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CN102459079A - 气凝胶组合物及其制造和使用方法 - Google Patents

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CN102459079A CN2010800287177A CN201080028717A CN102459079A CN 102459079 A CN102459079 A CN 102459079A CN 2010800287177 A CN2010800287177 A CN 2010800287177A CN 201080028717 A CN201080028717 A CN 201080028717A CN 102459079 A CN102459079 A CN 102459079A
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sticker
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D.A.多施
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Abstract

组合物包括气凝胶组分并且具有低热导率。制备浆料或复合材料的方法包括，例如，使所述气凝胶组分与表面活性剂、粘结剂及其它成分如纤维组合。所述组合物可以是能够用于涂覆应用或自支撑刚性复合材料的浆料。

Description

气凝胶组合物及其制造和使用方法
相关申请
本申请根据35 USC 119(e)要求2009年4月27日提交的美国临时申请No.61/173046的优先权，其全部内容引入本文作为参考。
背景技术
绿色建筑偏爱提供优异特性而且简单并容易地制造和使用的材料和实践。例如，良好的绝缘(绝热，insulation)减少了能量需要而且其在许多建筑项目中是重要考虑因素。
发明内容
因此，对于具有低热导率和/或组合两种或更多种所需性能(如声学性能和/或机械性能)的材料存在需要。
本发明总体涉及包含气凝胶组分的组合物以及该组合物的制造和使用方法。
在一些方面，该组合物为浆料形式且包含表面活性剂、有机或无机的粘结剂以及任选的其它成分(如纤维)。在其它方面，该组合物为浆料形式且包含气凝胶组分和高pH的水。当干燥时，浆料组合物形成能够为涂层或自支撑刚性复合材料的复合材料。优选地，该复合材料具有不大于约50mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。例如，自支撑刚性复合材料包含颗粒形式的气凝胶组分且具有不大于约20mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
许多本文所述的组合物容易制造且使用简单。本发明的实施方案给建筑工业中所用的材料提供了优异的绝缘性能并且能被引入到或应用于覆盖或接合这样的材料。与本文所公开的一些组合物相关的疏水性能能够用于建筑外部制品(
Figure BDA0000125219900000011
work)或其它涉及湿环境的场合。气凝胶的存在能够减少材料的整体重量(其为许多建筑项目中的重要考虑因素)。在天花板涂刷等中，同时具有粘着性和轻的重量会是特别有利的，在这些领域中，它们能够减少剥离或错位。在许多实施方案中，本文所述的复合材料具有优异的阻燃性能和/或适用于降低声音或噪音应用的声学阻尼性能。
在一些实施方案中，本文所公开的组合物采用减少的成分数量制备并同时保持优异的性能。例如，使用无机粘结剂或含无机粘结剂的配制物、但不同时使用这两者，能够简化制备方案并降低成本。成分的数量也能够通过将气凝胶与高pH的水相组合和/或通过利用具有粘结和表面活化性能两者的化合物来降低。
附图说明
在附图中，相同的标号在不同的图中是指相同的部分。这些图不一定按比例；而是将重点放在说明本发明的原理上。在这些图中：
图1是具有超低热导率且根据本发明的实施方案制造的20cm×20cm自支撑刚性复合材料的照片。
图2是扫描电子显微镜(SEM)图，其示出了在根据本发明实施方案的复合材料中的气凝胶区域和薄浆(grout)区域。
图3是根据本发明实施方案的复合材料的SEM图，该复合材料包含纤维并采用高pH的水制备。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明的上述和其它特点(包括结构的各种细节和各部分的组合)以及其它优点进行更具体的描述，并将它们在权利要求书中指明。应当理解，体现本发明的具体方法和设备是为了说明而示出的，且它们不作为本发明的限制。本发明的原理和特点可用于不同且数量众多的实施方案中，且不脱离本发明的范围。
本发明总体涉及组合物、该组合物的制造方法以及该组合物的使用方法。
本文所公开的组合物能够具有以下形式：干混物；溶液；分散体；悬浮体；浆料；糊料；干燥或固化的产品，例如固体如自支撑刚性复合材料；多层复合材料，其例如通过将气凝胶毡层压在一起而制造；以及诸如此类。该组合物能够形成各种制品、涂覆在各种制品上、或引入到各种制品中。
通常地，该组合物包含气凝胶组分。气凝胶是具有大的粒内孔体积的低密度多孔固体，并且，其典型地通过从湿凝胶中除去成孔液体(pore liquid)来产生。然而，由于在凝胶孔隙中的毛细力(其能够引起凝胶收缩或致密化)，干燥工艺可被复杂化。在一种制造方法中，通过使用超临界干燥，基本上消除了三维结构的坍塌。湿凝胶也能够采用环境压力进行干燥，这也称为非超临界干燥方法。当例如应用于基于二氧化硅的湿凝胶上时，在干燥之前进行的表面改性如封端防止了在经干燥的制品中的永久性收缩。该凝胶在干燥过程中仍然能够收缩，但回弹恢复其原来的孔隙率。
称为“干凝胶”的制品也由已经自其中除去液体的湿凝胶获得。该术语通常是指在干燥过程中通过毛细力压缩的干的凝胶，其特征在于固相网络的永久性改变和坍塌。
为了方便起见，术语“气凝胶”在本文中以广义使用，其指“气凝胶”和“干凝胶”两者。
气凝胶典型地具有低的堆积密度(约0.15g/cm3或更低、优选约0.03-0.3g/cm3)、非常高的表面积(通常约300-约1000平方米/克(m2/g)和更高、优选约600-约1000m2/g)、高的孔隙率(约90％和更高、优选大于约95％)、和相对大的孔体积(例如，约3毫升/克(mL/g)、优选约3.5mL/g和更高，例如7mL/g)。气凝胶可具有孔隙小于1微米(μm)的纳米多孔结构。经常地，气凝胶具有约20纳米(nm)的平均孔径。在无定形结构中这些性能的组合为任意结合(coherent)的固体材料赋予了最低的热导率值(例如，在37℃的平均温度和1个大气压下为9-16mW/m·K)。气凝胶可以是几乎透明的或半透明的，散射蓝光，或者可以是不透明的。
气凝胶的通常类型是基于二氧化硅的气凝胶。此外，能够使用基于除了硅之外的金属如铝、锆、钛、铪、钒、钇和其它金属的氧化物或它们的混合物的气凝胶。
有机气凝胶如与甲醛组合的间苯二酚或三聚氰胺、树枝状聚合物等也是已知的，而且，本发明也能够使用这些材料来实施。
合适的气凝胶材料及其制备方法描述在例如2001年10月25日公开的Schwertfeger等人的美国专利申请2001/0034375A1中，该文献的教导的全部内容引入本文作为参考。
优选地，气凝胶组分含有疏水性气凝胶。在本文中所使用的术语“疏水”和“疏水化”是指部分以及完全疏水化的气凝胶。部分疏水化的气凝胶的疏水性可进一步增加。在完全疏水化的气凝胶中，达到了最大的覆盖率并且基本上所有化学上可到达的基团被改性。
疏水性可通过本领域已知的方法例如接触角测量或通过甲醇(MeOH)润湿能力来测定。与气凝胶相关的疏水性的讨论例如在2004年3月23日授权给Hrubesh等人的美国专利6709600B2中给出，该文献的教导的全部内容引入本文作为参考。
可通过使用疏水化试剂如甲硅烷基化试剂、含卤素且特别是含氟的化合物(例如含氟的烷氧基硅烷或烷氧基硅氧烷，如三氟丙基三甲氧基硅烷(TFPTMOS))、以及本领域已知的其它疏水化化合物来生产疏水性气凝胶。疏水化试剂可以在气凝胶的形成期间和/或在后续处理步骤如表面处理中使用。
优选甲硅烷基化的化合物，例如，硅烷、卤代硅烷、卤代烷基硅烷、烷氧基硅烷、烷氧基烷基硅烷、烷氧基卤代硅烷、二硅氧烷、二硅氮烷等。合适的甲硅烷基化试剂的实例包括，但不限于，二乙基二氯硅烷、烯丙基甲基二氯硅烷、乙基苯基二氯硅烷、苯基乙基二乙氧基硅烷、三甲基烷氧基硅烷如三甲基丁氧基硅烷、3，3，3-三氟丙基甲基二氯硅烷、均二苯基四甲基二硅氧烷(symdiphenyltetramethyldisiloxane)、三乙烯基三甲基环三硅氧烷、六乙基二硅氧烷、戊基甲基二氯硅烷、二乙烯基二丙氧基硅烷、乙烯基二甲基氯硅烷、乙烯基甲基二氯硅烷、乙烯基二甲基甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、六甲基二硅氧烷、己烯基甲基二氯硅烷、己烯基二甲基氯硅烷、二甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、双{3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基}四硫化物、六甲基二硅氮烷、以及它们的组合。
在一些实例中，气凝胶具有亲水性的表面或壳，所述亲水性的表面或壳例如通过用表面活化试剂(在本文中也称为表面活性剂、分散剂或润湿剂)处理疏水性气凝胶而获得。
表面活性剂例如可以选自离子(阴离子和阳离子)型表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂、高分子表面活性剂和高分子化合物。阴离子型表面活性剂可以例如包括烷基硫酸盐和高级烷基醚硫酸盐，更具体地为月桂基硫酸铵和聚氧乙烯月桂基醚硫酸钠。
阳离子型表面活性剂例如包括脂族铵盐和胺盐，更具体地为烷基三甲基铵和聚氧乙烯烷基胺。
两性表面活性剂可以例如为甜菜碱型(例如烷基二甲基甜菜碱)或者为氧化(oxido)型(例如烷基二甲基氧化胺)。
非离子型表面活性剂包括丙三醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、脱水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯、四油酸聚氧乙烯山梨糖醇、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、高级脂肪酸醇酯、多元醇脂肪酸酯等。
