CN1258306A - 多异氰酸酯基气凝胶 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在一种含有异氰酸酯反应基的(共)聚合物存在下,使一种有机多异氰酸酯在一种有机溶剂中三聚,凝胶化,且使所得的溶胶－凝胶超临界干燥,来制造多异氰酸酯基气凝胶的方法。

Description

多异氰酸酯基气凝胶
本发明涉及多异氰酸酯基气凝胶及其制备方法。
气凝胶是一类独特的超细泡孔大小、低密度、开孔泡沫材料。气凝胶具有连续的孔隙度，且其具有低于空气自由平均路程的孔隙尺寸的微构造(孔隙尺寸为纳米范围)成为其非凡热性质的原因。气凝胶组织及术语的更深层了解可见于下列参考文献中：D.Schaefer，“中孔隙气凝胶的构造”，MRS.Bulletin，1994，4月，49-53页；R.W.Pekala，D.W.Schaefer，“有机气凝胶的构造，1.形态及结垢”，Macromolecules 1993，26，5487-5493页；M.Foret，A.Chougrani，R.Vacker，J.Pelous，“从胶体二氧化硅溶胶至气凝胶及干凝胶”，Journal de Physique IV，Colloque C2，supplement au Journal dePhysique III，第二卷，1992，10月，135-139页，R.W.Pekala，C.T.Alviso，“碳气凝胶及干凝胶”，Mat，Res.Soc.Symp.Proc.第270卷，1992，第9页：Journal of Non Crystalline.Solids，第186卷，1995.6.2.第1章。
以多异氰酸酯化学为基础的有机气凝胶系叙述于WO 95/03358，WO 96/36654，及WO 96/37539中。
它们是通过使多异氰酸酯及催化剂混合于适当溶剂中，且使该混合物保持静止态足够长的时间以形成聚合物凝胶来制备的。所形成的凝胶再进行超临界干燥。
快速超临界干燥过程中，凝胶收缩实质上导致所得的气凝胶密度增加。
因此，本发明的目的是提供一种制备较低密度的多异氰酸酯基有机气凝胶的方法。
因此，本发明提供一种制备多异氰酸酯基气凝胶的方法，包括下列步骤：a)在适当溶剂中混合有机多异氰酸酯及异氰酸酯三聚催化剂，b)使该混合物维持在静止态足够长的时间，以形成聚合物凝胶，及c)使所得的凝胶超临界干燥，其中含有至少一种异氰酸酯反应基的(共)聚合物是在步骤a)中与其他成分混合的。
(共)聚合物中存在的异氰酸酯反应基为OH，COOH，NH2或NHR基，较好为OH基。
适当(共)聚合物类别的实例为聚丙烯酸酯，聚苯乙烯属，聚酮，双酚A树脂，烃树脂，聚酯，聚醛酮树脂，酚醛树脂A，(线型)酚醛清漆，中性酚醛树脂，聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯腈，聚乙酸乙烯酯，PET衍生物，聚酰胺，纤维素，聚醚，改性聚乙烯及聚丙烯，聚丁二烯及醇酸树脂。
特别好的(共)聚合物类别是那些从烯键不饱和单体衍生者；较佳者为苯乙烯、丙烯酸及丙烯酸酯衍生物，如甲基丙烯酸酯类，羟基丙烯酸酯类及部分氟化的丙烯酸酯类。
聚合物的另一较好类别是那些通过醛(较好为甲醛)及/或酮缩合而制得者，如酚醛树脂，特别是中性酚醛树脂，聚醛-酮树脂，聚酮，(线型)酚醛清漆，及酚醛树脂A。
较好，本发明中所用的(共)聚合物的OH值在30至800毫克KOH/克之间，较好在100至500毫克KOH/克之间，且玻璃化温度在-50至150℃之间，较好在0至80℃之间。(共)聚合物的分子量较好在500至10,000之间，更好在4,000至6,000之间。(共)聚合物较佳的熔点范围为60至160℃。
最佳结果一般是在(共)聚合物的芳香度至少为15％时得到的；芳香度是以7200×聚合物中芳香族片断数目/数均分子量计算的。
较好，本发明中所用的(共)聚合物为苯乙烯与羟基丙烯酸酯而且亦可以有丙烯酸酯的共聚物。此共聚物有市售品，例如，Reactol180，Reactol 255和Reactol 100(全部由Lawter International公司销售)。可购自Lawter International公司的其他较佳的(共)聚合物为K 1717(聚酮)，Biresol(双酚A树脂)，K 2090(聚酯)，K 1717B(醛酮树脂)及K 1111(中性酚醛树脂)。
(共)聚合物较好以多异氰酸酯(NCO)中与(共)聚合物(OH)中的官能基之比在1∶1至10∶1之间，较好在3∶1至7∶1之间这样的量用于本工艺中。
通过在本制备工艺中使用上述(共)聚合物，可得到密度比先有技术的多异氰酸酯气凝胶低的单片气凝胶块。
