JP2003055495A - 樹脂多孔質体の製造方法 - Google Patents

樹脂多孔質体の製造方法

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JP2003055495A
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resin porous
carbon dioxide
pressure
mpa
meth
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Hideko Tokunaga
英子 徳永
Takayuki Makino
隆之 槙野
Masaharu Fujimoto
雅治 藤本
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明なビニル系架橋樹脂多孔質体を提
供すること。 【解決手段】 湿潤ゲルに、系内の圧力上昇速度が
0.03MPa以下となるように二酸化炭素を加え、そ
の後さらに超臨界状態で二酸化炭素を加えて溶媒の除去
を行い空隙率が50%以上の樹脂多孔質体を製造する方
法。樹脂多孔質体がビニル系架橋樹脂多孔質体であるこ
とが好ましい。圧力上昇速度は0.02MPa/min
以下であることが好ましい。多孔質体の空隙率は60%
以上であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空隙率が50%以
上の樹脂多孔質体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超臨界乾燥法は、空隙率の高い透明な多
孔質体を製造する方法として注目されている。通常、湿
潤ゲルを加熱して乾燥させると微細細孔内に気液界面が
形成され毛管吸引力によってゲルが収縮するため空隙率
の高い多孔質体にはなりにくい。さらに、ゲルの各部分
で毛管応力の差が生じクラックが発生する場合もある。
一方、超臨界乾燥を行った場合、気液の界面はなく溶媒
が空孔から外部へ移動するためゲル構造が保たれたまま
乾燥ゲルが得られ空隙率の高い多孔質体が得られる。さ
らに、細孔の大きさ、細孔を形成する壁の大きさが光の
波長以下の場合は空隙率の高い、透明多孔質体が得られ
る。
【0003】透明な無機多孔質体としてゾル−ゲル法を
用いて合成した湿潤シリカゲルを超臨界状態で乾燥する
方法(米国特許第4327065号公報)等で得られた
シリカエアロゲルが知られている。同様に超臨界乾燥を
利用した有機多孔質体として有機エアロゲルが開発さ
れ、断熱材、プラスチック光ファイバーのクラッド材、
として注目されている。例えば、米国特許第48732
18号公報では、レゾルシノールとホルムアルデヒドの
重縮合により合成した有機湿潤ゲルを、超臨界乾燥する
ことで得られる有機エアロゲルの製造方法が、また米国
特許第5081163号公報では同様の方法によるメラ
ミン−ホルムアルデヒドを用いた有機エアロゲルが知ら
れている。
【0004】しかし、有機湿潤ゲルは湿潤シリカゲルと
比較して構造の剛直性が低いため二酸化炭素を利用した
超臨界乾燥の場合、最初の工程である二酸化炭素の導入
時に急速にゲル内の溶媒置換が起こってゲルの収縮が大
きくなり、空隙率が低下するという課題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、樹脂
多孔質体の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、湿潤ゲルに、
系内の圧力上昇速度が0.03MPa以下となるように
二酸化炭素を加え、その後さらに超臨界状態で二酸化炭
素を加えて溶媒の除去を行い空隙率が50%以上の樹脂
多孔質体を製造する方法である。
【0007】方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、好ましい実施の形態も含め
て、本発明を詳しく説明する。
【0009】本発明の湿潤ゲルとはビニル系架橋ゲルで
あれば特に限定されないが、例えば樹脂部分はアクリル
系樹脂、芳香族ビニル系樹脂、アクリル系モノマーと芳
香族ビニル系モノマーの共重合物などが挙げられる。
【0010】アクリル系樹脂の具体例としてはジペンタ
エリストールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエ
リストールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロ
ールプロパンテトラアクリレート、テトラメチロールメ
タンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトー
ルトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアク
リレート、トリメチロールプロパンプロピレンオキシド
変性トリアクリレート、トリメチロールプロパンエチレ
ンオキシド変性トリアクリレート、イソシアヌール酸エ
チレンオキサイド変性トリ(メタ)アクリレート、イソ
シアヌール酸エチレンオキサイド変性ジ(メタ)アクリ
レート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレー
