硅酸混合物及其作為絕緣材料的用圖
【技術領域】
[000? ] 本發明提供了娃石和按重量計大于50%的含娃灰（含娃灰分，silicon-containing ash) 的不包括任何珍珠巖的混合物; 一種用于通過制備根據本發明的 混合物 并將混合物引入至包封體(包封，封裝物，envelope)來制造絕緣材料的方法，在該方法中不 發生燒結。本發明進一步提供了本發明的熱絕緣(隔熱，絕熱，thermal insulation)材料的 用途，尤其是在建筑的絕緣中的用途。
【背景技術】
[0002] 熱絕緣(也稱為熱隔絕(heat insulation))是用于減少能量消耗的重要方面。熱 絕緣旨在減少熱量穿過包封體以保護區域不被冷卻或加熱。因此，熱絕緣用于最小化建筑 的熱需求，以使得技術方法變得可能或減小其能量消耗，并且也用于熱敏商品，例如生物或 醫療產品的輸送。雖然，例如，冰箱或加熱板的絕緣為人熟知，最近建筑的熱絕緣已經變得 越來越重要。
[0003] 取決于使用溫度，熱絕緣材料(也稱為絕緣材料）需要滿足不同的要求。這是因為 已知的傳熱機理，即，溫度通過（1)氣體傳導、（2)固態傳導和/或（3)輻射的傳導而得到改 變。在環境溫度下，例如空氣的對流比輻射傳導（3)更重要，但是在更高的溫度下或在真空 系統的情況中，極大地增加了后者的影響。熱絕緣材料需要考慮這種情況。由于在高溫下通 過氣體（1)的傳導較不重要，因此孔結構也變得較不重要。在成形體在高溫下使用的情況 下，熱絕緣體的機械強度也變得重要，這就是為什么相應的熱絕緣材料通常包含進一步的 成分，例如粘合劑或硬化劑。這類成分將導致熱絕緣性在室溫下急劇受損。
[0004] 各種材料用于熱絕緣。這些中的一種是微孔粉末的混合物，該混合物與添加劑混 合，在高溫絕緣中直接壓縮為成形體，或在室溫下在熱絕緣中起真空絕緣面板的作用。
[0005] 用作熱絕緣的基于微孔無機氧化物（如，娃石，特別是熱解娃石（pyrogenic si 1 ica))的一系列混合物是本領域已知的（參見，例如US 5，911，903)。這些具有的缺點為 化學制備的硅石，例如熱解硅石是相當昂貴的，并且因此熱絕緣材料的總成本非常高。
[0006] 由DE 199 54 474已知的是，基于干海草（已經清理了雜質且不包括灰塵）的混合 物可以用于熱絕緣體，由于其具有高硼含量和硅石含量。沒有其他化學制備的硅石加入至 該混合物中。
[0007] 為減少了由化學制備的硅石的使用產生的熱絕緣混合物和絕緣材料的高成本，以 及也為了利用生物源材料的良好的絕緣特性的兩者，將獲得為副產物或廢產物的更有益的 含二氧化硅組分加入至混合物和基于硅石(尤其是熱解硅石）的成形體中用于在熱絕緣體 中使用，并且使化學制備的硅石(尤其是熱解硅石）的百分比保持盡可能的低。
[0008] 例如，DE 43 20 506提供了具有連接至熱解硅石的層的燒焦的、生物材料的層的 成形體用于絕緣，尤其用于夜間能量存儲扇區或用于家用電器，例如廚灶和冰箱的絕緣。整 體不僅包含熱解硅石，而且也包括廉價的稻殼灰以及無機硬化劑。使用的硬化劑具有的缺 點是其在混合物或成形體的熱絕緣能力上具有不利的影響。
[0009] DE 10 2006 045 451公開了熱絕緣材料，其中，部分熱解硅石由廉價的生物材料 替代。已經燒焦且可能預處理和/或后處理的生物源材料或生物材料的百分比不大于按重 量計的50%。熱絕緣材料旨在用于輻射加熱體，并且因此可以滿足特定的純度需求。
[0010] DE 30 20 681也公開了硅石和生物源材料的混合物用于高溫熱絕緣，尤其用于在 加工或輸送過程中金屬浴的絕緣、保護或處理，其中，其額外混合有纖維素類漿料形式的有 機粘合劑。然而，添加的粘合劑具有的缺點為其增加了最終的熱絕緣混合物的導熱性，并且 因此導致了熱絕緣特性的劣化。
