JP2022123163A - Gel production method and gel production device - Google Patents

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Abstract

To provide a technique that can form a raw material liquid layer, which is thinner than the equilibrium thickness, on a high-density base liquid layer, and can also form even a gel layer thinner than the equilibrium thickness.SOLUTION: Provided is a gel production method in which: a raw material liquid of gel is supplied onto a liquid surface of a base liquid layer, the outer periphery of which is surrounded by a molding frame, the base liquid layer having density higher than the raw material liquid; a raw material liquid layer is formed, which comes into contact with the entire inner periphery of the molding frame; after the raw material liquid layer comes into contact with the entire inner periphery of the molding frame, the raw material liquid is discharged out of the molding frame from the raw material liquid layer; the raw material liquid layer is thinned to a thickness below the equilibrium thickness; and the thinned raw material liquid layer is gelated on the liquid surface of the base liquid layer.SELECTED DRAWING: Figure 1B

Description

本開示は、ゲルの製造方法、及びゲルの製造装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a gel manufacturing method and a gel manufacturing apparatus.

特許文献1には、ゲルの製造方法が開示されている。この方法によれば、底板と、底板の周縁から上方に延びる側板と、からなる容器内において、第1の液状物からなる第1の液層の上に、ゲル原料を含む第2の液状物からなる第2の液層を存在させた状態で、第2の液層をゲル化させる。 Patent Literature 1 discloses a method for producing a gel. According to this method, the second liquid containing the gel raw material is placed on the first liquid layer containing the first liquid in the container comprising the bottom plate and the side plates extending upward from the periphery of the bottom plate. The second liquid layer is gelled in the presence of the second liquid layer consisting of

国際公開第2019/044669号WO2019/044669

ゲルの原料液を原料液よりも高密度のベース液層Bの上に供給すると、ベース液層Bの上に原料液層Aが形成される。ベース液層Bが原料液層Aよりも十分に広ければ、原料液層Aの厚みは自然に一定の厚みになろうとする。その厚みを、平衡厚みとも呼ぶ。平衡厚みHA0は、下記式(1)から求められる。 When the raw material liquid of the gel is supplied onto the base liquid layer B which has a higher density than the raw material liquid, the raw material liquid layer A is formed on the base liquid layer B. If the base liquid layer B is sufficiently wider than the source liquid layer A, the thickness of the source liquid layer A naturally tends to be constant. The thickness is also called the equilibrium thickness. The equilibrium thickness H A0 is obtained from the following formula (1).

Figure 2022123163000002
平衡厚みHA0(m)は、上記式(1)に示すように、原料液層Aの密度ρ(kg/m)と、ベース液層Bの密度ρ(kg/m)と、原料液層Aの表面張力σ(N/m)と、ベース液層Bの表面張力σ(N/m)と、原料液層Aとベース液層Bとの界面張力σA-B(N/m)とから求められる。なお、上記式(1)において「g」は、重力加速度であり、9.8(m/s)である。
Figure 2022123163000002
The equilibrium thickness H A0 (m) is the density ρ A (kg/m 3 ) of the raw liquid layer A and the density ρ B (kg/m 3 ) of the base liquid layer B , as shown in the above formula (1). , the surface tension σ A (N/m) of the raw liquid layer A, the surface tension σ B (N/m) of the base liquid layer B, and the interfacial tension σ A−B between the raw liquid layer A and the base liquid layer B (N/m). In addition, "g" in the above formula (1) is the gravitational acceleration, which is 9.8 (m/s 2 ).

平衡厚みHA0は、原料液層Aの材料である原料液と、ベース液層Bの材料であるベース液との組み合せで決まる。 The equilibrium thickness H A0 is determined by the combination of the source liquid, which is the material of the source liquid layer A, and the base liquid, which is the material of the base liquid layer B.

本開示の一態様は、高密度のベース液層の上に、平衡厚みよりも薄い原料液層を形成でき、ひいては平衡厚みよりも薄いゲル層を形成できる、技術を提供する。 One aspect of the present disclosure provides a technique capable of forming a raw material liquid layer thinner than the equilibrium thickness on top of a high-density base liquid layer, thereby forming a gel layer thinner than the equilibrium thickness.

〔1〕本開示の一態様に係るゲルの製造方法は、ゲルの原料液を前記原料液よりも高密度のベース液層の型枠で外周を囲まれる液面の上に供給し、前記型枠の内周全体に接する原料液層を形成し、前記型枠の内周全体に接した後の前記原料液層から前記原料液を前記型枠外に排出し、前記原料液層を平衡厚み未満の厚みに薄化し、前記薄化した前記原料液層を、前記ベース液層の前記液面の上でゲル化する。 [1] A method for producing a gel according to an aspect of the present disclosure, in which a raw material liquid for a gel is supplied onto a liquid surface surrounded by a mold for a base liquid layer having a higher density than the raw material liquid. Forming a raw material liquid layer in contact with the entire inner circumference of the frame, discharging the raw material liquid from the raw material liquid layer after contacting the entire inner circumference of the mold to the outside of the mold, and making the raw material liquid layer less than the equilibrium thickness and the thinned raw material liquid layer is gelled on the liquid surface of the base liquid layer.

〔2〕上記〔1〕に記載の方法であって、ノズルの吸引口を薄化後の前記原料液層の上面と同じ高さに設置し、前記原料液層から前記原料液を前記型枠外に排出する。 [2] The method described in [1] above, wherein the suction port of the nozzle is installed at the same height as the upper surface of the raw material liquid layer after thinning, and the raw material liquid is removed from the raw material liquid layer to the outside of the mold. discharge to

〔3〕上記〔1〕又は〔2〕に記載の方法であって、前記ベース液層は、フッ素原子を有する液状化合物である。 [3] The method described in [1] or [2] above, wherein the base liquid layer is a liquid compound containing fluorine atoms.

〔4〕上記〔1〕乃至〔3〕のいずれか一つに記載の方法であって、前記原料液層をゲル化して得られるゲル層を、前記ベース液層から持ち上げる。 [4] The method according to any one of [1] to [3] above, wherein a gel layer obtained by gelling the raw material liquid layer is lifted from the base liquid layer.

〔5〕上記〔4〕に記載の方法であって、前記ベース液層の前記液面の上に前記原料液層を形成する前に、前記ベース液層と前記原料液層の界面よりも下に、前記ベース液層から前記ゲル層を持ち上げる際に前記ゲル層を下方から支持する支持板を設置する。 [5] The method according to [4] above, wherein before forming the source liquid layer on the liquid surface of the base liquid layer, the A support plate is installed to support the gel layer from below when the gel layer is lifted from the base liquid layer.

〔6〕上記〔1〕乃至〔5〕のいずれか一つに記載の方法であって、前記原料液層をゲル化して得られるゲル層の内部に含まれる溶媒を、別の溶媒に置換する。 [6] The method according to any one of [1] to [5] above, wherein the solvent contained in the gel layer obtained by gelling the raw material liquid layer is replaced with another solvent. .

〔7〕上記〔1〕乃至〔6〕のいずれか一つに記載の方法であって、前記原料液層をゲル化して得られるゲル層の内部に含まれる溶媒を、除去する。 [7] The method according to any one of [1] to [6] above, wherein the solvent contained in the gel layer obtained by gelling the raw material liquid layer is removed.

〔8〕本開示の一態様に係るゲルの製造装置は、ゲルの原料液よりも高密度のベース液層の液面の外周を囲む型枠と、前記型枠で囲まれる前記液面の上に前記原料液を供給し、前記型枠の内周全体に接する原料液層を形成する原料液供給部と、前記型枠の内周全体に接した前記原料液層から前記原料液を前記型枠外に排出し、前記原料液層を平衡厚み未満の厚みに薄化する原料液吸引部と、前記薄化した前記原料液層を、前記ベース液層の前記液面の上でゲル化させるゲル化促進部と、を有する。 [8] A gel manufacturing apparatus according to an aspect of the present disclosure includes: a mold surrounding the outer periphery of the liquid surface of a base liquid layer having a density higher than that of the raw material liquid of the gel; a raw material liquid supply unit that supplies the raw material liquid to the mold to form a raw material liquid layer in contact with the entire inner circumference of the mold; a raw material suction part that discharges out of the frame and thins the raw material liquid layer to a thickness less than the equilibrium thickness; and a gel that gels the thinned raw material liquid layer on the liquid surface of the base liquid layer. and a gasification promoting part.

〔9〕上記〔8〕に記載の装置であって、前記原料液吸引部は、薄化後の前記原料液層の上面と同じ高さの位置で、前記原料液層から前記原料液を前記型枠外に排出するノズルを含む。 [9] The apparatus according to [8] above, wherein the raw material liquid suction unit is positioned at the same height as the upper surface of the thinned raw material liquid layer, and the raw material liquid is drawn from the raw material liquid layer. Includes nozzles that discharge outside the formwork.

〔10〕上記〔8〕又は〔9〕に記載の装置であって、前記ベース液層と前記原料液層の界面よりも下に、前記原料液層をゲル化して得られるゲル層を前記ベース液層から持ち上げる際に前記ゲル層を下方から支持する支持板を有する。 [10] The apparatus according to [8] or [9] above, wherein a gel layer obtained by gelling the raw material liquid layer is provided below the interface between the base liquid layer and the raw material liquid layer. It has a support plate that supports the gel layer from below when lifted from the liquid layer.

〔11〕上記〔10〕に記載の装置であって、前記支持板は、前記支持板の表裏面を貫通する貫通穴を、前記支持板の主面方向に間隔をおいて複数有する。 [11] In the device described in [10] above, the support plate has a plurality of through holes passing through the front and back surfaces of the support plate at intervals in the main surface direction of the support plate.

本開示の一態様によれば、高密度のベース液層の上に、平衡厚みよりも薄い原料液層を形成でき、ひいては平衡厚みよりも薄いゲル層を形成できる。 According to one aspect of the present disclosure, a raw material liquid layer thinner than the equilibrium thickness can be formed on the high-density base liquid layer, and thus a gel layer thinner than the equilibrium thickness can be formed.

図1Aは、一実施形態に係るゲルの製造装置を示す断面図であって、原料液層の薄化前の状態を示す断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view showing a gel manufacturing apparatus according to one embodiment, and is a cross-sectional view showing a state before thinning of a raw material liquid layer. 図1Bは、図1Aに示す原料液層の薄化後の状態を示す断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view showing a state after thinning of the raw material liquid layer shown in FIG. 1A. 図2は、図1AのII-II線に沿った型枠の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the mold along line II-II of FIG. 1A. 図3Aは、型枠の内周全体から原料液層が離れている時の力のつり合いの一例を示す断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of force balance when the raw material liquid layer is separated from the entire inner periphery of the mold. 図3Bは、型枠の内周全体に原料液層が接している時の力の釣り合いの一例を示す断面図であって、原料液層の薄化前の状態を示す断面図である。FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of the force balance when the raw material liquid layer is in contact with the entire inner periphery of the mold, and is a cross-sectional view showing the state before thinning of the raw material liquid layer. 図3Cは,図3Bに示す原料液層の薄化後の状態を示す断面図である。FIG. 3C is a cross-sectional view showing a state after the thinning of the raw material liquid layer shown in FIG. 3B. 図3Dは、型枠の側面に形成される凹凸の一例を示す断面図である。FIG. 3D is a cross-sectional view showing an example of unevenness formed on the side surface of the mold. 図4Aは、ベース液供給部及び回収部の一例を示す断面図であって、ベース液層の液面上昇前の状態を示す断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view showing an example of the base liquid supply unit and the recovery unit, and is a cross-sectional view showing a state before the liquid level of the base liquid layer rises. 図4Bは、図4Aに示すベース液層の液面上昇後の状態を示す断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view showing the state of the base liquid layer shown in FIG. 4A after the liquid level rises. 図5は、一実施形態に係るゲルの製造方法を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart showing a method for producing a gel according to one embodiment. 図6は、型枠からのゲルの取出の一例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of removing the gel from the mold. 図7は、型枠からのゲルの取出の別の一例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of removing the gel from the mold.

先ず、本明細書及び特許請求の範囲における用語について説明する。「ゲル」とは、「湿潤ゲル」と「キセロゲル」との両方を含む。 First, terms used in the present specification and claims will be explained. "Gel" includes both "wet gel" and "xerogel".

「湿潤ゲル」とは、三次元網目が膨潤剤によって膨潤したゲルを意味する。膨潤剤が水であるヒドロゲル、膨潤剤がアルコールであるアルコゲル、膨潤剤が有機溶媒であるオルガノゲルを包含する。 A "wet gel" means a gel in which the three-dimensional network is swollen with a swelling agent. It includes hydrogels in which the swelling agent is water, alcogels in which the swelling agent is alcohol, and organogels in which the swelling agent is an organic solvent.

「キセロゲル」とは、「国際純正応用化学連合(IUPAC)無機化学部会及び高分子部会高分子用語法小委員会」の「ゾル,ゲル,網目,及び無機有機複合材料の構造とプロセスに関する術語の定義(IUPAC勧告2007)」によれば「ゲルから膨潤剤を除去して形成された開放網目からなるゲル。」を意味する。超臨界乾燥によって膨潤剤を除去したものをエアロゲル、通常の蒸発乾燥によって膨潤剤を除去したものをキセロゲル、凍結乾燥によって膨潤剤を除去したものをクライオゲルとする分類法もあるが、本明細書及び特許請求の範囲においては、これらを総称してキセロゲルと称する。 The term "xerogel" is defined in the "Sols, Gels, Networks, and Structures and Processes of Inorganic-Organic Composites" of the "International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) Inorganic Chemistry Committee and Polymer Terminology Subcommittee". Definition (IUPAC Recommendation 2007)” means “a gel consisting of an open network formed by removing the swelling agent from the gel”. There are also classification methods such as aerogels that have had the swelling agent removed by supercritical drying, xerogels that have had the swelling agent removed by normal evaporative drying, and cryogel that have had the swelling agent removed by freeze drying. In the claims, these are collectively referred to as xerogels.

「表面張力」とは、液体又は固体の、気体(例えば空気)との境界に作用する力である。 "Surface tension" is the force that acts on the interface of a liquid or solid with a gas (eg, air).

数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。 "~" indicating a numerical range means that the numerical values before and after it are included as lower and upper limits.

X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は互いに垂直な方向である。X軸方向及びY軸方向は水平方向であり、Z軸方向は鉛直方向である。 The X-axis direction, Y-axis direction and Z-axis direction are directions perpendicular to each other. The X-axis direction and Y-axis direction are horizontal directions, and the Z-axis direction is vertical direction.

