JP6955813B2 - 多孔性材料を作製するための方法 - Google Patents

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Description

本発明は、多孔性材料を製造するための方法であって、混合物(I)を用意する工程であって、混合物(I)は、組成物(A)であって、成分(ai)としてのポリマー多官能性イソシアネート、成分(aii)としてのモノマー多官能性イソシアネートを含むイソシアネート組成物(A)と、成分(ac)としての少なくとも1種の触媒とを少なくとも含み、芳香族アミンを実質的に含有しない、組成物(A)、および溶媒(B)を含む、工程、組成物(A)中の成分を反応させ、有機ゲルを得る工程、ならびに、工程b)において得られたゲルを乾燥させる工程を少なくとも含む、方法に関する。本発明はさらに、このようにして得ることができる多孔性材料、ならびに、断熱材料としておよび真空絶縁パネルに多孔性材料を使用する方法にも関する。
数ミクロンまたはこれを著しく下回るサイズ範囲の細孔および少なくとも70%の高い多孔度を有する多孔性材料、例えばポリマーフォームは、理論的考察に基づけば、特に良好な断熱材である。
小さな平均細孔径を有するこのような多孔性材料は例えば、ゾル−ゲル法によって作製された後に乾燥させた、有機エアロゲルまたはキセロゲルの形態であることができる。ゾル−ゲル法においては、最初に、反応性有機ゲル前駆体をベースとするゾルを作製し、次いで、架橋反応によってゾルをゲル化して、ゲルを形成する。ゲルから多孔性材料、例えばエアロゲルを得るためには、液体を除去しなければならない。この工程は以下、簡潔性を目的として乾燥と呼ぶ。
WO95/02009は、真空絶縁の分野における用途に特に適したイソシアネート系キセロゲルを開示している。上記公報は、キセロゲルを作製するためのゾル−ゲル法に基づいた方法も開示しており、公知のポリマーイソシアネート、特に芳香族ポリマーイソシアネートおよび非反応性溶媒が使用されている。活性水素原子を有するさらなる化合物として、脂肪族もしくは芳香族ポリアミンまたはポリオールが使用されている。上記公報において記載された実施例には、ポリイソシアネートがジアミノジエチルトルエンと反応される例を含む。開示されたキセロゲルは一般に、およそ50μmの平均孔径を有する。一例において、10μmの平均孔径が言及される。
WO2011/069959、WO2012/000917およびWO2012/059388は、ポリマー多官能性イソシアネートおよび多官能性芳香族アミンをベースとする多孔性材料を記載しており、このアミン成分は、多官能性置換芳香族アミンを含む。記載された多孔性材料は、イソシアネートに対して不活性の溶媒中でイソシアネートを所望の量のアミンと反応させることによって作製される。触媒の使用は、WO2012/000917およびWO2012/059388から知られている。
同様に、ポリマーイソシアネートおよびイソシアネート反応性基を有する他の化合物をベースとするエアロゲルおよびキセロゲルも、現行技術から公知である。例えば、WO95/03358A1は、有機エアロゲル、特にポリイソシアネートをベースとするエアロゲルおよびこれらの製造のための方法を開示している。同様に、WO98/44013A1およびWO98/44028は、イソシアネート反応性基を含有する化合物の存在下に三量体化による、有機ポリマーイソシアネートをベースとするゲルを開示している。WO00/32663は、有機ポリマーポリイソシアネートおよびカルボジイミド触媒ならびに任意に多官能性イソシアネート反応性化合物をベースとするエアロゲルを開示している。超臨界乾燥後のエアロゲルの収縮は、65%超である。
同様に、イソシアネート反応性化合物を含まない有機ポリマーポリイソシアネートおよびイソシアネート三量体化触媒をベースとするエアロゲルの製造も、現行技術において記載されている。WO98/37539A1において、方法が開示されているが、この方法でもたらされる材料は、超臨界乾燥後でさえ収縮が65%超である。例えば、WO96/37539A1は、有機ポリマーポリイソシアネートおよびイソシアネート三量体化触媒をベースとするエアロゲルを開示している。開示されたエアロゲルは、300kg/m超の密度を示している(WO96/37539A1)。添加剤として黒鉛を使用することによってのみ、収縮を低減し、これにより、密度を低下させることが可能になる。同様に、WO00/32663において開示されたエアロゲルは、最適化された触媒系を用いた場合でさえ、250kg/m超の密度を示している。
しかしながら、ポリ尿素をベースとする公知の多孔性材料の材料特性、特に機械的安定性および/または圧縮強さならびに熱伝導率は、すべての用途において満足ではない。特に、通気状態の熱伝導率は、十分に低いわけではない。連続気泡型の材料の場合は、通気状態は、大気圧下の状態であるが、硬質ポリウレタンフォーム等の半独立気泡型または完全独立気泡型の材料の場合は、この通気状態には、気泡の気体を徐々に置きかえていき、完全に置きかえてから、エージングを経た後にのみ到達する。
従来技術から公知のイソシアネートおよびアミンをベースとする製剤に伴う特定の課題は、混合欠陥である。完全な混合の前にゲル化反応がかなりの程度まですでに進行しているので、イソシアネートとアミノ基との間の高い反応速度の結果として、混合欠陥は起きる。混合欠陥は、不均一でありかつ満足でない材料特性を有する多孔性材料をもたらす。
公知の多孔性材料の別の欠点は、しばしば、上昇した熱伝導率をもたらし、すなわち、材料の絶縁特性を低下させる高い吸水性(water uptake)である。
WO95/02009 WO2011/069959 WO2012/000917 WO2012/059388 WO95/03358A1 WO98/44013A1 WO98/44028 WO00/32663 WO98/37539A1 WO96/37539A1 WO00/32663
したがって、本発明の目的は、上述した欠点を回避することであった。特に、上述した欠点を有しないまたは上述した欠点の程度を低下した多孔性材料が、提供されるべきである。多孔性材料は、通気状態において、すなわち、大気圧において低い熱伝導率を有するべきである。さらに、多孔性材料は、高い多孔度、低い密度および十分に高い機械的安定性も同時に有するべきである。
本発明によれば、この目的は、多孔性材料を製造するための方法であって、
a) 混合物(I)を用意する工程であって、混合物(I)は、
(i) 組成物(A)であって、
成分(ai)としてのポリマー多官能性イソシアネート
成分(aii)としてのモノマー多官能性イソシアネート
を含むイソシアネート組成物(A)と、
成分(ac)としての少なくとも1種の触媒と
を少なくとも含む、組成物(A)
および
(ii) 溶媒(B)
を含む、工程、
b) 組成物(A)中の成分を反応させ、有機ゲルを得る工程、ならびに
c) 工程b)において得られたゲルを乾燥させる工程
を少なくとも含み、
組成物(A)が、芳香族アミンを実質的に含有しない、方法によって解決される。
本発明の方法によれば、驚くべきことに、ポリマーイソシアネートをモノマーイソシアネートと混合することによってのみ、多官能性ポリマーイソシアネートおよび多官能性モノマーイソシアネートならびにイソシアネート三量体化触媒に基づき、低減された収縮および低下した密度を有する、多孔性材料を製造できることが判明した。
本発明の多孔性材料は、好ましくは、エアロゲルまたはキセロゲルである。
好ましい実施形態は、特許請求の範囲および本明細書において見出すことができる。好ましい実施形態の組合せは、本発明の範囲を外れない。使用される成分の好ましい実施形態は、下記で記載されている。
本発明によれば、多孔性材料を製造するための方法において、有機ゲルを形成するのに適した成分を含む組成物(A)および溶媒(B)を含む混合物(I)が、工程a)において用意される。組成物(A)は、成分(ai)としてのポリマー多官能性イソシアネートと成分(aii)としてのモノマー多官能性イソシアネートとを含むイソシアネート組成物(A)を含む。さらに、組成物(A)は、成分(ac)としての少なくとも1種の触媒を含み、芳香族アミンを実質的に含有しない。工程b)によって、溶媒(B)の存在下で組成物(A)中の成分を反応させて、ゲルを形成する。次いで、本発明の方法の工程c)によってゲルを乾燥させる。
上記に開示の方法は、改善された特性、特に改善された熱伝導率を有し、超臨界乾燥すると収縮および密度が低減される、多孔性材料をもたらす。
組成物(A)は、成分(ai)としてのポリマー多官能性イソシアネート、成分(aii)としてのモノマー多官能性イソシアネートおよび成分(ac)としての少なくとも1種の触媒を含むイソシアネート組成物(A)を含み、芳香族アミンを実質的に含有しない、有機ゲルを形成するのに適した成分を含む、任意の組成物であってよい。組成物(A)は、さらなる成分をさらに含んでもよい。
本発明との関連において、芳香族アミンを実質的に含有しないとは、組成物(A)が、1質量%未満の芳香族アミン、好ましくは0.5質量%未満の芳香族アミンを含むことを意味する。
イソシアネート組成物(A)は、成分(ai)としてのポリマー多官能性イソシアネートおよび成分(aii)としてのモノマー多官能性イソシアネートを含む。
本発明との関連において、ポリマー多官能性イソシアネートという用語は、オリゴマー多官能性イソシアネートも包含する。
