JP2013528154A - シリカゾル材料の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、特に材料の再加工性、合成速度および工業的スケールでシリカゾル材料を製造し得る可能性に関して有利な、生分解性および／または吸収性シリカゾル材料の改善された製造方法に関する。本発明の別の主題は、本発明の合成方法により製造することのできる生分解性および／または吸収性シリカゾル材料に関する。

Description

本発明は、特に材料の再加工性、合成速度および工業的スケールでシリカゾル材料を製造し得る可能性に関して有利な、生分解性および／または吸収性シリカゾル材料の改善された製造方法に関する。本発明の別の主題は、本発明の合成方法により製造することのできる生分解性および／または吸収性シリカゾル材料に関する。
生分解性および／または吸収性シリカゾル材料およびその製造は、先行技術文献に記載されている。
ＤＥ１９６ ０９ ５５１Ｃ１は、一塊の紡糸から糸を引き出し、場合により乾燥させることによりゾルゲル法によって得られる生分解性／生物吸収性繊維構造を記載する。ゾル材料の製造は、出発原料であるテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、エタノール、水および硝酸を１：１．２６：ｘ：０．０１〔ここでｘは、１．６、１．７、１．８、１．９または２．０である〕のモル比で混合する加水分解−縮合工程を含む。ＤＥ１９６ ０９ ５５１Ｃ１は、室温または若干の冷却下、所要の水／酸混合物を加水分解するべきケイ素化合物（ＴＥＯＳ）に加えた後、得られた混合物を１〜数時間撹拌する方法を記載する。加水分解が終了した際に、混合物が室温で２０ｓ−１のせん断速度において０．０５〜５０Ｐａ・ｓの粘度を有するまで溶媒を除去する。その後、好ましくはろ過を行う。ろ液を密閉容器中、３℃の温度で６時間〜６か月の熟成期間熟成させ、シリカゾル材料を得る。その後、シリカゾル材料を紡績して繊維を得ることができる。
溶媒中に存在するケイ素化合物への酸性水溶液の添加は、反応容器中でミストの形成をもたらし得る。そのようなミスト中の粒子は、その後ろ過工程によってのみ除去することができる。ろ過工程により粒子を除去できない場合、例えばシリカゲル繊維を得るための、紡糸装置を用いたシリカゾル材料のさらなる加工中に、この粒子は紡糸装置の紡糸ジェットを詰まらせるかもしれない。そして、紡糸工程は中断され、紡糸ジェットをきれいにしなければならない。一方、ろ過により、もはやシリカゾル材料を得ることができないほどに合成材料が欠失してしまうため、付加的なろ過工程は可能な限り回避すべきである。
また、ＷＯ２００８／０８６９７０Ａ１は、少なくとも１６時間かけて加水分解−縮合工程を行う、同様のシリカゾル材料に関する。この加水分解−縮合工程は、好ましくは、撹拌容器中で不連続的に行われる。ケイ素化合物および溶媒を、好ましくは初期投入物として導入する。その後、酸（好ましくはＨＮＯ３の形態）を素早く添加する。酸強度により加水分解−縮合反応が素早く進行し、容器の内容物を約４０℃まで加熱する方法が記載されている。その後の溶媒の除去は、混合物の粘度が、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において０．５〜２Ｐａ・ｓとなるまで行われる。ろ過は必要ないことになっている。次いで、３次元ポリマーゲル網目構造の形成を抑える目的で、動力学的に制御された条件下でさらなる縮合をもたらすために、熟成を好ましくは２〜４℃の温度で行う。熟成生成物は、３５〜４５Ｐａ・ｓ（４℃でのせん断速度１０ｓ−１）の粘度を、２．５〜３．５の損失係数（４℃、１０ｓ−１、１％変形）とともに有することが好ましい。
ＷＯ２００８／１４８３８４Ａ１は、同様のシリカゾル材料に関する。この材料を製造する場合、ガス拡散密閉容器（好ましくはロータリーエバポレーター）をエバポレーション時に使用する。加水分解−縮合工程は、ＴＥＯＳとエタノールの混合物への、Ｈ２ＯとＨＮＯ３の混合物の直接添加を含む。特に、動力学的に制御された熟成は、密閉されたガス拡散密閉容器における反応混合物の除振貯蔵により行われる。
ＷＯ２００９／０７７１０４Ａは、ＷＯ２００８／１４８３８４Ａ１と比較して、エバポレーションを、必要に応じて同伴ガスの化学的不活性な蒸気を連続的に導入することにより密閉容器内で行う、同様のシリカゾル材料に関する。