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same reference numerals are given to the same or corresponding configurations, and explanations thereof may be omitted.

(ゲルの製造装置)
図1A及び図1Bに示すように、原料液層Aは、原料液層Aよりも高密度のベース液層Bの液面の上で、薄化され、続いてゲル化され、ゲル層Cになる。
(Gel manufacturing equipment)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the source liquid layer A is thinned and then gelled on the surface of the base liquid layer B, which has a higher density than the source liquid layer A, to form a gel layer C. Become.

製造装置1は、ベース液層Bを収容する収容部2を有する。収容部2は、例えば、型枠21と、型枠21の開口部を下方から塞ぐ底蓋22とを含む。型枠21は、底蓋22の周縁全体から上方に突出する。底蓋22は、ベース液層Bを下方から支持し、ベース液層Bの下面に接する。 The manufacturing apparatus 1 has a storage section 2 that stores the base liquid layer B. As shown in FIG. The housing portion 2 includes, for example, a mold 21 and a bottom lid 22 that closes the opening of the mold 21 from below. The mold 21 protrudes upward from the entire peripheral edge of the bottom lid 22 . The bottom lid 22 supports the base liquid layer B from below and contacts the lower surface of the base liquid layer B. As shown in FIG.

型枠21は、ベース液層Bの液面の外周を囲む。その液面の上に、原料液層Aが形成される。原料液層Aは、薄化され、続いてゲル化され、ゲル層Cになる。それゆえ、型枠21の開口部の形状と大きさは、製造物であるゲル層Cの形状と大きさに合わせて適宜決められる。 The mold 21 surrounds the liquid surface of the base liquid layer B. As shown in FIG. A raw material liquid layer A is formed on the liquid surface. The raw material liquid layer A is thinned and subsequently gelled to form a gel layer C. As shown in FIG. Therefore, the shape and size of the opening of the mold 21 are appropriately determined according to the shape and size of the gel layer C as a product.

型枠21の開口部の形状としては、平面視にて図2に示す長方形の他に、円形又は楕円形などが挙げられる。長方形は、角が直角のものだけではなく、角が丸められたものを含む。長方形は、正方形を含む。 The shape of the opening of the mold 21 may be circular or elliptical in addition to the rectangular shape shown in FIG. 2 in plan view. Rectangles include not only those with square corners, but also those with rounded corners. A rectangle contains a square.

型枠21の高さは、図1Aに示す薄化前の原料液層Aが型枠21からオーバーフローしないように決められる。なお、詳しくは後述するが、原料液は型枠21で囲まれた液面全体に行き渡るように供給され、そのうちの一部が原料液層Aの薄化を目的として排出される。排出量ができるだけ少なく済むように、原料液の供給量が決められてよい。 The height of the mold 21 is determined so that the raw material liquid layer A before thinning shown in FIG. 1A does not overflow from the mold 21 . Although the details will be described later, the raw material liquid is supplied so as to spread over the entire liquid surface surrounded by the mold 21, and part of it is discharged for the purpose of thinning the raw material liquid layer A. The supply amount of the raw material liquid may be determined so that the discharge amount is as small as possible.

型枠21の材質は、原料液及びベース液によって変質や膨潤せず、且つ原料液層A及びベース液層Bと互いに反応しないものであれば特に限定されず、金属、樹脂、ゴム、ガラス、及びセラミックなどのいずれでもよい。大面積のゲル層Cを製造する場合、耐荷重性の観点から、ステンレスなどの金属が好適である。金属製の型枠21の側面に、樹脂のコーティングが施されてもよい。また、原料液層Aのゲル化時に原料液層Aが加熱される場合、型枠21の材質は、原料液層Aの加熱温度に耐えられるものであればよい。なお、底蓋22の材質は、型枠21の材質と同様であってよい。 The material of the mold 21 is not particularly limited as long as it does not deteriorate or swell with the raw material liquid and the base liquid and does not react with the raw material liquid layer A and the base liquid layer B, and may be metal, resin, rubber, glass, or the like. and ceramic. When manufacturing a gel layer C with a large area, a metal such as stainless steel is suitable from the viewpoint of load resistance. A side surface of the metal mold 21 may be coated with a resin. Moreover, when the raw material layer A is heated during the gelation of the raw material liquid layer A, the material of the mold 21 may be any material as long as it can withstand the heating temperature of the raw material liquid layer A. The material of the bottom lid 22 may be the same as the material of the formwork 21 .

製造装置1は、ゲルの原料液をベース液層Bの液面の上に供給する原料液供給部3を有する。原料液の総供給体積Vは、例えば、製造物であるゲル層Cの体積Vと、原料液層Aからゲル層Cへの体積収縮率rとから求められる。体積収縮率rは、収縮前の体積Vと収縮後の体積Vとの差(V-V)を、収縮前の体積Vで除した値((V-V)/V)であり、予め実験等で求められる。また、原料液の総供給質量Wは、例えば、原料液の総供給体積Vと、原料液の密度ρとの積として求められる。原料液の密度ρは、予め実験等で求められる。 The manufacturing apparatus 1 has a raw material liquid supply unit 3 that supplies the raw material liquid of the gel onto the liquid surface of the base liquid layer B. As shown in FIG. The total supply volume V A of the raw material liquid can be obtained, for example, from the volume V C of the gel layer C as a product and the volume shrinkage rate r from the raw material liquid layer A to the gel layer C. The volume shrinkage ratio r is the difference between the volume V A before shrinkage and the volume V C after shrinkage (V A −V C ) divided by the volume V A before shrinkage ((V A −V C )/ V A ), which is determined in advance by experiments or the like. Further, the total supplied mass W A of the raw material liquid is obtained, for example, as the product of the total supplied volume V A of the raw material liquid and the density ρ A of the raw material liquid. The density ρA of the raw material liquid is obtained in advance by experiments or the like.

原料液供給部3は原料液を供給し、原料液層Aを形成する。原料液層Aは、図2に示すように型枠21の内周全周に接する。原料液層Aは、ベース液層Bの型枠21で外周を囲まれる液面全体に形成される。ベース液層Bは、原料液層Aよりも大きな密度を有するので、ベース液層Bの上に原料液層Aを安定的に形成できる。 A raw material liquid supply unit 3 supplies a raw material liquid to form a raw material liquid layer A. FIG. The raw material liquid layer A is in contact with the entire inner periphery of the mold 21 as shown in FIG. The source liquid layer A is formed on the entire liquid surface surrounded by the mold 21 of the base liquid layer B. As shown in FIG. Since the base liquid layer B has a higher density than the source liquid layer A, the source liquid layer A can be stably formed on the base liquid layer B.

ベース液層Bの液面は重力によって自然に水平に整えられるので、その水平な液面を利用して平坦で厚みの均一な原料液層Aが容易に得られる。また、ベース液層Bの液面は原料液層Aのゲル化時の膨張及び収縮、並びにゲル層Cの取出に応じて流動するので、ゲル層Cにかかるストレスが少なく、ゲル層Cの欠陥が少ない。さらに、ゲル層Cの下面全体が水平に支持されるので、ゲル層Cの大面積化が可能である。 Since the liquid surface of the base liquid layer B is naturally leveled horizontally by gravity, the flat raw material liquid layer A having a uniform thickness can be easily obtained by utilizing the horizontal liquid surface. In addition, since the liquid surface of the base liquid layer B flows according to the expansion and contraction of the raw material liquid layer A during gelation and the removal of the gel layer C, the stress applied to the gel layer C is small and defects in the gel layer C are reduced. Less is. Furthermore, since the entire lower surface of the gel layer C is horizontally supported, the area of the gel layer C can be increased.

ベース液層Bの液面の上で得られるゲル層Cは、膨潤剤である溶媒を含む湿潤ゲルである。湿潤ゲルの厚みは、例えば0.1mm~20mm、好ましくは0.5mm~10mmである。湿潤ゲルは、乾燥され、キセロゲルになる。キセロゲルの厚みは、例えば0.1mm~20mm、好ましくは0.5mm~10mmである。キセロゲルは、多孔質なモノリスであって、透明性と断熱性とを有するものであってよい。透明性と断熱性を有するキセロゲルは、例えば、自動車用窓ガラスや建物用窓ガラスにおける透明断熱材として用いられる。 A gel layer C obtained on the liquid surface of the base liquid layer B is a wet gel containing a solvent as a swelling agent. The wet gel has a thickness of, for example, 0.1 mm to 20 mm, preferably 0.5 mm to 10 mm. The wet gel is dried and becomes a xerogel. The thickness of the xerogel is, for example, 0.1 mm to 20 mm, preferably 0.5 mm to 10 mm. Xerogels may be porous monoliths that are transparent and thermally insulating. Xerogels, which are transparent and thermally insulating, are used, for example, as transparent thermal insulators in automotive glazings and building glazings.

キセロゲルの用途が透明断熱材である場合、キセロゲルの波長500nmにおける透過率は、厚み1mm換算で70%以上が好ましく、80%以上が好ましく、90%以上が好ましい。透過率は、日本工業規格(JIS R 3106:1998)に準拠して測定される。 When the xerogel is used as a transparent heat insulating material, the transmittance of the xerogel at a wavelength of 500 nm is preferably 70% or more, preferably 80% or more, and preferably 90% or more in terms of thickness of 1 mm. The transmittance is measured according to Japanese Industrial Standards (JIS R 3106:1998).

キセロゲルの用途としては、例えば、断熱材の他に、フィルター、吸着剤、吸音材、吸湿材、吸油材、又は分離膜が挙げられる。キセロゲルは、用途によっては透明でなくてもよく、不透明でもよい。 Applications of xerogels include, for example, filters, adsorbents, sound absorbers, moisture absorbers, oil absorbers, and separation membranes, in addition to heat insulators. Xerogels may be non-transparent or opaque, depending on the application.

キセロゲルの種類は、本実施形態では(1)ポリシロキサンキセロゲルであるが、(2)ポリマーキセロゲル、又は(3)セルロースキセロゲルなどの多糖類キセロゲルであってもよい。 The type of xerogel is (1) polysiloxane xerogel in this embodiment, but may be (2) polymer xerogel or (3) polysaccharide xerogel such as cellulose xerogel.

原料液は、例えばゲルの原料(以下、「ゲル原料」とも呼ぶ。)と、ゲル原料を溶かす溶媒とを含む。ゲル原料は、最終的に得られるキセロゲルの種類に応じて適宜選択される。溶媒は、例えば水又は有機溶媒である。有機溶媒としては、アルコール(メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、tert-ブチルアルコール、ベンジルアルコール等)、非プロトン性極性有機溶媒(N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルアセトアミド等)、ケトン(シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン等)、炭化水素(n-ヘキサン、ヘプタン等)等が挙げられる。 The raw material liquid includes, for example, a gel raw material (hereinafter also referred to as "gel raw material") and a solvent that dissolves the gel raw material. The gel raw material is appropriately selected according to the type of xerogel to be finally obtained. Solvents are, for example, water or organic solvents. Examples of organic solvents include alcohols (methanol, ethanol, isopropyl alcohol, tert-butyl alcohol, benzyl alcohol, etc.), aprotic polar organic solvents (N,N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N,N-dimethylacetamide, etc.), Examples include ketones (cyclopentanone, cyclohexanone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, acetone, etc.), hydrocarbons (n-hexane, heptane, etc.), and the like.

キセロゲルが(1)ポリシロキサンキセロゲルの場合、ゲル原料としては、例えば(1A)シラン化合物と(1B)触媒とを含むものが挙げられる。(1B)触媒は、ゲル化を均一に促進するためのものである。ゲル原料は、(1C)界面活性剤を更に含んでもよい。 When the xerogel is (1) a polysiloxane xerogel, the gel raw material includes, for example, (1A) a silane compound and (1B) a catalyst. (1B) The catalyst is for uniformly promoting gelation. The gel raw material may further contain (1C) a surfactant.

(1A)シラン化合物としては、アルコキシシラン、6員環含有骨格と加水分解性シリル基とを有する6員環含有シラン化合物、有機ポリマー骨格と加水分解性シリル基とを有するシリル基含有ポリマー等が挙げられる。 (1A) Silane compounds include alkoxysilanes, 6-membered ring-containing silane compounds having a 6-membered ring-containing skeleton and a hydrolyzable silyl group, silyl group-containing polymers having an organic polymer skeleton and a hydrolyzable silyl group, and the like. mentioned.

アルコキシシランとしては、テトラアルコキシシラン(テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等)、モノアルキルトリアルコキシシラン(メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン等)、ジアルキルジアルコキシシラン(ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等)、トリメトキシフェニルシラン、アルキレン基の両末端にアルコキシシリル基を有する化合物(1,6-ビス(トリメトキシシリル)ヘキサン、1,6-ビス(メチルジメトキシシリル)ヘキサン、1,6-ビス(メチルジエトキシシリル)ヘキサン、1,2-ビス(トリメトキシシリル)エタン、1,2-ビス(メチルジメトキシシリル)エタン、1,2-ビス(メチルジエトキシシリル)エタン等)、ペルフルオロポリエーテル基を有するアルコキシシラン(ペルフルオロポリエーテルトリエトキシシラン、ペルフルオロポリエーテルメチルジエトキシシラン等)、ペルフルオロアルキル基を有するアルコキシシラン(ペルフルオロエチルトリエトキシシラン等)、ペンタフルオロフェニルエトキシジメチルシラン、トリメトキシ(3,3,3-トリフルオロプロピル)シラン、ビニル基を有するアルコキシシラン(ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ジメトキシメチルビニルシラン、ジエトキシメチルビニルシラン等)、アリル基を有するアルコキシシラン(アリルトリメトキシシラン、アリルジメトキシメチルシラン、アリルジエトキシメチルシラン等)、エポキシ基を有するアルコキシシラン(2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等)、アクリロイルオキシ基を有するアルコキシシラン(3-アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン等)、メタクリロイルオキシ基を有するアルコキシシラン(3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等)等及び上記のアルコキシシランのオリゴマーが挙げられる。 Examples of alkoxysilanes include tetraalkoxysilanes (tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, etc.), monoalkyltrialkoxysilanes (methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, etc.), dialkyldialkoxysilanes (dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, etc.). etc.), trimethoxyphenylsilane, compounds having alkoxysilyl groups at both ends of the alkylene group (1,6-bis(trimethoxysilyl)hexane, 1,6-bis(methyldimethoxysilyl)hexane, 1,6-bis (methyldiethoxysilyl)hexane, 1,2-bis(trimethoxysilyl)ethane, 1,2-bis(methyldimethoxysilyl)ethane, 1,2-bis(methyldiethoxysilyl)ethane, etc.), perfluoropolyether alkoxysilanes having a group (perfluoropolyethertriethoxysilane, perfluoropolyethermethyldiethoxysilane, etc.), alkoxysilanes having a perfluoroalkyl group (perfluoroethyltriethoxysilane, etc.), pentafluorophenylethoxydimethylsilane, trimethoxy(3, 3,3-trifluoropropyl)silane, alkoxysilanes having a vinyl group (vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, dimethoxymethylvinylsilane, diethoxymethylvinylsilane, etc.), alkoxysilanes having an allyl group (allyltrimethoxysilane, allyldimethoxymethylsilane, allyldiethoxymethylsilane, etc.), alkoxysilanes having an epoxy group (2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxy propylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, etc.), alkoxysilanes having an acryloyloxy group (3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloyloxypropylmethyldimethoxysilane, etc.), methacryloyloxy groups alkoxysilanes (3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, etc.) and oligomers of the above alkoxysilanes.

