JP7001098B2 - キセロゲル、断熱材及び合わせガラスの製造方法 - Google Patents
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Description
透明断熱材としては、3次元網目状に連続した貫通孔と、アルキルシロキサンからなる3次元網目状に連続した骨格とから形成される3次元網目構造を有するアルキルシロキサンエアロゲルが提案されている(特許文献1)。
・図9に示すように、型10が少しでも傾くと、湿潤ゲル20に厚さに傾斜が生じ、湿潤ゲル20の厚さにばらつきが生じる。そのため、型の水平度を高度に制御する必要がある。
・湿潤ゲルが型の底面及び側面に接しているため、型によって湿潤ゲルが動きにくくなっている。そのため、湿潤ゲルと型との熱膨張率の差、ゲル化の際の湿潤ゲルの収縮等によって湿潤ゲルに歪みが生じ、湿潤ゲルが割れやすい。
・湿潤ゲルが型の底面及び側面に接しているため、湿潤ゲルを型から取り出す際に、湿潤ゲルに無理な力がかかりやすく、湿潤ゲルが割れやすい。
<1>第1の液状物からなる第1の液層の上に、ゲル原料を含む第2の液状物からなる第2の液層を存在させた状態で、前記第2の液層をゲル化させる、湿潤ゲルの製造方法。
<2>前記第1の液層と前記第2の液層との分離状態を保ったまま、前記第2の液層をゲル化させる、前記<1>の湿潤ゲルの製造方法。
<3>前記第1の液状物の100gに溶解する前記第2の液状物の量が、100g以下である、前記<1>又は<2>の湿潤ゲルの製造方法。
<4>前記第1の液状物の比重が、前記第2の液状物の比重よりも大きい、前記<1>~<3>のいずれか一項の湿潤ゲルの製造方法。
<5>前記第1の液状物及び前記第2の液状物として、互いに反応しないものを用いる、前記<1>~<4>のいずれか一項の湿潤ゲルの製造方法。
<6>前記第1の液状物が、実質的にゲル原料を含まない、前記<1>~<5>のいずれか一項の湿潤ゲルの製造方法。
<7>前記第2の液層をゲル化させて得られた湿潤ゲルの厚さの標準偏差が、0.5mm以下である、前記<1>~<6>のいずれか一項の湿潤ゲルの製造方法。
<8>前記第1の液状物が、フッ素原子を有する液状化合物、塩素原子を有する液状化合物、ケイ素原子を有する液状化合物、水、又は水銀である、前記<1>~<7>のいずれか一項の湿潤ゲルの製造方法。
<9>前記第1の液状物が、フッ素系溶媒、フッ素系オイル、塩素系溶媒、塩素系オイル又はシリコーン系オイルである、前記<1>~<7>のいずれか一項の湿潤ゲルの製造方法。
<10>前記第2の液状物に含まれる溶媒が有機溶媒又は水である、前記<1>~<9>のいずれか一項の湿潤ゲルの製造方法。
<11>前記<1>~<10>のいずれか一項の製造方法により得られる湿潤ゲル、又は該湿潤ゲルを溶媒置換して得られる溶媒置換ゲルを乾燥させてキセロゲルを得る、キセロゲルの製造方法。
<12>前記キセロゲルが、ポリシロキサン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリスチレン、レゾルシノール若しくはメラミンとホルムアルデヒドとの付加縮合物、又はセルロースである、前記<11>のキセロゲルの製造方法。
<13>前記キセロゲルの波長500nmにおける透過率が、厚さ1mm換算で70%以上である、前記<11>又は<12>のキセロゲルの製造方法。
<14>前記キセロゲルの25℃における波長594nmの光の屈折率が、1.0~1.1である、前記<11>~<13>のいずれか一項のキセロゲルの製造方法。
<15>前記<11>~<13>のいずれか一項の製造方法でキセロゲルを製造し、次いで得られるキセロゲルをガラス板で挟む、合わせガラスの製造方法。
「湿潤ゲル」とは、三次元網目が膨潤剤によって膨潤したゲルを意味する。膨潤剤が水であるヒドロゲル、膨潤剤がアルコールであるアルコゲル、膨潤剤が有機溶媒であるオルガノゲルを包含する。
「キセロゲル」とは、「国際純正応用化学連合(IUPAC)無機化学部会および高分子部会高分子用語法小委員会」の「ゾル,ゲル,網目,および無機有機複合材料の構造とプロセスに関する術語の定義(IUPAC勧告2007)」によれば「ゲルから膨潤剤を除去して形成された開放網目からなるゲル。」を意味する。超臨界乾燥によって膨潤剤を除去したものをエアロゲル、通常の蒸発乾燥によって膨潤剤を除去したものをキセロゲル、凍結乾燥によって膨潤剤を除去したものをクライオゲルとする分類法もあるが、本明細書及び特許請求の範囲においては、これらを総称してキセロゲルと称する。
数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
図1~図9における寸法比は説明の便宜上、実際のものとは異なったものである。