通过使用本发明的方法制得的气凝胶的密度一般在1至1000公斤/立方米之间，更一般地在10至800公斤/立方米之间，且甚至更一般地在20至400公斤/立方米之间，或甚至30至300公斤/立方米或甚至50至150公斤/立方米。
依本发明的方法制得的气凝胶的孔隙尺寸一般在1至100纳米之间，更通常为5至50纳米，且最通常为5至25纳米。
依本发明的方法制备的气凝胶的表面积通常在1至1,500平方米/克之间，更通常为5至1200平方米/克，且甚至更通常为10至800平方米/克或甚至15至500平方米/克之间。
制备多异氰酸酯基气凝胶的本方法中所用的多异氰酸酯包含一般用于聚氨酯/聚异氰脲酸酯材料生产中的文献中已知的脂族，环脂族，芳脂族及芳香族多异氰酸酯。特别重要者为芳香族多异氰酸酯如甲苯及二苯基甲烷二异氰酸酯(呈众所周知的纯的、经改性的及粗的形式)，特别是其2，4′-，2，2′-及4，4′-异构体形式的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)(纯MDI)及其技术上已知的混合物，如具有异氰酸酯官能度大于2的“粗的”或聚合的MDI(聚亚甲基聚亚苯基多异氰酸酯)及所谓MDI变种(通过导入聚氨酯、脲基甲酸酯、尿素、缩二脲、碳化二亚胺、uretonimine或异氰脲酸酯残基改性的MDI)。
多异氰酸酯的用量，以总反应混合物为准，为从0.5至30重量％，较好为1.5至20重量％，且更好为3至15重量％之间。
本制法中所用的三聚催化剂包含技术上已知的任何异氰酸酯三聚催化剂，如季铵氢氧化物，碱金属及碱土金属氢氧化物，醇盐及羧酸盐，如乙酸钾及2-乙基己酸钾，某些叔胺及非碱金属羧酸盐，例如辛酸铅，及对称三嗪衍生物。本方法中所用特别好的三聚催化剂为购自Abbott实验室的Polycat 41，及购自Air Products的DABCO TMR，TMR-2，TMR-4及T 45，及钾盐如辛酸钾及己酸钾。
除三聚催化剂外，可使用技术上已知的聚氨酯催化剂。
多异氰酸酯/催化剂重量比在5至1000之间，较好在5至500之间，最好在10至100之间变化。较佳的多异氰酸酯/催化剂重量比依所用的多异氰酸酯量，反应/固化温度，所用的溶剂，所用的添加剂而定。
欲用于本发明制法中的溶剂应当是(共)聚合物、催化剂及单体(未反应的)多异氰酸酯以及聚合(已反应的)多异氰酸酯的溶剂。溶解本领应为能形成未反应化合物的均匀溶液并能使反应产物溶解或至少能防止反应产物絮凝者。δ溶解度参数在0至25MPa1/2且氢键参数δM在0至15 MPa1/2的溶剂最适用。
本发明的方法中所用最适的溶剂包括烃，二烷基醚，环状醚，酮，链烷酸烷酯，脂族及环脂族氢氟烃，氢氯氟烃，氯氟烃，氢氯烃，卤代芳烃及含氟醚。亦可使用此类化合物的混合物。
适用的烃溶剂包括低级脂族或环状烃，如乙烷，丙烷，正丁烷，异丁烷，正戊烷，异戊烷，环戊烷，新戊烷，己烷及环己烷。
欲用作溶剂的适当二烷基醚包含具有2至6个碳原子的化合物。可以提及的适用醚的实例包括二甲醚，甲***，二***，甲基·丙醚，甲基·异丙基醚，乙基丙醚，乙基·异丙基醚，二丙醚，丙基·异丙基醚，二异丙基醚，甲基·丁醚，甲基·异丁醚，甲基·叔丁醚，乙基·丁醚，乙基·异丁醚，及乙基叔丁醚。
适当的环状醚包括四氢呋喃。
欲用作溶剂的适用二烷酮包含丙酮，环己酮，甲基叔丁基酮，及甲乙酮。
可用作溶剂的适用链烷酸烷酯包括甲酸甲酯，乙酸甲酯，甲酸乙酯，乙酸丁酯及乙酸乙酯。
可用作溶剂的适用氢氯氟烃包括低级氢氟烷，例如二氟甲烷，1，2-二氟乙烷，1，1，1，4，4，4-六氟丁烷，五氟乙烷，1，1，1，2-四氟乙烷，1，1，2，2-四氟乙烷，五氟丁烷及其异构体，四氟丙烷及其异构体，及五氟丙烷及其异构体。亦可使用具有2至10个碳原子的实质上氟化或全氟化的(环)烷。
可用作溶剂的适用氢氯氟烃包含氯二氟甲烷，1，1-二氯-2，2，2-三氯乙烷，1，1-二氯-1-氟乙烷，1-氯-1，1-二氟乙烷，1-氯-2-氟乙烷及1，1，1，2-四氟-2-氯乙烷。
可用作溶剂的适用氯氟烃包括三氯氟甲烷，二氯二氟甲烷，三氯三氟乙烷，及四氟二氯乙烷。
可用作溶剂的适用氢氯烃包含1-及2-氯丙烷及二氯甲烷。
适用的卤代芳烃包含一氯苯及二氯苯。
可用作溶剂的适用含氟醚包括二(三氟甲基)醚，三氟甲基·二氟甲基醚，甲基·氟甲基醚，甲基·三氟甲基醚，二(二氟甲基)醚，氟甲基·二氟甲基醚，甲基·二氟甲基醚，二(氟甲基)醚，2，2，2-三氟乙基·二氟甲基醚，五氟乙基·三氟甲基醚，五氟乙基·二氟甲基醚，1，1，2，2-四氟乙基·二氟甲基醚，1，2，2，2-四氟乙基·氟甲基醚，1，2，2-三氟乙基·二氟甲基醚，1，1-二氟乙基·甲基醚，1，1，1，3，3，3-六氟丙-2-基·氟甲基醚。
