CN113614164A - 涂液、复合材料及涂膜 - Google Patents
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Abstract
一种涂液，含有气凝胶粒子、具有疏水性基的水溶性高分子、及液状介质。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂液、复合材料及涂膜。
背景技术
作为绝热性优异的材料，已知有气凝胶。另外，提出一种将气凝胶加工成粒子状而用作绝热材的构成材料的方法(例如，专利文献1及专利文献2)。在专利文献1中提出将粒子状的气凝胶用作构成绝热窗的树脂板等之间的填充剂。在专利文献2中示出如下的方法：制备包含气凝胶粒子与有机纤维的水分散液后，进一步对通过使水蒸发而获得的中间生成物进行压制成型，由此制造绝热材(成型体)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-91943号公报
专利文献2：日本专利特开2014-35044号公报
发明内容
发明所要解决的问题
气凝胶粒子的填充率高的复合材料期待优异的耐热性。但是，若欲对此种复合材料进行涂液化，则有难以使气凝胶粒子分散于涂液中的情况。另外，包含此种复合材料的涂膜有气凝胶粒子偏向存在、或无法获得充分的膜强度的情况。
因此，本发明的目的在于提供一种气凝胶粒子的填充率高、可形成膜强度优异的涂膜、且气凝胶粒子的分散性优异的涂液。另外，本发明的目的在于提供一种气凝胶粒子的填充率高、成膜时的膜强度优异的复合材料。进而，本发明的目的在于提供一种气凝胶粒子的填充率高、膜强度优异的涂膜。
解决问题的技术手段
本发明的一方面涉及一种涂液，其含有气凝胶粒子、具有疏水性基的水溶性高分子、及液状介质。此种涂液通过具有疏水性基的水溶性高分子而气凝胶粒子的分散性提高，因此可形成气凝胶粒子的偏向存在少、且具有充分的膜强度的涂膜。
以固体成分的总体积基准计，所述气凝胶粒子的含量可为70体积％以上。
所述疏水性基可为碳数1～26的烷基。
所述水溶性高分子可包含纤维素系树脂。
所述纤维素系树脂可具有由下述式(A-1)所表示的结构单元。
[化1]
[式中，RA表示氢原子、烷基、羟基烷基、由-RA1-O-RA2所表示的基(RA1表示烷二基，RA2表示烷基)。三个RA可相互相同也可不同。其中，三个RA中至少一个为烷基或由-RA1-O-RA2所表示的基]
所述液状介质可为包含水的水系溶媒。
本发明的另一方面涉及一种复合材料，其含有气凝胶粒子、及具有疏水性基的水溶性高分子。
所述气凝胶粒子的含量可为70体积％以上。
所述疏水性基可为碳数1～26的烷基。
所述水溶性高分子可包含纤维素系树脂。
所述水溶性高分子可具有由下述式(A-1)所表示的结构单元。
[化2]
[式中，RA表示氢原子、烷基、羟基烷基、由-RA1-O-RA2所表示的基(RA1表示烷二基，RA2表示烷基)。三个RA可相互相同也可不同。其中，三个RA中至少一个为烷基或由-RA1-O-RA2所表示的基]
本发明的又一方面涉及一种涂膜，其包含所述复合材料。
发明的效果
本发明可提供一种气凝胶粒子的填充率高、可形成膜强度优异的涂膜、且气凝胶粒子的分散性优异的涂液。另外，本发明可提供一种气凝胶粒子的填充率高、成膜时的膜强度优异的复合材料。进而，本发明可提供一种气凝胶粒子的填充率高、膜强度优异的涂膜。
具体实施方式
以下，对本发明的优选实施形态进行详细说明。其中，本发明并不限定于以下的实施形态。本说明书中，使用“～”来表示的数值范围表示包含“～”的前后所记载的数值分别作为最小值及最大值的范围。所谓“A或B”，只要包含A及B的其中任一者即可，也可包含两者。本实施形态中例示的材料只要无特别说明，则可单独使用一种或将两种以上组合而使用。
＜涂液＞
本实施形态的涂液含有气凝胶粒子、具有疏水性基的水溶性高分子、及液状介质。本实施形态的涂液通过具有疏水性基的水溶性高分子而气凝胶粒子的分散性提高，因此可形成气凝胶粒子的偏向存在少、且具有充分的膜强度的涂膜。
以涂液中的固体成分的总体积基准计，涂液中的气凝胶粒子的含量例如可为70体积％以上，优选为72体积％以上，更优选为74体积％以上。另外，以涂液中的固体成分的总体积基准计，涂液中的气凝胶粒子的含量例如可为99体积％以下，优选为97体积％以下。
＜气凝胶＞
狭义而言，将对湿润凝胶使用超临界干燥法而获得的干燥凝胶称为气凝胶，将通过大气压下的干燥而获得的干燥凝胶称为干凝胶(xerogel)，将通过冷冻干燥而获得的干燥凝胶称为冻凝胶(cryogel)，但本实施形态中，不论湿润凝胶的这些干燥方法如何，均将所获得的低密度的干燥凝胶称为“气凝胶”。即，本实施形态中，所谓“气凝胶”是指广义的气凝胶“由分散相为气体的微多孔性固体所构成的凝胶(Gel comprised of a microporoussolid in which the dispersed phase is a gas)”。一般而言，气凝胶的内部具有网眼状的微细结构，且具有2nm～20nm左右的粒子状的气凝胶成分结合而成的簇(cluster)结构。在由所述簇所形成的骨架间存在小于100nm的细孔。由此，气凝胶中形成有三维性微细的多孔性的结构。
本实施形态的气凝胶例如是以二氧化硅(silica)作为主成分的二氧化硅气凝胶。作为二氧化硅气凝胶，可列举导入有例如有机基(甲基等)或有机链的所谓经有机-无机混合(hybrid)化的二氧化硅气凝胶。
作为本实施形态的气凝胶，例如可列举以下的形态。通过采用这些形态，容易获得绝热性、阻燃性、耐热性及柔软性优异的气凝胶。通过采用各形态，可获得具有与各形态对应的绝热性、阻燃性、耐热性及柔软性的气凝胶。
(第一形态)
本实施形态的气凝胶可具有下述通式(1)所表示的结构。本实施形态的气凝胶可具有下述通式(1a)所表示的结构来作为包含式(1)所表示的结构的结构。
[化3]
[化4]
式(1)及式(1a)中，R1及R2分别独立地表示烷基或芳基，R3及R4分别独立地表示亚烷基。此处，作为芳基，可列举苯基、经取代的苯基等。再者，作为经取代的苯基的取代基，可列举：烷基、乙烯基、巯基、氨基、硝基、氰基等。p表示1～50的整数。式(1a)中，两个以上的R1分别可相同也可不同，同样地，两个以上的R2分别可相同也可不同。式(1a)中，两个R3分别可相同也可不同，同样地，两个R4分别可相同也可不同。
通过将所述式(1)或式(1a)所表示的结构作为气凝胶成分而导入至气凝胶的骨架中，而成为低导热率且柔软的气凝胶。就此种观点而言，式(1)及式(1a)中，作为R1及R2，分别独立地可列举碳数为1～6的烷基、苯基等，作为所述烷基，可列举甲基等。另外，式(1)及式(1a)中，作为R3及R4，分别独立地可列举碳数为1～6的亚烷基等，作为所述亚烷基，可列举亚乙基、亚丙基等。式(1a)中，p可设为2～30，也可为5～20。
(第二形态)
本实施形态的气凝胶具有包括支柱部及桥联部的阶梯(ladder)型结构，且桥联部可具有下述通式(2)所表示的结构。通过将此种阶梯型结构作为气凝胶成分而导入至气凝胶的骨架中，可提高耐热性与机械强度。再者，本实施形态中所谓“阶梯型结构”是具有两根支柱部(struts)以及将支柱部彼此连结的桥联部(bridges)者(具有所谓“梯子”的形态者)。本形态中，气凝胶的骨架可包含阶梯型结构，但气凝胶也可部分性地具有阶梯型结构。
[化5]
式(2)中，R5及R6分别独立地表示烷基或芳基，b表示1～50的整数。此处，作为芳基，可列举苯基、经取代的苯基等。另外，作为经取代的苯基的取代基，可列举：烷基、乙烯基、巯基、氨基、硝基、氰基等。再者，式(2)中，在b为2以上的整数的情况下，两个以上的R5分别可相同也可不同，同样地，两个以上的R6也分别可相同也可不同。