6員環含有シラン化合物における6員環含有骨格は、イソシアヌル環、トリアジン環及びベンゼン環からなる群から選ばれる少なくとも1種の6員環を有する有機骨格である。 The 6-membered ring-containing skeleton in the 6-membered ring-containing silane compound is an organic skeleton having at least one 6-membered ring selected from the group consisting of isocyanuric rings, triazine rings and benzene rings.

シリル基含有ポリマーにおける有機ポリマー骨格は、ポリエチレン鎖、ポリエーテル鎖、ポリエステル鎖及びポリカーボネート鎖からなる群から選ばれる少なくとも1種の鎖を有する有機骨格である。 The organic polymer backbone in the silyl group-containing polymer is an organic backbone having at least one chain selected from the group consisting of polyethylene chains, polyether chains, polyester chains and polycarbonate chains.

(1B)触媒としては、塩基触媒又は酸触媒が挙げられ、それらの水溶液であってもよい。塩基触媒としては、アミン(トリエチルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等)、尿素、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。酸触媒としては、無機酸(硝酸、硫酸、塩酸等)、有機酸(ギ酸、シュウ酸、酢酸、モノクロル酢酸、ジクロル酢酸、トリクロル酢酸、モノフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸等)が挙げられる。 (1B) Catalysts include base catalysts and acid catalysts, and aqueous solutions thereof may be used. Examples of basic catalysts include amines (triethylamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, etc.), urea, ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like. Acid catalysts include inorganic acids (nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, etc.) and organic acids (formic acid, oxalic acid, acetic acid, monochloroacetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid, monofluoroacetic acid, trifluoroacetic acid, etc.).

(1C)界面活性剤としては、例えば、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド、プルロニックF127(BASF社商品名)、又はEH-208(日油社商品名)などが挙げられる。 (1C) Surfactants include, for example, hexadecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium chloride, Pluronic F127 (trade name of BASF), and EH-208 (trade name of NOF Corporation).

キセロゲルが(2)ポリマーキセロゲルの場合、ゲル原料としては、熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂等が挙げられる。 When the xerogel is (2) a polymer xerogel, examples of gel raw materials include thermoplastic resins and curable resins.

熱可塑性樹脂としては、加熱すると溶媒に溶解し、冷却するとモノリス(多孔体)を形成できるものが挙げられ、具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン等が挙げられる。 Examples of thermoplastic resins include those that can be dissolved in a solvent when heated and can form a monolith (porous body) when cooled. Specific examples include polymethyl methacrylate and polystyrene.

硬化性樹脂としては、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が挙げられる。光硬化性樹脂としては、アクリレート及びメタクリレートのいずれか一方又は両方と光重合開始剤とを含むもの等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、アクリレート及びメタクリレートのいずれか一方又は両方と熱重合開始剤とを含むものなどの他に、レゾルシノールとホルムアルデヒドとの付加縮合物、メラミンとホルムアルデヒドとの付加縮合物等が挙げられる。 The curable resin includes a photocurable resin and a thermosetting resin. Examples of photocurable resins include those containing either one or both of acrylate and methacrylate and a photopolymerization initiator. Examples of thermosetting resins include those containing either or both of acrylate and methacrylate and a thermal polymerization initiator, addition condensates of resorcinol and formaldehyde, addition condensates of melamine and formaldehyde, and the like. be done.

キセロゲルが(3)多糖類キセロゲルの場合、ゲル原料としては、(3A)多糖類ナノファイバーと(3B)酸とを含むものが挙げられる。多糖類としては、セルロースの他に、キチン、キトサン、ジェランガムなども挙げられる。 When the xerogel is (3) polysaccharide xerogel, the gel raw material includes (3A) polysaccharide nanofibers and (3B) acid. Polysaccharides include chitin, chitosan, gellan gum, etc., in addition to cellulose.

(3A)多糖類ナノファイバーとしては、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)酸化セルロースナノファイバー等が挙げられる。(3A)多糖類ナノファイバーとしては、セルロースナノファイバーの他に、キチンナノファイバー、キトサンナノファイバーなども挙げられる。 (3A) Polysaccharide nanofibers include 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) oxidized cellulose nanofibers. (3A) Examples of polysaccharide nanofibers include cellulose nanofibers, chitin nanofibers, chitosan nanofibers, and the like.

(3B)酸としては、前記無機酸又は前記有機酸が挙げられる。酸の代わりに、塩基も使用可能である。 (3B) Acids include the above inorganic acids and the above organic acids. Bases can also be used instead of acids.

ベース液層Bは、その上に原料液層Aを安定的に存在させるべく、原料液層Aとの密度差の大きい方が好ましい。その密度差は、好ましくは0.1g/cm以上であり、より好ましくは0.5g/cm以上である。なお、軽量化の観点から、その密度差は、好ましくは3.0g/cm以下であり、より好ましくは2.0g/cm以下である。 The base liquid layer B preferably has a large difference in density from the raw liquid layer A so that the raw liquid layer A can stably exist thereon. The density difference is preferably 0.1 g/cm 3 or more, more preferably 0.5 g/cm 3 or more. From the viewpoint of weight reduction, the density difference is preferably 3.0 g/cm 3 or less, more preferably 2.0 g/cm 3 or less.

また、ベース液層Bは、その上に原料液層Aを安定的に存在させるべく、原料液層Aとの相溶性の低いものが好ましい。ベース液層Bと原料液層Aとの相溶性は、ベース液層Bの液体100gに溶解する原料液の上限量によって見積もることができる。その上限量は、100g以下が好ましく、10g以下がより好ましく、1g以下がさらに好ましい。その上限量が100g以下であれば、ベース液層Bと原料液層Aとの分離状態を長時間保つことができる。その上限量は、少ないほどよく、0gであってもよい。 Moreover, the base liquid layer B preferably has low compatibility with the raw material liquid layer A so that the raw material liquid layer A can stably exist thereon. The compatibility between the base liquid layer B and the raw material liquid layer A can be estimated by the upper limit amount of the raw material liquid that can be dissolved in 100 g of the base liquid layer B liquid. The upper limit is preferably 100 g or less, more preferably 10 g or less, and even more preferably 1 g or less. If the upper limit amount is 100 g or less, the separated state of the base liquid layer B and the raw material liquid layer A can be maintained for a long time. The upper limit is preferably as small as possible, and may even be 0 g.

また、ベース液層Bは、その上に原料液層Aを安定的に存在させるべく、原料液層Aと互いに反応しないものを用いることが好ましい。ベース液層Bは、実質的にゲル原料を含まないことが好ましい。実質的にゲル原料を含まないとは、原料液層Aから移行してきたゲル原料以外のゲル原料を含まないことを意味する。 Further, it is preferable to use a base liquid layer B that does not react with the source liquid layer A so that the source liquid layer A can stably exist thereon. Preferably, the base liquid layer B does not substantially contain gel raw materials. “Substantially free of gel raw material” means that the gel raw material other than the gel raw material transferred from the raw material liquid layer A is not contained.

ベース液は、原料液の溶媒に応じて適宜選択される。ベース液としては、フッ素原子を有する液状化合物、塩素原子を有する液状化合物、ケイ素原子を有する液状化合物、水、水銀等が挙げられ、原料液と密度差があるのであれば、フッ素、塩素、臭素、あるいは、ヨウ素などのハロゲン原子や、ケイ素原子などを含む必要はない。水は、ベース液層Bの密度を調整するために水溶性塩を含んでいてもよい。水溶性塩としては、塩化ナトリウム等が挙げられる。 The base liquid is appropriately selected according to the solvent of the raw material liquid. Examples of base liquids include liquid compounds having fluorine atoms, liquid compounds having chlorine atoms, liquid compounds having silicon atoms, water, mercury, etc. If there is a density difference from the raw liquid, fluorine, chlorine, bromine Alternatively, it need not contain halogen atoms such as iodine, silicon atoms, or the like. The water may contain a water-soluble salt to adjust the density of the base liquid layer B. Water-soluble salts include sodium chloride and the like.

フッ素原子を有する液状化合物は、高密度、高沸点、高耐熱分解性、及び不燃性である点で優れている。フッ素原子を有する液状化合物としては、フッ素系溶媒、フッ素系オイル等が挙げられる。
フッ素系溶媒としては、ハイドロフルオロアルカン、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロモノエーテル、パーフルオロモノエーテル、ペルフルオロアルカン、ペルフルオロポリエーテル、ペルフルオロアミン、フッ素原子含有アルケン、フッ素原子含有芳香族化合物、フッ素原子含有ケトン、フッ素原子含有エステル等が挙げられる。フッ素系溶媒の市販品としては、旭硝子社登録商標のアサヒクリンAK-225(CFCFCHCl)、AC-2000(CFCFCFCFCFCHF)、AC-6000(CFCFCFCFCFCFCHCH)、AE-3000(CFCHOCFCHF);3M社商品名のフロリナートやノベック7100(COCH)、7200(COC)、7300(CCF(OCH)CF(CF);三井・デュポンフロロケミカル社商品名のバートレルXF(CFCHFCHFC)、MCA、XH;日本ゼオン社商品名のゼオローラH(ヘプタフルオロシクロペンタン)等が挙げられる。
フッ素系オイルの市販品としては、ソルベイ社商品名のフォンブリン、ダイキン工業社商品名のデムナムやダイフロイル等が挙げられる。
A liquid compound having a fluorine atom is excellent in that it has a high density, a high boiling point, high thermal decomposition resistance, and nonflammability. Examples of liquid compounds having fluorine atoms include fluorine-based solvents and fluorine-based oils.
Fluorinated solvents include hydrofluoroalkanes, chlorofluorocarbons, hydrochlorofluorocarbons, hydrofluoromonoethers, perfluoromonoethers, perfluoroalkanes, perfluoropolyethers, perfluoroamines, fluorine-containing alkenes, fluorine-containing aromatic compounds, fluorine Atom-containing ketones, fluorine atom-containing esters, and the like can be mentioned. Commercially available fluorinated solvents include Asahiklin AK-225 (CF 3 CF 2 CHCl 2 ), AC-2000 (CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CHF 2 ), AC-6000 (registered trademark of Asahi Glass Co., Ltd.). CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 CH 3 ), AE- 3000 ( CF 3 CH 2 OCF 2 CHF 2 ); 7200 ( C4F9OC2H5 ), 7300 ( C2F5CF ( OCH3 )CF ( CF3 ) 2 ); Vertrel XF ( CF3CHFCHFC2F5 ), a trade name of Mitsui DuPont Fluorochemicals. , MCA, XH; and Zeorora H (heptafluorocyclopentane), a trade name of Nippon Zeon Co., Ltd., and the like.
Commercially available fluorinated oils include Fomblin (trade name of Solvay), Demnum (trade name) of Daikin Industries, and Daifloil (trade names of Daikin Industries, Ltd.).

塩素原子を有する液状化合物としては、塩素系溶媒、塩素系オイル等が挙げられる。塩素系溶媒としては、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン等が挙げられる。 Examples of liquid compounds having chlorine atoms include chlorine-based solvents and chlorine-based oils. Examples of chlorinated solvents include carbon tetrachloride, chloroform, and methylene chloride.

ケイ素原子を有する液状化合物としては、シリコーンオイル等が挙げられる。シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等が挙げられる。シリコーンオイルの市販品としては、信越化学工業社商品名のKF-96等が挙げられる。 Silicone oil etc. are mentioned as a liquid compound which has a silicon atom. Examples of silicone oil include dimethylsilicone oil and methylphenylsilicone oil. Commercially available silicone oils include KF-96 (trade name of Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).

ベース液層Bの厚みは、原料液の供給時に原料液がベース液層Bを突き破り底蓋22に達しないように、例えば10mm以上であってよい。原料液は、底蓋22に達してしまうと、濡れ効果によって底蓋22に付着し、沈んだままになるからである。ベース液層Bの厚みが厚ければ、原料液の供給速度を速くできる。 The thickness of the base liquid layer B may be, for example, 10 mm or more so that the raw material liquid does not break through the base liquid layer B and reach the bottom lid 22 when the raw material liquid is supplied. This is because, once the raw material liquid reaches the bottom lid 22, it adheres to the bottom lid 22 due to the wetting effect and remains submerged. If the thickness of the base liquid layer B is thick, the supply speed of the raw material liquid can be increased.

原料液供給部3は、例えば、原料液を一時的に貯留する貯留槽31を含む。貯留槽31は、例えば、(1A)シラン化合物と(1B)触媒とを混合する混合槽であってよい。混合槽は、ゲル化の進行を抑制すべく、原料液を冷却する冷却装置を含んでもよい。混合槽の温度は、ゲル化の進行抑止の観点からは低いほど好ましいが、凍結防止の観点から、原料液の凝固点よりも高く設定されてよく、例えば0℃~20℃に設定される。 The raw material liquid supply unit 3 includes, for example, a storage tank 31 that temporarily stores the raw material liquid. The storage tank 31 may be, for example, a mixing tank for mixing (1A) the silane compound and (1B) the catalyst. The mixing tank may include a cooling device for cooling the raw material liquid in order to suppress the progress of gelation. The temperature of the mixing tank is preferably as low as possible from the viewpoint of suppressing the progress of gelation, but may be set higher than the freezing point of the raw material liquid from the viewpoint of freezing prevention, and is set to, for example, 0°C to 20°C.