先行技術から特定される方法の全ては、加水分解−縮合、溶媒除去および熟成の少なくとも３つの工程を含む。この工程は、当然種々の容器で行われる。個々の工程における時間は、かなり変わる場合もある。好適な粘度に達した時、個々の工程は終了する：すなわち、所望の（中間）生成物の存在下で工程を止めることができるよう、当然、反応混合物の粘度を監視する必要がある。
先行技術から特定される方法において、加水分解−縮合反応は、加水分解すべきケイ素化合物と酸との素早い接触により行われる。それぞれに記載されるように、発熱性の反応は大幅な温度上昇をもたらす。特に、大容量での工業的生産のためにスケールアップする場合には、とりわけ安全上の理由からこのような温度上昇は回避すべきである。さらに、反応混合物内の温度が不均一である結果、特に工業的スケールにおいて不均一な生産となり得る。
先行技術によれば、熟成は、好ましくは−２０℃〜１０℃の温度で除振して行われ、６時間〜６か月間続く。このような工程は規模拡大可能ではないため、大容量生産には適していない。
先行技術に記載された方法の不十分な可制御性により、シリカゾル材料製造方法の終了は、生産開始時には±２日の範囲内でしか予測することができない。特に、場合によっては短期の貯蔵期間のみを可能とする材料の生分解性または吸収性に関して、上記の不確実性は経済的に有利な設計および生産につながらない。
独国特許出願第１９６０９５５１号明細書 国際公開第２００８／０８６９７０号パンフレット 国際公開第２００８／１４８３８４号パンフレット 国際公開第２００９／０７７１０４号パンフレット
したがって、本発明の課題は、先行技術における欠点に対処することであり、また、シリカゾル材料の改良された製造方法を提供することである。製造方法は、シリカゾル材料の再加工可能な製造を可能にすべきである。製造方法は、工業的スケールにスケールアップすることができ、反応の終了をより正確に予測できるものであるべきである。個々の工程間での反応容器の変更は回避されるべきである。
本発明の課題は、下記工程を含むシリカゾル材料の製造方法により達成される：
（ａ）酸性水溶液と加水分解性ケイ素化合物との制御された接触、
（ｂ）その後に続くエバポレーションにより、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において０．５〜３０Ｐａ・ｓの範囲の粘度を有する単相溶液を得ること、および
（ｃ）工程（ｂ）で得られた単相溶液を熟成して、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において３０〜１００Ｐａ・ｓの範囲の粘度および２〜５の損失係数を有するシリカゾル材料を得ること。
図１は、合成反応器、ならびに紡糸可能および生分解性シリカゾル材料の製造に関するその周辺機器の配置図を示す。
先行技術（ＷＯ２００８／０８６９７０号、第４頁、第２４行目）に記載されるような加水分解性ケイ素化合物への酸性水溶液の急速添加の代わりに、本発明においては、これらの成分を制御された方法で接触させる。本明細書において「制御された接触」とは、急激かつ急速に行われるものではなく、事前に決められた時間で行われる接触を意味するものと理解される。接触は、混合物の温度が予め決められた温度範囲になるように行う。
好ましくは、接触は、少なくとも１５分間、特に好ましくは少なくとも３０分間、とりわけ好ましくは少なくとも１時間の時間をかけて行う。反応中に生じる熱量を消散させ、反応混合物の温度を予め決められた範囲内に保つことができるよう、測量添加のための時間が短いほど追加の機器測定が必要となる可能性が高い。
驚くべきことに、先行技術と比較して長時間に及ぶ加水分解性ケイ素化合物と酸性水溶液との接触は、ポリマーの質量分布の著しい変化を生じない。例えば、本発明に従って、加水分解性ケイ素化合物への酸性水溶液の添加を急速に行わず、１時間かけて行うようにＷＯ２００８／０８６９７０Ａ１に記載された合成方法を変更した場合、この方法の終了時（熟成後）に得られる、例えばゲル浸透性クロマトグラフィーにより測定されるポリマー分布は顕著な影響を受けない。
しかしながら、制御された接触は、特に工業的スケールにおいて稼働する方法について、例えば安全事項の順守に関して、工程制御に関して、および再生産性に関してかなりの利点を有する。
