JP2011162756A - Method for producing porous silica-fiber composite, porous silica-fiber composite, and vacuum heat insulation material using the same - Google Patents

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正行 宇都
Midori Utsu
翠 宇都
Yoshitake Shigemasa
義武 繁昌
Sadayasu Abe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a porous silica-fiber composite that is inexpensive and has high insulating performance and excellent mass productivity, flexibility, and constructivity, a porous silica-fiber composite, and a vacuum heat insulation material using the same. <P>SOLUTION: In the method for producing a porous silica-fiber composite, one or more selected from the group consisting of an alkyltrialkoxysilane, an aryltrialkoxysilane, and a bis(trialkoxysilyl)alkane are added under ice-cold conditions to a mixed liquid including an acid aqueous solution having pH of 3-4.5, a nonionic surfactant, a water-soluble aprotic polar organic solvent, and urea to produce siloxane sol; a fibrous structure is impregnated with the siloxane sol; the porous silica-fiber composite is prepared by generating porous silicon oxide gel through the reaction of the siloxane sol inside the fibrous structure at a certain temperature; and replacement of water contained inside by an alcoholic solvent and heating and drying under normal pressure are subsequently performed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法、多孔質シリカ−繊維複合体およびそれを用いた真空断熱材の改良に関する。 The present invention relates to a method for producing a porous silica-fiber composite, a porous silica-fiber composite, and improvement of a vacuum heat insulating material using the same.

エネルギーコストの削減および環境保護の観点から、エアロゲル等の多孔質材料を用いた断熱材が注目されている。エアロゲルは、シリカゲル等のゲル中に含まれる水分を超臨界乾燥により気体(空気)と置換した低密度物質で、伝熱の主要な方法である対流、伝導、放射の全てを遮断するため、断熱性に非常に優れているという特徴を有する。 From the viewpoint of reducing energy costs and protecting the environment, a heat insulating material using a porous material such as airgel has attracted attention. Aerogel is a low-density substance in which the moisture contained in gel such as silica gel is replaced with gas (air) by supercritical drying, and is insulated to block all convection, conduction and radiation, which are the main methods of heat transfer. It has the characteristic that it is very excellent in property.

シリカ、アルミナ等の金属酸化物を骨格とするエアロゲルは、金属アルコキシド等を前駆体とするゾル−ゲル法等の液相法により合成される。そのため、溶媒の乾燥が必要不可欠であるが、その際に、溶媒の表面張力に起因する微細構造の収縮や破壊、クラックの発生等が起こりやすいという問題点を有している。そこで、現在市販されているエアロゲルにおいて、乾燥には超臨界乾燥法が用いられている。しかしながら、超臨界乾燥は大がかりな装置を必要とするため製造コストが高くなると共に、量産性の点で課題を有している。 An airgel having a metal oxide such as silica or alumina as a skeleton is synthesized by a liquid phase method such as a sol-gel method using a metal alkoxide or the like as a precursor. For this reason, drying of the solvent is indispensable, but at this time, there is a problem that the shrinkage and destruction of the fine structure, the generation of cracks, etc. easily occur due to the surface tension of the solvent. Therefore, a supercritical drying method is used for drying airgel currently on the market. However, since supercritical drying requires a large-scale apparatus, the manufacturing cost increases, and there is a problem in terms of mass productivity.

例えば、特許文献1では、(a)分子中に加水分解性官能基および非加水分解性官能基を有するシリコン化合物を、界面活性剤を含む酸性水溶液に添加して、ゾルを生成する反応と前記ゾルをゲル化させる反応とを一段階で行わせる工程と、(b)工程(a)によって形成されたゲルを乾燥させる工程と、を含み、工程(b)では、前記ゲルの乾燥に用いられる溶媒の臨界点未満の温度および圧力下で、前記ゲルを乾燥させるアルキルシロキサンエアロゲルおよびその製造方法が開示されている。
また、特許文献2では、繊維を絡合および/または接着させてなる嵩密度が0.01g/cm以上である繊維構造体100重量部の空間に対し、平均粒子径1μm以下の微粒子1〜250重量部を、該繊維構造体により保持させてなる繊維・微粒子複合断熱材が開示されている。
For example, in Patent Document 1, (a) a reaction of generating a sol by adding a silicon compound having a hydrolyzable functional group and a non-hydrolyzable functional group in a molecule to an acidic aqueous solution containing a surfactant; And (b) a step of drying the gel formed by the step (a), and the step (b) is used for drying the gel. An alkylsiloxane aerogel for drying the gel under a temperature and pressure below the critical point of the solvent and a method for producing the same are disclosed.
Further, in Patent Document 2, fine particles 1 to 1 μm or less in average particle diameter of 1 μm or less with respect to a space of 100 parts by weight of a fiber structure having a bulk density of 0.01 g / cm 3 or more formed by entanglement and / or adhesion of fibers. A fiber / fine particle composite heat insulating material in which 250 parts by weight is held by the fiber structure is disclosed.

国際公開第2007/010949号パンフレットInternational Publication No. 2007/010949 Pamphlet 特開2002−333092号公報JP 2002-333092 A

しかしながら、特許文献1記載のアルキルシロキサンエアロゲルは、超臨界乾燥を用いないため、乾燥工程に要するコストが従来のエアロゲルよりも小さくなるが、脆くて曲げ応力や衝撃により破断しやすいというエアロゲルの欠点については解決されていない。今日の自動車、航空機、産業用の高温設備は狭小スペースで複雑な形状をしており、これらを断熱するためには熱抵抗が大きく、柔軟で施工性に優れた断熱材が求められているが、特許文献1記載のアルキルシロキサンエアロゲルは、柔軟性および施工性の点で上記のようなニーズに十分応えることが困難である。
また、特許文献2記載の繊維・微粒子複合断熱材は、繊維構造体の内部に微粒子が保持されているが、微粒子の脱落による粉塵の発生や断熱性能の低下等の問題を生じるおそれがある。
However, since the alkylsiloxane airgel described in Patent Document 1 does not use supercritical drying, the cost required for the drying process is smaller than that of the conventional airgel. However, the airgel is brittle and easily breaks due to bending stress or impact. Is not solved. Today's high-temperature equipment for automobiles, aircraft, and industry has a complicated shape in a small space, and in order to insulate them, there is a demand for heat insulation that has high thermal resistance, flexibility, and excellent workability. The alkylsiloxane airgel described in Patent Document 1 is difficult to sufficiently meet the above needs in terms of flexibility and workability.
Moreover, although the fine particle is hold | maintained inside the fiber structure, the fiber and fine particle composite heat insulating material described in Patent Document 2 may cause problems such as generation of dust due to dropout of fine particles and deterioration of heat insulation performance.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、安価で高い断熱性能を有し、かつ量産性、柔軟性、施工性に優れた多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法、多孔質シリカ−繊維複合体およびそれを用いた真空断熱材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a method for producing a porous silica-fiber composite that is inexpensive, has high heat insulation performance, and is excellent in mass productivity, flexibility, and workability, and porous silica-fiber. It aims at providing a composite and a vacuum heat insulating material using the same.

