JP2011190136A - エアロゲルシート製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維体にゾル溶液を簡単且つ確実に含浸することができるエアロゲルシート製造装置を提供する。
【解決手段】ゾル溶液Ｓを、繊維体Fに含浸させるためのエアロゲルシート製造装置Ａであって、ゾル溶液Ｓが貯留される貯留容器１と、前記貯留容器１に貯留されたゾル溶液Ｓを、前記繊維体Fの上方から供給する第一供給部２と、前記繊維体Fを移動させる送り部３１を備えた移動用レール３と、前記移動用レール３における前記第一供給部２よりも下流に配置され、タンク８１内に貯留された熱加水分解性化合物Ｙを、前記繊維体に噴出させる第二供給部８と、からなり、前記移動用レール３における前記第一供給部２と前記第二供給部８との間には、前記ゾル溶液Ｓを貯留すると共に、当該ゾル溶液Ｓに前記繊維体Ｆが浸漬される深さを有する貯水部４が形成され、当該貯水部４を通った繊維体Ｆに前記第二供給部８から熱加水分解性化合物Ｙが噴出されるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、断熱性・防火性等を備えたエアロゲルシートの製造装置に関し、詳しくは、ゾル溶液を繊維体に簡単且つ確実に含浸させることのできるエアロゲルシート製造装置に関する。

従来、家電製品等に用いられる断熱材として、断熱性を有する芯材を非通気性の外包材で包み込み、この外包材の内部を真空引きして形成される真空断熱材（エアロゲルシート）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１には、エアロゲルと繊維体との複合体を、非通気性の外装体内に収容し、真空引きしてなるエアロゲルシート（真空断熱材）が開示されている。

また、エアロゲルシートは、高い断熱性が得られるだけでなく、防火性・耐熱性等にも優れており、従来のポリウレタン系の断熱材に代わる新たな断熱材として注目されつつある。

このようなエアロゲルシートにおける前記複合体を製造するには、繊維体を補強材として、当該繊維体の隙間にエアロゲルを充填してエアロゲルと繊維体との複合体を得る必要がある。

詳しくは、前記繊維体にゲル化された前記エアロゲルを直接充填することはできないため、一般には、熱加水分解性化合物の加水分解が抑制されたゾル溶液を、前記繊維体に含浸させたうえで、所定の温度・圧力下において加水分解させてゲル化し、超臨界乾燥により前記複合体を製造することとなる（例えば、特許文献２参照。）。

更に詳しくは、不織布等の前記繊維体を前記ゾル溶液に浸漬（「ドブ漬け」とも呼ぶ。）させたうえで、この繊維体に含浸されたゾル溶液を、臨界点未満の温度及び圧力下でゲル化することによって、当該繊維体にエアロゲルが充填されるものと推測される。

特開２００４−３４０１９４号公報 国際公開第２００７／０１０９４９号公報

しかしながら、従来のエアロゲルシート製造装置では、前記繊維体にゾル溶液を確実に含浸させることは、極めて困難であった。

すなわち、前記ゾル溶液の粘性が低い場合では、ドブ漬けされた前記繊維体内にゾル溶液が含浸され易い反面、一旦繊維体内に含浸されたゾル溶液が、ゲル化される前に当該繊維体から漏出されてしまい、前記繊維体の全体にゾル溶液を確実に含浸することは困難であった。

一方、前記ゾル溶液の粘性が高い場合では、前記繊維体内にゾル溶液が含浸され難く、当該繊維体の内部にまでゾル溶液を確実に含浸することが困難である。

また、前記ゾル溶液内に繊維体を単にドブ漬けしただけでは、当該繊維体内に含まれている気泡（空気）等によって、ゾル溶液の浸透が邪魔されてしまい、当該繊維体の中心部分にまでゾル溶液を上手く含浸することが困難である。