ト、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネ
オペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6
−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,5−
ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブ
チレングリコールジ(メタ)アクリレート、2,2−ビ
ス(4−(メタ)アクリロキシポリエトキシフェニル)
プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシエ
トキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(3−
(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロポキシ)フ
ェニル)プロパン、1,2−ビス[3−(メタ)アクリ
ロキシ−2−ヒドロキシプロポキシ]エタン、1,4−
ビス[3−(メタ)アクリロキシ−2−ヒドロキシプロ
ポキシ]ブタン等の多官能(メタ)アクリレートの単独
重合体、もしくは二種以上を組み合わせた共重合物、も
しくは上記多官能(メタ)アクリレートを主成分として
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレ
ート、ブチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)
アクリレート、などの単官能(メタ)アクリレートが含
まれた共重合体でも良い。
【0011】芳香族ビニル系樹脂の具体例としては、ジ
ビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、ジビニルナフタ
レン等の多官能芳香族ビニル系モノマーの単独重合物も
しくは二種以上を組み合わせた共重合物、もしくは上記
多官能芳香族ビニル系モノマーを主成分としてスチレ
ン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メ
チルスチレン、p−メチルスチレン、エチルスチレン、
イソプロペニルトルエン、イソブチルトルエン、ter
t−ブチルスチレン、ビニルナフタレン、ビニルビフェ
ニル、1,1−ジフェニルエチレンなどの単官能芳香族
ビニル系モノマーが含まれた共重合体でも良い。
【0012】アクリル系モノマーと芳香族ビニル系モノ
マーの共重合物の具体例としては、上記に挙げられたア
クリル系モノマーと芳香族ビニル系モノマーの各々の1
種以上を組み合わせた少なくとも一種以上の多官能モノ
マーを含む共重合物である。
【0013】湿潤ゲルの溶媒とは有機系溶媒であれば特
に限定されないが、例えば、ベンゼン、エチルベンゼ
ン、トルエン、キシレン、等の芳香族炭化水素、ヘキサ
ン、シクロヘキサン等の炭化水素、エチルイソブチルエ
ーテル、ジプロピルエーテル、1,4−ジオキサン、エ
チレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコー
ルジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチル
エーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、イソ酪
酸エチル、イソ吉草酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチ
ル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢
酸イソブチル、酢酸s−ブチル、酢酸プロピオン酸エチ
ル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、エチレングリコー
ルジアセテート等のエステル類、アセトン、シクロヘキ
サノン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、
メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、
ジエチルケトン等のケトン類が挙げられる。
【0014】本発明においては、系内の圧力上昇速度が
0.03MPa/min以下となるように湿潤ゲルに二
酸化炭素を加える必要がある。圧力上昇速度が0.03
MPa/minより大きいときには湿潤ゲル内の溶媒が
急速に二酸化炭素に置換されて湿潤ゲルの収縮が大きく
なるため得られる多孔質体の空隙率が低下する傾向があ
る。さらに、圧力上昇速度は0.02MPa/min以
下であることが好ましい。さらに本発明においては、超
臨界状態で二酸化炭素を加え溶媒を除去する必要がある
が、超臨界状態であれば特に温度圧力などは限定され
ず、また、溶媒が除去されれば流通時間なども限定され
ないが、例えば溶媒がアセトンの場合は、60℃におい
ては9.4MPa以上のときアセトン−二酸化炭素混合
系の超臨界状態になるため、60℃、25MPaで5時
間二酸化炭素を流通させて溶媒を除去する。
【0015】本発明の製造方法によって得られる多孔質
体は、空隙率が50%以上である。50%未満では多孔
質体への空気の導入による低屈折率化、低誘電率化、軽