本发明的方法中所用较佳的溶剂为二氯甲烷，甲乙酮，丙酮，四氢呋喃，一氯苯，三氯氟甲烷(CFC 11)，氯二氟甲烷(HCFC22)，1，1，1-三氟-2-氟乙烷(HFC 134a)，1，1-二氯-1-氟乙烷(HCFC 141b)，及其混合物，如HCFC 141b/CFC11混合物，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC 245fa)，1，2-二氟乙烷(HFC 152)，二氟甲烷(HFC 32)及1，1，1，3，3-五氟丁烷(HFC365mfc)。
另一种适用的溶剂为液态二氧化碳(CO2)。液态二氧化碳可在各种压力(高于63巴)及温度下使用。而且可使用次临界及超临界二氧化碳作为溶剂。次临界或超临界二氧化碳的溶解本领可通过添加水平为约0.1至50体积％的改性剂如低级烷(C1-C4)、甲醇、乙醇、丙酮、HCFC 22、二氯甲烷来调整。
在使用二氧化碳作为溶剂的情况下，已显示其优点在于在本气凝胶的制备中可使用从多异氰酸酯及氟化异氰酸酯反应性化合物(如氟化的单醇或二元醇)制成的氟化异氰酸酯封端预聚物作为多异氰酸酯。
此外，次临界或超临界氢氟烃可用作单一溶剂或与CO2混合。
溶液系由多异氰酸酯，(共)聚合物，及溶剂组成。随后添加催化剂于其中。替而代之的是，将多异氰酸酯及(共)聚合物溶于一部分刚刚够用的溶剂中；随后将催化剂在剩余部分溶剂中的溶液加于其中。混合可在室温或稍高温下进行。
在低沸点溶剂(沸点低于室温)例如HCFC 22的情况下，含催化剂的溶剂系在其自身的蒸气压下加于含多异氰酸酯及(共)聚物的压力容器中。
反应混合物的固体含量较好在2至30重量％，更好在4至20重量％，且最好在5至15重量％间。
通过在制造气凝胶的方法中使用上述的(共)聚合物，可使用较低的固体含量得到较低密度的气凝胶。
此后，让混合物静置一特定时段，以形成聚合物凝胶。此时段从10秒至数周不等，依***及目标孔洞尺寸及密度而定。含(共)聚合物的本发明反应混合物比先有技术未含该共聚物者较快形成溶胶-凝胶。通常凝胶在低于1小时内形成。此外，可使用更具极性的溶剂或具有与液态二氧化碳较佳混溶性的溶剂。
可使用的温度范围从约-50℃至约50℃，较好为0至45℃。
在HCFC 22等低沸点溶剂的情况下，密闭容器中的压力维持在其饱和蒸气压下，且胶凝化反应在较高温度(较好在30至50℃间)下进行。在此等高反应温度下，DABCO TMR为较佳的三聚催化剂。
虽然混合物在数分钟内胶凝化，但已发现这有利于使凝胶硬化最少24小时，从而得到在后续加工中容易操作的固态凝胶。可包含一个在高温下的后硬化循环。
气凝胶的超临界干燥包括将充满溶剂的凝胶置于有温度控制的压力容器中，且使该容器的压力升至溶剂的临界压力以上(例如经由充入氮气或泵入额外的溶剂)。此时该容器再加热至超过溶剂的临界温度。数小时后，压力缓缓自该容器释放，同时维持一恒定温度。在大气压下及冷下来之后，从该容器中取出气凝胶。
超临界干燥步骤前，可将凝胶交换成更适合超临界干燥的溶剂，例如液态二氧化碳，这可经由中间溶剂如丙酮或经由含改性剂的液态二氧化碳来进行。
在超临界干燥的过程中，气凝胶可通过施加机械负荷于压力容器中，形成适当形状。
为了进一步改善构造的整体性及气凝胶单片物的处理，可在溶胶-凝胶工艺中加入单片补强物质，其量较好为聚合物的0.05至30重量％。适当补强材料的实例包含玻纤、玻垫、毡、玻毛、碳纤、硼纤、陶瓷纤维、缧萦纤维、尼龙纤维、烯烃纤维、氧化铝纤维、石棉纤维、氧化锆纤维、氧化铝、粘土、云母、二氧化硅、碳酸钙、滑石、氧化锌、硫酸钡、木及壳板、聚苯乙烯。替而代之，也可将织造的纤维或垫材使用于用来浇铸单片物的模具的底和/或顶部，以得到构造强度。此种织造纤维的实例为Tyvec(可购自杜邦公司)。
本发明的方法中要使用的进一步适用的添加剂及进一步适用的加工方法叙述于WO 95/03358，WO 96/36654，及WO 96/37539中，全部列为本文参考文献。
所得的气凝胶可在建筑或电器中用于隔热和/或隔声用途。
本发明以下列实例说明，但不受其限制，其中使用了下列的成分：
Reactol 180：购自Lawter International公司，且OH值为180毫克KOH/克的(羟基)丙烯酸酯/苯乙烯共聚物。
Reactol 255：购自Lawter International公司，且OH值为255毫克KOH/克的(羟基)丙烯酸酯/苯乙烯共聚物。
Reactol 100：购自Lawter International公司，且OH值为100毫克KOH/克的(羟基)丙烯酸酯/苯乙烯共聚物。
K 111：购自Lawter International公司的OH值为342毫克KOH/克的中性酚醛树脂。
SUPRASEC X2185：购自Imperial化学工业公司的聚合异氰酸酯。
