CN107922270A - 绝热材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供绝热材料，其包含1‑95重量％的陶瓷氧化物、1‑30重量％的无机粘合剂，并且在约1000℃以下的温度下处理；制备绝热材料的方法；及其用途。

Description

绝热材料

相关申请

本申请要求于2015年5月31日递交的标题为“制备纳米涂覆的、轻质绝热材料和结构”的澳大利亚临时专利申请号2015902025的权益，其公开内容通过整体援引并入本文。

技术领域

本发明的技术涉及绝热材料及其用途。更具体地说，本发明的技术涉及一种包含陶瓷氧化物和无机粘合剂的材料，制备该材料的方法及其用途。

背景技术

由于自然资源的快速消耗和相关的环境影响，节约能源在世界范围内受到越来越多的关注。为了应对这些担忧，住宅和商业建筑物中的绝热的使用正在增加。

绝缘材料也适用于绝热很重要的各种其他应用，例如炊具、建筑材料(如砖和瓷砖)、工业过程、危险废物封存以及用于电子工业的保护涂层或外壳。绝缘材料由于其暴露在高温下的可能性而在许多这些应用中特别值得关注的是其耐火性。

通常的建筑绝热材料包括用于墙壁或天花板空腔的填充物。将诸如纤维素、聚苯乙烯或岩棉的材料铺设或吹入这些空腔中，并在大气温度下提供绝热。然而，已知这些材料在高温下降解，例如在建筑物火灾中经历的那些。此外，这些材料的生产和安装通常是昂贵且繁重的，并且不适用于各种各样的应用，包括结构建筑材料或保护涂层。

许多其他绝热产品使用包含蛭石、珠光体或二氧化硅的材料，但这些成分在生产和运输过程中造成许多环境问题。例如，蛭石的大规模开采已大大减少了世界供应，而且这种自然资源的有限供应也促使了对替代材料的需求。目前大多数绝热材料使用纤维基材料，其存在许多处理和健康问题。一个例子是基于二氧化硅玻璃纤维的材料，其由于纤维尺寸小而在生产和处理过程中具有显著的吸入风险和潜在的致癌作用。

由于陶瓷的强度、硬度和耐久性，常规的陶瓷成为有吸引力的结构绝热材料(例如瓷砖)。然而，常规的陶瓷需要在高温(例如>1000℃)下烧制(或烧结)以熔合或粘合材料，这会显著影响生产的时间、成本和/或难度。例如，氧化铝瓷砖通常需要在大约1600℃下烧制，这会产生显著的能源需求和安全问题。较高的烧制温度也使得这些材料不适合与可燃材料如纸板或木材一起使用。另外，烧制可能导致陶瓷材料显著的尺寸变化，这在原材料中可能难以控制。

因此，需要绝热材料，其通用性好、价格便宜、能有效制备且易于使用，同时最小化或减少对环境的任何负面影响。本发明人开发了适用于多种应用的绝热材料。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种绝热材料，其包含：

(a)约1-约95重量％的陶瓷氧化物；

(b)约1-约30重量％的无机粘合剂；以及

(c)在约1000℃以下的温度下处理。

在一些实施方案中，绝热材料可以包含约5-约90重量％的陶瓷氧化物。绝热材料可以包含约10-约80重量％的陶瓷氧化物。绝热材料可以包含约10-约95重量％，或约10-约85重量％，或约5-约80重量％，或约20-约85重量％，或约20-约90重量％，或约1-约75重量％，或约15-约85重量％的陶瓷氧化物。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物平均粒径可以为约350μm以下。平均粒径可以为约30-约300μm。平均粒径可为约1-约350μm，或约10-约350μm，或约10-约300μm，或约10-约250μm，或约50-约300μm。平均粒径可以为约1、10、20、30、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300或350μm。在一些实施方案中，陶瓷氧化物平均粒径可以为约1000nm以下。平均粒径可以为约1-约1000nm，或约1-约500nm，或约10-约300nm，约10-约200nm，约30-约300nm，约10-约150nm或约50-约300nm。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物可以是以下的氧化物：铝、钡、铍、钙、铬、钴、铜、铁、锂、镁、锰、磷、硅、锶、钽、锡、钛、钨、钇、锌、锆或其组合。所述陶瓷氧化物选自：氧化钠、氧化镁、氧化钾、氧化钙、氧化铝、二氧化硅、硅酸钠、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钙、硅酸铝、硅酸锆、铝酸钠、铝酸镁、铝酸钙、铝酸锆、铝酸镍、磷酸钠、磷酸镁、磷酸钙、磷酸铝、氧化亚铁、氧化铁、氧化锆、锆酸镁、锆酸钙或其组合。

在一些实施方案中，在用于绝热材料中之前，可将陶瓷氧化物处理至高达约1000℃。在用于绝热材料中之前，可以通过加热将陶瓷氧化物处理至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃。

在一些实施方案中，绝热材料可以包含约5重量％-约30重量％的无机粘合剂。绝热材料可以包含约5-约25重量％的无机粘合剂。绝热材料可以包含约1-约30重量％、或约1-约25重量％、或约10-约30重量％、或约5-约25重量％或约5-约20重量％的无机粘合剂。

在一些实施方案中，无机粘合剂平均粒径可以为约350μm以下。平均粒径可以为约30-约300μm。平均粒径可以为约1-约350μm、或约10-约350μm、或约10-约300μm、或约30-约300μm、或约10-约250μm、或约50-约300μm。

在一些实施方案中，无机粘合剂可以是磷酸盐或硅酸盐粘合剂。无机粘合剂可选自正磷酸钙、正磷酸铝、硅酸钠、硅酸钾、硅酸钙或其组合。

在一些实施方案中，无机粘合剂可以在用于绝热材料中之前处理。在用于绝热材料中之前，可将无机粘合剂加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃。

在一些实施方案中，处理可以包括绝热材料的干燥、煅烧、烧结和/或烧制。处理可包括加热至约1000℃。处理可包括加热至约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃或约200℃、或约150℃、或约100℃、或约50℃、或约30℃、或约25℃或约20℃。

在一些实施方案中，绝热材料可以进一步包含粉煤灰。绝热材料可以包含约10-约80重量％的粉煤灰。绝热材料可以包含约10-约70重量％、或约20-约80重量％、或约20-约70重量％的粉煤灰。粉煤灰可以从燃煤发电站获得。在一些实施方案中，粉煤灰可以在用于绝热材料中之前进行处理。粉煤灰可以通过加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃处理。

在一些实施方案中，绝热材料可以进一步包含粘土。绝热材料可以包含约10-约80重量％的粘土。绝热材料可以包含约10-约70重量％、或约20-约80重量％、或约20-约70重量％、或约15-约85重量％的粘土。

在一些实施方案中，粘土可以是高岭土、埃洛石、伊利石、蒙脱石、白云母、膨润土和绿坡缕石或其任意组合。粘土可以是市售的高岭土粘土、球粘土、瓷土、炻器(stoneware)、陶土或耐火粘土。在一些实施方案中，粘土可以在用于绝热材料中之前处理。在用于绝热材料中之前，粘土可以通过加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃处理。

在一些实施方案中，绝热材料可以进一步包含添加剂。添加剂可选自：着色剂、纤维、分散剂、表面活性剂、烧结助剂、硬脂酸盐/酯润滑剂、非氧化物陶瓷或其任意组合。

在一些实施方案中，绝热材料可以为以下的形式：建筑材料、砖、瓷砖、面板、棒、圆柱体、块体、板、片、层压板、泡沫、涂料、糊、浆料或分散体，或其组合。在一些实施方案中，绝热材料可以进一步包含陶瓷氧化物纳米涂层。陶瓷氧化物纳米涂层平均厚度可以为约500nm以下。陶瓷氧化物纳米涂层的平均厚度可以为约450nm以下、或约400nm以下、或约350nm以下、或约300nm以下、或约250nm以下、或约200nm以下、或约150nm以下、或约100nm以下、或约50nm以下。陶瓷氧化物纳米涂层可以包含二氧化硅、氧化铝、硅酸铝、磷酸钙、磷酸铝、氧化锆、部分稳定的氧化锆或其组合。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物纳米涂层可以包含约300nm以下的平均粒径。平均粒径可以是约10-约300nm、或约10-约200nm、或约30-约300nm、或约10-约150nm、或约50-约300nm。