すなわち、実際には、前記ゾル溶液内にドブ漬けされた繊維体を、ゾル溶液内で揉み解すことで前記気泡を排出しながら伸縮させて、前記繊維体にゾル溶液を含浸することが考えられるが、このような方法（装置）では、作業時間を要し、作業性が悪いという問題がある。

しかも、熱加水分解性化合物は、熱加水分解により塩基性物質を発生して、反応溶液を塩基性とし、ゲル反応を促進するものである。

そのため、前記熱加水分解性化合物の加水分解を抑制するために、熱加水分解性化合物が混入されたゾル溶液の場合には、冷却装置等で冷却しながら前記繊維体に含浸させる必要があるが、前記冷却装置を必要とするために、作業管理が複雑となるうえ、設備コストも高くなるという問題もあった。

本発明は、かかる課題を解決することを目的とし、繊維体にゾル溶液を簡単且つ確実に含浸することができるうえ、高い断熱性・防火性・耐熱性に優れたエアロゲルシート製造装置を提供する。

上記課題を解決するために、
本発明は、ゾル溶液を繊維体に含浸させるためのエアロゲルシート製造装置であって、 前記ゾル溶液が貯留される貯留容器と、前記貯留容器に貯留されたゾル溶液を、前記繊維体の上方から供給する第一供給部と、前記繊維体を移動させる送り部を備えた移動用レールと、前記移動用レールにおける前記第一供給部よりも下流に配置され、タンク内に貯留された熱加水分解性化合物を、前記繊維体に噴出させる第二供給部と、からなり、前記移動用レールにおける前記第一供給部と前記第二供給部との間には、前記ゾル溶液を貯留すると共に、当該ゾル溶液に前記繊維体が浸漬される深さを有する貯水部が形成され、当該貯水部を通った繊維体に前記第二供給部から熱加水分解性化合物が噴出されるようにしている。

本発明では、移動用レール上を移動する繊維体の上方から第一供給部によってゾル溶液を供給するようにしているので、前記ゾル溶液の自然落下による加圧を付与しながら供給されて、当該ゾル溶液が前記繊維体の内部にまで確実に含浸される。

また、前記繊維体にゾル溶液が含浸された直後には、当該繊維体が浸漬される深さを有するゾル溶液が貯留された貯水部を形成している。

そのため、前記ゾル溶液が含浸された繊維体は、直ぐに前記貯水部に浸漬（ドブ漬け）されるので、当該繊維体は、ゾル溶液が確実に含浸された状態を維持することができる。

そして、ゾル溶液が確実に含浸された後の前記繊維体に向けて、第二供給部から熱加水分解性化合物が噴出されるので、前記ゾル溶液の加水分解を抑制するための冷却装置を必要とせず、作業管理を簡易化して、設備コストも安価にできる。

従って、本発明によれば、繊維体の内部にまでゾル溶液を確実に含浸することができるうえ、作業性も高めることができる。

また、本発明では、前記貯水部の下流側には、前記移動用レールの設置角度を調整可能な角度調整部が設けられ、前記繊維体に含浸されたゾル溶液の量に応じて、前記移動用レールの角度を調整可能に構成されている。

この発明では、前記移動用レールの角度を調整することによって繊維体内に含浸されたゾル溶液の漏出量を調整できるようにしている。

例えば、前記貯水部に貯留されている液量を予め計量しておき、前記第一供給部から供給された液量と、前記貯水部の液量とを合計した値（合計値）から、繊維体が貯水部を通過したときの当該貯水部に残った液量の値（残量値）を差し引いた値に応じて、前記移動用レールの傾斜角度を調整するようにしている。

もっとも、繊維体に含浸されるゾル溶液は、通常は、完全に含浸された状態が良いのであるが、エアロゲルシートの用途によっては、前記ゾル溶液の含浸量を減量したい場合も生じるために、本発明は有効な手段である。

なお、これらの調整は、制御部を介して管理されるのが望ましい。

本発明に係るエアロゲルシート製造装置によれば、繊維体にゾル溶液を簡単且つ確実に含浸することができるうえ、前記ゾル溶液を冷却する必要がないので作業性も高めることができる。

