JP6750626B2 - Airgel complex - Google Patents

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    • C08L83/04Polysiloxanes

Description

本開示は、エアロゲル複合体に関する。 The present disclosure relates to airgel composites.

熱伝導率が小さく断熱性を有する材料としてシリカエアロゲルが知られている。シリカエアロゲルは、優れた機能性(断熱性等)、特異な光学特性、特異な電気特性などを有する機能素材として有用なものであり、例えば、シリカエアロゲルの超低誘電率特性を利用した電子基板材料、シリカエアロゲルの高断熱性を利用した断熱材料、シリカエアロゲルの超低屈折率を利用した光反射材料等に用いられている。 Silica airgel is known as a material having a small thermal conductivity and a heat insulating property. Silica aerogel is useful as a functional material having excellent functionality (heat insulation, etc.), unique optical properties, and unique electrical properties. For example, an electronic substrate utilizing the ultra low dielectric constant properties of silica aerogel. It is used as a material, a heat insulating material that uses the high heat insulating property of silica airgel, and a light reflecting material that uses the ultra low refractive index of silica airgel.

このようなシリカエアロゲルを製造する方法として、アルコキシシランを加水分解し、重合して得られたゲル状化合物(アルコゲル)を、分散媒の超臨界条件下で乾燥する超臨界乾燥法が知られている(例えば特許文献1参照)。超臨界乾燥法は、アルコゲルと分散媒(乾燥に用いる溶媒)とを高圧容器中に導入し、分散媒をその臨界点以上の温度と圧力をかけて超臨界流体とすることにより、アルコゲルに含まれる溶媒を除去する方法である。しかし、超臨界乾燥法は高圧プロセスを要するため、超臨界に耐え得る特殊な装置等への設備投資が必要であり、なおかつ多くの手間と時間が必要である。 As a method for producing such a silica airgel, a supercritical drying method is known in which a gel-like compound (alcogel) obtained by hydrolyzing and polymerizing an alkoxysilane is dried under supercritical conditions of a dispersion medium. (For example, see Patent Document 1). In the supercritical drying method, the alcogel and the dispersion medium (solvent used for drying) are introduced into a high-pressure container, and the dispersion medium is heated to a temperature and pressure above its critical point to form a supercritical fluid. It is a method of removing the solvent. However, since the supercritical drying method requires a high-pressure process, it is necessary to invest in a special device that can withstand supercriticality, and also requires a lot of labor and time.

そこで、アルコゲルを、高圧プロセスを要しない汎用的な方法を用いて乾燥する手法が提案されている。このような方法としては、例えば、ゲル原料として、モノアルキルトリアルコキシシランとテトラアルコキシシランとを特定の比率で併用することにより、得られるアルコゲルの強度を向上させ、常圧で乾燥させる方法が知られている(例えば特許文献2参照)。しかしながら、このような常圧乾燥を採用する場合、アルコゲル内部の毛細管力に起因するストレスにより、ゲルが収縮する傾向がある。 Therefore, a method of drying the alcogel using a general-purpose method that does not require a high-pressure process has been proposed. As such a method, for example, a method of improving the strength of the obtained alcogel by using monoalkyltrialkoxysilane and tetraalkoxysilane together in a specific ratio as a gel raw material and drying at normal pressure is known. (For example, see Patent Document 2). However, when such atmospheric drying is adopted, the gel tends to contract due to the stress caused by the capillary force inside the alcogel.

米国特許第4402927号U.S. Pat. No. 4,402,927 特開2011−93744号公報JP, 2011-93744, A

このように、従来の製造プロセスが抱える問題点について様々な観点からの検討が行われている一方で、上記いずれのプロセスを採用したとしても、得られたエアロゲルは取り扱い性が悪く、大型化が困難であるため、生産性に課題がある。例えば、上記プロセスにより得られた塊状のエアロゲルは、手で触って持ち上げようとするだけで破損してしまう場合がある。これは、エアロゲルの密度が低いことと、エアロゲルが10nm程度の微粒子が弱く連結しているだけの細孔構造を有していることとに由来すると推察される。 As described above, while various problems have been investigated with respect to the problems of the conventional manufacturing process, even if any of the above processes is adopted, the obtained airgel is poor in handleability and large in size. Since it is difficult, there is a problem in productivity. For example, the agglomerated airgel obtained by the above process may be broken just by touching and lifting it by hand. It is speculated that this is due to the low density of the airgel and the fact that the airgel has a fine pore structure in which fine particles of about 10 nm are weakly connected.

従来のエアロゲルが有するこのような問題を改善する手法として、ゲルの細孔径をマイクロメータースケール程度にまで大きくすることでゲルに柔軟性を付与する方法が考えられる。しかしながら、そのようにして得られるエアロゲルは熱伝導率が大幅に増大するという問題があり、エアロゲルの優れた断熱性が失われてしまう。 As a method for improving such problems of the conventional airgel, a method of imparting flexibility to the gel by increasing the pore size of the gel to a micrometer scale is considered. However, the airgel thus obtained has a problem that the thermal conductivity greatly increases, and the excellent heat insulating property of the airgel is lost.

本開示は上記の事情に鑑みてなされたものであり、断熱性と柔軟性とに優れるエアロゲル複合体を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an airgel composite having excellent heat insulating properties and flexibility.

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、シリカ粒子と、所定のポリシロキサン化合物とを用いて作製されたエアロゲル複合体であれば、優れた断熱性と柔軟性とが発現されることを見出した。 The present inventor has conducted extensive studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, if it is an airgel composite produced using silica particles and a predetermined polysiloxane compound, it has excellent heat insulation and flexibility. Were found to be expressed.

本開示は、シリカ粒子と、下記一般式(B)で表されるポリシロキサン化合物、及び、該ポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種と、を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物であるエアロゲル複合体を提供するものである。このようにして得られたエアロゲル複合体は、断熱性と柔軟性とに優れる。
式(B)中、R1bはアルキル基、アルコキシ基又はアリール基を示し、R2b及びR3bはそれぞれ独立にアルコキシ基を示し、R4b及びR5bはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、mは1〜50の整数を示す。
The present disclosure condenses a sol containing silica particles, a polysiloxane compound represented by the following general formula (B), and at least one selected from the group consisting of hydrolysis products of the polysiloxane compound. The present invention provides an airgel composite which is a dried product of a wet gel which is a product. The airgel composite thus obtained is excellent in heat insulation and flexibility.
In formula (B), R 1b represents an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group, R 2b and R 3b each independently represent an alkoxy group, and R 4b and R 5b independently represent an alkyl group or aryl group. , M represents an integer of 1 to 50.

エアロゲル複合体は、支柱部及び橋かけ部を備えるラダー型構造を有し、橋かけ部が、下記一般式(2)で表される構造を有する態様とすることができる。
式(2)中、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、bは1〜50の整数を示す。
The airgel composite may have a ladder-type structure including a pillar and a bridge, and the bridge may have a structure represented by the following general formula (2).
In formula (2), R 5 and R 6 each independently represent an alkyl group or an aryl group, and b represents an integer of 1 to 50.

エアロゲル複合体は、下記一般式(3)で表されるラダー型構造を有することができる。
式(3)中、R、R、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、a及びcはそれぞれ独立に1〜3000の整数を示し、bは1〜50の整数を示す。
The airgel composite can have a ladder structure represented by the following general formula (3).
In formula (3), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represent an alkyl group or an aryl group, a and c each independently represent an integer of 1 to 3000, and b is 1 to 50. Indicates an integer.

シリカ粒子の平均一次粒子径は1〜200nmとすることができる。これにより、断熱性と柔軟性とをさらに向上し易くなる。 The average primary particle diameter of the silica particles can be 1 to 200 nm. This makes it easier to improve heat insulation and flexibility.

この際、シリカ粒子の形状は球状とすることができる。また、シリカ粒子はコロイダルシリカ粒子とすることができる。これにより、さらに優れた断熱性及び柔軟性を達成することができる。 At this time, the shape of the silica particles can be spherical. Further, the silica particles can be colloidal silica particles. Thereby, more excellent heat insulating property and flexibility can be achieved.

本開示において、上記ゾルは、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物、及び、該加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種をさらに含有することができる。これにより、さらに優れた断熱性及び柔軟性を達成することができる。 In the present disclosure, the sol is selected from the group consisting of a silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, and a hydrolysis product of the silicon compound having the hydrolyzable functional group. At least one kind can be further contained. Thereby, more excellent heat insulating property and flexibility can be achieved.

なお、上記乾燥物は、湿潤ゲルの乾燥に用いられる溶媒の臨界点未満の温度及び大気圧下で行われる乾燥により得ることができる。これにより、断熱性と柔軟性とに優れるエアロゲル複合体をさらに得易くなる。 The dried product can be obtained by drying at a temperature below the critical point of the solvent used for drying the wet gel and at atmospheric pressure. This makes it easier to obtain an airgel composite having excellent heat insulation and flexibility.

本開示によれば、断熱性と柔軟性とに優れるエアロゲル複合体を提供することができる。すなわち、優れた断熱性が発現されるとともに、取り扱い性が向上して大型化も可能となり、生産性を高めることができるエアロゲル複合体を提供することができる。このように断熱性と柔軟性とに優れるエアロゲル複合体は様々な用途に活用できる可能性を有している。ここで、本開示に係る重要な点は、従来のエアロゲルよりも断熱性及び柔軟性の制御を行うことが容易になったことにある。このことは、柔軟性を得るためには断熱性を犠牲にしたり、あるいは断熱性を得るためには柔軟性を犠牲にしたりする必要があった従来のエアロゲルでは達成できなかったことである。なお、上記「断熱性と柔軟性とに優れる」とは、双方の特性を表す数値が共に高いことを必ずしも意味するものではなく、例えば、「断熱性を良好に保ちながら柔軟性が優れる」こと、「柔軟性を良好に保ちながら断熱性が優れる」こと等を包含する。 According to the present disclosure, it is possible to provide an airgel composite having excellent heat insulating properties and flexibility. That is, it is possible to provide an airgel composite that exhibits excellent heat insulation properties, has improved handleability and can be made larger, and can enhance productivity. As described above, the airgel composite having excellent heat insulation and flexibility has a possibility of being utilized in various applications. Here, an important point according to the present disclosure is that it is easier to control the heat insulating property and the flexibility than the conventional airgel. This cannot be achieved by the conventional airgel that needs to sacrifice the heat insulating property to obtain the flexibility or to sacrifice the flexibility to obtain the heat insulating property. The above "excellent in heat insulation and flexibility" does not necessarily mean that the numerical values representing both properties are both high, and for example, "excellent in flexibility while maintaining good heat insulation". , "Excellent heat insulation while maintaining good flexibility" and the like.

本開示の一実施形態に係るエアロゲル複合体の微細構造を模式的に表す図である。It is a figure which represents typically the microstructure of the airgel composite which concerns on one Embodiment of this indication. 粒子の二軸平均一次粒子径の算出方法を示す図である。It is a figure which shows the calculation method of the biaxial average primary particle diameter of a particle. 実施例3で得られたエアロゲル複合体付き箔状支持部材におけるエアロゲル複合体の表面を、(a)1万倍、(b)5万倍、(c)20万倍、及び(d)35万倍でそれぞれ観察したSEM画像である。The surface of the airgel composite in the foil-shaped support member with the airgel composite obtained in Example 3 was (a) 10,000 times, (b) 50,000 times, (c) 200,000 times, and (d) 350,000 times. It is a SEM image observed at each magnification. 実施例4で得られたエアロゲル複合体付き箔状支持部材におけるエアロゲル複合体の表面を、(a)1万倍、(b)5万倍、及び(c)20万倍でそれぞれ観察したSEM画像である。SEM images of the surface of the airgel composite in the foil-like support member with the airgel composite obtained in Example 4, observed at (a) 10,000 times, (b) 50,000 times, and (c) 200,000 times, respectively. Is.

以下、場合により図面を参照しつつ本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings in some cases. However, the present disclosure is not limited to the following embodiments.

<定義>
本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「A又はB」とは、A及びBのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。本明細書において、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
<Definition>
In the present specification, the numerical range indicated by using "to" indicates a range including the numerical values before and after "to" as the minimum value and the maximum value, respectively. In the numerical ranges described stepwise in this specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range of a certain stage may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of the numerical range of another stage. In the numerical range described in the present specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples. “A or B” may include either one of A and B, or may include both. Unless otherwise specified, the materials exemplified in this specification can be used alone or in combination of two or more kinds. In the present specification, the content of each component in the composition is the total amount of the plurality of substances present in the composition, unless a plurality of substances corresponding to each component are present in the composition, unless otherwise specified. means.

<エアロゲル複合体>
狭義には、湿潤ゲルに対して超臨界乾燥法を用いて得られた乾燥ゲルをエアロゲル、大気圧下での乾燥により得られた乾燥ゲルをキセロゲル、凍結乾燥により得られた乾燥ゲルをクライオゲルと称するが、本実施形態においては、湿潤ゲルのこれらの乾燥手法によらず、得られた低密度の乾燥ゲルを「エアロゲル」と称する。すなわち、本実施形態においてエアロゲルとは、広義のエアロゲルである「Gel comprised of a microporous solid in which the dispersed phase is a gas(分散相が気体である微多孔性固体から構成されるゲル)」を意味するものである。一般的にエアロゲルの内部は、網目状の微細構造となっており、2〜20nm程度のエアロゲル粒子(エアロゲルを構成する粒子)が結合したクラスター構造を有している。このクラスターにより形成される骨格間には、100nmに満たない細孔がある。これにより、エアロゲルは、三次元的に微細な多孔性の構造をしている。なお、本実施形態におけるエアロゲルは、例えば、シリカを主成分とするシリカエアロゲルである。シリカエアロゲルとしては、例えば、有機基(メチル基等)又は有機鎖を導入した、いわゆる、有機−無機ハイブリッド化されたシリカエアロゲルが挙げられる。なお、本実施形態のエアロゲル複合体は、エアロゲル中にシリカ粒子が複合化されながらも、上記エアロゲルの特徴であるクラスター構造を有しており、三次元的に微細な多孔性の構造を有している。
<Airgel composite>
In a narrow sense, a dry gel obtained by using a supercritical drying method for a wet gel is an aerogel, a dry gel obtained by drying under atmospheric pressure is a xerogel, and a dry gel obtained by freeze-drying is a cryogel. However, in the present embodiment, the obtained low-density dry gel is referred to as “aerogel” regardless of these drying methods of the wet gel. That is, in the present embodiment, the aerogel means “a gel composed of a microporous solid in whithe the dispersed phase is a gas” that is an aerogel in a broad sense. To do. In general, the inside of an airgel has a mesh-like fine structure and has a cluster structure in which airgel particles of about 2 to 20 nm (particles forming the airgel) are bound. There are pores of less than 100 nm between the skeletons formed by this cluster. As a result, the airgel has a three-dimensionally fine porous structure. The airgel in the present embodiment is, for example, a silica airgel containing silica as a main component. Examples of silica aerogel include so-called organic-inorganic hybridized silica aerogel introduced with an organic group (such as a methyl group) or an organic chain. The airgel composite of the present embodiment has a cluster structure that is a feature of the airgel, even though silica particles are compounded in the airgel, and has a three-dimensionally fine porous structure. ing.

本実施形態のエアロゲル複合体は、エアロゲル成分及びシリカ粒子を含有するものである。なお、必ずしもこれと同じ概念を意味するものではないが、本実施形態のエアロゲル複合体は、三次元網目骨格を構成する成分としてシリカ粒子を含有するものである、と表現することも可能である。本実施形態のエアロゲル複合体は、後述するとおり断熱性と柔軟性とに優れている。特に、柔軟性が優れていることによりエアロゲル複合体としての取り扱い性が向上して大型化も可能となるため、生産性を高めることができる。なお、このようなエアロゲル複合体は、エアロゲルの製造環境中にシリカ粒子を存在させることにより得られるものである。そしてシリカ粒子を存在させることによるメリットは、複合体自体の断熱性、柔軟性等を向上できることのみならず、後述する湿潤ゲル生成工程の時間短縮、あるいは洗浄及び溶媒置換工程から乾燥工程の簡略化が可能であることにもある。なお、この工程の時間短縮及び工程の簡略化は、柔軟性が優れるエアロゲル複合体を作製する上で必ずしも求められることではない。 The airgel composite of this embodiment contains an airgel component and silica particles. It should be noted that although not necessarily meaning the same concept as this, it can be expressed that the airgel composite of the present embodiment contains silica particles as a component constituting the three-dimensional network skeleton. .. The airgel composite of this embodiment is excellent in heat insulation and flexibility as described later. In particular, since the flexibility is excellent, the handling property as the airgel composite is improved and the size can be increased, so that the productivity can be improved. In addition, such an airgel composite is obtained by allowing silica particles to exist in an airgel production environment. And the merit of the presence of the silica particles is not only to improve the heat insulating property and flexibility of the composite itself, but also to shorten the time of the wet gel formation step described later or to simplify the washing and solvent replacement steps to the drying step. It is also possible. It should be noted that shortening of the time of this step and simplification of the step are not always required for producing an airgel composite having excellent flexibility.

本実施形態において、エアロゲル成分とシリカ粒子との複合化態様は様々である。例えば、エアロゲル成分は膜状等の不定形であってもよく、粒子状(エアロゲル粒子)であってもよい。いずれの態様においても、エアロゲル成分が様々な形態になりシリカ粒子間に存在しているため、複合体の骨格に柔軟性が付与されていると推察される。 In this embodiment, there are various composite modes of the airgel component and the silica particles. For example, the airgel component may be in an amorphous form such as a film, or may be in the form of particles (airgel particles). In any of the embodiments, since the airgel component has various forms and exists between the silica particles, it is presumed that flexibility is imparted to the skeleton of the composite.

まず、エアロゲル成分とシリカ粒子の複合化態様としては、不定形のエアロゲル成分がシリカ粒子間に介在する態様が挙げられる。このような態様としては、具体的には、例えばシリカ粒子が膜状のエアロゲル成分(シリコーン成分)により被覆された態様(エアロゲル成分がシリカ粒子を内包する態様)、エアロゲル成分がバインダーとなりシリカ粒子同士が連結された態様、エアロゲル成分が複数のシリカ粒子間隙を充填している態様、これらの態様の組み合わせの態様(クラスター状に並んだシリカ粒子がエアロゲル成分により被覆された態様等)、など様々な態様が挙げられる。このように、本実施形態においてエアロゲル複合体は、三次元網目骨格がシリカ粒子とエアロゲル成分(シリコーン成分)から構成されることができ、その具体的態様(形態)に特に制限はない。 First, as an example of a composite mode of an airgel component and silica particles, a mode in which an amorphous airgel component is present between silica particles can be mentioned. As such an embodiment, specifically, for example, a mode in which silica particles are coated with a film-shaped airgel component (silicone component) (a mode in which the airgel component includes silica particles), the airgel component serves as a binder, and the silica particles are , A mode in which the airgel component fills a plurality of silica particle gaps, a mode in which these modes are combined (a mode in which silica particles arranged in clusters are covered with the airgel component), and the like. Aspects can be mentioned. As described above, in the present embodiment, the airgel composite can have a three-dimensional network skeleton composed of silica particles and an airgel component (silicone component), and there is no particular limitation on the specific mode (form) thereof.

一方、後述するように、本実施形態においてエアロゲル成分は、不定形ではなく図1のように明確な粒子状となってシリカ粒子と複合化していてもよい。 On the other hand, as will be described later, in the present embodiment, the airgel component may be in the form of distinct particles as shown in FIG.

本実施形態のエアロゲル複合体においてこのような様々な態様が生じるメカニズムは必ずしも定かではないが、本発明者は、ゲル化工程におけるエアロゲル成分の生成速度が関与していると推察している。例えば、シリカ粒子のシラノール基数を変動させることによってエアロゲル成分の生成速度が変動する傾向がある。また、系のpHを変動させることによってもエアロゲル成分の生成速度が変動する傾向がある。 The mechanism by which such various aspects occur in the airgel composite of the present embodiment is not necessarily clear, but the present inventors presume that the generation rate of the airgel component in the gelation step is involved. For example, the production rate of the airgel component tends to vary by varying the number of silanol groups in the silica particles. Further, the production rate of the airgel component also tends to vary by varying the pH of the system.

このことは、シリカ粒子のサイズ、形状、シラノール基数、系のpH等を調整することにより、エアロゲル複合体の態様(三次元網目骨格のサイズ、形状等)を制御できることを示唆する。したがって、エアロゲル複合体の密度、気孔率等の制御が可能となり、エアロゲル複合体の断熱性と柔軟性を制御することができると考えられる。なお、エアロゲル複合体の三次元網目骨格は、上述した様々な態様の一種類のみから構成されていてもよいし、二種以上の態様から構成されていてもよい。 This suggests that the mode (size, shape, etc. of the three-dimensional network skeleton) of the airgel composite can be controlled by adjusting the size, shape, number of silanol groups, pH of the system, etc. of the silica particles. Therefore, it is considered that the density, the porosity, etc. of the airgel composite can be controlled, and the heat insulating property and flexibility of the airgel composite can be controlled. The three-dimensional network skeleton of the airgel composite may be composed of only one kind of the various modes described above, or may be composed of two or more kinds of modes.

以下、図1を例にとり、本実施形態のエアロゲル複合体について説明するが、上述のとおり本開示は図1の態様に限定されるものではない。ただし、上記いずれの態様にも共通する事項(シリカ粒子の種類、サイズ、含有量等)については、以下の記載を適宜参照することができる。 Hereinafter, the airgel composite of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 as an example, but the present disclosure is not limited to the aspect of FIG. 1 as described above. However, for matters common to any of the above aspects (type, size, content, etc. of silica particles), the following description can be appropriately referred to.