通过将所述结构作为气凝胶成分而导入至气凝胶的骨架中，例如成为较具有由现有的阶梯型硅倍半氧烷(silsesquioxane)而来的结构(即，具有下述通式(X)所表示的结构)的气凝胶而言，具有更优异的柔软性的气凝胶。硅倍半氧烷为具有组成式：(RSiO1.5)n的聚硅氧烷，可具有笼型、阶梯型、无规型等多种骨架结构。再者，如由下述通式(X)所示那样，具有由现有的阶梯型硅倍半氧烷而来的结构的气凝胶中，桥联部的结构为-O-，但本实施形态的气凝胶中，桥联部的结构为所述通式(2)所表示的结构(聚硅氧烷结构)。其中，本形态的气凝胶除了具有通式(2)所表示的结构以外，也可进而具有由硅倍半氧烷而来的结构。
[化6]
式(X)中，R表示羟基、烷基或芳基。
成为支柱部的结构及其链长、以及成为桥联部的结构的间隔并无特别限定，就进一步提高耐热性与机械强度的观点而言，阶梯型结构也可具有下述通式(3)所表示的阶梯型结构。
[化7]
式(3)中，R5、R6、R7及R8分别独立地表示烷基或芳基，a及c分别独立地表示1～3000的整数，b表示1～50的整数。此处，作为芳基，可列举苯基、经取代的苯基等。另外，作为经取代的苯基的取代基，可列举：烷基、乙烯基、巯基、氨基、硝基、氰基等。再者，式(3)中，在b为2以上的整数的情况下，两个以上的R5分别可相同也可不同，同样地，两个以上的R6也分别可相同也可不同。另外，式(3)中，在a为2以上的整数的情况下，两个以上的R7分别可相同也可不同，同样地，在c为2以上的整数的情况下，两个以上的R8分别可相同也可不同。
再者，就获得更优异的柔软性的观点而言，式(2)及式(3)中，作为R5、R6、R7及R8(其中，R7及R8仅在式(3)中)，分别独立地可列举碳数为1～6的烷基、苯基等，作为所述烷基，可列举甲基等。另外，式(3)中，a及c分别独立地可设为6～2000，但也可为10～1000。另外，式(2)及式(3)中，b可设为2～30，但也可为5～20。
(第三形态)
本实施形态的气凝胶也可为作为如下溶胶(sol)的缩合物的湿润凝胶的干燥物(将由溶胶生成的湿润凝胶干燥而获得者：由溶胶而来的湿润凝胶的干燥物)，所述溶胶含有选自由具有水解性官能基或缩合性官能基的硅化合物、以及具有水解性官能基的硅化合物的水解生成物所组成的群组中的至少一种。再者，以上所述的气凝胶也可为如所述那样通过将由含有硅化合物等的溶胶生成的湿润凝胶进行干燥而获得的气凝胶。
作为具有水解性官能基或缩合性官能基的硅化合物，可使用聚硅氧烷化合物。即，所述溶胶可含有选自由具有水解性官能基或缩合性官能基的聚硅氧烷化合物、以及具有水解性官能基的聚硅氧烷化合物的水解生成物所组成的群组中的至少一种化合物(以下，视情况称为“聚硅氧烷化合物群组”)。
聚硅氧烷化合物中的官能基并无特别限定，但可设为相同官能基彼此进行反应或者与其他官能基进行反应的基。作为水解性官能基，可列举烷氧基。作为缩合性官能基，可列举：羟基、硅烷醇基、羧基、酚性羟基等。羟基也可包含于羟基烷基等含羟基的基中。再者，具有水解性官能基或缩合性官能基的聚硅氧烷化合物也可进而具有与水解性官能基及缩合性官能基不同的反应性基(与水解性官能基及缩合性官能基不相当的官能基)。作为反应性基，可列举：环氧基、巯基、缩水甘油氧基、乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、氨基等。环氧基也可包含于缩水甘油氧基等含环氧基的基中。具有这些官能基及反应性基的聚硅氧烷化合物可单独使用或将两种以上混合使用。这些官能基及反应性基中，例如，作为提高气凝胶的柔软性的基，可列举：烷氧基、硅烷醇基、羟基烷基等，这些基中，烷氧基及羟基烷基可进一步提高溶胶的相容性。另外，就提高聚硅氧烷化合物的反应性及降低气凝胶的导热率的观点而言，烷氧基及羟基烷基的碳数可设为1～6，就进一步提高气凝胶的柔软性的观点而言，也可为2～4。
作为分子内具有羟基烷基的聚硅氧烷化合物，可列举具有下述通式(A)所表示的结构者。通过使用具有下述通式(A)所表示的结构的聚硅氧烷化合物，可将通式(1)及式(1a)所表示的结构导入至气凝胶的骨架中。
[化8]
式(A)中，R1a表示羟基烷基，R2a表示亚烷基，R3a及R4a分别独立地表示烷基或芳基，n表示1～50的整数。此处，作为芳基，可列举苯基、经取代的苯基等。另外，作为经取代的苯基的取代基，可列举：烷基、乙烯基、巯基、氨基、硝基、氰基等。再者，式(A)中，两个R1a分别可相同也可不同，同样地，两个R2a分别可相同也可不同。另外，式(A)中，两个以上的R3a分别可相同也可不同，同样地，两个以上的R4a分别可相同也可不同。
通过使用作为含有所述结构的聚硅氧烷化合物的溶胶的缩合物的(由溶胶生成的)湿润凝胶，更容易获得低导热率且柔软的气凝胶。就此种观点而言，式(A)中，作为R1a，可列举碳数为1～6的羟基烷基等，作为所述羟基烷基，可列举羟基乙基、羟基丙基等。另外，式(A)中，作为R2a，可列举碳数为1～6的亚烷基等，作为所述亚烷基，可列举亚乙基、亚丙基等。另外，式(A)中，作为R3a及R4a，分别独立地可列举碳数为1～6的烷基、苯基等，作为所述烷基，可列举甲基等。另外，式(A)中，n可设为2～30，但也可为5～20。
作为具有所述通式(A)所表示的结构的聚硅氧烷化合物，可使用市售品，可列举：X-22-160AS、KF-6001、KF-6002、KF-6003等化合物(均为信越化学工业股份有限公司制造)、XF42-B0970、Fluid OFOH 702-4％等化合物(均为迈图(Momentive)公司制造)等。
作为分子内具有烷氧基的聚硅氧烷化合物，可列举具有下述通式(B)所表示的结构者。通过使用具有下述通式(B)所表示的结构的聚硅氧烷化合物，可将具有通式(2)或通式(3)所表示的桥联部的阶梯型结构导入至气凝胶的骨架中。
[化9]
式(B)中，R1b表示烷基、烷氧基或芳基，R2b及R3b分别独立地表示烷氧基，R4b及R5b分别独立地表示烷基或芳基，m表示1～50的整数。此处，作为芳基，可列举苯基、经取代的苯基等。另外，作为经取代的苯基的取代基，可列举：烷基、乙烯基、巯基、氨基、硝基、氰基等。再者，式(B)中，两个R1b分别可相同也可不同，两个R2b分别可相同也可不同，同样地，两个R3b分别可相同也可不同。另外，式(B)中，在m为2以上的整数的情况下，两个以上的R4b分别可相同也可不同，同样地，两个以上的R5b也分别可相同也可不同。
通过使用作为含有所述结构的聚硅氧烷化合物或其水解生成物的溶胶的缩合物的(由溶胶生成的)湿润凝胶，更容易获得低导热率且柔软的气凝胶。就此种观点而言，式(B)中，作为R1b，可列举碳数为1～6的烷基、碳数为1～6的烷氧基等，作为所述烷基或烷氧基，可列举：甲基、甲氧基、乙氧基等。另外，式(B)中，作为R2b及R3b，分别独立地可列举碳数为1～6的烷氧基等，作为所述烷氧基，可列举甲氧基、乙氧基等。另外，式(B)中，作为R4b及R5b，分别独立地可列举碳数为1～6的烷基、苯基等，作为所述烷基，可列举甲基等。另外，式(B)中，m可设为2～30，但也可为5～20。
具有所述通式(B)所表示的结构的聚硅氧烷化合物可适宜参照日本专利特开2000-26609号公报、日本专利特开2012-233110号公报等中报告的制造方法而获得。另外，作为所述聚硅氧烷化合物，也可使用XR31-B1410(迈图(Momentive)公司制造)。
再者，烷氧基会水解，故具有烷氧基的聚硅氧烷化合物具有在溶胶中作为水解生成物而存在的可能性，具有烷氧基的聚硅氧烷化合物与其水解生成物也可混在一起。另外，具有烷氧基的聚硅氧烷化合物中，分子中的烷氧基可全部水解，也可部分性地水解。
这些具有水解性官能基或缩合性官能基的聚硅氧烷化合物、以及具有水解性官能基的聚硅氧烷化合物的水解生成物可单独使用或将两种以上混合使用。
在制作本实施形态的气凝胶时，作为具有水解性官能基或缩合性官能基的硅化合物，可使用所述聚硅氧烷化合物以外的硅化合物。即，除所述聚硅氧烷化合物群组以外、或者代替所述聚硅氧烷化合物群组而可含有所述含有硅化合物的溶胶，所述含有硅化合物的溶胶可含有选自由具有水解性官能基或缩合性官能基的硅化合物(聚硅氧烷化合物除外)、以及具有水解性官能基的所述硅化合物的水解生成物所组成的群组中的至少一种(以下，视情况称为“硅化合物群组”)。硅化合物中的分子内的硅数可设为1或2。