本発明の一実施形態を示すエアロゲルシート製造装置Ａを概略した正面図である。 本発明の他の実施形態を示すエアロゲルシート製造装置Ａを概略した正面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示すエアロゲルシート製造装置Ａを概略した正面図である。

本実施形態のエアロゲルシート製造装置Ａは、ゾル溶液Ｓが貯留される貯留容器１と、この貯留容器１に貯留されたゾル溶液Ｓを、繊維体Ｆの上方から供給する第一供給部２と、繊維体Ｆを移動させる移動用レール３と、移動用レール３における第一供給部２よりも下流に配置され、熱加水分解性化合物Ｙを繊維体Ｆに噴出させる第二供給部８と、から構成され、しかも、移動用レール３における第一供給部２と第二供給部８との間には、ゾル溶液Ｓを貯留すると共に、当該ゾル溶液Ｓに繊維体Ｆが浸漬される深さを有する貯水部４が形成されている点に特徴を有する。以下、各部材について詳説する。

貯留容器１は、この場合、上方が開放された箱状であって、その内部には貯留されるゾル溶液Ｓを均一に攪拌するために、モーターに連結された回転羽根を底壁付近に配した攪拌部１２を設けている。

貯留容器１で冷却されたゾル溶液Ｓは、管を通じて第一供給部２に送られる。

ここで、図示しないが、前記管の途中には、ゾル溶液Ｓの流通を遮断または開放させるバルブを設けることも可能である。

そして、第一供給部２に送られたゾル溶液Ｓは、排出口（不図示）から下方に向けて排出される。

本実施形態の第一供給部２は、複数の前記排出口から下方に向けて連続排出することにより、ゾル溶液Ｓを規定量及び一定幅に制御してカーテン状に供給する所謂、フローコート方式を採用している。

もっとも、本実施形態の第一供給部２は例示に過ぎず、ゾル溶液Ｓを下方に霧状に噴霧する方式、或いは、ゾル溶液Ｓを滴下させる方式などでも構わないが、要は、繊維体Ｆ内に確実にゾル溶液Ｓを含浸できる方式であれば採用できる。

移動用レール３は、滑面に形成された底壁３２と、当該底壁３２の両側に立設された一対のガイド壁（不図示）とで構成され、上方及び長手方向には開放されている。

この移動用レール３の底壁３２上を矩形の繊維体Ｆが、上流（図中左側）から下流（図中右側）に向けて移動するが、この移動は、移動用レール３の上部に配置された送り部３１によって行われる。

送り部３１は、移動用レール３の上部適所に配置され、駆動モーター（不図示）によって、前記下流側に向けて回転するようにしている。

本実施形態で示した送り部３１は、回転体の外周に鍵状の掛止部３１ａが複数突設されており、前記掛止部３１ａが、繊維体Ｆの上面に掛止して、当該繊維体Ｆを移動用レール３の下流方向に移動するようにしている。

もっとも、送り部３１は、例示に過ぎず、例えば、前記移動用レール３の前記ガイド壁に沿って上流から下流に向けて掛止部３１ａが繊維体Ｆの側壁を掛止しながら移動するものでも良く、要は、移動用レール３の上流から下流に向けて、繊維体Ｆが底壁３２上をスムーズに移動可能な送り部３１であれば採用できる。

また、本実施形態のような送り部３１を用いずに、例えば、移動用レール３を上流から下流に向けて低くなるように傾斜させて、上流に載置された繊維体Ｆが、底壁３２上を自然に滑るようなものであっても構わない。

このような移動用レール３は、耐水性・耐薬品性のある合成樹脂板、又は、ステンレス板・アルミ板・銅板等の金属板によって形成されている。

この移動用レール３における第一供給部２よりも下流の位置には、ゾル溶液Ｓが貯留されると共に、当該ゾル溶液Ｓに繊維体Ｆが浸漬される深さを有する貯水部４が形成されている。