通常，能够使用与气凝胶相容的任何表面活性剂。可以采用的表面活性剂的具体实例包括，但不限于：Pluronic P84、PE6100、PE6800、L121、EmulanEL、Lutensol FSA10、Lutensol XP89，这些全部来自BASF；来自Michelmann的MP5490；AEROSOL OT(二-2-乙基己基磺基琥珀酸钠)、BARLOX 12i(支化的烷基二甲基氧化胺)、LAS(线性烷基苯磺酸盐)和TRITON 100(辛基苯氧基聚乙氧基(9-10)乙醇)；TWEEN表面活性剂，如TWEEN 100表面活性剂；以及BASF聚氧丙烯(pluronic)表面活性剂等。通常的种类为二醇、烷氧基化聚氧化烯脂肪醚(例如聚氧乙烯脂肪醚)、脱水山梨糖醇酯、甘油单酯和甘油二酯、聚氧乙烯山梨糖醇酯、聚合物型表面活性剂(例如Hypermen聚合物型表面活性剂、椰油基-PG-二铵(dimonium)氯化磷酸钠和共酰氨基丙基PG-二铵氯化磷酸钠)、磷酸酯、聚氧乙烯(POE)脂肪酸酯、Renex非离子型表面活性剂(由环氧乙烷与不饱和脂肪酸和杂环树脂酸的反应形成的非离子型酯)、醇乙氧基化物、醇烷氧基化物、环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物、脱水山梨糖醇酯的聚氧乙烯衍生物、或者它们的组合。
提高表面活性剂的量往往增加水相能够渗透到的深度，并从而提高包围疏水性气凝胶芯的亲水涂层的厚度。
气凝胶材料可包含一种或多种添加剂，如纤维、遮光剂、有色颜料、染料、以及它们的混合物。例如，可将二氧化硅气凝胶制备成含有添加剂如纤维和/或一种或多种金属或其化合物。具体的实例包括铝、锡、钛、锆、或者其它非硅质金属、以及它们的氧化物。遮光剂的非限制性实例包括炭黑、二氧化钛、硅酸锆、以及它们的混合物。添加剂能够例如根据所需的性能和/或具体的应用以任何合适的量提供。
优选的气凝胶材料被制成颗粒、小球、珠、粉末、或其它粒子的形式并且具有适于预期应用的任何粒径。例如，颗粒可为约0.01微米～约10.0毫米(mm)并且优选具有0.3～3.0mm的平均粒径。在许多实施方案中，优选更大的颗粒。还优选这样的气凝胶颗粒，其具有促进有效填充的粒径分布(PSD)。
颗粒形状的可商购气凝胶材料的实例是由马萨诸塞州比尔里卡的CabotCorporation以商品名
Figure BDA0000125219900000061
提供的那些。
Figure BDA0000125219900000062
气凝胶颗粒具有高的表面积、大于约90％的多孔性，并且能够以例如约8微米(μm)～约10mm的粒径范围供应。半透明
Figure BDA0000125219900000063
气凝胶的具体等级包括例如命名为TLD302，TLD301或TLD100的那些；遮挡红外的
Figure BDA0000125219900000064
气凝胶的具体等级包括例如命名为RGD303或CBTLD103的那些；不透明
Figure BDA0000125219900000065
气凝胶的具体等级包括例如命名为OGD303的那些。
此外，气凝胶组分能够由以下组成、基本由以下组成、或者能够包含：已被切碎或破碎成合适尺寸的整块气凝胶的片。
气凝胶组分也能够由一种或多种基于气凝胶的复合材料形成。基于气凝胶的复合材料能够包含纤维和气凝胶(如纤维增强气凝胶)和任选的至少一种粘结剂。纤维能够具有任何合适的结构。例如，纤维能够以平行方向、正交方向、惯常方向、或随机方向取向。可以存在一种或多种类型的纤维。这些纤维在其组成、尺寸或结构方面可以是不同的。在复合材料中，一种类型的纤维可以具有不同的尺寸(长度和直径)并且它们的取向可以是不同的。例如，长纤维在平面上对齐，而较小的纤维随机分布。
在具体实施方案中，所使用的气凝胶组分是包含气凝胶材料、粘结剂和至少一种纤维材料的复合材料，其例如描述在2005年5月3日授权给Frank等人的美国专利6887563中，该文献的教导在此全部引入作为参考。
合适的气凝胶组分的另一实例包括至少一种气凝胶和至少一种合成发泡体。可以对气凝胶进行涂覆以防止聚合物侵入到气凝胶的孔隙中，这例如描述在题为Aerogel Based Composites的国际公开WO2007047970中，该文献的教导在此全部引入作为参考。
气凝胶组分可以具有组合毡的形式，其中，毡片层压在一起以形成多层复合材料。可以使用的基于气凝胶的材料的实例包括，但不限于：破裂的整体料，例如描述在1998年8月4日授权给Frank等人的美国专利5789075中，该文献的教导在此全部引入作为参考。优选地，裂缝包括(enclose)由纤维连接的气凝胶碎片。气凝胶碎片能够具有0.001mm3-1cm3的平均体积。在一个实例中，气凝胶碎片具有0.1mm3-30mm3的平均体积。可以被使用的另一个气凝胶组分包括气凝胶材料、粘结剂及至少一种纤维材料的复合物，其例如描述在2005年5月3日授权给Frank等人的美国专利6887563中，该文献的教导在此全部引入作为参考。可以被使用的其它合适的气凝胶组分是包括双组分纤维的纤维网/气凝胶复合材料，其公开在1998年7月28日授权给Frank等人的美国专利5786059中，该文献的教导在此全部引入作为参考。这样的复合材料使用至少一层纤维网和气凝胶颗粒，其中，所述纤维网包含至少一种双组分纤维材料，该双组分纤维材料具有较低和较高的熔融区，并且所述网的纤维不仅与该气凝胶颗粒结合，而且通过该纤维材料的较低的熔融区互相结合。在具体实施方案中，气凝胶组分包括由湿凝胶结构体产生的片或毡，其例如描述在美国专利申请公开2005/0046086A1中(公开于2005年3月3日)和2005/0167891A1(公开在2005年8月4日)中，这两篇文献均是Lee等人的，该文献的教导在此全部引入作为参考。在商业上，气凝胶型的毡或片可获自马萨诸塞州比尔里卡的Cabot Corporation或者可获自马萨诸塞州Northborough的Aspen Aerogels，Inc.。
由气凝胶组成、基本由气凝胶组成、或包含气凝胶的材料的组合也能够被用来形成气凝胶组分。例如，本发明的组合物能够使用不同类型的气凝胶材料(例如通过组合具有不同的粒径和/或光透射性能的粒状气凝胶)而产生。在一个实例中，该组合包括TLD302和TLD203气凝胶。
气凝胶组分以任何合适的量存在于组合物中。在一些实例中，气凝胶组分以约40-约95体积％的量、优选以约60-约95体积％的量存在于组合物中。以重量百分数计，气凝胶组分可以为约5重量％-约95重量％、更优选为约30-约90重量％。在优选实施方案中，组合物具有高水平的气凝胶负载，即，至少50重量％。在具体实例中，气凝胶以约50重量％-约75重量％的量存在于组合物中。
除气凝胶组分之外，本发明的许多方面涉及还包含表面活性剂的组合物。优选与气凝胶相容的表面活性剂。表面活性剂可以选自离子(阴离子和阳离子)型表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂、高分子表面活性剂和高分子化合物等。也可以使用不同类型表面活性剂的组合。
阴离子型表面活性剂可以例如包括烷基硫酸盐和高级烷基醚硫酸盐，更具体地为月桂基硫酸铵和聚氧乙烯月桂基醚硫酸钠。阳离子型表面活性剂例如包括脂族铵盐和胺盐，更具体地为烷基三甲基铵和聚氧乙烯烷基胺。两性表面活性剂可以例如为甜菜碱型(例如烷基二甲基甜菜碱)或者为氧化(oxido)型(例如烷基二甲基氧化胺)。非离子型表面活性剂包括丙三醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、脱水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯、四油酸聚氧乙烯山梨糖醇、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚、聚乙二醇脂肪酸酯、高级脂肪酸醇酯、多元醇脂肪酸酯等。
可以采用的表面活性剂的具体实例包括，但不限于：Pluronic P84、PE6100、PE6800、L121、Emulan EL、Lutensol FSA10、Lutensol XP89，这些全部来自BASF；来自Michelmann的MP5490；AEROSOL OT(二-2-乙基己基磺基琥珀酸钠)、BARLOX 12i(支化的烷基二甲基氧化胺)、LAS(线性烷基苯磺酸盐)和TRITON 100(辛基苯氧基聚乙氧基(9-10)乙醇)；TWEEN表面活性剂，如TWEEN 100表面活性剂；以及BASF聚氧丙烯(pluronic)表面活性剂等。通常的种类为二醇、烷氧基化聚氧化烯脂肪醚(例如聚氧乙烯脂肪醚)、脱水山梨糖醇酯、甘油单酯和甘油二酯、聚氧乙烯山梨糖醇酯、聚合物型表面活性剂(例如Hypermen聚合物型表面活性剂、椰油基-PG-二铵(dimonium)氯化磷酸钠和共酰氨基丙基PG-二铵氯化磷酸钠)、磷酸酯、聚氧乙烯(POE)脂肪酸酯、Renex非离子型表面活性剂(由环氧乙烷与不饱和脂肪酸和杂环树脂酸的反应形成的非离子型酯)、醇乙氧基化物、醇烷氧基化物、环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物、脱水山梨糖醇酯的聚氧乙烯衍生物、或者它们的组合。
在一个实施方案中，组合物由以下组成、基本由以下组成、或包含：(i)气凝胶组分；(ii)表面活性剂；和(iii)粘结剂。
能够使用无机粘结剂和有机粘结剂。粘结剂材料的具体实例包括但不限于水泥、石灰、石膏、水滑石、混合镁盐、硅酸盐如硅酸钠、灰泥、丙烯酸酯类、以及其它胶乳组合物、环氧聚合物、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯聚合物(例如，可获得的称为TeflonTM的那些)。
在许多实例中，粘结剂是在某些条件下固化、硬化或变得固化的材料。为了方便起见，这些方法以及与此相似的方法在本文中称为“干燥”。优选地，这些“干燥”方法是不可逆的并且导致包括气凝胶组分和粘结剂的固体材料。
水泥通常包括石灰石、粘土和其它成分(如氧化铝的水合硅酸盐)。举例来说，水硬性水泥是这样的材料，其在与水组合之后固化并硬化(作为与混合水的化学反应的结果)，而且，其在硬化以后保持强度和稳定性，甚至在水下也是如此。对于该强度和稳定性的关键要求是：在与水的即时反应后形成的水合物基本上不溶于水。水硬性水泥的固化和硬化由含水化合物的形成导致，这由于水泥组分与水之间的反应形成。所述反应和反应产物分别称为水合作用和水合物或水合物相。由于反应的即时开始，能观察到变硬，其最初是轻微的但其随着时间而增高。变硬达到一定水平的点被称为固化开始。进一步固结称为固化，在此之后，硬化阶段开始。然后，材料的抗压强度在从几天(在“超-速-硬化”水泥的情况下)到几年(在普通水泥的情况下)的时间范围内稳定增高。