绝热材料可以通过加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃或约200℃、或约150℃、或约100℃、或约50℃、或约30℃、或约25℃或约20℃处理。

通过加热处理可以从绝热材料中去除不需要的水，或者当形成绝热产品时帮助固化绝热材料。

在一个实施方案中，绝热材料包含：

(a)20-80重量％的粉煤灰；

(b)10-80重量％的粘土；

(c)1-40重量％的陶瓷氧化物；

(d)5-30重量％的无机粘合剂；以及

(e)在约1000℃以下的温度下处理。

在一个实施方案中，绝热材料包含：

(a)75重量％的陶瓷氧化物；

(b)25重量％的无机粘合剂；以及

(c)在20℃-1000℃的温度下处理。

在一个实施方案中，绝热材料包含：

(a)18重量％的粉煤灰；

(b)36重量％的粘土；

(c)18重量％的陶瓷氧化物；

(d)28重量％的无机粘合剂；以及

(e)在20℃-1000℃的温度下处理。

在一个实施方案中，绝热材料包含：

(a)30重量％的粘土；

(b)40重量％的陶瓷氧化物；

(c)30重量％的无机粘合剂；以及

(d)在20℃-1000℃的温度下处理。

在一个实施方案中，绝热材料包含：

(a)50重量％的粉煤灰；

(b)15重量％的粘土；

(c)5重量％的陶瓷氧化物；

(d)30重量％的无机粘合剂，以及

(e)在20℃-1000℃的温度下处理。

第二方面，本发明提供了一种制备绝热产品的方法，其包括：

(a)将约1-约95重量％的陶瓷氧化物、约1-约30重量％的无机粘合剂和水混合以形成浆料；

(b)将浆料形成成型体(shaped body)；以及

(c)在约1000℃以下的温度下处理成型体以制备绝热产品。

在一些实施方案中，步骤(a)可包括混合约5-约90重量％的陶瓷氧化物。步骤(a)可以包括混合约10-约80重量％的陶瓷氧化物。步骤(a)可包括混合约10-约95重量％、或约10-约85重量％、或约5-约80％、或约20-约85重量％、或约20-约90重量％、或约1-约75重量％、或约15-约85重量％的陶瓷氧化物。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物平均粒径可以为约350μm以下。平均粒径可以为约30-约300μm。平均粒径可为约1-约350μm、或约10-约350μm、或约10-约300μm、或约10-约250μm、或约50-约300μm。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物平均粒径可以为约1000nm以下。平均粒径可以为约1-约1000nm、或约1-约500nm、或约10-约300nm、约10-约200nm、约30-约300nm、约10-约150nm、或约50-约300nm。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物可以是以下的氧化物：铝、钡、铍、钙、铬、钴、铜、铁、锂、镁、锰、磷、硅、锶、钽、锡、钛、钨、钇、锌、锆、或其组合。在一些实施方案中，陶瓷氧化物可以选自：氧化钠、氧化镁、氧化钾、氧化钙、氧化铝、二氧化硅、硅酸钠、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钙、硅酸铝、硅酸锆、铝酸钠、铝酸镁、铝酸钙、铝酸锆、铝酸镍、磷酸钠、磷酸镁、磷酸钙、磷酸铝、氧化亚铁、氧化铁、氧化锆、锆酸镁、锆酸钙或其组合。

在一些实施方案中，步骤(a)可以包括混合约5重量％-约30重量％的无机粘合剂。步骤(a)可以包括混合约5-约25重量％的无机粘合剂。步骤(a)可以包括混合约1-约30重量％、或约1-约25重量％、或约10-约30重量％、或约5-约25重量％或约5-约20重量％的无机粘合剂。

在一些实施方案中，无机粘合剂平均粒径可以为约350μm以下。平均粒径可以为约30-约300μm。平均粒径可以为约1-约350μm、或约10-约350μm、或约10-约300μm、或约30-约300μm、或约10-约250μm、或约50-约300μm。

在一些实施方案中，无机粘合剂可以是磷酸盐或硅酸盐粘合剂。无机粘合剂可选自：正磷酸钙、正磷酸铝、硅酸钠、硅酸钾、硅酸钙及其组合。

在一些实施方案中，步骤(a)可以包括混合粉煤灰。步骤(a)可包括混合约10-约80重量％的粉煤灰。步骤(a)可以包括混合约10-约70重量％、或约20-约80重量％、或约20-约70重量％的粉煤灰。粉煤灰可以从燃煤发电站获得。在一些实施方案中，可以在步骤(a)之前处理粉煤灰。在步骤(a)之前，粉煤灰可以通过加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃处理。

在一些实施方案中，步骤(a)可以包括混合粘土。步骤(a)可以包括混合约10-约80重量％的粘土。步骤(a)可以包括混合约10-约70重量％、或约20-约80重量％、或约20-约70重量％、或约15-约85重量％的粘土。

在一些实施方案中，粘土可以是高岭土、埃洛石、伊利石、蒙脱石、白云母、膨润土和绿坡缕石、或其任意组合。粘土可以是市售的高岭土粘土、球粘土、瓷土、炻器(stoneware)、陶土或耐火粘土。在一些实施方案中，可以在步骤(a)之前处理粘土。在步骤(a)之前，粘土可以通过加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃处理。

在一些实施方案中，步骤(a)可以进一步包括混合添加剂。添加剂可以选自：着色剂、纤维、分散剂、表面活性剂、烧结助剂、硬脂酸盐/酯润滑剂或其任意组合。

浆料的形成允许在形成绝热产品之前控制材料的粘度。在一些实施方案中，相对于总固体含量，加入以形成浆料的水量可以为10-约500重量％。例如，相对于总固体含量，加入以形成浆料的水的量可以为10-约500重量％、或约10-约300重量％、或约50-约500重量％、或约100-约400重量％、或约20-约250重量％、或约100-约300重量％，例如约10、20、50、100、150、200、250、300、350、400、450或500重量％。

在一些实施方案中，步骤(b)可以包括铸造、浇注、喷涂、注射、模制、挤出、柱塞(ram)或压制。

在一些实施方案中，步骤(c)包括加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃或约200℃、或约150℃、或约100℃、或约50℃、或约30℃、或约25℃或约20℃。步骤(c)可以包括在室温下干燥。

处理步骤(c)可以从产品中去除不需要的水或帮助固化绝热材料以形成产品。

在一些实施方案中，绝热产品可包含建筑材料、砖、瓷砖、面板、棒、圆柱体、块体、板、片、层压板、泡沫、涂料、糊、浆料或分散体，或其组合。

在一些实施方案中，本方法可以进一步包括用陶瓷氧化物纳米涂层涂覆成型体。陶瓷氧化物纳米涂层平均厚度可以为约500nm以下。陶瓷氧化物纳米涂层可具有以下的平均厚度：约450nm以下、或约400nm以下、或约350nm以下、或约300nm以下、或约250nm以下、或约200nm以下、或约150nm以下、或约100nm以下、或约50nm以下。陶瓷氧化物纳米涂层可包含二氧化硅、氧化铝、硅酸铝、磷酸钙、磷酸铝、氧化锆、部分稳定的氧化锆或其组合。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物纳米涂层可以包括约300nm以下的平均粒径。平均粒径可以为约10-约300nm、或约10-约200nm、或约30-约300nm、或约10-约150nm、或约50-约300nm。

在一些实施方案中，可以通过将纳米涂层的溶胶-凝胶衍生溶液喷涂到成型体上施加纳米涂层。

在第三方面，本发明提供由第二方面的方法制备的绝热产品。

在第四方面，本发明提供一种用于改善物品的耐热性的方法，该方法包括使用根据第一方面的绝热材料至少部分地涂覆物品。

在一些实施方案中，物品可以包含金属、陶瓷、玻璃、木材、聚合物、粘土、混凝土、聚苯乙烯、砖、石膏、GyprockTM、天然或人造石、天然或合成纤维、纸板、层压板、复合材料、或其组合。