量化効果などの発現が低くなる傾向がある。さらに空隙
率は60%以上であることがより好ましい。
【0016】本発明の製造方法によって得られる多孔質
体は、空隙率が高いことから低屈折率、低誘電率、断熱
性などの性質を示す。この性能から、プラスチック光フ
ァイバーのクラッド材、反射防止膜、半導体素子の層間
絶縁膜、断熱材などの用途に使用することができる。空
孔部分に液晶分子、イオン導電体、2色性色素などの機
能性化合物を充填することで機能フィルム(液晶性フィ
ルム、導電フィルムや多色偏光板など)の用途に使用す
ることができる。また、微多孔によるフィルター機能か
ら電光透析膜、電解液保持膜、選択透過膜、ガス分離膜
などの用途に使用することができる。
【0017】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。実施例中の評価は、以下の方法に従い実施し
た。
【0018】(1) 収縮率:湿潤ゲルの長さを
L(cm)、超臨界乾燥後のゲルの長さをl(cm)と
した時に以下の式で算出される。
【0019】収縮率(%)=(L−l)/L×100 (2) 空隙率:樹脂の真密度をD(g/c
)、樹脂多孔質体のかさ密度をd(g/cm)と
した時に以下の式で算出される。
【0020】空隙率(%)=d/D×100 <実施例1>容積1.5mlのマイクロチューブにジト
リメチロールプロパンテトラアクリレート0.225
g、エチレングリコールジメタクリレート0.225
g、トルエン1.05g、2,2’-アゾビス(4−メト
キシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)0.0135
gを入れて重合溶液をつくり、55℃の恒温槽中で3時
間重合を行った。得られたゲルを厚み3mmにスライス
して、乾燥しないようにトルエンが満たされた容量12
mlのホルダー付きガラス容器に装着し、容量34ml
の観察窓付き耐圧容器にガラス容器ごといれた。減圧弁
で液化二酸化炭素のボンベの二次圧を0.5MPaまで
減じ、メータリングバルブを調節して0.01MPa/
minの速度で50分かけて二酸化炭素を導入した。耐
圧容器内の圧力が0.5MPaに到達したのを確認した
後、ボンベの二次圧を1MPaまであげてメータリング
バルブを用いて二酸化炭素を導入した。同様の方法でボ
ンベの一次圧まで耐圧容器の圧力が到達させた後、送液
ポンプを用いて0.01MPa/minの速度で二酸化
炭素を導入して、25MPaにした。導入バルブを閉
め、背圧弁にて圧力が25MPaに保たれるようにし
て、80℃まで昇温した。トルエン−二酸化炭素混合系
は80℃では12〜14MPaで超臨界状態になるた
め、耐圧容器内は超臨界状態である。導入バルブを開け
て、圧力、温度を一定に保ったまま5時間二酸化炭素を
流した。5時間後大気圧までゆっくり圧力を下げて透明
樹脂多孔質体を得た。
【0021】得られた樹脂多孔質体の、収縮率は7.0
%、空隙率は60%であった。
【0022】<比較例1>容積1.5mlのマイクロチ
ューブにジトリメチロールプロパンテトラアクリレート
0.225g、エチレングリコールジメタクリレーと
0.225g、トルエン1.05g、2,2’-アゾビス
(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)
0.0135gを入れて重合溶液をつくり、55℃の恒
温槽中で3時間重合を行った。得られたゲルを厚み3m
mにスライスして、乾燥しないようにトルエンが満たさ
れた容量12mlのホルダー付きガラス容器に装着し、
容量34mlの観察窓付き耐圧容器にガラス容器ごとい
れた。耐圧容器の導入バルブを調節して0.2MPa/
minの速度で30分かけて二酸化炭素を導入し、ボン
ベの一次圧まで耐圧容器の圧力があげた後、送液ポンプ
を用いて0.2MPa/minの速度で二酸化炭素を導
入して、25MPaにした。導入バルブを閉め、背圧弁
にて圧力が25MPaに保たれるようにして、80℃ま
で昇温した。昇温後、導入バルブを開けて、圧力、温度
を一定に保ったまま5時間二酸化炭素を流した。5時間
後大気圧までゆっくり圧力を下げて樹脂多孔質体を得
た。
【0023】得られた樹脂多孔質体の、収縮率は19
%、空隙率は32%であった。
【0024】
【発明の効果】本発明は、空隙率が50%以上の樹脂多
孔質体の製造方法を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4F074 AA15 AA32 AA48 BA32 CA24 CB33 CC03X

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 湿潤ゲルに、系内の圧力上昇速度が0.
    03MPa以下となるように二酸化炭素を加え、その後
    さらに超臨界状態で二酸化炭素を加えて溶媒の除去を行
    い空隙率が50%以上の樹脂多孔質体を製造する方法。
  2. 【請求項2】 樹脂多孔質体がビニル系架橋樹脂多孔質
    体である請求項1記載の製造する方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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