組成物(A)中の成分(ai)および(aii)の比は、広範な範囲にわたり得る。一般に、組成物(A)は、84〜27質量%の量の成分(ai)を含む。好ましくは、組成物(A)は、16〜73質量%の量の成分(aii)を含む。好ましい、組成物(A)は、81〜30質量%の量の成分(ai)および19〜70質量%の量の成分(aii)を含む。最も好ましくは、組成物(A)は、78〜33質量%の量の成分(ai)および22〜67質量%の量の成分(aii)を含み、組成物(A)中の成分(ai)および(aii)の質量%は合計で100質量%である。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、組成物(A)が、84〜27質量%の量の成分(ai)および16〜73質量%の量の成分(aii)を含む、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
組成物(A)は、多官能性イソシアネートと反応する成分、特に1種または複数のさらなる触媒等のさらなる成分をさらに含んでもよい。
驚くべきことに、安定なエアロゲルおよびキセロゲルは、構成成分として少なくとも1種の多官能性イソシアネートおよびモノオールを含むゲル組成物を使用すれば、例えば芳香族アミン等のさらなる成分の使用なしでも得ることができることが判明した。本発明によれば、組成物(A)は、芳香族アミンを実質的に含有しない。
好ましくは、組成物(A)はさらに、モノオールを実質的に含有しない。本発明との関連において、モノオールを実質的に含有しないとは、組成物(A)が、1質量%未満のモノオール、好ましくは0.5質量%未満のモノオールを含むことを意味する。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、組成物(A)が、モノオールを実質的に含有しない、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
ポリマー多官能性イソシアネート(ai)は以下、一まとめにして、成分(ai)と呼ぶ。言及されたモノマー成分が、反応済みの形態で多孔性材料中に存在することは、当業者にとって明白であろう。
本発明の目的のために、化合物の官能性は、分子1個当たりの反応性基の数である。モノマー成分(ai)の場合、官能性は、分子1個当たりのイソシアネート基の数である。多官能性化合物は、少なくとも2の官能性を有する。
異なる官能性を有する化合物の混合物が成分(ai)として使用される場合、成分の官能性は、いずれの場合も、個別の化合物の官能性の数平均によって与えられる。多官能性化合物は、分子1個当たり少なくとも2個の上述した官能基を含む。
本発明の目的のために、キセロゲルは、液相の臨界温度および臨界圧力より低いとき(「亜臨界条件」)の乾燥によってゲルから液相が除去されるゾル−ゲル法によって作製された、多孔性材料である。エアロゲルは、超臨界条件下でゲルから液相が除去されるゾル−ゲル法によって作製された、多孔性材料である。
組成物(A)は、少量の水をさらに含み得る。特に好ましい実施形態において、水は使用されない。水が組成物(A)中に存在する場合、好ましい水の量は、いずれの場合も100質量%である組成物(A)の総質量に対して、最大で1質量%、特に最大で0.9質量%、特に好ましくは最大で0.8質量%、特に最大で0.75質量%、非常に特に好ましくは最大で0.5質量%、特に最大で0.25質量%である。
さらなる実施形態によれば、本発明は、水が使用されない、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
さらなる代替的な実施形態によれば、本発明は、組成物(A)が、1質量%未満の水を含む、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
組成物(A)は、適量の有機ゲルを形成するのに適した成分を含む。
さらなる実施形態によれば、本発明は、組成物(A)が、いずれの場合も組成物(A)の総質量に対して、
− 80〜99.9質量%の、多官能性イソシアネートを含む組成物(A)、および
− 0.1〜20質量%の成分(ac)
を含み、組成物(A)の成分の質量%は合計で100質量%である、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
上述した好ましい範囲内で、得られたゲルは特に安定であり、後続の乾燥工程において収縮しないまたはごくわずかにのみ収縮する。
成分(ai)
本発明の方法において、少なくとも1種のポリマー多官能性イソシアネートは、成分(ai)として反応される。
好ましくは、使用される成分(ai)の量は、いずれの場合も組成物(A)の総質量に対して、少なくとも27質量%、特に少なくとも30質量%、より好ましくは少なくとも33質量%、特に好ましくは少なくとも36質量%である。好ましくは、使用される成分(ai)の量は、最大で84質量%、特に最大で81質量%、特に好ましくは最大で78質量%、特に最大で75質量%である。
可能なポリマー多官能性イソシアネートは、芳香族、脂肪族、脂環式および/または芳香脂肪族イソシアネートである。このような多官能性イソシアネートは、それ自体は公知であり、またはそれ自体は公知の方法によって製造することができる。多官能性イソシアネートは、特に混合物として使用することもできるが、この場合は結果として、成分(ai)が、様々なポリマー多官能性イソシアネートを含む。構成成分(ai)であり得る多官能性イソシアネートは、各成分の分子1個当たり2個のイソシアネート基(以下、ジイソシアネートと呼ぶ)または2個より多いイソシアネート基を有する。
ポリマー多官能性イソシアネート(ai)として、芳香族イソシアネートが好ましい。特に好ましい成分(ai)の多官能性イソシアネートは、次の実施形態、すなわち、
i) トリレンジイソシアネート(TDI)、特に2,4−TDIもしくは2,6−TDIまたは2,4−TDIと2,6−TDIとの混合物をベースとするポリマー多官能性イソシアネート、
ii) ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、特にポリフェニルポリメチレンイソシアネートとも呼ばれるオリゴマーMDI、もしくはMDIの作製において得られた粗製MDI、または少なくとも1種のMDIのオリゴマーと上述した低分子量MDI誘導体の少なくとも1種との混合物をベースとするポリマー多官能性イソシアネート
である。
さらなる実施形態によれば、本発明は、ポリマーイソシアネートの混合物が、成分(ai)として使用される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
オリゴマージフェニルメタンジイソシアネートは、ポリマー多官能性イソシアネートとして特に好ましい。オリゴマージフェニルメタンジイソシアネート(以下、オリゴマーMDIと呼ぶ)は、オリゴマー縮合生成物または複数のオリゴマー縮合生成物の混合物であり、したがって、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)の誘導体(複数可)である。
オリゴマーMDIは、複数の芳香環および2を超え、特に3または4または5の官能価を有する、1種または複数のMDIの縮合生成物を含む。オリゴマーMDIは公知であり、ポリフェニルポリメチレンイソシアネートまたはポリマーMDIと呼ばれることが多い。オリゴマーMDIは通常、様々な官能性を有するMDI系イソシアネートの混合物から構成される。オリゴマーMDIは通常、モノマーMDIとの混合物として使用される。
オリゴマーMDIを含むイソシアネートの(平均)官能価は、約2.2〜約5の範囲、特に2.3〜3.5の範囲、特に2.4〜3の範囲にわたり得る。このような様々な官能価を有するMDI系多官能性イソシアネートの混合物は、特に、MDIの作製において得られる粗製MDIである。
MDIをベースとする多官能性イソシアネートまたは複数の多官能性イソシアネートの混合物が公知であり、例えばBASF Polyurethanes GmbHからLupranat(登録商標)の商品名で販売されている。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、成分(ai)が、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)をベースとするポリマー多官能性イソシアネートから選択され、成分(aii)が、モノマージフェニルメタンジイソシアネート(MDI)から選択される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
成分(ai)の官能価は、好ましくは少なくとも2、特に少なくとも2.2、および特に好ましくは少なくとも2.4である。成分(ai)の官能価は、好ましくは2.2〜4、特に好ましくは2.4〜3である。
使用される成分(ai)の粘度は、幅広い範囲にわたり得る。成分(ai)は、好ましくは20〜3000mPa.s、特に好ましくは60〜2500mPa.sの粘度を有する。
成分(ai)、(aii)および(ac)は以下、一まとめにして、有機ゲル前駆体(A’)と呼ぶ。成分(ai)、(aii)および(ac)の部分的な反応により、実際のゲル前駆体(A’)が生じ、続いて、このゲル前駆体がゲルに変換されることは、当業者にとって明白である。
成分(aii)
本発明の方法において、少なくとも1種のモノマー多官能性イソシアネートは、成分(aii)として反応される。
好ましくは、使用される成分(aii)の量は、少なくとも16質量%、特に少なくとも19質量%、より好ましくは少なくとも22質量%、特に好ましくは少なくとも25質量%である。好ましくは、使用される成分(aii)の量は、いずれの場合も組成物(A)の総質量に対して、最大で73質量%、特に最大で70質量%、特に好ましくは最大で67質量%、特に最大で64質量%である。
可能なモノマー多官能性イソシアネートは、芳香族、脂肪族、脂環式および/または芳香脂肪族イソシアネートである。このような多官能性イソシアネートは、それ自体は公知であり、それ自体は公知の方法によって製造することができる。多官能性イソシアネートは、特に混合物として使用することもできるが、この場合は結果として、成分(aii)が、様々なモノマー多官能性イソシアネートを含む。モノマー構成成分(aii)であり得る多官能性イソシアネートは、モノマー成分の分子1個当たり2個のイソシアネート基(以下、ジイソシアネートと呼ぶ)または2個より多いイソシアネート基を有する。