本発明の方法の工程（ａ）において接触を一定速度で行うことが考えられる。同様に、反応混合物の温度が予め決められた範囲になるように接触を行うことが考えられる。したがって、後者のケースにおいては、温度および／または反応混合物中の温度変化により成分の接触を制御する制御サイクルが存在する。
本発明の方法の好ましい実施態様において、工程（ａ）における接触は、準等温条件下で行われる。用語「準等温条件」は、できる限り一定の温度で化学反応が行われることを意味すると理解される。本発明の方法の場合、工程（ａ）で反応は等温条件下、好ましくは±５℃の、好ましくは±２℃の、特に好ましくは±０．５℃の最低温度範囲（すなわち、反応混合物内で測定された最低温度の範囲）内で行われる。
本発明の別の好ましい実施態様において、工程（ａ）における成分の接触は、加水分解−縮合反応により放出される熱を合成混合物の加熱に利用できるよう行う。これにより、合成混合物の過熱を回避することができ、例えば、非効率的過ぎるおよび／または動きの悪すぎる熱交換器の場合に、所望の温度下より制御された方法で加水分解−縮合反応を行うことができる。
工程（ａ）における加水分解−縮合反応は、好ましくは撹拌しながら行う。
用語「加水分解性ケイ素化合物」は、好ましくは式（Ｉ）：
ＳｉＸ４ （Ｉ）
〔式中、基Ｘは、同一であるか、または異なっており、ヒドロキシ、水素、ハロゲン、アミノ、アルコキシ、アシルオキシ、アルキルカルボニルおよび／またはアルコキシカルボニルを表し、１〜２０個の炭素原子を有する、好ましくは１〜１０個の炭素原子を有する、場合により置換された直鎖、分枝または環状の基であるアルキル基に由来し、酸素もしくはイオウ原子またはアミノ基により中断されていてもよい〕
で示されるケイ素化合物を意味する。本発明の一実施態様において、式（Ｉ）のＸは、１〜２０個の炭素原子を有する、好ましくは１〜１０個の炭素原子を有する場合により置換された直鎖、分枝および／または環状のアルコキシ基を表す。特に好ましくは、式（Ｉ）におけるＸは、場合により置換された直鎖および／または分枝Ｃ１〜Ｃ５アルコキシ基を表す。置換された、だが好ましくは非置換の直鎖および／または分枝Ｃ２〜Ｃ３アルコキシ基（例えば、エトキシ、Ｎ−プロポキシおよび／またはイソプロポキシなど）がさらに好ましい。本発明によれば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）が、本発明の製造方法におけるケイ素化合物として非常に特に好ましい。
用語「酸性水溶液」はｐＨ０〜７以下、好ましくは０〜２の混合物および／または溶液を示す。水およびプロトン供与体に加えて、酸性水溶液は、例えば可溶化促進剤として機能する１つ以上のさらなる物質を含むことができる。好ましくは水溶性溶媒が添加される。エタノールが特に好ましい。酸性水溶液は、好ましくは水とエタノールを１：１．２７〜１：１．５９のモル比で、特に好ましくは１：１．４１のモル比で含む。
使用されるプロトン供与体は、好ましくは硝酸である。
好ましくは硝酸エタノール水溶液とともに、生理学的に許容可能な酸（例えば、クエン酸、コハク酸、酒石酸、酢酸またはアスコルビン酸）および少なくとも１種類の必須アミノ酸（例えば、Ｌ−アルギニン、特に好ましくは；Ｌ−バリン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−イソロイシン、Ｌ−フェニルアラニン、Ｌ−チロキシン、Ｌ−メチオニン、Ｌ−リシンまたはＬ−トリプトファン）または非必須アミノ酸（例えば、Ｌ−グルタミン、Ｌ−グルタミン酸、Ｌ−アスパラギン、Ｌ−アスパラギン酸、Ｌ−システイン、Ｌ−グリシン、Ｌ−アラニン、Ｌ−プロリン、Ｌ−ヒスチジン、Ｌ−チロシン）の水性またはアルコール性（好ましくは：希釈エタノール水溶液）溶液もまた、本発明に適している。このような混合物および／または溶液は、生理学的環境において酸素分子とともに（ニトロキシドシンセターゼ、ＮＯＳにより）一酸化窒素（ＮＯ）を酵素的に形成する。さらに、有機硝酸レダクターゼの力を借りてＮＯを形成する硝酸エチルのような有機硝酸塩および／または硝酸エステル（いわゆるＮＯ供与体）を使用することができる。このＮＯの酵素遊離にはチオール基（システイン）が必要である。