前記目的に沿う本発明の第1の態様は、下記の(1)〜(7)に記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法を提供することにより上記課題を解決するものである。
(1)pH3〜4.5の酸性水溶液100重量部と、非イオン性界面活性剤10〜40重量部と、水溶性の非プロトン性極性有機溶媒30〜50重量部と、尿素30〜70重量部とを含む混合液に、アルキルトリアルコキシシラン、アリールトリアルコキシシラン、およびビス(トリアルコキシシリル)アルカンからなる群より選択される1または複数のアルコキシシラン化合物50〜100重量部を氷冷下添加し、前記混合液中でシロキサンゾルを生成させる工程Aと、前記シロキサンゾルを含む混合液を繊維構造体に含浸させる工程Bと、前記繊維構造体の内部で前記シロキサンゾルを一定の温度で反応させ、多孔質の酸化ケイ素ゲルを生成させることにより、前記酸化ケイ素ゲルが前記繊維構造体の内部に形成された多孔質シリカ−繊維複合体を調製する工程Cと、前記多孔質シリカ−繊維複合体をアルコール溶媒に浸漬し、内部に含まれる水をアルコール溶媒に置換する工程Dと、前記多孔質シリカ−繊維複合体を常圧下で加熱して、内部に含まれる前記アルコール溶媒を乾燥させる工程Eとを有する多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。
(2)前記工程Dと前記工程Eとの間に、前記多孔質シリカゲルに含まれるシラノール基とアルキル化剤とを反応させる工程Fをさらに有する(1)記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。
(3)前記繊維構造体が不織布である(1)および(2)のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。
(4)前記繊維構造体が中空繊維を含み、前記多孔質シリカゲルがその内部に形成されている(1)から(3)のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。
(5)前記水溶性の非プロトン性極性有機溶媒がN,N−ジメチルホルムアミドである(1)から(4)のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。
(6)前記アルコール溶媒が、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−2−プロパノールからなる群より選択される1または複数である(1)から(5)のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。
(7)前記アルキル化剤が、アルキルトリハロシラン、ジアルキルジハロシラン、トリアルキルハロシラン、アルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシランおよびトリアルキルアルコキシシランからなる群より選択される1または複数である(2)から(6)のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。
The 1st aspect of this invention in alignment with the said objective solves the said subject by providing the manufacturing method of the porous silica-fiber composite as described in following (1)-(7).
(1) pH 3 to 4.5 acidic aqueous solution 100 parts by weight, nonionic surfactant 10 to 40 parts by weight, water-soluble aprotic polar organic solvent 30 to 50 parts by weight, urea 30 to 70 parts by weight 50 to 100 parts by weight of one or more alkoxysilane compounds selected from the group consisting of alkyltrialkoxysilanes, aryltrialkoxysilanes, and bis (trialkoxysilyl) alkanes are added to a mixed solution containing the components under ice-cooling. Then, the step A for producing a siloxane sol in the mixed solution, the step B for impregnating the fiber structure with the mixed solution containing the siloxane sol, and the reaction of the siloxane sol at a constant temperature inside the fiber structure. The porous silicon oxide gel is formed inside the fibrous structure by forming a porous silicon oxide gel. Step C for preparing a composite, Step D for immersing the porous silica-fiber composite in an alcohol solvent, and substituting the alcohol solvent for water contained therein, and subjecting the porous silica-fiber composite to normal pressure And a step E for drying the alcohol solvent contained therein, and a method for producing a porous silica-fiber composite.
(2) The porous silica-fiber composite according to (1), further comprising a step F of reacting a silanol group contained in the porous silica gel with an alkylating agent between the step D and the step E. Production method.
(3) The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of (1) and (2), wherein the fiber structure is a nonwoven fabric.
(4) The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of (1) to (3), wherein the fiber structure includes hollow fibers, and the porous silica gel is formed therein.
(5) The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of (1) to (4), wherein the water-soluble aprotic polar organic solvent is N, N-dimethylformamide.
(6) The alcohol solvent is one or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and 2-methyl-2-propanol (1) To 5. The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of (5).
(7) The alkylating agent is one or more selected from the group consisting of alkyltrihalosilanes, dialkyldihalosilanes, trialkylhalosilanes, alkyltrialkoxysilanes, dialkyldialkoxysilanes, and trialkylalkoxysilanes ( The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of 2) to (6).

本発明の第2の態様は、
(8)本発明の第1の態様に係る(上記(1)から(7)のいずれか1項記載の)製造方法で製造される多孔質シリカ−繊維複合体を提供することにより上記課題を解決するものである。
The second aspect of the present invention is:
(8) By providing a porous silica-fiber composite manufactured by the manufacturing method according to the first aspect of the present invention (described in any one of (1) to (7) above), It is a solution.

本発明の第3の態様は、
(9)ガスバリア性を有する包装材の内部に、本発明の第2の態様に係る(上記(8)記載の)多孔質シリカ−繊維複合体を減圧密封した真空断熱材を提供することにより上記課題を解決するものである。
The third aspect of the present invention is:
(9) By providing a vacuum heat insulating material in which the porous silica-fiber composite according to the second aspect of the present invention (described in (8) above) is sealed under reduced pressure inside the packaging material having gas barrier properties. It solves the problem.

本発明によると、安価で高い断熱性能を有し、かつ量産性、柔軟性、施工性に優れた多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法、多孔質シリカ−繊維複合体およびそれを用いた真空断熱材が提供される。 According to the present invention, a method for producing a porous silica-fiber composite having low cost, high heat insulation performance, and excellent mass productivity, flexibility, and workability, a porous silica-fiber composite, and a vacuum using the same Insulation is provided.