混合槽は、原料液を撹拌する撹拌装置を含んでもよい。シラン化合物と触媒とを短時間で混合でき、原料液を短時間で均一化できる。 The mixing tank may include a stirring device for stirring the raw material liquid. The silane compound and the catalyst can be mixed in a short time, and the raw material liquid can be homogenized in a short time.

混合槽は、図示していないが、第1配管を介してシラン化合物の供給源と接続され、第2配管を介して触媒の供給源と接続される。第1配管にはシラン化合物の流量を制御する第1流量制御器が設けられ、第2配管には触媒の流量を制御する第2流量制御器が設けられる。シラン化合物の流量と触媒の流量とを制御できるので、混合槽での滞留時間を短くできる。シラン化合物の流量と触媒の流量とは、ベース液層Bの上に供給される原料液の流量に応じて適宜決定される。 Although not shown, the mixing tank is connected to a silane compound supply source through a first pipe and to a catalyst supply source through a second pipe. The first pipe is provided with a first flow rate controller for controlling the flow rate of the silane compound, and the second pipe is provided with a second flow rate controller for controlling the flow rate of the catalyst. Since the flow rate of the silane compound and the flow rate of the catalyst can be controlled, the residence time in the mixing tank can be shortened. The flow rate of the silane compound and the flow rate of the catalyst are appropriately determined according to the flow rate of the raw material liquid supplied onto the base liquid layer B.

原料液供給部3は、貯留槽31から供給される原料液を型枠21の内側に供給する吐出ノズル32を含む。吐出ノズル32は、ベース液層Bの液面の上に、原料液を供給する。吐出ノズル32は、原料液の供給時に原料液がベース液層Bを突き破らないように、ベース液層Bの液面に近い位置に配置されてよく、型枠21の内側に配置されてよい。 The raw material liquid supply unit 3 includes a discharge nozzle 32 that supplies the raw material liquid supplied from the storage tank 31 to the inside of the mold 21 . The ejection nozzle 32 supplies the raw material liquid onto the liquid surface of the base liquid layer B. As shown in FIG. The discharge nozzle 32 may be arranged at a position close to the liquid surface of the base liquid layer B so that the raw material liquid does not break through the base liquid layer B when the raw material liquid is supplied, and may be arranged inside the mold 21 . .

吐出ノズル32は、図1Aに示すように型枠21の内側に配置され原料液を供給する場合、原料液を供給する位置と、その型枠21の外側の位置との間で移動可能に構成されてもよい。原料液層Aをゲル化した後、ゲル層Cを型枠21から取り出す際に、吐出ノズル32を型枠21の外側に退避でき、吐出ノズル32とゲル層Cとの干渉を防止できる。 As shown in FIG. 1A, the discharge nozzle 32 is arranged inside the mold 21 and is configured to be movable between a position where the raw material is supplied and a position outside the mold 21 when supplying the raw material. may be After the raw material liquid layer A is gelled, when the gel layer C is removed from the mold 21, the discharge nozzle 32 can be retracted to the outside of the mold 21, and interference between the discharge nozzle 32 and the gel layer C can be prevented.

また、原料液供給部3は、貯留槽31と吐出ノズル32とを接続する供給ライン33の途中に、原料液を送る供給ポンプ34を含む。供給ポンプ34を作動させると、吐出ノズル32が原料液を吐出する。一方、供給ポンプ34の作動を停止させると、吐出ノズル32が原料液の吐出を停止する。 Further, the raw material liquid supply unit 3 includes a supply pump 34 that feeds the raw material liquid in the middle of the supply line 33 that connects the storage tank 31 and the discharge nozzle 32 . When the supply pump 34 is operated, the discharge nozzle 32 discharges the raw material liquid. On the other hand, when the operation of the supply pump 34 is stopped, the discharge nozzle 32 stops discharging the raw material liquid.

また、原料液供給部3は、供給ライン33の途中に、原料液の流量を計測する流量計を含んでもよい。流量は、体積流量と質量流量のいずれでもよい。流量を時間積分すれば、原料液の総供給量を算出でき、原料液の総供給量が目標値に達したか否かをチェックできる。総供給量は、体積と質量のいずれでもよい。原料液の総供給量が目標値に達すると、原料液の供給が停止される。 Moreover, the raw material liquid supply unit 3 may include a flow meter that measures the flow rate of the raw material liquid in the middle of the supply line 33 . The flow rate may be volume flow rate or mass flow rate. By integrating the flow rate over time, the total supply amount of the raw material liquid can be calculated, and it can be checked whether or not the total supply amount of the raw material liquid has reached the target value. The total feed can be either volume or mass. When the total supply amount of the raw material liquid reaches the target value, the supply of the raw material liquid is stopped.

また、原料液供給部3は、貯留槽31の質量変化を計測する質量計を含んでもよい。貯留槽31の質量減少量は原料液の総供給質量に等しいので、原料液の総供給質量が目標値に達したか否かをチェックできる。原料液の総供給質量が目標値に達すると、原料液の供給が停止される。 Moreover, the raw material liquid supply unit 3 may include a mass meter that measures the mass change of the storage tank 31 . Since the mass reduction amount of the storage tank 31 is equal to the total supplied mass of the raw material liquid, it is possible to check whether or not the total supplied mass of the raw material liquid has reached the target value. When the total supply mass of the raw material liquid reaches the target value, the supply of the raw material liquid is stopped.

原料液供給部3は、図2に示すように型枠21で囲まれた液面全体に行き渡るように原料液を供給し、型枠21の内周全体に接する原料液層Aを形成する。原料液層Aの外周全体が、型枠21に接触する。 As shown in FIG. 2 , the raw material supply unit 3 supplies the raw material liquid so as to spread over the entire liquid surface surrounded by the mold 21 to form a raw material liquid layer A in contact with the entire inner periphery of the mold 21 . The entire outer circumference of the raw material liquid layer A contacts the mold 21 .

図3Aに示すように、型枠21の内周全体から原料液層Aが離れている時、原料液層Aの厚みHは平衡厚みHA0になる。この時、原料液層Aの外周全体にて、第1内向き力F1と、第1外向き力F2とが釣り合う。 As shown in FIG. 3A, when the material liquid layer A is separated from the entire inner periphery of the mold 21, the thickness H A of the material liquid layer A becomes the equilibrium thickness H A0 . At this time, the first inward force F1 and the first outward force F2 are balanced over the entire outer periphery of the raw material liquid layer A.

第1内向き力F1は、原料液層Aの表面張力によって生じ、原料液層Aを内向きに縮め、原料液層Aの厚みHを厚くする。一方、第1外向き力F2は、重力によって生じ、原料液層Aを外向きに広げ、原料液層Aの厚みHを薄くする。第1外向き力F2は、重力によって生じるので、原料液層Aの厚みHに依存する。厚みHが厚いほど、第1外向き力F2が大きい。 The first inward force F1 is generated by the surface tension of the source liquid layer A, shrinks the source liquid layer A inward, and increases the thickness HA of the source liquid layer A. On the other hand, the first outward force F2 is caused by gravity, spreads the raw material layer A outward, and reduces the thickness HA of the raw material layer A. FIG. The first outward force F2 is caused by gravity and therefore depends on the thickness HA of the raw material layer A. The greater the thickness HA , the greater the first outward force F2.

図3Aに示す状態から、外乱によって原料液層Aの厚みHが平衡厚みHA0よりも大きくなると、第1外向き力F2が第1内向き力F1よりも大きくなるので、原料液層Aが外向きに広がり、原料液層Aの厚みHが薄くなり平衡厚みHA0に戻る。 From the state shown in FIG. 3A, when the thickness H A of the source liquid layer A becomes larger than the equilibrium thickness H A0 due to disturbance, the first outward force F2 becomes larger than the first inward force F1. spreads outward, the thickness H A of the source liquid layer A becomes thinner and returns to the equilibrium thickness H A0 .

一方、図3Aに示す状態から、外乱によって原料液層Aの厚みHが平衡厚みHA0よりも小さくなると、第1外向き力F2が第1内向き力F1よりも小さくなるので、原料液層Aが内向きに縮まり、原料液層Aの厚みHが厚くなり平衡厚みHA0に戻る。 On the other hand, when the thickness H A of the source liquid layer A becomes smaller than the equilibrium thickness H A0 due to disturbance from the state shown in FIG. 3A, the first outward force F2 becomes smaller than the first inward force F1. The layer A shrinks inward, and the thickness H A of the source liquid layer A increases and returns to the equilibrium thickness H A0 .

従って、型枠21の内周全体から原料液層Aが離れている時、原料液層Aの厚みHは平衡厚みHA0になる。 Therefore, when the material liquid layer A is separated from the entire inner periphery of the mold 21, the thickness H A of the material liquid layer A becomes the equilibrium thickness H A0 .

図3B及び図3Cに示すように、型枠21の内周全体に原料液層Aが接している時、原料液層Aの外周全体が型枠21に吸着され、その吸着によって第2外向き力F3が生じる。第2外向き力F3は、吸着によって生じるので、原料液層Aと型枠21との接触面積、換言すると、原料液層Aの厚みHに依存する。厚みHが厚いほど、第2外向き力F3が大きい。 As shown in FIGS. 3B and 3C, when the raw material liquid layer A is in contact with the entire inner periphery of the mold 21, the entire outer periphery of the raw material liquid layer A is adsorbed to the mold 21, and the adsorption causes the second outward A force F3 is produced. Since the second outward force F3 is generated by adsorption, it depends on the contact area between the raw material layer A and the mold 21, in other words, the thickness HA of the raw material layer A. The greater the thickness HA , the greater the second outward force F3.

なお、図3B及び図3Cに示すように、第1外向き力F2と第2外向き力F3との合力が第1内向き力F1よりも大きい場合、型枠21が原料液層Aを押し返し、その押し返しによって第2内向き力F4が生じる。第2内向き力F4は、力の釣り合いを保つべく生じ、換言すれば、帳尻合わせのために生じるので、ゼロであってもよい。第2内向き力F4は、原料液層Aの薄化には利用しない。 As shown in FIGS. 3B and 3C, when the resultant force of the first outward force F2 and the second outward force F3 is greater than the first inward force F1, the mold 21 pushes back the raw material liquid layer A. , a second inward force F4 is generated by the pushing back. The second inward force F4 may be zero as it is generated to keep the balance of forces, in other words to balance the balance. The second inward force F4 is not used for thinning the raw material liquid layer A.

本実施形態によれば、型枠21で囲まれた液面全体に行き渡るように原料液を供給し、型枠21の内周全体に接する原料液層Aを形成するので、原料液層Aの外周全体に第2外向き力F3が作用する。第2外向き力F3によって原料液層Aの外周全体を外向きに引っ張るので、後述するように原料液層Aから原料液を排出し、図3Cに示すように原料液層Aの厚みHを平衡厚みHA0よりも薄くできる。なお、薄化前の原料液層Aの厚みHは、図3Bに示すように平衡厚みHA0以上である。 According to this embodiment, the raw material liquid is supplied so as to spread over the entire liquid surface surrounded by the mold 21, and the raw material liquid layer A is formed in contact with the entire inner circumference of the mold 21. A second outward force F3 acts on the entire circumference. Since the entire outer periphery of the raw material layer A is pulled outward by the second outward force F3, the raw material liquid is discharged from the raw material layer A as described later, and the thickness H A of the raw material layer A is increased as shown in FIG. 3C. can be made thinner than the equilibrium thickness H A0 . The thickness H A of the raw material layer A before thinning is equal to or greater than the equilibrium thickness H A0 as shown in FIG. 3B.

但し、原料液層Aの厚みHが薄くなるほど、上記の通り、第2外向き力F3が小さくなる。第1外向き力F2も同様である。図3Cに示すように第1外向き力F2と第2外向き力F3との合力が第1内向き力F1を超える範囲で、原料液層Aの薄化が行われる。仮に上記合力が第1内向き力F1よりも小さくなると、力のバランスが崩れ、原料液層Aが破れてしまうからである。 However, the thinner the thickness HA of the raw material liquid layer A , the smaller the second outward force F3, as described above. The same applies to the first outward force F2. As shown in FIG. 3C, the raw material layer A is thinned in a range in which the resultant force of the first outward force F2 and the second outward force F3 exceeds the first inward force F1. This is because if the resultant force becomes smaller than the first inward force F1, the balance of the forces will be lost, and the raw material liquid layer A will break.

型枠21の表面張力が大きいほど、型枠21の側面に原料液層Aが吸着されやすいので、第2外向き力F3が大きく、原料液層Aをより薄化できる。第2外向き力F3は型枠21の表面張力の他に原料液層Aの表面張力にも依存し、型枠21に対する原料液の接触角が小さいほど、濡れ性が良いので、第2外向き力F3が大きくなる。上記接触角は、好ましくは90°未満である。型枠21の材質が樹脂である場合、樹脂の中では、ナイロンやポリエステル等が、表面張力が高いので、原料液層Aの薄化に好適である。 The larger the surface tension of the mold 21, the easier it is for the raw material layer A to be adsorbed on the side surface of the mold 21. Therefore, the second outward force F3 is large, and the raw material liquid layer A can be made thinner. The second outward force F3 depends on the surface tension of the raw material liquid layer A in addition to the surface tension of the mold 21. The smaller the contact angle of the raw material liquid with respect to the mold 21, the better the wettability. The directional force F3 increases. The contact angle is preferably less than 90°. When the material of the mold 21 is resin, among resins, nylon, polyester, etc. are suitable for thinning the raw material liquid layer A because of their high surface tension.

また、図3Dに示すように、型枠21の側面のうち、少なくとも原料液層Aと接触する部位に、凹凸211が形成されてもよい。凹凸211の形状は、図3Dでは三角波状であるが、矩形波状又は正弦波状でもよく、特に限定されない。凹凸211によって型枠21と原料液層Aとの接触面積を増大でき、吸着によって生じる第2外向き力F3を増大できるので、厚みHを更に薄くできる。 Further, as shown in FIG. 3D , unevenness 211 may be formed at least at a portion of the side surface of the mold 21 that comes into contact with the raw material liquid layer A. As shown in FIG. The shape of the unevenness 211 is triangular in FIG. 3D, but may be rectangular or sinusoidal, and is not particularly limited. The unevenness 211 can increase the contact area between the mold 21 and the raw material layer A, and can increase the second outward force F3 generated by adsorption, so that the thickness HA can be further reduced.