本発明のゲルの製造方法は、第1の液状物からなる第1の液層の上に、ゲル原料を含む第2の液状物からなる第2の液層を存在させた状態で、第2の液層をゲル化させる方法である。
本発明のゲルの製造方法においては、第2の液層をゲル化させて湿潤ゲルを得て、湿潤ゲルを溶媒置換して溶媒置換ゲルを得てもよい。また、湿潤ゲル又は溶媒置換ゲルを乾燥させてキセロゲルを得てもよい。
図1は、本発明のゲルの製造方法の一実施形態において、湿潤ゲルが型内で製造される様子を型の模式的断面図で示す説明図である。
底板と底板の周縁から上方に延びる側板とからなる型10内において、第1の液状物からなる第1の液層12の上に、ゲル原料を含む第2の液状物からなる第2の液層14を存在させた状態で、第2の液層14をゲル化させる。
・型10内に第1の液状物を流し込み、第1の液状物の上に第2の液状物を流し込むことによって第1の液層12の上に第2の液層14を存在させる方法。
・型10内に第1の液状物及び第2の液状物を同時に流し込み、静置して第1の液状物と第2の液状物とを層分離させることによって第1の液層12の上に第2の液層14を存在させる方法。
・型10内に第1の液状物を構成する成分及び第2の液状物を構成する成分を混合した混合液を流し込み、静置して第1の液状物を構成する成分と第2の液状物を構成する成分とを層分離させることによって第1の液層12の上に第2の液層14を存在させる方法。
第1の液層12の上に第2の液層14を存在させるためには、第1の液状物及び第2の液状物として、互いに反応しないものを用いることが好ましい。
フッ素系溶媒としては、ハイドロフルオロアルカン、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロモノエーテル、パーフルオロモノエーテル、ペルフルオロアルカン、ペルフルオロポリエーテル、ペルフルオロアミン、フッ素原子含有アルケン、フッ素原子含有芳香族化合物、フッ素原子含有ケトン、フッ素原子含有エステル等が挙げられる。フッ素系溶媒の市販品としては、旭硝子社登録商標のアサヒクリンAK-225(CF3CF2CHCl2)、AC-2000(CF3CF2CF2CF2CF2CHF2)、AC-6000(CF3CF2CF2CF2CF2CF2CH2CH3)、AE-3000(CF3CH2OCF2CHF2);3M社商品名のフロリナートやノベック7100(C4F9OCH3)、7200(C4F9OC2H5)、7300(C2F5CF(OCH3)CF(CF3)2);三井・デュポンフロロケミカル社商品名のバートレルXF(CF3CHFCHFC2F5)、MCA、XH;日本ゼオン社商品名のゼオローラH(ヘプタフルオロシクロペンタン)等が挙げられる。
フッ素系オイルの市販品としては、ソルベイ社商品名のフォンブリン、ダイキン工業社商品名のデムナムやダイフロイル等が挙げられる。
塩素系溶媒としては、四塩化炭素、クロロホルム、塩化メチレン等が挙げられる。
ケイ素原子を有する液状化合物としては、シリコーンオイル等が挙げられる。
シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等が挙げられる。シリコーンオイルの市販品としては、信越化学工業社商品名のKF-96等が挙げられる。
第2の液状物における溶媒は、第1の液状物に応じて適宜選択すればよい。第2の液状物における溶媒としては、水、有機溶媒等が挙げられる。
有機溶媒としては、アルコール(メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、tert-ブチルアルコール、ベンジルアルコール等)、非プロトン性極性有機溶媒(N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルアセトアミド等)、ケトン(シクロペンタノン、アセトン等)、炭化水素(n-ヘキサン、ヘプタン等)等が挙げられる。
キセロゲルがポリシロキサンキセロゲルの場合、ゲル原料としては、シラン化合物とゲル化を均一に促進するための触媒とを含むものが挙げられる。ゲル原料は、界面活性剤(ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド、BASF社商品名:プルロニック、日油社商品名:EH-208等)をさらに含んでいてもよい。
シラン化合物としては、アルコキシシラン、6員環含有骨格と加水分解性シリル基とを有する6員環含有シラン化合物、有機ポリマー骨格と加水分解性シリル基とを有するシリル基含有ポリマー等が挙げられる。
シリル基含有ポリマーにおける有機ポリマー骨格は、ポリエーテル鎖、ポリエステル鎖及びポリカーボネート鎖からなる群から選ばれる少なくとも1種の鎖を有する有機骨格である。