図1は、本開示の一実施形態に係るエアロゲル複合体の微細構造を模式的に表す図である。図1に示されるように、エアロゲル複合体10は、エアロゲル成分を構成するエアロゲル粒子1が部分的にシリカ粒子2を介して三次元的にランダムに連なることにより形成される三次元網目骨格と、当該骨格に囲まれた細孔3とを有する。この際、シリカ粒子2はエアロゲル粒子1間に介在し、三次元網目骨格を支持する骨格支持体として機能していると推察される。したがって、このような構造を有することにより、エアロゲルとしての断熱性及び柔軟性を維持しつつ、適度な強度がエアロゲルに付与されることになると考えられる。すなわち、本実施形態においては、エアロゲル複合体は、シリカ粒子がエアロゲル粒子を介して三次元的にランダムに連なることにより形成される三次元網目骨格を有していてもよい。また、シリカ粒子はエアロゲル粒子により被覆されていてもよい。なお、上記エアロゲル粒子(エアロゲル成分)はケイ素化合物から構成されるため、シリカ粒子への親和性が高いと推察される。そのため、本実施形態においてはエアロゲルの三次元網目骨格中にシリカ粒子を導入することに成功したと考えられる。この点においては、シリカ粒子のシラノール基も、両者の親和性に寄与していると考えられる。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a fine structure of an airgel composite according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the airgel composite 10 has a three-dimensional network skeleton formed by the airgel particles 1 constituting the airgel component being three-dimensionally randomly connected partially through the silica particles 2. And pores 3 surrounded by the skeleton. At this time, it is assumed that the silica particles 2 are present between the airgel particles 1 and function as a skeleton support that supports the three-dimensional network skeleton. Therefore, by having such a structure, it is considered that appropriate strength is imparted to the airgel while maintaining the heat insulating property and the flexibility as the airgel. That is, in the present embodiment, the airgel composite may have a three-dimensional network skeleton formed by silica particles being three-dimensionally and randomly connected through the airgel particles. Further, the silica particles may be covered with airgel particles. Since the airgel particles (airgel component) are composed of a silicon compound, it is presumed that they have a high affinity for silica particles. Therefore, it is considered that the silica particles were successfully introduced into the three-dimensional network skeleton of the airgel in the present embodiment. In this respect, it is considered that the silanol groups of the silica particles also contribute to the affinity of both.

エアロゲル粒子1は、複数の一次粒子から構成される二次粒子の態様を取っていると考えられており、概ね球状である。エアロゲル粒子1の平均粒子径(すなわち二次粒子径)は2nm以上とすることができ、5nm以上であってもよく、10nm以上であってもよい。また、当該平均粒子径は、50μm以下とすることができ、2μm以下であってもよく、200nm以下であってもよい。すなわち、当該平均粒子径は、2nm〜50μmとすることができるが、5nm〜2μmであってもよく、又は10nm〜200nmであってもよい。エアロゲル粒子1の平均粒子径が2nm以上であることにより、柔軟性に優れるエアロゲル複合体が得易くなり、一方、平均粒子径が50μm以下であることにより、断熱性に優れるエアロゲル複合体が得易くなる。なお、エアロゲル粒子1を構成する一次粒子の平均粒子径は、低密度の多孔質構造の2次粒子を形成し易いという観点から、0.1nm〜5μmとすることができるが、0.5nm〜200nmであってもよく、又は1nm〜20nmであってもよい。 The airgel particles 1 are considered to be in the form of secondary particles composed of a plurality of primary particles, and are generally spherical. The average particle size (that is, the secondary particle size) of the airgel particles 1 may be 2 nm or more, and may be 5 nm or more, or 10 nm or more. The average particle diameter may be 50 μm or less, may be 2 μm or less, and may be 200 nm or less. That is, the average particle diameter can be 2 nm to 50 μm, but may be 5 nm to 2 μm or 10 nm to 200 nm. When the average particle diameter of the airgel particles 1 is 2 nm or more, it becomes easy to obtain an airgel composite having excellent flexibility, while when the average particle diameter is 50 μm or less, it is easy to obtain an airgel composite having excellent heat insulating properties. Become. The average particle size of the primary particles constituting the airgel particles 1 can be 0.1 nm to 5 μm from the viewpoint of easily forming secondary particles having a low-density porous structure, but 0.5 nm to It may be 200 nm or 1 nm to 20 nm.

シリカ粒子2としては特に制限なく用いることができ、例えば非晶質シリカ粒子が挙げられる。さらに当該非晶質シリカ粒子としては、溶融シリカ粒子、ヒュームドシリカ粒子及びコロイダルシリカ粒子からなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。これらのうち、コロイダルシリカ粒子は単分散性が高く、ゾル中での凝集を抑制し易い。なお、シリカ粒子2としては、中空構造、多孔質構造等を有するシリカ粒子であってもよい。 The silica particles 2 can be used without particular limitation, and examples thereof include amorphous silica particles. Further, the amorphous silica particles include at least one selected from the group consisting of fused silica particles, fumed silica particles and colloidal silica particles. Among these, the colloidal silica particles have high monodispersibility, and it is easy to suppress aggregation in the sol. The silica particles 2 may be silica particles having a hollow structure, a porous structure, or the like.

シリカ粒子2の形状は特に制限されず、球状、繭型、会合型等が挙げられる。これらのうち、シリカ粒子2として球状の粒子を用いることにより、ゾル中での凝集を抑制し易くなる。シリカ粒子2の平均一次粒子径は1nm以上とすることができ、5nm以上であってもよく、20nm以上であってもよい。また、当該平均一次粒子径は、200nm以下とすることができ、100nm以下であってもよい。すなわち、当該平均一次粒子径は、1〜200nmとすることができるが、5〜200nmであってもよく、又は20〜100nmであってもよい。シリカ粒子2の平均一次粒子径が1nm以上であることにより、適度な強度をエアロゲルに付与し易くなり、乾燥時の耐収縮性に優れるエアロゲル複合体が得易くなる。一方、平均一次粒子径が200nm以下であることにより、シリカ粒子の固体熱伝導を抑制し易くなり、断熱性に優れるエアロゲル複合体が得易くなる。 The shape of the silica particles 2 is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a cocoon shape, and an association type. Of these, the use of spherical particles as the silica particles 2 facilitates suppression of aggregation in the sol. The average primary particle diameter of the silica particles 2 may be 1 nm or more, and may be 5 nm or more, or 20 nm or more. Further, the average primary particle diameter can be 200 nm or less, and may be 100 nm or less. That is, the average primary particle diameter can be 1 to 200 nm, but may be 5 to 200 nm, or 20 to 100 nm. When the average primary particle diameter of the silica particles 2 is 1 nm or more, it becomes easy to impart appropriate strength to the airgel, and it becomes easy to obtain an airgel composite having excellent shrinkage resistance during drying. On the other hand, when the average primary particle diameter is 200 nm or less, solid heat conduction of the silica particles is easily suppressed, and an airgel composite having excellent heat insulating properties is easily obtained.

エアロゲル粒子1(エアロゲル成分)とシリカ粒子2とは、水素結合及び/又は化学結合の態様を取って結合していると推測される。この際、水素結合及び/又は化学結合は、エアロゲル粒子1(エアロゲル成分)のシラノール基及び/又は反応性基と、シリカ粒子2のシラノール基により形成されると考えられる。そのため、結合の態様が化学結合であると、適度な強度をエアロゲルに付与し易いと考えられる。このことから考えると、エアロゲル成分と複合化させる粒子として、シリカ粒子に限らず、粒子表面にシラノール基を有する無機粒子又は有機粒子も用いることができる。 It is presumed that the airgel particles 1 (airgel component) and the silica particles 2 are bound together in the form of hydrogen bonds and/or chemical bonds. At this time, it is considered that the hydrogen bond and/or the chemical bond is formed by the silanol group and/or the reactive group of the airgel particle 1 (airgel component) and the silanol group of the silica particle 2. Therefore, it is considered that when the bonding mode is a chemical bond, it is easy to impart appropriate strength to the airgel. Considering this, as the particles to be combined with the airgel component, not only silica particles but also inorganic particles or organic particles having a silanol group on the particle surface can be used.

シリカ粒子2の1g当りのシラノール基数は、10×1018〜1000×1018個/gとすることができるが、50×1018〜800×1018個/gであってもよく、又は100×1018〜700×1018個/gであってもよい。シリカ粒子2の1g当りのシラノール基数が10×1018個/g以上であることにより、エアロゲル粒子1(エアロゲル成分)とのより良好な反応性を有することができ、耐収縮性に優れるエアロゲル複合体を得易くなる。一方、シラノール基数が1000×1018個/g以下であることにより、ゾル作製時における急なゲル化を抑制し易くなり、均質なエアロゲル複合体が得易くなる。The number of silanol groups per 1 g of the silica particles 2 may be 10×10 18 to 1000×10 18 /g, but may be 50×10 18 to 800×10 18 /g, or 100. It may be ×10 18 to 700 ×10 18 pieces/g. Since the number of silanol groups per 1 g of the silica particles 2 is 10×10 18 /g or more, it is possible to have better reactivity with the airgel particles 1 (airgel component) and to have excellent shrinkage resistance. It is easier to get a body. On the other hand, when the number of silanol groups is 1000×10 18 /g or less, it is easy to suppress sudden gelation during sol preparation, and it is easy to obtain a homogeneous airgel composite.

本実施形態において、粒子の平均粒子径(エアロゲル粒子の平均二次粒子径、シリカ粒子の平均一次粒子径等)は、走査型電子顕微鏡(以下「SEM」と略記する。)を用いてエアロゲル複合体の断面を直接観察することにより得ることができる。例えば、三次元網目骨格からは、その断面の直径に基づきエアロゲル粒子又はシリカ粒子個々の粒子径を得ることができる。ここでいう直径とは、三次元網目骨格を形成する骨格の断面を円とみなした場合の直径を意味する。また、断面を円とみなした場合の直径とは、断面の面積を同じ面積の円に置き換えたときの当該円の直径のことである。なお、平均粒子径の算出に当たっては、100個の粒子について円の直径を求め、その平均を取るものとする。 In the present embodiment, the average particle size of particles (average secondary particle size of airgel particles, average primary particle size of silica particles, etc.) is determined by using a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as “SEM”). It can be obtained by directly observing the cross section of the body. For example, from the three-dimensional network skeleton, the particle size of each airgel particle or silica particle can be obtained based on the diameter of its cross section. The diameter here means a diameter when the cross section of the skeleton forming the three-dimensional mesh skeleton is regarded as a circle. The diameter when the cross section is regarded as a circle is the diameter of the circle when the area of the cross section is replaced with a circle having the same area. In calculating the average particle diameter, the diameter of a circle is calculated for 100 particles and the average thereof is calculated.

なお、シリカ粒子については原料から平均粒子径を測定することが可能である。例えば、二軸平均一次粒子径は、任意の粒子20個をSEMにより観察した結果から、次のようにして算出される。すなわち、通常水に分散している固形分濃度5〜40質量%のコロイダルシリカ粒子を例にすると、コロイダルシリカ粒子の分散液にパターン配線付きウエハを2cm角に切ったチップを約30秒浸した後、当該チップを純水にて約30秒間すすぎ、窒素ブロー乾燥する。その後、チップをSEM観察用の試料台に載せ、加速電圧10kVを掛け、10万倍の倍率にてシリカ粒子を観察し、画像を撮影する。得られた画像から20個のシリカ粒子を任意に選択し、それらの粒子の粒子径の平均を平均粒子径とする。この際、選択したシリカ粒子が図2に示すような形状であった場合、シリカ粒子2に外接し、その長辺が最も長くなるように配置した長方形(外接長方形L)を導く。そして、その外接長方形Lの長辺をX、短辺をYとして、(X+Y)/2として二軸平均一次粒子径を算出し、その粒子の粒子径とする。 The average particle diameter of the silica particles can be measured from the raw material. For example, the biaxial average primary particle diameter is calculated as follows from the result of observing 20 arbitrary particles by SEM. That is, taking colloidal silica particles having a solid content concentration of 5 to 40% by mass, which are usually dispersed in water, as an example, a chip formed by cutting a 2 cm square wafer having a pattern wiring into a dispersion liquid of colloidal silica particles is immersed for about 30 seconds. After that, the chip is rinsed with pure water for about 30 seconds and dried by nitrogen blow. Then, the chip is placed on a sample stage for SEM observation, an accelerating voltage of 10 kV is applied, silica particles are observed at a magnification of 100,000 times, and an image is taken. Twenty silica particles are arbitrarily selected from the obtained image, and the average of the particle diameters of these particles is taken as the average particle diameter. At this time, when the selected silica particle has a shape as shown in FIG. 2, a rectangle (circumscribing rectangle L) circumscribing the silica particle 2 and having its longest side the longest is guided. Then, assuming that the long side of the circumscribed rectangle L is X and the short side is Y, the biaxial average primary particle diameter is calculated as (X+Y)/2, and is set as the particle diameter of the particle.

エアロゲル複合体における細孔3のサイズは、後述の[密度及び気孔率]の項にて説明する。 The size of the pores 3 in the airgel composite will be described in the section [Density and Porosity] below.

エアロゲル複合体に含まれるエアロゲル成分の含有量は、エアロゲル複合体の総量100質量部に対し、4質量部以上とすることができるが、10質量部以上であってもよい。また、当該含有量は、25質量部以下とすることができるが、20質量部以下であってもよい。すなわち、当該含有量は、4〜25質量部とすることができるが、10〜20質量部であってもよい。含有量が4質量部以上であることにより適度な強度を付与し易くなり、25質量部以下であることにより良好な断熱性を得易くなる。 The content of the airgel component contained in the airgel composite can be 4 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the total amount of the airgel composite, but may be 10 parts by mass or more. The content may be 25 parts by mass or less, but may be 20 parts by mass or less. That is, the content can be 4 to 25 parts by mass, but may be 10 to 20 parts by mass. When the content is 4 parts by mass or more, it is easy to impart appropriate strength, and when the content is 25 parts by mass or less, it is easy to obtain good heat insulating properties.

エアロゲル複合体に含まれるシリカ粒子の含有量は、エアロゲル複合体の総量100質量部に対し、1質量部以上とすることができるが、3質量部以上であってもよい。また、当該含有量は、25質量部以下とすることができるが、15質量部以下であってもよい。すなわち、当該含有量は、1〜25質量部とすることができるが、3〜15質量部であってもよい。含有量が1質量部以上であることにより適度な強度をエアロゲル複合体に付与し易くなり、25質量部以下であることによりシリカ粒子の固体熱伝導を抑制し易くなる。 The content of silica particles contained in the airgel composite can be 1 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the total amount of the airgel composite, but may be 3 parts by mass or more. The content may be 25 parts by mass or less, but may be 15 parts by mass or less. That is, the content can be 1 to 25 parts by mass, but may be 3 to 15 parts by mass. When the content is 1 part by mass or more, it becomes easy to impart appropriate strength to the airgel composite, and when the content is 25 parts by mass or less, solid heat conduction of the silica particles is easily suppressed.

エアロゲル複合体は、これらエアロゲル成分及びシリカ粒子の他に、熱線輻射抑制等を目的として、カーボングラファイト、アルミニウム化合物、マグネシウム化合物、銀化合物、チタン化合物等のその他の成分をさらに含んでいてもよい。その他の成分の含有量は特に制限されないが、エアロゲル複合体の所期の効果を十分に確保する観点から、エアロゲル複合体の総量100質量部に対し、1〜5質量部とすることができる。 In addition to these airgel components and silica particles, the airgel composite may further contain other components such as carbon graphite, aluminum compounds, magnesium compounds, silver compounds and titanium compounds for the purpose of suppressing heat radiation. The content of the other components is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently ensuring the desired effect of the airgel composite, it can be 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the airgel composite.

本実施形態のエアロゲル複合体は、シリカ粒子と、下記一般式(B)で表されるポリシロキサン化合物、及び、該ポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種と、を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物(ゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥してなるもの)である。
式(B)中、R1bはアルキル基、アルコキシ基又はアリール基を示し、R2b及びR3bはそれぞれ独立にアルコキシ基を示し、R4b及びR5bはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、mは1〜50の整数を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。また、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。なお、式(B)中、2個のR1bは各々同一であっても異なっていてもよく、2個のR2bは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個のR3bは各々同一であっても異なっていてもよい。また、式(B)中、mが2以上の整数の場合、2個以上のR4bは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個以上のR5bも各々同一であっても異なっていてもよい。
The airgel composite of the present embodiment comprises silica particles, a polysiloxane compound represented by the following general formula (B), and at least one selected from the group consisting of hydrolysis products of the polysiloxane compound. It is a dried product of a wet gel which is a condensate of the contained sol (a wet gel produced from the sol is dried).
In formula (B), R 1b represents an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group, R 2b and R 3b each independently represent an alkoxy group, and R 4b and R 5b independently represent an alkyl group or aryl group. , M represents an integer of 1 to 50. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. Moreover, examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. In the formula (B), two R 1b's may be the same or different, and two R 2b's may be the same or different, and similarly two R 1b's may be the same. 3b may be the same or different. Further, in the formula (B), when m is an integer of 2 or more, the two or more R 4b may be the same or different, and similarly, the two or more R 5b are also the same. May also be different.

上記構造のポリシロキサン化合物又はその加水分解生成物を含有するゾルの縮合物である(ゾルから生成された)湿潤ゲルを用いることにより、低熱伝導率かつ柔軟なエアロゲル複合体をさらに得易くなる。このような観点から、式(B)中、R1bとしては、炭素数が1〜6のアルキル基、炭素数が1〜6のアルコキシ基等が挙げられ、当該アルキル基又はアルコキシ基としては、メチル基、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。また、式(B)中、R2b及びR3bとしては、それぞれ独立に炭素数が1〜6のアルコキシ基等が挙げられ、当該アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。また、式(B)中、R4b及びR5bとしては、それぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキル基、フェニル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。また、式(B)中、mは2〜30とすることができるが、5〜20であってもよい。By using a wet gel (produced from a sol) which is a condensate of a sol containing the polysiloxane compound having the above structure or a hydrolysis product thereof, a flexible airgel composite having low thermal conductivity can be obtained more easily. From such a point of view, in the formula (B), R 1b includes an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and the like, and as the alkyl group or the alkoxy group, Examples thereof include a methyl group, a methoxy group and an ethoxy group. Further, in the formula (B), R 2b and R 3b each independently include an alkoxy group having a carbon number of 1 to 6, and the alkoxy group includes a methoxy group, an ethoxy group, and the like. In formula (B), R 4b and R 5b each independently include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group, and the like, and the alkyl group includes a methyl group and the like. Further, in the formula (B), m can be 2 to 30, but may be 5 to 20.

上記一般式(B)で表される構造を有するポリシロキサン化合物は、例えば、特開2000−26609号公報、特開2012−233110号公報等にて報告される製造方法を適宜参照して得ることができる。 The polysiloxane compound having the structure represented by the general formula (B) can be obtained by appropriately referring to the production method reported in JP 2000-26609 A, JP 2012-233110 A, or the like. You can

なお、アルコキシ基は加水分解するため、アルコキシ基を有するポリシロキサン化合物はゾル中にて加水分解生成物として存在する可能性があり、アルコキシ基を有するポリシロキサン化合物とその加水分解生成物とは混在していてもよい。また、アルコキシ基を有するポリシロキサン化合物において、分子中のアルコキシ基の全てが加水分解されていてもよいし、部分的に加水分解されていてもよい。 Since the alkoxy group is hydrolyzed, the polysiloxane compound having an alkoxy group may be present as a hydrolysis product in the sol, and the polysiloxane compound having an alkoxy group and the hydrolysis product are mixed. You may have. Further, in the polysiloxane compound having an alkoxy group, all the alkoxy groups in the molecule may be hydrolyzed or may be partially hydrolyzed.

本実施形態のエアロゲル複合体を作製するにあたり、上記のゾルは、(分子内に)加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物、及び、該加水分解性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種をさらに含有することができる。以下、上記一般式(B)で表されるポリシロキサン化合物、及び、該ポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種と、(分子内に)加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物、及び、該加水分解性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種と、を場合により「ポリシロキサン化合物群」という)。 In producing the airgel composite of the present embodiment, the above-mentioned sol is composed of another polysiloxane compound having (in the molecule) a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, and the hydrolyzable functional group. It may further contain at least one selected from the group consisting of hydrolysis products of other polysiloxane compounds having a group. Hereinafter, at least one selected from the group consisting of the polysiloxane compound represented by the general formula (B), and a hydrolysis product of the polysiloxane compound, and a hydrolyzable functional group (in the molecule) or At least one selected from the group consisting of the other polysiloxane compound having a condensable functional group and the hydrolysis product of the other polysiloxane compound having the hydrolyzable functional group, as the case may be. Siloxane compound group").