但し、図3Dに示すように、型枠21の側面に凹凸211が形成される場合、凹凸211の形状がゲル層Cの側面に転写される。図3B及び図3Cに示すように、型枠21の側面に凹凸211が無ければ、ゲル層Cの側面が滑らかになる。 However, when unevenness 211 is formed on the side surface of the mold 21 as shown in FIG. 3D, the shape of the unevenness 211 is transferred to the side surface of the gel layer C. As shown in FIGS. 3B and 3C, if the side surface of the mold 21 does not have unevenness 211, the side surface of the gel layer C is smooth.

なお、ゲル層Cは底蓋22とは接触しないので、底蓋22の上面の形状がゲル層Cの下面に転写されることは無い。従って、底蓋22の上面の粗さが問題になることはなく、型枠21で囲まれる底蓋22の上面を滑らかにする特殊な加工が不要である。 Since the gel layer C does not contact the bottom lid 22, the shape of the top surface of the bottom lid 22 is not transferred to the bottom surface of the gel layer C. Therefore, the roughness of the upper surface of the bottom lid 22 does not become a problem, and a special process for smoothing the upper surface of the bottom lid 22 surrounded by the mold 21 is not required.

図1A及び図1Bに示すように、製造装置1は、型枠21の内周全体に接した原料液層Aから原料液を型枠21の外部に排出し、原料液層Aを薄化する原料液吸引部5を有する。第2外向き力F3によって原料液層Aの外周全体を外向きに引っ張った状態で、原料液層Aから原料液を排出するので、原料液層Aの厚みHを平衡厚みHA0よりも薄くできる。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the manufacturing apparatus 1 discharges the raw material liquid from the raw material liquid layer A, which is in contact with the entire inner circumference of the mold 21, to the outside of the mold 21, thereby thinning the raw material liquid layer A. It has a raw material liquid suction part 5 . Since the raw material liquid is discharged from the raw material liquid layer A in a state where the entire outer periphery of the raw material liquid layer A is pulled outward by the second outward force F3, the thickness H A of the raw material liquid layer A is made larger than the equilibrium thickness H A0 . It can be made thin.

なお、原料液層Aは型枠21の内周全体に完全に接しなくてもよく、原料液層Aの薄化時に原料液層Aが破れない程度に、原料液層Aが型枠21の内周全体に実質的に接すればよい。言い換えると、原料液層Aの薄化時に原料液層Aが破れない程度に、原料液層Aの外周全体が型枠21に実質的に接すればよい。原料液層Aと型枠21の界面に小さな泡がある程度であれば、原料液層Aの薄化時に原料液層Aは破れない。また、系の揺らぎで直ぐに埋められる程度の隙間は許される。 In addition, the raw material liquid layer A does not have to be in contact with the entire inner periphery of the mold 21, and the raw material liquid layer A does not break when the raw material liquid layer A is thinned. It is only necessary to substantially touch the entire inner periphery. In other words, the entire outer periphery of the raw material layer A should be substantially in contact with the mold 21 to the extent that the raw material layer A does not break when the raw material layer A is thinned. As long as there are some small bubbles at the interface between the raw material layer A and the mold 21, the raw material layer A will not break when the raw material layer A is thinned. Also, a gap that can be immediately filled by fluctuations in the system is allowed.

原料液吸引部5は、例えば、原料液層Aから原料液を型枠21の外部に排出する吸引ノズル51を含む。吸引ノズル51の吸引口52の位置は、薄化後の原料液層Aの上面よりも低い位置であってもよいが、薄化後の原料液層Aの上面と同じ高さの位置であってよい。後者の場合、吸引ノズル51の吸引口52の高さが決まれば、吸引ノズル51の作動の有無に関係なく、薄化後の原料液層Aの厚みが決まるので、吸引ノズル51の作動停止のタイミング制御の精度を緩和できる。なお、前者の場合、原料液層Aのゲル化の前に、原料液層Aから吸引ノズル51が引き抜かれる。 The raw material liquid suction unit 5 includes, for example, a suction nozzle 51 that discharges the raw material liquid from the raw material liquid layer A to the outside of the mold 21 . The position of the suction port 52 of the suction nozzle 51 may be lower than the upper surface of the thinned raw material layer A, but it should be at the same height as the upper surface of the thinned raw material layer A. you can In the latter case, if the height of the suction port 52 of the suction nozzle 51 is determined, the thickness of the raw material layer A after thinning is determined regardless of whether or not the suction nozzle 51 is operated. The accuracy of timing control can be relaxed. In the former case, the suction nozzle 51 is pulled out from the raw material layer A before the raw material layer A is gelled.

吸引ノズル51が、図1A及び図1Bに示すように原料液層Aの上方から原料液を吸引する場合、型枠21の内側に配置される。そこで、吸引ノズル51は、吐出ノズル32と同様に、原料液を排出する位置と、その型枠21の外側の位置との間で移動可能に構成されてもよい。原料液層Aをゲル化した後、ゲル層Cを型枠21から取り出す際に、吸引ノズル51を型枠21の外側に退避でき、吸引ノズル51とゲル層Cとの干渉を防止できる。 The suction nozzle 51 is arranged inside the mold 21 when sucking the raw material liquid from above the raw material liquid layer A as shown in FIGS. 1A and 1B. Therefore, the suction nozzle 51 may be configured to be movable between the position where the raw material liquid is discharged and the position outside the mold 21, similarly to the discharge nozzle 32. FIG. After the raw material liquid layer A is gelled, when the gel layer C is removed from the mold 21, the suction nozzle 51 can be retracted to the outside of the mold 21, and interference between the suction nozzle 51 and the gel layer C can be prevented.

なお、吸引ノズル51は、図1A及び図1Bでは原料液層Aの上方から原料液を排出するが、原料液層Aの側方から原料液を排出してもよい。この場合、型枠21には貫通穴が形成され、その貫通穴に吸引ノズル51が差し込まれる。吸引ノズル51が原料液層Aの側方から原料液を排出すれば、原料液層Aをゲル化した後、ゲル層Cを型枠21から取り出す際に、吸引ノズル51とゲル層Cとの干渉を防止できる。 Although the suction nozzle 51 discharges the raw material liquid from above the raw material liquid layer A in FIGS. 1A and 1B, the raw material liquid may be discharged from the side of the raw material liquid layer A. FIG. In this case, a through hole is formed in the mold 21, and the suction nozzle 51 is inserted into the through hole. If the suction nozzle 51 discharges the raw material liquid from the side of the raw material liquid layer A, after the raw material liquid layer A is gelled, when the gel layer C is taken out from the mold 21, the suction nozzle 51 and the gel layer C will be separated from each other. Interference can be prevented.

原料液吸引部5は、吸引ノズル51によって排出される原料液を回収する回収タンク53を含む。また、原料液吸引部5は、吸引ノズル51と回収タンク53とを接続する回収ライン54の途中に、原料液を送る吸引ポンプ55を含む。吸引ポンプ55を作動させると、吸引ノズル51が原料液を排出する。一方、吸引ポンプ55の作動を停止させると、吸引ノズル51が原料液の排出を停止する。 The raw material liquid suction unit 5 includes a collection tank 53 that collects the raw material liquid discharged by the suction nozzle 51 . The raw material liquid suction unit 5 also includes a suction pump 55 that feeds the raw material liquid in the middle of the recovery line 54 that connects the suction nozzle 51 and the recovery tank 53 . When the suction pump 55 is operated, the suction nozzle 51 discharges the raw material liquid. On the other hand, when the operation of the suction pump 55 is stopped, the suction nozzle 51 stops discharging the raw material liquid.

図1Bに示すように、製造装置1は、薄化した原料液層Aを、ベース液層Bの液面の上でゲル化するゲル化促進部6を含む。ゲル原料が(1A)シラン化合物と(1B)触媒とを含むものである場合、原料液層Aのゲル化は、加熱によって行われる。シラン化合物は、酸触媒などで加水分解され、シラノール基(Si-OH)を有するゾルになる。ゾルが加熱されると、シラノール基同士が分子間で脱水縮合反応しSi-O-Si結合を形成し、原料液層Aがゲル化される。 As shown in FIG. 1B, the manufacturing apparatus 1 includes a gelation promoting section 6 that gels the thinned raw material liquid layer A on the liquid surface of the base liquid layer B. As shown in FIG. When the gel raw material contains (1A) a silane compound and (1B) a catalyst, the raw material liquid layer A is gelled by heating. A silane compound is hydrolyzed with an acid catalyst or the like to form a sol having a silanol group (Si—OH). When the sol is heated, the silanol groups undergo a dehydration condensation reaction between molecules to form Si--O--Si bonds, and the raw material liquid layer A is gelled.

ゲル化促進部6は、例えば、原料液層Aを加熱する加熱器61を有する。加熱器61は、収容部2の外部に配置されてもよいし、内部に配置されてもよいし、外部と内部の両方に配置されてもよい。 The gelation promoting unit 6 has a heater 61 that heats the raw material liquid layer A, for example. The heater 61 may be arranged outside or inside the housing portion 2, or may be arranged both outside and inside.

加熱器61は、収容部2の内部に配置される場合、例えばベース液層Bの内部に配置され、ベース液層Bを加熱することで、原料液層Aを下方から加熱する。また、加熱器61は、収容部2の外部に配置される場合、原料液層Aの上方、側方、及び下方のうちの少なくとも1箇所に配置されればよい。加熱器61は、原料液層Aを上下両側から加熱するように配置されることが好ましい。また、加熱器61は、原料液層Aの外周全体を側方から加熱するように配置されることが好ましい。 When the heater 61 is arranged inside the housing portion 2, it is arranged inside, for example, the base liquid layer B, and by heating the base liquid layer B, the source liquid layer A is heated from below. In addition, when the heater 61 is arranged outside the storage section 2 , the heater 61 may be arranged at least one of above, beside, and below the raw material liquid layer A. The heater 61 is preferably arranged so as to heat the raw material liquid layer A from both upper and lower sides. Moreover, the heater 61 is preferably arranged so as to heat the entire outer circumference of the raw material liquid layer A from the side.

加熱器61の加熱方式は、特に限定されないが、例えば、抵抗加熱式、赤外線加熱式、及びアーク加熱式などのなかから、加熱器61の設置場所に応じて適宜選択される。 The heating method of the heater 61 is not particularly limited, but is appropriately selected from, for example, a resistance heating method, an infrared heating method, an arc heating method, and the like, depending on the installation location of the heater 61 .

なお、原料液層Aをゲル化させる手段は、加熱器には限定されず、ゲル原料の種類に応じて適宜選択される。 Note that means for gelling the raw material liquid layer A is not limited to the heater, and may be appropriately selected according to the type of gel raw material.

例えば、ゲル原料が熱可塑性樹脂である場合、原料液層Aをゲル化させる手段は、冷却器である。冷却器は、ベース液層Bの上で原料液層Aを冷却し、原料液層Aをゲル化させる。冷却器も、加熱器と同様に、配置され、制御されてよい。冷却器による強制冷却の代わりに、自然冷却が実施されてもよい。 For example, when the gel raw material is a thermoplastic resin, the means for gelling the raw material liquid layer A is a cooler. The cooler cools the source liquid layer A on the base liquid layer B, causing the source liquid layer A to gel. Coolers may also be positioned and controlled in the same manner as heaters. Instead of forced cooling by a cooler, natural cooling may be implemented.

また、ゲル原料が光硬化性樹脂である場合、原料液層Aをゲル化させる手段は、光源である。光源は、ベース液層Bの上に存在する原料液層Aに対して紫外線等の光を照射し、光硬化性モノマーを硬化し、原料液層Aをゲル化する。光源も、加熱器と同様に、配置され、制御されてよい。 Further, when the gel raw material is a photocurable resin, means for gelling the raw material liquid layer A is a light source. The light source irradiates the source liquid layer A present on the base liquid layer B with light such as ultraviolet rays to cure the photocurable monomer and gel the source liquid layer A. FIG. Light sources may also be positioned and controlled in the same manner as heaters.

また、ゲル原料が熱硬化性樹脂である場合、原料液層Aをゲル化させる手段は、加熱器である。 Further, when the gel raw material is a thermosetting resin, means for gelling the raw material liquid layer A is a heater.

また、ゲル原料が多糖類ナノファイバーである場合、多糖類ナノファイバーは酸触媒又は塩基触媒に接触すると、短時間でゲル化する。従って、原料液は、多糖類ナノファイバーを含み、酸触媒又は塩基触媒を含まなくてよい。酸触媒又は塩基触媒は、ベース液層Bの上に形成された原料液層Aに対して、上方からシャワー状に供給されてよい。この場合、原料液層Aをゲル化させる手段は、原料液層Aに対して上方から酸触媒又は塩基触媒を供給する供給器である。 In addition, when the gel raw material is polysaccharide nanofibers, the polysaccharide nanofibers gel in a short time upon contact with an acid catalyst or a base catalyst. Therefore, the raw material liquid may contain polysaccharide nanofibers and not contain an acid catalyst or a base catalyst. The acid catalyst or base catalyst may be supplied to the source liquid layer A formed on the base liquid layer B from above in the form of a shower. In this case, means for gelling the raw material liquid layer A is a feeder for supplying an acid catalyst or a basic catalyst to the raw material liquid layer A from above.

原料液層Aのゲル化の最終段階では、硬化収縮が生じるので、その硬化収縮によってゲル層Cの外周が型枠21から剥離されてもよい。ゲル層Cの大きさが型枠21の開口部の大きさよりも小さくなるので、ゲル層Cを型枠21から取り出すのが容易である。 In the final stage of gelation of the raw material layer A, hardening shrinkage occurs, so the outer periphery of the gel layer C may be peeled off from the mold 21 due to the hardening shrinkage. Since the size of the gel layer C is smaller than the size of the opening of the mold 21, it is easy to remove the gel layer C from the mold 21. - 特許庁

ところで、ベース液層Bの液面の上で原料液層Aをゲル化する過程で、原料液層Aが硬化収縮し、ゲル層Cの内部から溶媒が押し出されることがある。溶媒そのものは蒸発しやすいが、溶媒に溶けている触媒又は界面活性剤が溶媒の蒸発を抑えてしまう。その結果、ゲル層Cの内部から押し出された溶媒は、ゲル層Cをベース液層Bの液面の上から取り出した後も、その液面の上に溜まり、次回以降の原料液層Aの形成又はゲル化を阻害し得る。 By the way, in the process of gelling the raw liquid layer A on the liquid surface of the base liquid layer B, the raw liquid layer A shrinks on hardening, and the solvent may be pushed out from the inside of the gel layer C. The solvent itself is easy to evaporate, but the catalyst or surfactant dissolved in the solvent suppresses the evaporation of the solvent. As a result, even after the gel layer C is removed from above the liquid surface of the base liquid layer B, the solvent pushed out from the inside of the gel layer C stays on the liquid surface of the base liquid layer B. Formation or gelation can be inhibited.

