JP2001525721A - エーロゲルの圧縮方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、エーロゲル粒子を圧縮装置の中に置いて圧縮する、エーロゲル粒子の圧縮方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 エーロゲルの圧縮方法 本発明の目的は、エーロゲルの圧縮方法である。 エーロゲル、特に気孔率が６０％を超え、密度が０．６g/立法cmであるエーロ ゲルは、極度に低い熱伝導性を示すので、ＥＰ−Ａ−０１７１７２２明細書に記 載されている様に断熱材として、触媒として、または触媒担体として、および吸 着材料としても使用される。さらに、これらのエーロゲルは固体物質に対する屈 折率が非常に低いので、Cerenkov検出器に使用することが知られている。その上 、これらの物質の特殊な音響インピーダンスのため、文献には、例えば超音波領 域におけるインピーダンス適合手段として使用できることが記載されている。 これらのエーロゲルは、薬学または農業における有効成分の担体として使用す ることも可能である。 広い意味、例えば「分散剤として空気を含むゲル」の意味、におけるエーロゲ ルは、適当なゲルの乾燥により製造される。この意味における用語「エーロゲル 」は、より狭い意味のエーロゲル、キセロゲルおよびクリオゲルを包含する。こ れに関して、臨界温度より高い温度で、臨界圧より高い圧力から出発してゲルの 液体が除去される場合、乾燥したゲルは、狭い意味のエーロゲルと呼ばれる。こ れに対して、ゲルの液体が、臨界未満で、例えば液体−蒸気(favour)−境界相を 形成して除去される場合、生じるゲルはキセロゲルと呼ばれることも多い。 本発明でエーロゲルの用語を使用する場合、それは、より広い意味における、 すなわち「分散媒として空気を含むゲル」の意味におけるエーロゲルである。 この用語は、以前の文献から公知の、例えばケイ酸の沈殿により得られる(例 えばＤＥ３０２５４３７、ＤＤ２９６８９８各明細書)、あるいは乾式ケイ酸、 例えばAerosil^TM、として生じるエーロゲルは含まない。これらの場合、製造の 際、比較的大きな距離にわたって均質な三次元的なゲル格子が形成されない。 エーロゲルを問題にする場合、基本的に無機系および有機系エーロゲルを区別 することができる。 無機系エーロゲルは、すでに１９３１年から公知である(S.S．Kistler，Natur e 1931，127，741)。その時から、エーロゲルは様々な出発材料から製造されて いる。これに関して、例えばＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、 ＬｉＯ₂、ＣｅＯ₂、Ｖ₂Ｏ₆エーロゲルおよびこれらの混合物が製造されている(H .D．Gesser，P.C．Goswami，Chem．Rev．1989，89，765以降)。 近年では、非常に広範囲な出発材料、例えばメラミンホルムアルデヒド、に由 来する有機エーロゲルも公知である(R.W．Pekala，J．Master，Sci．1989，24， 3221)。 無機エーロゲルは様々な方法で製造することができる。 一方で、ＳｉＯ₂エーロゲルは、例えばエタノール中でオルトケイ酸テトラエ チルを酸加水分解し、縮合させることにより製造できる。この製法の際、形成さ れたゲルを超臨界乾燥により、その構造を維持しながら、乾燥させることができ る。この乾燥技術に基づく製造法は、例えばＥＰ−Ａ−０３９６０７６、ＷＯ ９２／０３３７８またはＷＯ ９５／０６６１７各明細書から公知である。 しかし、エーロゲルの超臨界乾燥に関与する高圧技術は、経費のかかる製法で あり、安全上、高度の危険性がある。しかし、さらに、エーロゲルの超臨界乾燥 は、非常に経費のかかる製造法である。 超臨界乾燥に代わる方法として、ＳｉＯ₂ゲルの臨界未満乾燥がある。 臨界未満乾燥にかかる経費は、技術が簡単であり、エネルギーコストが低く、 安全上の危険性が少ないために、著しく少ない。 ＳｉＯ₂ゲルは、例えば適当な有機溶剤中、水を使用してテトラアルコキシシ ランを酸加水分解することにより得られる。溶剤を適当な有機溶剤に交換した後 、得られたゲルを別の工程でシリル化剤と反応させる。