上記触媒としては、塩基触媒又は酸触媒が挙げられる。塩基触媒としては、アミン(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等)、尿素、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。酸触媒としては、無機酸(硝酸、硫酸、塩酸等)、有機酸(ギ酸、シュウ酸、酢酸、モノクロル酢酸、ジクロル酢酸、トリクロル酢酸等)が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、加熱すると溶媒に溶解し、冷却するとモノリス(多孔体)を形成できるものが挙げられ、具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン等が挙げられる。
硬化性樹脂としては、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が挙げられる。光硬化性樹脂としては、アクリレート及びメタクリレートのいずれか一方または両方と光開始剤とを含むものが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、レゾルシノールとホルムアルデヒドとの付加縮合物、メラミンとホルムアルデヒドとの付加縮合物等が挙げられる。
セルロースナノファイバーとしては、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)酸化セルロースナノファイバー等が挙げられる。
酸としては、前記無機酸又は前記有機酸が挙げられる。
ゲル原料がシラン化合物と触媒とを含むものである場合、第1の液層の上に存在する第2の液層を加熱してシラン化合物を加水分解してシラノール基(Si-OH)を生成させ、これらを分子間で反応させてSi-O-Si結合を形成することによって第2の液層がゲル化する。
ゲル原料が熱可塑性樹脂である場合、熱可塑性樹脂が溶媒に溶解した加熱状態の第2の液状物を第1の液層の上に流し込み、第1の液層の上に存在する第2の液層を冷却することによって第2の液層がゲル化する。
ゲル原料が光硬化性樹脂である場合、第1の液層の上に存在する第2の液層に紫外線等の光を照射して光硬化性モノマーを硬化することによって第2の液層がゲル化する。
ゲル原料が熱硬化性樹脂である場合、第1の液層の上に存在する第2の液層を加熱して熱硬化性モノマーを硬化することによって第2の液層がゲル化する。
ゲル原料がセルロースナノファイバーと酸との組み合わせである場合、第1の液層の上に存在するセルロースナノファイバー水分散液からなる第2の液層に酸を添加することによって第2の液層がゲル化する。
第2の液層をゲル化させる際には、第1の液層と第2の液層との界面の乱れを抑え、湿潤ゲルの厚さのばらつきを抑える点から、第1の液層と第2の液層との分離状態を保ったまま第2の液層をゲル化させることが好ましい。第1の液層と第2の液層との界面の乱れが抑えられれば、最終的に、表面が平滑な透明性の高いキセロゲルが得られる。第1の液層と第2の液層との分離状態を保ったまま第2の液層をゲル化させるためには、第1の液状物と第2の液状物との相溶性が低くなるような溶媒を選択したり、第2の液層を短時間でゲル化させたりすればよい。
第2の液層がゲル化した湿潤ゲル20が第1の液層12の上に存在する状態で型10を傾けると、第1の液層12の液面が水平になろうとする力が、湿潤ゲル20も水平にしようとするため、湿潤ゲル20の側面が、型10に対して上下にずれるようにして型10の側面から剥がれる。また、型10を傾けると、第1の液層12の液面の面積が水平のときよりも大きくなるため、底面の面積が変わらない湿潤ゲル20の側面が型10の側面から離れるようにして剥がれる。
このようにして型10の側面から剥がれた湿潤ゲル20は、無理な力をかけることなく、型10から容易に取り出せる。
湿潤ゲルの厚さの標準偏差は、0.5mm以下が好ましく、0.3mm以下がより好ましく、0.1mm以下がさらに好ましい。
なお、上記標準偏差は、下記のようにして求める。
湿潤ゲルの表面の中心を通り、かつ湿潤ゲルの表面を四等分する2本の線において、各線を四等分する点(計5点)を定める。例えば、湿潤ゲルの表面が四角形の場合、図3に示すように、2本の対角線において各対角線を四等分する点(計5点)を定める。また、湿潤ゲルの表面が円形の場合、図3に示すように、2本の直交する直径線において各直径線を四等分する点(計5点)を定める。各点における湿潤ゲルの厚さを測定し、下式Iから標準偏差を求める。
湿潤ゲルは、必要に応じて溶媒置換して溶媒置換ゲルとしてもよい。
溶媒置換は、湿潤ゲルを溶媒に浸漬して行われる。
溶媒置換に用いる溶媒は、溶媒置換ゲルの乾燥方法によって適宜選択される。
溶媒置換に用いる溶媒としては、超臨界乾燥の場合、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等が好ましく、常圧乾燥の場合、炭化水素(ヘキサン、ヘプタン等)、フッ素系溶媒等が好ましく、凍結乾燥の場合、tert-ブチルアルコール、含フッ素溶媒等が好ましい。