そこで、製造装置1は、ゲル層Cをベース液層Bの液面の上から取り出した後、その液面の上に溜まる原料液の溶媒を除去すべく、図4A及び図4Bに示すように、収容部2の内部にベース液を供給してもよい。ベース液の供給によってベース液層Bの厚みが図4Aに示す厚みから図4Bに示す厚みに厚くなるので、ベース液層Bの液面の上に溜まった液体が収容部2の上端からあふれ出し、除去される。この動作は、定期的に行われてよい。 Therefore, after removing the gel layer C from above the liquid surface of the base liquid layer B, the manufacturing apparatus 1 removes the solvent of the raw material liquid accumulated on the liquid surface as shown in FIGS. 4A and 4B. , the base liquid may be supplied to the interior of the housing portion 2 . As the base liquid is supplied, the thickness of the base liquid layer B increases from the thickness shown in FIG. 4A to the thickness shown in FIG. , is removed. This operation may be performed periodically.

製造装置1は、収容部2の内部にベース液を供給するベース液供給部7を有する。ベース液供給部7は、例えば、ベース液を一時的に貯留する貯留槽71と、貯留槽71から供給されるベース液を収容部2の内部に供給する供給ノズル72とを含む。供給ノズル72は、ベース液層Bの液面の上に溜まる原料液の溶媒と、新たに供給するベース液との混合を防止すべく、ベース液層Bの液面よりも下にベース液を吐出する。 The manufacturing apparatus 1 has a base liquid supply section 7 that supplies the base liquid to the inside of the container section 2 . The base liquid supply section 7 includes, for example, a storage tank 71 that temporarily stores the base liquid, and a supply nozzle 72 that supplies the base liquid supplied from the storage tank 71 to the inside of the storage section 2 . The supply nozzle 72 supplies the base liquid below the liquid surface of the base liquid layer B in order to prevent the solvent of the raw material liquid accumulated above the liquid surface of the base liquid layer B from mixing with the newly supplied base liquid. Dispense.

ベース液供給部7は、貯留槽71と供給ノズル72とを接続する供給ライン73の途中に、ベース液を送る供給ポンプ74を含む。供給ポンプ74を作動させると、供給ノズル72がベース液を吐出する。一方、供給ポンプ74の作動を停止させると、供給ノズル72がベース液の吐出を停止する。 The base liquid supply unit 7 includes a supply pump 74 that feeds the base liquid in the middle of the supply line 73 that connects the storage tank 71 and the supply nozzle 72 . When the supply pump 74 is operated, the supply nozzle 72 discharges the base liquid. On the other hand, when the operation of the supply pump 74 is stopped, the supply nozzle 72 stops discharging the base liquid.

ベース液供給部7は、例えばベース液層Bの液面が収容部2の上端のうちの最も低い部位と同じ高さ以上になるまで、ベース液を収容部2の内部に供給する。収容部2の上端は、特定の部位から液体があふれ出すように、一部の高さが残部の高さよりも低くなっている。つまり、収容部2の上端の一部には切欠きNが形成されており、その切欠きNから液体があふれ出す。 The base liquid supply section 7 supplies the base liquid to the inside of the storage section 2 until the liquid surface of the base liquid layer B reaches or exceeds the lowest portion of the upper end of the storage section 2 , for example. A portion of the upper end of the container 2 is lower than the remaining portion so that the liquid overflows from a specific portion. In other words, a notch N is formed in a part of the upper end of the storage portion 2, and the liquid overflows from the notch N.

製造装置1は、収容部2の周辺を清浄に保つべく、収容部2の上端からあふれ出した液体を回収する回収部8を有してよい。回収部8は、収容部2の上端のうちの特定の部位からあふれ出した液体を回収する。回収した液体は、複数の成分を含むので、廃棄されてもよいし、精製された後、リサイクルされてもよい。 The manufacturing apparatus 1 may have a recovery section 8 that recovers the liquid overflowing from the upper end of the storage section 2 in order to keep the surroundings of the storage section 2 clean. The recovery unit 8 recovers liquid overflowing from a specific portion of the upper end of the storage unit 2 . Since the recovered liquid contains multiple components, it may be discarded or recycled after purification.

製造装置1は、ベース液層Bの厚みを元の厚みに戻すべく、ベース液層Bからベース液を排出する排液ライン75と、排液ライン75の途中に設けられる開閉バルブ76とを有してよい。開閉バルブ76が開放されると、ベース液層Bからベース液が排出され、ベース液層Bの厚みが元の厚みに戻る。排出されたベース液は、廃棄されてもよいし、リサイクルされてもよい。 The manufacturing apparatus 1 has a drain line 75 for discharging the base liquid from the base liquid layer B and an opening/closing valve 76 provided in the middle of the drain line 75 in order to restore the thickness of the base liquid layer B to the original thickness. You can When the open/close valve 76 is opened, the base liquid is discharged from the base liquid layer B, and the thickness of the base liquid layer B returns to its original thickness. The discharged base liquid may be discarded or recycled.

なお、供給ポンプ74が両方向にベース液を送るものである場合、供給ノズル72がベース液層Bからベース液を排出し、貯留槽71に送り返すことも可能である。この場合、排液ライン75及び開閉バルブ76は、不要である。 If the supply pump 74 feeds the base liquid in both directions, the supply nozzle 72 can discharge the base liquid from the base liquid layer B and send it back to the storage tank 71 . In this case, the drainage line 75 and the opening/closing valve 76 are unnecessary.

なお、原料液層Aの硬化収縮の大きさはゲルの種類毎に異なるので、ゲル層Cの内部から押し出される溶媒の量もゲルの種類毎に異なる。従って、ベース液供給部7及び回収部8等は、不要な場合もあり、ゲルの種類に応じて設置されればよい。 Since the degree of curing shrinkage of the raw liquid layer A differs depending on the type of gel, the amount of solvent pushed out from the gel layer C also differs depending on the type of gel. Therefore, the base liquid supply unit 7, the recovery unit 8, and the like may be unnecessary, and may be installed according to the type of gel.

(ゲルの製造方法)
図5に示すように、ゲルの製造方法は、例えば、原料液層Aの形成(S1)と、原料液層Aの薄化(S2)と、原料液層Aのゲル化(S3)と、ゲル層Cの取出(S4)と、ゲル層Cの溶媒置換(S5)と、ゲル層Cの乾燥(S6)と、を有する。
(Gel manufacturing method)
As shown in FIG. 5, the gel manufacturing method includes, for example, formation of a raw material liquid layer A (S1), thinning of the raw material liquid layer A (S2), gelation of the raw material liquid layer A (S3), It has extraction of the gel layer C (S4), solvent replacement of the gel layer C (S5), and drying of the gel layer C (S6).

原料液層Aの形成(S1)と、原料液層Aの薄化(S2)と、原料液層Aのゲル化(S3)は、例えば上記製造装置1によって実施する。S1~S3については、上記の通りであるので、説明を省略する。 The formation of the raw material liquid layer A (S1), the thinning of the raw material liquid layer A (S2), and the gelation of the raw material liquid layer A (S3) are performed by the manufacturing apparatus 1, for example. Descriptions of S1 to S3 are omitted because they are as described above.

以下、残りの、ゲル層Cの取出(S4)と、ゲル層Cの溶媒置換(S5)と、ゲル層Cの乾燥(S6)とについて説明する。 The remaining steps of taking out the gel layer C (S4), replacing the solvent in the gel layer C (S5), and drying the gel layer C (S6) will be described below.

なお、ゲルの製造方法は図5に示す処理を全て含まなくてもよく、例えば原料液の溶媒が乾燥(S6)に適したものである場合、溶媒置換(S5)が実施されなくてもよい。また、ゲルの製造方法は、図5に示す処理とは別の処理を含んでもよい。 Note that the method for producing a gel may not include all the processes shown in FIG. 5. For example, if the solvent of the raw material liquid is suitable for drying (S6), the solvent replacement (S5) may not be performed. . Also, the gel manufacturing method may include a process different from the process shown in FIG.

取出(S4)では、ゲル層Cを、ベース液層Bから持ち上げ、型枠21から取り出す。ゲル化(S3)の最終段階で、原料液層Aの硬化収縮の大きさが大きければ、ゲル層Cの外周が型枠21から剥離されるので、図6のように収容部2を傾けることは不要であり、ゲル層Cを容易に取り出せる。 In take-out (S4), the gel layer C is lifted from the base liquid layer B and taken out from the mold 21. As shown in FIG. In the final stage of gelation (S3), if the magnitude of curing shrinkage of the material liquid layer A is large, the outer periphery of the gel layer C is separated from the mold 21, so the container 2 should be tilted as shown in FIG. is unnecessary, and the gel layer C can be easily taken out.

図6に示すように、ゲル層Cがベース液層Bの上に存在する状態で収容部2を傾けると、ベース液層Bの液面が水平になろうとするので、ゲル層Cが図6に二点鎖線で示す状態から図6に実線で示す状態になり、型枠21に対して上下にずれ、ゲル層Cが型枠21から剥離する。また、収容部2を傾けると、ベース液層Bの液面の面積が広くなるのに対し、ゲル層Cの下面の面積は変わらないので、ゲル層Cが型枠21から剥離する。このように、収容部2を傾ければ、ゲル層Cを型枠21から剥離する時に、無理な力をゲル層Cにかけずに済み、また、ゲル層Cを容易に取り出せる。 As shown in FIG. 6, if the containing portion 2 is tilted while the gel layer C exists on the base liquid layer B, the liquid surface of the base liquid layer B tends to become horizontal. 6 changes from the state shown by the two-dot chain line in FIG. 6 to the state shown by the solid line in FIG. In addition, when the containing portion 2 is tilted, the area of the liquid surface of the base liquid layer B increases, whereas the area of the lower surface of the gel layer C does not change. By tilting the housing part 2 in this way, it is possible to remove the gel layer C from the formwork 21 without applying excessive force to the gel layer C, and the gel layer C can be easily taken out.

図7に示すように、収容部2は、型枠21の他に、型枠21を収容する容器24と、型枠21の下に設置される支持板25と、支持板25を支持する支持棒26とを有してもよい。支持板25は図1A及び図1Bに示す底蓋22に代えて用いられ、支持板25の上に型枠21が分離可能に載置される。 As shown in FIG. 7 , the storage unit 2 includes, in addition to the form 21 , a container 24 for accommodating the form 21 , a support plate 25 installed under the form 21 , and a support plate 25 for supporting the support plate 25 . bar 26; The support plate 25 is used in place of the bottom cover 22 shown in FIGS. 1A and 1B, and the formwork 21 is placed on the support plate 25 in a separable manner.

容器24は、底板241と、底板241の周縁全体から上方に延びる側板242とを含む。容器24の内部にはベース液層Bが形成され、ベース液層Bの液面の一部を型枠21が囲む。型枠21は容器24の側板242から離して配置される。 The container 24 includes a bottom plate 241 and side plates 242 extending upward from the entire periphery of the bottom plate 241 . A base liquid layer B is formed inside the container 24 , and a part of the liquid surface of the base liquid layer B is surrounded by the mold 21 . The formwork 21 is spaced apart from the side plates 242 of the container 24 .

原料液層Aは、型枠21の内側に形成され、型枠21の外側には形成されない。型枠21は、原料液層Aとベース液層Bとの界面よりも下方に突出し、且つ原料液層Aの上面よりも上方に突出する。 The raw material liquid layer A is formed inside the mold 21 and not formed outside the mold 21 . The mold 21 protrudes below the interface between the raw material liquid layer A and the base liquid layer B, and also protrudes above the upper surface of the raw material liquid layer A. As shown in FIG.

支持板25は、ベース液層Bの液面の上に原料液層Aを形成する前に、ベース液層Bと原料液層Aの界面よりも下に設置される。支持板25は、ベース液層Bからゲル層Cを持ち上げる際にゲル層Cを下方から支持する。支持板25がゲル層Cを下方から支持するので、重力によってゲル層Cが割れるのを抑制できる。 The support plate 25 is placed below the interface between the base liquid layer B and the raw material layer A before forming the raw material layer A on the liquid surface of the base liquid layer B. As shown in FIG. The support plate 25 supports the gel layer C from below when the gel layer C is lifted from the base liquid layer B. As shown in FIG. Since the support plate 25 supports the gel layer C from below, cracking of the gel layer C due to gravity can be suppressed.

支持板25は、支持板25の表裏面を貫通する貫通穴Hを、支持板25の主面方向に間隔をおいて複数有してもよい。支持板25としては、例えばパンチングメタル又は金網等が用いられる。ベース液層Bからゲル層Cを持ち上げる際に、支持板25の上方に存在するベース液が貫通穴Hを通り、支持板25の下方に抜ける。従って、支持板25とゲル層Cとが直接接触するので、ゲル層Cの滑りを摩擦によって抑制でき、ゲル層Cの支持板25からの落下を抑制できる。 The support plate 25 may have a plurality of through holes H passing through the front and back surfaces of the support plate 25 at intervals in the main surface direction of the support plate 25 . As the support plate 25, for example, punching metal or wire mesh is used. When the gel layer C is lifted from the base liquid layer B, the base liquid existing above the support plate 25 passes through the through holes H and escapes below the support plate 25 . Therefore, since the support plate 25 and the gel layer C are in direct contact with each other, the slippage of the gel layer C can be suppressed by friction, and the fall of the gel layer C from the support plate 25 can be suppressed.

ゲル化(S3)の最終段階で、原料液層Aの硬化収縮の大きさが小さく、ゲル層Cの外周が型枠21から剥離しない場合、型枠21を複数の部品に分解してゲル層Cから取り外すことができる。型枠21は容器24の側板242から離して配置されるので、側板242と型枠21との間に、型枠21を複数の部品に分解する作業スペースを確保できるからである。 In the final stage of gelation (S3), if the degree of cure shrinkage of the raw material liquid layer A is small and the outer periphery of the gel layer C does not separate from the mold 21, the mold 21 is disassembled into a plurality of parts and the gel layer is formed. can be removed from C. This is because the formwork 21 is arranged apart from the side plate 242 of the container 24, so that a working space for disassembling the formwork 21 into a plurality of parts can be secured between the side plate 242 and the formwork 21.例文帳に追加

一方、ゲル化(S3)の最終段階で、原料液層Aの硬化収縮の大きさが大きく、ゲル層Cの外周が型枠21から剥離する場合、型枠21を複数の部品に分解してもよいが、分解しなくても、ゲル層Cから型枠21を取り外すことができる。 On the other hand, in the final stage of gelation (S3), when the hardening shrinkage of the raw material layer A is large and the outer periphery of the gel layer C separates from the mold 21, the mold 21 is disassembled into a plurality of parts. However, the mold 21 can be removed from the gel layer C without disassembling.