石膏灰泥是一种基于硫酸钙半水合物(CaSO4·0.5H2O)的建筑材料。典型的灰泥开始为干粉末，该粉末与水混合形成糊料，其释放热量并然后硬化。不同于灰浆(mortar)或水泥，灰泥在干燥后保持为相当软，并且能够用金属工具或沙纸容易地处理。石灰灰泥是氢氧化钙和沙子(或其它惰性填料)的混合物。大气中的二氧化碳导致该类型的灰泥通过将氢氧化钙转化成碳酸钙而被固化。
许多有机粘结剂能够通过聚合或固化方法(例如现有技术已知的那些)变得固化或硬化。
粘结剂能够以任何合适的比率与气凝胶组分组合。实例包括但不限于约150-约5、优选约150-约10、更优选90-30的气凝胶与粘结剂的体积比。
在一个实施方案中，使用表面活性剂和/或粘结剂将气凝胶层(例如前面所述的毡或片)粘结在一起以形成多层复合材料。
在本发明的一些实施例中，能够选择材料以作为粘结剂并且还提供了表面活化性能。这样的材料的优选实例包括丙烯酸酯。
在本发明的一些实施方案中，在配制物如灰浆配制物(例如薄浆配制物、灰泥配制物以及它们的任意组合)中提供表面活性剂、或粘结剂、或者这两者。
灰浆是用于将砖、石、瓷砖、混凝土砌块等粘结成结构体的试剂，并且典型地包括沙子和水泥(如砌筑水泥、波特兰水泥、氯氧水泥等)。通过使用水，该沙子-水泥混合物形成塑性、可操作的混合物，其以后将固化或硬化。通常地，灰浆以与混凝土相似的基于硅酸钙的化学(但是，其不同于混凝土，它们倾向于不包括粗集料)起作用。稀灰浆(例如水泥、石灰或石膏的稀灰浆)经常具有其它成分(例如沙子和水)，稀灰浆用在瓷砖工作中或用来填充裂隙(如在砖砌接缝中发现的裂隙或其它裂缝)，从而将相邻部分固结成实体，稀灰浆通常称为“薄浆”。
灰泥通常是指石膏或石灰与沙子的混合物，其与水形成糊状材料，该糊状材料能够在其塑性状态下直接涂覆到砖上、或涂覆到用作天花板、内墙的其它表面上、或涂覆到建筑物的外部上(在该情况中，其也称为“粉饰灰泥”)。随着水的蒸发，该材料在所覆盖或涂覆的表面上形成硬的衬里。
灰浆(如薄浆)配制物和灰泥配制物经常包含作为加速剂、减速剂、增塑剂、空气夹带化合物、颜料、粘结剂、泵送助剂等的其它化合物。
举例来说，加速剂加速了混凝土的水合作用(硬化)。所用的典型的材料的实例是CaCl2和NaCl。减速剂减慢混凝土的水合作用，并且用于其中在浇筑完成之前不期望发生部分固化的大型或困难的浇筑中。典型的减速剂是糖(C6H12O6)。
空气夹带剂在混凝土中加入并分布微小气泡，这将降低在冻结-解冻循环期间的损伤，从而提高了混凝土的耐久性。经常地，所夹带的空气呈现出与强度的折衷，这是因为，每1％的空气可以导致抗压强度降低5％。
增塑剂(减水掺和物)增加塑性的或“新鲜的”混凝土的可加工性，使其更易于放置，具有较低的固结效果。超级增塑剂(高范围减水掺和物)是当用于显著增加可加工性时具有较少有害结果的一类增塑剂。可选择地，增塑剂能够用于降低混凝土的含少量(并且由于该应用而被称为减水剂)并同时保持可加工性。这改善了其强度和耐久性特性。
为了美观，颜料能用于改变混凝土的颜色。典型的实例是二氧化钛(TiO2)。腐蚀抑制剂用于使在混凝土中的钢和钢筋的腐蚀最小化。粘结剂用于在老和新的混凝土之间产生粘结。泵送助剂改善了可泵送性、使糊料稠化并降低了脱水作用(从糊料中分离出水分的倾向)。
可存在于灰浆如薄浆或灰泥配制物中的其它化合物包括界面活性剂(tenside)、纤维素、有机聚合物(如丙烯酸酯)等。
能够使用的合适的灰浆如薄浆或灰泥配制物包括用于特定应用的可商购的那些，所述特定应用例如为：干式墙板、瓷砖或砖砌体的结合；建筑外部覆盖；内部或外部涂灰泥工作；以及本领域已知的许多其它应用。在一个实施方案中，灰浆(薄浆)配制物是符合欧洲标准EN 13888的配制物。一个实例是在欧洲可以名称“Fugenweiβ”(Mortier de jointoiement blanc或Impastosigillante per giunti blanco)购得的薄浆配制物，其由SAKRET TrockenbaustoffeEuropa GmbH & Co.KG(Otto-von-Guericke-Ring 3，D-65205 Wiesbaden，Germany)制造。可商购的另一合适的薄浆配制物是来自Custom BuildingProducts，USA的薄浆聚合物共混物(polyblend)。也能够使用专用灰浆，如薄浆或灰泥配制物。能够使用的薄浆配制物的其它非限制性实例是SimplefixPremixed Adhesive and Grout(由Custom Building Products，CA，USA制造)、Waterplug Hydraulic Cement(由Thoro Consumer Products，BASF ConstructionChemicals，OH，USA制造)、Elmer′s Probond Concrete Bonder(由Elmer′sProducts，Inc.，OH，USA制造)、Thorocrete(由Thoro Consumer Products，BASFConstruction Chemicals，OH，USA制造)。
能够使用粘结剂和含有粘结剂的配制物(如灰浆、灰泥或薄浆配制物)的组合。为了简化制备，所使用的组分的数目能够减少并且在一些实施方案中，组合物包括(i)无机粘结剂(如水泥)或者(ii)含有无机粘结剂的配制物(例如如前所述的薄浆、灰浆或者灰泥配制物)，但不同时包括(i)和(ii)这两者。
任选地，组合物能够包括其它成分。本文中所用的术语“另外的成分”或“其它成分”是指在用于形成组合物的气凝胶组分的外部的化合物或材料。例如，如果使用
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气凝胶颗粒，术语“其它成分”是指能够与所使用的
Figure BDA0000125219900000112
气凝胶颗粒组合的成分，而不是指已经存在于
Figure BDA0000125219900000113
气凝胶颗粒中或在其表面上的成分。通常地，在其中使用含粘结剂的配制物(如薄浆、灰泥或灰浆配制物)的情况中，该术语也指尚未存在于这样的配制物中的材料。
这些其它成分能够被用来给最终产品提供增强、用来润湿气凝胶颗粒外表面、用来增强对基材的粘着(使组合物更可能粘在表面上)、用来提供或增强在组合物或使用该组合物的最终制品中或因其它原因所需的其它特性。
能够使用的其它成分的实例包括，但不限于：遮光剂；粘度调节剂；固化剂；提高或减慢在粘结剂硬化时的速率的试剂；提高机械强度的试剂或材料；粘度调节剂；增塑剂；润滑剂；增强材料；阻燃剂；以及许多其它物质。也能够使用成分的组合。所使用的量可以取决于具体应用和其它因素。
在优选实施方案中，组合物包括气凝胶组分、表面活性剂、粘结剂(或具有粘结性能和表面活化性能两者的材料)、以及一种或多种其它成分，它们中的至少一种选自二氧化硅(包括但不限于热解二氧化硅、胶体二氧化硅或沉淀二氧化硅)、遮光剂(包括但不限于炭黑和二氧化钛)、珍珠岩、微球(如玻璃微球或聚合物微球)、硅酸盐(如硅酸钙)、共聚物、界面活性剂(tenside)、矿物粉、成膜组分、表面活性剂、纤维、以及它们的任意组合。
在其它具体实例中，组合物包括气凝胶组分、表面活性剂、粘结剂(或具有粘结性能和表面活化性能两者的材料)、以及另外的成分(其由纤维组成、基本由纤维组成、或者包括纤维)。纤维典型地具有伸长(如圆柱形)的形状，其长度与直径的长径比大于1、优选大于5、更优选大于8。在许多实例中，适合的纤维具有至少20的长度与直径之比。纤维可以是织造、非织造、切断(chopped)、或连续的。纤维可以是单组分、双组分(例如包括由一种材料制成的芯和由另一种材料制成的外壳)、或多组分。纤维可以是中空或实心的，并且可以具有扁平、长方形、圆柱形或无规的横截面。纤维可以是松散的、切断的、束状的、或者一起连接为网状物或稀松布(scrim)。
在其中使用纤维的本发明实施方案中，纤维可以是：无机纤维如矿棉纤维，例如玻璃纤维、石纤维或矿渣纤维；生物可溶性陶瓷纤维；或者由连续的人造玻璃纤维或石纤维形成的织造、非织造或切断的形式。适合的纤维类型的具体实例以RB260(来自Rockwool International A/S，Denmark)的名称获得。
在一些情况下，以相对于组合物(如干混物、浆料、糊料、复合材料如自支撑刚性复合材料或固体复合材料等)的总重量的量计，纤维的量大于0重量％(例如大于2重量％、优选大于5重量％、并且低于25重量％)、低于20重量％(例如低于15重量％或低于10重量％)。在其它情况下，这些纤维以至少25重量％(例如超过40重量％)的量存在。在特定实施方式中，这些纤维以至少25重量％且低于约90重量％(例如低于75重量％或低于50重量％)的量存在于组合物中。在一些实施方案中，前述的量反映了在气凝胶组分的外部的纤维(例如加入到气凝胶组分中以形成组合物的纤维)的量。在其它实施方案中，前述的量反映了在气凝胶组分的外部的纤维量以及可能已经存在于气凝胶组分中的纤维量。
其它纤维的实例包括碳纤维、基于聚合物的纤维、金属(如钢)的纤维、纤维素纤维、植物(如棉、木或大麻)来源的纤维。这样的纤维能够以大于0重量％(例如大于2重量％，举例来说，大于5重量％、大于10重量％、大于20重量％、或大于25重量％)的量包含在本文所述的组合物(如复合材料、浆料、糊料、自支撑刚性复合材料、固体复合材料等)中。这些纤维能够以低于约90重量％(例如，低于约75重量％、或低于50重量％)的量存在于组合物中。
也能够使用纤维的组合。
在本发明的一些实施方案中，组合物不包括纤维。如果使用纤维的话，纤维能够增加最终制品的机械性能，但是也可能有助于绝热性的损失。能够加入其它成分(如网状物或皮革)以提供增强。
在一些实施方案中，组合物具有干混物或共混物的形式。为了形成干混物，气凝胶组分、表面活性剂、粘结剂、以及任选的一种或多种其它成分(如纤维)能够在一个步骤中或以所需的顺序来组合并共混在一起。干的前体混合物能够通过对两种或更多种所用组分进行组合来形成。如果需要的话，可以采用单独的组分或单独的前体共混物，例如，以材料包的形式。
成分和/或前体混合物能够以一步法或以所需的顺序加入到一起，并例如通过使用本领域已知的混合技术和/或设备进行混合以形成干混物。
在其它实施方案中，组合物包括流体，所述流体优选为液体(如水或含水相)。液相也能够由以下组成、基本由以下组成、或者能够包括：一种或多种不同于水的物质(例如一种或多种有机溶剂)。为了方便起见，液体或含液体的组合物在本文中通常称为“浆料”，而且，本文中所用的术语“浆料”的含义包括溶液、分散体、悬浮体、糊料等。
