[发明专利]包含纳米多孔颗粒的复合材料

说明书

本发明涉及一种包含纳米多孔颗粒的复合材料，更具体而言是一种气凝胶复合材料，涉及用于制备所述复合材料的方法和组合物，以及所述复合材料的用途。

气凝胶和微粉硅胶（aerosil）是高度多孔固体，因为其体积的主要部分由孔组成。气凝胶可例如基于硅酸盐，也可基于塑料或碳。气凝胶孔的直径在纳米范围内。由于其高孔容，气凝胶特别是可用作绝缘材料，该材料将出色的绝缘性能与低密度相结合。气凝胶最初作为颗粒存在，并可使用粘合剂通过例如挤压进行成形加工以形成板。

在文献中气凝胶也描述为以空气为分散介质的凝胶。气凝胶可通过干燥合适的凝胶获得。本发明中的气凝胶也包括干凝胶（xerogel）和冻凝胶（cryogel）。气凝胶的成形加工终止于溶胶-凝胶转变期间。一旦固体凝胶结构已经形成，外部形式仅可通过粉碎（例如碾磨）而改变。

EP-A-0340707公开了密度为0.1至0.4g/cm³的绝缘材料，其具有良好的热绝缘能力和足够高的抗压强度，该材料通过使用有机或无机粘合剂将二氧化硅气凝胶颗粒粘附在一起获得。合适的无机粘合剂的实例为水泥、石膏、石灰或水玻璃。

EP489319A2公开了基于二氧化硅气凝胶颗粒和苯乙烯聚合物泡沫的复合泡沫。US-A-6121336公开了通过掺入二氧化硅气凝胶改善聚氨酯泡沫的性能。DE4441567A1公开了得自气凝胶和无机粘合剂的复合材料，其中气凝胶颗粒的微粒直径小于0.5mm。EP672635A1公开了得自二氧化硅气凝胶和粘合剂的成形制品，其额外使用了页硅酸盐或粘土矿物。US-A-6143400公开了得自气凝胶颗粒和粘合剂的复合材料，其使用直径小于0.5mm的气凝胶颗粒。DE10533564A1公开了包含气凝胶颗粒、粘合剂和纤维剂的复合材料。WO2007/011988A2公开了具有所谓的混合气凝胶颗粒和粘合剂的组合物，其中气凝胶颗粒可与粘合剂形成共价键。

然而，制备此类成形制品通常需要使用高粘合剂含量。此外，很多性能特征例如热导率或断裂强度仍需要改善。通常还存在成形制品的制备问题。大量有机粘合剂由于其高粘度而不能使用。低粘度分散体的使用通常需要用水性溶剂过度稀释，其缺点在于，由于气凝胶表面未润湿，分散体中的粘合剂不与通常为疏水性的二氧化硅气凝胶颗粒发生任何结合。

因此，本发明解决的问题是提供可将较低的粘合剂含量与改善的低的热导率和低密度相结合的复合材料。该复合材料也可以简单方式——例如通过改善有机粘合剂的使用——而获得。

本发明提供了一种复合材料，包含纳米多孔（更具体而言是粒状的）颗粒（更具体而言是气凝胶）以及基于粘合剂和交联剂的交联粘合剂，其中所述粘合剂是被氨基类基团取代的聚合物。

本发明还提供了一种用于制备复合材料的方法，其包括将纳米多孔（更具体而言是粒状的）颗粒（更具体而言是气凝胶）、粘合剂和交联剂混合，通过交联剂与粘合剂的氨基类基团反应进行交联，并将由此获得的材料：

a)直接进行成形操作并任选固化，或

b)制粒、存储并根据需要或当需要时进行成形和固化。

本发明还提供一种用于制备复合材料的组合物，其包含纳米多孔（更具体而言是粒状的）颗粒（更具体而言是气凝胶）、粘合剂和交联剂，其中粘合剂是被氨基类基团取代的聚合物。

在本发明中，除非另有指明，所使用的术语定义如下并且所提及的参数如下进行测量：

颗粒：颗粒或者为单块的微粒（即由一块组成）；或者基本上包含直径小于微粒的颗粒，其任选地通过合适的粘合剂粘结或通过挤压结合在一起以形成更大的微粒。

孔隙度：孔隙体积与全部体积的比例，其通过氮吸附和解吸（<100mm）和压汞法（>100mm）测量。

疏水性：本发明中的疏水性物质是室温下与水的接触角大于90°的物质。

纳米多孔：应理解为意指颗粒中孔的尺寸为0.1至500nm，更特别是<200nm且更优选<100nm（d50），并且孔隙度为50至99，更特别为70至99且更优选80至99。

粒状：应理解为意指微粒以0.1μm至100mm的尺寸存在且优选1μm至30mm（d50），并且颗粒最长轴与最短轴的比例优选为4:1至1:1。

微粉硅胶：应理解为意指可由四氯化硅水解获得的火成二氧化硅（pyrogenous silica），并且优选具有5-50nm（d50）的一次粒径。

分子重量：所报道的分子量基于数均分子量Mn。

D₅₀值：50%的颗粒比其小且50%的颗粒比其大的尺寸。