実施例1において得られた多孔質シリカ−繊維複合体の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of the porous silica-fiber composite obtained in Example 1. FIG. 本発明の第2の実施の形態に係る真空断熱材の製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the vacuum heat insulating material which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第1の実施の形態に係る多孔質シリカ−繊維複合体(以下「複合体」と略称する場合がある。)は、下記の工程を有する製造方法(以下「本製造方法」と略称する場合がある。)を用いて製造される。
(1)pH3〜4.5の酸性水溶液100重量部と、非イオン性界面活性剤10〜40重量部と、水溶性の非プロトン性極性有機溶媒5〜15重量部と、尿素30〜70重量部とを含む混合液に、アルキルトリアルコキシシラン、アリールトリアルコキシシラン、およびビス(トリアルコキシシリル)アルカンからなる群より選択される1または複数のアルコキシシラン化合物50〜100重量部を氷冷下添加し、混合液中でシロキサンゾルを生成させる工程A
(2)工程Aで調製したシロキサンゾルを含む混合液を繊維構造体に含浸させる工程B
(3)前記繊維構造体の内部で前記シロキサンゾルを一定の温度で反応させ、多孔質の酸化ケイ素ゲル(以下「多孔質ゲル」と略称する場合がある。)を生成させることにより、前記酸化ケイ素ゲルが前記繊維構造体の内部に形成された多孔質シリカ−繊維複合体を調製する工程C
(4)工程Cで調製した多孔質シリカ−繊維複合体をアルコール溶媒に浸漬し、内部に含まれる水をアルコール溶媒に置換する工程D
(5)多孔質シリカ−繊維複合体を常圧下で加熱して、内部に含まれる前記アルコール溶媒を乾燥させる工程E
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
The porous silica-fiber composite according to the first embodiment of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “composite”) is a production method having the following steps (hereinafter abbreviated as “present production method”). May be used).
(1) pH 3 to 4.5 acidic aqueous solution 100 parts by weight, nonionic surfactant 10 to 40 parts by weight, water-soluble aprotic polar organic solvent 5 to 15 parts by weight, urea 30 to 70 parts by weight 50 to 100 parts by weight of one or more alkoxysilane compounds selected from the group consisting of alkyltrialkoxysilanes, aryltrialkoxysilanes, and bis (trialkoxysilyl) alkanes are added to a mixed solution containing the components under ice-cooling. Step A of generating a siloxane sol in the mixed solution
(2) Step B of impregnating the fiber structure with the mixed liquid containing the siloxane sol prepared in Step A
(3) By reacting the siloxane sol at a constant temperature inside the fiber structure to form a porous silicon oxide gel (hereinafter sometimes referred to as “porous gel”), the oxidation is performed. Step C of preparing a porous silica-fiber composite in which a silicon gel is formed inside the fiber structure
(4) Step D in which the porous silica-fiber composite prepared in Step C is immersed in an alcohol solvent, and the water contained therein is replaced with the alcohol solvent.
(5) Step E of heating the porous silica-fiber composite under normal pressure to dry the alcohol solvent contained therein

以下、各工程についてより詳細に説明する。
(1)工程A
工程Aにおけるシロキサンゾルの形成は、酸触媒の存在下で行われる。アルコキシシラン化合物の加水分解および縮合反応によるシロキサンオリゴマーの生成は、酸および塩基のいずれによっても触媒されるが、塩基触媒では反応速度が大きくなりすぎ密度の高い酸化ケイ素ゲルが得られるため、多孔質ゲルの形成には、反応速度がより小さい酸触媒を用いることが好ましいためである。
Hereinafter, each process will be described in more detail.
(1) Process A
Formation of the siloxane sol in step A is performed in the presence of an acid catalyst. The production of siloxane oligomers by hydrolysis and condensation reactions of alkoxysilane compounds is catalyzed by both acids and bases. However, since the reaction rate is too high with a base catalyst, a silicon oxide gel having a high density is obtained. This is because it is preferable to use an acid catalyst having a lower reaction rate for forming the gel.

pH3〜4.5の酸性水溶液の調製に用いられる酸としては、水溶性である限りにおいて特に制限はなく、価格、入手の容易さ、安全性等を考慮した上で任意の有機酸および無機酸を用いることができる。有機酸の具体例としては、酢酸、ギ酸、プロピオン酸等のモノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸等のジカルボン酸、乳酸、酒石酸等のオキシカルボン酸、クエン酸、リンゴ酸等の多価カルボン酸等が挙げられる。無機酸の具体例としては、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等が挙げられる。 The acid used for the preparation of the acidic aqueous solution having a pH of 3 to 4.5 is not particularly limited as long as it is water-soluble. Any organic acid and inorganic acid can be used in consideration of price, availability, safety and the like. Can be used. Specific examples of organic acids include monocarboxylic acids such as acetic acid, formic acid and propionic acid, dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid and maleic acid, oxycarboxylic acids such as lactic acid and tartaric acid, citric acid and malic acid And polyvalent carboxylic acids. Specific examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and the like.

空隙率の高い多孔質ゲルを形成させるために、酸性水溶液に界面活性剤を添加する。両親媒性の界面活性剤が水中で形成するナノスケールの分子集合体(ミセル等)を鋳型として利用し、多孔質の無機酸化物をゾル−ゲル法で合成する方法は、ゼオライトの合成等に広く用いられている。しかし、カチオン性界面活性剤を多孔質ゲルの調製に用いると、微細構造を有する多孔質ゲルが得られる反面、多孔質ゲルの機械的強度が低くなり、乾燥時の収縮等によって微細構造が破壊される等の問題が生じる。 In order to form a porous gel having a high porosity, a surfactant is added to the acidic aqueous solution. A method for synthesizing porous inorganic oxides by sol-gel method using nanoscale molecular aggregates (micelles, etc.) formed by amphiphilic surfactants in water as a template. Widely used. However, when a cationic surfactant is used in the preparation of a porous gel, a porous gel having a fine structure can be obtained. On the other hand, the mechanical strength of the porous gel is reduced, and the fine structure is destroyed by shrinkage during drying. Problems occur.

そこで、工程Aにおいては、非イオン性界面活性剤を用いる。非イオン性界面活性剤としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド共重合体等が挙げられる。これらの非イオン性界面活性剤を用いると、シラノール基にポリオキシエチレン鎖が吸着し、部分的に疎水環境が形成される。それに伴い、徐々に相溶性が低下し相分離が起こるため、重合の進行と共に網目構造を有する多孔質ゲルを形成することができる。 Therefore, in step A, a nonionic surfactant is used. Examples of the nonionic surfactant include polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene oxide-polypropylene oxide copolymer, and the like. When these nonionic surfactants are used, polyoxyethylene chains are adsorbed on silanol groups, and a hydrophobic environment is partially formed. Accordingly, the compatibility gradually decreases and phase separation occurs, so that a porous gel having a network structure can be formed with the progress of polymerization.

非イオン性界面活性剤の添加量は、酸性水溶液100重量部に対し10〜40重量部、好ましくは15〜25重量部である。非イオン性界面活性剤の添加量が多すぎると後の工程においてゲル化が進行せず、少なすぎると得られる多孔質ゲルの空隙率が低くなる。 The addition amount of a nonionic surfactant is 10-40 weight part with respect to 100 weight part of acidic aqueous solution, Preferably it is 15-25 weight part. If the amount of the nonionic surfactant added is too large, gelation does not proceed in the subsequent step, and if it is too small, the porosity of the resulting porous gel is lowered.