在一个实例中，将气凝胶组分加入到表面活性剂的水相中。在气凝胶组分的引入之前和/或在气凝胶组分的引入过程中，能够添加其它组分例如粘结剂和/或纤维。气凝胶组分也能够被加入到包括粘结剂的浆料中。
对于固体粘结剂，在制备工艺的期间，能够使用或能够产生固体粘结剂的水溶液。当组合有疏水性气凝胶时，粘结剂水溶液具有不渗入气凝胶的孔隙的优点。在许多情况中，通过如前所述的灰浆如薄浆或灰泥配制物的存在来促进气凝胶组分在水中的分散或悬浮。优选地，包括颗粒状气凝胶和粘结剂(如薄浆配制物中所存在的粘结剂)的浆料是均相的并且具有良好分散的气凝胶和/或粘结剂。
在特定实例中，另外的成分(如纤维)被加入到流体相中以形成分散体、悬浮体或溶液，其然后被组合或被引入到含有气凝胶组分的浆料前体或干燥前体中。如果使用纤维的话，将纤维加入到浆料或液体前体中能够促进它们的分散。
所用的量能够基于如下进行选择：所用材料的性质，例如，粒径或可暴露于水、空气、表面活性剂等的表面积；混合技术、距离组合物的固化点的时间间隔、浆料在固化之前的所需粘度、以及其它参数。
在一些实施方式中，组合物包括例如70或75重量％的
Figure BDA0000125219900000141
型气凝胶和25或30重量％的如前所述的薄浆配制物。所述
Figure BDA0000125219900000142
型气凝胶的具体实例是可以名称TD302、TD302和TLD203的混合物等获得的那些。所添加的水的量能够基于浆料的所需粘度、所需的应用和/或其它因素来选择。例如，浆料能够包括40重量％的
Figure BDA0000125219900000143
型气凝胶、10重量％的薄浆配制物和50重量％的水。
表面活性剂、pH调节剂以及其它物质能够被引入来调整浆料性能。例如，浆料粘度能够通过如下进行控制：所添加的液体的量；机械操作；加入技术(如各组分的加入顺序)；干燥相和流体相的全部量的连续、间歇或一步组合；稀释剂的存在；以及本领域已知的其它方法。在许多情况中，浆料是触变性的，换句话说，其在剪切力下变得更为像液体(粘性较低)。
在特定的实施方式中，浆料前体具有高的pH，例如，至少10并且优选至少13。在其它实例中，组合物是具有约10、优选约13的pH的基于水的浆料，而且，其包括气凝胶组分。在一些实施方案中，高pH的组合物包括气凝胶组分和表面活性剂如Pluronic P84或者另外的合适的表面活性剂(例如前面所述的那些之一)。
在本发明的一个实施方案中，组合物通过对气凝胶组分和高pH的液体(其典型地为水)进行组合来形成。在特定的实例中，组合物包括气凝胶组分(如粒状气凝胶)和水(其具有至少10且优选高于例如13的pH)。在具体的实施方式中，还存在表面活性剂。粘结剂和/或其它成分(如纤维)也能够被引入。在一些实施方式中，组合物能够由以下组成、基本由以下组成、或者能够包括：气凝胶组分、高pH的水、以及具有粘结性能和表面活化性能的化合物或材料。在一个实施方案中，组合物由以下组成、基本由以下组成、或者包括：气凝胶组分、高pH的水、以及丙烯酸酯，所述丙烯酸酯被认为具有表面活化性能以及粘结性能。在另一个实施方案中，组合物由以下组成、基本由以下组成、或者包括：气凝胶组分、高pH的水、以及纤维。在进一步的实施方案中，组合物由以下组成、基本由以下组成、或者包括：气凝胶组分、高pH的水、以及粘结剂或含粘结剂的配制物。在另一个实施方案中，组合物由以下组成、基本由以下组成、或者包括：气凝胶组分、高pH的水、表面活性剂、以及纤维。
在一些情况下，浆料包括能够加速或减速干燥(例如粘结剂的固化或硬化)的另外的成分。
振荡、搅拌和/或其它技术能够被用来混合液体和固体物质。在特定的实例中，迫使轻颗粒(如气凝胶颗粒)进入液相中。在其它实例中，将水滴运送(提升，lift)至较轻的颗粒。
能够通过手动搅拌或在共混机或混合机(如水泥混合机、手持式旋转混合器、带式共混机等)中进行混合。能够使用混合机如具有双带状叶片的那些、行星式混合机等。在某些情况中，叶片设计和/或性能(例如提高的叶片锐度)能够减少完成混合工序所必需的时间量，而且，在某些情况中，能够影响最终产物的性能。
参数如混合速度、温度、剪切度、液体和/或固体物质的顺序和/或加入速率、以及许多其它参数能够被调整并且可以取决于操作的规模、化合物的物理和/或化学性质等。混合技术也能够改变气凝胶颗粒的尺寸分布，导致在所得复合材料中的不同填充效率。
混合能够在室温下或在其它合适的温度下进行。典型地，在环境空气中对各组分进行组合，但是可以提供特殊的气氛。
在本发明的其它实施方案中，组合物是固体。通过适当的物理和/或化学方法(在本文中称为“干燥”并且包括例如聚合物固化、水泥硬化、水蒸发等)，如前所述的浆料导致包含气凝胶组分的复合材料。本文中所使用的术语“复合材料”是指这样的材料，其所具有的结构性能或功能性能不同于用来形成该复合材料的物质的结构性能或功能性能。优选地，复合材料还包含表面活性剂和/或粘结剂以及任选的其它成分如纤维。
参数如温度、时间、干燥条件、湿度、浸渍和升温方案(ramping protocol)、特殊气氛、用来影响这些方法的试剂的性质等能够被调整和最优化，这些参数是本领域已知的或通过常规实验测得。
在许多情况中，浆料在室温下进行干燥，但是，浆料的固化或硬化也能够在高于室温的温度下进行，例如，通过将浆料置于温度如约30℃-约90℃的烘箱中。干燥能够花费短短几分钟或更长的时间，而且，组合物能够被配制用于较短或较长的固化时间，以解决特定的应用。在许多情况中，浆料在约5分钟-约24小时(例如约半小时)的时间内固化。
复合材料能够进行进一步老化和/或烘烤循环以及进行进一步加工(如进一步的成型、抛光等)，以生产最终制品。
复合材料能够被形成为具有特定的渗透率。在许多情况中，复合材料是疏水性的并且能够具有所需的斥水性、接触角、水浸渍性能或吸水性能。
在本发明的一些实施方式中，复合材料通过使用具有高pH(例如具有至少pH 10且优选具有更高pH(如约至少13))的水来形成。这样的自支撑复合材料的实例包含气凝胶组分和纤维(如矿棉纤维)。如果加入表面活性剂材料的话，其能够增强气凝胶颗粒的润湿性。
在其它实施方式中，复合材料由以下组成、基本由以下组成、或者包括：气凝胶组分和一种或多种聚合物。例如，丙烯酸酯能够影响固体产物的机械性能(如柔韧性、拉伸强度、破坏强度等)。在特定的实例中，粘结剂是苯乙烯丙烯酸类共聚物，例如可以名称Vinnapas得自Wacker Polymer Systems，GmbH & Co.KG(Johannes Hess Strasse 24，84489 Burghausen，Germany)。
在特定的实施方案中，固体复合材料是刚性的。通常地，刚性物体在它们自身重量的力下没有经历可视变形。在其它特定的实施方案中，复合材料是自支撑的(即，能够承受或承载其自身重量)，而且，在本发明的特定实施方式中，其源自可模塑前体。例如，能够使用合适的模具、接着通过硬化方法如固化或涉及水泥或灰泥硬化化学的方法来对浆料(如糊料)进行成型。任选地，经硬化的产物能够例如在从模具中移出之前或在从模具中移出之后在室温下或在烘箱中进行干燥，并且能够通过另外的成型、抛光或其它步骤来进一步处理。自支撑复合材料也能够通过雕塑(sculpting)或通过使用挤出机来制备。本发明的一个实施方案的自支撑刚性复合材料的照片示于图1中。
在其它实施方式中，具有涂层形式的复合材料通过如下产生：将浆料涂覆于基材(如墙壁、天花板、门、框架、管道、干式墙、建筑外部(facade)、绝缘板(如矿棉板或矿棉砖(bat))、最终制品、以及许多其它类型的表面)上，并使浆料或糊料干燥(硬化)，在基材上形成复合材料涂层。浆料或糊料在基材上的涂覆可以取决于粘度考虑以及其它因素，并且可以包括涂抹、喷涂、泵送等。涂抹、喷涂以及其它技术能够被使用。在一些应用中，通过将浆料泵送通过一个或多个导管(例如软管或管道)来将浆料涂覆于基材上。在其它应用中，将浆料喷到例如表面上或者空腔或裂缝中。在进一步的应用中，对浆料或糊料进行涂抹。此外，能够对浆料或糊料进行模塑、雕塑、铸造或挤出，以获得成型制品。
此外，能够通过将浆料泵送或喷涂在外壳内而形成复合材料，例如，用于在建筑空间中的绝缘目的或其它应用。
在特定的方面中，本发明涉及具有特定性能(如热导率、机械特性、声学特性、耐火特性和/或其它有用特性)的复合材料。该复合材料优选是自支撑的并且包含气凝胶组分(如颗粒形式的气凝胶组分)。该复合材料也能够包含表面活性剂、粘结剂和/或其它成分。在一些实例中，该复合材料通过用高pH的水处理气凝胶组分来形成。在其它实例中，该复合材料包含气凝胶组分和丙烯酸酯。
在特定的实施方案中，本发明涉及这样的复合材料，其优选是刚性的和/或自支撑的，并且其具有低的热导率，例如，在23℃下不大于50mW/m·K、优选不大于约30mW/m·K、并且优选不大于约20mW/m·K的热导率，所述热导率根据American Standard Test Method(ASTM)C518(Standard Test Methodfor Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat FlowMeter Apparatus)测定。热导率是材料的固有性能，其量度材料维持热流动的能力。用于表示热导率的符号是k(或λ)。热导率的倒数是热阻率——阻碍一维热流动的材料固有性能。热阻率的单位为m·K/mW(米乘以开尔文除以毫瓦)。优选地，组合物使用颗粒状气凝胶来制造。在特定的实例中，组合物具有约20mW/m·K-约30mW/m·K的热导率。
因为空气具有26mW/m·K的热导率，空气在超低λ复合材料中的存在将降低该复合材料的热性能。在一些实施方式中，复合材料包含被有效填充的气凝胶组分。在特定的实例中，空气以不大于约40％体积/体积的量存在。优选地，空气以低于约30体积％、更优选低于约20体积％的量存在。导致最终复合材料中的空气体积分数降低的方法包括粒径分布(PSD)的选择/形成、振动填充、真空填充、使用消泡剂等。采用宽PSD(小颗粒与大颗粒之比)将促进有效的填充。球形或接近球形的颗粒能够与非球形颗粒(如无规形状的颗粒或伸长的颗粒)组合。该PSD能够由起始气凝胶材料引入或者能够在混合方法期间例如通过使用高剪切混合而产生。
固体复合材料的密度经常取决于所加入的添加剂。高密度成分如TiO2或某些类型的纤维的存在能够导致复合材料密度的提高，相对于不使用这些成分制备的类似的复合材料。本发明的复合材料(如自支撑刚性复合材料)能够具有约0.06-约0.35g/cm3、优选约0.08-约0.25g/cm3、且更优选0.1-0.15g/cm3的密度。在其它实例中，复合材料的密度不大于约2.5g/cm3、优选不大于1.5g/cm3、且更优选不大于1g/cm3。