具体的には、貯水部４の深さは、繊維体Ｆの厚み以上であれば良く、また、貯水部４の長さは、繊維体Ｆの長さ以上あれば良い。

本図では、貯水部４が理解され易いように、深さが誇張されて見えるかもしれないが、実際上は、繊維体Ｆの厚みが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度であるので、貯水部４の深さは、繊維体Ｆの厚みに拘らず当該繊維体Ｆを完全に浸漬できる深さ以上であれば良い。

もっとも、あまり繊維体Ｆが分厚すぎると、ゾル溶液Ｓが含浸し難くなると考えられるので、好ましくは、繊維体Ｆの厚みが４ｍｍ〜６ｍｍ、貯水部４の深さは、当該繊維体Ｆを完全に浸漬できる深さ以上であれば好ましい。

また、貯水部４には、予めゾル溶液Ｓを貯留しているが、第一供給部２からゾル溶液Ｓを繊維体Ｆに供給する際に、当該繊維体Ｆに含浸されずに漏出されたゾル溶液Ｓは、そのまま貯水部４に貯留されるようにしている。

そのため、貯水部４がオーバーフローすることを防止するために、貯水部４の貯水量が定量を超えたときには、ポンプＰを駆動させて第一供給部２に戻して、再度、第一供給部２から供給するようにして、ゾル溶液Ｓを再利用している。

更に本実施形態では、貯水部４の下流側には、移動用レール３の設置角度を調整可能な角度調整部５が設けられている。

この角度調整部５は、繊維体Ｆに含浸されたゾル溶液Ｓの量に応じて、移動用レール３の角度を調整して、例えば、前記角度を鉛直方向に傾動させれば、繊維体Ｆに抵抗が生じるので、その抵抗分に相当する時間の間、含浸されたゾル溶液Ｓが漏出されて、繊維体Ｆ内のゾル溶液Ｓの含浸量を調整することができる。

具体的には、例えば、貯水部４に貯留されている液量を予め計量しておき、第一供給部２から供給された液量と、前記貯水部４の液量とを合計した値（合計値）から、繊維体Ｆが貯水部４を通過したときの当該貯水部４に残った液量の値（残量値）を差し引いた値に応じて、移動用レール３の傾斜角度を調整するようにしている。

もっとも、繊維体Ｆに含浸されるゾル溶液Ｓは、通常は、完全に含浸された状態が良いのであるが、エアロゲルシートの用途によっては、ゾル溶液Ｓの含浸量を減量したい場合も生じるために、角度調整部５は有効な手段である。

なお、これらの調整は、制御部８１ａを介して管理されるのが望ましい。

更に、移動用レール３における貯水部４と角度調整部５のさらに下流には、タンク８１内に貯留された熱加水分解性化合物Ｙを、繊維体Ｆに噴出させる第二供給部８を設けている。

ここで、熱加水分解性化合物Ｙとしては、加水分解後に反応溶液を塩基性にする化合物であれば、特に限定されず、具体例としては、尿素、及び、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどの酸アミド、及び環状窒素化合物であるヘキサメチレンテトラミンを挙げることができ、これらの熱加水分解性化合物の中でも、特に、尿素が好ましい。

本実施形態の第二供給部８は、複数の前記排出口から下方に向けて連続噴霧することにより、熱加水分解性化合物Ｙの表面をコーティングするような所謂、噴霧方式が採用されている。

もっとも、本実施形態の第二供給部８は例示に過ぎず、ゾル溶液Ｓの表面をコーティングするような刷毛塗り方式、或いは、ゾル溶液Ｓを滴下させる方式などでも構わない。

以上のように形成された本実施形態のエアロゲルシート製造装置Ａは、以下の要領で使用される。

先ず、貯留容器１内を攪拌して、貯留容器１内でゾル溶液Ｓを調整する。

例えば、界面活性剤及び熱加水分解性化合物を含む酸性の水溶液に、加水分解性官能基及び非加水分解性官能基を有するシリコン化合物を添加してゾル溶液Ｓを得ることができる。

