JP2001524439A - 四塩化ケイ素をベースとする有機的に修飾されたエーロゲルの製造方法 - Google Patents
四塩化ケイ素をベースとする有機的に修飾されたエーロゲルの製造方法Info
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Abstract
Description
方法に関する。
のエーロゲルは、非常に低い熱伝導率を示し、したがってたとえばEP−A−0
171 122号公報に記載されているように断熱材料として使用される。
意味においては、適切なゲルを乾燥させることによって製造される。この意味に
おいて、「エーロゲル」という用語は、狭義にはキセロゲルおよびリオゲルを包
含する。これに関して、乾燥したゲルは、ゲル中の流体が臨界温度以上の温度お
よび臨界圧力を越える圧力において除去されている場合に、狭義にはエーロゲル
であると言える。一方で、ゲルの流体が、たとえば流体−水蒸気界面の形成など
によって、亜臨界除去されている場合、生成されるゲルはしばしばキセロゲルと
呼ばれる。
ロゲル、すなわち「分散剤としてのゲルを有する空気」を意味する。
エーロゲルとに細分化することができる。無機エーロゲルは1931年にすでに
知られいる(S. S. Kistler, Nature 1931, 127, 741)。これらの最初のエーロゲルは水ガラスおよび酸を出発物質として製造
された。この場合、水は得られた湿潤ゲル内の無機溶媒と交換され、その後この
リオゲルを超臨界乾燥させていた。このようにして、たとえばUS−A−2 0
93 454に開示されるようにして、親水性エーロゲルが得られていた。
9, 89,765以下参照)。
酸のいずれかをベースとして製造される。
イ酸エーロゲルを製造することができ、該ケイ酸エーロゲルは塩基を添加するこ
とによりSiO2ゲルに縮合重合される。水性の媒質を適当な有機溶媒に交換し た後、次の段階において、得られたゲルを塩素含有シリル化媒質と反応させる。
その反応性から、メチルクロロシラン(Me4-nSiCln,n=1から3)をシ
リル化剤として使用することが同様に好ましい。結果として生成する表面がメチ
ルアリル基によって修飾されたSiO2ゲルは、同様に空気にさらすことにより 有機溶媒を乾燥させることができる。上記の技術に基づく製造方法は、EP−0
−658 513号公報に詳細に記載されている。
ことによってヒドロゲルが得られる。ヒドロゲルの形成後、ゲル中の水を有機溶
媒に交換し、続いてアルキル化し、シリル化剤、好ましくはクロロアルキルシラ
ンを用いて亜臨界乾燥させる。
載されている。この目的のために、たとえば上述の方法によって製造されたケイ
酸塩のリオゲルが与えられ、塩素を含まないシリル化剤と反応させられる。この
場合に用いられるシリル化剤は、好ましくはメチルイソプロペンオキシシラン(
Me4-nSi(OC(CH3)CH2)n(n=1から3)である。結果として生じ
る表面がメチルシリル基によって修飾されたSiO2ゲルは、同様に空気にさら すことにより有機溶媒を乾燥させることができる。
解決されるものの、使用される塩素を含まないシリル化剤はコストが高くつく。
疎水性の表面基を有するケイ酸エーロゲルの製造方法を開示している。
pH7.5から11の酸と反応させ、生じたケイ酸ヒドロゲルを、該ヒドロゲル
のpH値を7.5から11に維持しながら、水または無機塩基の希釈水性溶液に
よって洗浄することによって実質的にイオン性成分から遊離させ、ヒドロゲル中
に含まれる水性相をアルコールを用いて除去し、続いて得られたアルコゲルを超
臨界乾燥させることによって得られる。
報中の記載と同様に、ケイ酸エーロゲルが製造され、続いて亜臨界乾燥される。
めに、窒素を介して結合した疎水性表面基を有するエーロゲルが生じる。これら
は含水雰囲気中において容易に除去することができる。したがって、上述のエー
ロゲルはほんの短時間だけ疎水性である。
が生じ、プロセスに一般的にかなりの費用がかかるという欠点がある。