已经包括在本说明书中的文件、步骤、材料、装置、物品等的任何讨论仅仅是为了提供本发明的上下文的目的。不能因为这些内容中的任何一个或全部在本说明书的各权利要求的优先权日之前存在而认为其构成现有技术基础的一部分，或者是与本发明相关的领域中的公知常识。

附图说明

现在将参考附图进一步解释和说明本发明，其中：

图1示出在1000℃、1100℃、1200℃和1300℃烧制后，根据本发明的绝热材料与包含蛭石的产品，表示为％质量减少的平均尺寸变化。

图2是当加热至1000℃时本发明的固体绝热块材料(BBN 1209)和工业绝热固体蛭石材料(INS 1209)的温度对时间的曲线。

图3示出处理至1300℃ 1小时材料的通常的熔炉循环。

具体实施方式

定义

除非特别指出，否则不定冠词“一(a,an)”在用于本申请，包括权利要求书时，指“至少一种”或“一种或多种”。

如本文所使用的，术语“约”是指所述值的±10％。

如本文所使用的，术语“陶瓷氧化物”是指任何非有机氧化物或其盐。

如本文所使用的，当涉及具体材料使用时，术语“尺寸稳定性”是指与未处理材料相比，在特定条件下处理时该材料保持其整体尺寸(包括体积和质量)的能力。

如本文所使用的，当涉及具体材料使用时，术语“尺寸变化”是指当与未处理材料相比，在特定条件下处理时，材料的总体尺寸(包括体积和质量)的变化，以变化的百分比(％)表示。

如本文所使用的，当与材料相关使用时，术语“耐热”指当加热至约800℃-约1350℃时，材料的尺寸变化为约12％以下。

如本文所使用的，当与材料相关使用时，术语“防水”表示当用水处理至少一年时材料的尺寸变化为约10％以下。

如本文所使用的，术语“SiAlONs”是指基于元素硅(Si)、铝(Al)、氧(O)和氮(N)的陶瓷材料。

除非另外指明，否则任何提及的本文所述的材料或组合物的组分的重量百分比(重量％)是指特定组分相对于材料或组合物的全部固体组分的重量％并且例如，不包括任何可能存在的水。

在整个说明书中，术语“粘合剂(binding agent)”和“粘合剂(binder)”是等同的。

在整个说明书中，当涉及现有技术时，术语“绝热材料”和“绝缘材料”是等同的。

需要注意的是，在本说明书的整个说明书和权利要求书中，单词“包含”以及所述单词的变体，诸如“包括”和“含有”不旨在排除其他变体或额外的组分、整数或步骤。对于本领域技术人员而言，对发明的修改和改进将是显而易见的。这样的修改和改进意图在本发明的范围内。

本发明涉及包含陶瓷氧化物和粘合剂的绝热材料及制备该材料的方法。本文提供的绝热材料可为廉价且高效地制备，并且提供用于各种应用的通用材料。

本文公开的绝热材料包含陶瓷氧化物。陶瓷氧化物可以是任何非有机氧化物或其盐。陶瓷氧化物可以是单一陶瓷氧化物，或陶瓷氧化物的组合。例如，陶瓷氧化物可以是以下的氧化物：铝、钡、铍、钙、铬、钴、铜、铁、锂、镁、锰、磷、硅、锶、钽、锡、钛、钨、钇、锌、锆、或其任意组合。在多个实施方案中，陶瓷氧化物可以是氧化钠、氧化镁、氧化钾、氧化钙、氧化铝、二氧化硅、硅酸钠、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钙、硅酸铝、硅酸锆、铝酸钠、铝酸镁、铝酸钙、铝酸锆、铝酸镍、磷酸钠、磷酸镁、磷酸钙、磷酸铝、氧化亚铁、氧化铁、氧化锆、锆酸镁、锆酸钙或其组合。

绝热材料可以包含任何合适量的陶瓷氧化物。本领域技术人员将理解，陶瓷氧化物的量将取决于绝热材料和特定的陶瓷氧化物或其组合的预期用途。在多个实施方案中，绝热材料可以包含约1-约95重量％的陶瓷氧化物。例如，绝热材料可以包含陶瓷氧化物的量为约1-约95重量％、约5-约90重量％、或约10-约80重量％、约10-约95重量％、或约10-约85重量％、或约5-约80重量％、或约20-约85重量％、或约20-约90重量％、或约1-约75重量％、或约15-约85重量％，例如约1、5、10、15、20、25、30、25、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90或95重量％。

绝热材料中的陶瓷氧化物的量可以根据陶瓷氧化物的来源而变化。一种或多种陶瓷氧化物可以从任何适合的来源获得。例如，陶瓷氧化物可以是基本上纯的陶瓷氧化物或其组合，或者可以以包含陶瓷氧化物的材料的形式提供。含陶瓷氧化物的材料的非限制性实例包括矾土、金红石或锆石矿石。在一些实施方案中，包含陶瓷氧化物的材料可以基本上由陶瓷氧化物或其组合组成。在多个实施方案中，包含陶瓷氧化物的材料可包含约10-约100重量％的量的陶瓷氧化物。例如，包含陶瓷氧化物的材料可以包含以下量的陶瓷氧化物：约10-约100重量％、或约10-约90重量％、或约20-约90重量％、或约10-约80重量％、或约30-约90重量％、或约25-约75％的量，例如约10、15、20、25、30、25、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90或100重量％。存在于包含陶瓷氧化物的材料中的陶瓷氧化物的量可以通过本领域已知的任何适合的方法确定，例如X射线粉末衍射(XRD)。

陶瓷氧化物的粒径可能影响绝热材料的机械性能(强度)和/或绝热性能。通常，粒径越小，材料晶界处的缺陷越小，使得材料在晶界处不易破裂。本领域技术人员将会理解，最佳粒径将取决于特定的陶瓷氧化物。另外，粒径均匀性可以提供更紧密堆积的颗粒晶体阵列，且从而改善材料的密度和绝热性质和/或强度。较小的粒径也可以降低烧结所需的温度，并随之发生致密化。

因此，在一些实施方案中，陶瓷氧化物可以包含约350μm以下的陶瓷氧化物颗粒。陶瓷氧化物的平均粒径可以约350μm以下。例如，粒径可以是约30-约300μm，约1-约350μm、或约1-约350μm或约10-约350μm、或约10-约300μm、或约10-约250μm、或约50-约300μm，例如约1、10、20、30、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300或350μm。在一些实施方案中，陶瓷氧化物可以包含1000nm(1μm)以下的超细陶瓷氧化物颗粒。陶瓷氧化物的平均粒径可以为约1000nm以下。例如，超细粒径可以是约1-约1000nm、或约1-约500nm、或约10-约300nm、约10-约200nm、约30-约300nm、约10-约150nm、或约50-约300nm。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物包括中空(多孔)微球。中空微球的存在可降低绝热材料的整体重量和/或密度并改善绝热性能。在一些实施方案中，中空微球可以具有以下的平均粒径：约1-约350μm、约1-约350μm、约10-约350μm、约10-约300μm、约30-约300μm、约10-约250μm、或约50-约300μm，例如约1、10、20、30、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300或350μm。

陶瓷氧化物(或包含陶瓷氧化物的材料)可以在用于绝热材料中之前处理。例如，可以通过干燥或煅烧材料处理陶瓷氧化物。在一些实施方案中，在用于绝热材料中之前，可将陶瓷氧化物处理至高达约1000℃。例如，可以通过加热至以下温度处理陶瓷氧化物：约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃。本领域技术人员将会理解，加热的持续时间和温度会取决于加热过程的预期结果。例如，可以通过将陶瓷氧化物或包含陶瓷氧化物的材料加热至约110℃ 1小时实现干燥。在另一个实例中，可以通过将陶瓷氧化物加热至约800℃ 2小时实现煅烧。本领域技术人员会容易地确定适合的温度和持续时间。