多孔質ゲルの製造において大きな問題となるのが、乾燥時における収縮に伴う微細構造の破壊である。従来のエアロゲルの合成においては、この問題を回避するために超臨界状態で乾燥を行っており、そのことが、製造コストの上昇、量産化の困難性等の原因となっている。そこで、本製造方法では、反応液の揮発性および表面張力を低下させることにより、乾燥に伴うクラックの発生を抑制するために、水溶性の非プロトン性極性有機溶媒を用いる。 A major problem in the production of porous gels is the destruction of the microstructure accompanying shrinkage during drying. In conventional airgel synthesis, drying is performed in a supercritical state in order to avoid this problem, which causes an increase in manufacturing cost, difficulty in mass production, and the like. Therefore, in this production method, a water-soluble aprotic polar organic solvent is used in order to suppress the occurrence of cracks associated with drying by reducing the volatility and surface tension of the reaction solution.

水溶性の非プロトン性極性有機溶媒の具体例としては、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチルピロリドン(NMP)、スルホラン等が挙げられるが、最も好ましいのはN,N−ジメチルホルムアミドである。 Specific examples of the water-soluble aprotic polar organic solvent include N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), sulfolane. Most preferred is N, N-dimethylformamide.

水溶性の非プロトン性極性有機溶媒の添加量は、酸性水溶液100重量部に対し5〜15重量部、好ましくは6〜10重量部である。添加量が少なすぎると十分な収縮およびクラック抑制効果が得られず、多すぎると製造コストの上昇を招く。
なお、必要に応じてメタノール等の水溶性の有機溶媒を適量添加してもよい。
The addition amount of the water-soluble aprotic polar organic solvent is 5 to 15 parts by weight, preferably 6 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the acidic aqueous solution. If the addition amount is too small, sufficient shrinkage and crack suppressing effects cannot be obtained, and if it is too much, the production cost increases.
An appropriate amount of a water-soluble organic solvent such as methanol may be added as necessary.

多孔質ゲルの形成のためのゾル−ゲル反応を酸触媒存在下でのみ行うと、反応性が低すぎるため未反応のゾル(シロキサンオリゴマー)が多く残ってしまい、十分な強度を有する多孔質ゲルを得ることが困難である。そこで、ゾル−ゲル反応の初期段階においては酸触媒存在下で反応させ、密度の高いゲルの形成を抑制しつつ、ある程度反応が進行した段階で、未反応のシロキサンゾルを完全に反応させるために塩基触媒を添加することが好ましい。本製造方法においては、反応液に尿素を添加し、酸性条件下における加水分解で生成するアンモニアを利用して、反応液を塩基性にする。尿素を添加するメリットとしては、添加量を変化させることにより、多孔質ゲルの微細構造を制御できることも挙げられる。 When the sol-gel reaction for forming a porous gel is performed only in the presence of an acid catalyst, the reactivity is too low to leave a large amount of unreacted sol (siloxane oligomer), and the porous gel has sufficient strength. Is difficult to get. Therefore, in the initial stage of the sol-gel reaction, the reaction is carried out in the presence of an acid catalyst to suppress the formation of a dense gel, and at the stage where the reaction has progressed to some extent, the unreacted siloxane sol is completely reacted. It is preferable to add a base catalyst. In this production method, urea is added to the reaction solution, and the reaction solution is made basic using ammonia generated by hydrolysis under acidic conditions. An advantage of adding urea is that the microstructure of the porous gel can be controlled by changing the addition amount.

尿素の添加量は、酸性水溶液100重量部に対し30〜70重量部、好ましくは35〜50重量部である。添加量が多すぎるとゲル化が却って進行しなくなり、少なすぎると十分な反応速度を得ることができなくなる。なお、尿素の急激な加水分解を避けるため、尿素の反応液への添加は、低温(例えば氷冷下)で行うことが好ましい。 The addition amount of urea is 30 to 70 parts by weight, preferably 35 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the acidic aqueous solution. If the addition amount is too large, gelation does not proceed on the contrary, and if it is too small, a sufficient reaction rate cannot be obtained. In order to avoid rapid hydrolysis of urea, it is preferable to add urea to the reaction solution at a low temperature (for example, under ice cooling).

ゾル−ゲル反応による多孔質ゲルの形成の原料となるアルコキシシラン化合物としては、アルキルトリアルコキシシラン、アリールトリアルコキシシランおよびビス(トリアルコキシシリル)アルカン(以下、総称して「トリアルコキシシラン化合物」という場合がある。)が用いられる。これらのアルコキシシラン化合物を用いて得られた多孔質ゲルは、テトラアルコキシシランを用いて得られた多孔質ゲルよりも乾燥時の収縮やクラックを生じにくいため、本製造方法の原料として好適に用いることができる。 Examples of the alkoxysilane compound used as a raw material for forming a porous gel by sol-gel reaction include alkyltrialkoxysilane, aryltrialkoxysilane, and bis (trialkoxysilyl) alkane (hereinafter collectively referred to as “trialkoxysilane compound”). May be used). Since porous gels obtained using these alkoxysilane compounds are less susceptible to shrinkage and cracking during drying than porous gels obtained using tetraalkoxysilane, they are preferably used as raw materials for this production method. be able to.

アルキル基としては、炭素数5以下の直鎖または分岐鎖アルキル基あるいは炭素数10以下のアリールアルキル基が挙げられ、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。アルキルトリアルコキシシランの具体例としては、メチルトリメトキシシラン(MTMS)、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。アリールトリアルコキシシランの具体例としては、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が挙げられる。ビス(トリアルコキシシリル)アルカンの具体例としては、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン等が挙げられる。トリアルコキシシラン化合物として、これらの中から1種類のみを単独で用いてもよく、任意の2種類以上を任意の割合で混合して用いてもよい。 Examples of the alkyl group include a linear or branched alkyl group having 5 or less carbon atoms or an arylalkyl group having 10 or less carbon atoms, and examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group. Specific examples of the alkyltrialkoxysilane include methyltrimethoxysilane (MTMS), methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, propyltrimethoxysilane, and propyltriethoxysilane. Specific examples of the aryltrialkoxysilane include phenyltrimethoxysilane and phenyltriethoxysilane. Specific examples of the bis (trialkoxysilyl) alkane include 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane, bis (trimethoxysilylethyl) benzene and the like. As the trialkoxysilane compound, only one of these may be used alone, or any two or more of them may be mixed and used at an arbitrary ratio.