ポリシロキサン化合物における官能基は、特に限定されないが、同じ官能基同士で反応するか、あるいは他の官能基と反応する基とすることができる。加水分解性の官能基としては、例えば、上記一般式(B)で表される構造を有するポリシロキサン化合物が有するアルコキシ基が挙げられる。縮合性の官能基としては、水酸基、シラノール基、カルボキシル基、フェノール性水酸基等が挙げられる。水酸基は、ヒドロキシアルキル基等の水酸基含有基に含まれていてもよい。なお、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物は、加水分解性の官能基及び縮合性の官能基とは異なる反応性基(加水分解性の官能基及び縮合性の官能基に該当しない官能基)を更に有していてもよい。反応性基としては、エポキシ基、メルカプト基、グリシドキシ基、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アミノ基等が挙げられる。エポキシ基は、グリシドキシ基等のエポキシ基含有基に含まれていてもよい。これらの官能基及び反応性基を有するポリシロキサン化合物は単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。これらの官能基及び反応性基のうち、例えば、エアロゲル複合体の柔軟性を向上する基としては、アルコキシ基、シラノール基、ヒドロキシアルキル基等が挙げられ、これらのうち、アルコキシ基及びヒドロキシアルキル基はゾルの相溶性をより向上することができる。また、ポリシロキサン化合物の反応性の向上とエアロゲル複合体の熱伝導率の低減の観点から、アルコキシ基及びヒドロキシアルキル基の炭素数は1〜6とすることができるが、エアロゲル複合体の柔軟性をより向上する観点から2〜4であってもよい。 The functional group in the polysiloxane compound is not particularly limited, but may be a group that reacts with the same functional group or a group that reacts with another functional group. Examples of the hydrolyzable functional group include an alkoxy group contained in the polysiloxane compound having the structure represented by the general formula (B). Examples of the condensable functional group include a hydroxyl group, a silanol group, a carboxyl group and a phenolic hydroxyl group. The hydroxyl group may be contained in a hydroxyl group-containing group such as a hydroxyalkyl group. The other polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group may be a reactive group different from the hydrolyzable functional group and the condensable functional group (the hydrolyzable functional group and the condensable functional group. It may further have a functional group which does not correspond to a functional group having a sex. Examples of the reactive group include an epoxy group, a mercapto group, a glycidoxy group, a vinyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group and an amino group. The epoxy group may be contained in an epoxy group-containing group such as a glycidoxy group. These polysiloxane compounds having a functional group and a reactive group may be used alone or in combination of two or more. Among these functional groups and reactive groups, examples of the group that improves the flexibility of the airgel composite include an alkoxy group, a silanol group, and a hydroxyalkyl group. Among these, an alkoxy group and a hydroxyalkyl group Can further improve the compatibility of the sol. From the viewpoint of improving the reactivity of the polysiloxane compound and reducing the thermal conductivity of the airgel composite, the alkoxy group and the hydroxyalkyl group can have 1 to 6 carbon atoms, but the flexibility of the airgel composite is high. It may be 2 to 4 from the viewpoint of further improving.

ヒドロキシアルキル基を有するポリシロキサン化合物としては、例えば、下記一般式(A)で表される構造を有するものが挙げられる。
Examples of the polysiloxane compound having a hydroxyalkyl group include those having a structure represented by the following general formula (A).

式(A)中、R1aはヒドロキシアルキル基を示し、R2aはアルキレン基を示し、R3a及びR4aはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、nは1〜50の整数を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。また、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。なお、式(A)中、2個のR1aは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個のR2aは各々同一であっても異なっていてもよい。また、式(A)中、2個以上のR3aは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個以上のR4aは各々同一であっても異なっていてもよい。In formula (A), R 1a represents a hydroxyalkyl group, R 2a represents an alkylene group, R 3a and R 4a each independently represent an alkyl group or an aryl group, and n represents an integer of 1 to 50. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. Moreover, examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. In the formula (A), two R 1a's may be the same or different, and similarly two R 2a 's may be the same or different. Further, in the formula (A), two or more R 3a's may be the same or different, and similarly two or more R 4a 's may be the same or different.

上記構造のポリシロキサン化合物を含有するゾルの縮合物である(ゾルから生成された)湿潤ゲルを用いることにより、低熱伝導率かつ柔軟なエアロゲル複合体をさらに得易くなる。このような観点から、式(A)中、R1aとしては炭素数が1〜6のヒドロキシアルキル基等が挙げられ、当該ヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。また、式(A)中、R2aとしては炭素数が1〜6のアルキレン基等が挙げられ、当該アルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。また、式(A)中、R3a及びR4aとしてはそれぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキル基、フェニル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。また、式(A)中、nは2〜30とすることができるが、5〜20であってもよい。By using a wet gel (produced from a sol) which is a condensate of a sol containing the polysiloxane compound having the above structure, a flexible airgel composite having low thermal conductivity can be obtained more easily. From such a viewpoint, in the formula (A), examples of R 1a include a hydroxyalkyl group having a carbon number of 1 to 6 and the like, and examples of the hydroxyalkyl group include a hydroxyethyl group and a hydroxypropyl group. Further, in the formula (A), R 2a includes an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and the alkylene group includes an ethylene group and a propylene group. Further, in the formula (A), R 3a and R 4a each independently include an alkyl group having a carbon number of 1 to 6, a phenyl group, and the like, and the alkyl group includes a methyl group and the like. Further, in the formula (A), n may be 2 to 30, but may be 5 to 20.

上記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物としては、市販品を用いることができ、X−22−160AS、KF−6001、KF−6002、KF−6003等の化合物(いずれも、信越化学工業株式会社製)、XF42−B0970、Fluid OFOH 702−4%等の化合物(いずれも、モメンティブ社製)などが挙げられる。 As the polysiloxane compound having the structure represented by the general formula (A), commercially available products can be used, and compounds such as X-22-160AS, KF-6001, KF-6002, and KF-6003 (all are available). , Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), compounds such as XF42-B0970 and Fluid OFOH 702-4% (all are manufactured by Momentive Co.).

これら、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物、及び、加水分解性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物の加水分解生成物は、単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 These other polysiloxane compounds having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, and hydrolysis products of other polysiloxane compounds having a hydrolyzable functional group may be used alone or in two kinds. The above may be mixed and used.

本実施形態のエアロゲル複合体を作製するにあたり、上記のポリシロキサン化合物群を含有するゾルは、ポリシロキサン化合物以外のケイ素化合物(シリコン化合物)をさらに含有することができる。すなわち、上記ゾルは、(分子内に)加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物(ポリシロキサン化合物を除く)、及び、該加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種(以下、場合により「ケイ素化合物群」という)をさらに含有することができる。ケイ素化合物における分子内のケイ素数は1又は2とすることができる。 In producing the airgel composite of the present embodiment, the sol containing the above polysiloxane compound group may further contain a silicon compound (silicon compound) other than the polysiloxane compound. That is, the sol is a silicon compound (excluding a polysiloxane compound) having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group (in the molecule), and a hydrolyzable silicon compound having the hydrolyzable functional group. At least one selected from the group consisting of decomposition products (hereinafter, sometimes referred to as "silicon compound group") can be further contained. The number of silicon atoms in the molecule of the silicon compound can be 1 or 2.

加水分解性の官能基を有するケイ素化合物としては、特に限定されないが、例えば、アルキルケイ素アルコキシドが挙げられる。アルキルケイ素アルコキシドは、耐水性を向上する観点から、加水分解性の官能基の数を3個以下とすることができる。このようなアルキルケイ素アルコキシドとしては、モノアルキルトリアルコキシシラン、モノアルキルジアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、モノアルキルモノアルコキシシラン、ジアルキルモノアルコキシシラン、トリアルキルモノアルコキシシラン等が挙げられ、具体的には、メチルトリメトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。加水分解性の官能基としては、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基などが挙げられる。 The silicon compound having a hydrolyzable functional group is not particularly limited, and examples thereof include alkyl silicon alkoxide. The alkyl silicon alkoxide can have the number of hydrolyzable functional groups of 3 or less from the viewpoint of improving water resistance. Examples of such alkyl silicon alkoxides include monoalkyl trialkoxy silanes, monoalkyl dialkoxy silanes, dialkyl dialkoxy silanes, monoalkyl monoalkoxy silanes, dialkyl monoalkoxy silanes, and trialkyl monoalkoxy silanes. Examples include methyltrimethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, and ethyltrimethoxysilane. Examples of the hydrolyzable functional group include alkoxy groups such as methoxy group and ethoxy group.

縮合性の官能基を有するケイ素化合物としては、特に限定されないが、例えば、シランテトラオール、メチルシラントリオール、ジメチルシランジオール、フェニルシラントリオール、フェニルメチルシランジオール、ジフェニルシランジオール、n−プロピルシラントリオール、ヘキシルシラントリオール、オクチルシラントリオール、デシルシラントリオール、トリフルオロプロピルシラントリオール等が挙げられる。 The silicon compound having a condensable functional group is not particularly limited, and examples thereof include silanetetraol, methylsilanetriol, dimethylsilanediol, phenylsilanetriol, phenylmethylsilanediol, diphenylsilanediol, n-propylsilanetriol, Hexylsilanetriol, octylsilanetriol, decylsilanetriol, trifluoropropylsilanetriol and the like can be mentioned.

加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物は、加水分解性の官能基及び縮合性の官能基とは異なる上述の反応性基(加水分解性の官能基及び縮合性の官能基に該当しない官能基)を更に有していてもよい。 The silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group is a reactive group (hydrolyzable functional group and a condensable functional group) different from the above-mentioned reactive group and a condensable functional group. It may further have a functional group which does not correspond to a group).

加水分解性の官能基の数が3個以下であり、反応性基を有するケイ素化合物として、ビニ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メトキシシシラン、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、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等も用いることができる。 The number of hydrolyzable functional groups is 3 or less, and as the silicon compound having a reactive group, vinyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysisilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, N-phenyl-3-amino Propyltrimethoxysilane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane and the like can also be used.

また、縮合性の官能基を有し、反応性基を有するケイ素化合物として、ビニルシラントリオール、3−グリシドキシプロピルシラントリオール、3−グリシドキシプロピルメチルシランジオール、3−メタクリロキシプロピルシラントリオール、3−メタクリロキシプロピルメチルシランジオール、3−アクリロキシプロピルシラントリオール、3−メルカプトプロピルシラントリオール、3−メルカプトプロピルメチルシランジオール、N−フェニル−3−アミノプロピルシラントリオール、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルシランジオール等も用いることができる。 Further, as a silicon compound having a condensable functional group and a reactive group, vinylsilanetriol, 3-glycidoxypropylsilanetriol, 3-glycidoxypropylmethylsilanediol, 3-methacryloxypropylsilanetriol, 3-methacryloxypropylmethylsilanediol, 3-acryloxypropylsilanetriol, 3-mercaptopropylsilanetriol, 3-mercaptopropylmethylsilanediol, N-phenyl-3-aminopropylsilanetriol, N-2-(aminoethyl )-3-Aminopropylmethylsilanediol can also be used.

さらに、分子末端の加水分解性の官能基が3個以下のケイ素化合物であるビストリメトキシシリルメタン、ビストリメトキシシリルエタン、ビストリメトキシシリルヘキサン、エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等も用いることができる。 Furthermore, bistrimethoxysilylmethane, bistrimethoxysilylethane, bistrimethoxysilylhexane, ethyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and the like, which are silicon compounds having 3 or less hydrolyzable functional groups at the molecular ends, can also be used. ..

加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物、及び、加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物は、単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 The silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, and the hydrolysis product of the silicon compound having a hydrolyzable functional group may be used alone or in combination of two or more kinds. Good.

上記ゾルに含まれるポリシロキサン化合物群の含有量(加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物の含有量、及び、加水分解性の官能基を有するポリシロキサン化合物の加水分解生成物の含有量の総和)は、ゾルの総量100質量部に対し、5質量部以上とすることができ、10質量部以上であってもよい。当該含有量は、ゾルの総量100質量部に対し、50質量部以下とすることができ、30質量部以下であってもよい。すなわち、ポリシロキサン化合物群の含有量は、ゾルの総量100質量部に対し、5〜50質量部とすることができるが、10〜30質量部であってもよい。5質量部以上にすることにより良好な反応性を得易くなり、また、50質量部以下にすることにより良好な相溶性を得易くなる。 Content of the polysiloxane compound group contained in the sol (content of the polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, and hydrolysis of the polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group The total content of the products) may be 5 parts by mass or more, and may be 10 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the total amount of the sol. The content can be 50 parts by mass or less, and may be 30 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the total amount of the sol. That is, the content of the polysiloxane compound group can be 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the sol, but may be 10 to 30 parts by mass. When it is 5 parts by mass or more, good reactivity is easily obtained, and when it is 50 parts by mass or less, good compatibility is easily obtained.

また、上記ゾルが、ケイ素化合物をさらに含有する場合、ポリシロキサン化合物群の含有量及びケイ素化合物群の含有量(加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物の含有量、及び、加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物の含有量の総和)の総和は、ゾルの総量100質量部に対し、5質量部以上とすることができ、10質量部以上であってもよい。当該含有量の総和は、ゾルの総量100質量部に対し、50質量部以下とすることができ、30質量部以下であってもよい。すなわち、当該含有量の総和は、ゾルの総量100質量部に対し、5〜50質量部とすることができるが、10〜30質量部であってもよい。含有量の総和を5質量部以上にすることにより良好な反応性をさらに得易くなり、また、50質量部以下にすることにより良好な相溶性をさらに得易くなる。この際、ポリシロキサン化合物群の含有量とケイ素化合物群の含有量との比は、1:0.5〜1:4とすることができるが、1:1〜1:2であってもよい。これらの化合物の含有量の比を1:0.5以上とすることにより良好な相溶性をさらに得易くなり、また、1:4以下とすることによりゲルの収縮をさらに抑制し易くなる。 Further, when the sol further contains a silicon compound, the content of the polysiloxane compound group and the content of the silicon compound group (content of the silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, and, , The total content of the hydrolysis products of the silicon compound having a hydrolyzable functional group) can be 5 parts by mass or more based on 100 parts by mass of the total amount of the sol, and 10 parts by mass or more. It may be. The total amount of the contents can be 50 parts by mass or less, and may be 30 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the total amount of the sol. That is, the sum of the contents can be 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the sol, but may be 10 to 30 parts by mass. When the total content is 5 parts by mass or more, it becomes easier to obtain good reactivity, and when it is 50 parts by mass or less, it becomes easier to obtain good compatibility. At this time, the ratio of the content of the polysiloxane compound group to the content of the silicon compound group can be 1:0.5 to 1:4, but may be 1:1 to 1:2. .. When the content ratio of these compounds is 1:0.5 or more, good compatibility is more easily obtained, and when it is 1:4 or less, shrinkage of the gel is more easily suppressed.

上記ゾルに含まれるシリカ粒子の含有量は、ゾルの総量100質量部に対し、1質量部以上とすることができ、4質量部以上であってもよい。当該含有量は、ゾルの総量100質量部に対し、20質量部以下とすることができ、15質量部以下であってもよい。すなわち、シリカ粒子の含有量は、ゾルの総量100質量部に対し、1〜20質量部とすることができるが、4〜15質量部であってもよい。含有量を1質量部以上にすることにより適度な強度をエアロゲルに付与し易くなり、乾燥時の耐収縮性に優れるエアロゲル複合体が得易くなる。また、含有量を20質量部以下にすることによりシリカ粒子の固体熱伝導を抑制し易くなり、断熱性に優れるエアロゲル複合体が得易くなる。なお、上記ゾルに含まれるシリカ粒子の態様は、上記エアロゲル複合体の項で説明したとおりである。 The content of silica particles contained in the sol may be 1 part by mass or more, and may be 4 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the total amount of the sol. The content can be 20 parts by mass or less, and may be 15 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the total amount of the sol. That is, the content of the silica particles can be 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the sol, but may be 4 to 15 parts by mass. By setting the content to 1 part by mass or more, it becomes easy to impart appropriate strength to the airgel, and it becomes easy to obtain an airgel composite having excellent shrinkage resistance during drying. Further, when the content is 20 parts by mass or less, solid heat conduction of the silica particles is easily suppressed, and an airgel composite having excellent heat insulating properties is easily obtained. The mode of the silica particles contained in the sol is as described in the section of the airgel composite.

<エアロゲル複合体の具体的態様>
本実施形態のエアロゲル複合体は、シリカ粒子と、上記一般式(B)で表されるポリシロキサン化合物、及び、該ポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種と、を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物である(上記のゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥することで得られる)。なお、上述のとおり、上記縮合物は、加水分解性の官能基を有する上記一般式(B)で表されるポリシロキサン化合物の加水分解により得られた加水分解生成物の縮合反応により得られるものであるが、当該縮合物は、加水分解性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物又はケイ素化合物の加水分解により得られた加水分解生成物の縮合反応、加水分解により得られた官能基ではない縮合性の官能基を有するその他のポリシロキサン化合物又はケイ素化合物の縮合反応等を伴い得られるものであってもよい。その他のポリシロキサン化合物及びケイ素化合物は、加水分解性の官能基及び縮合性の官能基の少なくとも一方を有していればよく、加水分解性の官能基及び縮合性の官能基の双方を有していてもよい。
<Specific embodiment of airgel composite>
The airgel composite of the present embodiment comprises silica particles, at least one selected from the group consisting of the polysiloxane compound represented by the general formula (B), and a hydrolysis product of the polysiloxane compound. It is a dried product of a wet gel which is a condensate of the contained sol (obtained by drying the wet gel produced from the above sol). In addition, as described above, the condensate is obtained by a condensation reaction of a hydrolysis product obtained by hydrolysis of the polysiloxane compound represented by the general formula (B) having a hydrolyzable functional group. However, the condensate is not a condensation reaction of a hydrolysis product obtained by hydrolysis of another polysiloxane compound or a silicon compound having a hydrolyzable functional group, or a functional group obtained by hydrolysis. It may be obtained with a condensation reaction of another polysiloxane compound having a condensable functional group or a silicon compound. The other polysiloxane compound and the silicon compound may have at least one of a hydrolyzable functional group and a condensable functional group, and have both a hydrolyzable functional group and a condensable functional group. May be.

本実施形態のエアロゲル複合体は、シロキサン結合(Si−O−Si)を含む主鎖を有するポリシロキサンを含有することができる。エアロゲル複合体は、構造単位として、下記M単位、D単位、T単位又はQ単位を有することができる。
The airgel composite of the present embodiment can contain polysiloxane having a main chain containing a siloxane bond (Si-O-Si). The airgel composite may have the following M unit, D unit, T unit or Q unit as a structural unit.

上記式中、Rは、ケイ素原子に結合している原子(水素原子等)又は原子団(アルキル基等)を示す。M単位は、ケイ素原子が1個の酸素原子と結合した一価の基からなる単位である。D単位は、ケイ素原子が2個の酸素原子と結合した二価の基からなる単位である。T単位は、ケイ素原子が3個の酸素原子と結合した三価の基からなる単位である。Q単位は、ケイ素原子が4個の酸素原子と結合した四価の基からなる単位である。これらの単位の含有量に関する情報は、Si−NMRにより得ることができる。 In the above formula, R represents an atom (such as a hydrogen atom) or an atomic group (such as an alkyl group) bonded to a silicon atom. The M unit is a unit composed of a monovalent group in which a silicon atom is bonded to one oxygen atom. The D unit is a unit composed of a divalent group in which a silicon atom is bonded to two oxygen atoms. The T unit is a unit composed of a trivalent group in which a silicon atom is bonded to three oxygen atoms. The Q unit is a unit composed of a tetravalent group in which a silicon atom is bonded to four oxygen atoms. Information on the content of these units can be obtained by Si-NMR.

本実施形態のエアロゲル複合体は、支柱部及び橋かけ部を備えるラダー型構造を有し、かつ橋かけ部が下記一般式(2)で表される構造を有することができる。このようなラダー型構造をエアロゲル成分としてエアロゲル複合体の骨格中に導入することにより、耐熱性と機械的強度を向上させることができる。上記一般式(B)で表される構造を有するポリシロキサン化合物を使用することにより、一般式(2)で表される橋かけ部を有するラダー型構造をエアロゲル複合体の骨格中に導入することができる。なお、本実施形態において「ラダー型構造」とは、2本の支柱部(struts)と支柱部同士を連結する橋かけ部(bridges)とを有するもの(いわゆる「梯子」の形態を有するもの)である。本態様において、エアロゲル複合体の骨格がラダー型構造からなっていてもよいが、エアロゲル複合体が部分的にラダー型構造を有していてもよい。
The airgel composite of the present embodiment can have a ladder-type structure including a column and a bridge, and the bridge can have a structure represented by the following general formula (2). By introducing such a ladder type structure into the skeleton of the airgel composite as an airgel component, heat resistance and mechanical strength can be improved. By using a polysiloxane compound having a structure represented by the general formula (B), a ladder type structure having a bridging portion represented by the general formula (2) is introduced into the skeleton of the airgel composite. You can In the present embodiment, the “ladder structure” has two strut portions and bridge portions that connect the strut portions to each other (a so-called “ladder” form). Is. In this embodiment, the skeleton of the airgel composite may have a ladder type structure, but the airgel composite may partially have a ladder type structure.

式(2)中、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、bは1〜50の整数を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。また、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。なお、式(2)中、bが2以上の整数の場合、2個以上のRは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個以上のRも各々同一であっても異なっていてもよい。In formula (2), R 5 and R 6 each independently represent an alkyl group or an aryl group, and b represents an integer of 1 to 50. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. Moreover, examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. In the formula (2), when b is an integer of 2 or more, two or more R 5 may be the same or different, and similarly, two or more R 6 are also the same. May also be different.