在一些实施方案中，绝热材料可以包含粉煤灰，其是燃煤发电站燃烧褐煤的废产物。褐煤通常制备成粉末状细粉末，其以这种形式被输送到垂直的水冷壁锅炉，在锅炉中被燃烧以释放热量而产生用于涡轮机的蒸汽。大部分燃烧产物是由烟气携带出锅炉的细颗粒，且被称为粉煤灰。粉煤灰包含约80％的燃烧的煤的总灰分含量。粉煤灰通常包含约5-20％的炭(未燃烧或部分碳化的煤)。较粗的灰分颗粒，主要是沙子，从收集它们的地方落到锅炉的底部。该部分被称为底灰，通常占燃烧的煤总灰分含量的约20％。

在火力发电厂燃烧煤的过程产生包含被称为空心微珠(cenosphere)的中空微球的粉煤灰。在约1500-约1750℃的温度下在煤燃烧过程中产生的空心微珠是低密度(约0.4-0.8g/cm³)的中空微球。粉煤灰以及由此的空心微珠的精确组成可以根据正在燃烧的煤的组成而显著变化，其反过来可取决于煤的来源。然而，空心微珠通常包含二氧化硅、氧化铝和/或硅铝酸盐的中空微球。粉煤灰中常见的其他陶瓷氧化物包括氧化钙和氧化铁。粉煤灰的组成、纯度和结构可以通过本领域已知的任何适合的方法测定，例如X射线粉末衍射(XRD)或电感等离子体光谱(ICP)。

因为存在大量的(高达百万分之几百)有毒组分，包括重金属，例如六价铬、汞和铅，以及对公共健康和环境造成有害影响的其他危险化学品，粉煤灰被认为是危险废物。因此，来自锅炉的烟气经常用静电除尘器或其他颗粒过滤***处理以除去细颗粒(>99％)。燃煤发电站收集的粉煤灰的处理在许多国家受到严格管制，其结果可能是繁重和/或昂贵的。因此粉煤灰是容易获得且便宜的，并且为了减少煤燃烧对健康和环境的影响，也期望重新利用这种废料。另外，粉煤灰的低密度可使该材料有利于制备轻质绝热材料。

因此，在多个实施方案中，绝热材料可以包含粉煤灰。粉煤灰可以从任何合适的来源获得，但通常从燃煤发电站作为废产物购买。有利地，在本发明中使用粉煤灰可以减少煤的燃烧对环境的影响。另外地或可选地，在本发明的绝热材料中包含粉煤灰可以降低绝热材料的整体重量和/或密度。取决于来源，粉煤灰可含有不同含量的陶瓷氧化物。

在多个实施方案中，绝热材料可以包含约10-约80重量％的粉煤灰。例如，绝热材料可包含的粉煤灰的量为约10-约80重量％、或约10-约70重量％、或约20-约80重量％、或约20-约70重量％、或约15-约85重量％，例如约10、15、20、25、30、25、40、45、50、55、60、65、70、75、或80重量％。本领域技术人员将理解，粉煤灰的量将取决于绝热材料的预期用途，并且粉煤灰可以与其他添加剂组合使用以实现期望的属性。

粉煤灰可以作为原材料(未加工)用于绝热材料中，或也可以处理或加工。原料粉煤灰的加工可包含煅烧、烧制、过滤或研磨以去除污染物，减小粒径和/或获得特定组成。例如，粉煤灰可以在用于绝热材料中之前加热以使粉煤灰干燥和/或从煤燃烧过程中除去任何有机污染物，例如未燃烧的煤或有机材料。

在一些实施方案中，在用于绝热材料中之前，可通过加热至高达约1000℃的温度处理粉煤灰。例如，可将粉煤灰加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃。本领域技术人员将会理解，加热的温度和持续时间可以取决于加热过程的预期结果和/或原料粉煤灰的精确组成。

在一些实施方案中，本发明的绝热材料可以包含粘土。粘土的主要成分是水合铝页硅酸盐(hydrous aluminium phyllosilicates)，其包含不同含量的其他矿物质，如铁、镁和碱土金属。粘土可以具有任何合适的组成。在一些实施方案中，粘土可以是多种粘土的组合。例如，粘土可以是高岭土、埃洛石、伊利石、蒙脱石、白云母、膨润土和绿坡缕石、或其任意组合。在一些实施方案中，粘土可以是市售的高岭土粘土、球粘土、瓷土、炻器、陶土或耐火粘土。在其他实施方案中，粘土可以是蒙脱石或膨润土，例如钠膨润土或蒙脱土。适用于本发明的粘土可以是市售的用于陶瓷/陶器制备的粘土，例如球粘土、瓷土、耐火粘土或高岭土，或其混合物。通常的球粘土可以包含大致如下的组成：二氧化硅(SiO₂)65重量％；氧化铝(Al₂O₃)20重量％；氧化铁(Fe₂O₃)2重量％；氧化亚铁(FeO)0.5重量％，氧化镁(MgO)2.5重量％，氧化钙(CaO)0.5重量％，氧化钠(Na₂O)2重量％；和氧化钾(K₂O)0.5重量％和其他杂质。

粘土可能含有大量的水(高达约12-35重量％)，这导致粘土膨胀。粘土的含水量可以取决于粘土的来源，例如，可以将水加入市售的陶瓷粘土中以改善可塑性并促进压制或挤出。在用于绝热材料中之前，可以加热粘土以，例如，干燥或煅烧粘土。这可以增加粘土的尺寸稳定性并防止使用过程中的膨胀。加热粘土，特别是在煅烧期间加热粘土至高温(例如高达约1000℃)，也可影响其孔隙率，从而改变其强度特性。例如，较低的温度通常产生具有较低密度的较多孔的粘土，其可比其较少孔隙的对应物具有更高的绝热性能，而较高的温度降低孔隙率，从而得到在制备和组装期间比其更多孔的对应物更强、更致密的材料，其可能具有更大的抗破碎性。在其他实施方案中，粘土可以不经干燥而使用，或者可以部分干燥。湿粘土可能有助于绝热材料的粘结。例如，当与水混合时，蒙脱土粘土变成强粘合的塑性材料。然而，通常需要高温烧制(>1000℃)以在仅用粘土的最终绝热材料中获得适当的粘合强度。

因此，在一些实施方案中，在用于绝热材料中之前，可以将粘土加热到约1000℃。例如，可将粘土加热至约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃。本领域技术人员将理解，加热的温度和持续时间可以取决于粘土的类型，加热过程的预期结果，并且合适的温度和持续时间将由本领域技术人员容易地确定。

绝热材料可以包含任何适合量的粘土。本领域技术人员将理解，粘土的量将取决于绝热材料的预期用途、粘土的精确组成以及在某些情况下绝热材料所需的密度。在多个实施方案中，绝热材料包含约10-约80重量％的粘土。例如，绝热材料可以包含以下含量的粘土：约10-约80重量％、或约10-约70重量％、或约20-约80重量％、或约20-70重量％、或约15-85重量％，例如约10、15、20、25、30、25、40、45、50、55、60、65、70、75、或80重量％。

粘土，特别是市售的粘土通常具有小粒径，即约0.1-约350μm，与较大粒径相比，其可以提供绝热材料的改善的绝热性能和/或强度。在多个实施方案中，包括任何陶瓷氧化物组分的粘土，可以包含约350μm以下的颗粒。在一些实施方案中，粘土的平均粒径可为约350μm以下。例如，粒径可以为约0.1-约350μm，或约0.1-约300μm、或约0.1-约200μm、或约10-约300μm、或约30-约300μm、或约1-约250μm、或约1-约300μm，例如约0.1、0.5、1、10、20、30、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300或350μm。

在一些实施方案中，绝热材料的其他组分，例如粉煤灰或粘土，也可以包含不同含量的一种或多种陶瓷氧化物。应该理解的是，为了本发明的目的，绝热材料中所包含的额外组分中的任何一种或多种陶瓷氧化物会是添加到绝热材料中的附加的陶瓷氧化物。