特に適切なモノマー多官能性イソシアネートは、ジフェニルメタン2,2’−、2,4’−および/または4,4’−ジイソシアネート(MDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート(NDI)、トリレン2,4−および/または2,6−ジイソシアネート(TDI)、3,3’−ジメチルビフェニルジイソシアネート、1,2−ジフェニルエタンジイソシアネートおよび/またはp−フェニレンジイソシアネート(PPDI)、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、ヘプタメチレンおよび/またはオクタメチレンジイソシアネート、2−メチルペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、2−エチルブチレン1,4−ジイソシアネート、ペンタメチレン1,5−ジイソシアネート、ブチレン1,4−ジイソシアネート、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、1,4−および/または1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(HXDI)、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネート、1−メチルシクロヘキサン2,4−および/または2,6−ジイソシアネートならびにジシクロヘキシルメタン4,4’−、2,4’−および/または2,2’−ジイソシアネートである。
モノマー多官能性イソシアネート(aii)として、芳香族イソシアネートが好ましい。特に好ましい成分(aii)の多官能性イソシアネートは、次の実施形態、すなわち、
i) トリレンジイソシアネート(TDI)、特に2,4−TDIもしくは2,6−TDIまたは2,4−および2,6−TDIの混合物をベースとする多官能性イソシアネート、
ii) ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、特に2,2’−MDIもしくは2,4’−MDIもしくは4,4’−MDIまたは上述したジフェニルメタンジイソシアネートの2種もしくは3種の混合物をベースとする多官能性イソシアネート、
iii) 実施形態i)による少なくとも1種の芳香族イソシアネートと、実施形態ii)による少なくとも1種の芳香族イソシアネートとの混合物
である。
さらなる実施形態によれば、本発明は、イソシアネート混合物が、成分(aii)として使用される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
MDIの異性体の適切な混合物は、例えば、2,4−MDIおよび4,4’−MDIを含む。100質量%である組成物2,4−MDIおよび4,4’−MDIを含む混合物の総質量に対する質量による2,4−MDIの合計割合は、好ましくは0〜56質量%、特に0.4〜50質量%、より好ましくは0.8〜45質量%、特に好ましくは1.2〜40質量%である。出発物質中の異性体の量を、言及された範囲に順守することにより、特に有利な細孔構造、低い熱伝導率および乾燥中における少ない収縮を有する多孔性材料がもたらされる。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、成分(aii)が、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートの混合物を含む、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
成分(aii)の官能価は、好ましくは少なくとも1.5、特に少なくとも1.7、および特に好ましくは少なくとも1.9である。成分(aii)の官能価は、好ましくは1.7〜3、特に好ましくは1.9〜2.5である。
好ましい実施形態において、成分(aii)は、ジフェニルメタン4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン2,4’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン2,2’−ジイソシアネートの中から選択される少なくとも1種の多官能性イソシアネートを含む。
使用される成分(aii)の粘度は、幅広い範囲にわたり得る。成分(ai)は、好ましくは1〜300mPa.s、特に好ましくは4〜200mPa.sの粘度を有する。
触媒(ac)
組成物(A)は、成分(ac)としての少なくとも1種の触媒をさらに含む。使用される成分(ac)の量は、いずれの場合も組成物(A)の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.1質量%、特に少なくとも0.2質量%、特に好ましくは少なくとも0.4質量%、特に少なくとも0.5質量%である。使用される成分(ac)の量は、好ましくは最大で20質量%、特に最大で17質量%、特に好ましくは最大で13質量%、特に最大で10質量%である。
可能な触媒は原則的に、イソシアネートの三量体化を加速する当業者に公知のすべての触媒(三量体化触媒として公知)、および/または、イソシアネートとアミノ基もしくはヒドロキシル基との反応を加速する当業者に公知のすべての触媒(ゲル化触媒として公知)、および/または、イソシアネートと水との反応を加速する当業者に公知のすべての触媒(発泡触媒として公知)である。
対応する触媒は、それ自体は公知であり、上述した3種の反応に関して、異なる相対活性を有する。したがって、相対活性に応じて、対応する触媒は、上述した種類の1種または複数に割り当てることができる。さらに、上記で言及した反応以外の反応も起き得ることは、当業者に公知である。
例えばPolyurethane、第3版、G.Oertel、Hanser Verlag、Munich、1993から公知のように、対応する触媒は、特にこれらの触媒の膨張に対するゲル化の比によって特徴付けることができる。
さらなる実施形態によれば、本発明は、触媒が、イソシアヌレート基を形成する三量体化を触媒する、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
別の実施形態によれば、本発明は、成分(ac)が、少なくとも1種の第三級アミノ基を含む、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
さらなる実施形態によれば、本発明は、成分(ac)が、イソシアヌレート基を形成する三量体化を触媒する触媒および任意のアミン触媒を含む、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
好ましい触媒は、三量体化に関して著しい活性も同時に有する。これは、好ましくは、ネットワーク構造の均一性に影響を与え、特に有利な機械的特性をもたらす。
触媒は、モノマー構成成分として導入可能であることもあるし(導入できる触媒)、または導入できないこともある。
成分(ac)として好ましい触媒は、第一級、第二級および第三級アミン、トリアジン誘導体、有機金属化合物、金属キレート、有機リン化合物、特にホスホレンの酸化物、第四級アンモニウム塩、水酸化アンモニウムならびにアルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物、アルコキシドおよびカルボキシレートからなる群より選択される。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、成分(ac)が、第一級、第二級および第三級アミン、トリアジン誘導体、金属有機化合物、金属キレート、ホスホレンの酸化物、第四級アンモニウム塩、水酸化アンモニウムならびにアルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物、アルコキシドおよびカルボキシレートからなる群より選択される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
適切な有機リン化合物、特にホスホレンの酸化物は、例えば、1−メチルホスホレンオキシド、3−メチル−1−フェニルホスホレンオキシド、1−フェニルホスホレンオキシド、3−メチル−1−ベンジルホスホレンオキシドである。
適切な触媒は、好ましくは、三量体化触媒である。適切な三量体化触媒は特に、強塩基、例えばアルキルラジカル中に1〜4個の炭素原子を有するテトラアルキル水酸化アンモニウムおよびベンジルトリメチル水酸化アンモニウム等の水酸化第四級アンモニウム、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物、ならびに、ナトリウムメトキシド、カリウムエトキシドおよびナトリウムエトキシドならびにカリウムイソプロポキシド等のアルカリ金属アルコキシドである。
さらなる適切な三量体化触媒は特に、カルボン酸のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、例えば、ギ酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸セシウム、酢酸アンモニウム、プロピオン酸カリウム、ソルビン酸カリウム、カリウム2−エチルヘキサノエート、カリウムオクタノエート、トリフルオロ酢酸カリウム、トリクロロ酢酸カリウム、クロロ酢酸ナトリウム、ジクロロ酢酸ナトリウム、トリクロロ酢酸ナトリウム、アジピン酸カリウム、安息香酸カリウム、安息香酸ナトリウム、10〜20個の炭素原子および任意にOH側基を有する飽和および不飽和長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩である。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、成分(ac)が、少なくとも1種のカルボン酸の金属塩を含む、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
