沉淀二氧化硅绝热体及其制备方法

沉淀二氧化硅绝热体及其制备方法

本发明涉及一种沉淀二氧化硅绝热体及其制备方法，本发明还涉及 将所制成的扳状结构的绝热体直接用于，例如家用冰箱的绝热体.

设计和研制绝热材料（包括致冷设备的绝热材料）是一门很广泛的 技术.目前，巳研制出许多采用各种纤维和粉末产物作为主要绝热材料 的体系?做为绝热材料的实用方法是很多的，其中包括使用其空壳体和 袋、压缩绝热材料和改变材料的取向等?现巴证明以前研制的许多绝热 材料都是十分适用的?例如：伊凡斯(Evans)的美国专利第2，76L046 号。约?帕特森(Patterson, Jr.)的美国专利第2 867,035号和史特朗(Strong)等人的美国告利第3，179,549考等。上述各专利均已转让给了 本发明的受让人。

上述先有被术,芒叙达了在某些类盤的崽器中封裝入兼祅绝务封料 的应用。例如：夺鲁克斯OBrocXs)等人在美国专利乘L对号中（ 述了一种用于电冰箱和冷藏柜的绝热板，该种板由两块焊封死的金属片 构成，金属片中间经抽空并充垓进靡胀的珍珠岩?库马梅(Kummermehr) 等人在美国专利第4 ,399,175号中论述了把装在一种外容器内的极细 分散的绝热材料压成绝热板的方法.希夫(Schilf）在美国专利策 4,349,051号中论述了在一种坚硬外壁和柔软内壁之间的空醵充壎粉状 绝热材料的体系.马特希(Matsch）等在美国专利第3,166,511号中也瘢 遣过类似于这种结构的绝热体系.还有，芒特斯(Muiiters)在美国专利 第2,067,015号和2,164,143号中论述了在密封的金属外壳中充填粉状 材料的绝热体系.

皮珞克斯-吉万斯(Pelloux-GerYa!s)等人在美国专利第 4,159,359号中作过叙述了将人造二氧化硅材料用作一种绝热材料.该 专利中所论述的人工制造的二氧化硅材料足一种将硅烷材料进行热处理 制成所需要的二氧化硅颗粒的气相法二氧化硅.在该专利说明书中列有 所制成的氧相法二氧化硅的特性参数。在人工制造的二氧化硅中，这种 气相法二氧化硅是较昂贵的一种产品.伹这篇专利中，有一个很有意思 的内容是，他们提到沉淀二氧化硅粉末的导热性太高，因此认为在绝热 材料中无使用价值。

根据本发明，令人意想不到的是，特别是考虑到Pel loux-Gerva is 专利所公开的内容，已经发现采用沉淀二氧化硅可制成一种优良的绝热 材料?沉淀二氧化硅除了具有经常是比气相法二氧化硅优越的绝热性能 之外，它的生产成本电很低，S此，可以以较低的成本提供改进的性能.

本发明的沉淀二氧化硅是采用本技术领域中众所周知的技术.由碱 性水玻璃与无机酸反应制成的。然后经喷霁干燥、研磨等机械加工以提 供所需要的粒度和表面积.将所制得的沉淀二氧化硅加热除去表面水。在加热过程中，把二氧化硅放在微孔袋里通常是有益的，微孔袋仅仅是 做为加工过程中的容器。

将干燥后的沉淀二氧化硅粉料，再放入塑料口袋里.为防止漏气， 最好是将此种塑料口袋涂覆金属或提供金属箔薄片，然后将该口袋抽真 空并封口.如果已将沉淀二氧化硅放在微孔袋里进行干燥，那么在干燥 后就可把微孔袋直接放在塑科袋中.在抽空塑料袋之前或者抽空期间. 将沉淀二氧化硅进行压缩.使其达到所要求的密度.以便能制取具有足 够薄的结构和成本很低的优良的绝热材料。在压缩和抽空之后，装有压 缩的沉淀二氧化硅的塑料袋实质上像板材一样，因此很容易放入需要提 供绝热材料的部位，例如冷藏柜和电冰箱等的门或壁等处.