作为分子内具有水解性官能基的硅化合物，并无特别限定，可列举烷氧化烷基硅等。就提高耐水性的观点而言，烷氧化烷基硅可将水解性官能基的个数设为三个以下。作为此种的烷氧化烷基硅，可列举：单烷基三烷氧基硅烷、单烷基二烷氧基硅烷、二烷基二烷氧基硅烷、单烷基单烷氧基硅烷、二烷基单烷氧基硅烷、三烷基单烷氧基硅烷等，具体可列举：甲基三甲氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷等。此处，作为水解性官能基，可列举甲氧基、乙氧基等烷氧基等。
作为具有缩合性官能基的硅化合物，并无特别限定，可列举：硅烷四醇、甲基硅烷三醇、二甲基硅烷二醇、苯基硅烷三醇、苯基甲基硅烷二醇、二苯基硅烷二醇、正丙基硅烷三醇、己基硅烷三醇、辛基硅烷三醇、癸基硅烷三醇、三氟丙基硅烷三醇等。
具有水解性官能基或缩合性官能基的硅化合物也可进而具有与水解性官能基及缩合性官能基不同的所述反应性基(与水解性官能基及缩合性官能基不相当的官能基)。
作为水解性官能基的个数为三个以下且具有反应性基的硅化合物，也可使用：乙烯基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷等。
另外，作为具有缩合性官能基且具有反应性基的硅化合物，也可使用：乙烯基硅烷三醇、3-缩水甘油氧基丙基硅烷三醇、3-缩水甘油氧基丙基甲基硅烷二醇、3-甲基丙烯酰氧基丙基硅烷三醇、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基硅烷二醇、3-丙烯酰氧基丙基硅烷三醇、3-巯基丙基硅烷三醇、3-巯基丙基甲基硅烷二醇、N-苯基-3-氨基丙基硅烷三醇、N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基硅烷二醇等。
进而，也可使用分子末端的水解性官能基为三个以下的硅化合物，即，双三甲氧基硅烷基甲烷、双三甲氧基硅烷基乙烷、双三甲氧基硅烷基己烷、乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷等。
具有水解性官能基或缩合性官能基的硅化合物(聚硅氧烷化合物除外)、以及具有水解性官能基的所述硅化合物的水解生成物可单独使用或将两种以上混合使用。
通过使用所述硅化合物(聚硅氧烷化合物以外)，可将下述通式(4)～通式(6)所表示的结构导入至气凝胶的骨架中。本实施形态的气凝胶可单独具有这些结构中的任一种或具有两种以上。
[化10]
式(4)中，R9表示烷基。此处，作为烷基，可列举碳数为1～6的烷基等，作为所述烷基，可列举甲基等。
[化11]
式(5)中，R10及R11分别独立地表示烷基。此处，作为烷基，可列举碳数为1～6的烷基等，作为所述烷基，可列举甲基等。
[化12]
式(6)中，R12表示亚烷基。此处，作为亚烷基，可列举碳数为1～10的亚烷基等，作为所述亚烷基，可列举亚乙基、亚己基等。
(第四形态)
就进一步强韧化的观点以及进一步实现优异的绝热性及柔软性的观点而言，本实施形态的气凝胶脱气凝胶成分以外，也可进而含有二氧化硅粒子。也可将含有气凝胶成分及二氧化硅粒子的气凝胶称为气凝胶复合体。尽管气凝胶复合体复合化有气凝胶成分与二氧化硅粒子，但认为其具有作为气凝胶的特征的簇结构，并具有三维性微细的多孔性的结构。
含有气凝胶成分及二氧化硅粒子的气凝胶可称为作为如下溶胶的缩合物的湿润凝胶的干燥物，所述溶胶含有所述的选自由具有水解性官能基或缩合性官能基的硅化合物、以及具有水解性官能基的硅化合物的水解生成物所组成的群组中的至少一种，以及二氧化硅粒子。因而，关于第一形态～第三形态的记载也可适宜适用于本实施形态的气凝胶。
作为二氧化硅粒子，可无特别限制地使用，可列举非晶质二氧化硅粒子等。作为非晶质二氧化硅粒子，可列举：熔融二氧化硅粒子、熏制(fumed)二氧化硅粒子、胶质(colloidal)二氧化硅粒子等。这些中，胶质二氧化硅粒子的单分散性高，且容易抑制在溶胶中的凝聚。再者，作为二氧化硅粒子，也可为具有中空结构、多孔质结构等的二氧化硅粒子。
二氧化硅粒子的形状并无特别限制，可列举球状、茧型、缔合型等。这些中，通过使用球状的粒子作为二氧化硅粒子，容易抑制在溶胶中的凝聚。就容易对气凝胶赋予适度的强度及柔软性，容易获得干燥时的耐收缩性优异的气凝胶的观点而言，二氧化硅粒子的平均一次粒径可为1nm以上，也可为5nm以上，抑或可为20nm以上。就容易抑制二氧化硅粒子的固体导热，容易获得绝热性优异的气凝胶的观点而言，二氧化硅粒子的平均一次粒径可为500nm以下，也可为300nm以下，抑或可为100nm以下。就这些观点而言，二氧化硅粒子的平均一次粒径可为1nm～500nm，也可为5nm～300nm，抑或可为20nm～100nm。
本实施形态中，气凝胶成分的平均粒径及二氧化硅粒子的平均一次粒径可通过使用扫描式电子显微镜(以下略记为“SEM(scanning electron microscope)”)对气凝胶直接进行观察而获得。此处所谓的“直径”是指将在气凝胶的剖面露出的粒子的剖面视为圆的情况下的直径。另外，所谓“将剖面视为圆的情况下的直径”是将剖面的面积置换为相同面积的正圆时的所述正圆的直径。再者，算出平均粒径时，对于100个粒子求出圆的直径，取其平均值。
再者，二氧化硅粒子的平均粒径也可根据原料来测定。例如，双轴平均一次粒径是根据利用SEM来观察任意的20个粒子的结果，以如下方式算出。即，若以通常固体成分浓度为5质量％～40质量％左右且分散于水中的胶质二氧化硅粒子为例，则在胶质二氧化硅粒子的分散液中，浸渍将带有图案配线的晶片切割为2cm见方而获得的芯片约30秒后，将所述芯片以纯水冲洗约30秒钟，进行氮吹(nitrogen blow)干燥。之后，将芯片载置于SEM观察用的试样台上，施加10kV的加速电压，以10万倍的倍率来观察二氧化硅粒子，拍摄图像。自所获得的图像中任意地选择20个二氧化硅粒子，将这些粒子的粒径的平均值作为平均粒径。
就容易获得耐收缩性优异的气凝胶的观点而言，二氧化硅粒子每1g的硅烷醇基数可为10×1018个/g以上，也可为50×1018个/g以上，抑或可为100×1018个/g以上。就容易获得均质的气凝胶的观点而言，二氧化硅粒子每1g的硅烷醇基数可为1000×1018个/g以下，也可为800×1018个/g以下，抑或可为700×1018个/g以下。就这些观点而言，二氧化硅粒子每1g的硅烷醇基数可为10×1018个/g～1000×1018个/g，也可为50×1018个/g～800×1018个/g，抑或可为100×1018个/g～700×1018个/g。
就更容易获得良好的反应性的观点而言，相对于溶胶的总量100质量份，所述溶胶中所含的聚硅氧烷化合物群组的含量(具有水解性官能基或缩合性官能基的聚硅氧烷化合物的含量、以及具有水解性官能基的聚硅氧烷化合物的水解生成物的含量的总和)可为5质量份以上，也可为10质量份以上。就更容易获得良好的相容性的观点而言，相对于溶胶的总量100质量份，所述溶胶中所含的聚硅氧烷化合物群组的含量可为50质量份以下，也可为30质量份以下。就这些观点而言，相对于溶胶的总量100质量份，所述溶胶中所含的聚硅氧烷化合物群组的含量可为5质量份～50质量份，也可为10质量份～30质量份。
在所述溶胶含有硅化合物(聚硅氧烷化合物除外)的情况下，就更容易获得良好的反应性的观点而言，相对于溶胶的总量100质量份，硅化合物群组(具有水解性官能基或缩合性官能基的硅化合物的含量、以及具有水解性官能基的硅化合物的水解生成物的含量的总和)可为5质量份以上，也可为10质量份以上。就更容易获得良好的相容性的观点而言，相对于溶胶的总量100质量份，所述溶胶中所含的硅化合物群组的含量可为50质量份以下，也可为30质量份以下。就这些观点而言，所述溶胶中所含的硅化合物群组的含量可为5质量份～50质量份，也可为10质量份～30质量份。