本文所述的绝热材料也包含粘合剂(或粘合剂(binder))。使用粘合剂可允许绝热材料的全部或基本全部组分的化学结合。有利地，这些组分的粘合可以避免从绝热材料，例如二氧化硅，中释放潜在危险的组分。粘合剂可以是有机或无机粘合剂。然而，无机粘合剂对于高温绝热应用是有利的，因为有机粘合剂在约200℃-500℃左右的温度下易于分解，并且可以在约1100℃的温度下转化成二氧化碳或一氧化碳。本发明人推测，添加粘合剂(例如无机粘合剂)可以在能够抵抗降解的陶瓷氧化物颗粒之间产生牢固的粘合界面。

通过将包含粘合剂的绝热材料加热到室温以上，可以提高粘合强度。例如，在硅酸盐粘合剂的情况下，温度越高，从粘合剂中除去越多的水分，提供液体硅酸盐的玻璃状膜。由于玻璃状硅酸盐膜一旦干燥后对水具有较小的亲和力，所以与室温下干燥时相同材料相比，加热材料还可以改善材料的耐水性。

在一些实施方案中，可以通过将材料加热(烧制)至约60℃-约1000℃，改善绝热材料的粘合强度和/或耐水性。例如，温度可以升高至约60℃、或约80℃、或约100℃、或约120℃、或约140℃、或约160℃、或约180℃、或约200℃、或约250℃、或约300℃、或约350℃、或约400℃、或约450℃、或约500℃、或约600℃、或约700℃、或约800℃、或约900℃、或约1000℃。

合适的无机粘合剂可以是任何无机材料，其加入到材料中时可以提高材料的粘合强度。粘结剂可以是固体或液体，其形成桥、膜或基质填料或者引起化学反应(WilliamH.Engelleitner,“Glossary of agglomeration terms”(February,1990)Powder andBulk Engineering,44-48)。在多个实施方案中，粘合剂可以是磷酸盐例如正磷酸钙或正磷酸铝，或硅酸盐如硅酸钠、硅酸钾或硅酸钙或其任意组合。

绝热材料可以包含任何适合量的粘合剂以实现材料的粘合。在各种实施方案例中，绝热材料包含约1-约30重量％的量的粘合剂。例如，绝热材料可以包含以下含量的粘合剂：约5-约30重量％、或约5-约25重量％、或约1-约30重量％、或约1-约25重量％、或约10-约30重量、或约5-约25重量％、或约5-约20重量％，例如约1、5、10、15、20、25或30重量％。

粘合剂可以是固体(例如粉末)、含水浆料的形式或任何其它适合的形式。在某些实施方案中，在用于绝热材料中之前，粘结剂可以干燥和/或煅烧。粘合剂可以加热至以下温度处理：约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃、或约200℃或约100℃。

粘合剂可具有与陶瓷氧化物颗粒一致的粒径以保持所得材料的强度和绝热特性。在一些实施方案中，粘合剂粒径可以为约350μm以下。例如，粒径可以是约1-约350μm、或约1-约350μm、或约10-约350μm，或约10-约300μm、或约30-约300μm、或约10-约250μm、或约50-约300μm，例如约1、10、20、30、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300或350μm。

所描述的绝热材料可以额外包含任何适合的添加剂。例如，绝热材料可以包含着色剂、纤维、分散剂、表面活性剂、烧结助剂、硬脂酸盐/酯润滑剂、非氧化物陶瓷或其任意组合。例如，在一些实施方案中，添加剂可以是非氧化物陶瓷，例如碳化钨、碳化钛、氮化钛、氮化锆、氮氧化钛、氮氧化硅、氧氮化锆、氮化铝、SiAlON或其组合。

在一些实施方案中，绝热材料可以进一步包含着色剂。着色剂可以是无机着色剂。无机着色剂可以是陶瓷氧化物，例如氧化亚铁、氧化铁、氧化镁、氧化铜、氧化铬或氧化锰。其他合适的无机着色剂是本领域技术人员已知的那些着色剂。

在一些实施方案中，绝热材料可以包含纤维或多种纤维，例如玻璃纤维、二氧化硅纤维、碳纤维、碳纳米管、氧化铝纤维、氮化物或氮氧化物纤维、天然纤维如椰子纤维、香蕉树纤维、***纤维、植物纤维或其任意组合。纤维的添加可以改善绝热材料的强度和/或抗断裂性。例如，包含纤维可以降低从特定高度落下时绝热材料断裂的趋势。在一些情况下，例如***纤维，纤维可以改善绝热材料在下降特定高度(例如约2m)时回弹的能力。

纤维可以以任何合适的形式使用，例如它们可以是自由流动的，或者它们可以是纺织片形式。在一些实施方案中，纤维可以是三维(3D)交织结构的形式，例如网状或蜂窝结构。例如，3D结构可以用绝热材料填充成层以产生层压形式。

适合的分散剂、表面活性剂、烧结助剂、硬脂酸盐/酯润滑剂、陶瓷或其他添加剂对于本领域技术人员会是显而易见的。例如，取决于预期用途，添加剂可以是高分子量或低分子量，有机或无机的。适合的添加剂的非限制性实例可以包括基于三聚氰胺甲醛的分散剂、聚乙烯亚胺(PEI)分散剂、合成的脂肽表面活性剂、包含基于硬脂酸盐/酯的18-碳烷基链作为阴离子的表面活性剂和包含桥接的带正电的1,4-重氮双环[2.2.2]辛烷基的倍半硅氧烷(silsesquioxane)。

在一些实施方案中，可以在绝热材料的制备过程中添加添加剂(例如分散剂)以在与水混合时减少一种或多种组分(例如陶瓷氧化物、粘合剂)的沉淀和/或聚集。在一些实施方案中，使用分散剂(例如三聚氰胺甲醛)可以改善绝热材料的均匀性，其可以例如改善绝热材料的强度和/或可加工性。例如，在绝热材料作为喷涂涂层应用的实施方案中，使用分散剂可以产生更容易喷涂并提供更均匀涂层的均匀的材料。

绝热材料可以包含任何合适形式和/或量的添加剂。本领域技术人员将会理解，添加剂的形式和量将取决于绝热材料的预期用途以及通过使用添加剂而实现的性能。在一个实例中，与陶瓷氧化物结合之前，无机粘合剂可以与约0.5-约1重量％的三聚氰胺甲醛分散剂和水混合以形成含水浆料。

在根据本发明的制备绝热材料的通常的方法中，陶瓷氧化物和无机粘合剂在水存在下结合以形成浆料。陶瓷氧化物和无机粘合剂可以分开加入或同时加入。例如，可以将粘合剂的含水浆料加入到陶瓷氧化物粉末中，或者可以将水添加到陶瓷氧化物和粘合剂的干燥混合物中，以提供混合的浆料。取决于绝热材料的预期用途，可以包括额外组分，如粘土、粉煤灰或其他添加剂。然后将浆料成形为具有所需形状的物体并干燥以制备绝热材料。如果需要，在成型体形成之前，可以提供额外的水来降低混合浆料的粘度。干燥可以在室温下在空气中进行，或者可以在惰性气氛如氮气、氩气或二氧化碳下进行。取决于产品的期望特性，材料可以进一步处理至温和(例如，60℃)或高(例如，高达1000℃)的温度。

有利地，在形成最终绝热材料之前，浆料的形成允许控制材料的粘度。在一些实施方案中，相对于总固体含量，加入以形成浆料的水的含量可以是10-约500重量％，例如，相对于总固体含量，加入以形成浆料的水的含量可以是10-约500重量％、或约10-约300重量％、或约50-约500重量％、或约100-约400重量％、或约20-约250重量％、或约100-约300重量％，例如约10、20、50、100、150、200、250、300、350、400、450或500重量％。技术人员将会理解，在绝热材料的制备过程中添加的水量将取决于待生产的材料的形式。

绝热材料可以以适合于预期用途的任何形状或形式制备。例如，绝热材料可以为以下的形式：建筑材料、砖、瓷砖、面板、棒、圆柱体、块体、板、片、层压板、泡沫、涂料、糊、浆料或分散体，或其组合。对于诸如砖、棒或瓷砖的固体材料，材料可以通过将材料铸造、模制、挤出、柱塞或压制形成所需的形状。液体或半固体形式，例如浆料、分散体或泡沫体可以通过喷涂、刷涂或浇注到表面或空腔中施用，或者可以将物体浸入液体中以提供涂层。用于形成绝热材料的其他适合的方法将为本领域技术人员所知的那些。