物からの四塩化ケイ素の処理が困難であるために、出発物質としてテトラアルキ
ルシランが用いられる。 たとえば、SiO2エーロゲルは、エタノール中のテトラエチルオルトケイ酸 塩の酸加水分解および縮合に用いられることができる。その結果、構造を保持し
ながら超臨界乾燥によって乾燥させることのできるゲルが得られる。この乾燥技
術に基づく製造方法は、たとえばEP−A−0 396 076号公報,WO92
/03378号公報およびWO95/06617号公報から公知である。 上記の乾燥の1つの代替方法は、SiO2ゲルの亜臨界乾燥についての方法で あって、該方法においてはSiO2ゲルを乾燥前に塩素を含有するシリル化剤と 反応させる。この場合、SiO2ゲルはたとえば、テトラアルコキシシラン、好 ましくはテトラエトキシシラン(TEOS)を、適切な有機溶媒、好ましくはエ
タノール中で、水と反応させることによって酸加水分解することによって得られ
る。溶媒を適切な有機溶媒に交換してから、さらなる工程において、得られたゲ
ルを塩素を含むシリル化剤と反応させる。これに関して、その反応性からメチル
クロロシラン(Me4-nSiCln,n=1から3)がシリル化剤として好適に用
いられる。結果として生じる表面がメチルシリル基で修飾されたSiO2ゲルは 、風乾により有機溶媒から取り出すことができる。これにより、密度が0.4g
/cc未満で、寄生(parasite)が60℃を越えるエーロゲルを得るこ
とができる。この乾燥技術に基づく製造方法は、WO94/25149号公報に
詳細に記載されている。
いるように、ゲル網目の強度を高めるために、反応に必要な量の水を含むアルコ
ール溶液中で乾燥させる前に、テトラアルコキシシランと混合して、熟成させる
こともできる。
シシランは、非常にコストが高くつく。
いと考えられる。
るエーロゲルのすべての製造方法に共通しているのは、乾燥の前に水が有機溶媒
またはCO2に交換されることである。超臨界乾燥の場合には、超臨界状態にお いて網目を部分的または完全に溶解してしまうことのないように、ヒドロゲルの
細孔からの水は予め有機溶媒に交換される。亜臨界乾燥による製造についても同
様に、必要な表面修飾の前に、ヒドロゲル内の水は有機溶媒に交換される。当業
者の意見によれば、上記のことは以下のような理由から必要とされてきたし、必
要とされている。たとえば、シリル化剤の場合、シリル化剤は水に不溶であるた
めに、ゲル粒子が通常見られる水性相を介してゲル中に統合されることができな
い、あるいは、シリル化剤が水中においてシリル化剤自身と反応するために、も
はやゲルをシリル化するために利用できないか、あるいはその反応性が大幅に減
少しているといった理由である。
合も、ゲル細孔内の水を他の何らかの溶媒に交換することが必要であるというの
が、当業者の意見である。
ーとコストを多く費やすことになる。さらに、安全性に関する大きな問題も生じ
る。
めに日常的な媒質が用いられ、水中の溶媒を他の何らかの溶媒に交換する必要を
無くすことのできる、有機的に修飾されたケイ酸塩をベースとするエーロゲルの
製造方法を提供することにある。
されたケイ酸塩をベースとするエーロゲルの製造方法によって解決される。 a)四塩化ケイ素と水との直接反応によりヒドロゲルが得られ、 b)工程a)において得られたヒドロゲルが表面修飾され、 c)工程b)において得られた表面修飾されたゲルが乾燥される。
/または式IIで表されるジシラザンが、シリル化剤として用いられる。 R3Si−O−SiR3 (I) R3Si−N(H)−SiR3 (II) (式中、R基はそれぞれ独立して、同一または別々に、それぞれ水素原子または
非反応性の有機の直鎖状、分枝状、環状の飽和または不飽和の、芳香族またはヘ
テロ芳香族基である)。
lnまたはR1 4-nSi(OR2)n(式中、n=1から4であり、R1およびR2は それぞれ独立して、同一または別々に、それぞれ水素原子または非反応性の有機
の直鎖状、分枝状、環状の飽和または不飽和の、芳香族またはヘテロ芳香族基で
ある)で表されるシランである。