采用本发明的这种材料和制造方法可提供一种绝热体.此种绝热体要比用先有技术制取的具有相同绝缘效率的冷藏柜和电冰箱的绝热体更 薄。或者说，如果采用相同厚度的绝热材料，则可提供更高的绝热效率.

如上所述，本发明的绝热材料是用沉淀二氧化硅制成的.这种沉淀 二氧化硅的制法是：首先用无机酸处理碱性硅酸盐，然后把所得的产物 进行喷雾干燥和研磨，随后再加热除去表面水份?然后把刚干燥过的二 氧化硅放在一个实质上不透气和不透水的口袋中，进行加压并抽真空， 使其形成像板材一样的一体材料.此种材料通常厚度为1/2到1英寸而 且是平的.处理所得的板材的长度、宽度仅仅取决于需要插入绝热材料 的设备，例如电冰箱和冷藏柜的零部件的尺寸.

当本发明绝热材料用上述方法制成时，此种扳材的K值约为0.05英 热单位-英寸/小时，英尺，F ,或更低.以前已经知道，在此范 围内的K值是符合生产电冰箱和冷藏柜的要求的。显然，根据本发明的 方法制取的绝热材料可提供较薄的壁和相同的热泄漏率，因此，用这种 材料绝热的设备可以有较小的外壳尺寸或更大的内部容积。如果用同样 的壁厚度，则能使设备具有更高的能量效率.

如上所述，本发明的沉淀二氧化硅是用碱性水玻璃与无机酸反应制 成的?最好的是，碱性水玻璃为钠水玻璃，而无机酸为硫酸。将此反应 所得到的白色沉淀物进行过滤、洗涤和干燥.一般可使其中含有二氧化 硅86~8找，其余大部份为水份，另有少量的在反应过程中生成残余盐 和微量金属氧化物?市场上可买到具有不同性质的各种沉淀二氧化硅》 而具体的性质则取决于反应物组成、比例，反应时间，反应温度和浓度 等不同的反应条件，随后进行的白色二氧化硅沉淀的过滤、各种不同的 干燥方法、研磨方法和筛选分级也影响着产物的性能?反应条件和后续 加工方法影响的沉淀物性能，包括表面积、粒度和密度等。根据本发明， 所用的二氧化硅应用B.E.T.法測定，一般至少要达到150平方米/克的 表面积（德国工业标准DIN66131).此外，所用的这种二氧化硅通常应是中性或略带碱性（pH>6.0).另外，根据本发明所用的二氧化硅聚集 体的顆粒大小较好的是在50微米以下，而更好的是小〗0微米?

在将本发明的绝热体扳材成型时，首先将市售的沉淀二氧化硅进 行于燥?霱要时，可以把二氧化硅放在微孔袋中，在干燥过程中，橄 孔袋仅仅用做粉状二氧化硅的容器?如果需要使用这种微孔材料时， 其中可采用的材料是由塞拉尼斯(CeUnese)公司销售的、产品名称为 "Calgard '的聚丙烯材料.此外，也可采用滤纸类的纸型微孔袋.总 之，凡是能透空气和水份而又能保存住极细分散二氧化硅的任何材料均 可使用.

在干燥操作过程中，不管是否采用橄孔袋，所用干燥温度应足以除 去二氧化硅的表面水份,通常，也就是说，当用微孔袋时，干燥温度约 为100T,上限温度是在该温度下微孔材料不会出现炭化、熔融或降解 现象的温度?

干燥操作之后，再将干燥过的二氧化硅压成饼块状，其密度约在J0 -20磅/立方英尺的范围内，而最好为10-13磅/立方英尺。根据本发 明，釆用这样密度的绝热材料，可提供所需要的0.05英热单位-英寸/ 小时.英尺， 或更低的K系数.将干燥过的二氧化硅再放在一塑料 袋中，该塑料袋要做成不能漏气，如果二氧化硅已放在微孔袋中干燥， 那么可连同微孔袋一起放进塑料袋中.通常，为防止塑料袋漏气，可使 用薄的金属箔层压层或涂覆金属的一层或多层塑料膜做成多层结构的口 袋。饲如：根据本发明巳发现可应用的塑料袋的类型是一种用六层聚合 物（如聚丙烯）膜制成的，其中有三层涂覆金属铝以提供一种气体阻档

塑料袋的总厚度应足够薄以减小边角的导热.通常?它的总厚度应 约为0.003至0.020英寸?虽然用较薄的材料能提供足够的强度来装 二氧化硅并可逬行必要的进一步加工，但是使用较薄的材料可能会缩短用它们作绝热体的设备的估计寿命(Life expectancy).不过即使用 0.003英寸厚的袋时，其佶计寿命可望能达到或超过5年.