在溶胶一同包含聚硅氧烷化合物群组及硅化合物群组的情况下，就更容易获得良好的相容性的观点而言，聚硅氧烷化合物群组的含量与硅化合物群组的含量的比可为1：0.5以上，也可为1：1以上。就更容易抑制凝胶的收缩的观点而言，聚硅氧烷化合物群组的含量与硅化合物群组的含量的比可为1：4以下，也可为1：2以下。就这些观点而言，聚硅氧烷化合物群组的含量与硅化合物群组的含量的比可为1：0.5～1：4，也可为1：1～1：2。
在所述溶胶中包含二氧化硅粒子的情况下，就容易对气凝胶赋予适度的强度、容易获得干燥时的耐收缩性优异的气凝胶的观点而言，相对于溶胶的总量100质量份，二氧化硅粒子的含量可为1质量份以上，也可为4质量份以上。就容易抑制二氧化硅粒子的固体导热、容易获得绝热性优异的气凝胶的观点而言，相对于溶胶的总量100质量份，二氧化硅粒子的含量可为20质量份以下，也可为15质量份以下。就这些观点而言，相对于溶胶的总量100质量份，二氧化硅粒子的含量可为1质量份～20质量份，也可为4质量份～15质量份。
＜气凝胶粒子＞
本实施形态的气凝胶粒子例如如后述那样，可通过将整体(bulk)的气凝胶粉碎而获得。
气凝胶粒子的平均粒径D50可设为1μm～1000μm，但也可为3μm～700μm，也可为5μm～500μm，也可为10μm～100μm，也可为10μm～50μm。通过气凝胶粒子的平均粒径D50为1μm以上，容易获得分散性、操作性等优异的气凝胶粒子。另一方面，通过平均粒径D50为1000μm以下，容易获得分散性优异的气凝胶粒子。气凝胶粒子的平均粒径可通过粉碎方法及粉碎条件、筛分、分级的方式等来适宜调整。
气凝胶粒子的平均粒径D50可通过激光衍射-散射法来测定。例如，以气凝胶粒子的含量成为0.05质量％～5质量％的方式添加于溶媒(乙醇)中，利用50W的超声波均质机进行15分钟～30分钟振动，由此进行气凝胶粒子的分散。之后，将分散液的约10mL左右注入至激光衍射-散射式粒径分布测定装置中，在25℃下设为折射率1.3、吸收0来测定粒径。然后，将所述粒径分布中的累计值50％(体积基准)下的粒径设为平均粒径D50。作为测定装置，例如可使用麦奇克(Microtrac)MT3000(日机装股份有限公司制造，制品名)。
另外，作为气凝胶粒子，也可使用市售品。作为气凝胶粒子的市售品，例如可列举艾诺瓦(ENOVA)IC3100(卡博特(CABOT)公司制造)、艾劳瓦(AeroVa)(乔斯气凝胶公司(JIOSAEROGEL CORPORATION)制造)等。
＜气凝胶粒子的制造方法＞
气凝胶粒子的制造方法并无特别限定，例如可通过以下的方法来制造。
本实施形态的气凝胶粒子可通过主要包括以下步骤的制造方法来制造：溶胶生成步骤；湿润凝胶生成步骤，将溶胶生成步骤中获得的溶胶进行凝胶化，之后加以熟化而获得湿润凝胶；清洗及溶媒置换步骤，对湿润凝胶生成步骤中获得的湿润凝胶进行清洗及(视需要的)溶媒置换；干燥步骤，对经清洗及溶媒置换的湿润凝胶进行干燥；以及粉碎步骤，对通过干燥而获得的气凝胶进行粉碎。
另外，也可通过主要包括以下步骤的制造方法来制造：溶胶生成步骤；湿润凝胶生成步骤；湿润凝胶粉碎步骤，对湿润凝胶生成步骤中获得的湿润凝胶进行粉碎；清洗及溶媒置换步骤；以及干燥步骤。
所获得的气凝胶粒子可通过筛分、分级等进一步使大小一致。可通过调整粒子的大小来提高分散性。再者，所谓“溶胶”是产生凝胶化反应之前的状态，在本实施形态中是指所述硅化合物与视情况的二氧化硅粒子溶解或分散于溶媒中的状态。另外，所谓湿润凝胶，是指虽包含液体介质，但不具有流动性的湿润状态的凝胶固体成分。
(溶胶生成步骤)
溶胶生成步骤为如下步骤：将硅化合物、与视情况的二氧化硅粒子(也可为包含二氧化硅粒子的溶媒)混合并进行水解反应后，生成溶胶。本步骤中，为了促进水解反应，也可在溶媒中进而添加酸催化剂。另外，也可如日本专利第5250900号公报所示，在溶媒中添加表面活性剂、热水解性化合物等。进而，以热射线辐射抑制等为目的，也可在溶媒中添加碳石墨、铝化合物、镁化合物、银化合物、钛化合物等成分。
作为溶媒，例如可使用水、或者水及醇的混合液。作为醇，可列举：甲醇、乙醇、正丙醇、2-丙醇、正丁醇、2-丁醇、叔丁醇等。这些中，就降低与凝胶壁的界面张力的方面而言，作为表面张力低且沸点低的醇，可列举：甲醇、乙醇、2-丙醇等。这些可单独使用或将两种以上混合使用。
例如在使用醇作为溶媒的情况下，相对于硅化合物群组及聚硅氧烷化合物群组的总量1摩尔，醇的量可设为4摩尔～8摩尔，但也可为4～6.5，或者也可为4.5摩尔～6摩尔。通过将醇的量设为4摩尔以上，更容易获得良好的相容性，另外，通过设为8摩尔以下，更容易抑制凝胶的收缩。
作为酸催化剂，可列举：氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸、亚硫酸、磷酸、亚磷酸、次磷酸、溴酸、氯酸、亚氯酸、次亚氯酸等无机酸；酸性磷酸铝、酸性磷酸镁、酸性磷酸锌等酸性磷酸盐；乙酸、甲酸、丙酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、柠檬酸、苹果酸、己二酸、壬二酸等有机羧酸等。这些中，作为进一步提高所获得的气凝胶的耐水性的酸催化剂，可列举有机羧酸。作为所述有机羧酸，可列举乙酸，但也可为甲酸、丙酸、乙二酸、丙二酸等。这些可单独使用或将两种以上混合使用。
通过使用酸催化剂，可促进硅化合物的水解反应，可以更短的时间获得溶胶。
相对于聚硅氧烷化合物群组及硅化合物群组的总量100质量份，酸催化剂的添加量可设为0.001质量份～0.1质量份。
作为表面活性剂，可使用非离子性表面活性剂、离子性表面活性剂等。这些可单独使用或将两种以上混合使用。
作为非离子性表面活性剂，例如可使用：含有聚氧乙烯等亲水部及主要包含烷基的疏水部的化合物、包含聚氧丙烯等亲水部的化合物等。作为含有聚氧乙烯等亲水部及主要包含烷基的疏水部的化合物，可列举：聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯烷基醚等。作为包含聚氧丙烯等亲水部的化合物，可列举聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯与聚氧丙烯的嵌段共聚物等。
作为离子性表面活性剂，可列举：阳离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、两离子性表面活性剂等。作为阳离子性表面活性剂，可列举溴化鲸蜡基三甲基铵、氯化鲸蜡基三甲基铵等，作为阴离子性表面活性剂，可列举十二烷基磺酸钠等。另外，作为两离子性表面活性剂，可列举：氨基酸系表面活性剂、甜菜碱系表面活性剂、胺氧化物系表面活性剂等。作为氨基酸系表面活性剂，例如可列举酰基麸胺酸等。作为甜菜碱系表面活性剂，例如可列举月桂基二甲基氨基乙酸甜菜碱、硬脂基二甲基氨基乙酸甜菜碱等。作为胺氧化物系表面活性剂，例如可列举月桂基二甲基胺氧化物。
认为这些表面活性剂在后述的湿润凝胶生成步骤中发挥如下作用：减小反应系统中的溶媒与成长而来的硅氧烷聚合体之间的化学亲和性的差异、抑制相分离。
表面活性剂的添加量也受到表面活性剂的种类或硅化合物的种类以及量的影响，例如相对于聚硅氧烷化合物群组及硅化合物群组的总量100质量份，可设为1质量份～100质量份。再者，所述添加量也可为5质量份～60质量份。
据信，热水解性化合物通过热水解而产生碱催化剂，使反应溶液成为碱性，来促进后述的湿润凝胶生成步骤中的溶胶凝胶反应。因此，作为所述热水解性化合物，只要为可在水解后使反应溶液成为碱性的化合物，则并无特别限定，可列举：脲；甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等酸酰胺；六亚甲基四胺等环状氮化合物等。这些中，特别是脲容易获得所述促进效果。