液相が少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも80重量%、特に好ましく
は少なくとも90重量%、特に少なくとも98重量%の水を含んでいるようなゲ
ルを意味すると理解される。
媒またはCO2に交換することなく、反応物として直接的に与えられる。
ゲルの網目は、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、バナジウムおよび/また
は鉄化合物の画分をさらに含んでいてもよい。純粋にケイ酸塩をベースとするヒ
ドロゲルが好ましい。この様々な化合物は、必ずしも均一に分配されている、お
よび/または、連続した網目を形成している必要はない。各化合物は、網目中に
包含物、単粒子、および/または沈殿として全体的または部分的に存在すること
ができる。
は本発明を制限するものではない。
水分解および縮合重合は、1段階または数段階のいずれで行われてもよい。
することもできる。原理上、希釈剤としては四塩化ケイ素と混和しやすい任意の
液体または溶媒が適している。好ましいものとしては、脂肪族または芳香族炭化
水素、脂肪族アルコール、エーテル、エステルまたはケトン、ならびに水も挙げ
られる。特に好ましい溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ア
セトン、テトラヒドロフラン、ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、トルエ
ンおよび水である。アセトン、ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタンおよび水
が特に好ましい。しかしながら、上記溶媒の混合物を使用することもできる。
。適切な溶媒は上記のものと同様である。さらに、酸または塩基を水に添加して
もよい。この目的のための好ましい酸は、硫酸、リン酸、フッ化水素酸、シュウ
酸、酢酸、ギ酸、および/または塩酸である。特に好ましいのは塩酸および酢酸
である。塩酸が全く特に好ましい。しかしながら、上記酸の混合物を使用するこ
ともできる。一般に、NH4OH,NaOH,<OHおよび/またはAl(OH )3が塩基として用いられる。苛性ソーダ溶液が好ましい。
部分的または全体的に添加することができる。
めに、さらにジルコニウム、アルミニウム、スズ、および/またはチタン化合物
を含んでいてもよい。これに関して、これらの化合物は、加水分解/縮合重合の
前または最中に、上述の出発化合物に添加することもできるし、および/または
、ゲルが形成されてからゲルに添加することもできる。
/または最中に、乳白剤、特にIR乳白剤、たとえばすす、酸化チタン、酸化第
一鉄、および/または酸化ジルコニウムなどを添加剤として使用することができ
る。
い。適切な繊維材料は、たとえばガラス繊維や鉱物繊維などの無機繊維、たとえ
ばポリエステル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、あるいは植物を起源とする
繊維などの有機繊維、ならびにそれらの混合物である。繊維は、たとえばアルミ
ニウムなどの金属を被覆した、たとえばポリエステル繊維などのように、被覆す
ることもできる。
る。好ましくは0℃から50℃の温度が用いられ、特に好ましいのは0℃から3
0℃の温度である。必要であれば、同時に成形工程、たとえば噴霧成形、押出ま
たは滴下成形を行うようにしてもよい。
℃から100℃の範囲の温度、好ましくは40℃から100℃の範囲の温度で行
われる。必要な時間は一般に48時間になり、好ましくは24時間まで、特に3
時間までである。
とができる。この場合、ヒドロゲルは、たとえばヒドロゲルの細孔内のpH値を
変えるために、上述の溶媒を用いて洗浄することができる。水での洗浄が好まし
い。
浄によって、細孔の水含量を少なくとも50重量%まで高めることができる。
面シリル化される。本発明はこれ以後、表面シリル化を引用してより詳細に説明