この反応から得られたＳ ｉＯ₂ゲルを、有機溶剤から、空気中で乾燥させることができる。こうして、密 度が０．４g/立法cm未満で、気孔率が６０％を超えるエーロゲルが達成される。 この乾燥技術に基づく製造法は、ＷＯ ９４／２５１４９明細書に詳細に記載さ れている。 さらに、ＷＯ ９２／２０６２３明細書に記載されている様に、上記のゲルを 、乾燥の前にアルコール水性溶液中で、テトラアルコキシシランと混合し、エー ジングし、ゲルの格子強度を増加させることができる。 しかし、上記の製法で出発材料として使用するテトラアルコキシシランは、同 様に極めて高いコストファクターを代表する。 ＳｉＯ₂ゲルの製造に出発材料として水ガラスを使用することにより、かなり のコスト低下を達成することができる。この目的には、例えばイオン交換樹脂を 使用して水ガラス水溶液からケイ酸を製造し、次いでそのケイ酸を、塩基を加え て重縮合させ、ＳｉＯ₂ゲルを製造することができる。水性媒体を適当な有機溶 剤に交換した後、別の工程で、得られたゲルを、塩素を含むシリル化剤と反応さ せる。次いで、例えばメチルシリル基で表面変性されたＳｉＯ₂ゲルを、同様に 有機溶剤から空気中で乾燥させることができる。この乾燥技術に基づく製造法は 、ＤＥ−Ａ−４３４２５４８明細書から公知である。 水ガラスを原料とし、続いて臨界未満乾燥するＳｉＯ₂エーロゲルの製造に関 して、別の方法が独国特許出願第１９５４１７１５．１号および第１９５４１９ ９２．８号各明細書に開示されている。 さらに、ＤＥ−Ａ−１９５０２４５３明細書には、臨界未満乾燥したエーロゲ ルの製造に塩素を含まないシリル化剤を使用する方法が記載されている。 さらに、臨界未満乾燥したエーロゲルの製造における、有機官能化シリル化剤 を使用する有機官能化がＤＥ−Ａ−１９５３４１９８に記載されている。 しかし、工程技術および製造コストの理由から、エーロゲル粒子の大規模な工 業的製造は、粒子径５mm未満、好ましくは２mm未満、に限られている。 エーロゲル製造の特殊な様式のために、原則的に複数の洗浄および溶剤交換工 程で必要である。これらの工程は拡散に頼っているために、必要とされる時間が 、ゲル粒子の半径の二乗により増加する。その結果、乾燥方法は別にして、エー ロゲル製造コストは粒子径によってもかなり大幅に上昇する。コストの理由から 、できるだけ小さなエーロゲル粒子径を製造することに努力が向けられることに なる。 他方、非常に小さな粒子の取扱いは非常に複雑であり、それにかかるコストも 同様に不利であり、エーロゲルのどの工業的用途も粒子径により制限される。従 って、取扱いの観点から、多くの用途にとって、より大きなエーロゲル粒子が必 要とされるか、または少なくとも有利である。 そこで、本発明の目的は、２mm未満の小さなエーロゲル粒子を、より大きなエ ーロゲル粒子に形成することができる方法を提供することである。 この課題は、エーロゲル粒子を成形装置に入れ、そこで粒子を圧縮する方法に より解決される。この方法では、小さなエーロゲル粒子を大きなエーロゲル粒子 に形成するのが特に簡単である。 エーロゲル粒子の特別な望ましい特性を達成するために、添加剤、充填材およ び／またはバインダーをエーロゲル粒子に添加するが、これらの材料は粒子およ び／または繊維の形態でも、あるいは所望により液体またはペーストの形態でも よい。 好ましい実施態様では、出発材料を成形の前に脱気する。これは、出発材料が ばら荷の形態にある場合、エーロゲル粒子間に存在する気体の一定部分を圧縮の 前に除去する必要があるために、特に有利である。 好ましくは出発材料を減圧にかけて脱気するが、別の実施態様では、成形の際 に脱気を行なうこともできる。 エーロゲル粒子または出発材料を顆粒の形態に成形した後、大きさに応じて分 離するのが有利である。例えば、顆粒サイズの所望の範囲を篩にかけて選別し、 目標とする画分を得ることができる。所望の顆粒範囲未満にある顆粒は成形装置 に循環させ、所望の範囲を超える顆粒は、所望の顆粒範囲内に入る様に粉砕する のが有利である。しかし、粉砕の後、成形装置に直接戻し、再度圧縮することも できる。 後に続く処理の前に、別の実施態様により、顆粒を乾燥させ、その後の処理に 好ましくない、または有害な残留水分を除去する。 