ケイ素化合物の加水分解のために、かなり大量の水が使用され、ＳｉＸ４：水のモル比は１：１．５〜１：２．５の範囲、好ましくは１：１．７〜１：１．９の範囲、特に好ましくは１：１．７〜１：１．８の範囲である。
工程（ａ）における成分の接触を別の方法で行ってもよい。はじめに加水分解性ケイ素化合物を反応基中に導入し、そこへ酸性水溶液を加える方法が考えられる。この場合、はじめに、適当な溶媒（例えば、ＴＥＯＳの場合にはエタノール）に加水分解性ケイ素化合物を導入することがあり得る。
別の好ましい実施態様は、酸と加水分解性ケイ素化合物の両方を制御された方法で同時に量りいれるシリカゾル材料の製造方法に関する。加水分解性ケイ素化合物を一部の溶媒（好ましくは溶媒の３５〜３８％）と予め混合しておくことが好ましい。したがって、溶媒の総量は変化しないことが好ましい。また、開始時、酸と数種の溶媒の所望の混合物および加水分解性ケイ素化合物が制御された方法で量り入れられる反応混合物中の溶媒は、それに応じて少ない。この実施態様は、（工業的スケールでの）連続的な製造方法に対して特に重要である。この実施態様において、酸と加水分解性ケイ素化合物は、互いに独立して（例えば異なる反応容器の投入口およびポンプ系を用いて）異なる時間をかけて量り入れることができる。しかしながら、測量添加の同時間は体積流に応じて選択される。測量添加される加水分解性ケイ素化合物の量および／または酸の添加量は、単位時間あたり一定であることが好ましい。本発明のこの実施態様は、好ましくは準等温条件下で行われる。好ましくは、加水分解性ケイ素化合物または酸を、少なくとも１５分、好ましくは少なくとも３０分、とりわけ好ましくは少なくとも１時間の時間をかけて測量添加される。
本発明の別の主題は、加水分解性ケイ素化合物を溶媒中で酸へ測量添加するシリカゾル材料の製造方法に関する。驚くべきことに、この制御された接触（以下、「逆測量添加」ともいう）は、再生産可能であり、かつ制御された方法で製造し得るが、その物性は先行技術で開示されるゾルの物性とは異なる新しいタイプのゾルを生じる。逆測量添加により得られるゾルは、紡いで繊維を得ることができ、また生分解性および／または生態吸収性である。先行技術で開示されるゾルと比較して、このゾルは同じ損失係数でより低い粘度を有する。
損失係数は、粘性ないし弾性成分の動的粘度の指数である。低すぎる損失係数は、その材料の高すぎる弾力性を意味し、例えば、紡織時に安定した糸形成をもたらさない（糸のゲル化、引裂）。損失係数が高すぎる場合、その材料は、安定した糸形成が不可能なほど自由流動性である（液滴生成）。
したがって、損失係数は、シリカゾルのさらなる用途（詳細は下記参照）に関するシリカゾルの品質を決定するための重要なパラメータである。逆測量添加により得られるシリカゾル材料の場合には、同じ損失係数に対して粘度が低くなるため、そのような材料は加工しやすく有利である。
逆測量添加の場合、必要に応じて、加水分解性ケイ素化合物を極少量（好ましくは０〜５％）の溶媒に予め溶解させておくことが好ましい。したがって、溶媒の総量は変化しないことが好ましい。また、反応開始時、ケイ素化合物または数種の溶媒の混合物および加水分解性ケイ素化合物が制御された方法で量り入れられる反応容器中に溶媒は存在しないか、それに応じて少ない。逆測量添加も、好ましくは準等温条件下で行われる。単位時間あたりに測量添加される加水分解性ケイ素化合物の量は、一定またはほぼ一定であることが好ましい。好ましくは、加水分解性ケイ素化合物を、少なくとも１５分、好ましくは少なくとも３０分、とりわけ好ましくは少なくとも１時間の時間をかけて測量添加する。驚くべきことに、逆測量添加の場合、先行技術および本明細書で開示される他の実施態様と比較して、反応全体が速いことも確認されている。３７℃の温度で他の条件が同じ場合、他の測量添加方法の場合には反応全体で１８時間かかるのに対して、反応全体がたったの４時間で終了する。また、逆測量添加の場合、より高い温度でも反応は速くなる。
本発明の別の主題は、加水分解ケイ素化合物の酸性水溶液への制御された測定添加、その後に続くエバポレーションにより、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において０．５〜１．５Ｐａ・ｓの範囲の粘度を有する単相溶液を形成すること、および、この単相溶液を熟成することにより、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において３０Ｐａ・ｓの粘度および３の損失係数を有するシリカゾル材料を得ることにより製造されるシリカゾル材料に関する。