していくが、これに限定されることはない。
、液体および/またはガスまたは蒸気として存在することが好ましい。
ロゲルの温度は、好ましくは20℃から100℃、より好ましくは40℃から1
00℃、特に60℃から100℃である。加圧下においてはより高い温度も可能
であるが、これによりゲルの毛細管内の水の沸騰が回避される。
好ましくは20℃から100℃である。ゲルの毛細管内の水の沸騰を回避するた
めに、加圧下におけるより高い温度も可能である。
剤は反応の間中、ガス流内または定常ガス雰囲気内に存在するだろう。
せることができる。
の場合、該シリル化剤は液相として直接用いられるか、および/または使用され
るガスの凝縮によってヒドロゲルの表面上に形成される。その場合、液相の温度
は0℃からシリル化剤の沸点の間の温度とすることができる。好ましい温度は、
20℃から100℃である。必要であれば、加圧下により高い温度で実施するこ
ともできる。一般に、表面シリル化は温度を上げることによって加速される。
は式IIで表されるジシラザンが、シリル化剤として用いられる。 R3Si−O−SiR3 (I) R3Si−N(H)−SiR3 (II) (式中、R基はそれぞれ独立して、同一または別々に、それぞれ水素原子または
非反応性の有機の直鎖状、分枝状、環状の飽和または不飽和の、芳香族またはヘ
テロ芳香族基であり、好ましくはC1からC18アルキルまたはC6からC14アリー
ル、特に好ましくはC6アルキル、シクロヘキシルまたはフェニル、特にメチル またはエチルである)。
れる。この対称ジシロキサンという用語は、両方のSi原子が同じR基を有して
いるようなジシロキサンのことを意味する。
特に、ヘキサメチルジシロキサンが用いられる。
用いることができる。
ルジシロキサン(HMDSO)などの場合、該シリル化剤はゲル内外の水によっ
て形成された水性相から容易に分離される。これにより、過剰の試薬を簡単に再
利用することができる。その結果、たとえば過剰の濃度を用いることにより、シ
リル化時間を最短化することができる。
シリル化手段から生成させることができる。これはシリル化の直前および/最中
に実施することができる。さらにこれは、ヒドロゲルの内表面上で反応の前およ
び/または最中に直接的に行うこともできる。ここでも、シリル化剤と言う用語
は、実際のシリル化に必要とされる、あるいは原理上は互いに化学的平衡関係に
ある物質の混合物を意味すると理解される。たとえば、混合物は触媒として機能
する酸または塩基を含んでいてもよい。
酸、ギ酸、および/または塩酸である。特に好ましいのは、塩酸および酢酸であ
る。最も好ましいのは酢酸である。これらの酸の混合物を使用してもよい。好適
に用いられる塩基は、NH4OH,NOAH,KOHおよび/またはAl(OH )3であるが、特に好ましいのは苛性ソーダ溶液である。酸または塩基は、シリ ル化剤の添加前、最中および/または後に添加することができる。
および/または少なくとも1つのシリル化剤とともに行われ、この場合もまた、
上述の酸および塩基が好ましい。
、および/または、これらとともにガス相にもたらすこともできるし、および/
または、液相中で混合することもできる。ガス相および/または液相における、
気化前および/または気化中の、シリル化剤と酸または塩基との反応も同様に可
能である。しかしながら、酸または塩基をヒドロゲルの水に溶解することも可能
である。
ル中に存在している。この場合に好ましいのは、酸または塩基の水性溶液で洗浄
することか、あるいはガス状の酸または塩基によって処理することである。酸ま
たは塩基は、非常に高濃度の水性溶液として、あるいはガス状、特にガスの形態
で存在させることが特に好ましい。
にあり、好ましくは10重量%から最大可能濃度までの範囲にある。塩酸の場合
、濃度は5重量%より大きく、好ましくは10重量%よりも大きく、特に好まし
くは15重量%よりも大きい。
塩基との反応により、ゲルの内表面と反応する化合物の形成が可能となり、該化
合物は加速または自己触媒効果を有している可能性もある。