しかし、出発材料は成形してスキャブ(scab)を製造することもできるが、その 場合同様に、別の実施態様により、その後の処理工程の前に乾燥させる。 エーロゲル粒子または所望により使用する添加剤を含むエーロゲル粒子の成形は 、従来の、適当な成形装置を使用して行なうことができる。 別の実施態様では、出発材料を雄ダイを使用して雌ダイの中で成形する。この 様にして製造した成形品は、所望によりナイフ、スクレーパー、およびその他で 、所望の大きさに切断することができる。 別の実施態様では、出発材料を雌ダイと、その上を滑るか、または転がるロー ラーの間で成形する。この場合、雌ダイに穴を開けておき、製造される成形品を 、出口側で、ナイフ、スクレーパー、およびその他を使用し、所望の大きさに切 断することができる。 好ましい実施態様では、出発材料を、少なくとも一方が、好ましくは両方が回 転する２本のローラー間で成形する。出発材料をローラー隙間の中にタンピング スクリューで押し込むのが有利である。 さらに別の実施態様により、ローラーの少なくとも一方を穴の開いた中空ロー ラーとして構築する。この場合、製造される成形品を、出口側で適当な装置、例 えばナイフまたはスクレーパー、により所望の大きさに切断するのが有利である 。 さらに別の実施態様では、ローラーの少なくとも一方にある輪郭を付ける。適 当な輪郭を選択することにより、出発材料を顆粒またはある種の凝集性製品細片 、いわゆるスキャブ、の形態に直接成形することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． エーロゲル粒子を成形装置の中に供給し、成形装置中で成形することを 特徴とする、エーロゲル粒子の圧縮方法。 ２． 添加剤、充填材および／またはバインダーをエーロゲル粒子に加えるこ とを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ３． 成分が粒子または繊維の形態にあることを特徴とする、請求項２に記載 の方法。 ４． 成分が液体またはペースト状であることを特徴とする、請求項２に記載 の方法。 ５． 出発材料が成形の前および／または成形の最中に脱気されることを特徴 とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 ６． 出発材料が負の圧力にさらされることを特徴とする、請求項５に記載の 方法。 ７． 出発材料が顆粒に成形されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれ か１項に記載の方法。 ８． 顆粒がその大きさにより分別されることを特徴とする、請求項７に記載 の方法。 ９． 所望の顆粒範囲より下の顆粒が成形装置に戻されることを特徴とする、 請求項８に記載の方法。 １０． 所望の顆粒範囲より上の顆粒が粉砕されることを特徴とする、請求項 ８に記載の方法。 １１． 顆粒がその後の処理の前に乾燥されることを特徴とする、請求項７〜 １０のいずれか１項に記載の方法。 １２． 出発材料がスキャブに成形されることを特徴とする、請求項１〜６の いずれか１項に記載の方法。 １３． スキャブがその後の処理の前に乾燥されることを特徴とする、請求項 １２に記載の方法。 １４． 雄ダイが出発材料を雌ダイ中で成形することを特徴とする、請求項１ 〜１３のいずれか１項に記載の方法。 １５． 出発材料がローラーと雌ダイの間で成形されることを特徴とする、請 求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。 １６． 雌ダイに穴が開いており、成形品が出口側で切断されることを特徴と する、請求項５に記載の方法。 １７． 出発材料が２本のローラー間で成形されることを特徴とする、請求項 １〜１３のいずれか１項に記載の方法。 １８． 少なくとも一方のローラーが穴の開いた中空ローラーであり、成形品 が出口側で切断されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。 １９． 出発材料が２本のローラー間で成形され、２本のローラーの少なくと も一方にある輪郭が付いていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１ 項に記載の方法。