，任何過量的有機(jī)硅烷和反應(yīng)產(chǎn)物都可以通過加熱從當(dāng)前的疏水性模制品移除。為實現(xiàn)機(jī)械穩(wěn)定性和改善處理性，包括防塵處理，疏水性模制品可以被封裝在無紡布和薄膜內(nèi)，優(yōu)選收縮薄膜內(nèi)。
[0029]本發(fā)明進(jìn)一步提供了通過`本發(fā)明的方法制備的疏水化的隔熱模制品的用途，其用于在中空建筑砌塊(block)中產(chǎn)生隔熱、多層建筑砌塊的內(nèi)核隔熱、用于建筑物內(nèi)隔熱和外隔熱的復(fù)合隔熱系統(tǒng)的內(nèi)核隔熱、空心墻砌體中的隔熱、爐體結(jié)構(gòu)中的隔熱以及真空隔熱板。
[0030]除了其它之外，通過本發(fā)明的方法制備的這些疏水化隔熱模制品的應(yīng)用領(lǐng)域尤其是隔熱材料暴露于水分或濕氣的所有領(lǐng)域。
實施例
[0031]實施例1:
[0032]微孔隔熱板具有250X250X20mm的尺寸以及184.4g的重量，其對應(yīng)于147.5kg / m3的總密度，且組成為:87.0重量％的BET表面積為300m2 / g的熱解法硅石，
9.0重量％的焰黑(flame black)以及4.0重量％的短切黏膠纖維(Φ9 μ m ;L6mm)，將其放置在加熱到約100°C的干燥器中。干燥器內(nèi)的壓力通過水泵降低到15毫巴。將以氣體形式存在的六甲基二硅氮烷隨后引入到干燥器中，直到壓力升高至300毫巴。
[0033]實施例2:
[0034]微孔隔熱板具有250X250X20mm的尺寸以及189.3g的重量，其對應(yīng)于151.4kg / m3的總密度，且組成為:87.0重量％的BET表面積為300m2 / g的熱解法硅石，
9.0重量％的焰黑以及4.0重量％的短切黏膠纖維(Φ9 μ m ；L6mm)，將其放置在加熱到約100°C的干燥器中。干燥器內(nèi)的壓力通過水泵降低到15毫巴。將以氣體形式存在的二甲基二氯硅烷隨后引入到干燥器中，直到壓力升高至300毫巴。
[0035]根據(jù)實施例1和 2所得的板都是完全防水的，并具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和不變的低導(dǎo)熱性。
【權(quán)利要求】
1.一種使包含親水性硅石的微孔隔熱模制品疏水化的方法，其中，使用至少一種有機(jī)硅烷處理所述模制品， 其特征在于， 將一種或多種在反應(yīng)條件下為氣態(tài)的有機(jī)硅烷引入到裝有包含親水性硅石的微孔隔熱模制品的腔室中，直到壓力差為Λρ≥20毫巴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法， 其特征在于， 在有機(jī)硅烷引入之前，腔室中的壓力小于大氣壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法， 其特征在于， 在有機(jī)硅烷引入之前，腔室中的壓力為大氣壓力或更高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的方法， 其特征在于， 將熱解法硅石和/或二氧化硅氣溶膠用作親水性硅石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項的方法， 其特征在于， 所述有機(jī)硅烷選自由 Rn_Si-X4_n，R3Si-Y-SiR3, RnSinOn, (CH3)3-Si-(O-Si(CH3)2)n-0H，HO-Si (CH3)2-(0-Si (CH3)2)n-0H 所組成的組，其中 η = 1-8 ：R = -H, -CH3, -C2H5 ；X=-Cl, -Br ；-OCH3, -OC2H5, -OC3H8, Y = NH, O。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項的方法， 其特征在于， 有機(jī)硅烷以液體或蒸汽形式引入到腔室中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項的方法， 其特征在于， 在加入有機(jī)硅烷的同時或之后，引入水、醇和/或鹵化氫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項的方法， 其特征在于， 所使用的微孔親水性的隔熱模制品進(jìn)一步包含遮光劑、纖維和/或細(xì)碎的無機(jī)添加劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項的方法， 其特征在于， 所使用的包含親水性硅石的微孔隔熱模制品含有45-95重量％、優(yōu)選55-90重量％的熱解二氧化硅和/或二氧化硅氣溶膠，5-20重量％、優(yōu)選7-15重量％的遮光劑，5-35重量％、優(yōu)選10-30重量％的細(xì)碎的無機(jī)添加劑以及0-12重量％、優(yōu)選1-5重量％的纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項的方法， 其特征在于， 所使用的包含親水性硅石的微孔隔熱模制品是穿孔的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項的方法， 其特征在于，腔室內(nèi)的溫度為20-300°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項的方法， 其特征在于， 所使用的包含親水性硅石的微孔隔熱模制品從加入有機(jī)硅烷的時間點開始，放置在腔室內(nèi)1分鐘到1小時。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項的方法制備的隔熱模制品用于在中空建筑砌塊中產(chǎn)生隔熱、多層建筑砌塊的內(nèi)核隔熱、用于建筑物內(nèi)隔熱和外隔熱的復(fù)合隔熱系統(tǒng)的內(nèi)核隔熱、空心墻砌體中的隔熱、爐體結(jié)構(gòu)中的隔熱以及真空隔熱板的用途。
【文檔編號】C09C1/30GK103748178SQ201180072583
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月27日
【發(fā)明者】G·克拉泰爾, G·博爾歇特, F·門策爾 申請人:贏創(chuàng)德固賽有限公司