説明は本発明を決して限定するものではない。
えばヒドロゲルの細孔内の水の中のHClとも反応することができる。HClと
の反応により、トリメチルクロロシランおよび水が生じる。得られたトリメチル
クロロシランは水に可溶であり、水相中に分散することができ、ヒドロゲルの内
表面および/または細孔内の水と反応することができる。これにより水相中の反
応性分子の濃度が増大し、シリル化剤がより迅速に細孔の内部に位置する内表面
に達することが可能になる。
3である)で表されるシランが用いられる。R1およびR2はそれぞれ独立して、
同一または別々に、それぞれ水素原子または非反応性の有機の直鎖状、分枝状、
環状の飽和または不飽和の、芳香族またはヘテロ芳香族基であり、好ましくはC 1 からC18アルキルまたはC6−C14−アリール、特に好ましくはC3−C6−アリ
ール、シクロヘキシルまたはフェニル、特にメチルまたはエチルである。好まし
くは、トリメチルクロロシランが用いられる。イソプロペンオキシシランやシラ
ザンも適している。
シリル化剤から発生させることができる。これはシリル化の直前および/最中に
実施することができる。さらにこれは、ヒドロゲルの内表面上で反応の直前およ
び/または最中に行うこともできる。ここでも、シリル化剤と言う用語は、実際
のシリル化に必要とされる、あるいは原理上は互いに化学的平衡関係にある物質
の混合物を意味すると理解される。たとえば、混合物は触媒として機能する酸ま
たは塩基を含んでいてもよい。
酸、ギ酸、および/または塩酸である。塩酸および酢酸が特に好ましい。最も好
ましいのは塩酸である。しかしながら、適当な酸の混合物を使用してもよい。一
般に用いられる塩基は、NH4OH,NaOH,KOHおよび/またはAl(O H)3であるが、苛性ソーダ溶液が好ましい。酸または塩基は、シリル化剤の添 加前、最中および/または後に添加することができる。これに関してシリル化剤
は、酸または塩基とともに蒸発させることもできるし、および/または、これら
とともにガス相にもたらすこともできるし、および/または、液相中で混合する
こともできる。ガス相および/または液相における、蒸発前および/または後の
、シリル化剤と酸または塩基との反応も同様に可能である。しかしながら、酸ま
たは塩基をヒドロゲルの水に溶解することも可能である。
なくとも1つの酸または塩基によって、加速または触媒される可能性がある。好
ましくは好適な酸または塩基として上述したものが、同様に好ましい。酸または
塩基は、当業者によって知られている任意の方法によって水性ゲル中で利用可能
にすることができる。これに関して好適なのは、酸または塩基の水性溶液で洗浄
するか、あるいはガス状の酸または塩基によって処理するかである。酸または塩
基は、非常に高濃度の水性溶液として、あるいはガス状の形態で存在することが
特に好ましい。
り、酸または塩基の場合には、0重量%から最大可能濃度までの範囲にある。塩
酸の場合には、濃度は1重量%より大きく、好ましくは5重量%よりも大きい。
10重量%より大きい濃度が特に好ましいが、15重量%より大きい濃度が特に
好ましい。
、シリル化剤のさらなる反応を加速または自己触媒するような酸または塩基など
の化合物が形成される可能性がある。
明は本発明を決して限定するものではない。
の細孔内の水とも反応することができる。内表面との反応の場合、副産物はHC
lである。水との反応の間に、ヘキサメチルジシロキサンおよびHClが生成さ
れる。生成したHClは残存している水中で解離して、内表面とのさらなる反応
を加速することができるとともに、ヘキサメチルジシロキサンが生じる。このヘ
キサメチルジシロキサンは再分解して、トリメチルクロロシランになる。これに
より反応性分子の濃度が増大する。
または塩基が形成された場合、湿潤ゲル内の酸または塩基の濃度が増大すること
になる。
である。このことは、当業者によって知られている任意の乾燥方法に従って、好
ましくは−30℃から200℃、特に好ましくは0℃から200℃の温度で、ま