ゲル層Cから型枠21を取り外した後、支持棒26を引き上げれば、支持板25でゲル層Cを支持できる。その状態で、支持板25とゲル層Cとを、容器24とは別の容器に貯留された溶媒中に浸漬し、溶媒置換(S5)を実施してもよい。この場合に、支持板25が貫通穴Hを有すれば、ゲル層Cの表裏面側から溶媒置換を実施できる。 After removing the formwork 21 from the gel layer C, the gel layer C can be supported by the support plate 25 by pulling up the support rods 26 . In this state, the support plate 25 and the gel layer C may be immersed in a solvent stored in a container different from the container 24 to perform solvent replacement (S5). In this case, if the support plate 25 has the through holes H, the solvent can be replaced from the front and back sides of the gel layer C.

但し、溶媒置換(S5)は、容器24の内部でも実施可能である。その場合、容器24の内部は一旦空にされ、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒と置換される溶媒が容器24の内部に貯留される。ゲル層Cの内部に含まれる溶媒が水である場合、水と置換される溶媒は通常水よりも低い密度を有するので、水と置換される溶媒中にゲル層Cが沈み、溶媒置換が効率的に行われる。この場合も、支持板25が貫通穴Hを有すれば、ゲル層Cの表裏面側から溶媒置換を実施できる。 However, the solvent replacement (S5) can also be performed inside the container 24. FIG. In that case, the inside of the container 24 is once emptied, and the solvent that replaces the solvent contained in the gel layer C is stored inside the container 24 . When the solvent contained inside the gel layer C is water, the solvent that replaces water usually has a lower density than water, so the gel layer C sinks in the solvent that replaces water, and the solvent replacement is efficient. done on purpose. Also in this case, if the support plate 25 has the through hole H, the solvent replacement can be performed from the front and back sides of the gel layer C.

溶媒置換(S5)では、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒を別の溶媒に置換する。ゲル層Cは、微細な多孔質体であり、内部に溶媒を含む。溶媒置換(S5)は、乾燥(S6)の前に実施され、乾燥時に溶媒の表面張力によってゲル層Cが収縮するのを抑制し、ゲル層Cの微細構造が破損するのを抑制する目的で実施される。 In the solvent replacement (S5), the solvent contained inside the gel layer C is replaced with another solvent. The gel layer C is a fine porous body containing a solvent inside. Solvent replacement (S5) is performed before drying (S6) for the purpose of suppressing shrinkage of the gel layer C due to the surface tension of the solvent during drying and suppressing breakage of the microstructure of the gel layer C. be implemented.

溶媒置換では、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒を、ゲル化に適した溶媒(つまり、原料液の溶媒)から、乾燥に適した溶媒に置換する。置換後の溶媒は、乾燥方法に応じて適宜選択される。乾燥方法としては、超臨界乾燥、凍結乾燥、又は常圧乾燥が用いられる。 In the solvent replacement, the solvent contained inside the gel layer C is replaced from the solvent suitable for gelation (that is, the solvent of the raw material liquid) with the solvent suitable for drying. The solvent after substitution is appropriately selected according to the drying method. As a drying method, supercritical drying, freeze drying, or normal pressure drying is used.

超臨界乾燥は、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒を、超臨界流体に置換する。超臨界乾燥に適した溶媒として、例えばメタノール、エタノール、又はイソプロピルアルコールなどが用いられる。超臨界流体として、一般的に、超臨界状態の二酸化炭素ガスが用いられる。超臨界乾燥は、密閉式の高圧容器の内部で実施される。 Supercritical drying replaces the solvent contained inside the gel layer C with a supercritical fluid. Solvents suitable for supercritical drying include, for example, methanol, ethanol, or isopropyl alcohol. Carbon dioxide gas in a supercritical state is generally used as the supercritical fluid. Supercritical drying is carried out inside a closed high-pressure vessel.

凍結乾燥は、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒を凍結した後で、真空中で蒸発させる。通常これを、昇華と呼ぶ。凍結乾燥に適した溶媒として、水、tert-ブチルアルコール、シクロヘキサン、1,4-ジオキサン、又はフッ素系溶媒等が用いられる。凍結乾燥は、密閉式の真空容器の内部で実施される。 Freeze-drying freezes the solvent contained inside the gel layer C and then evaporates it in a vacuum. This is commonly called sublimation. Solvents suitable for freeze-drying include water, tert-butyl alcohol, cyclohexane, 1,4-dioxane, fluorine-based solvents, and the like. Freeze-drying is performed inside a closed vacuum vessel.

常圧乾燥は、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒を、常圧下で蒸発させる。溶媒蒸発に伴う毛細管力によるゲル層Cの微細骨格の収縮力を小さくすることが重要なので、常圧乾燥に適した溶媒としては、表面張力の小さな溶媒、例えばヘキサン若しくはヘプタンなどの低分子量の脂肪族炭化水素系の溶媒、又はフッ素系溶媒が用いられる。常圧乾燥は、常圧で行われるので、密閉式の容器が不要である。 Normal pressure drying evaporates the solvent contained inside the gel layer C under normal pressure. Since it is important to reduce the contraction force of the microskeleton of the gel layer C due to the capillary force accompanying solvent evaporation, solvents suitable for atmospheric drying include solvents with low surface tension, such as low molecular weight fats such as hexane and heptane. Group hydrocarbon-based solvents or fluorine-based solvents are used. Since normal pressure drying is performed at normal pressure, a sealed container is not required.

溶媒置換は、溶媒の沸騰によってゲル層Cの微細構造が破損するのを抑制すべく、溶媒の沸点以下の温度で実施される。但し、溶媒の置換効率を高めるべく、溶媒を沸点以下の温度で加熱してもよい。加熱温度は、例えば40℃~100℃である。 The solvent replacement is carried out at a temperature below the boiling point of the solvent in order to prevent the fine structure of the gel layer C from being damaged by the boiling of the solvent. However, the solvent may be heated at a temperature below the boiling point in order to increase the replacement efficiency of the solvent. The heating temperature is, for example, 40.degree. C. to 100.degree.

溶媒の置換回数は、本実施形態では1回であるが、複数回であってもよい。つまり、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒は、原料液の溶媒から、第1溶媒に置換され、更に第2溶媒に置換されてもよい。 The number of solvent substitutions is one in the present embodiment, but may be multiple times. In other words, the solvent contained in the gel layer C may be replaced with the first solvent and then with the second solvent from the solvent of the raw material liquid.

原料液の溶媒と第2溶媒との相溶性が低い場合には、置換効率が悪くなるので、その間に一旦、第1溶媒での置換を導入することで、原料液の溶媒から第2溶媒への置換にかかる時間を短縮できる。第1溶媒としては、原料液の溶媒と第2溶媒との両方に対し高い相溶性を有するものが用いられる。 When the compatibility between the solvent of the raw material liquid and the second solvent is low, the substitution efficiency becomes poor. can reduce the time required to replace As the first solvent, one having high compatibility with both the solvent of the raw material liquid and the second solvent is used.

なお、原料液の溶媒が乾燥に適したものである場合、溶媒置換は不要である。 In addition, when the solvent of the raw material liquid is suitable for drying, solvent replacement is unnecessary.

乾燥(S6)では、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒を除去する。ゲル層Cの乾燥方法としては、上記の通り、超臨界乾燥、凍結乾燥、又は常圧乾燥が用いられる。これらの中でも、常圧乾燥は、密閉式の容器が不要である点で優れている。 In drying (S6), the solvent contained inside the gel layer C is removed. As a method for drying the gel layer C, supercritical drying, freeze drying, or normal pressure drying is used as described above. Among these, normal pressure drying is superior in that it does not require a closed container.

常圧乾燥は、溶媒の沸騰によってゲル層Cの微細構造が破損するのを抑制すべく、溶媒の沸点以下の温度で実施される。但し、溶媒の除去効率を高めるべく、ゲル層Cを沸点以下の温度で加熱してもよい。ゲル層Cの乾燥温度は、例えば室温~100℃である。 Drying under normal pressure is carried out at a temperature below the boiling point of the solvent in order to prevent the fine structure of the gel layer C from being damaged by the boiling of the solvent. However, the gel layer C may be heated at a temperature below the boiling point in order to increase the solvent removal efficiency. The drying temperature of the gel layer C is, for example, room temperature to 100.degree.

常圧乾燥では、ゲル層Cに対して風を送ることで、ゲル層Cの内部に含まれる溶媒の蒸発を促進できる。常圧乾燥で蒸発させた溶媒は、回収され、廃棄又は必要に応じてリサイクルされる。 In normal pressure drying, the evaporation of the solvent contained in the gel layer C can be accelerated by blowing air against the gel layer C. The solvent evaporated by normal pressure drying is recovered and discarded or recycled as necessary.

乾燥後に得られるゲル層Cは、キセロゲルであり、多孔質なモノリスである。 The gel layer C obtained after drying is a xerogel and a porous monolith.

乾燥(S6)は、支持板25でゲル層Cを支持した状態で、実施されてもよい。この場合に、支持板25が貫通穴Hを有すれば、ゲル層Cの表裏面側から溶媒を除去できる。 Drying ( S<b>6 ) may be performed while the gel layer C is supported by the support plate 25 . In this case, if the support plate 25 has the through holes H, the solvent can be removed from the front and rear surfaces of the gel layer C.

以下、実施例について説明する。下記の例1~例2の全てが実施例である。 Examples are described below. All of Examples 1-2 below are examples.

(例1)
原料液層の形成(S1)では、先ず、原料液であるゾル液を作製した。具体的には、ビニルメチルジメトキシシラン(VMDMS;東京化成工業社製)60gと、重合開始剤としてジーt-ブチルパーオキサイド(DTBP;東京化成工業社製)0.66gとを、内槽がPTFE製である100mlのSUS製耐圧容器に入れ、上部の空気層を窒素に置換した状態で容器を密閉した。この容器を120℃のオーブン中で48時間維持した後、オーブンから取り出して室温まで冷却し、粘調な透明オリゴマー液体を得た。この透明オリゴマー液体5gと、ベンジルアルコール20gとを、50mlのガラス製バイアル容器に入れ、マグネチックスターラーで10分撹拌した後、撹拌したものに塩基触媒としてテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAOH)の0.75モル水溶液を1.5g加えて、室温にて3分間撹拌してゾル液を作製した。このゾル液の密度は1.0g/cmであった。
(Example 1)
In forming the raw material liquid layer (S1), first, a sol liquid, which is a raw material liquid, was prepared. Specifically, 60 g of vinylmethyldimethoxysilane (VMDMS; manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 0.66 g of di-t-butyl peroxide (DTBP; manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as a polymerization initiator are added, and the inner tank is made of PTFE. The mixture was placed in a 100 ml SUS pressure-resistant container, and the container was sealed while the upper air layer was replaced with nitrogen. After maintaining the container in an oven at 120° C. for 48 hours, it was removed from the oven and cooled to room temperature to obtain a viscous transparent oligomeric liquid. 5 g of this transparent oligomer liquid and 20 g of benzyl alcohol were placed in a 50 ml glass vial and stirred with a magnetic stirrer for 10 minutes. 1.5 g of a 75 mol aqueous solution was added and stirred at room temperature for 3 minutes to prepare a sol solution. The density of this sol liquid was 1.0 g/cm 3 .

次いで、作製したゾル液を、直径50mmのポリプロピレン(PP)製円筒容器の内部に滴下した。その容器の内部には、予め厚み10mmのベース液層を形成した。ベース液としては、密度が1.88g/cmであるフッ素系溶媒(3M社商品名:フロリナートFC-43)を用いた。ゾル液は、スポイトによって、ベース液層の液面全体に行き渡るように滴下した。その結果、厚み4mmのゾル液層が得られ、ゾル液層の外周全体がPP容器の内周全体に付着していた。 Next, the prepared sol liquid was dropped inside a cylindrical container made of polypropylene (PP) having a diameter of 50 mm. A base liquid layer having a thickness of 10 mm was previously formed inside the container. As the base liquid, a fluorine-based solvent (trade name: Fluorinert FC-43 by 3M Company) having a density of 1.88 g/cm 3 was used. The sol liquid was dropped from a dropper so as to spread over the entire liquid surface of the base liquid layer. As a result, a sol liquid layer having a thickness of 4 mm was obtained, and the entire outer circumference of the sol liquid layer was adhered to the entire inner circumference of the PP container.

原料液層の薄化(S2)では、ゾル液層の液面を乱さないように、ゾル液層からゾル液をスポイトで吸い取り、ゾル液層の厚みを4mmから1mmに薄化した。薄化の間、ゾル液層の外周全体がPP容器の内周全体に付着していた。 In the thinning of the raw material liquid layer (S2), the sol liquid was sucked up from the sol liquid layer with a pipette so as not to disturb the liquid surface of the sol liquid layer, and the thickness of the sol liquid layer was reduced from 4 mm to 1 mm. During thinning, the entire outer circumference of the sol liquid layer adhered to the entire inner circumference of the PP container.

その後、厚み1mmのゾル液層の上から、ベース液と同じFC-43を滴下したところ、ゾル液層が破れ、ゾル液が1箇所に集まったことから、平衡厚みよりも薄い厚みのゾル液層が形成されたことを確認できた。 After that, when the same FC-43 as the base liquid was dropped from the top of the sol liquid layer with a thickness of 1 mm, the sol liquid layer was broken and the sol liquid gathered in one place. It was confirmed that layers were formed.

その後、再度、上記の原料液層の形成(S1)と薄化(S2)とをやり直し、厚み1mmのゾル液層を得た。 After that, the formation (S1) and thinning (S2) of the raw material liquid layer were performed again to obtain a sol liquid layer having a thickness of 1 mm.