在一些实施方案中，压制可涉及施加任何适合的压力以获得特定密度的绝热材料。例如，压制可以涉及施加约1-约20千牛顿(KN)、或约5-约20KN、或约5-约15KN、或约5-约10KN、或约10-约20KN、或约10-约15KN的压力。达到特定密度所需的压力可取决于压机、模具和/或施加压力的方式。

在一些实施方案中，根据本发明的绝热材料可以为各种物品或结构提供涂层。例如，绝热材料可用作包含以下的物品的涂层：金属、陶瓷、玻璃、木材、聚合物、粘土、混凝土、聚苯乙烯、砖、石膏、GyprockTM、天然或合成石材、天然或合成纤维、纸板、层压板、复合材料或其组合。

本发明对于制备层压结构特别有用，所述层压结构中为两种不同材料结合在一起。因此，在一些实施方案中，绝热材料可用于形成层压材料。例如，该材料用于形成具有编织、网状或蜂窝状材料(例如基于金属或聚合物)或者固体面板(例如金属、木材或塑料)的层压板。在一些实施方案中，绝热材料可以夹在层压材料的两层或更多层之间以改善层压结构的结构强度和/或绝热性能。

在一些实施方案中，绝热材料可以用作门、墙壁、容器或任何根据本发明的固体绝热材料的涂层。绝热涂层可以改善物品的耐热性和/或防火等级。另外地或可替代地，与未涂覆的物品相比，涂层可以提供改善的耐降解性和/或耐水性。物品的防火等级可以通过本领域中的任何合适的方法来测量，例如通过ASTM或澳大利亚防火标准。

有利地，本发明的绝热材料可以在比常规的陶瓷材料更低的温度下处理或干燥，所述常规的陶瓷材料需要在高温(例如>1200℃)下烧结以赋予机械强度。这可以允许绝热材料的原位形成和干燥。低温干燥的其他优点可以包括显著减少制备该材料所需的时间、成本、能量和人工。

在多个实施方案中，绝热材料可以在低于烧砖或烧制陶瓷材料所需温度的温度下处理。1000℃以下的烧结可足以加强绝热材料，同时降低常规陶瓷烧制(即>1000℃)所需的能量需求。在约1200℃以上的温度下，中空陶瓷氧化物微球(例如空心微珠)软化，由此降低材料的强度。在一些实施方案中，可以在室温下进行干燥。在一些情况下，干燥可以通过适度加热例如约60-80℃加速。在其他实施方案中，绝热材料可以通过加热至高温处理。例如，绝热材料可以通过加热至约1000℃来处理。例如，绝热材料制备时的温度可以是约1000℃、或约900℃、或约800℃、或约700℃、或约600℃、或约500℃、或约400℃、或约300℃或约200℃、或约150℃、或约100℃、或约50℃、或约30℃、或约25℃或约20℃。

在多个实施方案中，绝热材料的干燥可以在原位发生。例如，在一些实施方案中，绝热材料可以以喷涂(例如分散体)施加，或者以浆料或泡沫的形式填充到空腔中。在其他实施方案中，材料可以作为涂料、糊、或浆料被刷涂到表面上以完全或部分涂覆结构或物体。然后可以在环境温度或适中的温度下干燥以制备所需形式的绝热材料，而不需要高温烧制。

常规陶瓷或粘土在烧制过程中可表现出显著的尺寸变化。尺寸变化可包括体积、质量或体积和质量变化。本发明人已经发现，与常规陶瓷相比，本发明的绝热材料在加热到高温时可表现出相对较好的尺寸稳定性，使其适用于高温应用，例如防火门、墙壁和障碍物、以及熔炉。在多个实施方案中，绝热材料在加热至高达约1300℃时具有小于约15％的质量和/或体积损失。例如，当加热至1300℃时，质量和/或体积损失可以小于约15％、或约14％、或约13％、或约12％、或约11％、或约10％、或约9％、或约8％、或约7％、或约6％、或约5％、或约4％、或约3％、或约2％、或约1％。

本发明人还发现，本文所述的绝热材料也可以显示出在水中的尺寸稳定性。在多个实施方案中，绝热材料在水下储存至少约一年时具有小于约15％的质量和/或体积损失。例如，在水下储存至少一年时，质量和/或体积损失可以小于约15％、或约14％、或约13％、或约12、或约11％、或约10％、或约9％、或约8％、或约7％、或约6％、或约5％、或约4％、或约3％、或约2％、或约1％。在一些实施方案中，质量和/或体积损失可以小于约15％至少约1年、或约2年、或约3年、或约4年、或约5年、或约6年、或约7年、或约8年、或约9年、或约10年。在一些实施方案中，本文所述的绝热材料可在水中表现出非常好的尺寸稳定性。例如，当在水下储存至少约一年，例如，约2年、或约3年、或约4年、或约5年、或约6年、或约7年、或约8年、或约9年、或约10年时，质量和/或体积损失可以小于约1-2％。

本发明人之前已经开发了一种将溶胶-凝胶衍生的纳米涂层应用于物品的方法，公开为WO2002/040398，其全部内容通过交叉引用并入本文。发明人已经发现，可以将溶胶-凝胶衍生的陶瓷氧化物纳米涂层应用于本发明的绝热材料，以例如进一步改善材料的强度和/或绝热性能。因此，在一些实施方案中，绝热材料可以进一步涂覆溶胶-凝胶衍生的陶瓷氧化物纳米涂层。

在一些实施方案中，陶瓷氧化物纳米涂层的平均厚度可以为约500nm以下，例如约500nm、约450nm、或约400nm、或约350nm、或约300nm、或约250nm、或约200nm、或约150nm、或约100nm、或约50nm。在一些实施方案中，根据WO 2002/040398中所述的步骤，可以通过将陶瓷溶胶-凝胶衍生的纳米涂层溶液的分散体喷涂到绝热材料上施用纳米涂层。

陶瓷氧化物纳米涂层可以包含任何合适的陶瓷氧化物纳米颗粒。例如，先前已经有发明中描述了合适的涂层，如Choi et al,′Advances in Calcium Phosphate Nano-coatings and Nano-composites′in Besim Ben-Nissan(ed)Advances in CalciumPhosphate Biomaterials,(Springer Heidelberg,2014),485-511。在一些实施方案中，溶胶-凝胶衍生的陶瓷氧化物纳米涂层可以包含以下的纳米颗粒：二氧化硅、氧化铝、部分稳定的氧化锆、磷酸钙、磷酸铝或其组合。

在一些实施方案中，纳米颗粒粒径可以为约300nm以下。在一些实施方案中，平均粒径约300nm以下。例如，粒径可以是约10-约300nm、或约10-约200nm、或约30-约300nm、或约10-约150nm、或约50-约300nm，例如约300、250、200、150、100、50、或10nm。

制备纳米涂层的通常的方法可以包括以下步骤：

(a)制备包含陶瓷氧化物前体的溶液；

(b)将根据本发明的绝热材料或其一部分浸渍到步骤(b)的溶液中；

(c)加热步骤(b)的绝热材料以使陶瓷氧化物前体水解。

步骤(c)可以包括加热至足够的温度足够的时间，例如约70℃-130℃ 24小时以水解陶瓷氧化物前体。在一些实施方案中，步骤(c)可以包括将浸渍的材料加热至足够的温度足够的时间，例如约500℃-约1000℃ 2小时以形成结晶氧化物。在一些实施方案中，步骤(c)可与绝热材料的干燥同时发生。本领域技术人员将理解，温度和时间将取决于例如特定的陶瓷氧化物前体、涂层的粒径和/或厚度。

根据本发明的绝热材料的强度可以通过本领域已知的任何适合的方法测量。例如，绝热材料的压缩强度可以通过例如在固体材料上的三点和四点弯曲测试、压缩测试、双轴测试和/或径向压缩测试("Brazilian test")测量，所述压缩强度是指在压缩下断裂发生之前可以施加到材料的应力或压力的量。用于测量本文所述材料的绝热或热性能，例如热容量、热膨胀系数和热导率的方法也是本领域技术人员已知的。