た好ましくは0.001バールから20バール、特に好ましくは0.01バール
から5バール、特に0.1バールから2バールにおいて、たとえば照射、対流お
よび/または接触乾燥によって実施することができる。少なくとも1つのガスに
よって外表面を乾燥することが好ましい。これに関して、化学的に不活性なガス
が好ましい。特に好ましいのは窒素およびアルゴンであり、特に窒素が好ましい
。
中のpH値に変化をもたらす少なくとも1つのガス、たとえば塩酸またはアンモ
ニアなどを用いて実施することができる。ここで好ましいのは、pH値を7未満
にするようなガスである。HClガスが特に好ましい。しかしながら、化学的に
不活性なガスとの混合物も用いることができる。
る。このことは、必要であれば、たとえば冷却または高圧などの適切な手段によ
って防ぐことができる。
から30体積%の範囲、特に好ましくは5から20体積%の範囲での湿潤ゲルの
収縮が見られる。その結果、細孔内の水または有機物質の量が、シリル化の前お
よび/または最中および/または後、および/または次の乾燥の前において、最
初の量と比較して減少し、その結果、シリル化の前および/または最中および/
または後、および/または次の乾燥の最中において利用される物質の量が減少す
る。これにより、細孔から蒸発される溶媒が減少するため、たとえば設備の大き
さやエネルギーに関して大きく出費を抑えることができる。
キサメチルジシロキサン(HMDSO)を用いて水を除去することによって、乾
燥させることもできる。 シリル化剤に加えて、少なくとも1つのキャリヤガスまたはキャリヤガス流を
用いることもできる。臨床的に不活性なガスが用いられる。特に好ましいのは窒
素およびアルゴンであり、特に窒素が好ましい。キャリヤガスの温度は、一般に
20℃から400℃である。
。しかしながら、化学的に達成可能な表面基のすべてを修飾できるにすぎない。
ならびに流速、ならびにキャリヤガスのおそらくは温度および流速などのパラメ
ータを選択することによって、シリル化剤に対する細孔内の水の交換の程度、な
らびに乾燥の程度をシリル化の最中に調節することができる。
が完全または部分的に交換される。
(たとえばトリメチルクロロシラン)と反応して、水に不溶の化合物(ヘキサメ
チルジシロキサン)が生成されるようにして実施される場合、必要であれば、形
成された化合物の分子容分だけ少なくとも水の一部を細孔から取り除くようにす
る。
または完全に、水に不溶の媒質に交換されることになる。これらの水に不溶の媒
質は、ゲル内外の水によって与えられる水性相よりも優先して容易に分離するこ
とができる。これにより過剰の試薬を簡単に再利用することができる。したがっ
て、たとえば過剰の濃度を用いることにより、シリル化の時間を最短化すること
ができる。
れば簡単に再利用することができ、1つまたはそれ以上のシリル化剤を提供され
る。このことを、TMCSをシリル化剤の例にとって簡単に説明する。
。適当な条件下での分離後、HMDSOおよびHClは再び反応して、TMCS
および水を与える。
ロトン性溶媒で、未反応のシリル化剤が実質的に除去される(残留量が0.1重
量%以下)まで、そしてガスの水分含量が好ましくは5重量%未満、特に好まし
くは3重量%未満、特に1重量%未満になるまで洗浄することもできる。一般に
、脂肪族アルコール、エーテル、エステルまたはケトン、ならびに脂肪族または
芳香族炭化水素が溶媒として用いられる。好ましい溶媒は、メタノール、エタノ
ール、アセトン、テトラヒドロフラン、酢酸のエチルエステル、ジオキサン、ペ
ンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタンおよびトルエンである。しかしながら、前
記溶媒の混合物を用いることもできる。
好ましいのは、トリメチルクロロシラン、トリメチルシロキサン、ヘキサメチル
ジシロキサン、およびヘキサメチルジシロキサンである。ヘキサメチルジシロキ
サンが特に好ましい。しかしながら、前記シリル化剤の混合物を用いてもよい。
的に、表面張力の低い溶媒または溶媒の混合物を含んでいることが望ましい。ヘ