ゾル液層のゲル化(S3)では、PP容器の蓋を閉じ、PP容器を80℃のオーブンに48時間入れた。その後オーブンから取り出して室温まで冷却したところ、ベース液層の上に浮かぶゲル層が得られた。ゲル層の厚みは0.9mmであり、ゲル層の直径はPP容器の内径よりも小さく45mmであり、ゲル層の外周全体がPP容器の内周全体から離れていた。その後、PP容器からゲル層を取り出した。 In the gelation of the sol-liquid layer (S3), the lid of the PP container was closed and the PP container was placed in an oven at 80°C for 48 hours. Then it was taken out of the oven and cooled to room temperature, whereupon a gel layer floating on the base liquid layer was obtained. The thickness of the gel layer was 0.9 mm, the diameter of the gel layer was 45 mm smaller than the inner diameter of the PP container, and the entire outer periphery of the gel layer was separated from the entire inner periphery of the PP container. After that, the gel layer was taken out from the PP container.

ゲル層の溶媒置換(S5)では、PP容器から取り出したゲル層を、別の容器の内部に貯留した60℃のイソプロピルアルコール(IPA)中に16時間浸漬させた。その後、IPAを新しいものに交換し、再び60℃のIPA中に16時間浸漬させることを、3回繰り返した。続いて、ゲル層の内部の溶媒をIPAからヘプタンに置換すべく、ゲル層を60℃のヘプタン中に16時間浸漬させることを3回繰り返し、その途中で2回ヘプタンを新しいものに交換した。 In the gel layer solvent replacement (S5), the gel layer taken out of the PP container was immersed in 60° C. isopropyl alcohol (IPA) stored inside another container for 16 hours. After that, the IPA was replaced with a new one and immersed again in IPA at 60° C. for 16 hours, which was repeated three times. Subsequently, in order to replace the solvent inside the gel layer from IPA with heptane, the gel layer was immersed in heptane at 60° C. for 16 hours, which was repeated three times, and the heptane was replaced with new one twice during the immersion.

ゲル層の乾燥(S6)では、ヘプタンへの溶媒置換の済んだゲル層を、60℃にて10時間常圧乾燥した。乾燥後のゲル層は透明な多孔質体であり、その厚みは0.8mmで、その密度は0.2g/cmであった。 In the drying of the gel layer (S6), the gel layer after solvent replacement with heptane was dried under normal pressure at 60° C. for 10 hours. The dried gel layer was a transparent porous body with a thickness of 0.8 mm and a density of 0.2 g/cm 3 .

(例2)
原料液層の形成(S1)では、先ず、原料液であるゾル液を作製した。具体的には、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(KBM-503;信越化学社製)30gと、エタノール30gと、重合開始剤として2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(V65;和光純薬社製)0.3gとを、100mlのSUS製耐圧容器に入れ、上部の空気層を窒素に置換した状態で容器を密閉した。この容器を80℃のオーブン中で24時間維持した後、オーブンから取り出して室温まで冷却し、粘調な透明オリゴマー液体を得た。この透明オリゴマー液体5gと、ベンジルアルコール20gとを、50mlのガラス製バイアル容器に入れ、マグネチックスターラーで10分撹拌した後、撹拌したものに塩基触媒としてTMAOHの0.6モル水溶液を1.5g加えて、室温にて10秒間撹拌してゾル液を作製した。このゾル液の密度は1.0g/cmであった。
(Example 2)
In forming the raw material liquid layer (S1), first, a sol liquid, which is a raw material liquid, was prepared. Specifically, 30 g of 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (KBM-503; manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 30 g of ethanol, and 2,2′-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) as a polymerization initiator ( V65 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (0.3 g) was put into a 100 ml SUS pressure-resistant container, and the container was sealed while the upper air layer was replaced with nitrogen. After maintaining this container in an oven at 80° C. for 24 hours, it was removed from the oven and cooled to room temperature to obtain a viscous transparent oligomeric liquid. 5 g of this transparent oligomer liquid and 20 g of benzyl alcohol were placed in a 50 ml glass vial and stirred with a magnetic stirrer for 10 minutes. In addition, the mixture was stirred at room temperature for 10 seconds to prepare a sol. The density of this sol liquid was 1.0 g/cm 3 .

次いで、作製したゾル液を、直径50mmのポリプロピレン(PP)製円筒容器の内部に滴下した。その容器の内部には、予め厚み10mmのベース液層を形成した。ベース液としては、密度が1.88g/cmであるフッ素系溶媒(3M社商品名:フロリナートFC-43)を用いた。ゾル液は、スポイトによって、ベース液層の液面全体に行き渡るように滴下した。その結果、厚み4mmのゾル液層が得られ、ゾル液層の外周全体がPP容器の内周全体に付着していた。 Next, the prepared sol liquid was dropped inside a cylindrical container made of polypropylene (PP) having a diameter of 50 mm. A base liquid layer having a thickness of 10 mm was previously formed inside the container. As the base liquid, a fluorine-based solvent (trade name: Fluorinert FC-43 by 3M Company) having a density of 1.88 g/cm 3 was used. The sol liquid was dropped from a dropper so as to spread over the entire liquid surface of the base liquid layer. As a result, a sol liquid layer having a thickness of 4 mm was obtained, and the entire outer circumference of the sol liquid layer was adhered to the entire inner circumference of the PP container.

原料液層の薄化(S2)では、ゾル液層の液面を乱さないように、ゾル液層からゾル液をスポイトで吸い取り、ゾル液層の厚みを4mmから1mmに薄化した。薄化の間、ゾル液層の外周全体がPP容器の内周全体に付着していた。 In the thinning of the raw material liquid layer (S2), the sol liquid was sucked up from the sol liquid layer with a pipette so as not to disturb the liquid surface of the sol liquid layer, and the thickness of the sol liquid layer was reduced from 4 mm to 1 mm. During thinning, the entire outer circumference of the sol liquid layer adhered to the entire inner circumference of the PP container.

その後、厚み1mmのゾル液層の上から、ベース液と同じFC-43を滴下したところ、ゾル液層が破れ、ゾル液が1箇所に集まったことから、平衡厚みよりも薄い厚みのゾル液層が形成されたことを確認できた。 After that, when the same FC-43 as the base liquid was dropped from the top of the sol liquid layer with a thickness of 1 mm, the sol liquid layer was broken and the sol liquid gathered in one place. It was confirmed that layers were formed.

その後、再度、上記の原料液層の形成(S1)と薄化(S2)とをやり直し、厚み1mmのゾル液層を得た。 After that, the formation (S1) and thinning (S2) of the raw material liquid layer were performed again to obtain a sol liquid layer having a thickness of 1 mm.

ゾル液層のゲル化(S3)では、PP容器の蓋を閉じ、PP容器を80℃のオーブンに48時間入れた。その後オーブンから取り出して室温まで冷却したところ、ベース液層の上に浮かぶゲル層が得られた。ゲル層の厚みは0.8mmであり、ゲル層の直径はPP容器の内径よりも小さく43mmであり、ゲル層の外周全体がPP容器の内周全体から離れていた。その後、PP容器からゲル層を取り出した。 In the gelation of the sol-liquid layer (S3), the lid of the PP container was closed and the PP container was placed in an oven at 80°C for 48 hours. Then it was taken out of the oven and cooled to room temperature, whereupon a gel layer floating on the base liquid layer was obtained. The thickness of the gel layer was 0.8 mm, the diameter of the gel layer was 43 mm which was smaller than the inner diameter of the PP container, and the entire outer periphery of the gel layer was separated from the entire inner periphery of the PP container. After that, the gel layer was taken out from the PP container.

ゲル層の溶媒置換(S5)では、PP容器から取り出したゲル層を、別の容器の内部に貯留した60℃のイソプロピルアルコール(IPA)中に16時間浸漬させた。その後、IPAを新しいものに交換し、再び60℃のIPA中に16時間浸漬させることを、3回繰り返した。続いて、ゲル層の内部の溶媒をIPAからヘプタンに置換すべく、ゲル層を60℃のヘプタン中に16時間浸漬させることを3回繰り返し、その途中で2回ヘプタンを新しいものに交換した。 In the gel layer solvent replacement (S5), the gel layer taken out of the PP container was immersed in 60° C. isopropyl alcohol (IPA) stored inside another container for 16 hours. After that, the IPA was replaced with a new one and immersed again in IPA at 60° C. for 16 hours, which was repeated three times. Subsequently, in order to replace the solvent inside the gel layer from IPA with heptane, the gel layer was immersed in heptane at 60° C. for 16 hours, which was repeated three times, and the heptane was replaced with new one twice during the immersion.

ゲル層の乾燥(S6)では、ヘプタンへの溶媒置換の済んだゲル層を、60℃にて10時間常圧乾燥した。乾燥後のゲル層は透明な多孔質体であり、その厚みは0.7mmで、その密度は0.6g/cmであった。 In the drying of the gel layer (S6), the gel layer after solvent replacement with heptane was dried under normal pressure at 60° C. for 10 hours. The gel layer after drying was a transparent porous body with a thickness of 0.7 mm and a density of 0.6 g/cm 3 .

以上、本開示に係るゲルの製造方法、及びゲルの製造装置について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。 Although the gel manufacturing method and the gel manufacturing apparatus according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments. Various changes, modifications, substitutions, additions, deletions, and combinations are possible within the scope of the claims. These also naturally belong to the technical scope of the present disclosure.

1 製造装置
2 収容部
21 型枠
3 原料液供給部
5 原料液吸引部
6 ゲル化促進部
A 原料液層
B ベース液層
C ゲル層
1 Manufacturing Apparatus 2 Storage Unit 21 Formwork 3 Raw Material Supply Unit 5 Raw Material Liquid Suction Unit 6 Gelation Promotion Unit A Raw Material Liquid Layer B Base Liquid Layer C Gel Layer

Claims (11)

ゲルの原料液を前記原料液よりも高密度のベース液層の型枠で外周を囲まれる液面の上に供給し、前記型枠の内周全体に接する原料液層を形成し、
前記型枠の内周全体に接した後の前記原料液層から前記原料液を前記型枠外に排出し、前記原料液層を平衡厚み未満の厚みに薄化し、
前記薄化した前記原料液層を、前記ベース液層の前記液面の上でゲル化する、
ゲルの製造方法。
supplying the raw material liquid of the gel onto the surface of the liquid whose outer periphery is surrounded by the mold of the base liquid layer having a density higher than that of the raw material liquid to form a raw material liquid layer in contact with the entire inner circumference of the mold;
discharging the raw material liquid from the raw material liquid layer after contacting the entire inner circumference of the mold to the outside of the mold, and thinning the raw material liquid layer to a thickness less than the equilibrium thickness;
gelling the thinned raw material liquid layer on the liquid surface of the base liquid layer;
Gel manufacturing method.
ノズルの吸引口を薄化後の前記原料液層の上面と同じ高さに設置し、前記原料液層から前記原料液を前記型枠外に排出する、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1, wherein the suction port of a nozzle is set at the same height as the upper surface of the thinned raw material liquid layer, and the raw material liquid is discharged from the raw material liquid layer to the outside of the mold. 前記ベース液層は、フッ素原子を有する液状化合物である、請求項1又は2に記載の方法。 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the base liquid layer is a liquid compound containing fluorine atoms. 前記原料液層をゲル化して得られるゲル層を、前記ベース液層から持ち上げる、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a gel layer obtained by gelling the raw material liquid layer is lifted from the base liquid layer. 前記ベース液層の前記液面の上に前記原料液層を形成する前に、前記ベース液層と前記原料液層の界面よりも下に、前記ベース液層から前記ゲル層を持ち上げる際に前記ゲル層を下方から支持する支持板を設置する、請求項4に記載の方法。 Before forming the raw material liquid layer on the liquid surface of the base liquid layer, when lifting the gel layer from the base liquid layer below the interface between the base liquid layer and the raw material liquid layer, the 5. The method according to claim 4, wherein a support plate is installed to support the gel layer from below. 前記原料液層をゲル化して得られるゲル層の内部に含まれる溶媒を、別の溶媒に置換する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the solvent contained in the gel layer obtained by gelling the raw material liquid layer is replaced with another solvent. 前記原料液層をゲル化して得られるゲル層の内部に含まれる溶媒を、除去する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the solvent contained in the gel layer obtained by gelling the raw material liquid layer is removed. ゲルの原料液よりも高密度のベース液層の液面の外周を囲む型枠と、
前記型枠で囲まれる前記液面の上に前記原料液を供給し、前記型枠の内周全体に接する原料液層を形成する原料液供給部と、
前記型枠の内周全体に接した前記原料液層から前記原料液を前記型枠外に排出し、前記原料液層を平衡厚み未満の厚みに薄化する原料液吸引部と、
前記薄化した前記原料液層を、前記ベース液層の前記液面の上でゲル化させるゲル化促進部と、
を有する、ゲルの製造装置。
a formwork surrounding the periphery of the liquid surface of the base liquid layer having a higher density than the gel raw material liquid;
a raw material liquid supply unit that supplies the raw material liquid above the liquid surface surrounded by the mold and forms a raw material liquid layer in contact with the entire inner circumference of the mold;
a raw material suction part that discharges the raw material liquid from the raw material liquid layer that is in contact with the entire inner circumference of the mold to the outside of the mold and thins the raw material liquid layer to a thickness less than the equilibrium thickness;
a gelation promoting unit for gelling the thinned raw material liquid layer on the liquid surface of the base liquid layer;
A gel manufacturing apparatus.
前記原料液吸引部は、薄化後の前記原料液層の上面と同じ高さの位置で、前記原料液層から前記原料液を前記型枠外に排出するノズルを含む、請求項8に記載の装置。 9. The raw material liquid suction part according to claim 8, wherein the raw material liquid suction part includes a nozzle that discharges the raw material liquid from the raw material liquid layer to the outside of the mold at a position that is at the same height as the upper surface of the thinned raw material liquid layer. Device. 前記ベース液層と前記原料液層の界面よりも下に、前記原料液層をゲル化して得られるゲル層を前記ベース液層から持ち上げる際に前記ゲル層を下方から支持する支持板を有する、請求項8又は9に記載の装置。 A support plate is provided below the interface between the base liquid layer and the raw material liquid layer for supporting the gel layer from below when the gel layer obtained by gelling the raw material liquid layer is lifted from the base liquid layer. 10. Apparatus according to claim 8 or 9. 前記支持板は、前記支持板の表裏面を貫通する貫通穴を、前記支持板の主面方向に間隔をおいて複数有する、請求項10に記載の装置。 11. The device according to claim 10, wherein said support plate has a plurality of through holes penetrating through the front and back surfaces of said support plate at intervals in the direction of the main surface of said support plate.
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