工程（ａ）における成分の接触後、工程（ｂ）におけるエバポレーションの前に、反応混合物を、動的平衡に達するまでしばらく撹拌することが好ましい。
反応時間は、選択する温度および制御された測量添加の時間に依存する。例えば、５５℃の温度で、１時間かけて溶媒中の加水分解性ケイ素化合物へ酸を測量添加する場合、研究スケールで、反応は全体で５時間かかる。３７℃で他の条件が同じ場合、反応は１８時間続く。
加水分解−縮合は、好ましくは加圧せず（すなわち、約１０１３２５Ｐａでの過圧なしで）、好ましくは０〜７８℃の温度で行われる。適切な圧力調整により、エタノールの沸点（すなわち、７８℃）を超える温度で反応を行うことができる。
単相溶液を生成する工程（ｂ）の反応性エバポレーションは、先行技術で説明されるように、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において０．５〜３０Ｐａ・ｓの、好ましくは４℃で１０ｓ−１のせん断速度において０．５〜２Ｐａ・ｓの、特に好ましくは４℃で１０ｓ−１のせん断速度において１Ｐａ・ｓの混合物の動的粘度（η）になるまで行われる。
本発明の一実施態様において、工程（ｂ）は完全な混合が可能であり、その間に同時に溶媒（例えば、ミス、エタノール）を除去することのできる密閉装置で行われる。好ましくは、圧力を調整することにより〔好ましくは５００〜１２０ｍｂａｒ（時間により変化）に調整〕最低温度を一定（例えば、±５℃、好ましくは±２℃）に保持する。これは前記粘度になるまで、穏やかな煮沸により連続的に溶媒が除去されることを意味する。反応温度は先行技術に記載されるような温度、すなわち、好ましくは３０〜７８℃、特に好ましくは６０〜７５℃を選択することができる。工程（ｂ）を、反応系の穏やかで完全な混合により行うことが好ましい。
工程（ｂ）により得られた単相溶液に、工程（ｃ）で熟成を施す。先行技術（ＷＯ２００８／１４８３８４Ａ１、第９頁、１．３１）とは対照的に、熟成工程の間、この単相溶液を撹拌することが好ましい。撹拌による系の完全な混合は、わずかに速い熟成をもたらす。さらに、単相溶液の完全な混合は温度勾配の解消につながり、それはより良好な温度制御をもたらすため、より容易に規模拡大可能な方法をもたらす。単相溶液中に気泡を生じない撹拌を用いることが好ましい。これに関して、コイル原理に基づく撹拌が特に適切であることがわかった。また、撹拌速度は、単相溶液中に気泡が生じないような速度を選択する。４〜５０ｒｐｍの速度、特に２５ｒｐｍ未満の、特に好ましくは１０ｒｐｍ未満の速度が有益であることがわかった。
熟成中の単相溶液の完全な混合の結果、医薬成分のゾルへの均一な取り込みが可能となる。特に、（エバポレーションに必要なより高い反応温度を伴う）反応性エバポレーションの工程は既に終了しているため、温度感受性活性成分の取り込みに適している。
本発明において、「活性成分」は、生命体において少量で特定の効果、反応をもたらす物質として定義される。使用される活性成分は、好ましくは薬剤であり、特に好ましくは温度感受性薬剤、すなわち、人体または動物の治療目的で使用される活性成分である。温度感受性活性成分および／または薬剤は、８℃以下、好ましくは２℃以下の温度でその分解が著しく速くなる成分および／または薬剤である。
熟成（工程（ｃ））において重要で影響力のあるパラメータは温度である。原則として熟成は、−８０〜７８℃に至るまでの温度で、これを超える圧力も調整しながら行う。すべての温度で、先行技術において既知のゾルを製造することができる。しかしながら、熟成を２５〜３５℃の温度で行うことが特に好ましいことがわかった。第１に、これらの温度での製造時間は、著しく短くなる（４℃で熟成した場合に２〜３週間であるのに対して、３１℃行った場合には２日である）。第２に、理想的に熟成は４５℃の温度を超えるべきでない。そうでなければ、粘度および損失係数に関する下記で特定される目標値で熟成の終了を確保することができず、反応がさらに進み、望ましくない、すなわち、もはや生分解性でなくおよび／またはゲル化点を超えて紡ぐことのできない材料が得られることになるからである。