トリアルコキシシラン化合物の添加量は、酸性水溶液100重量部に対して50〜100重量部、好ましくは70〜100重量部である。急激な反応の進行を避けるため、トリアルコキシシラン化合物は、氷冷下で少量ずつ数回に分けて反応液に添加する。酸触媒の作用により、アルコキシシリル基の加水分解によるシラノール基の生成およびシラノール基の縮合が進行し、シロキサンモノマーおよびオリゴマーを含むゾル溶液が得られる。 The addition amount of the trialkoxysilane compound is 50 to 100 parts by weight, preferably 70 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the acidic aqueous solution. In order to avoid rapid progress of the reaction, the trialkoxysilane compound is added to the reaction solution in several portions under ice cooling. By the action of the acid catalyst, generation of silanol groups by hydrolysis of alkoxysilyl groups and condensation of silanol groups proceed, and a sol solution containing a siloxane monomer and an oligomer is obtained.

(2)工程B
上記のようにして得られたシロキサンゾルを含む混合液(ゾル溶液)を、繊維構造体に含浸させる。本発明において「繊維構造体」とは、長繊維もしくは短繊維またはこれらの混合物からなり、シート状等の所定の形状および構造を有するものをいい、好ましくは不織布である。以下、好ましい繊維構造体の一例として不織布を用いた場合について説明する。不織布の材質、製造方法について特に制限はなく、所望の性質を有する任意のものを用いることができる。不織布の材質の例としては、ポリエチレンフタレート(PET)、アラミド繊維等の合成繊維、綿、羊毛等の天然繊維、シリカファイバー、カーボンファイバー等の無機繊維、およびこれらのうち任意の2以上を組み合わせたものが挙げられる。不織布の比重(目付)は、例えば180〜250g/m、好ましくは約200g/mである。
(2) Process B
The fiber structure is impregnated with the mixed solution (sol solution) containing the siloxane sol obtained as described above. In the present invention, the “fiber structure” refers to a material composed of long fibers, short fibers, or a mixture thereof and having a predetermined shape and structure such as a sheet shape, and preferably a non-woven fabric. Hereinafter, the case where a nonwoven fabric is used as an example of a preferable fiber structure will be described. There is no restriction | limiting in particular about the material and manufacturing method of a nonwoven fabric, The arbitrary things which have a desired property can be used. Examples of non-woven fabric materials include polyethylene phthalate (PET), synthetic fibers such as aramid fibers, natural fibers such as cotton and wool, inorganic fibers such as silica fibers and carbon fibers, and combinations of any two or more of these. Things. Nonwoven specific gravity (basis weight), for example 180~250g / m 2, preferably about 200 g / m 2.

ゾル溶液の不織布への含浸は、ゾル溶液への不織布の浸漬、噴霧、塗布等の任意の方法を用いて行うことができる。ゾル溶液の含浸量は、例えば、不織布1kgあたり20〜40kgである。 The impregnation of the sol solution into the non-woven fabric can be performed using any method such as immersion, spraying or coating of the non-woven fabric in the sol solution. The impregnation amount of the sol solution is, for example, 20 to 40 kg per 1 kg of the nonwoven fabric.

なお、繊維構造体として、中空繊維からなる不織布または織布を用いてもよく、この場合において、中空繊維の内部にもゾル溶液を含浸させるようにしてもよい。 Note that a nonwoven fabric or woven fabric made of hollow fibers may be used as the fiber structure, and in this case, the inside of the hollow fibers may be impregnated with a sol solution.

(3)工程C
次いで、ゾル溶液を含浸させた不織布を一定の温度で反応させ、不織布に付着した状態で多孔質ゲルを生成させる。反応は、例えば、ゾル溶液を含浸させた不織布を密閉容器に入れ、加熱下で所定時間放置することにより行う。加熱することにより尿素の加水分解を進行させ、それにより生成するアンモニアを利用してゾル溶液を塩基性(pH9〜11)に変化させる。このようにすることで、シラノール縮合反応の速度が増大し、未反応のシラノール基が反応し、強度の高い網目構造を有する多孔質ゲルが不織布の内部に形成された複合体が得られる。
反応温度は、40〜65℃で、好ましくは45〜60℃であり、反応に要する時間は、60℃に加熱した場合において、例えば、3〜7日間程度である。
(3) Process C
Next, the nonwoven fabric impregnated with the sol solution is reacted at a constant temperature, and a porous gel is generated in a state of being attached to the nonwoven fabric. The reaction is performed, for example, by placing a nonwoven fabric impregnated with a sol solution in a sealed container and leaving it for a predetermined time under heating. The hydrolysis of urea is advanced by heating, and the sol solution is changed to basic (pH 9 to 11) using the ammonia produced thereby. By doing in this way, the speed | rate of silanol condensation reaction increases, the unreacted silanol group reacts, and the composite_body | complex in which the porous gel which has a highly strong network structure was formed in the inside of a nonwoven fabric is obtained.
The reaction temperature is 40 to 65 ° C., preferably 45 to 60 ° C., and the time required for the reaction is, for example, about 3 to 7 days when heated to 60 ° C.

(4)工程D
このようにして得られた複合体の内部には、表面張力の高い水が含まれているため、このまま乾燥させると収縮に伴う微細構造の破壊が起こるおそれがある。そこで、複合体をアルコール溶媒に浸漬し、内部に含まれる水をアルコール溶媒に置換する。
アルコール溶媒としては、水に可溶な任意のアルコールを用いることができ、その具体例としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−2−プロパノールが挙げられる。これらの中から1種類のみを単独で用いてもよく、任意の2種類以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
(4) Process D
Since the composite obtained in this manner contains water having a high surface tension, if it is dried as it is, there is a risk of destruction of the fine structure accompanying shrinkage. Therefore, the composite is immersed in an alcohol solvent, and the water contained therein is replaced with the alcohol solvent.
As the alcohol solvent, any alcohol soluble in water can be used. Specific examples thereof include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and 2-methyl-2. -Propanol. Of these, only one type may be used alone, or any two or more types may be mixed and used at an arbitrary ratio.

溶媒の置換は、複合体を、適当な槽中でアルコール溶媒中に所定時間(例えば5日間)浸漬することにより行う。必要に応じて、槽内のアルコール溶媒を交換しながら浸漬を行ってもよい。なお、アルコール溶媒の代わりに、DMF等の非プロトン性の水溶性極性有機溶媒を用いてもよい。 The substitution of the solvent is performed by immersing the complex in an alcohol solvent in a suitable tank for a predetermined time (for example, 5 days). If necessary, the immersion may be performed while exchanging the alcohol solvent in the tank. In place of the alcohol solvent, an aprotic water-soluble polar organic solvent such as DMF may be used.