さらなる適切な三量体化触媒は、特に、N−ヒドロキシアルキル第四級アンモニウムカルボキシレート、例えばトリメチルヒドロキシプロピルアンモニウムホルメートである。
さらなる適切な三量体化触媒は、特に、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(EMIMアセテート)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアセテート(BMIMアセテート)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムオクタノエート(EMIMオクタノエート)および1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムオクタノエート(BMIMオクタノエート)である。
同様に、第三級アミンも、三量体化触媒として当業者にそれ自体は公知である。第三級アミン、すなわち、少なくとも1種の第三級アミノ基を有する化合物は、触媒(ac)として特に好ましい。三量体化触媒としての際立った特性を有する適切な第三級アミンは特に、N,N’,N’’−トリス(ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサヒドロトリアジン等のN,N’,N’’−トリス(ジアルキルアミノアルキル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールである。
金属有機化合物は、ゲル触媒として当業者にそれ自体は公知である。スズ2−エチルヘキサノエートおよびジブチルジラウリン酸スズ等のスズ有機化合物が、特に好ましい。
同様に、第三級アミンも、ゲル触媒として当業者にそれ自体は公知である。上記で言及したように、第三級アミンは、触媒(ac)として特に好ましい。ゲル触媒として良好な特性を有する適切な第三級アミンは特に、N,N−ジメチルベンジルアミン、N,N’−ジメチルピペラジンおよびN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N,N,N−ペンタメチルジエチレントリアミン、メチルイミダゾール、ジメチルイミダゾール、アミノプロピルイミダゾール、ジメチルベンジルアミン、1,6−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン(1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン)、ジメチルアミノエタノールアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N,N−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、メチルジエタノールアミンならびにブチルジエタノールアミンである。
成分(ac)として特に好ましい触媒は、ジメチルシクロヘキシルアミン、ジメチルピペラジン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N,N,N−ペンタメチルジエチレントリアミン、メチルイミダゾール、ジメチルイミダゾール、アミノプロピルイミダゾール、ジメチルベンジルアミン、1,6−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、トリスジメチルアミノプロピルヘキサヒドロトリアジン、トリエチルアミン、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、トリエチレンジアミン(ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン)、ジメチルアミノエタノールアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N,N−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、メチルジエタノールアミン、ブチルジエタノールアミンからなる群より選択される。
ジメチルシクロヘキシルアミン、ジメチルピペラジン、メチルイミダゾール、ジメチルイミダゾール、ジメチルベンジルアミン、1,6−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、トリスジメチルアミノプロピルヘキサヒドロトリアジン、トリエチルアミン、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、トリエチレンジアミン(ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン)、ジメチルアミノエタノールアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、N,N,N−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ブチルジエタノールアミン、金属アセチルアセトネート、ならびに、金属のアセテート、プロピオネート、ソルベート、エチルヘキサノエート、オクタノエートおよび安息香酸塩が、非常に特に好ましい。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、成分(ac)が、ジメチルシクロヘキシルアミン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N,N,N−ペンタメチルジエチレントリアミン、メチルイミダゾール、ジメチルイミダゾール、アミノプロピルイミダゾール、ジメチルベンジルアミン、1,6−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、トリスジメチルアミノプロピルヘキサヒドロトリアジン、トリエチルアミン、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、トリエチレンジアミン(ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン)、ジメチルアミノエタノールアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、N,N−ジメチルアミノエトキシエタノール、N,N,N−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、メチルジエタノールアミン、ブチルジエタノールアミン、金属アセチルアセトネート、ならびに、金属のアセテート、プロピオネート、ソルベート、エチルヘキサノエート、オクタノエートおよび安息香酸塩からなる群より選択される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
本発明によれば、成分(ac)は、1種または複数の触媒を含み得る。例えば、三量体化触媒およびアミンを含む混合物を、本発明との関連において使用することができる。したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、成分(ac)が、イソシアヌレート基を形成する三量体化を触媒する触媒およびアミン触媒を含む、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
イソシアヌレート基を形成する三量体化を触媒する触媒の量と、アミン触媒の量との比は、本発明との関連において、幅広い範囲にわたり得る。好ましくは、イソシアヌレート基を形成する三量体化を触媒する触媒は、イソシアヌレート基を形成する三量体化を触媒する触媒およびアミン触媒の合計の100%〜30%の量、特に好ましくは100%〜40%の量、より好ましくは100%〜45%の量で使用される。
成分(ac)は、1種または複数の酸をさらに含み得る。したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、成分(ac)が、少なくとも1種のカルボン酸を含む、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
本発明との関連において、原則的に、任意のカルボン酸を使用することができる。本発明による2種以上のカルボン酸を使用することもできる。好ましくは、2〜12個の炭素原子を有する飽和または不飽和モノカルボン酸が使用され、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ソルビン酸、安息香酸、エチルヘキサン酸またはオクタン酸等の2〜10個の炭素原子、特に2〜8個の炭素原子を有する飽和または不飽和モノカルボン酸が使用される。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、カルボン酸が、2〜12個の炭素原子を有する飽和または不飽和モノカルボン酸の群より選択される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