上記の構造をエアロゲル成分としてエアロゲル複合体の骨格中に導入することにより、例えば、従来のラダー型シルセスキオキサンに由来する構造を有する(すなわち、下記一般式(X)で表される構造を有する)エアロゲルよりも優れた柔軟性を有するエアロゲル複合体となる。シルセスキオキサンは、組成式:(RSiO1.5を有するポリシロキサンであり、カゴ型、ラダー型、ランダム型等の種々の骨格構造を有することができる。下記一般式(X)に示すように、従来のラダー型シルセスキオキサンに由来する構造を有するエアロゲルでは、橋かけ部の構造が−O−(構造単位として上記T単位を有する)であるが、本態様のエアロゲル複合体では、橋かけ部の構造が上記一般式(2)で表される構造(ポリシロキサン構造)である。ただし、本実施形態のエアロゲルは、一般式(2)で表される構造に加え、さらにシルセスキオキサンに由来する構造を有していてもよい。
By introducing the above structure into the skeleton of the airgel composite as an airgel component, for example, it has a structure derived from a conventional ladder-type silsesquioxane (that is, a structure represented by the following general formula (X) To have an aerogel composite having flexibility superior to that of the aerogel. Silsesquioxane is a polysiloxane having a composition formula: (RSiO 1.5 ) n and can have various skeleton structures such as a cage type, a ladder type, and a random type. As shown in the following general formula (X), in the conventional airgel having a structure derived from ladder-type silsesquioxane, the structure of the bridging part is -O- (having the above-mentioned T unit as a structural unit). In the airgel composite of this embodiment, the structure of the crosslinked portion is the structure represented by the general formula (2) (polysiloxane structure). However, the airgel of the present embodiment may have a structure derived from silsesquioxane, in addition to the structure represented by the general formula (2).

式(X)中、Rはヒドロキシ基、アルキル基又はアリール基を示す。 In formula (X), R represents a hydroxy group, an alkyl group, or an aryl group.

支柱部となる構造及びその鎖長、並びに橋かけ部となる構造の間隔は特に限定されないが、耐熱性と機械的強度とをより向上させるという観点から、ラダー型構造としては、下記一般式(3)で表されるラダー型構造を有していてもよい。
The structure of the strut and its chain length, and the interval of the structure serving as the bridge are not particularly limited, but from the viewpoint of further improving heat resistance and mechanical strength, the ladder-type structure has the following general formula ( It may have a ladder structure represented by 3).

式(3)中、R、R、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、a及びcはそれぞれ独立に1〜3000の整数を示し、bは1〜50の整数を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。また、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。なお、式(3)中、bが2以上の整数の場合、2個以上のRは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個以上のRも各々同一であっても異なっていてもよい。また、式(3)中、aが2以上の整数の場合、2個以上のRは各々同一であっても異なっていてもよく、同様にcが2以上の整数の場合、2個以上のRは各々同一であっても異なっていてもよい。In formula (3), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represent an alkyl group or an aryl group, a and c each independently represent an integer of 1 to 3000, and b is 1 to 50. Indicates an integer. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. Moreover, examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. In the formula (3), when b is an integer of 2 or more, two or more R 5 may be the same or different, and similarly, the two or more R 6 are also the same. May also be different. Further, in the formula (3), when a is an integer of 2 or more, two or more R 7's may be the same or different, and similarly, when c is an integer of 2 or more, 2 or more. R 8 s in each may be the same or different.

なお、より優れた柔軟性を得る観点から、式(2)及び(3)中、R、R、R及びR(ただし、R及びRは式(3)中のみ)としては、それぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキル基、フェニル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。また、式(3)中、a及びcは、それぞれ独立に6〜2000とすることができるが、10〜1000であってもよい。また、式(2)及び(3)中、bは、2〜30とすることができるが、5〜20であってもよい。From the viewpoint of obtaining better flexibility, as R 5 , R 6 , R 7, and R 8 in formulas (2) and (3) (provided that R 7 and R 8 are only in formula (3)). Are independently an alkyl group having a carbon number of 1 to 6, a phenyl group and the like, and the alkyl group includes a methyl group and the like. In addition, in the formula (3), a and c can independently be 6 to 2000, but may be 10 to 1000. Further, in the formulas (2) and (3), b can be 2 to 30, but may be 5 to 20.

本実施形態のエアロゲル複合体は、下記一般式(1)で表される構造を有していてもよい。本実施形態のエアロゲル複合体は、式(1)で表される構造を含む構造として、下記一般式(1a)で表される構造を有することができる。上記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物を使用することにより、式(1)及び式(1a)で表される構造をエアロゲル複合体の骨格中に導入することができる。
The airgel composite of this embodiment may have a structure represented by the following general formula (1). The airgel composite of the present embodiment can have a structure represented by the following general formula (1a) as a structure including the structure represented by the formula (1). By using the polysiloxane compound having the structure represented by the general formula (A), the structures represented by the formulas (1) and (1a) can be introduced into the skeleton of the airgel composite.

式(1)及び式(1a)中、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、R及びRはそれぞれ独立にアルキレン基を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。なお、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。pは1〜50の整数を示す。式(1a)中、2個以上のRは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に、2個以上のRは各々同一であっても異なっていてもよい。式(1a)中、2個のRは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に、2個のRは各々同一であっても異なっていてもよい。In Formula (1) and Formula (1a), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group or an aryl group, and R 3 and R 4 each independently represent an alkylene group. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. Examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group and a cyano group. p represents an integer of 1 to 50. In formula (1a), two or more R 1's may be the same or different, and similarly, two or more R 2 's may be the same or different. In formula (1a), two R 3 s may be the same or different, and similarly two R 4 s may be the same or different.

上記式(1)又は式(1a)で表される構造をエアロゲル成分としてエアロゲル複合体の骨格中に導入することにより、低熱伝導率かつ柔軟なエアロゲル複合体となる。このような観点から、式(1)及び式(1a)中、R及びRとしては、それぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキル基、フェニル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。また、式(1)及び式(1a)中、R及びRとしてはそれぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキレン基等が挙げられ、当該アルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。式(1a)中、pは2〜30とすることができ、5〜20であってもよい。By introducing the structure represented by the above formula (1) or formula (1a) into the skeleton of the airgel composite as an airgel component, a flexible airgel composite having low thermal conductivity is obtained. From such a viewpoint, in the formulas (1) and (1a), R 1 and R 2 each independently include an alkyl group having a carbon number of 1 to 6, a phenyl group, and the like. , A methyl group and the like. Further, in the formulas (1) and (1a), R 3 and R 4 each independently include an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and the alkylene group includes an ethylene group and a propylene group. Can be mentioned. In the formula (1a), p can be 2 to 30, and may be 5 to 20.

本実施形態のエアロゲル複合体は、下記一般式(4)で表される構造を有することができる。
The airgel composite of this embodiment can have a structure represented by the following general formula (4).

式(4)中、Rはアルキル基を示す。ここで、アルキル基としては、炭素数が1〜6のアルキル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。In formula (4), R 9 represents an alkyl group. Here, examples of the alkyl group include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the alkyl group include a methyl group.

本実施形態のエアロゲル複合体は、下記一般式(5)で表される構造を有することができる。
The airgel composite of this embodiment can have a structure represented by the following general formula (5).

式(5)中、R10及びR11はそれぞれ独立にアルキル基を示す。ここで、アルキル基としては、炭素数が1〜6のアルキル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。In formula (5), R 10 and R 11 each independently represent an alkyl group. Here, examples of the alkyl group include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the alkyl group include a methyl group.

本実施形態のエアロゲル複合体は、下記一般式(6)で表される構造を有することができる。
The airgel composite of this embodiment may have a structure represented by the following general formula (6).

式(8)中、R12はアルキレン基を示す。ここで、アルキレン基としては、炭素数が1〜10のアルキレン基等が挙げられ、当該アルキレン基としては、エチレン基、ヘキシレン基等が挙げられる。In formula (8), R 12 represents an alkylene group. Here, examples of the alkylene group include an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and examples of the alkylene group include an ethylene group and a hexylene group.

<エアロゲル複合体の物性>
[熱伝導率]
本実施形態のエアロゲル複合体において、大気圧下、25℃における熱伝導率は0.03W/m・K以下とすることができるが、0.025W/m・K以下であってもよく、又は0.02W/m・K以下であってもよい。熱伝導率が0.03W/m・K以下であることにより、高性能断熱材であるポリウレタンフォーム以上の断熱性を得ることができる。なお、熱伝導率の下限値は特に限定されないが、例えば0.01W/m・Kとすることができる。
<Physical properties of airgel composite>
[Thermal conductivity]
In the airgel composite of the present embodiment, the thermal conductivity at 25° C. under atmospheric pressure can be 0.03 W/m·K or less, but may be 0.025 W/m·K or less, or It may be 0.02 W/m·K or less. When the thermal conductivity is 0.03 W/m·K or less, it is possible to obtain heat insulation properties higher than that of polyurethane foam which is a high performance heat insulation material. The lower limit of the thermal conductivity is not particularly limited, but may be 0.01 W/m·K, for example.

熱伝導率は、定常法により測定することができる。具体的には例えば、定常法熱伝導率測定装置「HFM436Lambda」(NETZSCH社製、製品名、HFM436Lambdaは登録商標)を用いて測定することができる。定常法熱伝導率測定装置を用いた熱伝導率の測定方法の概要は次の通りである。 The thermal conductivity can be measured by a stationary method. Specifically, for example, it can be measured using a steady-state method thermal conductivity measuring device “HFM436 Lambda” (product name, HFM436 Lambda is a registered trademark, manufactured by NETZSCH). The outline of the method for measuring the thermal conductivity using the steady-state thermal conductivity measuring device is as follows.

(測定サンプルの準備)
刃角約20〜25度の刃を用いて、エアロゲル複合体を150mm×150mm×100mmのサイズに加工し、測定サンプルとする。なお、HFM436Lambdaにおける推奨サンプルサイズは300mm×300mm×100mmであるが、上記サンプルサイズで測定した際の熱伝導率は、推奨サンプルサイズで測定した際の熱伝導率と同程度の値となることを確認済みである。次に、面の平行を確保するために、必要に応じて#1500以上の紙やすりで測定サンプルを整形する。そして、熱伝導率測定前に、定温乾燥機「DVS402」(ヤマト科学株式会社製、製品名)を用いて、大気圧下、100℃で30分間、測定サンプルを乾燥する。次いで測定サンプルをデシケータ中に移し、25℃まで冷却する。これにより、熱伝導率測定用の測定サンプルを得る。
(Preparation of measurement sample)
Using a blade having a blade angle of about 20 to 25 degrees, the airgel composite is processed into a size of 150 mm×150 mm×100 mm to obtain a measurement sample. The recommended sample size for HFM436 Lambda is 300 mm×300 mm×100 mm, but the thermal conductivity when measured with the above sample size is similar to the thermal conductivity when measured with the recommended sample size. It has been confirmed. Next, in order to ensure the parallelism of the surfaces, the measurement sample is shaped with sandpaper of #1500 or more as needed. Then, before measuring the thermal conductivity, a constant temperature dryer "DVS402" (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., product name) is used to dry the measurement sample under atmospheric pressure at 100°C for 30 minutes. Then, the measurement sample is transferred into a desiccator and cooled to 25°C. As a result, a measurement sample for measuring thermal conductivity is obtained.

(測定方法)
測定条件は、大気圧下、平均温度25℃とする。上記の通り得られた測定サンプルを0.3MPaの荷重にて上部及び下部ヒーター間に挟み、温度差ΔTを20℃とし、ガードヒーターによって一次元の熱流になるように調整しながら、測定サンプルの上面温度、下面温度等を測定する。そして、測定サンプルの熱抵抗Rを次式より求める。
=N((T−T)/Q)−R
式中、Tは測定サンプル上面温度を示し、Tは測定サンプル下面温度を示し、Rは上下界面の接触熱抵抗を示し、Qは熱流束計出力を示す。なお、Nは比例係数であり、較正試料を用いて予め求めておく。
(Measuring method)
The measurement conditions are atmospheric pressure and an average temperature of 25°C. The measurement sample obtained as described above was sandwiched between the upper and lower heaters with a load of 0.3 MPa, the temperature difference ΔT was set to 20° C., and a guard heater was used to adjust the heat flow to a one-dimensional heat flow. Measure the upper surface temperature, lower surface temperature, etc. Then, the thermal resistance R S of the measurement sample is obtained from the following equation.
R S =N((T U −T L )/Q)−R O
In the formula, T U represents the upper surface temperature of the measurement sample, T L represents the lower surface temperature of the measurement sample, R O represents the contact thermal resistance at the upper and lower interfaces, and Q represents the heat flux meter output. It should be noted that N is a proportional coefficient and is obtained in advance using a calibration sample.

得られた熱抵抗Rより、測定サンプルの熱伝導率λを次式より求める。
λ=d/R
式中、dは測定サンプルの厚さを示す。
From the obtained thermal resistance R S , the thermal conductivity λ of the measurement sample is calculated by the following equation.
λ=d/R S
In the formula, d represents the thickness of the measurement sample.

[圧縮弾性率]
本実施形態のエアロゲル複合体において、25℃における圧縮弾性率は3MPa以下とすることができるが、2MPa以下であってもよく、1MPa以下であってもよく、又は0.5MPa以下であってもよい。圧縮弾性率が3MPa以下であることにより、取り扱い性に優れるエアロゲル複合体とし易くなる。なお、圧縮弾性率の下限値は特に限定されないが、例えば0.05MPaとすることができる。
[Compression modulus]
In the airgel composite of the present embodiment, the compressive elastic modulus at 25° C. can be 3 MPa or less, but may be 2 MPa or less, 1 MPa or less, or 0.5 MPa or less. Good. When the compressive elastic modulus is 3 MPa or less, it becomes easy to form an airgel composite having excellent handleability. The lower limit of the compression elastic modulus is not particularly limited, but may be 0.05 MPa, for example.

[変形回復率]
本実施形態のエアロゲル複合体において、25℃における変形回復率は90%以上とすることができるが、94%以上であってもよく、又は98%以上であってもよい。変形回復率が90%以上であることにより、優れた強度、変形に対する優れた柔軟性等をより得易くなる。なお、変形回復率の上限値は特に限定されないが、例えば100%又は99%とすることができる。
[Deformation recovery rate]
In the airgel composite of the present embodiment, the deformation recovery rate at 25° C. can be 90% or more, but may be 94% or more, or 98% or more. When the deformation recovery rate is 90% or more, it becomes easier to obtain excellent strength, excellent flexibility with respect to deformation and the like. The upper limit of the deformation recovery rate is not particularly limited, but can be 100% or 99%, for example.

[最大圧縮変形率]
本実施形態のエアロゲル複合体において、25℃における最大圧縮変形率は80%以上とすることができるが、83%以上であってもよく、又は86%以上であってもよい。最大圧縮変形率が80%以上であることにより、優れた強度、変形に対する優れた柔軟性等をより得易くなる。なお、最大圧縮変形率の上限値は特に限定されないが、例えば90%とすることができる。
[Maximum compression deformation rate]
In the airgel composite of the present embodiment, the maximum compressive deformation rate at 25° C. can be 80% or more, but may be 83% or more, or 86% or more. When the maximum compression deformation rate is 80% or more, it becomes easier to obtain excellent strength, excellent flexibility with respect to deformation, and the like. The upper limit of the maximum compressive deformation rate is not particularly limited, but may be 90%, for example.

これら圧縮弾性率、変形回復率及び最大圧縮変形率は、小型卓上試験機「EZTest」(株式会社島津製作所製、製品名)を用いて測定することができる。小型卓上試験機を用いた圧縮弾性率等の測定方法の概要は次の通りである。 The compressive elastic modulus, the deformation recovery rate and the maximum compressive deformation rate can be measured using a small tabletop tester “EZTest” (manufactured by Shimadzu Corporation, product name). The outline of the method for measuring the compressive elastic modulus and the like using a small bench tester is as follows.

(測定サンプルの準備)
刃角約20〜25度の刃を用いて、エアロゲル複合体を7.0mm角の立方体(サイコロ状)に加工し、測定サンプルとする。次に、面の平行を確保するために、必要に応じて#1500以上の紙やすりで測定サンプルを整形する。そして、測定前に、定温乾燥機「DVS402」(ヤマト科学株式会社製、製品名)を用いて、大気圧下、100℃で30分間、測定サンプルを乾燥する。次いで測定サンプルをデシケータ中に移し、25℃まで冷却する。これにより、圧縮弾性率、変形回復率及び最大圧縮変形率測定用の測定サンプルを得る。
(Preparation of measurement sample)
The airgel composite is processed into a cube (dice shape) of 7.0 mm square by using a blade having a blade angle of about 20 to 25 degrees to obtain a measurement sample. Next, in order to ensure the parallelism of the surfaces, the measurement sample is shaped with sandpaper of #1500 or more as needed. Then, before measurement, a constant temperature dryer “DVS402” (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., product name) is used to dry the measurement sample at 100° C. for 30 minutes under atmospheric pressure. Then, the measurement sample is transferred into a desiccator and cooled to 25°C. Thereby, a measurement sample for measuring the compression elastic modulus, the deformation recovery rate, and the maximum compression deformation rate is obtained.

(測定方法)
500Nのロードセルを使用する。また、ステンレス製の上圧盤(φ20mm)、下圧盤(φ118mm)を圧縮測定用冶具として用いる。測定サンプルをこれら冶具の間にセットし、1mm/minの速度で圧縮を行い、25℃における測定サンプルサイズの変位等を測定する。測定は、500N超の負荷をかけた時点又は測定サンプルが破壊した時点で終了とする。ここで、圧縮ひずみεは次式より求めることができる。
ε=Δd/d1
式中、Δdは負荷による測定サンプルの厚みの変位(mm)を示し、d1は負荷をかける前の測定サンプルの厚み(mm)を示す。
また、圧縮応力σ(MPa)は、次式より求めることができる。
σ=F/A
式中、Fは圧縮力(N)を示し、Aは負荷をかける前の測定サンプルの断面積(mm)を示す。
(Measuring method)
A 500 N load cell is used. Further, an upper platen (φ20 mm) and a lower platen (φ118 mm) made of stainless steel are used as a jig for compression measurement. The measurement sample is set between these jigs, compressed at a speed of 1 mm/min, and the displacement of the measurement sample size at 25° C. is measured. The measurement ends when a load of over 500 N is applied or when the measurement sample breaks. Here, the compressive strain ε can be obtained from the following equation.
ε=Δd/d1
In the formula, Δd represents the displacement (mm) of the thickness of the measurement sample due to the load, and d1 represents the thickness (mm) of the measurement sample before applying the load.
The compressive stress σ (MPa) can be obtained from the following equation.
σ=F/A
In the formula, F represents the compressive force (N), and A represents the cross-sectional area (mm 2 ) of the measurement sample before applying a load.

圧縮弾性率E(MPa)は、例えば0.1〜0.2Nの圧縮力範囲において、次式より求めることができる。
E=(σ−σ)/(ε−ε
式中、σは圧縮力が0.1Nにおいて測定される圧縮応力(MPa)を示し、σは圧縮力が0.2Nにおいて測定される圧縮応力(MPa)を示し、εは圧縮応力σにおいて測定される圧縮ひずみを示し、εは圧縮応力σにおいて測定される圧縮ひずみを示す。
The compressive elastic modulus E (MPa) can be obtained from the following equation in the compressive force range of 0.1 to 0.2 N, for example.
E=(σ 2 −σ 1 )/(ε 2 −ε 1 ).
In the formula, σ 1 indicates a compressive stress (MPa) measured at a compressive force of 0.1 N, σ 2 indicates a compressive stress (MPa) measured at a compressive force of 0.2 N, and ε 1 indicates a compressive stress. The compressive strain measured at σ 1 is shown, and ε 2 is the compressive strain measured at compressive stress σ 2 .

一方、変形回復率及び最大圧縮変形率は、負荷をかける前の測定サンプルの厚みをd1、500Nの最大負荷をかけた時点又は測定サンプルが破壊した時点の測定サンプルの厚みをd2、負荷を取り除いた後の測定サンプルの厚みをd3として、以下の式に従って算出することができる。
変形回復率=(d3−d2)/(d1−d2)×100
最大圧縮変形率=(d1−d2)/d1×100
On the other hand, the deformation recovery rate and the maximum compressive deformation rate are the thickness of the measurement sample before applying the load d1, the thickness of the measurement sample at the time when the maximum load of 500 N is applied or the measurement sample is broken, and the load is removed. It can be calculated according to the following equation, where d3 is the thickness of the measured sample after the measurement.
Deformation recovery rate=(d3-d2)/(d1-d2)×100
Maximum compression deformation rate=(d1−d2)/d1×100

なお、これら熱伝導率、圧縮弾性率、変形回復率及び最大圧縮変形率は、後述するエアロゲル複合体の製造条件、原料等を変更することにより適宜調整することができる。 The thermal conductivity, compressive elastic modulus, deformation recovery rate, and maximum compressive deformation rate can be appropriately adjusted by changing the production conditions, raw materials, and the like of the airgel composite described later.

[密度及び気孔率]
本実施形態のエアロゲル複合体において、細孔3のサイズ、すなわち平均細孔径は5〜1000nmとすることができるが、25〜500nmであってもよい。平均細孔径が5nm以上であることにより、柔軟性に優れるエアロゲル複合体が得易くなり、また、1000nm以下であることにより、断熱性に優れるエアロゲル複合体が得易くなる。
[Density and porosity]
In the airgel composite of the present embodiment, the size of the pores 3, that is, the average pore diameter can be 5 to 1000 nm, but may be 25 to 500 nm. When the average pore diameter is 5 nm or more, it becomes easy to obtain an airgel composite having excellent flexibility, and when it is 1000 nm or less, it becomes easy to obtain an airgel composite having excellent heat insulating properties.

本実施形態のエアロゲル複合体において、25℃における密度は0.05〜0.25g/cmとすることができるが、0.1〜0.2g/cmであってもよい。密度が0.05g/cm以上であることにより、より優れた強度及び柔軟性を得ることができ、また、0.25g/cm以下であることにより、より優れた断熱性を得ることができる。In airgel composite of this embodiment, the density can be 0.05~0.25g / cm 3 at 25 ° C., may be 0.1 to 0.2 g / cm 3. When the density is 0.05 g/cm 3 or more, more excellent strength and flexibility can be obtained, and when the density is 0.25 g/cm 3 or less, more excellent heat insulating property can be obtained. it can.