キサメチルジシロキサンが好ましい。
は−13℃から200℃の温度で、特に好ましくは0℃から150℃の温度で、
そして好ましくは0.001バールから20バール、特に好ましくは0.01バ
ールから5バール、特に0.1バールから2バールの圧力で、たとえば照射、対
流および/または接触乾燥によって、好ましくは亜臨界乾燥される。乾燥は、好
ましくはゲルの溶媒残存量が0.1重量%未満になるまで続けられる。乾燥によ
って得られたエーロゲルは、修飾の程度に応じて、完全または部分的に疎水性で
ある。この疎水性は持続する。
、各溶媒の温度を200℃より高くする、および/または、圧力を20バールよ
り大きくする必要がある。このことは比較的容易ではあるが、コストの上昇を伴
う。
網目の強化を行うこともできる。これは、得られたゲルを、R1 4-nSi(OR2 )n(式中、n=2から4であり、R1およびR2はそれぞれ独立して、水素原子 、直鎖または分枝鎖C1−C6−アルキル、シクロヘキシルまたはフェニル基であ
る) の式で表される縮合可能なオルトケイ酸塩(好ましくはアルキルまたはアリール
オルトケイ酸塩)の溶液、あるいは水性のケイ酸溶液と反応させることによって
達成できる。
任意の処置工程に続いて、粉砕などの当業者によって知られている任意の技術に
よって小さくすることができる。
完全または部分的に疎水性である。この疎水性は永続する。使用した方法によっ
て得られたエーロゲルは、その内表面にSi−Rおよび/またはSi−OH基の
みを担持し、Si−OH基は担持していない。
している。トリアルキルクロロシランおよび/またはヘキサアルキルジシロキサ
ンによって、本発明に従う特に好ましい有機修飾を行った結果、内表面上のSi
−OHの完全または部分的な反応が起こり、Si−O−Si(R)3基が得られ る。先行技術の陳述とは対照的に、全プロセスの間に、ゲルがアルコール(メタ
ノール、エタノール、イソプロパノールなど)、ケトン(アセトンなど)、エー
テル(ジメトキシエーテルなど)、あるいはテトラヒドロフランなどの反応性溶
媒と接触しないので、ガスの内表面上にSi−OR基が形成されることができな
い。
に有機溶媒が沈積することになる。これにより、OH基が各シリル化剤と完全に
反応してしまうことが防止される。
リル化剤にとって空間的に到達可能なすべてのSi−OH基が、シリル化剤と反
応できるようになる。その結果、理論的に可能な占有率に近い、非常に高い内表
面占有率を達成することができる。このことは、ここに記載したシリル化の方法
が、先行技術の陳述とは対照的に、ヒドロゲルの細孔内の相当に過剰の反応性シ
リル化剤を提供することができるということによって、支持される。その結果、
シリル化剤の平衡を完全に修飾表面の側に移行させることができる。
細に説明するが、これらの実施例によって限定されることはない。
91.2mL)の四塩化ケイ素(SiCl4)(7℃に冷却)にゆっくりと滴下 して混合する。発熱を伴ってこの手順において形成された湿潤ゲルは、6.1重
量%のSiO2濃度を有すると算出される。 ゲルは、50℃において実験1,2および3では30分間、実験4では2時間
熟成させる。 シリル化のために、100gのヒドロゲルを100mLのヘキサメチルジシロ
キサン(HMDSO)に懸濁し、52.5g(0.5モル、70mL)のトリメ
チルクロロシランと混合した。数分以内に、HMDSO相の下に水性相が形成さ
れる。30分後、疎水性HMDSO湿潤ゲルをHMDSO相から取り除き、乾燥
させる。乾燥は、熱窒素流(1500L/時間、200℃)中で1時間行う。
タASAP2010によって、DIN66131に対する多点BET測定法を用
いて決定した。使用した試験片の量は約0.2gエーロゲルであった。試験片を
準備するために、エーロゲルを真空下(10-2バールから10-3バール)におい
て110℃で少なくとも17時間脱気した。測定は、液体窒素の温度である77
°K(ケルビン)において行った。比表面積は、吸着等温線の0.05から0.