根据本发明的自支撑复合材料能够具有适用于特定应用的机械性能。在特定的实例中，经模塑的复合材料具有约0.05Mpa-约0.3Mpa的抗压强度以及最高达约0.05Mpa的挠曲强度，其例如通过ASTM C203中所设定的指导方针来测定。在其它情况中，经模塑的复合材料具有不同的机械性能。
在许多情况中，固体复合材料具有阻燃和/或防火性能。在特定的实例中，复合材料包括一起层压到具有防火性能的多层复合材料中的气凝胶毡。另外的阻燃剂或膨胀材料能够被引入在多层复合材料上。
在其它情况中，复合材料(例如前述自支撑刚性复合材料)能够在相当大的温度范围内(例如从低温或低的温度到高的温度)内使用。
复合材料也能够具有优良的隔音性能。
不希望限于任何具体的相关机理解释，据信，一个或多个因素能够有助于形成均匀混合物。例如，据信，在含粘结剂的配制物例如薄浆配制物中所存在的聚合物型添加剂作为表面活性剂提高在含水分散体和许多气凝胶材料之间的相容性。在含粘结剂的配制物中所存在的颗粒也能够具有表面活化性能，从而调解(mediate)气凝胶和水相。在水泥水合时，高粘度的形成能够促进物理混合，而且，据信，pH的提高减小了在气凝胶表面处的疏水性且在某些情况下使得该表面亲水。
粘结被认为有助于自支撑性能并且该粘结可以通过在含粘结剂的配制物中的CaCO3/CaO组分与某些类型的气凝胶的二氧化硅表面之间的反应(其可能形成钙-硅酸盐-水合物)来促进或增强。据信，水泥在气凝胶颗粒周围形成基质，从而固持这些颗粒。
据信，对于本文公开的组合物(例如复合材料)所观察到的超低热导率通过在混合期间的颗粒剪切产生宽的粒径分布(PSD)而得以促进或增强。反过来，宽的PSD又导致更加有效的颗粒填充。在本发明的一些方面中，粘结剂以低的体积分数存在并且不渗透。在其它方面中，粘结剂以较高的水平存在并且渗透。此外，某些无机粘结剂具有固有的不透明性能，其干扰通过复合材料的IR传输。
本文所公开的组合物能够用于与需要常规的灰浆、灰泥、薄浆等的那些场合相似的场合中。在其它应用中，组合物(例如作为干混物或浆料)能够被引入到用于制造砖块、干式墙、墙板或屋顶材料、瓷砖、天花板瓷砖、油漆等的原材料中。油漆或涂料应用可得益于研磨至细粉末，以例如避免表面纹理。经研磨的颗粒的尺寸优选等于或小于涂层的厚度。
本发明的粘性组合物能够用于填充间隙或裂缝，以预防昆虫或害虫。如果剩余表面是疏水性的，其将通过去除它们的脂肪护罩来杀死在该表面上爬行的昆虫，使得它们干透并死去。在许多实施方式中，本文所述的组合物具有疏水性能，其能够用于建筑外部制品(work)、淋浴设备、以及其它潮湿环境。
在其它应用中，组合物能够被成型以形成刚性、自支撑的制品或其部件。
下列实施例是示例性的，且不用于进行限定。
对比例1
将Nanogel气凝胶TD302、薄浆、水泥以及丙烯酸酯组合并置于模具中，在模具中，使它们在室温下硬化约30分钟。将它们从模具中移出，并在来自Hesto Electronik GmbH，Germany的Lambda-Control A 50装置上进行热导率测量。冷板和热板分别保持在10℃和36℃且平均温度是23℃。所采用之比(按重量计)以及所测得的热导率(λ，单位为mW/m·K)数值示于表I中：
表I
  水泥   薄浆   丙烯酸酯  气凝胶TD302   在23℃下的热导率
  0.24   0.28   0.15  0.33   29.5
  0.20   0.24   0.13  0.42   24.7
  0.38   0.21   0.11  0.30   34.8
实施例2
将来自Cabot Corporation的
Figure BDA0000125219900000192
气凝胶TD302和包含薄浆的第二组分与水组合。具体而言，将160g的水与70克的
Figure BDA0000125219900000201
气凝胶和23g的Fugenweiβ薄浆配制物(由SAKRET Trockenbaustoffe Europa GmbH & Co.KG，Otto-von-Guericke-Ring 3，D-65205 Wiesbaden，Germany制造)组合。用装备有水泥混合桨的手持钻机，有力地混合该经组合的成分短时间，以形成看上去均匀且粘性的糊料或浆料。浆料通过振动或剪切变得更加具有流体特性(fluidic)。
将浆料置于模具中以制造适于热导率测量的砖块状形状的瓷砖，并将其置于85摄氏度(℃)烘箱中36小时。所得到的经硬化的组合物的热导率通过来自Hesto Electronik GmbH，Germany的Lambda-Control A 50装置测量。冷板和热板分别保持在10℃和36℃且平均温度是23℃。所测得的λ为15.5mW/(m·K)。
实施例3
在进一步的实施例中，将150g水、90g NanogelTM气凝胶(名称为TLD302)和30g Fugenweiβ薄浆配制物组合以形成浆料。将该浆料置于模具中以制造适于热导率测量的砖块状形状的瓷砖或框架，并将其置于45摄氏度(℃)烘箱中48小时。所得到的自支撑复合材料的热导率使用来自Hesto ElectronikGmbH，Germany的Lambda-Control A 50装置测量。冷板和热板分别保持在10℃和36℃且平均温度是23℃，且λ测定为14.6mW/m·K。
实施例4
将200g水、169g NanogelTM气凝胶(名称为TLD302)和41g Fugenweiβ薄浆配制物组合并混合以形成浆料。将该浆料置于模具中以制造适于热导率测量的砖块状形状的瓷砖或框架，并将其置于45摄氏度(℃)烘箱中48小时，结果形成λ为14.4mW/m·K的自支撑复合材料。在来自Hesto ElectronikGmbH，Germany的Lambda-Control A 50装置上进行测量。冷板和热板分别保持在10℃和36℃且平均温度是23℃。
实施例5
使用下表2中所列的成分生产若干个样品。所使用的气凝胶是称为NanogelTM TLD302的半透明气凝胶，其获自马萨诸塞州比尔里卡的CabotCorporation。薄浆配制物是Laticrete Beige Grout，其获自LATICRETEInternational，Inc.，CT，USA。表面活性剂以名称Pluronic P84获自BASF，USA，所述Pluronic P84是基于环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物的非离子型表面活性剂。所使用的纤维是来自Rockwool International，Denmark的Rockwool纤维(RB260)，Belcotex型玻璃纤维获自Lauscha Fiber International，SC，USA。来自Aldrich Chemicals，USA的0.1M氢氧化钠(NaOH)溶液用作pH 13的水溶液。为了易于使用，制备Pluronic P84在去离子水(DI水)中的50％g/g溶液。硫酸钙半水合物和硅酸钠获自Aldrich Chemicals，USA。
使用表2中所示的具体组合形成糊料或浆料混合物，将所述糊料或浆料混合物置于尺寸为8×8英寸(204mm×204mm)的不锈钢模具中并在85℃干燥过夜。在Lasercomp Model Fox 200(来自LaserComp，Inc，MA，USA)上测量热导率。该机器符合ASTM C518。该测量的平均温度是25℃，且底板和顶板分别保持在38℃和12℃。
关于样品制备的具体细节如下。
样品5A通过向混合容器中加入水而生产，并且混合机(具有双螺旋附件的悬吊式混合机)起始为750-800rpm。将由气凝胶TLD302和Laticrete BeigeGrout制成的干混物缓慢地加入到水中。每次加入使rpm降低40-50rpm。一旦rpm恢复到原来的rpm，则进行另一次加入。随着更多地加入，需要提高混合机速度以保持原来的rpm值。将所得的均匀混合物置于模具中并干燥过夜。
样品5B、5C通过将水、TLD302气凝胶和Laticrete Beige Grout按此顺序加入到混合容器中来制备。使用具有双螺旋混合附件的手钻。混合如下进行：在400rpm下开始并进行30秒，提高到1400rpm并进行30秒，降低到400rpm并再进行30秒。将所得的均匀混合物置于模具中并干燥过夜。样品5D通过将水、CBTLD103气凝胶(其为炭黑与Nanogel气凝胶的共混物)和Laticrete Beige Grout以此顺序加入到混合容器中来制备。使用具有双螺旋附件的手钻。混合如下进行：在400rpm下开始并进行30秒，提高到1400rpm并进行30秒，降低到400rpm并再进行30秒。将所得的均匀混合物置于模具中并干燥过夜。
样品5E通过将水和表面活性剂溶液置于混合容器中来制备。缓慢地加入纤维，直到形成均匀的粘性液体。
所使用的混合机是具有双螺旋附件的悬吊式混合机。将它的速度增加到850-900rpm。缓慢地加入TLD302，而且，随着每次加入，RPM降低40-50。将所得的均匀混合物置于模具中并干燥过夜。获得了表现出一定程度的分层的气凝胶和纤维的整体复合材料。
由加入到混合容器中的水、表面活性剂溶液和硅酸钠溶液开始制备样品5F。将混合机(具有双螺旋附件的悬吊式混合机)启动(750-800rpm)。缓慢地加入纤维，直到形成均匀的粘性液体。缓慢地加入TLD302气凝胶，而且，随着每次加入，混合速度降低40-50。将所得的均匀混合物置于模具中并干燥过夜。获得了气凝胶和纤维的整体复合材料。
对于样品5G，将水和表面活性剂溶液加入到混合容器中。缓慢地加入纤维，直到形成均匀的粘性液体。
将混合机(具有双螺旋附件的悬吊式混合机)的旋转速度提高到850-900rpm。制造TLD302气凝胶和硫酸钙半水合物的干混料并将其缓慢加入。混合机的速度随着每次加入而降低40-50。将所得的均匀混合物置于模具中并干燥过夜。获得了气凝胶和纤维的整体复合材料。
测量样品5A到5D的热导率并将该结果示于表II中。
表II
Figure BDA0000125219900000221
实施例6
通过关于样品5B所述的方法制造的薄浆-气凝胶复合材料的扫描电子显微照片示于图2中。图3中所示的是如关于样品5E所述使用高pH的水制造的气凝胶-矿物纤维复合材料的扫描电子显微照片。
实施例7