さらに、成分(ac)は、1種または複数の酸と組み合わせた塩を含み得る。塩は、飽和または不飽和モノカルボン酸のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、イオン液体塩からなる群より選択することができる。本発明との関連において、原則的に、飽和もしくは不飽和モノカルボン酸の任意のアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩またはアンモニウム塩またはイオン液体塩を使用することができる。本発明との関連において、2種以上の飽和または不飽和モノカルボン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩の混合物を使用することもできる。
好ましくは、塩は、2〜8個の炭素原子を有する飽和または不飽和モノカルボン酸のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩からなる群より選択され、より好ましくは、塩は、2〜8個の炭素原子を有する直鎖状飽和または不飽和モノカルボン酸のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩からなる群より選択される。触媒として2〜8個の炭素原子を有する飽和または不飽和モノカルボン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を使用することにより、圧縮強度が改善された多孔性材料がもたらされることが判明した。適切な塩は、例えば、各モノカルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩またはカルシウム塩である。
好ましくは、2〜8個の炭素原子を有する飽和または不飽和モノカルボン酸のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩からなる群より選択される塩は、2〜12個の炭素原子を有する飽和または不飽和モノカルボン酸の群より選択される酸と組み合わせて使用される。
より好ましくは、塩は、2〜8個の炭素原子を有する飽和または不飽和モノカルボン酸のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩からなる群より選択され、同時に、酸は、酢酸およびプロピオン酸からなる群より選択される。
塩および酸は例えば、1:10〜14:1の範囲、好ましくは1:5〜12:1の範囲、より好ましくは1:1〜10:1の範囲の比で使用することができる。
溶媒(B)
本発明によれば、反応は、溶媒(B)の存在下で起きる。
本発明の目的のために、溶媒(B)という用語は、液体希釈剤、すなわち、より狭義の意味の溶媒と、また分散媒体との両方を含む。混合物は、特に、真溶液、コロイド溶液または分散物、例えば、エマルションまたは懸濁液であってよい。混合物は、好ましくは、真溶液である。溶媒(B)は、工程(a)の条件下で液体の化合物、好ましくは有機溶媒である。
溶媒(B)は、原則的に、任意の適切な化合物または複数の化合物の混合物であってよく、溶媒(B)は、混合物が工程(a)において用意される温度および圧力の条件(略して溶解条件)下で液体である。溶媒(B)の組成物は、当該組成物が、有機ゲル前駆体を溶解または分散させることができるように、好ましくは溶解させることができるように選択される。好ましい溶媒(B)は、有機ゲル前駆体(A’)のための溶媒のものであり、すなわち、反応条件下で有機ゲル前駆体(A’)を完全に溶解させる溶媒である。
溶媒(B)の存在下における反応の反応生成物は、最初にゲルであり、すなわち、溶媒(B)によって膨潤した粘弾性の化学物質によるネットワーク構造である。工程(b)において形成されたネットワーク構造に対して良好な膨潤剤である溶媒(B)は一般に、微細な細孔および小さな平均孔径を有するネットワーク構造をもたらすが、工程(b)から生じたゲルに対して良好でない膨潤剤である溶媒(B)は一般に、大きな平均孔径を有する粗大な細孔のネットワーク構造をもたらす。
したがって、溶媒(B)の選択は、所望の孔径分布および所望の多孔度に影響する。一般に、溶媒(B)の選択も同様に、沈殿した反応生成物の形成による沈殿またはフロキュレーションが本発明の方法の工程(b)の最中または後に著しい程度で起きないように実施される。
適切な溶媒(B)が選択された場合、沈殿した反応生成物の割合は通常、混合物の総質量に対して1質量%未満である。特定の溶媒(B)中で形成されて沈殿した生成物の量は、ゲル化点前に適切なフィルターを用いて反応混合物をろ過することによって、質量測定により決定することができる。
可能な溶媒(B)は、イソシアネート系ポリマーのための従来技術から公知の溶媒である。好ましい溶媒は、成分(ai)、(aii)および(ac)のための溶媒のものであり、すなわち、反応条件下で成分(ai)、(aii)および(ac)の構成要素をほぼ完全に溶解させる溶媒である。溶媒(B)は好ましくは、成分(ai)および(aii)に対して不活性であり、すなわち、非反応性である。
可能な溶媒(B)は例えば、ケトン、アルデヒド、アルキルアルカノエート、ホルムアミドおよびN−メチルピロリドン等のアミド、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド、脂肪族および脂環式炭化水素、環状芳香族炭化水素、脂肪族および脂環式ハロゲン化炭化水素、ハロゲン化芳香族化合物ならびにフッ素含有エーテルである。上述した化合物の2種以上の混合物も、同様に可能である。
さらに、アセタール、特にジエトキシメタン、ジメトキシメタンおよび1,3−ジオキソランも、溶媒(B)として可能である。
同様に、ジアルキルエーテルおよび環状エーテルも、溶媒(B)として適切である。好ましいジアルキルエーテルは特に、2〜6個の炭素原子を有するジアルキルエーテル、特にメチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、メチルイソプロピルエーテル、プロピルエチルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、ジプロピルエーテル、プロピルイソプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチルブチルエーテル、メチルイソブチルエーテル、メチルt−ブチルエーテル、エチルn−ブチルエーテル、エチルイソブチルエーテルおよびエチルt−ブチルエーテルである。好ましい環状エーテルは、特に、テトラヒドロフラン、ジオキサンおよびテトラヒドロピランである。
アルデヒドおよび/またはケトンは、溶媒(B)として特に好ましい。溶媒(B)として適したアルデヒドまたはケトンは特に、一般式R−(CO)−R(式中、RおよびRがそれぞれ、水素であり、または1個、2個、3個、4個、5個、6個もしくは7個の炭素原子を有するアルキル基である)に対応するアルデヒドまたはケトンである。適切なアルデヒドまたはケトンは特に、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、n−ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、2−エチルブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、イソペンタアルデヒド、2−メチルペンタアルデヒド、2−エチルヘキサアルデヒド、アクロレイン、メタクロレイン、クロトンアルデヒド、フルフラール、アクロレインダイマー、メタクロレインダイマー、1,2,3,6−テトラヒドロベンズアルデヒド、6−メチル−3−シクロヘキセンアルデヒド、シアノアセトアルデヒド、エチルグリオキシレート、ベンズアルデヒド、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルn−ブチルケトン、メチルペンチルケトン、ジプロピルケトン、エチルイソプロピルケトン、エチルブチルケトン、ジイソブチルケトン、5−メチル−2−アセチルフラン、2−アセチルフラン、2−メトキシ−4−メチルペンタン−2−オン、5−メチルヘプタン−3−オン、オクタノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノンおよびアセトフェノンである。上述したアルデヒドおよびケトンは、混合物の形態で使用することもできる。置換基1個当たり最大3個の炭素原子を有するアルキル基を有するケトンおよびアルデヒドは、溶媒(B)として好ましい。
さらなる好ましい溶媒は、アルキルアルカノエート、特にメチルホルメート、メチルアセテート、エチルホルメート、イソプロピルアセテート、ブチルアセテート、エチルアセテート、グリセリントリアセテートおよびエチルアセトアセテートである。好ましいハロゲン化溶媒は、WO00/24799の4頁12行目〜5頁4行目に記載されている。
さらなる適切な溶媒(B)は、例えば、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートまたはブチレンカーボネート等の有機カーボネートである。
多くの場合、特に適切な溶媒(B)は、上述した溶媒から選択される、完全に混和できる2種以上の化合物の使用によって得られる。
工程(c)の乾燥中に収縮しすぎない十分に安定なゲルを得るためには、工程(b)において、100質量%である組成物(A)および溶媒(B)を含む混合物(I)の総質量に対する組成物(A)の割合は、一般に1質量%以上でなければならない。100質量%である組成物(A)および溶媒(B)を含む混合物(I)の総質量に対する組成物(A)の割合は、好ましくは少なくとも2質量%、特に好ましくは少なくとも3質量%、特に少なくとも3.5質量%である。
一方、用意された混合物中の組成物(A)の濃度は、濃度が高すぎる場合は好ましい特性を有する多孔性材料が得られないため、高すぎないようにしなければならない。一般に、100質量%である組成物(A)および溶媒(B)を含む混合物(I)の総質量に対する組成物(A)の割合は、50質量%以下である。100質量%である組成物(A)および溶媒(B)を含む混合物(I)の総質量に対する組成物(A)の割合は、好ましくは45質量%以下、特に好ましくは42質量%以下、より好ましくは39質量%以下、特に36質量%以下である。