湿潤ゲル又は溶媒置換ゲルの乾燥方法としては、常圧乾燥法、凍結乾燥法(フリーズドライ法)、亜臨界乾燥法、超臨界乾燥法等が知られている。
蒸発乾燥法においては、例えば、温度20~100℃、常圧の条件下で湿潤ゲル又は溶媒置換ゲルから溶媒を蒸発させる。
凍結乾燥法においては、例えば、温度-30~0℃の条件下で湿潤ゲル又は溶媒置換ゲルを凍結させた後、温度-30~100℃の条件下で真空乾燥する。
超臨界乾燥法においては、例えば、温度35~100℃、圧力7.4~30MPaの条件下で超臨界二酸化炭素を湿潤ゲル又は溶媒置換ゲルに接触させる。
キセロゲルを透明断熱材として用いる場合、キセロゲルの波長500nmにおける透過率は、厚さ1mm換算で70%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
透過率は、JIS R 3106:1998「板ガラス類の透過率・反射率・放射率・日射熱取得率の試験方法」(対応国際規格ISO 9050:1990)に準拠して測定される。
また、本発明のゲルの製造方法にあっては、第1の液状物からなる第1の液層の上に、ゲル原料を含む第2の液状物からなる第2の液層を存在させた状態で、第2の液層をゲル化させる方法であるため、第2の液層は、型の側面のみに接し、型の底面に接していない。そのため、第2の液層をゲル化した際に湿潤ゲルに歪みが生じにくく、ゲル表面の散乱が減り、透明性が高い。また、容器の内面の粗度を滑らかにするような特殊加工も必要ない。また、図2に示すように湿潤ゲル20が第1の液層12の上に存在する状態で型10を傾けると、湿潤ゲル20の側面が型10の側面から自然に剥がれる。そして、湿潤ゲル20の底面は第1の液層12の表面に接しているため、型10の底面に拘束されていない。そのため、湿潤ゲル20を型10から取り出す際に、湿潤ゲル20に無理な力がかかりにくく、湿潤ゲル20が割れにくい。
また、本発明のゲルの製造方法にあっては、湿潤ゲルにクラックや割れが発生しにくいため、面積の大きいゲルを製造しやすい。また、本発明のゲルの製造方法は、第2の液層の底面が型に拘束されないため、湿潤ゲルの連続生産も可能である。
図5は、本発明のゲルの製造方法の他の実施形態を示す模式的説明図である。
底板と底板の周縁から上方に延びる側板とからなる容器30内に第1の液状物を流し込み、第1の液層12を形成する。第1の液層12に、引き上げ用の棒32が取り付けられた網34を沈める。筒状の内枠36を、開口が上下方向となり、かつ上部が第1の液層12の液面から突出するように、網34の上に置く。内枠36内の第1の液層12の上に第2の液状物を流し込むことによって第1の液層12の上に第2の液層14を存在させる。第2の液層14をゲル化させて湿潤ゲルを形成する。内枠36を取り外した後、網34を上昇させて湿潤ゲルを容器30から取り出す。
図6に示す実施形態は、第2の液層14の上に、第3の液層16をさらに存在させた実施形態である。
第3の液層16は、第2の液層14や湿潤ゲルからの溶媒の蒸発を抑え、湿潤ゲルの表面におけるクラックや割れを抑える。
第3の液層16は、第2の液層14を構成する第2の液状物よりもさらに比重が小さい第3の液状物からなることが好ましい。第3の液層の比重は、第2の液状物の比重よりも、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.3以上、さらに好ましくは0.5以上、小さい方がよい。また、2つの液状物の比重差は、大きいほどよいが、第2の液状物の比重が第3の液状物の比重よりも過度に大きい場合には、そのような液状物の組み合わせの種類が限定され、また、製造装置全体の重量を重くすることになるので、前者の比重は、後者よりも、3.0以上大きくないことが好ましい。
第3の液状物としては、炭化水素(ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン等)、炭化水素系オイル、植物性オイル、脂肪酸等が挙げられる。
第1の液層の上に第2の液状物を連続的に流し込みながら、第1の液層の上に形成される第2の液層を、第2の液状物を流し込む位置から遠ざかるように第1の液層の上で連続的に移動させる。第2の液層を第1の液層の上で連続的に移動させながら第2の液層を連続的にゲル化させ、形成された湿潤ゲルを第1の液層の上から連続的に抜き出す。
本発明のゲルの製造方法で得られたキセロゲルは、これを透明断熱層として用いて合わせガラスを製造することができる。図7は、かくして製造された透明断熱層を有する合わせガラスの一例を示す断面図である。