25の相対圧力範囲(P/P0)内の5つの測定点から決定した。これにおいて 、N2分子に必要な空間は0.162cu.nmであることが推定された。測定 点を、相対圧力0.05,0.1,0.15,0.2および0.25において、
平衡圧力の変動が最大±2%になるときに記録した。
圧(High Temperatures−High Pressures)、V
ol.21,267−274 (1989)を参照のこと)を用いて測定した。
Claims (19)
- 【請求項1】 有機的に修飾されたエーロゲルの製造方法であって、 a)四塩化ケイ素と水との直接反応によってヒドロゲルが得られ、 b)工程a)において得られたヒドロゲルが表面修飾され、 c)工程b)において得られた表面修飾されたゲルが乾燥されることを特徴と
する方法。 - 【請求項2】 ゲル製造の前および/または最中に、乳白剤が添加されるこ
とを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 ゲル製造の前および/または最中に、繊維が添加されること
を特徴とする請求項2または3に記載の方法。 - 【請求項4】 工程a)において得られたヒドロゲルを、工程b)において
表面修飾される前に熟成させることを特徴とする前出の請求項の少なくとも1項
に記載の方法。 - 【請求項5】 得られたヒドロゲルは、工程b)において表面シリル化され
ることを特徴とする前出の請求項の少なくとも1項に記載の方法。 - 【請求項6】 シリル化媒質は、液体および/またはガスまたは蒸気として
使用されることを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 式R1 4-nSiClnまたはR1 4-nSi(OR2)n(式中、n =1から4である)がシリル化媒質として使用され、R1およびR2はそれぞれ独
立して、同一または別々に、それぞれ水素原子または非反応性の有機の直鎖状、
分枝状、環状の飽和または不飽和の、芳香族またはヘテロ芳香族基を表すことを
特徴とする請求項5または6に記載の方法。 - 【請求項8】 トリメチルクロロシランがシリル化剤として用いられること
を特徴とする請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 下記の式Iで表されるジシロキサンおよび/または式IIで
表されるジシラザンが、シリル化剤として用いられ、 R3Si−O−SiR3 (I) R3Si−N(H)−SiR3 (II) 式中、遊離基はそれぞれ独立して、同一または別々に、それぞれ水素原子また
は非反応性の有機の直鎖状、分枝状、環状の飽和または不飽和の、芳香族または
ヘテロ芳香族基を表すことを特徴とする請求項5または6に記載の方法。 - 【請求項10】 ヘキサメチルジシロキサンがシリル化剤として用いられる
ことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 表面修飾のための手段は、表面修飾の直前および/または
最中に、好ましくは酸によって発生されることを特徴とする前出の請求項の少な
くとも1項に記載の方法。 - 【請求項12】 表面修飾は、触媒によって加速されることを特徴とする前
出の請求項の少なくとも1項に記載の方法。 - 【請求項13】 表面修飾のための手段に加えて、少なくとも1つのキャリ
ヤガスまたはキャリヤガス流が工程b)において用いられることを特徴とする前
出の請求項の少なくとも1項に記載の方法。 - 【請求項14】 ヒドロゲルの細孔内の水の一部が、表面修飾のために用い
られる媒質と反応して、水に不溶の化合物を生成することを特徴とする前出の請
求項の少なくとも1項に記載の方法。 - 【請求項15】 ヒドロゲルの外表面は、表面修飾の前に乾燥されることを
特徴とする前出の請求項の少なくとも1項に記載の方法。 - 【請求項16】 工程c)の前に、表面修飾されたゲルがプロトン性または
非プロトン性溶媒によって洗浄されることを特徴とする前出の請求項の少なくと
も1項に記載の方法。 - 【請求項17】 工程c)の前に、表面修飾されたゲルがシリル化剤によっ
て洗浄されることを特徴とする前出の請求項の少なくとも1項に記載の方法。 - 【請求項18】 表面修飾されたゲルは、工程c)において亜臨界乾燥され
ることを特徴とする前出の請求項の少なくとも1項に記載の方法。 - 【請求項19】 工程a)において得られたゲルは、シリル化の前に、縮合
物を生成することができる、式R1 4-nSi(OR2)n(式中、n=2から4であ
り、R1およびR2はそれぞれ独立して、水素原子、直鎖または分枝鎖C1からC6 アルキル、シクロヘキシルまたはフェニル基である)を満たすオルトケイ酸塩、
好ましくはアルキルおよび/またはアリールオルトケイ酸塩と反応させるか、あ
るいは、水性のケイ酸溶液と反応させることを特徴とする請求項5から18の少
なくとも1項に記載の方法。
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