由10重量％的Acronal、50重量％的NanogelTM气凝胶、15重量％的水泥、25重量％的纤维制造的自支撑刚性复合材料的热导率是20.2mW/(mK)。在来自Hesto Electronik GmbH，Germany的Lambda-Control A 50装置上进行测量。将冷板和热板分别保持在10℃和36℃且平均温度是23℃。
实施例8
Rockwool RB260/Nanogel复合材料通过以下方法制造。将水和表面活性剂加入到固定的(secured)塑料容器中。启动具有双螺旋附件的悬吊式混合机。将速度调节到200-300rpm。缓慢地加入RB260。制备Nanogel和干的粘结剂(在此为硫酸钙半水合物)的干混料。将混合机的速度增加到约350rpm并缓慢地加入Nanogel和粘结剂的干混料。继续进行混合，直到获得均匀的糊状混合物。然后，将该混合物倒入长方形和圆形的模具中。在85℃的烘箱中将这些干燥过夜～16小时。粘结剂与气凝胶之比以及气凝胶与纤维之比在下表III中给出。在Lasercomp Model Fox 200上测量热导率。该测量的平均温度是23℃并且底板和顶板分别保持在36℃和10℃。对圆形铸件进行抗压强度测量，且该抗压强度测量在4204型Instron上进行测定。
所述各种参数的测定值在表III中给出。
表III
Figure BDA0000125219900000231
实施例9
该实施例使用切断的玻璃纤维来改善复合材料的机械性能。在所有的情况中，所使用的粘结剂的类型是硫酸钙半水合物。采用两种不同的设置制造各混合物。
将水(约250mL)和小于2g的切断玻璃纤维加入到共混机中，并混合这些成分直到良好分散，此时再加入小于2g的切断纤维。继续进行混合，直到获得良好分散的产物，而且，重复进行纤维的加入，直到已经加入纤维的全部所需量。一旦所有纤维已经混合，则将该玻璃纤维溶液倒入口上有螺纹(screw-top)的塑料瓶中，并将表面活性剂加入到该瓶中并进行振动以再分散这些纤维。将该所得的纤维/表面活性剂混合物转移到固定的塑料容器中并且将另外的水(每个配方50-100mL)加入到该塑料容器中。将NanogelTM型气凝胶和粘结剂加入到塑料容器中。对于样品9A和9B，启动具有双螺旋附件的悬吊式混合机，并混合各成分直到获得均匀糊料。
对于样品9C-9F，以手持电钻上的双螺旋附件进行2-3分钟混合，直到形成糊状组合物。发现，当采用较高纤维负载时，该高扭矩混合装置(在表中称为“钻机”)促进了混合。
然后，将该混合物倒入长方形和圆形的模具中。这些在85℃烘箱中干燥过夜约16小时。粘结剂与气凝胶之比以及气凝胶与纤维之比在表IVA中给出。在Lasercomp Model Fox 200上测量热导率。该测量的平均温度是23℃并且底板和顶板分别保持在36℃和10℃。对圆形铸件进行抗压强度测量，且该抗压强度测量在4204型Instron上进行测定。各种参数和所测定的值提供在表IVA和IVB中。
样品9B是非常脆弱的，而且，在加热时，模具中的该样品粉碎。据信，这归因于不充分的混合。当变为高扭矩混合机——手持钻机时，该同一配方能够被均匀地混合，这由样品9C的抗压强度证明。
表IVA
表IVB
  ID编号  抗压强度(MPa)   热导率(mW/mK)
  9A  0.136   23.5
  9B
  9C  0.142
  9D  0.083   26.7
  9E  0.122   21.7
  9F   25.8
实施例10
为了向复合材料提供不透明性，将另外的TiO2金红石加入到该混合物中。金红石TiO2具有小于5微米的粒径并获自Aldrich Chemicals，USA。而且，使用两种不同尺寸的Belcotex纤维(6mm和12mm长度，来自LaushuaFibers)。NanogelTM TLD100具有0.1-4mm的宽的尺寸分布。
将水(约250mL)和小于2g的切断的玻璃纤维加入到共混机中，进行混合直到纤维被良好分散。随后，再加入小于2g的该切断纤维。再次混合各成分，直到获得良好分散的组合物。重复这些步骤直到加入了纤维的全部量。一旦混合所有纤维，则将该玻璃纤维溶液倒入口上有螺纹的塑料瓶中。将表面活性剂和金红石TiO2加入到该瓶中，然后，摇动该瓶以使纤维再分散。将该所得的纤维/表面活性剂/TiO2混合物引入到固定的塑料容器中。将另外的水(每个配方50-100mL)加入到该口上有螺纹的瓶中以除去任何残留物，并将该内容物转移到该塑料容器中。
将NanogelTM气凝胶、TiO2以及粘结剂加入到塑料容器中。在样品10D中，粘结剂由Waterplug Hydraulic Cement提供，所述Waterplug HydraulicCement由Thoro Consumer Products，BASF Construction Chemicals，OH，USA制造。用于制备该实施例中的所有其它样品的粘结剂是硫酸钙半水合物。用带有螺旋水泥混合机(其具有双螺旋附件)的手持钻机来进行混合，其开始在慢速(小于400rpm)下约1分钟，在这之后，提高速度(约400rpm)并且混合再进行2-3分钟直到形成糊状混合物。
将该糊状混合物倒入长方形和圆形的模具中并且在85℃烘箱中干燥过夜(约16小时)。在Lasercomp Model Fox 200上测量热导率。该测量的平均温度是23℃并且底板和顶板分别保持在36℃和10℃。对圆形铸件进行抗压强度测量，且该抗压强度测量在4204型Instron上进行测定。粘结剂与气凝胶之比以及气凝胶与纤维之比、测定的测量值以及其它参数值总结于表VA和VB中。
表VA
Figure BDA0000125219900000261
表VB
实施例11
在该实施例中，粘结剂以薄浆配制物的形式提供，具体而言，粘结剂以Laticrete Beige Grout(获自LATICRETE International，Inc，CT，USA)的形式提供。
该样品通过如下制备：将水加入到塑料容器中，随后加入表面活性剂溶液。然后，加入
Figure BDA0000125219900000272
气凝胶和含粘结剂的配制物，并且，用具有螺旋水泥混合机的手持钻机混合各成分约2分钟，结果形成作为干燥易碎混合物的均匀混合物。
将该混合物倒入长方形和圆形的模具中并且在85℃烘箱中干燥过夜(约16小时)。在Lasercomp Model Fox 200上测量样品的热导率。该测量的平均温度是12.5℃并且底板和顶板分别保持在25℃和0℃。使用4204型Instron，对圆形铸件进行抗压强度测量。表VI中示出了所用的参数(包括粘结剂与气凝胶之比以及气凝胶与纤维之比)以及各种测量的测定值。
表VI
Figure BDA0000125219900000281
实施例12
测试以下粘结剂或含粘结剂的配制物：(a)Simplefix Premixed Adhesiveand Grout，由Custom Building Products，CA，USA制造；(b)WaterplugHydraulic Cement，由Thoro Consumer Products，BASF Construction Chemicals，OH，USA制造；(c)Elmer′s Probond Concrete Bonder，由Elmer′s Products，Inc.，OH，USA制造；(d)Thorocrete，由Thoro Consumer Products，BASF ConstructionChemicals，OH，USA制造。
具体而言，样品12A和12B使用Waterplug Hydraulic Cement。样品12C和12D使用等份的Waterplug Hydraulic Cement和Laticrete Beige Grout(获自LATICRETE International，INC，CT，USA)的混合物。样品12E使用25％g/g的Elmer′s Probond Concrete Bonder和75％g/g的Waterplug HydraulicCement。样品12F包括50％g/g的Elmer′s Probond Concrete Bonder和50％g/g的Waterplug Hydraulic Cement。样品12G使用Thorocrete，而样品12H使用Simplefix Premixed Adhesive and Grout。
为制备这些样品，将水加入到塑料容器中，随后加入表面活性剂溶液，并混合这两者。对于样品12C-12G，没有加入表面活性剂，因为所使用的配制物具有据信具有表面活性的添加剂(如聚合物型的添加剂或组分)。对于样品12H，在气凝胶的加入之前，对水和含粘结剂的配制物进行小于1分钟的预混合。
然后加入NanogelTM气凝胶和含粘结剂的配制物，并且用手持水泥混合机混合各成分约2分钟，结果形成可泵送且静置时变硬的均匀组合物。
将该组合物倒入并且压入长方形和圆形的模具中，并且在85℃烘箱中干燥过夜(约16小时)。对于样品12B和12D，将混合物糊料置于具有两层干式墙带(在其厚度的1/3和2/3处，其具有约4mm的筛孔尺寸)的模具中。
使用Lasercomp Model Fox 200进行热导率测量。该测量的平均温度为12.5℃并且底板和顶板分别保持在25℃和0℃。对圆形铸件进行抗压强度测量，且该抗压强度测量在4204型Instron上进行测定。表VII总结了粘结剂或含粘结剂的配制物(在表中称为“粘结剂”)与气凝胶之比以及气凝胶与纤维之比、各种参数和所测定的值。
表VII
Figure BDA0000125219900000291
实施例13
将水加入到塑料容器中，随后加入表面活性剂溶液，然后加入气凝胶和粘结剂或含粘结剂的配制物。将各成分用具有螺旋水泥混合机的手持钻机混合约2分钟，结果形成干燥且易碎的均匀混合物。使用25.0g的Waterplug Hydraulic Cement(由Thoro Consumer Products，BASF ConstructionChemicals，OH，USA制造)制备样品13A；使用25.0g的Thorocrete(由ThoroConsumer Products，BASF Construction Chemicals，OH，USA制造)制备样品13B。
将该混合物倒入长方形和圆形的模具中并且在85℃烘箱中干燥过夜(约16小时)。在Lasercomp Model Fox 200上测量热导率。该测量的平均温度是12.5℃并且底板和顶板分别保持在25℃和0℃。各种组分之比、所测定的参数以及各种测量的值总结在下表VIII中。
表VIII
Figure BDA0000125219900000301
实施例14