本发明具有适合于广泛应用的优点。绝热材料的应用的非限制性实例包括：

a.制备建筑用耐火绝热材料，例如实心(solid)块、砖或面板；

b.实心门的生产，例如防火门或门的涂层；

c.制备结构性和非结构性的墙壁和天花板；

d.制备轻质建筑块和砖；

e.制备供使用的纤维增强材料，例如在建筑业中用作绝热填料；

f.将建筑物或构建物的墙壁和天花板空腔填充为泡沫，以充当声音和绝热或屏障；

g.水下建筑物的制备；

h.用于制备模块化建筑材料的材料，例如塑料、木材或纸板的涂层，例如用于建造应急避难所。

i.用于绝热的屋面材料(例如瓷砖)的涂层；

j.大梁和结构金属的防火涂层；

k.建筑基础填充块(例如，作为聚苯乙烯块的替代物)；

l.制备例如安全掩体的地下构建物；

m.建造有害物质或防火安全容纳区域；

n.建造储存和安全容器，如防火空运和海运集装箱；

o.在建筑物、工厂和矿山建造容热和耐热安全区；

p.建造熔炉或焚化炉；

q.制备纤维增强复合材料，如层压板或蜂窝结构；

r.为电子产品，如手机或3D，或3D打印物品制备耐热/耐火涂层或覆盖物；

s.制备保温烹饪工具、容器、盘子和长期保温的器具，例如航空食品容器；

t.炊具和餐具的耐热涂层；

u.制备能检测气体、热量和/或烟雾和其他敏感设备，如“智能门”和“智能建筑物”的传感器的外壳；

v.制备防水、轻质容器，例如用于园艺或户外储存；

w.制备防水、易组装、轻质面板，例如用于高速公路；

x.制备室内和室外地瓷砖；和

y.例如，在采矿或铸造工业中，用于熔炉、浇注盘、坩埚或其他容器或器皿的涂层。

z.用作涂料材料以抑制矿山和矿石运输中的粉尘。

本领域技术人员会理解，可以对具体实施方案中所示的技术进行多种变化和/或修改，而不脱离如广泛描述的技术的精神或范围。因此，本实施方案在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。

实施例

实施例1：样品组合物的制备

如表1中所示制备四种样品组合物。陶瓷氧化物和无机粘合剂各不相同，但通常的陶瓷氧化物包括二氧化硅、氧化铝、硅酸铝和/或部分稳定的氧化锆及其组合。通常的粘合剂是正磷酸钙、正磷酸铝、硅酸钠和/或硅酸钙及其组合。

粉煤灰可以从燃煤发电站获得，并在使用前在1000℃下干燥2小时。所使用的粘土是用于陶瓷制备的市售的球粘土，并在110℃下干燥2小时。

在通常的步骤中，陶瓷氧化物、粉煤灰和粘土以干粉形式提供。无机粘合剂以水的悬浮液提供，并在室温下与干燥组分混合以形成浆料。可根据需要添加额外的水(相对于组合物的固体含量高达约300重量％)以制备所需粘度的浆料。

表1.绝热材料的四种代表性组合物

	组合物A	组合物B	组合物C	组合物D
					陶瓷氧化物	75重量％	18重量％	40重量％	5重量％
无机粘合剂	25重量％	28重量％	30重量％	30重量％
					粉煤灰	n/a	18重量％	30重量％	50重量％
粘土	n/a	36重量％	n/a	15重量％

实施例2：绝热材料的制备

使用实施例1的组合物A-D制备各种绝热材料。表2中提供了关于这些材料的制备和观测的总结。

纤维增强复合材料

通过在模具中玻璃纤维垫层(5或6层)之间浇注沉积由组合物B和C制备的浆料。在室温下进行干燥以制备纤维增强复合材料作为实心板。

涂覆的木材和纸板

通过刷涂或浸渍由组合物A、B和C制备的浆料将木片和纸板片部分涂覆。在室温下进行干燥以得到平均厚度约3mm的涂层。

使用组合物B和C还制备绝热的纸板圆柱体和层压的纸板。通过将组合物B或C的浆料刷到圆柱体的外表面上涂覆纸板圆柱体，同时通过浸渍纸板至组合物B或C的浆料中制备层压的纸板。一些涂层另外包含玻璃纤维或***纤维，其在干燥成分混合期间加入。在室温或60℃下进行干燥。

涂覆的玻璃

通过用由组合物B和C制备的浆料涂覆玻璃载片制备绝热玻璃。通过将玻璃载片浸入浆料中或通过将相同的浆料刷涂到玻璃载片上制备涂层。玻璃载片也用由组合物B和C制备的粉末喷涂(power spray)涂层涂覆。在室温或60℃下进行干燥。

实心砖

使用组合物B和D制备绝热砖和瓷砖。将这些组分在水泥混合器中混合以制备粘稠浆料。然后将混合物浇注或柱塞到模具中并风干。取决于预期用途，将空气干燥的组合物在熔炉中在60℃、200℃、500℃或1000℃下烧制。例如，200℃通常足以生产结构砖，而500℃和1000℃获得如建筑砖所需要的良好的高温强度。

还使用在液压金属压机中以约5-10千牛顿(KN)压制组合物A的浆料制备砖。将所得的砖风干，然后在炉内烧至500℃。

瓷砖

通过在液压金属压机中以5-10KN压力压制组合物A、B或D的浆料，制备尺寸近似为100×100×10mm的瓷砖。将瓷砖在室温下风干，随后在200℃、500℃或1000℃下烧制1小时。

根据WO 2002/04039中描述的步骤，由组合物A制备并烧至500℃的瓷砖进一步用溶胶-凝胶衍生的氧化锆纳米涂层涂覆。将纳米涂层在70℃下干燥8小时，然后缓慢加热至500℃(保持15分钟)并使其冷却至室温。

实心圆柱体块

使用组合物B、C和D制备约8mm直径的实心圆柱体块。将各组合物在液压金属压机中以5-10KN的压力压制。将得到的圆柱块在室温下干燥，然后在200℃、500℃或1000℃下煅烧1小时。

还使用组合物B制备直径约18mm的实心圆柱块。将浆料浇注或柱塞到圆柱体模具中并使其在室温下干燥，处理至60℃或在1000℃下烧制1小时。

实心棒和杆

使用组合物B、C和D(表1)制备绝热棒和杆(bar)。将组合物B、C和D的浆料挤出以形成棒或在模具中压制以形成杆。棒和杆可以在干燥之前相互粘附或粘附至其它类似的材料，而不需要任何额外的粘合剂。在室温下进行干燥。

涂覆的钢筋和金属片

通过用水洗涤，然后用丙酮或酒精(乙醇)除去任何油脂或油，制备钢筋和金属片。钢筋部分地用组合物B刷涂或粉末喷涂。钢筋还用包含1-5重量％的氧化铁(Fe₂O₃)的相同组合物作为着色剂部分地涂覆以获得各种着色强度。使涂层在室温或60℃下干燥1小时。

根据WO 2002/04039中描述的步骤，用组合物B预涂覆并且在60℃下干燥的金属片样品进一步涂覆溶胶-凝胶衍生的二氧化硅纳米涂层，并在室温下干燥24小时。

表2.绝热材料的制备

实施例3：绝热性质

根据实施例1的方法制备的两种固体绝热块材料。由组合物B制备块BBN1209，由组合物C制备块BBN0109。

通过在熔炉中将块加热至1000℃ 100分钟测量相比于包含蛭石的工业绝热块(INS1209)，BBN1209和BBN0109的耐热性。图2表明，蛭石绝热块(INS1209)外壁温度达到120℃，而BBN1209和BBN0109外壁分别达到约105℃和80℃。