热水解性化合物的添加量只要为可充分促进后述的湿润凝胶生成步骤中的溶胶凝胶反应的量，则并无特别限定。例如，在使用脲作为热水解性化合物的情况下，相对于聚硅氧烷化合物群组及硅化合物群组的总量100质量份，其添加量可设为1质量份～200质量份。再者，所述添加量也可为2质量份～150质量份。通过将添加量设为1质量份以上，更容易获得良好的反应性，另外，通过设为200质量份以下，更容易抑制结晶的析出及凝胶密度的下降。
溶胶生成步骤的水解也受到混合液中的硅化合物、二氧化硅粒子、酸催化剂、表面活性剂等的种类及量的影响，例如可在20℃～60℃的温度环境下进行10分钟～24小时，也可在50℃～60℃的温度环境下进行5分钟～8小时。由此，硅化合物中的水解性官能基充分地水解，而可更确实地获得硅化合物的水解生成物。
然而，于在溶媒中添加热水解性化合物的情况下，也可将溶胶生成步骤的温度环境调节为抑制热水解性化合物的水解而抑制溶胶的凝胶化的温度。此时的温度只要为可抑制热水解性化合物的水解的温度，则可为任意的温度。例如，在使用脲作为热水解性化合物的情况下，溶胶生成步骤的温度环境可设为0℃～40℃，但也可为10℃～30℃。
(湿润凝胶生成步骤)
湿润凝胶生成步骤为如下步骤：将溶胶生成步骤中获得的溶胶进行凝胶化，之后加以熟化而获得湿润凝胶。在本步骤中，为了促进凝胶化，可使用碱催化剂。
作为碱催化剂，可列举：碳酸钙、碳酸钾、碳酸钠、碳酸钡、碳酸镁、碳酸锂、碳酸铵、碳酸铜(II)、碳酸铁(II)、碳酸银(I)等碳酸盐类；碳酸氢钙、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵等碳酸氢盐类；氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯等碱金属氢氧化物；氢氧化铵、氟化铵、氯化铵、溴化铵等铵化合物；偏磷酸钠、焦磷酸钠、多磷酸钠等碱性磷酸钠盐；烯丙基胺、二烯丙基胺、三烯丙基胺、异丙基胺、二异丙基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、2-乙基己基胺、3-乙氧基丙基胺、二异丁基胺、3-(二乙基氨基)丙基胺、二-2-乙基己基胺、3-(二丁基氨基)丙基胺、四甲基乙二胺、叔丁基胺、仲丁基胺、丙基胺、3-(甲基氨基)丙基胺、3-(二甲基氨基)丙基胺、3-甲氧基胺、二甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等脂肪族胺类；吗啉、N-甲基吗啉、2-甲基吗啉、哌嗪及其衍生物、哌啶及其衍生物、咪唑及其衍生物等含氮杂环状化合物类等。这些中，氢氧化铵(氨水)在以下方面优异：由于挥发性高，难以残存于干燥后的气凝胶粒子中，故难以损害耐水性的方面；以及经济性的方面。所述碱催化剂可单独使用或将两种以上混合使用。
通过使用碱催化剂，可促进溶胶中的硅化合物、及二氧化硅粒子的脱水缩合反应或脱醇缩合反应，且可以更短的时间进行溶胶的凝胶化。另外，由此可获得强度(刚性)更高的湿润凝胶。特别是氨的挥发性高，难以残留于气凝胶粒子中，因此通过使用氨作为碱催化剂，可获得耐水性更优异的气凝胶粒子。
相对于聚硅氧烷化合物群组及硅化合物群组的总量100质量份，碱催化剂的添加量可设为0.5质量份～5质量份，但也可为1质量份～4质量份。通过设为0.5质量份以上，可以更短的时间进行凝胶化，通过设为5质量份以下，可进一步抑制耐水性的下降。
湿润凝胶生成步骤中的溶胶的凝胶化可以溶媒及碱催化剂不挥发的方式在密闭容器内进行。凝胶化温度可设为30℃～90℃，但也可为40℃～80℃。通过将凝胶化温度设为30℃以上，可以更短的时间进行凝胶化，可获得强度(刚性)更高的湿润凝胶。另外，通过将凝胶化温度设为90℃以下，容易抑制溶媒(特别是醇)的挥发，因此可一面抑制体积收缩一面进行凝胶化。
湿润凝胶生成步骤中的熟化可以溶媒及碱催化剂不挥发的方式在密闭容器内进行。通过熟化，构成湿润凝胶的成分的结合变强，结果为，可获得对于抑制干燥时的收缩而言充分的强度(刚性)高的湿润凝胶。熟化温度可设为30℃～90℃，但也可为40℃～80℃。通过将熟化温度设为30℃以上，可获得强度(刚性)更高的湿润凝胶，通过将熟化温度设为90℃以下，容易抑制溶媒(特别是醇)的挥发，因此可一面抑制体积收缩一面进行凝胶化。
再者，由于难以判别溶胶的凝胶化结束时间点的情况多，故溶胶的凝胶化与之后的熟化也可连续地以一系列的操作来进行。
凝胶化时间与熟化时间可根据凝胶化温度及熟化温度而适宜设定。与溶胶中不包含二氧化硅粒子的情况相比，溶胶中包含二氧化硅粒子的情况下特别是可缩短凝胶化时间。推测其原因在于：溶胶中的硅化合物所具有的硅烷醇基或反应性基与二氧化硅粒子的硅烷醇基形成氢键或化学键。再者，凝胶化时间可设为10分钟～120分钟，但也可为20分钟～90分钟。通过将凝胶化时间设为10分钟以上，容易获得均质的湿润凝胶，通过设为120分钟以下，可实现后述的清洗及溶媒置换步骤至干燥步骤的简化。再者，作为凝胶化及熟化的步骤整体，凝胶化时间与熟化时间的合计时间可设为4小时～480小时，但也可为6小时～120小时。通过将凝胶化时间与熟化时间的合计设为4小时以上，可获得强度(刚性)更高的湿润凝胶，通过设为480小时以下，更容易维持熟化的效果。
为了降低所获得的气凝胶粒子的密度、或增大平均细孔径，也可在所述范围内提高凝胶化温度及熟化温度，或在所述范围内延长凝胶化时间与熟化时间的合计时间。另外，为了提高所获得的气凝胶粒子的密度，或减小平均细孔径，也可在所述范围内降低凝胶化温度及熟化温度，或在所述范围内缩短凝胶化时间与熟化时间的合计时间。
(湿润凝胶粉碎步骤)
在进行湿润凝胶粉碎步骤的情况下，对湿润凝胶生成步骤中获得的湿润凝胶进行粉碎。粉碎例如可通过以下方式进行：将湿润凝胶放入亨舍尔(Henschel)型混合机中或者在混合机内进行湿润凝胶生成步骤，并使混合机在适度的条件(转速及时间)下运转。另外，更简易而言，可通过将湿润凝胶放入可密闭的容器中或者在可密闭的容器内进行湿润凝胶生成步骤，并使用振动器等振荡装置进行适度时间的振荡来进行。再者，视需要也可使用喷射磨机、辊磨机、珠磨机等调整湿润凝胶的粒径。
(清洗及溶媒置换步骤)
清洗及溶媒置换步骤为具有以下步骤的步骤：对通过湿润凝胶生成步骤或湿润凝胶粉碎步骤而获得的湿润凝胶进行清洗的步骤(清洗步骤)；以及将湿润凝胶中的清洗液置换为适合于干燥条件(后述的干燥步骤)的溶媒的步骤(溶媒置换步骤)。清洗及溶媒置换步骤也可以不进行对湿润凝胶进行清洗的步骤，而仅进行溶媒置换步骤的形态来实施，但就减少湿润凝胶中的未反应产物、副生成物等杂质，可制造纯度更高的气凝胶粒子的观点而言，也可对湿润凝胶进行清洗。
清洗步骤中，对通过湿润凝胶生成步骤或湿润凝胶粉碎步骤而获得的湿润凝胶进行清洗。所述清洗可使用例如水或有机溶媒来反复进行。此时，可通过加温来提高清洗效率。
作为有机溶媒，可使用：甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、丙酮、甲基乙基酮、1,2-二甲氧基乙烷、乙腈、己烷、甲苯、二乙醚、氯仿、乙酸乙酯、四氢呋喃、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、甲酸等各种有机溶媒。所述有机溶媒可单独使用或将两种以上混合使用。
在后述的溶媒置换步骤中，为了抑制由干燥引起的凝胶的收缩，可使用低表面张力的溶媒。但是，低表面张力的溶媒一般与水的相互溶解度极低。因此，在溶媒置换步骤中使用低表面张力的溶媒的情况下，作为清洗步骤中使用的有机溶媒，可列举对水及低表面张力的溶媒两者具有高的相互溶解性的亲水性有机溶媒。再者，清洗步骤中所使用的亲水性有机溶媒可发挥用以进行溶媒置换步骤的预置换的作用。所述有机溶媒中，作为亲水性有机溶媒，可列举：甲醇、乙醇、2-丙醇、丙酮、甲基乙基酮等。再者，甲醇、乙醇、甲基乙基酮等在经济性的方面优异。