合わせガラス40は、第1のガラス板42と、第2のガラス板44と、第1のガラス板42と第2のガラス板44との間に配置された透明断熱シート60と、透明断熱シート60の周縁に接して透明断熱シート60を囲むように額縁状に配置されたスペーサー46と、第1のガラス板42と透明断熱シート60及びスペーサー46とを貼り合わせる第1の接着層48と、第2のガラス板44と透明断熱シート60及びスペーサー46とを貼り合わせる第2の接着層50とを有する。
透明断熱シート60は、透明断熱層62と、透明断熱層62の表面に設けられた2枚の樹脂フィルム64とを有する。
第1の接着層48及び第2の接着層50としては、ポリビニルブチラール、エチレン-酢酸ビニルコポリマー等の接着性透明樹脂を含む、合わせガラス用中間膜等が挙げられる。透明断熱層62は、本発明のゲルの製造方法で得られたキセロゲルである。
樹脂フィルム64の材料としては、ポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。
第1の液状物の比重と第2の液状物の比重との大小を下記基準にて表した。
A:第1の液状物の比重が第2の液状物の比重よりも大きい。
B:第1の液状物の比重と第2の液状物の比重とがほぼ等しい。
C:第1の液状物の比重が第2の液状物の比重よりも小さい。
第1の液状物の100gに第2の液状物を少しずつ加え、第2の液状物が溶けなくなるまで加えた第2の液状物の量を、第1の液状物の100gに溶解する第2の液状物の量とした。非相溶性を下記基準にて表した。
A:第1の液状物の100gに溶解する第2の液状物の量が1g以下である。
B:第1の液状物の100gに溶解する第2の液状物の量が1g超100g以下である。
C:第1の液状物の100gに溶解する第2の液状物の量が100g超である。
D:第1の液状物と第2の液状物の溶媒とが同じである。
第2の液状物のゲル化速度を下記基準にて表した。
A:第2の液状物のゲル化速度が極めて速い。
B:第2の液状物のゲル化速度が速い。
C:実用上問題ないが、第2の液状物のゲル化速度はあまり速くない。
第2の液層をゲル化した直後の容器内の湿潤ゲルの割れの有無を確認した。また、容器から取り出した直後の湿潤ゲルの割れの有無を確認した。
図3に示すように、湿潤ゲルの表面の2本の対角線において各対角線を四等分する点(計5点)を定め、各点における湿潤ゲルの厚さをデジマチックインジケータ(ミツトヨ社製、ID-H0530)で測定し、平均厚さを求めた。また、前記式Iから標準偏差を求めた。
キセロゲルの透過率は、JIS R 3106:1998(対応国際規格ISO 9050:1990)に準拠し、分光光度計(島津製作所社製、SolidSpec-3700DUV)を用いて測定した。
キセロゲルの屈折率は、屈折率測定装置(米国メトリコン社製、プリズムカプラ:2010/M)を用いて、25℃における波長594nmの光に対する屈折率を測定した。
メチルトリメトキシシランの8g、テトラメトキシシランの2g、5ミリモル/Lの酢酸水溶液の20g、尿素の6g及びヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドの2gをマグネット撹拌子の入ったポリエチレン製容器(以下、ポリ容器ともいう。)に入れ、25℃にて1500rpmの回転数で60分間撹拌し、アルコキシシランを加水分解させてゾル化し、第2の液状物(比重1.05)を得た。
第1の液状物として、動粘度が2.8cSt、比重が1.88であるフッ素系溶媒(3M社商品名:フロリナートFC-43)の50gを入れたポリプロピレン製容器(縦100mm、横100mm、高さ25mmの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で4日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表1に示す。
湿潤ゲルについて、メタノール、イソプロパノール、ヘプタンの順番で溶媒置換した。ヘプタンゲルを50℃のオーブンに入れ、24時間常圧乾燥し、透明なポリシロキサンキセロゲルを得た。ポリシロキサンキセロゲルについて透過率を測定した。結果を図8に示す。波長500nmにおける透過率は91%であった。また、波長594nmにおける屈折率は1.045であった。
メチルトリメトキシシランの10g、5ミリモル/Lの酢酸水溶液の20g、尿素の6g及びヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドの2gをマグネット撹拌子の入ったポリ容器に入れ、25℃にて1500rpmの回転数で30分間撹拌し、アルコキシシランを加水分解させてゾル化し、第2の液状物(比重1.05)を得た。
第1の液状物として、動粘度が0.7cSt、比重が1.66であるフッ素系溶媒(3M社商品名:ノベック7300)の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で4日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表1に示す。