本発明によれば、工程（ｃ）で得られるシリカゾル材料は、好ましくは（４℃で１０ｓ−１のせん断速度において）３０〜１００Ｐａ・ｓの、好ましくは（４℃で１０ｓ−１のせん断速度において）３５〜７０Ｐａ・ｓの粘度と、２〜５の、好ましくは２．５〜３．５の、特に好ましくは２．８〜３．２の損失係数（４℃、１０ｓ−１のせん断速度、１％変形）を有する。後にシリカゾル材料を紡いで繊維を得る場合、熟成についてのこれらの条件は特に好ましい。粉末およびモノリスに関しては、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において６０Ｐａ・ｓを超える粘度が好ましい。
本発明の製造方法により製造されたシリカゾル材料をさらに処理して繊維、不織布、粉末、モノリスおよび／またはコーティングを得ることができる。さらなる処理工程は、当業者に既知である。
繊維および／または不織布を得るためのこれらのシリカゾル材料の紡糸工程は、例えば、ＤＥ１９６ ０９ ５５１Ｃ１、およびＤＥ １０ ２００４ ０６３５９９Ａ１に記載されている。本発明のシリカゾル材料から出発する粉末、モノリスおよび／またはコーティングの製造は、例えばＷＯ２００８／０８６９７０Ａ１、ＷＯ２００８／１４８３８４Ａ１およびＷＯ２００９／０７７１０４Ａ１に記載されている。
好ましくは、すべての製造工程（ａ）〜（ｃ）を１回で同じ容器で行う。好ましくは、すべての製造工程（ａ）〜（ｃ）を穏やかな撹拌により行う。反応容器は、好ましくは以下の特徴を有する撹拌反応器を含む。１）密閉することができ、少なくとも１０ｂａｒまで耐圧性であり、少なくとも−２０〜８０℃まで加熱することが可能である。圧力および温度を確認し、示し、調整できる。２）各液体成分の測量添加に対する対応手段、生成物を取り出すための底部排出バルブ、および加圧するためのおよび／または蒸留により反応混合物から気体アルコールおよび酸性水溶液を取り除くための気体出入り口を有する。
反応混合物の粘度を測定するためのプローブを備えた反応容器があり得る。反応成分の濃度を監視するために、例えばＩＲまたはラマンプローブなどの他のプローブを用いることもできる。
驚くべきことに、個々の反応工程（ａ）〜（ｃ）は、簡単なアレニウス式に従うことがわかった。頻度因子および活性化エネルギーは、当業者に既知の方法により実験的に決定することができる。したがって、予め決めた反応温度に対して反応が終了する時間を予測することができ、または予め決めた時間に対して必要となる温度を決定することができる。
非常に不明確な予測（±２日の範囲内での予測）しかできない、先行技術で記載された予測方法とは対照的に、本発明の方法により、特定のシリカゾル材料の反応の終了を±２日の範囲内で予測することが可能である。
本発明の方法は、先行技術における欠点を解決する。出発物質の制御された接触により、製造方法をより良好に全体的に制御することができる。再生産性も高く、製造工程の規模拡大が可能である。熟成工程（ｃ）の間、好ましくは２５〜３５℃の温度での、単相溶液の撹拌の付加的な手段により、さらなる改善が生じる。特に、上述した好ましい温度下で行われる熟成は、シリカゾル材料に要求される製品特性に関して欠点を生じることなく、製造工程全体の速度を著しく速める。本発明に記載された影響力のあるパラメータにより、合成時間を全体的に約９０％も短くすることができる。ここで、予測方法、とりわけ改善された製造方法に基づく予測方法は、シリカゾル材料の製造工程の終了を±２日の範囲内で予測することができる。
本発明を、以下の実施例によってより詳細に説明するが、これらに限定されない。
図１は、合成反応器、ならびに紡糸可能および生分解性シリカゾル材料の製造に関するその周辺機器の配置図を示す。
〔第１実施例〕
加水分解−縮合の出発材料として、５．４モルＴＥＯＳ（テトラエトキシシロキサン）／６．８モルエタノールを密閉容器内へ投入した。０．００６Ｎ ＨＮＯ３溶液の形態の水（９．６モル）を予め混合した後、制御された方法で、３７℃の一定温度（等温線モード）で１時間かけてエタノール／ＴＥＯＳ混合物中に量り入れた。エタノール濃度が約６８重量％になるまで、１７時間、後撹拌した。その後、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において１Ｐａ・ｓの粘度になるまで、引き続き単相溶液を６２℃の一定最低温度、５００〜１２０ｍｂａｒでエバポレートした。シリカゾル材料の熟成は、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において５５Ｐａ・ｓの粘度および損失係数が３になるまで、２８．１℃の温度で撹拌しながら行った。