なお、ゾル溶液Ｓの具体的な調整方法は、本発明者によって既に出願済であるため、以下では、本装置についてのみ説明を進める。

繊維体Ｆとしては、高分子材料からなる２種の繊維体が絡み合った構造を有する目付量２００ｇ／ｍ^２以下の繊維基材を用いる。ここで、第１の繊維体を構成する高分子材料と、第２の繊維体を構成する高分子材料とでは、融点が異なっており、例えば、第１の繊維体は、融点が１３０℃以下の高分子材料からなり、第２の繊維体は融点が１５０℃以上の高分子材料からなる。

具体例としては、シート状にされた第２の繊維体が複数積層され、これら第２の繊維体同士が結合するように、糸状の第１の繊維体が絡ませられた不織布を挙げることができる。

ここで、第１の繊維体としては、ポリエチレンやＥＶＡ等からなるものを使用することができ、第２の繊維体としては、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略する。）やポリアミド等からなるものを使用することができる。

次に、このように構成された矩形状の繊維体Ｆを、移動用レール３の上流側に配置すれば、繊維体Ｆは、送り部３１に掛止されながら移動用レール３の底壁３２上を滑るようにして下流に移動する。

やがて、繊維体Ｆは、第一供給部２の下方に到達し、この位置で第一供給部２からゾル溶液Ｓが上方から供給（フローコート）され、繊維体Ｆにゾル溶液Ｓが含浸される。

ところが、このゾル溶液Ｓが含浸された状態を維持することができないので、本実施形態では、ゾル溶液Ｓが第一供給部２から供給された直後に、当該繊維体Ｆが貯水部４に浸漬するようにしている。

そのため、繊維体Ｆに含浸されたゾル溶液Ｓは、漏出することなく、むしろ、貯水部４のゾル溶液Ｓも吸収して、繊維体Ｆはゾル溶液Ｓを最大限まで含浸することになる。

そして、この最大限にまでゾル溶液Ｓが含浸された繊維体Ｆは、送り部３１によって、移動用レール３の下流端に配置された収納容器６に順次積層して収納されるが、本実施形態では、収納容器６に収納される直前において、第二供給部８から熱加水分解性化合物Ｙが繊維体Ｆに噴出されるようにしている。

そのため、繊維体Ｆは、この第二供給部８の熱加水分解性化合物Ｙが噴出されたときからゲル化されるために、ゾル溶液Ｓを冷却しておく必要がないのである。

そして、この収納容器６に収納されたままで、繊維体Ｆは、次の工程（ゲル熟成工程）に搬送されるのである。

ここで、収納容器６は、繊維体Ｆを１枚毎に収納するトレー容器であっても構わないが、本実施形態のように複数の繊維体Ｆを積層可能な容器であるのが望ましい。

なお、積層される収納容器６の場合には、前記ゲル熟成工程において繊維体Ｆ同士が一体化される恐れがあるので、この場合には、繊維体Ｆ同士の間に繊維体Ｆと略同形のＰＥＴシートＰＳを介在させて前記一体化を防止している。

また、収納容器６としては、本体と蓋とが密閉可能な密閉容器であることが望ましく、具体的には、前記本体の底壁適所には、内部の溶液を排水可能な抜き穴を形成しておき、この抜き穴を栓で封止している。

加えて、前記本体と蓋の内面には、例えば、セラミック等の遠赤効果を有する材料を埋設したり、或いは、ＩＨヒータ等を設けることで、前記密閉容器内の温度が周囲から均一に温められるようにしておくことが好ましい。