BBN0109的温度保持在1000℃共350分钟，在此期间外壁温度不超过80℃。

结果表明，根据本发明制备的绝热材料具有比常规蛭石绝热材料更高的耐热性，并且耐热性在较长时间内保持恒定。

实施例4：尺寸稳定性

通过测量各种温度下各材料的％尺寸变化(体积)和％质量损失，将根据

实施例1(BBN1209)的方法制备的本发明的固体绝热材料的尺寸稳定性与工业绝热固体蛭石材料(INS1209)对比。

在1000℃的熔炉中烧制1小时后随后冷却至室温，测量％尺寸(体积)变化和％质量损失。在1100℃、1200℃和1300℃下重复该实验。图3显示通常的熔炉循环。

图1和表3显示出在1000℃、1100℃、1200℃和1300℃下烧制后重复3次的平均％尺寸变化和％质量损失，表明本发明的绝热砖在1000-1300℃的温度范围内具有比蛭石更好的尺寸稳定性。

表3还示出了在1100℃和1200℃下烧制的作为温度的函数的平均％质量损失。

表3：本发明的固体绝热材料(BBN 0109)和工业绝热固体蛭石材料在各种高温下的质量损失(％)和尺寸变化(％)

实施例5：耐水性

由组合物A、B和C在高压(5-10KN)下制备的并且在60℃、200℃或500℃下烧制的挤出的棒在水下储存在玻璃的未密封玻璃容器中。根据需要补充水位，使棒保持没入水中。在长期储存后没有观察到棒的可见的降解。

发现棒的强度与没有储存在水下的类似棒的强度相当，表明这些材料也适用于水下应用。

本领域的技术人员会理解，可以对具体实施方案中所示的本发明进行多种变化和/或修改，而不背离如广泛描述的技术的精神或范围。因此，本发明实施方案在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (43)

1.一种绝热材料，其包含：

(a)1-95重量％的陶瓷氧化物；

(b)5-30重量％的无机粘合剂；以及

(c)在1000℃以下的温度下处理。

2.根据权利要求1所述的绝热材料，其包含5-90重量％的陶瓷氧化物。

3.根据权利要求2所述的绝热材料，其包含10-80重量％的陶瓷氧化物。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的绝热材料，其中所述陶瓷氧化物的平均粒径为350μm以下。

5.根据权利要求4所述的绝热材料，其中所述陶瓷氧化物的平均粒径为30-300μm。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的绝热材料，其中所述陶瓷氧化物选自：氧化钠、氧化镁、氧化钾、氧化钙、氧化铝、二氧化硅、硅酸钠、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钙、硅酸铝、硅酸锆、铝酸钠、铝酸镁、铝酸钙、铝酸锆、铝酸镍、磷酸钠、磷酸镁、磷酸钙、磷酸铝、氧化亚铁、氧化铁、氧化锆、锆酸镁、锆酸钙及其组合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的绝热材料，其包含5-30重量％的无机粘合剂。

8.根据权利要求7所述的绝热材料，其包含5-25重量％的无机粘合剂。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的绝热材料，其中所述无机粘合剂的平均粒径为350μm以下。

10.根据权利要求9所述的绝热材料，其中所述无机粘合剂的平均粒径为30-300μm。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的绝热材料，其中所述无机粘合剂选自：正磷酸钙、正磷酸铝、硅酸钠、硅酸钾、硅酸钙及其组合。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的绝热材料，其还包含10-80重量％的粉煤灰。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的绝热材料，其还包含10-80重量％的粘土。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的绝热材料，其还包含添加剂。

15.根据权利要求14所述的绝热材料，其中所述添加剂选自：着色剂、纤维、分散剂、表面活性剂、烧结助剂、硬脂酸盐/酯润滑剂、非氧化物陶瓷或其任意组合。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的绝热材料，其为以下形式：建筑材料、砖、瓷砖、面板、棒、圆柱体、块体、板、片、层压板、泡沫、涂料、糊、浆料或分散体，或其组合。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的绝热材料，其还包含陶瓷氧化物纳米涂层。

18.根据权利要求17所述的绝热材料，其中所述纳米涂层的平均厚度为500nm以下。

19.根据权利要求17或18所述的绝热材料，其中所述纳米涂层包含二氧化硅、氧化铝、硅酸铝、磷酸钙、磷酸铝、部分稳定的氧化锆或其组合。

20.根据权利要求17-20中任一项所述的绝热材料，其中所述纳米涂层的平均粒径为300nm以下。

21.根据权利要求1所述的绝热材料，其包含：

(a)20-80重量％的粉煤灰；

(b)10-80重量％的粘土；

(c)1-40重量％的陶瓷氧化物；

(d)5-30重量％的无机粘合剂；以及

(e)在1000℃以下的温度下处理。

22.根据权利要求1所述的绝热材料，其包含：

(a)75重量％的陶瓷氧化物；

(b)25重量％的无机粘合剂；以及

(c)在20℃-1000℃的温度下处理。

23.根据权利要求1所述的绝热材料，其包含：

(a)18重量％的粉煤灰；

(b)36重量％的粘土；

(c)18重量％的陶瓷氧化物；

(d)28重量％的无机粘合剂；以及

(e)在20℃-1000℃的温度下处理。

24.根据权利要求1所述的绝热材料，其包含：

(a)30重量％的粘土；

(b)40重量％的陶瓷氧化物；

(c)30重量％的无机粘合剂；以及

(d)在20℃-1000℃的温度下处理。

25.根据权利要求1所述的绝热材料，其包含：

(a)50重量％的粉煤灰；

(b)15重量％的粘土；

(c)5重量％的陶瓷氧化物；

(d)30重量％的无机粘合剂，以及

(e)在20℃-1000℃的温度下处理。

26.一种制备绝热产品的方法，其包括：

(a)将1-95重量％的陶瓷氧化物、1-30重量％的无机粘合剂和水混合以形成浆料；

(b)将所述浆料形成成型体；以及

(c)在1000℃以下的温度下处理所述成型体以制备所述绝热产品。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述陶瓷氧化物的平均粒径为350μm以下。

28.根据权利要求26或27所述的方法，其中所述陶瓷氧化物选自：氧化钠、氧化镁、氧化钾、氧化钙、氧化铝、二氧化硅、硅酸钠、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钙、硅酸铝、硅酸锆、铝酸钠、铝酸镁、铝酸钙、铝酸锆、铝酸镍、磷酸钠、磷酸镁、磷酸钙、磷酸铝、氧化亚铁、氧化铁、氧化锆、锆酸镁、锆酸钙及其组合。

29.根据权利要求26-28中任一项所述的方法，其中步骤(a)包括混合5-30重量％的无机粘合剂。

30.根据权利要求26-29中任一项所述的方法，其中所述无机粘合剂的平均粒径为350μm以下。

31.根据权利要求26-30中任一项所述的方法，其中所述无机粘合剂选自：正磷酸钙、正磷酸铝、硅酸钠、硅酸钾、硅酸钙及其组合。

32.根据权利要求26-31中任一项所述的方法，其中步骤(a)还包括混合10-80重量％的粉煤灰。

33.根据权利要求1-32中任一项所述的方法，其中步骤(a)还包括混合10-80重量％的粘土。

34.根据权利要求26-33中任一项所述的方法，其中步骤(a)还包括混合添加剂。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述添加剂选自：着色剂、纤维、分散剂、表面活性剂、烧结助剂、硬脂酸盐/酯润滑剂、非氧化物陶瓷及其任意组合。

36.根据权利要求26-35中任一项所述的方法，其中所述产品为建筑材料、砖、瓷砖、面板、棒、圆柱体、块体、板、片、层压板、泡沫、涂料、糊、浆料或分散体，或其组合。

37.根据权利要求26-36中任一项所述的方法，其中步骤(b)包括铸造、浇注、喷涂、注射、模制、挤出、柱塞或压制。

38.根据权利要求26-37中任一项所述的方法，其中步骤(c)包括在室温下干燥。

39.根据权利要求26-38中任一项所述的方法，还包括用陶瓷氧化物纳米涂层涂覆所述绝热产品。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述纳米涂层的平均厚度为500nm以下。

41.根据权利要求39或40所述的方法，其中所述纳米涂层包含二氧化硅、氧化铝、硅酸铝、磷酸钙、磷酸铝、部分稳定的氧化锆或其组合。

42.一种绝热产品，其由权利要求26-41中任一项所述的方法制备。

43.一种用于改善物品耐热性的方法，所述方法包括用根据权利要求1-25中任一项所述的绝热材料至少部分地涂覆所述物品。