本実施形態のエアロゲル複合体において、25℃における気孔率は85〜95%とすることができるが、87〜93%であってもよい。気孔率が85%以上であることにより、より優れた断熱性を得ることができ、また、95%以下であることにより、より優れた強度及び柔軟性を得ることができる。 In the airgel composite of the present embodiment, the porosity at 25° C. can be 85 to 95%, but it may be 87 to 93%. When the porosity is 85% or more, more excellent heat insulating property can be obtained, and when it is 95% or less, more excellent strength and flexibility can be obtained.

エアロゲル複合体についての、3次元網目状に連続した細孔(通孔)の平均細孔径、密度及び気孔率は、DIN66133に準じて水銀圧入法により測定することができる。測定装置としては、例えばオートポアIV9520(株式会社島津製作所製、製品名)を用いることができる。 The average pore diameter, the density and the porosity of the three-dimensional mesh-shaped continuous pores (through holes) in the airgel composite can be measured by the mercury porosimetry according to DIN66133. As the measuring device, for example, Autopore IV9520 (manufactured by Shimadzu Corporation, product name) can be used.

<エアロゲル複合体の製造方法>
次に、エアロゲル複合体の製造方法について説明する。エアロゲル複合体の製造方法は、特に限定されないが、例えば以下の方法により製造することができる。
<Method for producing airgel composite>
Next, a method for producing the airgel composite will be described. The method for producing the airgel composite is not particularly limited, but it can be produced, for example, by the following method.

すなわち、本実施形態のエアロゲル複合体は、ゾル生成工程と、ゾル生成工程で得られたゾルをゲル化し、その後熟成して湿潤ゲルを得る湿潤ゲル生成工程と、湿潤ゲル生成工程で得られた湿潤ゲルを洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換する工程と、洗浄及び溶媒置換した湿潤ゲルを乾燥する乾燥工程とを主に備える製造方法により製造することができる。なお、「ゾル」とは、ゲル化反応が生じる前の状態であって、本実施形態においては上記ポリシロキサン化合物群と、場合によりケイ素化合物群と、シリカ粒子とが溶媒中に溶解若しくは分散している状態を意味する。また、湿潤ゲルとは、液体媒体を含んでいながらも、流動性を有しない湿潤状態のゲル固形物を意味する。 That is, the airgel composite of the present embodiment was obtained in the sol-forming step, the wet gel-forming step of gelling the sol obtained in the sol-forming step, and then aging to obtain the wet gel, and the wet-gel forming step. It can be manufactured by a manufacturing method mainly including a step of washing and replacing the wet gel with a solvent (if necessary) and a drying step of drying the washed and solvent-replaced wet gel. The "sol" is a state before the gelation reaction occurs, and in the present embodiment, the polysiloxane compound group, and optionally the silicon compound group, and the silica particles are dissolved or dispersed in a solvent. Means that The wet gel means a gel solid in a wet state which does not have fluidity even though it contains a liquid medium.

以下、本実施形態のエアロゲル複合体の製造方法の各工程について説明する。 Hereinafter, each step of the method for producing an airgel composite according to this embodiment will be described.

(ゾル生成工程)
ゾル生成工程は、上述のポリシロキサン化合物と、場合によりケイ素化合物と、シリカ粒子及び/又はシリカ粒子を含む溶媒とを混合し、加水分解させてゾルを生成する工程である。本工程においては、加水分解反応を促進させるため、溶媒中にさらに酸触媒を添加してもよい。また、特許第5250900号公報に示されるように、溶媒中に界面活性剤、熱加水分解性化合物等を添加することもできる。さらに、熱線輻射抑制等を目的として、溶媒中にカーボングラファイト、アルミニウム化合物、マグネシウム化合物、銀化合物、チタン化合物等の成分を添加してもよい。
(Sol generation process)
The sol generation step is a step of mixing the above-mentioned polysiloxane compound, a silicon compound, and optionally silica particles and/or a solvent containing silica particles, and hydrolyzing them to generate a sol. In this step, an acid catalyst may be further added to the solvent in order to accelerate the hydrolysis reaction. Further, as shown in Japanese Patent No. 5250900, a surfactant, a thermohydrolyzable compound, etc. can be added to the solvent. Further, components such as carbon graphite, aluminum compounds, magnesium compounds, silver compounds, and titanium compounds may be added to the solvent for the purpose of suppressing heat radiation.

溶媒としては、例えば、水、又は、水及びアルコール類の混合液を用いることができる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール等が挙げられる。これらの中でも、ゲル壁との界面張力を低減させる点で、表面張力が低くかつ沸点の低いアルコールとしては、メタノール、エタノール、2−プロパノール等が挙げられる。これらは単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 As the solvent, for example, water or a mixed liquid of water and alcohols can be used. Examples of alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, 2-butanol and t-butanol. Among these, methanol, ethanol, 2-propanol, etc. are mentioned as an alcohol with a low surface tension and a low boiling point in order to reduce the interfacial tension with a gel wall. You may use these individually or in mixture of 2 or more types.

例えば溶媒としてアルコール類を用いる場合、アルコール類の量は、ポリシロキサン化合物群及びケイ素化合物群の総量1モルに対し、4〜8モルとすることができるが、4〜6.5であってもよく、又は4.5〜6モルであってもよい。アルコール類の量を4モル以上にすることにより良好な相溶性をさらに得易くなり、また、8モル以下にすることによりゲルの収縮をさらに抑制し易くなる。 For example, when alcohols are used as the solvent, the amount of the alcohols can be 4 to 8 mol per 1 mol of the total amount of the polysiloxane compound group and the silicon compound group, but it is 4 to 6.5 mol. Well, it may be 4.5 to 6 moles. When the amount of alcohols is 4 mol or more, good compatibility is more easily obtained, and when it is 8 mol or less, shrinkage of the gel is more easily suppressed.

酸触媒としては、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、臭素酸、塩素酸、亜塩素酸、次亜塩素酸等の無機酸類;酸性リン酸アルミニウム、酸性リン酸マグネシウム、酸性リン酸亜鉛等の酸性リン酸塩類;酢酸、ギ酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、アジピン酸、アゼライン酸等の有機カルボン酸類などが挙げられる。これらの中でも、得られるエアロゲル複合体の耐水性をより向上する酸触媒としては有機カルボン酸類が挙げられる。当該有機カルボン酸類としては酢酸が挙げられるが、ギ酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸等であってもよい。これらは単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 As the acid catalyst, inorganic acids such as hydrofluoric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, sulfurous acid, phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, bromic acid, chloric acid, chlorous acid and hypochlorous acid; acidic phosphoric acid Acidic phosphates such as aluminum, acidic magnesium phosphate, acidic zinc phosphate; acetic acid, formic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, citric acid, malic acid, adipic acid, azelaic acid and other organic carboxylic acids And so on. Among these, organic carboxylic acids are mentioned as the acid catalyst which further improves the water resistance of the obtained airgel composite. Examples of the organic carboxylic acids include acetic acid, but may be formic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid and the like. You may use these individually or in mixture of 2 or more types.

酸触媒を用いることで、ポリシロキサン化合物及びケイ素化合物の加水分解反応を促進させて、より短時間でゾルを得ることができる。 By using the acid catalyst, the hydrolysis reaction of the polysiloxane compound and the silicon compound can be promoted, and the sol can be obtained in a shorter time.

酸触媒の添加量は、ポリシロキサン化合物群及びケイ素化合物群の総量100質量部に対し、0.001〜0.1質量部とすることができる。 The addition amount of the acid catalyst can be 0.001 to 0.1 parts by mass based on 100 parts by mass of the total amount of the polysiloxane compound group and the silicon compound group.

界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤等を用いることができる。これらは単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 As the surfactant, a nonionic surfactant, an ionic surfactant or the like can be used. You may use these individually or in mixture of 2 or more types.

非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレン等の親水部と主にアルキル基からなる疎水部とを含む化合物、ポリオキシプロピレン等の親水部を含む化合物などを使用できる。ポリオキシエチレン等の親水部と主にアルキル基からなる疎水部とを含む化合物としては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられる。ポリオキシプロピレン等の親水部を含む化合物としては、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンのブロック共重合体等が挙げられる。 As the nonionic surfactant, for example, a compound containing a hydrophilic part such as polyoxyethylene and a hydrophobic part mainly consisting of an alkyl group, a compound containing a hydrophilic part such as polyoxypropylene, etc. can be used. Examples of the compound containing a hydrophilic part such as polyoxyethylene and a hydrophobic part mainly composed of an alkyl group include polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene alkyl ether and the like. Examples of the compound containing a hydrophilic part such as polyoxypropylene include polyoxypropylene alkyl ether, block copolymers of polyoxyethylene and polyoxypropylene, and the like.

イオン性界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両イオン性界面活性剤等が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、臭化セチルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム等が挙げられ、アニオン性界面活性剤としては、ドデシルスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。また、両イオン性界面活性剤としては、アミノ酸系界面活性剤、ベタイン系界面活性剤、アミンオキシド系界面活性剤等が挙げられる。アミノ酸系界面活性剤としては、例えば、アシルグルタミン酸等が挙げられる。ベタイン系界面活性剤としては、例えば、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン等が挙げられる。アミンオキシド系界面活性剤としては、例えばラウリルジメチルアミンオキシドが挙げられる。 Examples of the ionic surfactant include a cationic surfactant, an anionic surfactant, and an amphoteric surfactant. Examples of the cationic surfactant include cetyltrimethylammonium bromide, cetyltrimethylammonium chloride and the like, and examples of the anionic surfactant include sodium dodecylsulfonate and the like. Examples of the zwitterionic surfactant include amino acid surfactants, betaine surfactants, amine oxide surfactants and the like. Examples of the amino acid-based surfactant include acylglutamic acid and the like. Examples of betaine-based surfactants include lauryldimethylaminoacetic acid betaine and stearyldimethylaminoacetic acid betaine. Examples of the amine oxide-based surfactant include lauryl dimethyl amine oxide.

これらの界面活性剤は、後述する湿潤ゲル生成工程において、反応系中の溶媒と、成長していくシロキサン重合体との間の化学的親和性の差異を小さくし、相分離を抑制する作用をすると考えられている。 These surfactants reduce the difference in chemical affinity between the solvent in the reaction system and the growing siloxane polymer and suppress the phase separation in the wet gel formation step described later. Is believed to be.

界面活性剤の添加量は、界面活性剤の種類、あるいはポリシロキサン化合物群及びケイ素化合物群の種類並びに量にも左右されるが、例えばポリシロキサン化合物群及びケイ素化合物群の総量100質量部に対し、1〜100質量部とすることができる。なお、同添加量は5〜60質量部であってもよい。 The addition amount of the surfactant depends on the kind of the surfactant, or the kind and amount of the polysiloxane compound group and the silicon compound group, and is, for example, based on 100 parts by mass of the total amount of the polysiloxane compound group and the silicon compound group. , 1 to 100 parts by mass. The added amount may be 5 to 60 parts by mass.

熱加水分解性化合物は、熱加水分解により塩基触媒を発生して、反応溶液を塩基性とし、後述する湿潤ゲル生成工程でのゾルゲル反応を促進すると考えられている。よって、この熱加水分解性化合物としては、加水分解後に反応溶液を塩基性にできる化合物であれば、特に限定されず、尿素;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の酸アミド;ヘキサメチレンテトラミン等の環状窒素化合物などを挙げることができる。これらの中でも、特に尿素は上記促進効果を得られ易い。 It is considered that the thermohydrolyzable compound generates a basic catalyst by thermal hydrolysis to make the reaction solution basic and promotes the sol-gel reaction in the wet gel forming step described later. Therefore, the thermohydrolyzable compound is not particularly limited as long as it is a compound that can make the reaction solution basic after hydrolysis, and urea; formamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, acetamide, N Examples thereof include acid amides such as -methylacetamide and N,N-dimethylacetamide; cyclic nitrogen compounds such as hexamethylenetetramine. Among these, urea is particularly likely to obtain the above-mentioned promoting effect.

熱加水分解性化合物の添加量は、後述する湿潤ゲル生成工程でのゾルゲル反応を十分に促進することができる量であれば、特に限定されない。例えば、熱加水分解性化合物として尿素を用いた場合、その添加量は、ポリシロキサン化合物群及びケイ素化合物群の総量100質量部に対して、1〜200質量部とすることができる。なお、同添加量は2〜150質量部であってもよい。添加量を1質量部以上とすることにより、良好な反応性をさらに得易くなり、また、200質量部以下とすることにより、結晶の析出及びゲル密度の低下をさらに抑制し易くなる。 The addition amount of the heat-hydrolyzable compound is not particularly limited as long as it is an amount capable of sufficiently promoting the sol-gel reaction in the wet gel formation step described below. For example, when urea is used as the thermally hydrolyzable compound, the addition amount thereof can be 1 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the polysiloxane compound group and the silicon compound group. The same amount may be 2 to 150 parts by mass. When the amount added is 1 part by mass or more, good reactivity is more easily obtained, and when the amount is 200 parts by mass or less, precipitation of crystals and lowering of gel density are more easily suppressed.

ゾル生成工程の加水分解は、混合液中のポリシロキサン化合物、ケイ素化合物、シリカ粒子、酸触媒、界面活性剤等の種類及び量にも左右されるが、例えば20〜60℃の温度環境下で10分〜24時間行ってもよく、50〜60℃の温度環境下で5分〜8時間行ってもよい。これにより、ポリシロキサン化合物及びケイ素化合物中の加水分解性官能基が十分に加水分解され、ポリシロキサン化合物の加水分解生成物及びケイ素化合物の加水分解生成物をより確実に得ることができる。 The hydrolysis in the sol formation step depends on the type and amount of the polysiloxane compound, silicon compound, silica particles, acid catalyst, surfactant, etc. in the mixed solution, but is, for example, under a temperature environment of 20 to 60°C. It may be carried out for 10 minutes to 24 hours, or may be carried out for 5 minutes to 8 hours under a temperature environment of 50 to 60°C. Thereby, the hydrolyzable functional groups in the polysiloxane compound and the silicon compound are sufficiently hydrolyzed, and the hydrolysis product of the polysiloxane compound and the hydrolysis product of the silicon compound can be more reliably obtained.

ただし、溶媒中に熱加水分解性化合物を添加する場合は、ゾル生成工程の温度環境を、熱加水分解性化合物の加水分解を抑制してゾルのゲル化を抑制する温度に調節してもよい。この時の温度は、熱加水分解性化合物の加水分解を抑制できる温度であれば、いずれの温度であってもよい。例えば、熱加水分解性化合物として尿素を用いた場合は、ゾル生成工程の温度環境は0〜40℃とすることができるが、10〜30℃であってもよい。 However, when the thermohydrolyzable compound is added to the solvent, the temperature environment of the sol generation step may be adjusted to a temperature at which hydrolysis of the thermohydrolyzable compound is suppressed and gelation of the sol is suppressed. .. The temperature at this time may be any temperature as long as it can suppress the hydrolysis of the thermohydrolyzable compound. For example, when urea is used as the thermally hydrolyzable compound, the temperature environment in the sol generation step can be 0 to 40°C, but may be 10 to 30°C.

(湿潤ゲル生成工程)
湿潤ゲル生成工程は、ゾル生成工程で得られたゾルをゲル化し、その後熟成して湿潤ゲルを得る工程である。本工程では、ゲル化を促進させるため塩基触媒を用いることができる。
(Wet gel formation process)
The wet gel forming step is a step of gelating the sol obtained in the sol forming step and then aging it to obtain a wet gel. In this step, a base catalyst can be used to promote gelation.

塩基触媒としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物;水酸化アンモニウム、フッ化アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム等のアンモニウム化合物;メタ燐酸ナトリウム、ピロ燐酸ナトリウム、ポリ燐酸ナトリウム等の塩基性燐酸ナトリウム塩;アリルアミン、ジアリルアミン、トリアリルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、3−エトキシプロピルアミン、ジイソブチルアミン、3−(ジエチルアミノ)プロピルアミン、ジ−2−エチルヘキシルアミン、3−(ジブチルアミノ)プロピルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、t−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、プロピルアミン、3−(メチルアミノ)プロピルアミン、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン、3−メトキシアミン、ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の脂肪族アミン類;モルホリン、N−メチルモルホリン、2−メチルモルホリン、ピペラジン及びその誘導体、ピペリジン及びその誘導体、イミダゾール及びその誘導体等の含窒素複素環状化合物類などが挙げられる。これらの中でも、水酸化アンモニウム(アンモニア水)は、揮発性が高く、乾燥後のエアロゲル複合体中に残存し難いため耐水性を損ない難いという点、さらには経済性の点で優れている。上記の塩基触媒は単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 As the base catalyst, alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide and cesium hydroxide; ammonium compounds such as ammonium hydroxide, ammonium fluoride, ammonium chloride and ammonium bromide; sodium metaphosphate. , Basic sodium phosphates such as sodium pyrophosphate, sodium polyphosphate; allylamine, diallylamine, triallylamine, isopropylamine, diisopropylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, 2-ethylhexylamine, 3-ethoxypropylamine, diisobutylamine, 3 -(Diethylamino)propylamine, di-2-ethylhexylamine, 3-(dibutylamino)propylamine, tetramethylethylenediamine, t-butylamine, sec-butylamine, propylamine, 3-(methylamino)propylamine, 3-( Aliphatic amines such as dimethylamino)propylamine, 3-methoxyamine, dimethylethanolamine, methyldiethanolamine, diethanolamine, triethanolamine; morpholine, N-methylmorpholine, 2-methylmorpholine, piperazine and its derivatives, piperidine and its Examples thereof include nitrogen-containing heterocyclic compounds such as derivatives, imidazole, and their derivatives. Among these, ammonium hydroxide (ammonia water) has high volatility and is unlikely to remain in the airgel composite after drying, so that it is difficult to impair the water resistance, and is further excellent in economical efficiency. The above base catalysts may be used alone or in combination of two or more.

塩基触媒を用いることで、ゾル中のポリシロキサン化合物群、ケイ素化合物群、及びシリカ粒子の、脱水縮合反応及び/又は脱アルコール縮合反応を促進することができ、ゾルのゲル化をより短時間で行うことができる。また、これにより、強度(剛性)のより高い湿潤ゲルを得ることができる。特に、アンモニアは揮発性が高く、エアロゲル複合体中に残留し難いので、塩基触媒としてアンモニアを用いることで、より耐水性の優れたエアロゲル複合体を得ることができる。 By using the base catalyst, the dehydration condensation reaction and/or dealcoholization condensation reaction of the polysiloxane compound group, the silicon compound group, and the silica particles in the sol can be promoted, and gelation of the sol can be performed in a shorter time. It can be carried out. Further, this makes it possible to obtain a wet gel having higher strength (rigidity). In particular, ammonia has high volatility and is unlikely to remain in the airgel composite. Therefore, by using ammonia as the base catalyst, an airgel composite having more excellent water resistance can be obtained.

塩基触媒の添加量は、ポリシロキサン化合物群及びケイ素化合物群の総量100質量部に対し、0.5〜5質量部とすることができるが、1〜4質量部であってもよい。0.5質量部以上とすることにより、ゲル化をより短時間で行うことができ、5質量部以下とすることにより、耐水性の低下をより抑制することができる。 The addition amount of the base catalyst can be 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the polysiloxane compound group and the silicon compound group, but may be 1 to 4 parts by mass. When the amount is 0.5 parts by mass or more, gelation can be performed in a shorter time, and when the amount is 5 parts by mass or less, a decrease in water resistance can be further suppressed.

湿潤ゲル生成工程におけるゾルのゲル化は、溶媒及び塩基触媒が揮発しないように密閉容器内で行ってもよい。ゲル化温度は、30〜90℃とすることができるが、40〜80℃であってもよい。ゲル化温度を30℃以上とすることにより、ゲル化をより短時間に行うことができ、強度(剛性)のより高い湿潤ゲルを得ることができる。また、ゲル化温度を90℃以下にすることにより、溶媒(特にアルコール類)の揮発を抑制し易くなるため、体積収縮を抑えながらゲル化することができる。 The gelation of the sol in the wet gel formation step may be performed in a closed container so that the solvent and the base catalyst do not volatilize. The gelling temperature may be 30 to 90°C, but may be 40 to 80°C. By setting the gelling temperature to 30° C. or higher, gelation can be performed in a shorter time, and a wet gel having higher strength (rigidity) can be obtained. Further, by setting the gelling temperature to 90° C. or lower, it is easy to suppress the volatilization of the solvent (particularly alcohols), and thus it is possible to gel while suppressing the volume shrinkage.

湿潤ゲル生成工程における熟成は、溶媒及び塩基触媒が揮発しないように密閉容器内で行ってもよい。熟成により、湿潤ゲルを構成する成分の結合が強くなり、その結果、乾燥時の収縮を抑制するのに十分な強度(剛性)の高い湿潤ゲルを得ることができる。熟成温度は、30〜90℃とすることができるが、40〜80℃であってもよい。熟成温度を30℃以上とすることにより、強度(剛性)のより高い湿潤ゲルを得ることができ、熟成温度を90℃以下にすることにより、溶媒(特にアルコール類)の揮発を抑制し易くなるため、体積収縮を抑えながらゲル化することができる。 The aging in the wet gel forming step may be performed in a closed container so that the solvent and the base catalyst do not volatilize. By aging, the binding of the components that make up the wet gel is strengthened, and as a result, a wet gel having high strength (rigidity) sufficient to suppress shrinkage during drying can be obtained. The aging temperature may be 30 to 90°C, but may be 40 to 80°C. By setting the aging temperature to 30°C or higher, a wet gel having higher strength (rigidity) can be obtained, and by setting the aging temperature to 90°C or lower, it becomes easy to suppress the volatilization of the solvent (especially alcohols). Therefore, gelation can be achieved while suppressing volume shrinkage.