[0011] 此外，DE 2847807使熱絕緣混合物與珍珠巖混合。DE 93 02 904也要求保護根據 發明的包含珍珠巖的熱絕緣混合物。添加的珍珠巖具有的缺點為降低了熱絕緣特性和機械 穩定性。
[0012] 因此，存在由單獨基于化學制備的硅石的熱絕緣系統轉變至包含廉價成分的混合 物的需要。如果檢測，例如包含空心玻璃球(來自3M(S C〇tchlite)例如，K，S或iM系列）的基 于熱解硅石的熱絕緣材料，將會發現隨著空心玻璃球的量的增加，伴隨熱解硅石的量的降 低，導熱性呈線性增加。熱絕緣特性因此變得較差，昂貴的熱解硅石的百分比越小，廉價的 含娃成分的百分比越大。
【發明內容】
[0013] 因此，本發明提供了基于硅石的廉價的混合物，其可以用于熱絕緣體，而不會顯著 損害熱絕緣特性，其中，混合物包含非常少量的化學制備的硅石和按重量計至少50%比率 的含硅副產物或廢產物，但不包含珍珠巖。
[0014] 已經令人驚訝地發現，當在基于化學制備的硅石的混合物中使用含硅灰時，獲得 了與在混合物中添加劑的百分比線性相關的導熱性的情況下的預期相比顯著較低的導熱 性。當添加高百分比的含硅灰時這是特別令人驚訝的。
[0015] 因此，本發明的混合物的顯著的優勢是混合物是廉價的并且同時具有非常良好的 熱絕緣特性。特別有利的是為本發明的混合物的熱絕緣特性僅稍差于不包括含硅灰添加劑 的純硅石的混合物的熱絕緣特性，同時明顯優于僅由含硅灰組成的混合物的熱絕緣特性。
[0016] 已經發現與不包括含硅灰的硅石混合物相比，可以在混合物中使用按重量計大于 50%的含硅灰用于用作熱絕緣材料，并且同時可以減少硅石的量而不會導致混合物的導熱 性增加大于2.5倍、優選大于2倍、特別優選大于1.5倍且特別的大于1.2倍。。以廉價的含硅 灰的形式添加的硅代替了部分硅石。根據本發明，混合物包含按重量計大于50%、優選按重 量計大于60%、特別優選按重量計大于65%、并且尤其是按重量計大于70%的含娃灰。
[0017] 甚至當在本發明的混合物中使用按重量計大于60%或按重量計大于70%的含硅 灰時，后者具有的優勢為混合物用于導熱性所顯示的值顯著低于當在混合物中不使用含硅 灰的混合物的導熱性(比較，例如實施例1與5以及實施例8與6)。
[0018] 盡管純形式的含硅灰具有高的導熱性，但是完全意料不到的是在原材料硅石的百 分比較低的情況下，硅石和含硅灰（諸如稻殼灰或廢硅石）的混合物的熱絕緣效果顯著較 低。
[0019] 由于這種令人驚訝的結果，可能的是在混合物中使用與減少百分比的原材料硅石 結合的高百分比的含硅灰，并且將其用作，例如熱絕緣特性沒有顯著損害的熱絕緣體。通過 這種方式可以顯著降低成本。
[0020] 導熱性λ表征材料的特定的熱絕緣特性。該值越小，則熱絕緣效果越好。導熱性具 有單位為瓦特每米·開爾文(W/mK)。其是溫度依賴的。其倒數是比熱阻(specific thermal resistance)。用于各種材料的導熱性的值隨著多個數量級改變。高數值用于冷卻體。換句 話說，絕緣材料是用于熱絕緣的具有低導熱性的材料。
[0021] 可以根據測量溫度確定樣本的導熱性，例如，根據DIN EN 12939、DIN EN 13163和 DIN ΕΝ 12667,在從10°C至40°C的溫度下，通過熱流測量儀的方式。優選的是使用來自 Netzsch(Selb)的熱流計(HFM)，特別優選來自Netzsch的Lambda meter HFM 436。優選在 10 °〇下測量樣本的導熱性。