〔第２実施例〕
エタノール（２．６モル；１００％）を密閉反応容器へ投入した。残りのエタノール（４．２モル；１００％）を、制御された方法で、エタノールとの接触を経た５．４モルのＴＥＯＳとともに１時間かけて反応容器内へ量り入れた。同時に、０．００６Ｎ ＨＮＯ３溶液の形態の水（９．６モル）を、反応容器への他の投入手段により１時間かけて量り入れた。反応は、反応全体の初めから終わりまで反応容器内の最低温度が３７℃（等温線モード）となるようにして行った。熟成温度以外は第１実施例に記載したのと同様にして他の製造工程を行った。熟成温度は４℃であった。
〔第３実施例〕
エタノール（６．８モル；１００％）を、０．００６Ｎ ＨＮＯ３溶液の形態の水（９．６モル）とともに密閉反応容器へ投入した。反応容器に入っている混合物中へ、５．４モルのＴＥＯＳ（テトラエトキシシロキサン）を制御された方法により１時間かけて量り入れた。反応は、反応全体の初めから終わりまで反応容器内の最低温度が３７℃（等温線モード）となるようにして行った。第１実施例に記載したのと同様にして他の製造工程を行った。シリカゾル材料の熟成は、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において３０Ｐａ・ｓの粘度および損失係数が３．１になるまで、７℃温度で撹拌しながら行った。

Claims (8)

  1. （ａ）酸性水溶液と加水分解性ケイ素化合物との制御された接触、
    （ｂ）その後に続くエバポレーションにより、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において０．５〜３０Ｐａ・ｓの範囲の粘度を有する単相溶液を得ること、および
    （ｃ）工程（ｂ）で得られた単相溶液を熟成して、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において３０〜１００Ｐａ・ｓの範囲の粘度および２〜５の損失係数を有するシリカゾル材料を得ることによる、
    シリカゾル材料の製造方法。
  2. 工程（ａ）において、制御された測量添加を少なくとも１５分の時間をかけて行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 工程（ａ）を等温状態で行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 工程（ｂ）における最低温度を、圧力を調節することにより一定に保つことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 単相溶液を撹拌しながら、工程（ｃ）の熟成を行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. １ａｔｍ標準気圧下−２５〜７８℃の温度で、または、過圧下７８℃より高い温度で、工程（ｃ）の熟成を行うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
  7. 工程（ａ）〜工程（ｃ）を同一反応容器内で行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
  8. 溶媒中に存在する酸への加水分解ケイ素化合物の制御された測量添加、その後に続くエバポレーションにより、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において０．５〜２Ｐａ・ｓの範囲の粘度を有する単相溶液を得ること、および、該単相溶液を熟成することにより、４℃で１０ｓ−１のせん断速度において３０Ｐａ・ｓの粘度および３．１の損失係数を有するシリカゾル材料を得ることにより製造されるシリカゾル材料。
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