SUPRASEC DNR：购自Imperial化学工业公司的聚合异氰酸酯。
Dabco TMR：购自Air Product公司的三聚催化剂。
Polycat 41：购自Air Product公司的三聚催化剂。
丙酮：Rathburn-玻璃蒸馏级。
SUPRASEC系Imperial化学工业公司的商标。实例1
容器中，2.15克的Reactol 180溶于94.9克丙酮中。2.85克SUPRASEC X 2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.142毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离1小时，使溶胶-凝胶形成。
当反应完全时，把溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。然后把丙酮交换成液态二氧化碳。接着使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度65公斤/立方米；表面积10平方米/克；λ初始值7mW/mK；λ空气49mW/mK；临界压力4毫巴。
在Micromeretics Geopyc 1360中测量密度(包封密度)。表面积系在Micromeretics Gemini(BET N2吸附)上测量。λ系依标准ASTM C518测量；λ初始值系在低于0.1毫巴的压力下测量，λ空气系在大气压下测量。临界压力系λ/log压力曲线与平坦直线偏离处的压力。实例2
容器中，1.56克Reactol 180溶于94.8克丙酮中。3.44克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.172毫升的Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离并进行25分钟胶凝化。
一旦反应完全，就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。接着丙酮以液态二氧化碳交换。随后使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度65公斤/立方米，表面积5平方米/克，λ初始值8mW/mK，λ空气56mW/mK，临界压力2毫巴。实例3
容器中，3.02克Reactol 180溶于92.9克丙酮中。3.98克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.099毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离20分钟，使溶胶-凝胶形成。
一旦反应完全，就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。接着丙酮以液态二氧化碳交换。随后使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度101公斤/立方米，表面积26平方米/克，λ初始值6mW/mK，λ空气35mW/mK，临界压力8毫巴。实例4
容器中，2.19克Reactol 180溶于92.9克丙酮中。4.81克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.120毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离10分钟，使溶胶-凝胶形成。
一旦反应完全就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。随后丙酮以液态二氧化碳交换。接着使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶；密度96公斤/立方米，表面积8平方米/克，λ初始值7mW/mK，λ空气44mW/mK，临界压力6毫巴。实例5
容器中，1.71克Reactol 180溶于92.9克丙酮中。5.29克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.132毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离5分钟，使溶胶-凝胶形成。
一旦反应完全就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。然后丙酮以液态二氧化碳交换。随后使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度92公斤/立方米，λ初始值7mW/mK，λ空气48mW/mK，临界压力4毫巴。实例6