清洗步骤中所使用的水或有机溶媒的量可设为可将湿润凝胶中的溶媒充分置换、清洗的量。相对于湿润凝胶的容量，所述量可设为3倍～10倍的量。可反复进行清洗，直至清洗后的湿润凝胶中的含水率相对于二氧化硅质量而成为10质量％以下。
清洗步骤中的温度环境可设为清洗中使用的溶媒的沸点以下的温度，例如在使用甲醇的情况下，可设为30℃～60℃左右的加温。
在溶媒置换步骤中，为了抑制干燥步骤中的气凝胶的收缩，将经清洗的湿润凝胶的溶媒置换为规定的置换用溶媒。此时，可通过加温来提高置换效率。作为置换用溶媒，具体而言，干燥步骤中于在未满干燥中所使用的溶媒的临界点的温度下，在大气压下进行干燥的情况下，可列举后述的低表面张力的溶媒。另一方面，在进行超临界干燥的情况下，作为置换用溶媒，例如可列举：乙醇、甲醇、2-丙醇、二氯二氟甲烷、二氧化碳等、或者将这些溶媒混合两种以上而成的溶媒。
作为低表面张力的溶媒，可列举20℃下的表面张力为30mN/m以下的溶媒。再者，所述表面张力可为25mN/m以下，或者可为20mN/m以下。作为低表面张力的溶媒，例如可列举：戊烷(15.5)、己烷(18.4)、庚烷(20.2)、辛烷(21.7)、2-甲基戊烷(17.4)、3-甲基戊烷(18.1)、2-甲基己烷(19.3)、环戊烷(22.6)、环己烷(25.2)、1-戊烯(16.0)等脂肪族烃类；苯(28.9)、甲苯(28.5)、间二甲苯(28.7)、对二甲苯(28.3)等芳香族烃类；二氯甲烷(27.9)、氯仿(27.2)、四氯化碳(26.9)、1-氯丙烷(21.8)、2-氯丙烷(18.1)等卤化烃类；乙醚(17.1)、丙醚(20.5)、异丙醚(17.7)、丁基乙醚(20.8)、1,2-二甲氧基乙烷(24.6)等醚类；丙酮(23.3)、甲基乙基酮(24.6)、甲基丙基酮(25.1)、二乙基酮(25.3)等酮类；乙酸甲酯(24.8)、乙酸乙酯(23.8)、乙酸丙酯(24.3)、乙酸异丙酯(21.2)、乙酸异丁酯(23.7)、丁酸乙酯(24.6)等酯类等(括弧内表示20℃下的表面张力，单位为[mN/m])。这些中，脂肪族烃类(己烷、庚烷等)为低表面张力且作业环境性优异。另外，这些中，通过使用丙酮、甲基乙基酮、1,2-二甲氧基乙烷等亲水性有机溶媒，可兼用作所述清洗步骤的有机溶媒。再者，这些中，就后述的干燥步骤中的干燥更容易的方面而言，也可使用常压下的沸点为100℃以下的溶媒。所述溶媒可单独使用或将两种以上混合使用。
溶媒置换步骤中所使用的溶媒的量可设为可将清洗后的湿润凝胶中的溶媒充分置换的量。相对于湿润凝胶的容量，所述量可设为3倍～10倍的量。
溶媒置换步骤中的温度环境可设为置换中使用的溶媒的沸点以下的温度，例如在使用庚烷的情况下，可设为30℃～60℃左右的加温。
再者，于在凝胶中包含二氧化硅粒子的情况下，溶媒置换步骤并非必需。所推测的机制如以下那样。即，通过二氧化硅粒子作为三维网眼状的骨架的支撑体而发挥功能，所述骨架被支撑，干燥步骤中的凝胶的收缩得到抑制。因此，认为可不置换用于清洗的溶媒，而将凝胶直接赋予至干燥步骤。如此，通过使用二氧化硅粒子，可实现清洗及溶媒置换步骤至干燥步骤的简化。
(干燥步骤)
干燥步骤中，如所述那样使经清洗及(视需要的)溶媒置换的湿润凝胶进行干燥。由此，可获得气凝胶(气凝胶块体(block)或气凝胶粒子)。即，可获得将由所述溶胶生成的湿润凝胶进行干燥而成的气凝胶。
作为干燥的方法，并无特别限制，可使用公知的常压干燥、超临界干燥或冷冻干燥。这些方法中，就容易制造低密度的气凝胶的观点而言，可使用常压干燥或超临界干燥。另外，就可以低成本来生产的观点而言，可使用常压干燥。再者，本实施形态中，所谓常压是指0.1MPa(大气压)。
气凝胶可通过将经清洗及(视需要)溶媒置换的湿润凝胶，在未满干燥中所使用的溶媒的临界点的温度下且在大气压下进行干燥而获得。干燥温度根据所置换的溶媒(在未进行溶媒置换的情况下为清洗中所使用的溶媒)的种类而不同，但鉴于存在特别是高温下的干燥加快溶媒的蒸发速度而使凝胶产生大的龟裂的情况的方面，可设为20℃～150℃。再者，所述干燥温度也可为60℃～120℃。另外，干燥时间根据湿润凝胶的容量及干燥温度而不同，可设为4小时～120小时。再者，在不阻碍生产性的范围内施加未满临界点的压力来加快干燥的情况也包含于常压干燥中。
另外，气凝胶也可通过将经清洗及(视需要的)溶媒置换的湿润凝胶进行超临界干燥而获得。超临界干燥可利用公知的方法来进行。作为进行超临界干燥的方法，例如可列举以湿润凝胶中所含的溶媒的临界点以上的温度及压力来去除溶媒的方法。或者，作为进行超临界干燥的方法，可列举如下方法：通过以例如20℃～25℃、5MPa～20MPa左右的条件，将湿润凝胶浸渍于液化二氧化碳中，而将湿润凝胶中所含的溶媒的全部或一部分置换为临界点低于所述溶媒的二氧化碳，然后将二氧化碳单独去除，或者将二氧化碳及溶媒的混合物去除。
通过此种的常压干燥或超临界干燥而获得的气凝胶也可进而在常压下，在105℃～200℃下追加干燥0.5小时～2小时左右。由此，更容易获得密度低、具有小的细孔的气凝胶。追加干燥也可在常压下，在150℃～200℃下进行。
(粉碎步骤)
在不进行湿润凝胶粉碎步骤的情况下，对通过干燥而获得的气凝胶(气凝胶块体)进行粉碎，由此获得气凝胶粒子。例如，可通过将气凝胶放入喷射磨机、辊磨机、珠磨机、锤磨机等中并以适度的转速与时间进行运转来进行。
＜水溶性高分子＞
本实施形态中，水溶性高分子只要具有疏水性基且具有水溶性即可。
作为疏水性基，例如可列举：烷基(优选为碳数6～26的长链烷基)、酯基、烷氧基、卤素等。这些中，作为疏水性基，优选为烷基，更优选为碳数8～26的长链烷基，进而优选为碳数10～26的长链烷基，进一步优选为碳数12～26的长链烷基，也可为碳数15～26的长链烷基。
作为水溶性高分子，例如可列举：改性羧基乙烯基聚合物、改性聚醚氨基甲酸酯、纤维素系树脂、聚环氧乙烷、聚乙烯基醇、聚丙烯酸盐、聚乙烯基吡咯烷酮、糊精系树脂、甲壳质系树脂、壳聚糖系树脂等。
作为水溶性高分子，可优选地使用纤维素系树脂。作为纤维素系树脂，例如可列举：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟基乙基纤维素、羟基丙基甲基纤维素、及将这些进而改性(例如，疏水化)而成的改性体等。
作为纤维素系树脂，优选为具有烷基的纤维素系树脂，更优选为具有碳数6～26的长链烷基的纤维素系树脂。根据此种纤维素系树脂，可更显著地发挥本发明的效果。长链烷基的碳数优选为8～26，更优选为10～26，进而优选为12～26，进一步优选为15～26。
作为纤维素系树脂，例如优选为具有下述式(A-1)所表示的结构单元的纤维素系树脂。
[化13]
式(A-1)中，RA表示氢原子、烷基、羟基烷基、-RA1-O-RA2所表示的基(RA1表示烷二基或羟基烷二基，RA2表示烷基)。三个RA可相互相同也可不同。其中，三个RA中至少一个为烷基或-RA1-O-RA2所表示的基。
式(A-1)中，作为RA中的烷基，优选为碳数1～26的烷基。另外，RA中的烷基更优选为碳数1～3的短链烷基、或碳数6～26的长链烷基。长链烷基的碳数优选为8～26，更优选为10～26，进而优选为12～26，进一步优选为15～26。
式(A-1)中，作为RA中的羟基烷基，优选为碳数1～26的羟基烷基，更优选为碳数1～10的羟基烷基，进而优选为碳数1～5的羟基烷基。
式(A-1)中，RA1中的烷二基优选为碳数1～26的烷二基，更优选为碳数1～10的烷二基，进而优选为碳数1～5的烷二基。另外，RA1中的羟基烷二基优选为碳数1～26的羟基烷二基，更优选为碳数1～10的羟基烷二基，进而优选为碳数1～5的羟基烷二基。
式(A-1)中，作为RA2，优选为碳数1～26的烷基。另外，RA2中的烷基更优选为碳数1～3的短链烷基、或碳数6～26的长链烷基，更优选为长链烷基。长链烷基的碳数优选为8～26，更优选为10～26，进而优选为12～26，进一步优选为15～26。
式(A-1)中，优选为三个RA中至少一个为长链烷基、或三个RA中至少一个为-RA1-O-RA2所表示的基且RA2为长链烷基。