(5)工程E
最後に、複合体を常圧下で加熱してアルコール溶媒を乾燥させることにより、複合体が得られる。乾燥は常圧でも減圧下でもよく、工程Dにおいてメタノールを用いた場合には、例えば、常圧下100℃で48時間熱風乾燥を行う。
(5) Process E
Finally, the complex is obtained by heating the complex under normal pressure to dry the alcohol solvent. Drying may be performed under normal pressure or reduced pressure. When methanol is used in Step D, for example, hot air drying is performed at 100 ° C. for 48 hours under normal pressure.

必要に応じて、工程Dと工程Eとの間に、多孔質ゲルに含まれる未反応のシラノール基とアルキル化剤とを反応させる工程Fをさらに有していてもよい。工程Fにより未反応のシラノール基をアルキル化することにより、多孔質ゲル内部の疎水性を向上させ、乾燥時における収縮による微細構造の破壊を抑制できる。
アルキル化剤としては、シラノール基に対する反応性を有する任意のアルキル化剤を用いることができる。アルキル化剤としては、シラノール基(Si−OH)をアルコキシシリル基(Si−OR)に変換するヨウ化メチル等のハロゲン化アルキル、メチルトシラート等のスルホン酸アルキルエステルを用いてもよいが、シラノール基をアルキルシリルエーテル基(Si−O−SiR)に変換するアルキルトリハロシラン、ジアルキルジハロシラン、トリアルキルハロシラン、アルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシランおよびトリアルキルアルコキシシランからなる群より選択される1または複数がより好ましく用いられる。最も好ましいアルキル化剤としては、トリメチルシラン、トリメチルメトキシシラン等のトリアルキルシラン化合物が挙げられる。あるいは、トリアルキルシラン化合物の代わりにヘキサメチルジシラザン(HMDS)を用いてもよい。
As needed, you may have further the process F which makes the unreacted silanol group and alkylating agent which are contained in a porous gel react between the process D and the process E. By alkylating the unreacted silanol group in step F, the hydrophobicity inside the porous gel can be improved, and the destruction of the fine structure due to shrinkage during drying can be suppressed.
As the alkylating agent, any alkylating agent having reactivity with a silanol group can be used. As the alkylating agent, alkyl halides such as methyl iodide for converting silanol groups (Si—OH) into alkoxysilyl groups (Si—OR), and sulfonic acid alkyl esters such as methyl tosylate may be used. Selected from the group consisting of alkyltrihalosilanes, dialkyldihalosilanes, trialkylhalosilanes, alkyltrialkoxysilanes, dialkyldialkoxysilanes and trialkylalkoxysilanes that convert silanol groups to alkylsilyl ether groups (Si-O-SiR) One or more of the above are preferably used. Most preferred alkylating agents include trialkylsilane compounds such as trimethylsilane and trimethylmethoxysilane. Alternatively, hexamethyldisilazane (HMDS) may be used instead of the trialkylsilane compound.

複合体に含まれる多孔質ゲルの空隙率は、50〜85%、好ましくは80〜85%である。また、多孔質ゲルは略球状の細孔を有しており、細孔分布測定により求められる細孔容量は、多孔質ゲル1gあたり2〜4g・cmであり、細孔容積分布のピークは約15〜25nmである。細孔分布測定は、ガス吸着法、水銀圧入法等の任意の公知の方法を用いて行うことができる。
熱伝導率は、多孔質の断熱材について用いられる任意の方法(例えば、JIS A1413に準拠した平板直接法、JIS A1412に準拠した平板比較法等)、あるいはそれらに類似の方法を用いて測定することができる。複合体は、空気よりも低い熱伝導率を示すため、大気中でその値を精度よく求めることは困難であるが、例えば、JIS A1413の平板直接法に類似の方法を用いて測定した場合に、0.006〜0.02W・m−1・K−1という熱伝導率値が得られる。複合体がこのように低い熱伝導率を示す理由は必ずしも明らかではないが、略球状という細孔の形状、細孔に含まれる大気の対流の寄与が低いこと等によるものであると考えられる。
The porosity of the porous gel contained in the composite is 50 to 85%, preferably 80 to 85%. Further, the porous gel has substantially spherical pores, and the pore volume determined by pore distribution measurement is 2 to 4 g · cm 3 per 1 g of the porous gel, and the peak of the pore volume distribution is About 15-25 nm. The pore distribution measurement can be performed using any known method such as a gas adsorption method or a mercury intrusion method.
The thermal conductivity is measured using an arbitrary method used for a porous heat insulating material (for example, a flat plate direct method according to JIS A1413, a flat plate comparison method according to JIS A1412, or the like) or a similar method thereto. be able to. Since the composite exhibits a thermal conductivity lower than that of air, it is difficult to accurately obtain the value in the atmosphere. For example, when measured using a method similar to the direct plate method of JIS A1413, Thermal conductivity values of 0.006 to 0.02 W · m −1 · K −1 are obtained. The reason why the composite exhibits such a low thermal conductivity is not necessarily clear, but is thought to be due to the substantially spherical pore shape and the low contribution of convection of the atmosphere contained in the pore.

複合体はそのまま断熱材、吸音材等として用いることができる。不織布等の繊維構造体の内部に多孔質ゲルが形成されているため、多孔質ゲル単独の場合よりも破損しにくく、必要に応じて曲げ等の変形を加えた状態で用いることもできる。なお、例えば不織布の耐熱温度以上の高温条件下で使用する場合には、高温で熱処理を行い、不織布を熱分解させてから使用することもできる。 The composite can be used as it is as a heat insulating material, a sound absorbing material or the like. Since a porous gel is formed inside a fibrous structure such as a nonwoven fabric, it is less likely to break than a porous gel alone, and can be used in a state where deformation such as bending is added as necessary. In addition, when using it, for example on the high temperature conditions more than the heat-resistant temperature of a nonwoven fabric, it can also be used, after heat-processing at high temperature and thermally decomposing a nonwoven fabric.