なお、ゾルのゲル化終了時点を判別することは困難な場合が多いため、ゾルのゲル化とその後の熟成とは、連続して一連の操作で行ってもよい。 Since it is often difficult to determine the end point of gelation of the sol, gelation of the sol and subsequent aging may be carried out continuously by a series of operations.

ゲル化時間と熟成時間は、ゲル化温度及び熟成温度により異なるが、本実施形態においてはゾル中にシリカ粒子が含まれていることから、従来のエアロゲルの製造方法と比較して特にゲル化時間を短縮することができる。この理由は、ゾル中のポリシロキサン化合物、ケイ素化合物等が有するシラノール基及び/又は反応性基が、シリカ粒子のシラノール基と水素結合及び/又は化学結合を形成するためであると推察する。なお、ゲル化時間は10〜120分間とすることができるが、20〜90分間であってもよい。ゲル化時間を10分間以上とすることにより均質な湿潤ゲルを得易くなり、120分間以下とすることにより後述する洗浄及び溶媒置換工程から乾燥工程の簡略化が可能となる。なお、ゲル化及び熟成の工程全体として、ゲル化時間と熟成時間との合計時間は、4〜480時間とすることができるが、6〜120時間であってもよい。ゲル化時間と熟成時間の合計を4時間以上とすることにより、強度(剛性)のより高い湿潤ゲルを得ることができ、480時間以下にすることにより熟成の効果をより維持し易くなる。 The gelation time and the aging time differ depending on the gelation temperature and the aging temperature, but in the present embodiment, since silica particles are contained in the sol, the gelation time is particularly longer than that of the conventional airgel production method. Can be shortened. The reason for this is presumed to be that the silanol groups and/or reactive groups contained in the polysiloxane compound, silicon compound, etc. in the sol form hydrogen bonds and/or chemical bonds with the silanol groups of the silica particles. The gelling time may be 10 to 120 minutes, but may be 20 to 90 minutes. By setting the gelling time to 10 minutes or longer, it is easy to obtain a homogeneous wet gel, and by setting it to 120 minutes or shorter, the washing and solvent replacement steps to be described later and the drying step can be simplified. The total time of gelation time and aging time can be 4 to 480 hours in the entire steps of gelation and aging, but it may be 6 to 120 hours. By setting the total of the gelling time and the aging time to 4 hours or more, a wet gel having higher strength (rigidity) can be obtained, and by setting it to 480 hours or less, the effect of aging can be more easily maintained.

得られるエアロゲル複合体の密度を下げたり、平均細孔径を大きくするために、ゲル化温度及び熟成温度を上記範囲内で高めたり、ゲル化時間と熟成時間の合計時間を上記範囲内で長くしてもよい。また、得られるエアロゲル複合体の密度を上げたり、平均細孔径を小さくするために、ゲル化温度及び熟成温度を上記範囲内で低くしたり、ゲル化時間と熟成時間の合計時間を上記範囲内で短くしてもよい。 In order to reduce the density of the obtained airgel composite or increase the average pore size, the gelation temperature and the aging temperature are increased within the above range, and the total time of the gelation time and the aging time is increased within the above range. May be. Further, in order to increase the density of the obtained airgel composite or to reduce the average pore size, the gelation temperature and the aging temperature are lowered within the above range, and the total time of the gelation time and the aging time is within the above range. May be shortened with.

(洗浄及び溶媒置換工程)
洗浄及び溶媒置換工程は、上記湿潤ゲル生成工程により得られた湿潤ゲルを洗浄する工程(洗浄工程)と、湿潤ゲル中の洗浄液を乾燥条件(後述の乾燥工程)に適した溶媒に置換する工程(溶媒置換工程)を有する工程である。洗浄及び溶媒置換工程は、湿潤ゲルを洗浄する工程を行わず、溶媒置換工程のみを行う形態でも実施可能であるが、湿潤ゲル中の未反応物、副生成物等の不純物を低減し、より純度の高いエアロゲル複合体の製造を可能にする観点からは、湿潤ゲルを洗浄してもよい。なお、本実施形態においては、ゲル中にシリカ粒子が含まれていることから、後述するように溶媒置換工程は必ずしも必須ではない。
(Washing and solvent replacement steps)
The washing and solvent replacement steps include a step of washing the wet gel obtained in the wet gel generation step (washing step) and a step of replacing the washing solution in the wet gel with a solvent suitable for the drying conditions (drying step described below). It is a process including (solvent replacement process). The washing and solvent replacement steps can be performed in a form in which only the solvent replacement step is performed without performing the step of washing the wet gel, but impurities such as unreacted products and by-products in the wet gel are reduced, and The wet gel may be washed from the viewpoint of enabling production of a highly pure airgel composite. In addition, in this embodiment, since the silica particles are contained in the gel, the solvent substitution step is not always essential as described later.

洗浄工程では、上記湿潤ゲル生成工程で得られた湿潤ゲルを洗浄する。当該洗浄は、例えば水又は有機溶媒を用いて繰り返し行うことができる。この際、加温することにより洗浄効率を向上させることができる。 In the washing step, the wet gel obtained in the wet gel generating step is washed. The washing can be repeated using, for example, water or an organic solvent. At this time, the heating efficiency can be improved by heating.

有機溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、1,2−ジメトキシエタン、アセトニトリル、ヘキサン、トルエン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、N、N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、酢酸、ギ酸等の各種の有機溶媒を使用することができる。上記の有機溶媒は単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 As the organic solvent, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, acetone, methyl ethyl ketone, 1,2-dimethoxyethane, acetonitrile, hexane, toluene, diethyl ether, chloroform, ethyl acetate, tetrahydrofuran, methylene chloride. , Various organic solvents such as N,N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, acetic acid and formic acid can be used. The above organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

後述する溶媒置換工程では、乾燥によるゲルの収縮を抑制するため、低表面張力の溶媒を用いることができる。しかし、低表面張力の溶媒は、一般的に水との相互溶解度が極めて低い。そのため、溶媒置換工程において低表面張力の溶媒を用いる場合、洗浄工程で用いる有機溶媒としては、水及び低表面張力の溶媒の双方に対して高い相互溶解性を有する親水性有機溶媒が挙げられる。なお、洗浄工程において用いられる親水性有機溶媒は、溶媒置換工程のための予備置換の役割を果たすことができる。上記の有機溶媒の中で、親水性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、2−プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。なお、メタノール、エタノール、メチルエチルケトン等は経済性の点で優れている。 In the solvent replacement step described below, a solvent having a low surface tension can be used in order to suppress the shrinkage of the gel due to drying. However, low surface tension solvents generally have very low mutual solubility with water. Therefore, when a low surface tension solvent is used in the solvent replacement step, examples of the organic solvent used in the washing step include hydrophilic organic solvents having high mutual solubility in both water and the low surface tension solvent. The hydrophilic organic solvent used in the washing step can serve as a preliminary replacement for the solvent replacement step. Among the above organic solvents, examples of the hydrophilic organic solvent include methanol, ethanol, 2-propanol, acetone and methyl ethyl ketone. In addition, methanol, ethanol, methyl ethyl ketone and the like are excellent in economical efficiency.

洗浄工程に使用される水又は有機溶媒の量としては、湿潤ゲル中の溶媒を十分に置換し、洗浄できる量とすることができる。当該量は、湿潤ゲルの容量に対して3〜10倍の量とすることができる。洗浄は、洗浄後の湿潤ゲル中の含水率が、シリカ質量に対し、10質量%以下となるまで繰り返すことができる。 The amount of water or the organic solvent used in the washing step can be such that the solvent in the wet gel can be sufficiently replaced and washed. The amount can be 3 to 10 times the volume of the wet gel. The washing can be repeated until the water content in the wet gel after washing becomes 10% by mass or less based on the mass of silica.

洗浄工程における温度環境は、洗浄に用いる溶媒の沸点以下の温度とすることができ、例えば、メタノールを用いる場合は、30〜60℃程度の加温とすることができる。 The temperature environment in the washing step can be a temperature equal to or lower than the boiling point of the solvent used for washing, and for example, when methanol is used, it can be heated to about 30 to 60°C.

溶媒置換工程では、後述する乾燥工程における収縮を抑制するため、洗浄した湿潤ゲルの溶媒を所定の置換用溶媒に置き換える。この際、加温することにより置換効率を向上させることができる。置換用溶媒としては、具体的には、乾燥工程において、乾燥に用いられる溶媒の臨界点未満の温度にて、大気圧下で乾燥する場合は、後述の低表面張力の溶媒が挙げられる。一方、超臨界乾燥をする場合は、置換用溶媒としては、例えば、エタノール、メタノール、2−プロパノール、ジクロロジフルオロメタン、二酸化炭素等、又はこれらを2種以上混合した溶媒が挙げられる。 In the solvent replacement step, the solvent of the washed wet gel is replaced with a predetermined replacement solvent in order to suppress shrinkage in the drying step described later. At this time, the substitution efficiency can be improved by heating. Specific examples of the displacing solvent include a solvent having a low surface tension, which will be described later, when the solvent for drying is dried under atmospheric pressure at a temperature lower than the critical point of the solvent used for drying in the drying step. On the other hand, in the case of performing supercritical drying, examples of the solvent for substitution include ethanol, methanol, 2-propanol, dichlorodifluoromethane, carbon dioxide, and the like, or a solvent in which two or more kinds thereof are mixed.

低表面張力の溶媒としては、20℃における表面張力が30mN/m以下の溶媒が挙げられる。なお、当該表面張力は25mN/m以下であっても、又は20mN/m以下であってもよい。低表面張力の溶媒としては、例えば、ペンタン(15.5)、ヘキサン(18.4)、ヘプタン(20.2)、オクタン(21.7)、2−メチルペンタン(17.4)、3−メチルペンタン(18.1)、2−メチルヘキサン(19.3)、シクロペンタン(22.6)、シクロヘキサン(25.2)、1−ペンテン(16.0)等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン(28.9)、トルエン(28.5)、m−キシレン(28.7)、p−キシレン(28.3)等の芳香族炭化水素類;ジクロロメタン(27.9)、クロロホルム(27.2)、四塩化炭素(26.9)、1−クロロプロパン(21.8)、2−クロロプロパン(18.1)等のハロゲン化炭化水素類;エチルエーテル(17.1)、プロピルエーテル(20.5)、イソプロピルエーテル(17.7)、ブチルエチルエーテル(20.8)、1,2−ジメトキシエタン(24.6)等のエーテル類;アセトン(23.3)、メチルエチルケトン(24.6)、メチルプロピルケトン(25.1)、ジエチルケトン(25.3)等のケトン類;酢酸メチル(24.8)、酢酸エチル(23.8)、酢酸プロピル(24.3)、酢酸イソプロピル(21.2)、酢酸イソブチル(23.7)、エチルブチレート(24.6)等のエステル類などが挙げられる(かっこ内は20℃での表面張力を示し、単位は[mN/m]である)。これらの中で、脂肪族炭化水素類(ヘキサン、ヘプタン等)は低表面張力でありかつ作業環境性に優れている。また、これらの中でも、アセトン、メチルエチルケトン、1,2−ジメトキシエタン等の親水性有機溶媒を用いることで、上記洗浄工程の有機溶媒と兼用することができる。なお、これらの中でも、さらに後述する乾燥工程における乾燥が容易な点で、常圧での沸点が100℃以下の溶媒を用いてもよい。上記の溶媒は単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 Examples of the solvent having a low surface tension include a solvent having a surface tension of 30 mN/m or less at 20°C. The surface tension may be 25 mN/m or less, or 20 mN/m or less. Examples of the low surface tension solvent include pentane (15.5), hexane (18.4), heptane (20.2), octane (21.7), 2-methylpentane (17.4), 3- Aliphatic hydrocarbons such as methylpentane (18.1), 2-methylhexane (19.3), cyclopentane (22.6), cyclohexane (25.2), 1-pentene (16.0); benzene (28.9), toluene (28.5), m-xylene (28.7), p-xylene (28.3) and other aromatic hydrocarbons; dichloromethane (27.9), chloroform (27.2). ), carbon tetrachloride (26.9), 1-chloropropane (21.8), 2-chloropropane (18.1) and the like halogenated hydrocarbons; ethyl ether (17.1), propyl ether (20.5). ), isopropyl ether (17.7), butyl ethyl ether (20.8), 1,2-dimethoxyethane (24.6), and other ethers; acetone (23.3), methyl ethyl ketone (24.6), methyl Ketones such as propyl ketone (25.1) and diethyl ketone (25.3); methyl acetate (24.8), ethyl acetate (23.8), propyl acetate (24.3), isopropyl acetate (21.2) ), isobutyl acetate (23.7), ethyl butyrate (24.6) and the like (esters have surface tension at 20° C., and unit is [mN/m]). Of these, aliphatic hydrocarbons (hexane, heptane, etc.) have low surface tension and are excellent in work environment. Further, among these, by using a hydrophilic organic solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, or 1,2-dimethoxyethane, it can be used also as the organic solvent in the above-mentioned washing step. Note that among these, a solvent having a boiling point of 100° C. or less at normal pressure may be used because it is easy to dry in the drying step described later. You may use the said solvent individually or in mixture of 2 or more types.

溶媒置換工程に使用される溶媒の量としては、洗浄後の湿潤ゲル中の溶媒を十分に置換できる量とすることができる。当該量は、湿潤ゲルの容量に対して3〜10倍の量とすることができる。 The amount of the solvent used in the solvent replacement step can be an amount sufficient to replace the solvent in the wet gel after washing. The amount can be 3 to 10 times the volume of the wet gel.

溶媒置換工程における温度環境は、置換に用いる溶媒の沸点以下の温度とすることができ、例えば、ヘプタンを用いる場合は、30〜60℃程度の加温とすることができる。 The temperature environment in the solvent replacement step can be a temperature equal to or lower than the boiling point of the solvent used for the replacement, and for example, when heptane is used, it can be heated at about 30 to 60°C.

なお、本実施形態においては、ゲル中にシリカ粒子が含まれていることから、上述のとおり溶媒置換工程は必ずしも必須ではない。推察されるメカニズムとしては次のとおりである。すなわち、従来であれば乾燥工程における収縮を抑制するため、湿潤ゲルの溶媒を所定の置換用溶媒(低表面張力の溶媒)に置き換えていたが、本実施形態においてはシリカ粒子が三次元網目状の骨格の支持体として機能することにより、当該骨格が支持され、乾燥工程におけるゲルの収縮が抑制される。そのため、洗浄に用いた溶媒を置換せずに、ゲルをそのまま乾燥工程に付すことができると考えられる。このように、本実施形態においては、洗浄及び溶媒置換工程から乾燥工程の簡略化が可能である。ただし、本実施形態は溶媒置換工程を行うことを何ら排除するものではない。 In addition, in this embodiment, since the silica particles are contained in the gel, the solvent replacement step is not always essential as described above. The inferred mechanism is as follows. That is, in the past, in order to suppress shrinkage in the drying step, the solvent of the wet gel was replaced with a predetermined displacing solvent (a solvent having a low surface tension), but in the present embodiment, the silica particles have a three-dimensional network shape. By functioning as a support for the skeleton, the skeleton is supported and the shrinkage of the gel in the drying step is suppressed. Therefore, it is considered that the gel can be directly subjected to the drying step without replacing the solvent used for washing. As described above, in the present embodiment, the washing and solvent replacement steps to the drying step can be simplified. However, this embodiment does not exclude performing the solvent replacement step.

(乾燥工程)
乾燥工程では、上記のとおり洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換した湿潤ゲルを乾燥させる。これにより、最終的にエアロゲル複合体を得ることができる。すなわち、上記ゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥してなるエアロゲル複合体を得ることができる。
(Drying process)
In the drying step, the wet gel, which has been washed and solvent-substituted as described above, is dried. Thereby, the airgel composite can be finally obtained. That is, an airgel composite obtained by drying the wet gel produced from the sol can be obtained.

乾燥の手法としては特に制限されず、公知の常圧乾燥、超臨界乾燥又は凍結乾燥を用いることができる。これらの中で、低密度のエアロゲル複合体を製造し易いという観点からは、常圧乾燥又は超臨界乾燥を用いることができる。また、低コストで生産可能という観点からは、常圧乾燥を用いることができる。なお、本実施形態において、常圧とは0.1MPa(大気圧)を意味する。 The drying method is not particularly limited, and known atmospheric drying, supercritical drying or freeze drying can be used. Among these, atmospheric pressure drying or supercritical drying can be used from the viewpoint of easily producing a low density airgel composite. From the viewpoint of being able to produce at low cost, atmospheric drying can be used. In the present embodiment, normal pressure means 0.1 MPa (atmospheric pressure).

本実施形態のエアロゲル複合体は、洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換した湿潤ゲルを、乾燥に用いられる溶媒の臨界点未満の温度にて、大気圧下で乾燥することにより得ることができる。乾燥温度は、置換された溶媒(溶媒置換を行わない場合は洗浄に用いられた溶媒)の種類により異なるが、特に高温での乾燥が溶媒の蒸発速度を速め、ゲルに大きな亀裂を生じさせる場合があるという点に鑑み、20〜150℃とすることができる。なお、当該乾燥温度は60〜120℃であってもよい。また、乾燥時間は、湿潤ゲルの容量及び乾燥温度により異なるが、4〜120時間とすることができる。なお、本実施形態において、生産性を阻害しない範囲内において臨界点未満の圧力をかけて乾燥を早めることも、常圧乾燥に包含されるものとする。 The airgel composite of the present embodiment can be obtained by drying the washed and solvent-substituted wet gel (at need) at a temperature below the critical point of the solvent used for drying under atmospheric pressure. The drying temperature depends on the type of solvent that has been replaced (the solvent used for washing when solvent replacement is not performed), but especially when drying at high temperatures accelerates the evaporation rate of the solvent and causes large cracks in the gel. In view of the fact that there is, the temperature can be set to 20 to 150°C. The drying temperature may be 60 to 120°C. The drying time may vary depending on the volume of the wet gel and the drying temperature, but may be 4 to 120 hours. In addition, in the present embodiment, to accelerate the drying by applying a pressure below the critical point within a range that does not impair the productivity is also included in the atmospheric drying.

本実施形態のエアロゲル複合体は、また、洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換した湿潤ゲルを、超臨界乾燥することによっても得ることができる。超臨界乾燥は、公知の手法にて行うことができる。超臨界乾燥する方法としては、例えば、湿潤ゲルに含まれる溶媒の臨界点以上の温度及び圧力にて溶媒を除去する方法が挙げられる。あるいは、超臨界乾燥する方法としては、湿潤ゲルを、液化二酸化炭素中に、例えば、20〜25℃、5〜20MPa程度の条件で浸漬することで、湿潤ゲルに含まれる溶媒の全部又は一部を当該溶媒より臨界点の低い二酸化炭素に置換した後、二酸化炭素を単独で、又は二酸化炭素及び溶媒の混合物を除去する方法が挙げられる。 The airgel composite of the present embodiment can also be obtained by supercritically drying a washed and solvent-substituted wet gel (if necessary). Supercritical drying can be performed by a known method. Examples of the method of supercritical drying include a method of removing the solvent at a temperature and a pressure not lower than the critical point of the solvent contained in the wet gel. Alternatively, as a method of supercritical drying, by dipping the wet gel in liquefied carbon dioxide under conditions of, for example, 20 to 25° C. and 5 to 20 MPa, all or part of the solvent contained in the wet gel. After substituting the carbon dioxide with carbon dioxide having a lower critical point than the solvent, carbon dioxide may be used alone or a mixture of carbon dioxide and the solvent may be removed.

このような常圧乾燥又は超臨界乾燥により得られたエアロゲル複合体は、さらに常圧下にて、105〜200℃で0.5〜2時間程度追加乾燥してもよい。これにより、密度が低く、小さな細孔を有するエアロゲル複合体をさらに得易くなる。追加乾燥は、常圧下にて、150〜200℃で行ってもよい。 The airgel composite obtained by such atmospheric pressure drying or supercritical drying may be further dried under atmospheric pressure at 105 to 200° C. for about 0.5 to 2 hours. This makes it easier to obtain an airgel composite having a low density and small pores. The additional drying may be performed at 150 to 200° C. under normal pressure.

<エアロゲル複合体付き支持部材>
本実施形態のエアロゲル複合体を所定の支持部材上に形成することで、エアロゲル複合体付き支持部材として用いることができる。すなわち、エアロゲル複合体付き支持部材は、これまで説明したエアロゲル複合体と、当該エアロゲル複合体を担持する支持部材と、を備えるものである。このようなエアロゲル複合体つき支持部材であれば、高断熱性と優れた屈曲性とを発現することができる。
<Supporting member with airgel composite>
By forming the airgel composite of this embodiment on a predetermined support member, it can be used as a support member with an airgel composite. That is, the support member with the airgel composite includes the airgel composite described above and the support member carrying the airgel composite. With such a supporting member with an airgel composite, it is possible to exhibit high heat insulation and excellent flexibility.

支持部材としては、例えば、フィルム状支持部材、シート状支持部材、箔状支持部材、多孔質支持部材等が挙げられる。 Examples of the supporting member include a film-shaped supporting member, a sheet-shaped supporting member, a foil-shaped supporting member, and a porous supporting member.

フィルム状支持部材は、高分子原料を薄い膜状に成形した部材であり、PET、ポリイミド等の有機フィルム、ガラスフィルムなどが挙げられる(金属蒸着フィルムも含む)。 The film-shaped support member is a member formed by molding a polymer raw material into a thin film, and examples thereof include organic films such as PET and polyimide, and glass films (including metal vapor deposition films).