100質量%である組成物(A)および溶媒(B)を含む混合物(I)の総質量に対する質量による組成物(A)の合計割合は、好ましくは1〜45質量%、特に2〜42質量%、より好ましくは3〜39質量%、特に好ましくは3.5〜36質量%である。出発物質の量を、言及された範囲に順守することにより、特に有利な細孔構造、低い熱伝導率および乾燥中における少ない収縮を有する多孔性材料がもたらされる。
反応前には、使用される成分を混合すること、特に、使用される成分を均一に混合することが必要である。混合速度は、混合不良を回避するために、反応速度に対して高くすべきである。適切な混合方法は、当業者にそれ自体は公知である。
本発明によれば、溶媒(B)が使用される。溶媒(B)は、2種以上の溶媒、例えば3種または4種の溶媒の混合物であってもよい。適切な溶媒は例えば、2種以上のケトンの混合物、例えばアセトンとジエチルケトンとの混合物、アセトンとメチルエチルケトンとの混合物またはジエチルケトンとメチルエチルケトンとの混合物である。
さらなる好ましい溶媒は、プロピレンカーボネートと1種または複数の溶媒との混合物、例えばプロピレンカーボネートとジエチルケトンとの混合物もしくはプロピレンカーボネートと2種以上のケトンとの混合物、例えばプロピレンカーボネートとアセトンおよびジエチルケトンとの混合物、プロピレンカーボネートとアセトンおよびメチルエチルケトンとの混合物またはプロピレンカーボネートとジエチルケトンおよびメチルエチルケトンとの混合物である。
多孔性材料を作製するための好ましい方法
本発明の方法は、
(a) 上記に記載した組成物(A)および溶媒(B)を含む混合物を用意する工程、
(b) 溶媒(B)の存在下で組成物(A)中の成分を反応させて、ゲルを形成する工程、ならびに
(c) 工程(b)において得られたゲルを乾燥させる工程
を少なくとも含む。
工程(a)から(c)の好ましい実施形態を、下記で詳細に記載する。
工程(a)
本発明によれば、組成物(A)および溶媒(B)を含む混合物が、工程(a)において用意される。
組成物(A)の成分、例えば成分(ai)、(aii)および(ac)は好ましくは、それぞれが溶媒(B)の一部をなす適切な量で、互いに別々に用意される。別々に用意することにより、ゲル化反応を、混合前および混合中に最適にモニタリングまたは制御することが可能になる。
成分(ac)は特に好ましくは、混合物として用意され、すなわち、成分(ai)および(aii)とは別にして用意される。
工程(a)において用意された1種または複数の混合物は、さらなる構成要素として、当業者に公知の慣例的な補助剤をさらに含み得る。例として、界面活性物質、難燃剤、核形成剤、酸化安定剤、潤滑剤および離型剤、染料および顔料、例えば加水分解、光、熱または変色に対する安定剤、無機および/または有機充填剤、補強材ならびに殺生物剤が挙げることができる。
上述した補助剤および添加剤に関するさらなる情報は、専門家による文献、例えば、Plastics Additive Handbook、第5版、H.Zweifel編集 Hanser Publishers、Munich、2001において見出すことができる。
工程(b)
本発明によれば、工程(b)において、組成物(A)の成分の反応が、溶媒(B)の存在下で起きて、ゲルを形成する。反応を実施するためには、最初に、工程(a)において用意される成分の均一な混合物を作製しなければならない。
工程(a)において用意される成分の用意は、従来の方法によって実施することができる。ここで、好ましくは、撹拌器具または別の混合器具が、良好で迅速な混合を達成するために使用される。均一な混合物を作製するために必要な時間は、混合不良を回避するために、ゲル化反応によりゲルの少なくとも部分的な形成が起きる時間より短くすべきである。他の混合条件は一般に重要ではなく、例えば、混合は、0〜100℃および0.1〜10バール(絶対圧)において実施することができ、特に、例えば室温および大気圧において実施することができる。均一な混合物が作成された後には、混合装置のスイッチを切ることが好ましい。
ゲル化反応は、ポリイソシアヌレート架橋ネットワーク構造をもたらす、重付加反応である。
本発明の目的のために、ゲルは、液体と接触した状態で存在するポリマーに基づく架橋系である(SolvogelもしくはLyogelとして公知であり、または、液体が水の場合は、アクアゲルもしくはヒドロゲルとして公知である)。ここで、ポリマー相は、連続的な三次元ネットワーク構造を形成する。
本発明の方法の工程(b)において、ゲルは通常、放置すること、例えば、混合物が中に存在する容器、反応容器または反応器(以下、ゲル化装置と呼ぶ)を単に静置することによって形成される。混合物は、ゲルの形成を妨げる可能性があるため、ゲル化(ゲル形成)中にもう撹拌または混合されないことが好ましい。ゲル化中の混合物を覆っておくことまたはゲル化装置を閉じておくことは、有利であることが判明した。
ゲル化は、当業者にそれ自体は公知であり、例えばWO2009/027310の21頁19行目〜23頁13行目に記載されている。
工程(c)
本発明によれば、工程(b)において得られたゲルは、工程(c)において乾燥される。
超臨界条件下での乾燥は原則的に、好ましくはCOまたは超臨界乾燥という目的に適した他の溶媒による溶媒の置きかえ後に可能である。このような乾燥は、当業者にそれ自体は公知である。超臨界条件は、COもしくはゲル化溶媒の除去のために使用される任意の溶媒、または、COとこの任意の溶媒との混合物が、超臨界状態で存在する、温度および圧力を特徴付ける。このようにすれば、溶媒を除去したときのゲル本体の収縮を低減することができる。
しかしながら、単純なプロセス条件という観点から、ゲルに含まれる液体の臨界温度および臨界圧力より低い温度および圧力おいて、ゲルに含まれる液体を気体状態に変換することによって得られたゲルを乾燥させることが好ましい。
得られたゲルの乾燥は好ましくは、溶媒(B)の臨界温度および臨界圧力より低い温度および圧力おいて、溶媒(B)を気体状態に変換することによって実施される。したがって、乾燥は好ましくは、あらかじめさらなる溶媒によって置きかえることなく、反応中に存在する溶媒(B)を除去することによって実施される。
このような方法も同様に当業者に公知であり、WO2009/027310の26頁22行目〜28頁36行目に記載されている。
さらなる実施形態によれば、本発明は、工程c)による乾燥が、ゲルに含まれる液体の臨界温度および臨界圧力より低い温度および圧力において、ゲルに含まれる液体を気体状態に変換することによって実施される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
さらなる実施形態によれば、本発明は、工程c)による乾燥が、超臨界条件下で実施される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法を対象とする。
多孔性材料の特性および多孔性材料を使用する方法
本発明は、本発明の方法によって得ることができる多孔性材料をさらに提供する。エアロゲルは、本発明の目的のための多孔性材料として好ましく、すなわち、本発明によって得ることができる多孔性材料は、好ましくは、エアロゲルである。
したがって、さらに、本発明は、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法によって得られるまたは得ることができる、多孔性材料を対象とする。特に、本発明は、工程c)による乾燥が、超臨界条件下で実施される、上記に開示の多孔性材料を製造するための方法によって得られるまたは得ることができる、多孔性材料を対象とする。
平均孔径は、統計学的に有意な数の細孔を使用した走査型電子顕微鏡法および後続の画像分析によって測定される。対応する方法は、当業者に公知である。
多孔性材料の体積平均孔径は、好ましくは、4ミクロン以下である。多孔性材料の体積平均孔径は、特に好ましくは3ミクロン以下、非常に特に好ましくは2ミクロン以下、特に1ミクロン以下である。
高い多孔度と複合した非常に小さな孔径は、低い熱伝導率の観点からも、作製の観点からも、十分に機械的に安定な多孔性材料を得るためにも望ましいが、体積平均孔径には、実用上の下限が存在する。一般に、体積平均孔径は、少なくとも10nm、好ましくは少なくとも30nmである。
本発明によって得ることができる多孔性材料は好ましくは、少なくとも70体積%、特に70〜99体積%、特に好ましくは少なくとも80体積%、非常に特に好ましくは少なくとも85体積%、特に85〜95体積%の多孔度を有する。体積%単位の多孔度は、多孔性材料の合計体積のうち指定された割合が、細孔で占められていることを意味する。非常に高い多孔度は通常、最低の熱伝導率という観点から望ましいが、多孔度には、多孔性材料の機械的特性および加工性によって上限が課されている。
組成物(A)の成分、例えば成分(ai)および(aii)および(ac)は触媒を導入することができる限り、本発明によって得ることができる多孔性材料中に反応性の(ポリマー)形態で存在する。本発明による組成物のため、モノマー構成成分は主に、多孔性材料中のイソシアヌレート結合部を介して結合しており、イソシアヌレート基は、モノマー構成成分(ai)および(aii)のイソシアネート基の三量体化によって形成される。多孔性材料がさらなる成分を含む場合、さらなる可能な結合部は例えば、イソシアネート基とアルコールまたはフェノールとの反応によって形成されたウレタン基である。
多孔性材料中のモノマー構成成分の結合部のmol%の測定は、固体の状態または膨潤した状態において、NMR(核磁気共鳴)分光法によって実施される。適切な測定法は、当業者に公知である。