本発明の第2の実施の形態に係る真空断熱材は、ガスバリア性を有する包装材の内部に、本発明の第1の実施の形態に係る多孔質シリカ−繊維複合体を減圧密封している。真空断熱材は、例えば、図2に示すような工程により製造される。図2に示すフローチャートのうち、溶液調合〜乾燥までの工程は、第1の実施の形態に係る複合体の製造工程と同様である。このようにして得られる複合体を所定の形状および大きさに成型後、ガスバリア性を有する包装材の内部に減圧密封することにより、真空断熱材が得られる。このように、ガスバリア性を有する包装材の内部に複合体を減圧密封することにより、熱伝導に対する細孔中の大気の対流の寄与が殆どなくなるため、大気中の複合体よりも高い断熱性能が得られる。また、複合体に含まれる多孔質ゲルの表面を覆う疎水性基の加水分解が抑制され、細孔構造を長期間にわたって維持できる。そのため、真空断熱材は、長期間にわたって高い断熱性能を維持できる。 In the vacuum heat insulating material according to the second embodiment of the present invention, the porous silica-fiber composite according to the first embodiment of the present invention is sealed under reduced pressure inside the packaging material having gas barrier properties. . A vacuum heat insulating material is manufactured by a process as shown in FIG. 2, for example. In the flowchart shown in FIG. 2, the steps from solution preparation to drying are the same as the manufacturing steps of the complex according to the first embodiment. The composite obtained in this way is molded into a predetermined shape and size and then sealed under reduced pressure inside a packaging material having gas barrier properties, whereby a vacuum heat insulating material is obtained. In this way, by sealing the composite under reduced pressure inside the packaging material having gas barrier properties, the contribution of atmospheric convection in the pores to the heat conduction is almost eliminated, so the heat insulation performance is higher than that of the composite in the atmosphere. can get. Moreover, hydrolysis of the hydrophobic group covering the surface of the porous gel contained in the composite is suppressed, and the pore structure can be maintained for a long period of time. Therefore, the vacuum heat insulating material can maintain high heat insulating performance over a long period of time.

包装材としては、アルミニウムを蒸着したPET等からなるガスバリアフィルム等が好ましく用いられる。
減圧密封は、真空包装機等の任意の公知の方法および装置を用いて行うことができる。
As the packaging material, a gas barrier film made of PET or the like on which aluminum is deposited is preferably used.
The vacuum sealing can be performed using any known method and apparatus such as a vacuum packaging machine.

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
実施例1:多孔質シリカゲル−不織布複合体の製造
(1)反応液(ゾル溶液)の調製
純水30重量%に酢酸(ダイセル化学製)0.21重量%を入れて攪拌後pH3〜4.5の酸性の水溶液作る。続いてPE−108(ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン共重合体:三洋化成製)を6重量%投入後溶解するまで攪拌した。得られた溶液に、尿素(三井化学製)を12重量%投入し、溶解するまで攪拌後、DMFを2質量%投入し攪拌した。得られた水溶液を0℃以下に冷却し、KBM−13(メチルトリメトキシシラン:信越化学工業製)を28.5重量%入れて攪拌した。
Next, examples carried out for confirming the effects of the present invention will be described.
Example 1 Production of Porous Silica Gel-Nonwoven Fabric Composite (1) Preparation of Reaction Solution (Sol Solution) Acetic acid (manufactured by Daicel Chemical) 0.21% by weight was added to 30% by weight of pure water, and after stirring, pH 3-4. Make an acidic aqueous solution of 5. Subsequently, 6 wt% of PE-108 (polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymer: manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd.) was added and stirred until dissolved. To the obtained solution, 12% by weight of urea (manufactured by Mitsui Chemicals) was added and stirred until dissolved, and then 2% by weight of DMF was added and stirred. The obtained aqueous solution was cooled to 0 ° C. or lower, and 28.5% by weight of KBM-13 (methyltrimethoxysilane: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added and stirred.

(2)含浸
スパンボンド(東洋紡)不織布にゾル溶液を含浸させながら密閉容器(カワナベステンレス製)の中へ入れ、完全密閉した。容器を恒温庫内で60℃に保ち、5日間熟成させゾル−ゲル反応を終えた。
(2) Impregnated spunbond (Toyobo) A non-woven fabric was impregnated with a sol solution and placed in a sealed container (made of Kawanabe Stainless Steel) and completely sealed. The container was kept at 60 ° C. in a thermostatic chamber and aged for 5 days to complete the sol-gel reaction.

(3)メタノール置換
上記のようにして得られた複合体をメタノールで洗浄後、内部に含まれる水分をメタノールと置換するために室温で5日間メタノール中に浸漬した。
(3) Substitution with methanol The composite obtained as described above was washed with methanol and then immersed in methanol at room temperature for 5 days in order to replace the water contained therein with methanol.

(4)乾燥
その後、100℃の乾燥庫内で48時間乾燥させた。このようにして得られた多孔質シリカゲル−不織布複合体を走査型電子顕微鏡(SEM)で確認したところ、図1に示すように直径20〜50nmの球状の細孔を有する多孔質構造が確認された。水銀ポロシメーターを用いて細孔分布測定を行った結果、1gあたり3.5cmの細孔を有し、ピーク細孔径が約20nmであることが確認された。
JIS A1413(保温剤の熱伝導率測定方法(平板直接法))に類似の方法を用いた簡易熱伝導率測定装置を自作し、得られた多孔質シリカゲル−不織布複合体の熱伝導率を測定したところ、約0.0068W・m−1・K−1という数値が得られた。
(4) Drying After that, it was dried in a drying cabinet at 100 ° C. for 48 hours. When the porous silica gel-nonwoven fabric composite thus obtained was confirmed with a scanning electron microscope (SEM), a porous structure having spherical pores with a diameter of 20 to 50 nm was confirmed as shown in FIG. It was. As a result of measuring the pore distribution using a mercury porosimeter, it was confirmed that there were 3.5 cm 3 pores per gram and the peak pore diameter was about 20 nm.
A simple thermal conductivity measuring device using a method similar to JIS A1413 (Method for measuring thermal conductivity of heat insulating agent (flat plate direct method)) was made, and the thermal conductivity of the obtained porous silica gel-nonwoven fabric composite was measured. As a result, a numerical value of about 0.0068 W · m −1 · K −1 was obtained.

実施例2:真空断熱材の製造
実施例1で製造した多孔質シリカゲル−不織布複合体(厚さ6mm)をアルミ蒸着ガスバリアフィルム(PET)で包装後、高真空包装機(V−tec製)を用いて包装体の内部を0.5Torrまで減圧し、フィルムを封止することにより真空断熱材を完成させた。
Example 2: Production of vacuum heat insulating material After packing the porous silica gel-nonwoven fabric composite (thickness 6 mm) produced in Example 1 with an aluminum vapor-deposited gas barrier film (PET), a high vacuum packaging machine (manufactured by V-tec) is used. The inside of the package was depressurized to 0.5 Torr, and the film was sealed to complete the vacuum heat insulating material.