纤维素系树脂中，以纤维素系树脂的总量基准计，碳数6～26的长链烷基的含量优选为0.01质量％～5质量％，更优选为0.01质量％～3质量％。
本实施形态的涂液中，以涂液中的固体成分的总体积基准计，水溶性高分子的含量例如可为0.01体积％以上，优选为0.1体积％以上，更优选为0.3体积％以上。另外，以涂液中的固体成分的总体积基准计，水溶性高分子的含量例如可为10体积％以下，优选为5体积％以下，更优选为3体积％以下。
＜液状介质＞
作为液状介质，优选为包含水的水系溶媒。在水系溶媒中除水以外可包含有机溶媒。有机溶媒只要为与水具有相容性的有机溶媒即可，例如可列举：甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇等醇类；二乙醚、四氢呋喃、1,4-二噁烷等醚类；丙酮、甲基乙基酮等酮类；乙酸、丙酸等羧酸；乙腈、二甲基甲酰胺、三乙基胺等含氮化合物等。
本实施形态的涂液中，液状介质的含量并无特别限定，也可根据所需的涂液的粘度等来适宜变更。例如，液状介质的含量可为涂液的固体成分浓度成为后述的优选范围的量。
涂液的固体成分浓度例如可为10质量％以上，优选为15质量％以上，更优选为20质量％以上。另外，涂液的固体成分浓度例如可为70质量％以下，优选为60质量％以下，更优选为50质量％以下。
＜其他成分＞
本实施形态的涂液也可进而含有气凝胶粒子、水溶性高分子及液状介质以外的成分。
本实施形态的涂液例如也可进而含有粘合剂树脂。作为粘合剂树脂，例如可列举：环氧树脂、硅酮树脂、苯酚树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、聚氨基甲酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙酸乙烯酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯基系树脂等。在这些中，就耐热性及强韧性的观点而言，可优选地使用硅酮树脂、丙烯酸树脂、苯酚树脂、聚酯树脂等。
在本实施形态的涂液含有粘合剂树脂的情况下，以固体成分的总体积基准计，粘合剂树脂的含量例如可为30体积％以下，优选为28体积％以下，更优选为25体积％以下。另外，以固体成分的总体积基准计，粘合剂树脂的含量例如可为0.1体积％以上，也可为1体积％以上。
另外，本实施形态的复合材料也可进而包含增稠剂、纤维状物质、颜料、流平剂等作为所述以外的成分。
作为增稠剂，例如可列举熏制二氧化硅、黏土矿物等微粒子。
纤维状物质可表现出气凝胶粒子间的锚定功能，可进一步提高复合材料带来的涂膜的强度。作为纤维状物质，并无特别限制，可列举有机纤维及无机纤维。作为有机纤维，例如可列举：聚酰胺系纤维、聚酰亚胺系纤维、聚乙烯基醇系纤维、聚偏二氯乙烯系纤维、聚氯乙烯系纤维、聚酯系纤维、聚丙烯腈系纤维、聚乙烯系纤维、聚丙烯系纤维、聚氨基甲酸酯系纤维、酚系纤维、聚醚酯系纤维、聚乳酸系纤维、聚碳酸酯系纤维等。作为无机纤维，例如可列举：玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、金属纤维等。
根据本实施形态的涂液，通过涂液的涂布及液状介质的去除，可容易地形成包含后述的复合材料的涂膜。
涂布涂液的方法并无特别限制，例如可列举浸渍涂布、喷涂、旋涂、辊涂等。
自涂布的涂液中去除液状介质的方法并无特别限制，例如可列举进行加热(例如，40℃～150℃)处理、减压(例如，10000Pa以下)处理、或这些两处理的方法。
涂布涂液的对象物并无特别限定。构成对象物的材料例如可为金属、陶瓷、玻璃、树脂、这些的复合材料等。另外，对象物的形态可根据使用目的、材质等来适宜选择，例如可为块体状、片状、粉末状、纤维状等。
＜复合材料、涂膜＞
本实施形态的复合材料含有气凝胶粒子与水溶性高分子。本实施形态的复合材料可为自所述涂液中去除液状介质的复合材料。即，作为复合材料中的各成分，可例示与所述涂液中的各成分相同者，复合材料中的各成分的含量可与所述涂液中的各成分的含量相同。
本实施形态的涂膜包含所述复合材料。本实施形态的涂膜可通过所述涂液的涂布及液状介质的去除而形成。
涂膜的厚度并无特别限定，例如可为0.01mm～30mm，也可为0.1mm～20mm。
本实施形态的复合材料及涂膜具有由气凝胶而来的优异的绝热性、耐热性、阻燃性等。因此，所述复合材料及涂膜可适用于作为极低温容器、太空领域、建筑领域、汽车领域、家电领域、半导体领域、产业用设备等中的绝热材的用途等。再者，所述复合材料及涂膜除作为绝热材的用途以外，也可用作拨水材、吸音材、定振材、催化剂担载材等。
以上，对本发明的优选实施形态进行了说明，但本发明并不限定于所述实施形态。
实施例
以下，通过实施例来对本发明进一步进行详细说明，但本发明并不限定于这些实施例。
＜制作例1＞
(气凝胶粒子A的制作)
将作为含二氧化硅粒子的原料的100.0质量份的PL-2L(扶桑化学工业股份有限公司制造，制品名)、80.0质量份的水、作为酸催化剂的0.5质量份的乙酸、作为阳离子性表面活性剂的1.0质量份的溴化鲸蜡基三甲基铵(和光纯药工业股份有限公司制造)、以及作为热水解性化合物的150.0质量份的脲进行混合，在其中加入作为硅化合物的60.0质量份的甲基三甲氧基硅烷(信越化学工业股份有限公司制造，制品名：KBM-13)、20.0质量份的二甲基二甲氧基硅烷(信越化学工业股份有限公司制造，制品名：KBM-22)、20.0质量份的具有所述通式(B)所表示的结构的两末端二官能烷氧基改性聚硅氧烷化合物(以下，称为“聚硅氧烷化合物A”)，在25℃下反应2小时而获得溶胶。将所获得的溶胶在60℃下进行凝胶化后，在60℃下熟化48小时而获得湿润凝胶。
再者，所述“聚硅氧烷化合物A”是以如下方式来合成。首先，在包括搅拌机、温度计及戴氏冷却管的1升的三口烧瓶中，将100.0质量份的两末端具有硅烷醇基的二甲基聚硅氧烷XC96-723(日本迈图高新材料(Momentive Performance Materials Japan)合同公司制造，制品名)、181.3质量份的甲基三甲氧基硅烷及0.50质量份的叔丁基胺混合，在30℃下反应5小时。之后，在1.3kPa的减压下、140℃下对所述反应液进行2小时加热而将挥发成分去除，由此获得两末端二官能烷氧基改性聚硅氧烷化合物(聚硅氧烷化合物A)。
之后，将所获得的湿润凝胶移至塑料制瓶中并加以密闭，然后使用极限磨机(Extreme Mill)(亚速旺(AS ONE)股份有限公司制造，MX-1000XTS)，以27,000rpm进行10分钟粉碎而获得粒子状的湿润凝胶。将所获得的粒子状的湿润凝胶浸渍于2500.0质量份的甲醇中，在25℃下花24小时进行清洗。一面更换为新的甲醇一面进行合计三次的所述清洗操作。其次，将经清洗的粒子状的湿润凝胶浸渍于作为低表面张力溶媒的2500.0质量份的庚烷中，在25℃下花24小时进行溶媒置换。一面更换为新的庚烷一面进行合计三次的所述溶媒置换操作。将经清洗及溶媒置换的粒子状的湿润凝胶在常压下、40℃下干燥96小时，之后进而在150℃下干燥2小时。最后，施加至筛子(东京网屏股份有限公司制造，孔径45μm，线径32μm)，从而获得具有所述通式(3)、通式(4)及通式(5)所表示的结构的气凝胶粒子A。
＜实施例1＞
(涂液的制备)
在500mL可分离式烧瓶中取作为水溶性高分子的桑吉洛斯(Sangelose)90L(大同化成工业股份有限公司制造)4质量份、异丙醇(和光纯药工业股份有限公司制造，试剂)20质量份、热液350质量份，使用机械搅拌器以200rpm搅拌1分钟，从而获得分散液。继而，一面利用冰水浴冷却烧瓶，一面使用机械搅拌器以200rpm搅拌，而溶解桑吉洛斯(Sangelose)90L，从而获得作为桑吉洛斯(Sangelose)90L的水溶液的预凝胶。在行星式混合机(谱莱密克司(Primix)公司制造，2P-1型)取所述预凝胶374质量份与丙烯酸树脂(日立化成股份有限公司制造，制品名：KH-CT-865)100质量份，以100rpm搅拌。继而，将所述气凝胶粒子A 100质量份分为5次，一面以100rpm搅拌一面添加，从而获得涂液。再者，涂液中以固体成分的总体积基准计，气凝胶粒子的含量为85.2体积％，水溶性高分子的含量为0.6体积％，粘合剂树脂的含量为14.2体积％。