本発明によって得ることができる多孔性材料の密度は、通常20〜600g/l、好ましくは50〜500g/l、特に好ましくは70〜300g/lである。
本発明の方法は、ポリマー粉末または粒子だけでなく、コヒーレントな多孔性材料も与える。ここで、得られた多孔性材料の三次元形状は、ゲルの形状によって決定され、そしてゲルの形状は、ゲル化装置の形状によって決定される。したがって、例えば、円筒形のゲル化容器は通常、後で乾燥させて、円筒形の形状を有する多孔性材料を生じさせることができる、ほぼ円筒形のゲルを生じさせる。
本発明によって得ることができる多孔性材料は、高い機械的安定性と複合した低い熱伝導率、高い多孔度および低い密度を有する。さらに、多孔性材料は、小さな平均孔径を有する。上述した特性の組合せにより、材料は、断熱の分野における絶縁材料として使用することができ、特に、空気の流通がある状態で建築資材としての用途のために使用することができる。
本発明によって得ることができる多孔性材料は、有利な熱的特性、ならびに、簡単に加工できることおよび高い機械的安定性、例えば低いぜい性等のさらなる有利な特性も有する。
本発明は、断熱材料としてまたは真空絶縁パネルのために、上記に開示の多孔性材料、または上記に開示の方法によって得られるもしくは得ることができる多孔性材料を使用する方法も対象とする。断熱材料は例えば、建物の内部または外部の絶縁のために使用される絶縁材料である。本発明による多孔性材料は、有利なことに、例えば複合材料等の断熱システム中に使用することができる。
したがって、さらなる実施形態によれば、本発明は、多孔性材料が、内部または外部の断熱システム中に使用される、上記に開示の多孔性材料を使用する方法を対象とする。さらなる実施形態によれば、本発明は、多孔性材料が、水タンクまたは製氷機用の断熱システム中に使用される、上記に開示の多孔性材料を使用する方法も対象とする。
本発明は、次の実施形態を含み、ここで、これらの実施形態は、当該実施形態において規定されたそれぞれの相互依存性によって示されている実施形態の特定の組合せを含む。
1. 多孔性材料を製造するための方法であって、
a) 混合物(I)を用意する工程であって、混合物(I)は、
(i) 組成物(A)であって、
成分(ai)としてのポリマー多官能性イソシアネート
成分(aii)としてのモノマー多官能性イソシアネート
を含むイソシアネート組成物(A)と、
成分(ac)としての少なくとも1種の触媒と
を少なくとも含む、組成物(A)
および
(ii) 溶媒(B)
を含む、工程、
b) 組成物(A)中の成分を反応させ、有機ゲルを得る工程、ならびに
c) 工程b)において得られたゲルを乾燥させる工程
を少なくとも含み、
組成物(A)が、芳香族アミンを実質的に含有しない、方法。
2. 組成物(A)が、84〜27質量%の量の成分(ai)および16〜73質量%の量の成分(aii)を含む、実施形態1による方法。
3. 成分(ai)が、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)をベースとするポリマー多官能性イソシアネートから選択され、成分(aii)が、モノマージフェニルメタンジイソシアネート(MDI)から選択される、実施形態1または2のいずれかによる方法。
4. 成分(aii)が、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートの混合物を含む、実施形態1から3のいずれかによる方法。
5. 組成物(A)が、1質量%未満の水を含む、実施形態1から4のいずれかによる方法。
6. 組成物(A)が、いずれの場合も組成物(A)の総質量に対して、
− 80〜99.9質量%の、多官能性イソシアネートを含む組成物(A)および
− 0.1〜20質量%の成分(ac)
を含み、組成物(A)の成分の質量%は合計で100質量%である、実施形態1から5のいずれかによる方法。
7. 触媒が、第一級、第二級および第三級アミン、トリアジン誘導体、金属有機化合物、金属キレート、ホスホレンの酸化物、第四級アンモニウム塩、アンモニウム塩、水酸化アンモニウムならびにアルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物、アルコキシドおよびカルボキシレートからなる群より選択される、実施形態1から6のいずれかによる方法。
8. 触媒が、三量体化を触媒して、イソシアヌレート基を形成する、実施形態1から7のいずれかによる方法。
9. 成分(ac)が、三量体化を触媒してイソシアヌレート基を形成する触媒および任意のアミン触媒を含む、実施形態1から8のいずれかによる方法。
10. 成分(ac)が、少なくとも1種のカルボン酸の金属塩を含む、実施形態1から9のいずれかによる方法。
11. 工程c)による乾燥が、ゲルに含まれる液体の臨界温度および臨界圧力より低い温度および圧力において、ゲルに含まれる液体を気体状態に変換することによって実施される、実施形態1から10のいずれかによる方法。
12. 工程c)による乾燥が、超臨界条件下で実施される、実施形態1から10のいずれかによる方法。
13. 実施形態1から12のいずれかによる方法によって得られるまたは得ることができる、多孔性材料。
14. 断熱材料としてまたは真空絶縁パネルのために、実施形態13による多孔性材料、または実施形態1から12のいずれかによる方法によって得られるもしくは得ることができる多孔性材料を使用する方法。
15. 多孔性材料が、内部または外部の断熱システム中に使用される、実施形態14による方法。
下記において、例を使用して、本発明を説明する。
実施例
1. 方法
1.1 熱伝導率の測定
DIN EN12667に従って、Hesto(Lambda Control A50)製の熱流計によって熱伝導率を測定した。
1.2 超臨界二酸化炭素による溶媒抽出
1個または数個のゲルモノリスを、容積25lのオートクレーブ内の試料トレー上に配置した。超臨界二酸化炭素(scCO)を充填した後、オートクレーブの中を通り抜けるように24時間scCOを流すこと(20kg/h)によって、ゲル化溶媒を除去した(乾燥した)。二酸化炭素を超臨界状態に維持するために、プロセス圧力を120〜130バールの間に保持し、プロセス温度を45℃に保持した。プロセスの終了時に、系を45℃の温度に維持しながら、圧力を、制御された方式で、通常の大気圧まで低下させた。オートクレーブ開け、得られた多孔性モノリスを取り出した。
2. 材料
M200:ASTM D−5155−96Aに従った100g当たり30.9gのNCO含量と、DIN53018に従ったおよそ3の官能価および25℃における2100mPa.sの粘度とを有する、オリゴマーMDI(Lupranat M200)(以下、「M200」)
Lupranat MI:ASTM D−5155−96Aに従った100g当たり33.5gのNCO含量と、DIN53018に従ったおよそ2の官能価および25℃における12mPa.sの粘度とを有する、モノマーMDI(Lupranat MI)(以下、「MI」)
Lupranat ME:ASTM D−5155−96Aに従った100g当たり33.5gのNCO含量と、DIN53018に従ったおよそ2の官能価および42℃における5mPa.sの粘度とを有する、モノマーMDI(Lupranat ME)(以下、「ME」)
触媒:Dabco K15(ジエチレングリコール(85%)に溶解されたカリウムエチルヘキサノエート)
Dabco TMR3(Air Products、42%トリメチルヒドロキシルプロピルアンモニウムホルメート+40%ジプロピレングリコール+10%ギ酸)
Niax A1(Momentive)(Lupragen N206(BASF)としても入手可能、ジプロピレングリコール中の70%ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル)
溶媒:アセトン
メチルエチルケトン(MEK)
ジエチルケトン(DEK)
トルエン
3. 実施例
3.1 実施例1
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、56gのM200を20℃で220gのMEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのMEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、破壊されたモノリスを取り出した。内部張力により、材料の完全な破壊が起きた。
3.2 実施例2
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、39.2gのM200および16.8gのMIを20℃で220gのMEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのMEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において18.4mW/mKであった。密度は、202kg/mであった。
3.3 実施例3
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、28gのM200および28gのMIを20℃で220gのMEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのMEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において18.9mW/mKであった。密度は、189kg/mであった。
3.4 実施例4
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、39.2gのM200および8.4gのMIおよび8.4gのMEを20℃で220gのアセトン中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのアセトン中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において21.2mW/mKであった。密度は、286kg/mであった。