上記のようにして得られた真空断熱材を用いて、内寸455×260×83(mm)の蓋付きの保冷容器を作製した。また、この保冷容器を内部に収容可能な発泡ポリスチレン(発泡倍率70〜80倍)製の蓋付きの保冷容器(内寸455×260×83(mm))を用意した。
(A)真空断熱材製保冷容器、(B)発泡ポリスチレン製保冷容器、(C)内部に真空断熱材製保冷容器を収容した発泡ポリスチレン製保冷容器のそれぞれに板氷(300×180×80(mm)、重量約1.7kg)を入れ、PETフィルム製テープで蓋を密閉後、室温下で氷が完全に融解するまでの時間を測定した。
Using the vacuum heat insulating material obtained as described above, a cold storage container with a lid having an inner size of 455 × 260 × 83 (mm) was produced. Moreover, the cold storage container (internal dimension 455x260x83 (mm)) with the lid | cover made from the polystyrene foam (expansion magnification 70-80 times) which can accommodate this cold storage container inside was prepared.
A plate ice (300 × 180 × 80 () is provided for each of (A) a vacuum heat insulating material insulated container, (B) a foamed polystyrene cold insulated container, and (C) a foamed polystyrene cold insulated container containing a vacuum heat insulating material insulated container inside. mm) and a weight of about 1.7 kg), and after sealing the lid with a PET film tape, the time until the ice completely melted at room temperature was measured.

(A)、(B)、(C)の各保冷容器についての測定結果は、それぞれ、17時間、15時間、22時間であった。これらの測定結果および発泡ポリスチレンの熱伝導率(0.035W・m−1・K−1)より、真空断熱材の熱伝導率は、0.0076W・m−1・K−1と概算された。 The measurement results for the cold storage containers (A), (B), and (C) were 17 hours, 15 hours, and 22 hours, respectively. From these measurement results and the thermal conductivity of expanded polystyrene (0.035 W · m −1 · K −1 ), the thermal conductivity of the vacuum heat insulating material was estimated to be 0.0076 W · m −1 · K −1 . .

本発明は、建築物(屋根、壁、床等)、工業プラント(反応器、蒸留塔、パイプライン等)、冷凍庫、保冷車等の断熱材、住宅用吸音材等の用途に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for applications such as buildings (roofs, walls, floors, etc.), industrial plants (reactors, distillation towers, pipelines, etc.), freezers, heat insulating materials such as cold cars, and sound absorbing materials for houses.

Claims (9)

pH3〜4.5の酸性水溶液100重量部と、非イオン性界面活性剤10〜40重量部と、水溶性の非プロトン性極性有機溶媒5〜15重量部と、尿素30〜70重量部とを含む混合液に、アルキルトリアルコキシシラン、アリールトリアルコキシシラン、およびビス(トリアルコキシシリル)アルカンからなる群より選択される1または複数のアルコキシシラン化合物50〜100重量部を氷冷下添加し、前記混合液中でシロキサンゾルを生成させる工程Aと、
前記シロキサンゾルを含む混合液を繊維構造体に含浸させる工程Bと、
前記繊維構造体の内部で前記シロキサンゾルを一定の温度で反応させ、多孔質の酸化ケイ素ゲルを生成させることにより、前記酸化ケイ素ゲルが前記繊維構造体の内部に形成された多孔質シリカ−繊維複合体を調製する工程Cと、
前記多孔質シリカ−繊維複合体をアルコール溶媒に浸漬し、内部に含まれる水をアルコール溶媒に置換する工程Dと、
前記多孔質シリカ−繊維複合体を常圧下で加熱して、内部に含まれる前記アルコール溶媒を乾燥させる工程Eとを有する多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。
100 parts by weight of an acidic aqueous solution having a pH of 3 to 4.5, 10 to 40 parts by weight of a nonionic surfactant, 5 to 15 parts by weight of a water-soluble aprotic polar organic solvent, and 30 to 70 parts by weight of urea. 50 to 100 parts by weight of one or more alkoxysilane compounds selected from the group consisting of alkyltrialkoxysilanes, aryltrialkoxysilanes, and bis (trialkoxysilyl) alkanes are added to the mixed liquid under ice cooling, Producing a siloxane sol in the mixed solution; and
Step B of impregnating the fiber structure with a mixed liquid containing the siloxane sol;
Porous silica fiber in which the silicon oxide gel is formed inside the fiber structure by reacting the siloxane sol at a constant temperature inside the fiber structure to generate a porous silicon oxide gel. Preparing a complex, step C;
Step D of immersing the porous silica-fiber composite in an alcohol solvent, and substituting water contained therein with the alcohol solvent;
A process for producing a porous silica-fiber composite comprising the step E of heating the porous silica-fiber composite under normal pressure to dry the alcohol solvent contained therein.
前記工程Dと前記工程Eとの間に、前記多孔質シリカゲルに含まれるシラノール基とアルキル化剤とを反応させる工程Fをさらに有する請求項1記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。 The method for producing a porous silica-fiber composite according to claim 1, further comprising a step F of reacting a silanol group contained in the porous silica gel with an alkylating agent between the step D and the step E. 前記繊維構造体が不織布であることを特徴とする請求項1および2のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。 The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of claims 1 and 2, wherein the fiber structure is a nonwoven fabric. 前記繊維構造体が中空繊維を含み、前記多孔質シリカゲルがその内部に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。 The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the fiber structure includes hollow fibers, and the porous silica gel is formed therein. 前記水溶性の非プロトン性極性有機溶媒がN,N−ジメチルホルムアミドであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。 The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the water-soluble aprotic polar organic solvent is N, N-dimethylformamide. 前記アルコール溶媒が、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−2−プロパノールからなる群より選択される1または複数であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。 The alcohol solvent is one or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and 2-methyl-2-propanol. Item 6. A method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of Items 1 to 5. 前記アルキル化剤が、アルキルトリハロシラン、ジアルキルジハロシラン、トリアルキルハロシラン、アルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシランおよびトリアルキルアルコキシシランからなる群より選択される1または複数である請求項2から6のいずれか1項記載の多孔質シリカ−繊維複合体の製造方法。 3. The alkylating agent is one or more selected from the group consisting of alkyltrihalosilanes, dialkyldihalosilanes, trialkylhalosilanes, alkyltrialkoxysilanes, dialkyldialkoxysilanes, and trialkylalkoxysilanes. 6. The method for producing a porous silica-fiber composite according to any one of 6 above. 請求項1から7のいずれか1項記載の製造方法で製造されることを特徴とする多孔質シリカ−繊維複合体。 A porous silica-fiber composite produced by the production method according to claim 1. ガスバリア性を有する包装材の内部に請求項8記載の多孔質シリカ−繊維複合体を減圧密封した真空断熱材。 A vacuum heat insulating material obtained by sealing the porous silica-fiber composite according to claim 8 under reduced pressure inside a packaging material having gas barrier properties.
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