メチルトリメトキシシランの20g、5ミリモル/Lの酢酸水溶液の40g、尿素の12g及びヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドの4gをマグネット撹拌子の入ったポリ容器に入れ、25℃にて1500rpmの回転数で60分間撹拌し、アルコキシシランを加水分解させてゾル化し第2の液状物(比重1.05)を得た。
第1の液状物として、動粘度が150cSt、比重が1.83であるフッ素系オイル(ソルベイ社商品名:フォンブリンM15)の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で3日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表1に示す。
メチルトリメトキシシランの30g、5ミリモル/Lの酢酸水溶液の60g、尿素の18g及びヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドの6gをマグネット撹拌子の入ったポリ容器に入れ、25℃にて1500rpmの回転数で60分間撹拌し、アルコキシシランを加水分解させてゾル化し第2の液状物(比重1.05)を得た。
第1の液状物として、比重が1.48であるクロロホルムの50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で4日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の白色ゲルであった。結果を表1に示す。
テトラメトキシシランの10g、5ミリモル/Lの酢酸水溶液の20g、尿素の6gをマグネット撹拌子の入ったポリ容器に入れ、25℃にて1500rpmの回転数で30分間撹拌し、アルコキシシランを加水分解させてゾル化し、第2の液状物(比重1.05)を得た。
第1の液状物としてフロリナート(3M社商品名)FC-43の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で3日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表1に示す。
メチルトリメトキシシランの15g及びエタノールの30gをマグネット撹拌子の入ったポリ容器に入れ、25℃にて1分間撹拌した。これに0.75モル/Lのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液の3gを加え、1500rpmの回転数で10秒間撹拌し、第2の液状物(比重0.89)を得た。
第1の液状物としてフロリナート(3M社商品名)FC-43の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で3日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表1に示す。
フッ素系溶媒の代わりに、動粘度が50cSt、比重が0.96であるシリコーンオイル(信越化学工業社製、商品名KF-96-50cs)の50gを用いた以外は、例6と同様の方法で湿潤ゲルを製造した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の半透明なゲルであった。結果を表2に示す。
イソシアヌル酸トリス[3-(トリメトキシシリル)プロピル]の5g、N,N-ジメチルホルムアミドの40gをマグネット撹拌子の入ったポリ容器に入れ、25℃にて1分間撹拌した。これに0.75モル/Lのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液の1gを加え、1500rpmの回転数で5秒間撹拌し、第2の液状物(比重1.02)を得た。
第1の液状物としてフロリナート(3M社商品名)FC-43の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で3日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表2に示す。
グリセリンにプロピレンオキシド80質量%及びエチレンオキシド20質量%を付加して得られた平均分子量5000の3官能ポリエーテルポリオールの末端に、日本特開平6-340798号公報に記載の方法と同様にして加水分解性シリル基を導入して、シリル基含有ポリマーを得た。
シリル基含有ポリマーの30g、メタノールの90gをマグネット撹拌子の入ったポリ容器に入れ、25℃にて10分間撹拌した。これに0.75モル/Lのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液の6gを加え、1500rpmの回転数で5秒間撹拌し、第2の液状物(比重0.89)を得た。