3.5 実施例5
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、39.2gのM200および8.4gのMIおよび8.4gのMEを20℃で220gのMEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのMEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において19.8mW/mKであった。密度は、229kg/mであった。
3.6 実施例6
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、39.2gのM200および8.4gのMIおよび8.4gのMEを20℃で220gのDEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのDEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において17.0mW/mKであった。密度は、212kg/mであった。
3.7 実施例7
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、39.2gのM200および18.8gのMEを20℃で220gのDEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのDEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において16.6mW/mKであった。密度は、242kg/mであった。
3.8 実施例8
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、39.2gのM200および18.8gのMIを20℃で220gのDEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのDEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において16.7mW/mKであった。密度は、214kg/mであった。
3.9 実施例9
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、39.2gのM200および8.4gのMIおよび8.4gのMEを20℃で180gのDEKおよび40gのトルエン中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を180gのDEKおよび40gのトルエン中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において16.8mW/mKであった。密度は、208kg/mであった。
3.10 実施例10
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、48gのM200および8gのMEを20℃で220gのDEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのDEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において17.2mW/mKであった。密度は、216kg/mであった。
3.11 実施例11
ポリプロピレン容器内において、撹拌しながら、48gのM200および8gのMIを20℃で220gのDEK中に溶解させると、透明な溶液が生じた。同様に、2gのDabco K15を220gのDEK中に溶解させて、第2の溶液を得た。一方の溶液を他方の溶液に注ぎ込むことによって、長方形容器(20×20cm×高さ5cm)内で溶液を合わせると、これにより、透明で均一な低粘度の混合物が生じた。容器をフタで閉じ、混合物を室温で24時間ゲル化した。得られたモノリス状ゲルスラブを、25lオートクレーブ内でscCOによる溶媒抽出によって乾燥させると、多孔性材料が生じた。
ゲルモノリスを容器から取り出し、オートクレーブに移した。オートクレーブには、ゲルを完全に覆うように99vol%超のアセトンを充填し、次いで、フタを閉じた。これにより、ゲルは、モノリスがsc.COと接触する前に溶媒の蒸発により収縮することがなくなる。ゲルを、超臨界CO流中で24時間乾燥させた。容器内の圧力は、115〜120バールの間であり、温度は、40〜60℃の間であった。乾燥工程の終了時に、系の圧力を、45分間にわたって40℃の温度で1バールに低下させた。オートクレーブを開け、モノリスを取り出した。熱伝導率λは、DIN EN12667に従って、Hesto製のプレート装置(Lambda Control A50)によって測定した。熱伝導率は、10℃において17.4mW/mKであった。密度は、243kg/mであった。
4. 略語
O 水
K15 Dabco K15(PUR触媒)
M200 Lupranate M200(ポリイソシアネート)
MI Lupranat MI(モノマーイソシアネート)
ME Lupranat ME(モノマーイソシアネート)
DEK ジエチルケトン
MEK メチルエチルケトン
MDEA 4,4’−メチレンビス(2,6−ジエチルアニリン)

Claims (13)

  1. 多孔性材料を製造するための方法であって、
    a) 混合物(I)を用意する工程であって、混合物(I)は、
    (i)組成物(A)であって、
    84〜27質量%の量の成分(ai)としてのポリマー多官能性イソシアネート
    16〜73質量%の量の成分(aii)としてのモノマー多官能性イソシアネート
    を含むイソシアネート組成物(A)と、
    成分(ac)としての少なくとも1種の触媒と
    を少なくとも含む、組成物(A)
    および
    (ii) 溶媒(B)
    を含む、工程、
    b) 組成物(A)中の成分を反応させ、有機ゲルを得る工程、ならびに
    c) 工程b)において得られたゲルを乾燥させる工程
    を少なくとも含み、
    組成物(A)が、芳香族アミンを実質的に含有しなく、
    組成物(A)の成分(ai)、(aii)および(ac)が、それぞれが溶媒(B)の
    一部をなす適切な量で、互いに別々に用意される、方法。
  2. 成分(ai)が、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)をベースとするポリマー多官能性イソシアネートから選択され、成分(aii)が、モノマージフェニルメタンジイソシアネート(MDI)から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 成分(aii)が、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートの混合物を含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 組成物(A)が、1質量%未満の水を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 組成物(A)が、いずれの場合も組成物(A)の総質量に対して、
    − 80〜99.9質量%の、多官能性イソシアネートを含む組成物(A)、および
    − 0.1〜20質量%の成分(ac)
    を含み、
    組成物(A)の成分の質量%は合計で100質量%である、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記触媒が、第一級、第二級および第三級アミン、トリアジン誘導体、金属有機化合物、金属キレート、ホスホレンの酸化物、第四級アンモニウム塩、アンモニウム塩、水酸化アンモニウム、ならびに、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物、アルコキシドおよびカルボキシレートからなる群より選択される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記触媒が、三量体化を触媒して、イソシアヌレート基を形成する、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 成分(ac)が、三量体化を触媒してイソシアヌレート基を形成する触媒、および任意のアミン触媒を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 成分(ac)が、少なくとも1種のカルボン酸の金属塩を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 工程c)による乾燥が、ゲルに含まれる液体の臨界温度および臨界圧力より低い温度および圧力において、ゲルに含まれる液体を気体状態に変換することによって実施される、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 工程c)による乾燥が、超臨界条件下で実施される、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  12. 得られる前記多孔性材料が、断熱材料としてまたは真空絶縁パネルのために使用される、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法
  13. 前記多孔性材料が、内部または外部の断熱システム中に使用される、請求項12に記載の方法。
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