以上の通り、本実施形態のエアロゲルシート製造装置Ａによれば、移動用レール３を移動する繊維体Ｆの上方からゾル溶液Ｓが供給されて含浸されると共に、その含浸後には直ちに繊維体Ｆが貯水部４に浸漬されるようにしているので、繊維体Ｆにゾル溶液Ｓを簡単且つ確実に含浸することができるのである。

更に、ゾル溶液Ｓが確実に含浸された後の繊維体Ｆに向けて、第二供給部８から熱加水分解性化合物Ｙが噴出されるので、ゾル溶液Ｓの加水分解を抑制するための冷却装置を必要とせず、作業管理を簡易化して、設備コストも安価にできる。

図２は、本発明の他の実施形態を示すエアロゲルシート製造装置Ａを概略した正面図である。

ここで、図１と共通する部位には、同一の符号を付して重複する説明は省略することとし、以下では、本実施形態の特徴についてのみ説明する。

このエアロゲルシート製造装置Ａは、繊維体Ｆが、予めロール状に一体形成されたものを用い、この繊維体Ｆにゾル溶液Ｓを含浸させる点で図１とは異なるものである。

すなわち、本実施形態のエアロゲルシート製造装置Ａでは、移動用レール３の上流側に、ロール状に一体形成された繊維体Ｆを回転軸Ｆａに軸着して回転自在に保持しておき、その繊維体Ｆの先端を移動用レール３の上流側から送り部３１によって順次移動させて行くものである。

この繊維体Ｆは、前述と同じ要領で、第一供給部２から供給されたゾル溶液Ｓを含浸した直後に貯水部４に浸漬される。

但し、本実施形態のようなロール状の繊維体Ｆでは、移動用レール３の下流端付近に、長尺の繊維体Ｆを所望の寸法に切断可能な切断具７を設けておき、貯水部４から押し出された繊維体Ｆを所定の長さに切断したうえで、収納容器６に収納するのである。

また、本実施形態の場合にも、次々に収納される繊維体Ｆ同士が一体化される恐れがあるので、切断具７の直前において、ロール状のＰＥＴシートＰＳを繊維体Ｆの片面に被覆したうえで、切断具７によって当該ＰＥＴシートＰＳと繊維体Ｆを同時に切断すれば、作業効率を高めることができる。

このように、本実施形態のエアロゲルシート製造装置Ａによれば、多量の繊維体Ｆにゾル溶液Ｓを簡単且つ確実に含浸することができ、さらに生産効率を高めることができる。

Ａ エアロゲルシート製造装置
Ｆ 繊維体
Ｓ ゾル溶液
Ｙ 熱加水分解性化合物
１ 貯留容器
１１ 冷却器
１２ 攪拌部
２ 第一供給部
３ 移動用レール
３１ 送り部
４ 貯水部
５ 角度調整部
８ 第二供給部
８１ タンク

Claims (2)

1. ゾル溶液を繊維体に含浸させるためのエアロゲルシート製造装置であって、
   前記ゾル溶液が貯留される貯留容器と、
   前記貯留容器に貯留されたゾル溶液を、前記繊維体の上方から供給する第一供給部と、
   前記繊維体を移動させる送り部を備えた移動用レールと、
   前記移動用レールにおける前記第１供給部よりも下流に配置され、タンク内に貯留された熱加水分解性化合物を、前記繊維体に噴出させる第二供給部と、からなり、
   前記移動用レールにおける前記第一供給部と前記第二供給部との間には、前記ゾル溶液を貯留すると共に、当該ゾル溶液に前記繊維体が浸漬される深さを有する貯水部が形成され、当該貯水部を通った繊維体に前記第二供給部から熱加水分解性化合物が噴出されるようにしていることを特徴とするエアロゲルシートの製造装置。
2. 前記貯水部の下流側には、前記移動用レールの設置角度を調整可能な角度調整部が設けられ、前記繊維体に含浸されたゾル溶液の量に応じて、前記移動用レールの角度を調整可能に構成していることを特徴とする請求項１に記載のエアロゲルシートの製造装置。

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