第1の液状物としてフロリナート(3M社商品名)FC-43の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で3日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表2に示す。
日本特許第4998981号公報に記載の方法と同様の方法により、未乾燥の亜硫酸漂白針葉樹パルプ(乾燥質量で2g分)、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)の0.025g及び臭化ナトリウムの0.25gを、水の150mLに分散させた後、13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、パルプの1gに対して次亜塩素酸ナトリウムの量が2.5ミリモルとなるように加えて反応を開始した。反応中は0.5モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10に保った。pHに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なし、反応物をガラスフィルターにてろ過した後、充分な量の水による水洗及びろ過を10回繰り返し、固形分量が25質量%となるように水を含浸させた酸化パルプを得た。
第1の液状物としてフッ素系溶媒(旭硝子社商品名、AK-225、比重1.55)の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器を一回り大きなポリプロピレン製の密閉容器に入れ、両者の容器の隙間に塩酸を入れたサンプル瓶を置き、2日間静置し、塩酸の蒸気によってセルロースナノファイバーを含む第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表2に示す。
フッ素系溶媒の代わりにクロロホルムを用いた以外は、例10と同様の方法で湿潤ゲルを製造した。容器から取り出した湿潤ゲルは割れのない一体物の半透明なゲルであった。結果を表2に示す。
ホットプレート付きのマグネット式撹拌機の上に、水の4g及びエタノールの36gを入れたマグネット撹拌子の入ったガラス製のサンプル瓶を置き、1500rpmの回転数で撹拌しながら、ポリメチルメタクリレート粉末(三菱ケミカル社製、BR80、質量平均分子量95,000)の10gを添加した。ポリメチルメタクリレートを溶解させるためにヒーターを100℃に加熱して、2時間後に均一な溶液を得た。これを第2の液状物(比重0.95)とした。
第1の液状物としてフロリナート(3M社商品名)FC-43の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、5℃の冷蔵庫に入れて24時間静置し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の白色ゲルであった。結果を表2に示す。
ウレタンアクリレート(新中村化学工業社製、UA-160TM)の1g、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(新中村化学工業社製、A-DPH)の1g、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(新中村化学工業社製、A-HDN)の0.5g及び1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASF社商品名:イルガキュア184)の0.1gをシクロペンタノンの22.5gに溶解させ、第2の液状物(比重0.98)を得た。
第1の液状物としてフロリナート(3M社商品名)FC-43の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。これに、高圧水銀ランプから150mW/cm2の照度で5分間、すなわち積算光量45J/cm2の紫外線を上部から照射して第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表3に示す。
フッ素系溶媒の代わりに蒸留水を用いた以外は、例13と同様の方法でゲルを製造した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表3に示す。