通过对1275g的水、5g的50％g/g P84溶液、126g的Simplefix PremixedAdhesive and Grout(由Custom Building Products，CA，USA制造)和501g的NanogelTM气凝胶TLD302进行组合来制备大规模混合物。首先将水和Simplefix Premixed Adhesive and Grout混合1分钟。然后用具有螺旋水泥混合机的手持钻机混合NanogelTM约6分钟，结果形成可泵送的均匀混合物。
将该混合物转移到长方形和圆形的模具中，其中的一些在85℃烘箱中干燥过夜(约16小时)。其余在室温干燥约16小时。在Lasercomp Model Fox 200上测量热导率。该测量的平均温度是12.5℃并且底板和顶板分别保持在25℃和0℃。各种参数的值提供在下表IX中。
表IX
  样品   干燥温度(℃)   干复合材料的密度(g/cc)   热导率(mW/m·K)
  14A   25   0.095   18.3
  14B   85   0.100   18.1
  14C   25   0.102   17.8
  14D   85   0.105   17.7
对于在室温下干燥的样品(即样品14A和14C)，观察到了显著的收缩。在200mm线性尺寸上，测得该收缩为4mm。
实施例15
测试了以下粘结剂或含粘结剂的配制物：(a)Simplefix Premixed Adhesiveand Grout，由Custom Building Products，CA，USA制造；(b)WaterplugHydraulic Cement，由Thoro Consumer Products，BASF Construction Chemicals，OH，USA制造；(c)Elmer′s Probond Concrete Bonder，由Elmer′s Products，Inc.，OH，USA制造；以及(d)前述Fugenweiβ薄浆配制物。样品12F使用25％g/g的Elmer′s Probond Concrete Bonder和75％g/g的Waterplug Hydraulic Cement的组合。样品12H使用Simplefix Premixed Adhesive and Grout。样品15A和15B使用Fugenweiβ薄浆配制物。
为制备这些样品，将水加入到塑料容器中，随后加入表面活性剂溶液，并将这两者混合。
对于样品12C、15A、15B，没有加入表面活性剂，因为所使用的含粘结剂的配制物包含据信具有表面活性的聚合物型添加剂。样品15A使用半加仑的塑料容器制造成两个半尺寸的批次。样品15B在一个非常接近于混合叶片直径的较高且较细的容器中制造。
对于样品12C、12F、15A，当加入
Figure BDA0000125219900000311
气凝胶和粘结剂或含粘结剂的配制物时，将各成分用具有螺旋水泥混合机的手持钻机混合约2分钟，结果形成可泵送且静置时变硬的均匀组合物。
对于样品15B，当加入气凝胶和粘结剂或含粘结剂的配制物时，将各成分用手持水泥混合机混合约10分钟，结果形成静置时迅速变硬的均匀组合物。该样品相比于样品15A是更硬的，发生了颗粒的显著剪切。所得的铸件具有相比于15A更光滑的表面光洁度。相比于样品15A，样品15B是更光滑的灰泥状混合物，其是湿的易碎糊料。必须将样品15A倒入模具中，而将样品15B散布(spread)在该模具中。在混合后，样品15B的体积下降到原始体积的约55％。
将所得的组合物倒入长方形和圆形的模具中并且在85℃烘箱中干燥过夜(约16小时)。这些样品的密度通过测量这些模具的重量和体积来测定。
使用Lasercomp Model Fox 200进行热导率测量(单位为mW/m·K)。该测量的平均温度是12.5℃并且底板和顶板分别保持在25℃和0℃。此外，测量了如表XA中所列的其它平均温度。对于23℃的平均温度，顶板和底板分别保持在10℃和36℃。对于62.5℃的平均温度，顶板和底板分别保持在50℃和75℃。对于样品12F和12H，在自样品制备约26天后，再次进行测量，以确定性能上的任何改变。如下表中所表明的，发现了误差范围内的可忽略的变化。
对圆形铸件进行抗压强度测量，且该抗压强度测量在4204型Instron上进行测定。采用ASTM C203中所概述的指导方针，在4204型Instron上对样品进行挠性测量。粘结剂与气凝胶之比以及气凝胶与纤维之比、各种参数和所测定的值总结在表XA和XB中：
表XA
Figure BDA0000125219900000321
表XB
Figure BDA0000125219900000322
实施例16
通过将300g的pH 13的水、6g的50％P84的水溶液和25.1g的硅酸钠溶液(Aldrich Chemicals USA)加入到混合容器中来制得以硅酸钠作为粘结剂的样品。具有双螺旋附件的悬吊式混合机起始为750-800rpm。缓慢地加入100g的RB260 Rockwool纤维，直到形成均匀的粘性液体。缓慢地加入100g的TLD302气凝胶，并且随着每次加入，混合速度降低40-50rpm。将该均匀混合物置于模具中并且在85℃干燥过夜。该复合材料的抗压强度是0.075Mpa。
实施例17
将100g的TLD 302、25g的波特兰水泥(Quickrete USA)、250g的水用螺旋钻机混合2分钟。该水转化成“干水(dry water)”，所述“干水”为这样的状态，在该状态中，液态水被固体包封，结果形成粉末状物质。该混合物保持为干粉末形状，直到加入1g的50％P84，并进一步混合1分钟，结果形成湿浆料状样品12A。
虽然本发明已经参照其优选实施方案进行了具体表示和说明，但是，应理解，本领域技术人员可以在形式和细节上进行各种变化，而不脱离所附权利要求书所涵盖的本发明的范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.组合物，其包含：
a)气凝胶组分；
b)表面活性剂；
c)无机粘结剂或含无机粘结剂的配制物，但不同时为这两者，
其中，所述组合物的热导率不大于约50mW/(m·K)，所述热导率根据ASTM C518测得。
2.权利要求1的组合物，进一步包括另外的成分。
3.复合材料，其基本由以下组成：
a)气凝胶组分；
b)粘结剂，其选自水泥、石膏、石灰、丙烯酸酯以及它们的任意组合；和
c)表面活性剂，
其中，所述复合材料具有不大于约50mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
4.权利要求3的复合材料，其中，根据ASTM C518测得的热导率不大于约35mW/(m·K)。
5.权利要求3的复合材料，其中，根据ASTM C518测得的热导率不大于约25mW/(m·K)。
6.复合材料，其基本由以下组成：
a)气凝胶组分；
b)粘结剂，其选自水泥、石膏、石灰、丙烯酸酯以及它们的任意组合；
c)表面活性剂；和
c)另外的成分，其选自二氧化硅、遮光剂、微球、硅酸盐、纤维以及它们的任意组合，
其中，该复合材料具有不大于约50mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
7.权利要求6的复合材料，其中，所述另外的成分选自碳纤维、基于聚合物的纤维、金属纤维、纤维素纤维、植物来源的纤维以及它们的任意组合。
8.自支撑刚性复合材料，其包括颗粒形式的气凝胶组分并且具有不大于约20mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
9.权利要求8的自支撑刚性复合材料，其中，所述自支撑刚性复合材料包括粘结剂。
10.权利要求9的自支撑刚性复合材料，其中，所述粘结剂选自水泥、石膏、石灰、丙烯酸酯以及它们的任意组合。
11.权利要求8-10中任一项的自支撑刚性复合材料，其中，所述复合材料包括至少一种其它成分。
12.权利要求11的自支撑刚性复合材料，其中，所述另外的成分选自碳纤维、基于聚合物的纤维、金属纤维、纤维素纤维、植物来源的纤维以及它们的任意组合。
13.权利要求8-12中任一项的自支撑刚性复合材料，其中，所述复合材料具有阻燃性能。
14.权利要求8-12中任一项的自支撑刚性复合材料，其中，所述复合材料具有约0.05MPa-约0.3MPa的抗压强度。
15.权利要求8-12中任一项的自支撑刚性复合材料，其中，所述复合材料具有最高达约0.04MPa的挠曲强度。
16.固体复合材料的制备方法，包括：
a.使纤维、气凝胶颗粒和具有至少10pH的水组合以形成浆料；
b.使所述浆料干燥，从而形成所述固体复合材料。
17.权利要求16的方法，其中，所述浆料进一步包含表面活性剂。
18.权利要求16或17的方法，其中，所述pH至少为13。
19.权利要求16-18中任一项的方法，其中，所述纤维选自碳纤维、基于聚合物的纤维、金属纤维、纤维素纤维、植物来源的纤维以及它们的任意组合。
20.通过权利要求16-19中任一项的方法制备的自支撑刚性复合材料。
21.通过权利要求16-19中任一项的方法制备的涂层。
22.组合物，其包含：
a)气凝胶组分；
b)其量小于11％的丙烯酸酯；
c)粘结剂或含粘结剂的配制物；以及
d)任选的至少一种其它成分
其中，所述组合物具有不大于20mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
23.组合物，其包含：
a)气凝胶组分；
b)表面活性剂；
c)粘结剂或含粘结剂的配制物；以及
d)另外的成分，
其中，所述组合物具有不大于50mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
24.权利要求23的组合物，其中，所述另外的成分选自二氧化硅、遮光剂、微球、硅酸盐、纤维以及它们的任意组合。
25.权利要求23的组合物，其中，所述另外的成分选自碳纤维、基于聚合物的纤维、陶瓷纤维、金属纤维、纤维素纤维、植物来源的纤维以及它们的任意组合。
26.权利要求23-25中任一项的组合物，其中，所述组合物是干混物、浆料或复合材料。
27.权利要求26的组合物，其中，所述浆料是可泵送的、可喷涂的或可涂抹的。
28.权利要求26的组合物，其中，所述组合物是具有不大于约35mW/(m·K)的热导率的复合材料，所述热导率根据ASTM C518测得。
29.权利要求26的组合物，其中，所述组合物是具有不大于约20mW/(m·K)的热导率的复合材料，所述热导率根据ASTM C518测得。
30.权利要求26的组合物，其中，所述复合材料是自支撑刚性复合材料。
31.权利要求26的组合物，其中，所述复合材料是涂层。
32.权利要求23-31中任一项的组合物，其中，所述气凝胶是疏水性颗粒状二氧化硅气凝胶。