以目视观察所获得的涂液，将气凝胶粒子良好地分散的情况设为A，将气凝胶粒子分离、凝聚或沉淀的情况设为B，并评价分散性。将结果示于表1。
(涂膜的形成)
通过金属压勺，以厚度成为2mm或3mm的方式将涂液涂布于铝箔(UACJ股份有限公司制造，制品名：麻依虹璐厚度型号50，厚度：50μm)上。然后，在室温23℃下放置12小时，自涂液中去除液状介质，从而获得带铝箔的涂膜。自所获得的带铝箔的涂膜剥离铝箔，作为性能评价用的涂膜。利用以下的方法测定所获得的涂膜的拉伸强度及绝热性。
(拉伸强度的测定)
将所获得的涂膜加工为2mm×5mm×50mm的尺寸，作为测定样品。作为测定装置，使用小型桌上试验机“EZTest”(岛津制作所股份有限公司制造，制品名)。再者，负载单元是使用500N。使用上下配置的螺钉式平面形夹具，将上下间距离设为25mm来设置样品，以2.5mm/min的速度进行拉伸。测定是设为在样品断裂的时间点结束。
(绝热性的测定)
将所获得的涂膜加工为200mm×200mm×3mm的尺寸，作为测定样品。所获得的涂膜的导热率是通过导热率测定装置“HFM-446”(耐驰(NETZSCH)公司制造，制品名)并利用稳态法来测定。将结果示于表1。
＜实施例2＞
(涂液的制备)
在500mL可分离式烧瓶中取桑吉洛斯(Sangelose)90L(大同化成工业股份有限公司制造)1质量份、异丙醇(和光纯药工业股份有限公司制造，试剂)20质量份、热液250质量份，使用机械搅拌器以200rpm搅拌1分钟，从而获得分散液。继而，一面利用冰水浴冷却烧瓶，一面使用机械搅拌器以200rpm搅拌，而溶解桑吉洛斯(Sangelose)90L，从而获得作为桑吉洛斯(Sangelose)90L的水溶液的预凝胶。在行星式混合机(谱莱密克司(Primix)公司制造，2P-1型)取所述预凝胶271质量份与丙烯酸树脂(迪爱生(DIC)股份有限公司制造，制品名：邦可(Bonkote)DV759-EF)200质量份，以100rpm搅拌。继而，将气凝胶粉末(乔斯气凝胶(JIOS Aerogel)公司制造，艾劳瓦(AeroVa))100质量份分为5次，一面以100rpm搅拌一面添加，从而获得涂液。再者，涂液中以固体成分的总体积基准计，气凝胶粒子的含量为88.1体积％，水溶性高分子的含量为0.1体积％，粘合剂树脂的含量为11.7体积％。
以目视观察所获得的涂液，将气凝胶粒子良好地分散的情况设为A，将气凝胶粒子分离、凝聚或沉淀的情况设为B，并评价分散性。将结果示于表1。
(涂膜的形成)
通过无气喷枪(固瑞克(Graco)公司制造，ULTRA)，以厚度成为2mm或3mm的方式将涂液涂布于铝箔(UACJ股份有限公司制造，制品名：麻依虹璐厚度型号50，厚度：50μm)上。然后，在室温23℃下放置12小时，自涂液中去除液状介质，从而获得带铝箔的涂膜。自所获得的带铝箔的涂膜剥离铝箔，作为性能评价用的涂膜。利用与实施例1相同的方法测定所获得的涂膜的拉伸强度及绝热性。将结果示于表1。
＜实施例3＞
(涂液的制备)
在500mL可分离式烧瓶中取纳陶皂鲁普拉斯格莱特(Natrosol Plus Grade)(亚跨龙(Aqualon)公司制造)10质量份、异丙醇(和光纯药工业股份有限公司制造，试剂)10质量份、水50质量份，使用机械搅拌器以500rpm搅拌10分钟，从而获得预凝胶。在行星式混合机(谱莱密克司(Primix)公司制造，2P-1型)取所述预凝胶70质量份与硅酮树脂(信越化学股份有限公司制造，制品名：泡隆(POLON)-MF-56)500质量份，以100rpm搅拌。继而，将气凝胶粉末(卡博特(CABOT)公司制造，艾诺瓦(ENOVA)IC3100)100质量份分为5次，一面以100rpm搅拌一面添加，从而获得涂液。再者，涂液中以固体成分的总体积基准计，气凝胶粒子的含量为74.1体积％，水溶性高分子的含量为1.2体积％，粘合剂树脂的含量为24.7体积％。
以目视观察所获得的涂液，将气凝胶粒子良好地分散的情况设为A，将气凝胶粒子分离、凝聚或沉淀的情况设为B，并评价分散性。将结果示于表1。
(涂膜的形成)
通过金属压勺，以厚度成为2mm或3mm的方式将涂液涂布于铝箔(UACJ股份有限公司制造，制品名：麻依虹璐厚度型号50，厚度：50μm)上。然后，在室温23℃下放置12小时，自涂液中去除液状介质，从而获得带铝箔的涂膜。自所获得的带铝箔的涂膜剥离铝箔，作为性能评价用的涂膜。利用与实施例1相同的方法测定所获得的涂膜的拉伸强度及绝热性。将结果示于表1。
＜比较例1＞
在行星式混合机(谱莱密克司(Primix)公司制造，2P-1型)取丙烯酸树脂(迪爱生(DIC)股份有限公司制造，制品名：邦可(Bonkote)DV750-EF)200质量份，将所述气凝胶粒子A 100质量份分为5次，一面以100rpm搅拌一面添加，从而获得涂液。
以目视观察所获得的涂液，将气凝胶粒子良好地分散的情况设为A，将气凝胶粒子分离、凝聚或沉淀的情况设为B，并评价分散性。将结果示于表1。
(涂膜的形成)
使用比较例1中获得的涂液尝试涂膜的形成，但在涂液中气凝胶粒子分离，因此难以形成均质的涂膜。
[表1]
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例1 | |
| 涂液的分散性 | A | A | A | B |
| 涂膜的拉伸强度(MPa) | 0.4 | 0.3 | 0.2 | - |
| 涂膜的绝热性(mW/m·K) | 32 | 27 | 30 | - |
Claims (12)
1.一种涂液，含有：
气凝胶粒子；
水溶性高分子，具有疏水性基；以及
液状介质。
2.根据权利要求1所述的涂液，其中以固体成分的总体积基准计，所述气凝胶粒子的含量为70体积％以上。
3.根据权利要求1或2所述的涂液，其中所述疏水性基为碳数1～26的烷基。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涂液，其中所述水溶性高分子包含纤维素系树脂。
5.根据权利要求4所述的涂液，其中所述纤维素系树脂具有由下述式(A-1)所表示的结构单元，
[化1]
[式中，RA表示氢原子、烷基、羟基烷基、由-RA1-O-RA2所表示的基(RA1表示烷二基，RA2表示烷基)；三个RA可相互相同也可不同；其中，三个RA中至少一个为烷基或由-RA1-O-RA2所表示的基]。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的涂液，其中所述液状介质为包含水的水系溶媒。
7.一种复合材料，含有：
气凝胶粒子；以及
水溶性高分子，具有疏水性基。
8.根据权利要求7所述的复合材料，其中所述气凝胶粒子的含量为70体积％以上。
9.根据权利要求7或8所述的复合材料，其中所述疏水性基为碳数1～26的烷基。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的复合材料，其中所述水溶性高分子包含纤维素系树脂。
11.根据权利要求10所述的复合材料，其中所述纤维素系树脂具有由下述式(A-1)所表示的结构单元，
[化2]
[式中，RA表示氢原子、烷基、羟基烷基、由-RA1-O-RA2所表示的基(RA1表示烷二基，RA2表示烷基)；三个RA可相互相同也可不同；其中，三个RA中至少一个为烷基或由-RA1-O-RA2所表示的基]。
12.一种涂膜，包含根据权利要求7至11中任一项所述的复合材料。
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