シート状支持部材は、有機、無機及び/又は金属のファイバー状の原料を成形した部材であり、紙、不織布(ガラスマットも含む)、有機繊維クロス、ガラスクロス等が挙げられる。 The sheet-shaped support member is a member formed by molding a fibrous raw material of organic, inorganic and/or metal, and includes paper, non-woven fabric (including glass mat), organic fiber cloth, glass cloth and the like.

箔状支持部材は、金属原料を薄い膜状に成形した部材であり、アルミ箔、銅箔等が挙げられる。 The foil-shaped support member is a member formed by molding a metal raw material into a thin film, and examples thereof include aluminum foil and copper foil.

多孔質支持部材は、有機、無機及び/又は金属を原料とした多孔質構造を有する部材であり、多孔質有機材料(例えば、ポリウレタンフォーム)、多孔質無機材料(例えば、ゼオライトシート)、多孔質金属材料(例えば、ポーラス金属シート、多孔質アルミシート)等が挙げられる。 The porous support member is a member having a porous structure made of organic, inorganic and/or metal as a raw material, and includes a porous organic material (for example, polyurethane foam), a porous inorganic material (for example, a zeolite sheet), and a porous material. A metal material (for example, a porous metal sheet or a porous aluminum sheet) can be used.

エアロゲル複合体つき支持部材は、例えば次のようにして作製することができる。まず、上述のゾル生成工程に従ってゾルを準備する。当該ゾルを支持部材上にフィルムアプリケーター等を用いて塗布した後、又は当該ゾルに支持部材を含浸させた後、上述の湿潤ゲル生成工程に従って湿潤ゲル付き支持部材を得る。そして、得られた湿潤ゲル付き支持部材を、上述の洗浄及び溶媒置換工程に従って洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換を行い、さらに上述の乾燥工程に従って乾燥することにより、エアロゲル複合体つき支持部材を得ることができる。 The support member with the airgel composite can be produced, for example, as follows. First, a sol is prepared according to the sol generation process described above. After applying the sol to a support member using a film applicator or the like, or after impregnating the sol with the support member, a support member with a wet gel is obtained according to the above-described wet gel generating step. Then, the obtained supporting member with a wet gel is subjected to washing and solvent replacement (if necessary) according to the above-mentioned washing and solvent replacement steps, and further dried according to the above-mentioned drying step to obtain a supporting member with an airgel composite. be able to.

フィルム状支持部材又は箔状支持部材上に形成したエアロゲル複合体の厚みは1〜200μmとすることができるが、10〜100μmであっても、又は30〜80μmであってもよい。1μm以上とすることで良好な断熱性を得易くなり、また、200μm以下とすることにより柔軟性を得易くなる。 The thickness of the airgel composite formed on the film-shaped support member or the foil-shaped support member may be 1 to 200 μm, but may be 10 to 100 μm or 30 to 80 μm. When it is 1 μm or more, good heat insulating property is easily obtained, and when it is 200 μm or less, flexibility is easily obtained.

以上のとおり説明をした本実施形態のエアロゲル複合体は、エアロゲル成分及びシリカ粒子を含有することにより、従来のエアロゲルでは達成困難であった優れた断熱性と柔軟性とを有している。特に優れた柔軟性は、従来達成困難であったフィルム状支持部材及び箔状支持部材上にエアロゲル複合体の層を形成することを可能とした。そのため、本実施形態のエアロゲル複合体つき支持部材は、高断熱性と優れた屈曲性とを有している。なお、シート状支持部材及び多孔質支持部材にゾルを含浸させる態様においても、乾燥後の取り扱い時にエアロゲル複合体の粉落ちを抑制することが可能である。 The airgel composite of the present embodiment as described above contains the airgel component and silica particles, and thus has excellent heat insulating properties and flexibility that are difficult to achieve with conventional airgel. Particularly excellent flexibility has made it possible to form a layer of an airgel composite on a film-shaped support member and a foil-shaped support member, which have heretofore been difficult to achieve. Therefore, the support member with the airgel composite of the present embodiment has high heat insulation and excellent flexibility. Even in the mode in which the sheet-shaped support member and the porous support member are impregnated with the sol, it is possible to suppress the powder drop of the airgel composite during handling after drying.

このような利点から、本実施形態のエアロゲル複合体及びエアロゲル複合体つき支持部材は、建築分野、自動車分野、家電製品、半導体分野、産業用設備等における断熱材としての用途等に適用できる。また、本実施形態のエアロゲル複合体は、断熱材としての用途の他に、塗料用添加剤、化粧品、アンチブロッキング剤、触媒担持体等として利用することができる。 Due to such advantages, the airgel composite and the support member with the airgel composite of the present embodiment can be applied to applications such as a heat insulating material in the fields of construction, automobiles, home appliances, semiconductors, industrial equipment, and the like. Further, the airgel composite of the present embodiment can be used not only as a heat insulating material but also as an additive for paints, cosmetics, an anti-blocking agent, a catalyst carrier, and the like.

<断熱材>
本実施形態のエアロゲル複合体は、断熱材として用いることができる。このような断熱材は、高断熱性と優れた屈曲性とを有している。なお、上記エアロゲル複合体の製造方法により得られるエアロゲル複合体をそのまま(必要に応じ所定の形状に加工し)断熱材とすることができる。
<Insulation material>
The airgel composite of this embodiment can be used as a heat insulating material. Such a heat insulating material has high heat insulating properties and excellent flexibility. The airgel composite obtained by the above-mentioned method for producing an airgel composite can be used as it is (processed into a predetermined shape as necessary) to serve as a heat insulating material.

次に、下記の実施例により本開示をさらに詳しく説明するが、これらの実施例は本開示を制限するものではない。 Next, the present disclosure will be described in more detail by the following examples, but these examples do not limit the present disclosure.

(実施例1)[湿潤ゲル、エアロゲル複合体]
シリカ粒子含有原料としてPL−06L(PL−06Lの詳細については表1に記載。シリカ粒子含有原料について以下同様。)を200.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤として臭化セチルトリメチルアンモニウム(和光純薬工業株式会社製:以下『CTAB』と略記)を20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてメチルトリメトキシシランLS−530(信越化学工業株式会社製、製品名:以下『MTMS』と略記)を80.0質量部及びポリシロキサン化合物として上記一般式(B)で表される構造を有する両末端2官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物A」という)を20.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル1を得た。得られたゾル1を60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル1を得た。
(Example 1) [Wet gel, airgel composite]
200.0 parts by mass of PL-06L (details of PL-06L are shown in Table 1. The same applies to the silica particle-containing starting material) as a silica particle-containing raw material, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, and a cation system. 20.0 parts by mass of cetyltrimethylammonium bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.: hereinafter abbreviated as “CTAB”) as a surfactant and 120.0 parts by mass of urea as a thermally hydrolyzable compound were mixed, and mixed with this. 80.0 parts by mass of methyltrimethoxysilane LS-530 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name: abbreviated as "MTMS" hereinafter) as a silicon compound, and a structure represented by the above general formula (B) as a polysiloxane compound. 20.0 parts by mass of a bifunctional alkoxy-modified polysiloxane compound having both ends (hereinafter referred to as “polysiloxane compound A”) was added and reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 1. The obtained sol 1 was gelated at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain wet gel 1.

その後、得られた湿潤ゲル1をメタノール2500.0質量部に浸漬し、60℃で12時間かけて洗浄を行った。この洗浄操作を、新しいメタノールに交換しながら3回行った。次に、洗浄した湿潤ゲルを、低表面張力溶媒であるヘプタン2500.0質量部に浸漬し、60℃で12時間かけて溶媒置換を行った。この溶媒置換操作を、新しいヘプタンに交換しながら3回行った。洗浄及び溶媒置換された湿潤ゲルを、常圧下にて、40℃で96時間乾燥し、その後さらに150℃で2時間乾燥することで、上記一般式(3)及び(4)で表される構造を有するエアロゲル複合体1を得た。 Then, the obtained wet gel 1 was immersed in 2500.0 parts by mass of methanol and washed at 60° C. for 12 hours. This washing operation was repeated three times while replacing with fresh methanol. Next, the washed wet gel was immersed in 2500.0 parts by mass of heptane, which is a low surface tension solvent, and the solvent was replaced at 60° C. for 12 hours. This solvent replacement operation was repeated 3 times while replacing with new heptane. The washed and solvent-substituted wet gel is dried under normal pressure at 40° C. for 96 hours, and then at 150° C. for 2 hours to obtain the structure represented by the general formulas (3) and (4). Airgel composite 1 having

なお、上記「ポリシロキサン化合物A」は次のようにして合成した。まず、撹拌機、温度計及びジムロート冷却管を備えた1リットルの3つ口フラスコにて、両末端にシラノール基を有するジメチルポリシロキサンXC96−723(モメンティブ社製、製品名)を100.0質量部、メチルトリメトキシシランを181.3質量部及びt−ブチルアミンを0.50質量部混合し、30℃で5時間反応させた。その後、この反応液を、1.3kPaの減圧下、140℃で2時間加熱し、揮発分を除去することで、両末端2官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(ポリシロキサン化合物A)を得た。 The "polysiloxane compound A" was synthesized as follows. First, in a 1-liter three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a Dimroth condenser, 100.0 mass of dimethylpolysiloxane XC96-723 (manufactured by Momentive Co., Ltd.) having silanol groups at both ends was used. Parts, 181.3 parts by mass of methyltrimethoxysilane and 0.50 parts by mass of t-butylamine were mixed and reacted at 30° C. for 5 hours. Then, this reaction liquid was heated at 140° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1.3 kPa to remove a volatile component, thereby obtaining a bifunctional alkoxy-modified polysiloxane compound having both ends (polysiloxane compound A).

(実施例2)[湿潤ゲル、エアロゲル複合体]
シリカ粒子含有原料としてPL−20を100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びポリシロキサン化合物として上記一般式(B)で表される構造を有する両末端3官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物B」という)を40.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル2を得た。得られたゾル2を60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル2を得た。その後、得られた湿潤ゲル2を用いて、実施例1と同様にして上記一般式(2)及び(4)で表される構造を有するエアロゲル複合体2を得た。
(Example 2) [Wet gel, airgel composite]
10-20 parts by mass of PL-20 as a silica particle-containing raw material, 100.0 parts by mass of water, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, 20.0 parts by mass of CTAB as a cationic surfactant, and hot hydration. 120.0 parts by mass of urea is mixed as a decomposable compound, 60.0 parts by mass of MTMS is added as a silicon compound, and trifunctional alkoxy modified at both ends having a structure represented by the above general formula (B) as a polysiloxane compound. 40.0 parts by mass of a polysiloxane compound (hereinafter, referred to as “polysiloxane compound B”) was added and reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 2. The obtained sol 2 was gelled at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain a wet gel 2. Thereafter, the obtained wet gel 2 was used to obtain an airgel composite 2 having a structure represented by the general formulas (2) and (4) in the same manner as in Example 1.

なお、上記「ポリシロキサン化合物B」は次のようにして合成した。まず、撹拌機、温度計及びジムロート冷却管を備えた1リットルの3つ口フラスコにて、XC96−723を100.0質量部、テトラメトキシシランを202.6質量部及びt−ブチルアミンを0.50質量部混合し、30℃で5時間反応させた。その後、この反応液を、1.3kPaの減圧下、140℃で2時間加熱し、揮発分を除去することで、両末端3官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(ポリシロキサン化合物B)を得た。 The "polysiloxane compound B" was synthesized as follows. First, in a 1-liter three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a Dimroth condenser, 100.0 parts by mass of XC96-723, 202.6 parts by mass of tetramethoxysilane, and 0. 50 parts by mass were mixed and reacted at 30° C. for 5 hours. Then, this reaction liquid was heated at 140° C. for 2 hours under a reduced pressure of 1.3 kPa to remove a volatile matter to obtain a trifunctional alkoxy-modified polysiloxane compound having both ends (polysiloxane compound B).

(実施例3)[湿潤ゲル、エアロゲル複合体]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びジメチルジメトキシシランLS−520(信越化学工業株式会社製、製品名:以下『DMDMS』と略記)を20.0質量部、並びにポリシロキサン化合物としてポリシロキサン化合物Aを20.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル3を得た。得られたゾル3を60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル3を得た。その後、得られた湿潤ゲル3を用いて、実施例1と同様にして上記一般式(3)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲル複合体3を得た。
(Example 3) [Wet gel, airgel composite]
PL-2L as a silica particle-containing raw material is 100.0 parts by mass, water is 100.0 parts by mass, acetic acid is 0.10 parts by mass as an acid catalyst, CTAB is 20.0 parts by mass as a cationic surfactant, and hot water is added thereto. 120.0 parts by mass of urea was mixed as a decomposable compound, and 60.0 parts by mass of MTMS as a silicon compound and dimethyldimethoxysilane LS-520 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name: hereinafter abbreviated as "DMDMS"). 20.0 parts by mass, and 20.0 parts by mass of the polysiloxane compound A as a polysiloxane compound were added and reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 3. The obtained sol 3 was gelated at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain a wet gel 3. Thereafter, the obtained wet gel 3 was used to obtain an airgel composite 3 having a structure represented by the general formulas (3), (4) and (5) in the same manner as in Example 1.

(実施例4)[湿潤ゲル、エアロゲル複合体]
シリカ粒子含有原料としてST−OZL−35を143.0質量部、水を57.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部、並びにポリシロキサン化合物としてポリシロキサン化合物Bを20.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル4を得た。得られたゾル4を60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル4を得た。その後、得られた湿潤ゲル4を用いて、実施例1と同様にして上記一般式(2)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲル複合体4を得た。
(Example 4) [Wet gel, airgel composite]
As a silica particle-containing raw material, 143.0 parts by mass of ST-OZL-35, 57.0 parts by mass of water, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, 20.0 parts by mass of CTAB as a cationic surfactant, and 120.0 parts by mass of urea was mixed as a thermally hydrolyzable compound, 60.0 parts by mass of MTMS and 20.0 parts by mass of DMDMS as a silicon compound, and 20.0 parts of polysiloxane compound B as a polysiloxane compound were mixed with urea. Mass parts were added and the mixture was reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 4. The obtained sol 4 was gelled at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain a wet gel 4. Thereafter, the obtained wet gel 4 was used to obtain an airgel composite 4 having a structure represented by the general formulas (2), (4) and (5) in the same manner as in Example 1.

(実施例5)
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部及びST−OZL−35を50.0質量部、水を50.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部並びに熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部並びにポリシロキサン化合物としてポリシロキサン化合物Aを20.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル5を得た。得られたゾル5を60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル5を得た。その後、得られた湿潤ゲル5を用いて、実施例1と同様にして上記一般式(3)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲル複合体5を得た。
(Example 5)
PL-2L as a silica particle-containing raw material is 100.0 parts by mass, ST-OZL-35 is 50.0 parts by mass, water is 50.0 parts by mass, acetic acid is 0.10 parts by mass as an acid catalyst, and cationic surfactant. 20.0 parts by mass of CTAB as an agent and 120.0 parts by mass of urea as a thermally hydrolyzable compound are mixed, and 60.0 parts by mass of MTMS and 20.0 parts by mass of DMDMS as a silicon compound and a polysiloxane compound are mixed therein. 20.0 parts by mass of polysiloxane compound A was added and reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 5. The sol 5 thus obtained was gelated at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain a wet gel 5. Thereafter, the obtained wet gel 5 was used to obtain an airgel composite 5 having a structure represented by the general formulas (3), (4) and (5) in the same manner as in Example 1.

(実施例6)[湿潤ゲル、エアロゲル複合体]
上記で得られた湿潤ゲル5を、メタノール2500.0質量部に浸漬し、60℃で12時間かけて洗浄を行った。この洗浄操作を、新しいメタノールに交換しながら3回行った。次に、洗浄した湿潤ゲルを、2−プロパノール2500.0質量部に浸漬し、60℃で12時間かけて溶媒置換を行った。この溶媒置換操作を、新しい2−プロパノールに交換しながら3回行った。
(Example 6) [Wet gel, airgel composite]
The wet gel 5 obtained above was immersed in 2500.0 parts by mass of methanol and washed at 60° C. for 12 hours. This washing operation was repeated three times while replacing with fresh methanol. Next, the washed wet gel was immersed in 2500.0 parts by mass of 2-propanol, and the solvent was replaced at 60° C. for 12 hours. This solvent replacement operation was performed 3 times while exchanging with fresh 2-propanol.

次に、溶媒置換した湿潤ゲルの超臨界乾燥を行った。オートクレーブ内を2−プロパノールで満たし、溶媒置換した湿潤ゲルを入れた。そして、オートクレーブ内に液化炭酸ガスを送り、オートクレーブ内を分散媒である2−プロパノール及び二酸化炭素の混合物で満たした。その後、オートクレーブ内の環境が80℃、14MPaとなるように加熱及び加圧して、超臨界状態の二酸化炭素をオートクレーブ内に十分に流通させた後、減圧し、ゲルに含まれる2−プロパノールと二酸化炭素を除去した。このようにして、上記一般式(3)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲル複合体6を得た。 Next, the solvent-substituted wet gel was supercritically dried. The inside of the autoclave was filled with 2-propanol, and the wet gel whose solvent was replaced was put therein. Then, liquefied carbon dioxide gas was fed into the autoclave to fill the interior of the autoclave with a mixture of 2-propanol and carbon dioxide as a dispersion medium. Thereafter, the environment in the autoclave is heated and pressurized so that the environment is 80° C. and 14 MPa, and the carbon dioxide in the supercritical state is sufficiently circulated in the autoclave, and then the pressure is reduced to the 2-propanol and the dioxide contained in the gel. The carbon was removed. In this way, the airgel composite 6 having the structures represented by the general formulas (3), (4) and (5) was obtained.

(実施例7)[湿潤ゲル、エアロゲル複合体]
上記で得られた湿潤ゲル3を、メタノール2500.0質量部に浸漬し、60℃で12時間かけて洗浄を行った。この洗浄操作を、新しいメタノールに交換しながら3回行った。次に、洗浄された湿潤ゲルを、溶媒置換を行わず、常圧下にて、60℃で2時間、100℃で3時間乾燥し、その後さらに150℃で2時間乾燥することで、上記一般式(3)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲル複合体7を得た。
(Example 7) [Wet gel, airgel composite]
The wet gel 3 obtained above was immersed in 2500.0 parts by mass of methanol and washed at 60° C. for 12 hours. This washing operation was repeated three times while replacing with fresh methanol. Next, the washed wet gel is dried at 60° C. for 2 hours and 100° C. for 3 hours under normal pressure without solvent substitution, and then further dried at 150° C. for 2 hours to obtain the above general formula. An airgel composite 7 having the structures represented by (3), (4) and (5) was obtained.

(実施例8)[湿潤ゲル、エアロゲル複合体]
上記で得られた湿潤ゲル4を用いて、実施例7と同様にして上記一般式(2)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲル複合体8を得た。
(Example 8) [Wet gel, airgel composite]
Using the wet gel 4 obtained above, an airgel composite 8 having a structure represented by the general formulas (2), (4) and (5) was obtained in the same manner as in Example 7.

(比較例1)[湿潤ゲル、エアロゲル]
水を200.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを100.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル1Cを得た。得られたゾル1Cを60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル1Cを得た。その後、得られた湿潤ゲル1Cを用いて、実施例1と同様にしてエアロゲル1Cを得た。
(Comparative Example 1) [wet gel, aerogel]
200.0 parts by mass of water, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, 20.0 parts by mass of CTAB as a cationic surfactant and 120.0 parts by mass of urea as a thermally hydrolyzable compound are mixed, and 100.0 parts by mass of MTMS as a silicon compound was added thereto and reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 1C. The obtained sol 1C was gelled at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain a wet gel 1C. Then, using the obtained wet gel 1C, an airgel 1C was obtained in the same manner as in Example 1.

(比較例2)[湿潤ゲル、エアロゲル]
水を200.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを80.0質量部及びDMDMSを20.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル2Cを得た。得られたゾル2Cを60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル2Cを得た。その後、得られた湿潤ゲル2Cを用いて、実施例1と同様にしてエアロゲル2Cを得た。
(Comparative Example 2) [wet gel, aerogel]
200.0 parts by mass of water, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, 20.0 parts by mass of CTAB as a cationic surfactant and 120.0 parts by mass of urea as a thermally hydrolyzable compound are mixed, and Then, 80.0 parts by mass of MTMS and 20.0 parts by mass of DMDMS as a silicon compound were added thereto and reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 2C. The obtained sol 2C was gelated at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain a wet gel 2C. Then, using the obtained wet gel 2C, an airgel 2C was obtained in the same manner as in Example 1.

(比較例3)[湿潤ゲル、エアロゲル]
水を200.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを70.0質量部及びDMDMSを30.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル3Cを得た。得られたゾル3Cを60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル3Cを得た。その後、得られた湿潤ゲル3Cを用いて、実施例1と同様にしてエアロゲル3Cを得た。
(Comparative Example 3) [Wet gel, aerogel]
200.0 parts by mass of water, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, 20.0 parts by mass of CTAB as a cationic surfactant and 120.0 parts by mass of urea as a thermally hydrolyzable compound are mixed, and 70.0 parts by mass of MTMS and 30.0 parts by mass of DMDMS as a silicon compound were added thereto and reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 3C. The obtained sol 3C was gelled at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain wet gel 3C. Then, using the obtained wet gel 3C, an airgel 3C was obtained in the same manner as in Example 1.