容器中，6.16克Reactol 255溶于89.9克丙酮中。3.84克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.076毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离20分钟，使溶胶-凝胶形成。
一旦反应完全，就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。然后丙酮以液态二氧化碳交换。随后使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度135公斤/立方米，表面积129平方米/克，λ初始值6mW/mK，λ空气19mW/mK，临界压力30毫巴。实例7
容器中，3.48克Reactol 255溶于89.9克丙酮中。6.52克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.130毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离10分钟，使溶胶-凝胶形成。
一旦反应完全，就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。然后丙酮以液态二氧化碳交换。随后使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度135公斤/立方米，表面积67平方米/克，λ初始值6mW/mK，λ空气26mW/mK，临界压力25毫巴。实例8
容器中，2.43克Reactol 255溶于89.9克丙酮中。7.57克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.151毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离5分钟以下，使溶胶-凝胶形成。
一旦反应完全，就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。然后丙酮以液态二氧化碳交换。随后使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度135公斤/立方米，表面积10平方米/克，λ初始值6mW/mK，λ空气38mW/mK，临界压力10毫巴。实例9
容器中，1.79克Reactol 100溶于35.97克丙酮中。2.201克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.029毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离6小时，使溶胶-凝胶形成。
一旦反应完全，就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。然后丙酮以液态二氧化碳交换。随后使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度125公斤/立方米，表面积49平方米/克。实例10
容器中，1.24克Reactol 180溶于36.0克丙酮中。2.75克SUPRASEC X2185掺合于此混合物中，直到得到均匀溶液为止。0.037毫升Dabco TMR以针筒注入此溶液中。容器经气密且剧烈摇动，以确保催化剂良好地分布于液体中。
此溶液再于常温常压条件下分离10分钟，使溶胶-凝胶形成。
一旦反应完全，就将溶胶-凝胶加于压力容器中(伴随丙酮层，以防止凝胶蒸发)。然后丙酮以液态二氧化碳交换。随后使CO2加热直至得到超临界态为止。解压后，得到具下列性质的气凝胶：密度122公斤/立方米，表面积7平方米/克。实例11
5克SUPRASEC 2185溶于95克丙酮中。向此混合物中加入1克Dabco TMR，并使溶液静置以胶凝化。得到无法转变成气凝胶的弱浆状物。实例12
5克SUPRASEC 2185溶于95克丙酮中。向此混合物中加入0.04克Dabco TMR，并使溶液静置以胶凝化。形成固态沉淀物；无法制成气凝胶。实例13
7克SUPRASEC 2185溶于93克丙酮中。向此混合物中加入5克Dabco TMR，导致形成沉淀物。实例14
10克SUPRASEC 2185溶于90克丙酮中。向此混合物中加入0.2克Dabco TMR，导致形成弱的溶胶-凝胶。此物无法进行超临界干燥。实例15
10克SUPRASEC 2185溶于90克二氯甲烷中。向其中添加10克Dabco TMR。无法得到溶胶-凝胶；发生沉淀。