将干操过的二氧化硅放进塑料袋之后，进行抽真空，并用热合或粘 舍等适当的方法进行封口 ?最好是抽空-后袋内压力低于〗0毫米汞柱，但 是，根据所充填的材料，袋内压力也可稍高一点，如丨5毫米汞柱.所需 要的莫空度高低由导热系数K值来决定，如上所述此K值不应高于0.05. 必要时，可在抽空之前先用一种情性气体，如二氧化硅或氮气来吹扫袋 中的空气.

芎是实施本发明的一些实例，它们仅仅是一些示例，不能以任何 方式来限制本发明的整个内容.

实例1

符大约300筧的沉淀二氧化硅放入一个微孔袋中来制备一种绝热 '发.此种微孔袋是用以kekard '商品名销售的材料制成的，所用的 浞淀二氧化硅为迪高沙公司销售的FK-310产品。参考沉淀二氧化硅具有 用BET法测定的表面积650平方米/克，平均聚集体的大小为5微米《 堆积密度为130克/升》pH为7,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸附值为210， 按德国工业标准DIN 53-580所测的筛渣为0.01将二氧化硅放入微孔袋 后‘将袋口用热合法封死。然后将该板置于烘箱内并在96°C下保持〗6小

然后将放在微孔袋中的干燥的二氧化硅下放进涂檟金属的塑料袋里. 死塑料袋装有抽空口 .如上所述，所用的塑料袋具有六层层压聚合物膜， 其中三层已涂灌铝?袋的总厚度为0.004英寸.把微孔袋放入涂覆金属 的塑料袋后，把塑料口袋密封，但是抽空口不密封。将该板材压缩至密 度为19.4磅/立方英尺和厚度为0.626英寸，并同时将塑料袋抽至其空 度为0.7乇-

将制成的绝热体板材进行导热试验，结果測得C值为0.066英热单位/小时，英尺，F，K系数为0.041英热单位-英寸/々时，英 尺，F .

实例2

应用迪高沙公司销售的另一种沉淀二氧化硅，商品名为FK500-LS測 定真空度对绝热性能的影响.按实例丨的方法制成绝热板，但是成品板

的密度为12磅/立方英尺，厚度为0.715英寸.在其空缓慢消失过程由， 测得以下数据：

实例3

按实例1相同的条件和原料，对其他的沉淀二氧化硅进行试验.其 结果列于表I.

采用对FK310同样测试方法，上述表中的Sipernat 22S的BET表面 积为190平方米/克、平均聚集体大小为7微米、堆积密度为120克/ 升、pH为6.3、DBP吸附值为270和筛渣为0.K Sipernat 22LS的 BET表面积为170、平均聚集体大小为4.5微米、堆密度为80、pH为 6.3、DBP吸附值为270和筛渣为0，01. Sipernat 50的BET表面积为 450、平均聚集体大小为50、堆积的密度为200、Pb为7、DBP吸附值 为340和筛渣为0.5 ? Sipernat 、500的BET表面积为450、平均聚集体 大小为8、堆积密度为100、pH为7、DBP吸附值为330和筛渣为0.1 ? 二氧化硅T60O的中等聚集体大小为1.4微米.平均极隈粒度为21毫微米、表面积为150平方米/克、pH为7、堆积的松密度为3-4磅/立方英尺。

至此，我们巳说明和叙述了本发明的沉淀二氧化硅作为设备的，尤 其是致冷设备的绝热材料的应用?列举了各种不同的此类沉淀二氧化硅。 但是不能认为本发明仅限于这些特定实例，而只是用来说明和叙述本发 明的权利要求.