(比較例4)[湿潤ゲル、エアロゲル]
水を200.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを40.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル4Cを得た。得られたゾル4Cを60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル4Cを得た。その後、得られた湿潤ゲル4Cを用いて、実施例1と同様にして比較例エアロゲル4Cを得た。
(Comparative Example 4) [Wet gel, aerogel]
200.0 parts by mass of water, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, 20.0 parts by mass of CTAB as a cationic surfactant and 120.0 parts by mass of urea as a thermally hydrolyzable compound are mixed, and 60.0 parts by mass of MTMS and 40.0 parts by mass of DMDMS as a silicon compound were added thereto, and the mixture was reacted at 25° C. for 2 hours to obtain Sol 4C. The obtained sol 4C was gelated at 60° C. and then aged at 80° C. for 24 hours to obtain a wet gel 4C. Then, using the obtained wet gel 4C, a comparative example aerogel 4C was obtained in the same manner as in Example 1.

各実施例におけるシリカ粒子含有原料の態様を表1にまとめて示す。また、各実施例及び比較例における、乾燥方法、Si原料(ケイ素化合物及びポリシロキサン化合物)の種類及び添加量、並びにシリカ粒子含有原料の添加量を表2にまとめて示す。 Table 1 shows the modes of the silica particle-containing raw materials in each example. In addition, Table 2 collectively shows the drying method, the type and addition amount of the Si raw material (silicon compound and polysiloxane compound), and the addition amount of the silica particle-containing raw material in each Example and Comparative Example.

[各種評価]
各実施例及び比較例で得られた、湿潤ゲル及びエアロゲル複合体について、以下の条件に従って測定又は評価をした。湿潤ゲル生成工程におけるゲル化時間、メタノール置換ゲルの常圧乾燥におけるエアロゲル複合体及びエアロゲルの状態、並びにエアロゲル複合体及びエアロゲルの熱伝導率、圧縮弾性率、密度並びに気孔率の評価結果をまとめて表3に示す。
[Various evaluations]
The wet gel and airgel composites obtained in each example and comparative example were measured or evaluated according to the following conditions. The gelation time in the wet gel formation step, the state of the airgel composite and the airgel in the atmospheric drying of the methanol-substituted gel, and the evaluation results of the thermal conductivity, the compressive elastic modulus, the density and the porosity of the airgel composite and the airgel are summarized. It shows in Table 3.

(1)ゲル化時間の測定
各実施例及び比較例で得られたゾル30mLを、100mLのPP製密閉容器に移し、測定サンプルとした。次に、60℃に設定した定温乾燥機「DVS402」(ヤマト科学株式会社製、製品名)を用い、測定サンプルを投入してからゲル化するまでの時間を計測した。
(1) Measurement of gelation time 30 mL of the sol obtained in each of the Examples and Comparative Examples was transferred to a 100 mL PP closed container to obtain a measurement sample. Next, a constant temperature dryer "DVS402" (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd., product name) set at 60°C was used to measure the time from the introduction of the measurement sample to the gelation.

(2)メタノール置換ゲルの常圧乾燥におけるエアロゲル複合体及びエアロゲルの状態
各実施例及び比較例で得られた湿潤ゲル30.0質量部を、メタノール150.0質量部に浸漬し、60℃で12時間かけて洗浄を行った。この洗浄操作を、新しいメタノールに交換しながら3回行った。次に、洗浄された湿潤ゲルを、刃角約20〜25度の刃を用いて、100mm×100mm×100mmのサイズに加工し、乾燥前サンプルとした。得られた乾燥前サンプルを安全扉付き恒温器「SPH(H)−202」(エスペック株式会社製、製品名)を用い、60℃で2時間、100℃で3時間乾燥し、その後さらに150℃で2時間乾燥することで乾燥後サンプルを得た(特に溶媒蒸発速度等は制御していない)。ここで、サンプルの乾燥前後の体積収縮率SVを次式より求めた。そして、体積収縮率SVが5%以下であるときを「収縮なし」と評価し、5%以上であるときを「収縮」と評価した。
SV=(V−V)/V×100
式中、Vは乾燥前サンプルの体積を示し、Vは乾燥後サンプルの体積を示す。
(2) State of Airgel Complex and Airgel in Drying Methanol-Displaced Gel under Normal Pressure 30.0 parts by mass of the wet gel obtained in each of Examples and Comparative Examples is immersed in 150.0 parts by mass of methanol, and then at 60° C. It was washed for 12 hours. This washing operation was repeated three times while replacing with fresh methanol. Next, the washed wet gel was processed into a size of 100 mm×100 mm×100 mm by using a blade having a blade angle of about 20 to 25 degrees to obtain a sample before drying. The obtained pre-drying sample was dried at 60° C. for 2 hours and 100° C. for 3 hours using a thermostat “SPH(H)-202” (manufactured by ESPEC Co., Ltd.) with a safety door, and further 150° C. After drying, a sample was obtained by drying for 2 hours (especially, the solvent evaporation rate and the like were not controlled). Here, the volumetric shrinkage rate SV of the sample before and after drying was obtained from the following equation. Then, when the volume shrinkage rate SV was 5% or less, it was evaluated as "no shrinkage", and when it was 5% or more, it was evaluated as "shrinkage".
SV=(V 0 −V 1 )/V 0 ×100
In the formula, V 0 represents the volume of the sample before drying, and V 1 represents the volume of the sample after drying.

(3)熱伝導率の測定
刃角約20〜25度の刃を用いて、エアロゲル複合体及びエアロゲルを150mm×150mm×100mmのサイズに加工し、測定サンプルとした。次に、面の平行を確保するために、必要に応じて#1500以上の紙やすりで整形した。得られた測定サンプルを、熱伝導率測定前に、定温乾燥機「DVS402」(ヤマト科学株式会社製、製品名)を用いて、大気圧下、100℃で30分間乾燥した。次いで測定サンプルをデシケータ中に移し、25℃まで冷却した。これにより、熱伝導率測定用の測定サンプルを得た。
(3) Measurement of thermal conductivity Using a blade having a blade angle of about 20 to 25 degrees, the airgel composite and the airgel were processed into a size of 150 mm x 150 mm x 100 mm to obtain a measurement sample. Next, in order to ensure the parallelism of the surfaces, sanding of #1500 or more was performed as needed. The obtained measurement sample was dried at 100° C. for 30 minutes under atmospheric pressure using a constant temperature dryer “DVS402” (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) before measuring the thermal conductivity. Then, the measurement sample was transferred into a desiccator and cooled to 25°C. As a result, a measurement sample for measuring thermal conductivity was obtained.

熱伝導率の測定は、定常法熱伝導率測定装置「HFM436Lambda」(NETZSCH社製、製品名)を用いて行った。測定条件は、大気圧下、平均温度25℃とした。上記のとおり得られた測定サンプルを0.3MPaの荷重にて上部及び下部ヒーター間に挟み、温度差ΔTを20℃とし、ガードヒーターによって一次元の熱流になるように調整しながら、測定サンプルの上面温度、下面温度等を測定した。そして、測定サンプルの熱抵抗Rを次式より求めた。
=N((T−T)/Q)−R
式中、Tは測定サンプル上面温度を示し、Tは測定サンプル下面温度を示し、Rは上下界面の接触熱抵抗を示し、Qは熱流束計出力を示す。なお、Nは比例係数であり、較正試料を用いて予め求めておいた。
The thermal conductivity was measured using a stationary method thermal conductivity measuring device “HFM436 Lambda” (manufactured by NETZSCH, product name). The measurement conditions were an atmospheric pressure and an average temperature of 25°C. The measurement sample obtained as described above was sandwiched between the upper and lower heaters with a load of 0.3 MPa, the temperature difference ΔT was set to 20° C., and a guard heater was used to adjust the heat flow to a one-dimensional heat flow. The upper surface temperature and the lower surface temperature were measured. Then, the thermal resistance R S of the measurement sample was obtained from the following equation.
R S =N((T U −T L )/Q)−R O
In the formula, T U represents the upper surface temperature of the measurement sample, T L represents the lower surface temperature of the measurement sample, R O represents the contact thermal resistance at the upper and lower interfaces, and Q represents the heat flux meter output. It should be noted that N is a proportional coefficient and was obtained in advance using a calibration sample.

得られた熱抵抗Rより、測定サンプルの熱伝導率λを次式より求めた。
λ=d/R
式中、dは測定サンプルの厚さを示す。
From the obtained thermal resistance R S , the thermal conductivity λ of the measurement sample was obtained by the following formula.
λ=d/R S
In the formula, d represents the thickness of the measurement sample.

(4)圧縮弾性率の測定
刃角約20〜25度の刃を用いて、エアロゲル複合体及びエアロゲルを7.0mm角の立方体(サイコロ状)に加工し、測定サンプルとした。次に、面の平行を確保するために、必要に応じて#1500以上の紙やすりで測定サンプルを整形した。得られた測定サンプルを、測定前に、定温乾燥機「DVS402」(ヤマト科学株式会社製、製品名)を用いて、大気圧下、100℃で30分間乾燥した。次いで測定サンプルをデシケータ中に移し、25℃まで冷却した。これにより、圧縮弾性率測定用の測定サンプルを得た。
(4) Measurement of compressive elastic modulus Using a blade having a blade angle of about 20 to 25 degrees, the airgel composite and the airgel were processed into a 7.0 mm square cube (dices) to obtain a measurement sample. Next, in order to ensure the parallelism of the surfaces, the measurement sample was shaped with sandpaper of #1500 or more as needed. Before measurement, the obtained measurement sample was dried at 100° C. for 30 minutes under atmospheric pressure using a constant temperature dryer “DVS402” (manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.). Then, the measurement sample was transferred into a desiccator and cooled to 25°C. Thus, a measurement sample for measuring the compression elastic modulus was obtained.

測定装置としては、小型卓上試験機「EZTest」(株式会社島津製作所製、製品名)を用いた。なお、ロードセルとしては500Nを使用した。また、ステンレス製の上圧盤(φ20mm)及び下圧盤(φ118mm)を圧縮測定用冶具として用いた。平行に配置した上圧盤及び下圧盤の間に測定サンプルをセットし、1mm/minの速度で圧縮を行った。測定温度は25℃とし、測定は、500N超の負荷をかけた時点又は測定サンプルが破壊した時点で終了とした。ここで、ひずみεは次式より求めた。
ε=Δd/d1
式中、Δdは負荷による測定サンプルの厚みの変位(mm)を示し、d1は負荷をかける前の測定サンプルの厚み(mm)を示す。
また、圧縮応力σ(MPa)は、次式より求めた。
σ=F/A
式中、Fは圧縮力(N)を示し、Aは負荷をかける前の測定サンプルの断面積(mm)を示す。
As the measuring device, a small tabletop tester "EZTest" (manufactured by Shimadzu Corporation, product name) was used. The load cell used was 500N. Further, an upper platen (φ20 mm) and a lower platen (φ118 mm) made of stainless steel were used as a jig for compression measurement. The measurement sample was set between the upper platen and the lower platen arranged in parallel, and compression was performed at a speed of 1 mm/min. The measurement temperature was 25° C., and the measurement was terminated when a load of more than 500 N was applied or when the measurement sample was destroyed. Here, the strain ε was obtained from the following equation.
ε=Δd/d1
In the formula, Δd represents the displacement (mm) of the thickness of the measurement sample due to the load, and d1 represents the thickness (mm) of the measurement sample before applying the load.
Further, the compressive stress σ (MPa) was obtained from the following equation.
σ=F/A
In the formula, F represents the compressive force (N), and A represents the cross-sectional area (mm 2 ) of the measurement sample before applying a load.

圧縮弾性率E(MPa)は、0.1〜0.2Nの圧縮力範囲において、次式より求めた。
E=(σ−σ)/(ε−ε
式中、σは圧縮力が0.1Nにおいて測定される圧縮応力(MPa)を示し、σは圧縮力が0.2Nにおいて測定される圧縮応力(MPa)を示し、εは圧縮応力σにおいて測定される圧縮ひずみを示し、εは圧縮応力σにおいて測定される圧縮ひずみを示す。
The compression elastic modulus E (MPa) was obtained from the following equation in the compression force range of 0.1 to 0.2N.
E=(σ 2 −σ 1 )/(ε 2 −ε 1 ).
In the formula, σ 1 indicates a compressive stress (MPa) measured at a compressive force of 0.1 N, σ 2 indicates a compressive stress (MPa) measured at a compressive force of 0.2 N, and ε 1 indicates a compressive stress. The compressive strain measured at σ 1 is shown, and ε 2 is the compressive strain measured at compressive stress σ 2 .

(5)密度及び気孔率の測定
エアロゲル複合体及びエアロゲルについての、3次元網目状に連続した細孔(通孔)の密度及び気孔率は、DIN66133に準じて水銀圧入法により測定した。なお、測定温度を室温(25℃)とし、測定装置としては、オートポアIV9520(株式会社島津製作所製、製品名)を用いた。
(5) Measurement of Density and Porosity The density and porosity of the three-dimensional mesh-like continuous pores (pores) of the airgel composite and the airgel were measured by the mercury porosimetry according to DIN66133. The measurement temperature was room temperature (25° C.), and Autopore IV9520 (manufactured by Shimadzu Corporation, product name) was used as a measuring device.

表3から、実施例のエアロゲル複合体は、湿潤ゲル生成工程におけるゲル化時間が短く反応性に優れ、メタノール置換ゲルを用いた常圧乾燥においては、良好な耐収縮性を有していた。なお、今回の評価において、いずれの実施例においても良好な耐収縮性が示されたことはすなわち、溶媒置換工程を実施せずとも良質なエアロゲル複合体を得られることが示されたことになる。 From Table 3, the airgel composites of Examples had a short gelling time in the wet gel formation step and excellent reactivity, and had good shrink resistance in atmospheric drying using a methanol-substituted gel. In this evaluation, good shrinkage resistance was shown in any of the Examples, which means that a good quality airgel composite can be obtained without performing the solvent replacement step. ..

また、実施例のエアロゲル複合体は、熱伝導率及び圧縮弾性率が小さく、高断熱性と高柔軟性の両方に優れることが読み取れる。 Further, it can be read that the airgel composites of Examples have small thermal conductivity and compressive elastic modulus and are excellent in both high heat insulation and high flexibility.

一方、比較例1〜3は、湿潤ゲル生成工程におけるゲル化時間が長く、メタノール置換ゲルを用いた常圧乾燥においては、ゲルが収縮し、表面にクラックを生じた。また、熱伝導率及び柔軟性のいずれかが劣っていた。比較例4は、耐収縮性、柔軟性及び耐屈曲性は十分であるが、ゲル化時間が長く、熱伝導率が大きかった。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the gelation time in the wet gel formation step was long, and the gel shrank and cracked on the surface in the normal pressure drying using the methanol-substituted gel. Further, either the thermal conductivity or the flexibility was poor. In Comparative Example 4, the shrinkage resistance, flexibility and bending resistance were sufficient, but the gelation time was long and the thermal conductivity was large.

(6)SEM観察
実施例3及び実施例4で得られたエアロゲル複合体の表面をSEMにより観察した。図3は、実施例3で得られたエアロゲル複合体の表面を、(a)1万倍、(b)5万倍、(c)20万倍及び(d)35万倍でそれぞれ観察したSEM画像である。図4は、実施例4で得られたエアロゲル複合体の表面を、(a)1万倍、(b)5万倍、及び(c)20万倍でそれぞれ観察したSEM画像である。
(6) SEM Observation The surface of the airgel composite obtained in Example 3 and Example 4 was observed by SEM. FIG. 3 is a SEM obtained by observing the surface of the airgel composite obtained in Example 3 at (a) 10,000 times, (b) 50,000 times, (c) 200,000 times, and (d) 350,000 times. It is an image. FIG. 4 is SEM images of the surface of the airgel composite obtained in Example 4, observed at (a) 10,000 times, (b) 50,000 times, and (c) 200,000 times, respectively.

図3にて示されるように、実施例3で得られたエアロゲル複合体は三次元網目骨格(三次元的に微細な多孔性の構造)を有していることが観察された。観察された粒子の粒子径はシリカ粒子由来の約20nm程度のものが主であった。当該シリカ粒子よりも粒子径の小さい球状のエアロゲル成分(エアロゲル粒子)も確認できるが、主にエアロゲル成分は球状の形態を取らず、シリカ粒子を被覆したりシリカ粒子間のバインダーとして機能したりしているようであることが観察される。このように、エアロゲル成分の一部がシリカ粒子間でバインダーとして機能しているため、エアロゲル複合体の強度を向上することができると推察される。 As shown in FIG. 3, it was observed that the airgel composite obtained in Example 3 had a three-dimensional network skeleton (three-dimensionally fine porous structure). The particle size of the observed particles was mainly about 20 nm derived from silica particles. Although it is possible to confirm a spherical airgel component having a smaller particle size than the silica particles (airgel particles), mainly the airgel component does not take a spherical form and does not cover the silica particles or functions as a binder between silica particles. It is observed that they appear to be. As described above, since some of the airgel components function as a binder between the silica particles, it is presumed that the strength of the airgel composite can be improved.

図4にて示されるように、実施例4で得られたエアロゲル複合体も三次元網目骨格を有していることが観察された。しかしながら、そのクラスター構造は独特である。本実施例においては、通常のエアロゲルのように粒子と粒子とが数珠状に連結した構造をとらず、粒子と粒子との連結部がエアロゲル成分(シリコーン成分)により高密に充填されているようであることが観察される。また、シリカ粒子由来の粒子の粒子径がシリカ粒子自体の粒子径よりも有意に大きくなっていることから、シリカ粒子がエアロゲル成分により厚く被覆されていると推察される。このように、本実施例においては、エアロゲル成分が粒子と粒子とのバインダーとして機能するだけでなく、クラスター構造全体を被覆しているため、エアロゲル複合体の強度をさらに向上することができると推察される。なお、実施例4では、使用しているST−OZL−35が酸性のゾルであるため、系中のpHが小さい状態でエアロゲル複合体が作製された。そのため、エアロゲル成分の生成速度が遅くなり、得られるエアロゲル複合体におけるエアロゲル成分が粒子状になり難かったと推察される。 As shown in FIG. 4, it was observed that the airgel composite obtained in Example 4 also had a three-dimensional network skeleton. However, its cluster structure is unique. In the present example, unlike the ordinary airgel, it does not have a structure in which particles are connected in a beaded shape, and the connection between particles seems to be densely packed with an airgel component (silicone component). It is observed that there is. Moreover, since the particle size of the particles derived from the silica particles is significantly larger than the particle size of the silica particles themselves, it is presumed that the silica particles are thickly covered with the airgel component. As described above, in this example, since the airgel component not only functions as a binder between particles but also covers the entire cluster structure, it is presumed that the strength of the airgel composite can be further improved. To be done. In Example 4, since the ST-OZL-35 used was an acidic sol, the airgel composite was produced in a state where the pH in the system was low. Therefore, it is presumed that the generation rate of the airgel component was slowed down, and the airgel component in the obtained airgel composite was difficult to be particulate.

1…エアロゲル粒子、2…シリカ粒子、3…細孔、10…エアロゲル複合体、L…外接長方形。 1... Airgel particles, 2... Silica particles, 3... Pores, 10... Airgel composite, L... Enclosing rectangle.

Claims (7)

シリカ粒子と、下記一般式(B)で表されるポリシロキサン化合物、及び、該ポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種と、を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物であるエアロゲル複合体。

[式(B)中、R1bはアルキル基、アルコキシ基又はアリール基を示し、R2b及びR3bはそれぞれ独立にアルコキシ基を示し、R4b及びR5bはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、mは1〜50の整数を示す。]
Wet, which is a condensate of a sol, containing silica particles, a polysiloxane compound represented by the following general formula (B), and at least one selected from the group consisting of hydrolysis products of the polysiloxane compound. An airgel complex that is a dried product of gel.

[In the formula (B), R 1b represents an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group, R 2b and R 3b each independently represent an alkoxy group, and R 4b and R 5b independently represent an alkyl group or an aryl group. It shows and m shows the integer of 1-50. ]
支柱部及び橋かけ部を備えるラダー型構造を有し、前記橋かけ部が、下記一般式(2)で表される構造を有する、請求項1記載のエアロゲル複合体。

[式(2)中、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、bは1〜50の整数を示す。]
The airgel composite according to claim 1, wherein the airgel composite has a ladder-type structure including a column and a bridge, and the bridge has a structure represented by the following general formula (2).

[In the formula (2), R 5 and R 6 each independently represent an alkyl group or an aryl group, and b represents an integer of 1 to 50. ]
下記一般式(3)で表されるラダー型構造を有する、請求項2記載のエアロゲル複合体。

[式(3)中、R、R、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、a及びcはそれぞれ独立に1〜3000の整数を示し、bは1〜50の整数を示す。]
The airgel composite according to claim 2, having a ladder-type structure represented by the following general formula (3).

[In the formula (3), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represent an alkyl group or an aryl group, a and c each independently represent an integer of 1 to 3000, and b is 1 to 50. Indicates an integer of. ]
前記シリカ粒子の平均一次粒子径が1〜200nmである、請求項1〜3のいずれか一項記載のエアロゲル複合体。 The airgel composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the average primary particle diameter of the silica particles is 1 to 200 nm. 前記シリカ粒子の形状が球状である、請求項1〜4のいずれか一項記載のエアロゲル複合体。 The airgel composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the silica particles have a spherical shape. 前記シリカ粒子がコロイダルシリカ粒子である、請求項1〜5のいずれか一項記載のエアロゲル複合体。 The airgel composite according to any one of claims 1 to 5, wherein the silica particles are colloidal silica particles. 前記ゾルが、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物、及び、該加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種をさらに含有する、請求項1〜6のいずれか一項記載のエアロゲル複合体。
The sol further comprises at least one selected from the group consisting of a silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, and a hydrolysis product of the silicon compound having the hydrolyzable functional group. The airgel composite according to any one of claims 1 to 6, which is contained.
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