33.权利要求23-32中任一项的组合物，其中，所述含粘结剂的配制物是符合欧洲标准EN 13888的薄浆配制物。
34.以复合材料涂覆基材的方法，该方法包括：
a.使水、气凝胶组分以及无机粘结剂或含无机粘结剂的配制物组合以形成浆料，其中，不同时包含无机粘结剂和含无机粘结剂的配制物这两者；
b.将所述浆料涂覆到所述基材上；和
c.使所涂覆的浆料干燥，从而在所述基材上形成复合材料涂层。
35.权利要求34的方法，其中，所述基材为墙壁、天花板、门、框架、管道、干式墙或绝缘板。
36.权利要求34的方法，其中，所述浆料进一步包含表面活性剂。
37.权利要求34-36中任一项的方法，其中，所述浆料通过涂抹或喷涂进行涂覆。
38.权利要求34-36中任一项的方法，进一步包括通过导管泵送所述浆料。
39.浆料的制备方法，包括：
对气凝胶颗粒、表面活性剂、粘结剂以及任选的至少一种其它成分进行混合，其中，迫使所述气凝胶颗粒进入液相或者将液滴运送至所述气凝胶颗粒。
40.权利要求39的方法，其中，将所述气凝胶颗粒和所述粘结剂加入到所述液相中，所述液相是包含所述表面活性剂的含水液相。
41.权利要求40的方法，其中，所述液相进一步包含所述至少一种其它成分。
42.权利要求39-41中任一项的方法，其中，使用螺旋水泥混合机进行混合。
43.自支撑刚性复合材料的生产方法，该方法包括：
a)混合气凝胶颗粒、表面活性剂、粘结剂以及任选的至少一种其它成分，其中迫使所述气凝胶颗粒进入液相或者将液滴运送至所述气凝胶颗粒以产生浆料；
b)使所述浆料成型；和
c)使所述经成型的浆料干燥，从而生产自支撑刚性复合材料。
44.权利要求43的方法，其中，所述浆料通过模塑、铸造、雕塑或挤出而成型。
45.通过权利要求43的方法制备的自支撑刚性复合材料，其具有不大于约20mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。

Claims (58)

1.组合物，其包含：
a)气凝胶组分；
b)表面活性剂；
c)无机粘结剂或含无机粘结剂的配制物，但不同时为这两者，
其中，所述组合物的热导率不大于约50mW/(m·K)，所述热导率根据ASTM C518测得。
2.权利要求1的组合物，进一步包括另外的成分。
3.复合材料，其基本由以下组成：
a)气凝胶组分；
b)粘结剂，其选自水泥、石膏、石灰、丙烯酸酯以及它们的任意组合；和
c)表面活性剂，
其中，所述复合材料具有不大于约50mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
4.权利要求3的复合材料，其中，根据ASTM C518测得的热导率不大于约35mW/(m·K)。
5.权利要求3的复合材料，其中，根据ASTM C518测得的热导率不大于约25mW/(m·K)。
6.复合材料，其基本由以下组成：
a)气凝胶组分；
b)粘结剂，其选自水泥、石膏、石灰、丙烯酸酯以及它们的任意组合；
c)表面活性剂；和
c)另外的成分，其选自二氧化硅、遮光剂、微球、硅酸盐、纤维以及它们的任意组合，
其中，该复合材料具有不大于约50mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
7.权利要求6的复合材料，其中，所述另外的成分选自玻璃纤维、石纤维、矿渣纤维、生物可溶性陶瓷纤维以及它们的任意组合。
8.权利要求7的复合材料，其中，以所述组合物的重量计，所述纤维在所述复合材料中以大于0％且小于25％的量存在。
9.权利要求7的复合材料，其中，以所述组合物的重量计，所述纤维在所述复合材料中以至少25％的量存在。
10.权利要求6的复合材料，其中，所述另外的成分选自碳纤维、基于聚合物的纤维、金属纤维、纤维素纤维、植物来源的纤维以及它们的任意组合。
11.自支撑刚性复合材料，其包括颗粒形式的气凝胶组分并且具有不大于约20mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
12.权利要求11的自支撑刚性复合材料，其中，所述自支撑刚性复合材料包括粘结剂。
13.权利要求12的自支撑刚性复合材料，其中，所述粘结剂选自水泥、石膏、石灰、丙烯酸酯以及它们的任意组合。
14.权利要求11-13中任一项的自支撑刚性复合材料，其中，所述复合材料包括至少一种其它成分。
15.权利要求14的自支撑刚性复合材料，其中，所述至少一种其它成分包括选自玻璃纤维、石纤维、矿渣纤维、生物可溶性陶瓷纤维、矿棉纤维以及它们的任意组合的纤维。
16.权利要求14的自支撑刚性复合材料，其中，所述其它成分选自玻璃纤维、石纤维、矿渣纤维、生物可溶性陶瓷纤维以及它们的任意组合。
17.权利要求16的自支撑刚性复合材料，其中，以所述组合物的重量计，所述纤维在所述复合材料中以大于0％且小于25％的量存在。
18.权利要求16的自支撑刚性复合材料，其中，以所述组合物的重量计，所述纤维在所述复合材料中以至少25％的量存在。
19.权利要求16的自支撑刚性复合材料，其中，所述另外的成分选自碳纤维、基于聚合物的纤维、金属纤维、纤维素纤维、植物来源的纤维以及它们的任意组合。
20.权利要求11-19中任一项的自支撑刚性复合材料，其中，所述复合材料具有阻燃性能。
21.权利要求11-19中任一项的自支撑刚性复合材料，其中，所述复合材料具有约0.05MPa-约0.3MPa的抗压强度。
22.权利要求11-19中任一项的自支撑刚性复合材料，其中，所述复合材料具有最高达约0.04MPa的挠曲强度。
23.固体复合材料的制备方法，包括：
a.使纤维、气凝胶颗粒和具有至少10pH的水组合以形成浆料；
b.使所述浆料干燥，从而形成所述固体复合材料。
24.权利要求23的方法，其中，所述浆料进一步包含表面活性剂。
25.权利要求23或24的方法，其中，所述pH至少为13。
26.权利要求23-25中任一项的方法，其中，所述纤维选自玻璃纤维、石纤维、矿渣纤维、生物可溶性陶瓷纤维以及它们的任意组合。
27.权利要求26的方法，其中，以所述组合物的重量计，所述纤维在所述组合物中以大于0％且小于25％的量存在。
28.权利要求26的方法，其中，以所述组合物的重量计，所述纤维在所述组合物中以至少25％的量存在。
29.权利要求23-24中任一项的方法，其中，所述纤维选自碳纤维、基于聚合物的纤维、金属纤维、纤维素纤维、植物来源的纤维以及它们的任意组合。
30.通过权利要求23-29中任一项的方法制备的自支撑刚性复合材料。
31.通过权利要求23-29中任一项的方法制备的涂层。
32.组合物，其包含：
a)气凝胶组分；
b)其量小于11％的丙烯酸酯；
c)粘结剂或含粘结剂的配制物；以及
d)任选的至少一种其它成分
其中，所述组合物具有不大于20mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
33.组合物，其包含：
a)气凝胶组分；
b)表面活性剂；
c)粘结剂或含粘结剂的配制物；以及
d)另外的成分，
其中，所述组合物具有不大于50mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
34.权利要求33的组合物，其中，所述另外的成分选自二氧化硅、遮光剂、微球、硅酸盐、纤维以及它们的任意组合。
35.权利要求33的组合物，其中，所述另外的成分选自玻璃纤维、石纤维、矿渣纤维、生物可溶性陶瓷纤维以及它们的任意组合。
36.权利要求35的组合物，其中，在干燥时，所述纤维在所述组合物中以大于0％且小于25％的量存在，以所述组合物的重量计。
37.权利要求35的组合物，其中，在干燥时，所述纤维在所述组合物中以至少25％的量存在，以所述组合物的重量计。
38.权利要求33的组合物，其中，所述另外的成分选自碳纤维、基于聚合物的纤维、陶瓷纤维、金属纤维、纤维素纤维、植物来源的纤维以及它们的任意组合。
39.权利要求33-38中任一项的组合物，其中，所述组合物是干混物、浆料或复合材料。
40.权利要求39的组合物，其中，所述浆料是可泵送的、可喷涂的或可涂抹的。
41.权利要求39的组合物，其中，所述组合物是具有不大于约35mW/(m·K)的热导率的复合材料，所述热导率根据ASTM C518测得。
42.权利要求39的组合物，其中，所述组合物是具有不大于约20mW/(m·K)的热导率的复合材料，所述热导率根据ASTM C518测得。
43.权利要求39中任一项的组合物，其中，所述复合材料是自支撑刚性复合材料。
44.权利要求39的组合物，其中，所述复合材料是涂层。
45.权利要求33-44中任一项的组合物，其中，所述气凝胶是疏水性颗粒状二氧化硅气凝胶。
46.权利要求33-45中任一项的组合物，其中，所述含粘结剂的配制物是符合欧洲标准EN 13888的薄浆配制物。
47.以复合材料涂覆基材的方法，该方法包括：
a.使水、气凝胶组分以及无机粘结剂或含无机粘结剂的配制物组合以形成浆料，其中，不同时包含无机粘结剂和含无机粘结剂的配制物这两者；
b.将所述浆料涂覆到所述基材上；和
c.使所涂覆的浆料干燥，从而在所述基材上形成复合材料涂层。
48.权利要求47的方法，其中，所述基材为墙壁、天花板、门、框架、管道、干式墙或绝缘板。
49.权利要求47的方法，其中，所述浆料进一步包含表面活性剂。
50.权利要求47-49中任一项的方法，其中，所述浆料通过涂抹或喷涂进行涂覆。
51.权利要求47-49中任一项的方法，进一步包括通过导管泵送所述浆料。
52.浆料的制备方法，包括：
对气凝胶颗粒、表面活性剂、粘结剂以及任选的至少一种其它成分进行混合，其中，迫使所述气凝胶颗粒进入液相或者将液滴运送至所述气凝胶颗粒。
53.权利要求52的方法，其中，将所述气凝胶颗粒和所述粘结剂加入到所述液相中，所述液相是包含所述表面活性剂的含水液相。
54.权利要求53的方法，其中，所述液相进一步包含所述至少一种其它成分。
55.权利要求52-54中任一项的方法，其中，使用螺旋水泥混合机进行混合。
56.自支撑刚性复合材料的生产方法，该方法包括：
a)混合气凝胶颗粒、表面活性剂、粘结剂以及任选的至少一种其它成分，其中迫使所述气凝胶颗粒进入液相或者将液滴运送至所述气凝胶颗粒以产生浆料；
b)使所述浆料成型；和
c)使所述经成型的浆料干燥，从而生产自支撑刚性复合材料。
57.权利要求46的方法，其中，所述浆料通过模塑、铸造、雕塑或挤出而成型。
58.通过权利要求46的方法制备的自支撑刚性复合材料，其具有不大于约20mW/(m·K)的热导率，所述热导率根据ASTM C518测得。
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