若添加低于10克的催化剂，则形成溶胶-凝胶，但形成裂痕且无法得到单片构造。实例16
10克SUPRASEC 2185溶于90克二氯甲烷中。0.25克DabcoTMR加于其中，所得的溶胶-凝胶进行超临界干燥。
所得气凝胶的密度为407公斤/立方米，且表面积为663平方米/克。
使用0.1克催化剂进行相同实验，得到密度为441公斤/立方米，且表面积为695平方米/克的气凝胶。实例17
催化剂溶液系通过依次将0.122毫升Polycat 41及0.122毫升Dabco TMR掺合于28.75克丙酮(技术级)中来制备。催化剂添加系通过微计量注射筒进行。第二种溶液分两个步骤制备。首先将3.67克酚醛树脂K1111溶于70.0克丙酮(技术级)中，接着添加7.33克SUPRASEC DNR。二种溶液在将其掺合在一起之前均充分混合非常短的时间(数秒)。所得的混合物再静置以胶凝化，且在室温下固化24小时。
从所得的溶胶-凝胶，将直径为40毫米且高度为35毫米的圆柱形单片转移至压力容器。此容器与超临界干燥单元连接，以诱发丙酮对二氧化碳的交换过程。随后，二氧化碳在临界条件下脱除。形成密度为146公斤/立方米的气凝胶。
所得气凝胶的热性能是依据作为压力函数的导热性来量度的。结果显示在100毫巴压力以下为10mW/mK的低λ值。充满空气的λ值为18mW/mK。

Claims (20)

1.一种制备多异氰酸酯基气凝胶的方法，包括下列步骤：
a)将有机多异氰酸酯及异氰酸酯三聚催化剂混合于适当溶剂中，
b)让该混合物在静止态维持足够长的时间，以形成聚合物凝胶，及
c)将所得到的凝胶进行超临界干燥，其特征在于将至少含一个异氰酸酯反应基团的(共)聚合物在步骤a)中与其他成分混合在一起。
2.按照权利要求1的方法，其中该异氰酸酯反应基团是OH。
3.按照权利要求1或2的方法，其中该(共)聚合物是从烯键不饱和单体衍生的。
4.按照权利要求3的方法，其中该单体选自由苯乙烯、丙烯酸酯及羟基丙烯酸酯组成的一组。
5.按照权利要求1或2的方法，其中该(共)聚合物是由醛及/或酮进行缩合制得的。
6.按照权利要求5的方法，其中该(共)聚合物选自由酚醛树脂，聚醛-酮树脂，聚酮，线型酚醛清漆及酚醛树脂A组成的一组。
7.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中(共)聚合物的用量应使得多异氰酸酯中的官能基与(共)聚合物中的官能基的比率在1∶1至10∶1之间。
8.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中该气凝胶的密度为50至150千克/立方米。
9.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中有机多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯或聚亚甲基聚亚苯基多异氰酸酯。
10.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中有机多异氰酸酯的用量范围以总反应混合物为基准，是在1.5至20重量％之间。
11.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中异氰酸酯三聚催化剂为三嗪衍生物或季铵盐或羧酸钾。
12.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中多异氰酸酯/催化剂的重量比在10至100之间。
13.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中溶剂为丙酮。
14.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中反应混合物中的固体含量在5至15重量％之间。
15.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中形成步骤b)中的聚合物凝胶的时间范围在30秒至1小时之间。
16.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中溶剂在该凝胶超临界干燥之前进行交换。
17.按照权利要求16的方法，其中溶剂交换成液态二氧化碳。
18.按照以上权利要求中任何一项的方法，其中在反应混合物中添加补强材料。
19.一种用以上权利要求中任何一项所定义的方法制得的多异氰酸酯基气凝胶。
20.权利要求19中所定义的气凝胶用于隔热及/或隔声的用途。
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