メチルトリメトキシシランの10g、5ミリモル/Lの酢酸水溶液の20g、尿素の6g、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドの2g及びノベック(3M社商品名)7300の50gをマグネット撹拌子の入ったポリ容器に入れ、25℃にて1500rpmの回転数で60分間撹拌した。撹拌を止めると、それぞれ透明な第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。これをポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に入れ、上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で4日間加熱し、第2の液層をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れの無い一体物の透明ゲルであった。結果を表3に示す。
例2と同様にして第2の液状物を得た。ポリプロピレン容器(例1と同じ大きさの箱状)に、第1の液状物としてノベック(3M社商品名)7300の50gを入れ、その上に第2の液状物を加え、さらにその上に第3の液状物として比重0.68のn-ヘプタンの30gを加えると、第1の液層、第2の液層及び第3の液層の3層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で4日間加熱し、第2の液状物をゲル化した。湿潤ゲルは、第1の液層と第3の液層との間に浮遊する状態で存在していた。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表3に示す。
例8と同様にして第2の液状物を得た。第1の液状物として蒸留水の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。5分後に第2の液層の流動性がなくなり、このまま25℃で1時間静置して第2の液状物をゲル化した。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。結果を表3に示す。
第1の液状物を用いずにポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物を加える以外は、例1と同様にして湿潤ゲルを得た。湿潤ゲルは透明であったが、容器から取り出す前にすでにいくつかの破片に割れていた。結果を表4に示す。
ポリプロピレン容器(例1と同じ大きさの箱状)に、離型剤としてシリコーンオイル(信越化学工業社製、KF-96-50cs)をあらかじめ塗布した以外は、例18と同様にして湿潤ゲルを得た。容器から取り出す前には割れはなかったが、湿潤ゲルを容器から取り出すときに、湿潤ゲルが容器の底面から剥離しにくく、湿潤ゲルがいくつかの破片に割れてしまった。結果を表4に示す。
例19と同様にして湿潤ゲルを得た。湿潤ゲルを容器から取り出すときに、容器ごと水槽の水に浸漬して容器の底面から湿潤ゲルを剥離させたところ、湿潤ゲルを割れずに取り出せた。容器から取り出した湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであったが、明らかに厚さに偏りが見られた。結果を表4に示す。
例2と同様にして第2の液状物を得た。第1の液状物として比重1.11のエチレングリコールの50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物をできるだけ第1の液状物の液面を乱さないように加えると、第1の液層及び第2の液層の2層に分離した。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で3日間加熱した。加熱の途中で第1の液層と第2の液層とが混ざってしまい、容器内の液状物がすべてゲル化していた。湿潤ゲルは、少しヘイズがあるものの、ほぼ透明であった。湿潤ゲルを容器から取り出すために容器の底面から剥離させようとしたところ、湿潤ゲルが割れてしまった。結果を表4に示す。
例2と同様にして第2の液状物を得た。第1の液状物として蒸留水の50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物をできるだけ第1の液状物の液面を乱さないように加えたが、第1の液状物と第2の液状物とが混ざり合ってしい、2層に分離しなかった。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で4日間加熱した。容器内の液状物がすべてゲル化していた。湿潤ゲルは、透明であった。湿潤ゲルを容器から取り出すために容器の底面から剥離させようとしたところ、湿潤ゲルが割れてしまった。結果を表4に示す。
例2と同様にして第2の液状物を得た。第1の液状物として比重0.68のn-ヘプタンの50gを入れたポリプロピレン製容器(例1と同じ大きさの箱状)に第2の液状物をできるだけ第1の液状物の液面を乱さないように加えると、第2の液状物が上に浮かぶことなくすぐに第1の液状物の下に沈んでしまい、下層が第2の液状物、上層が第1の液状物の2層構造になった。上記ポリプロピレン製容器をステンレス製の密閉容器に入れ、60℃オーブン中で4日間加熱した。容器内の上層がn-ヘプタンであり、下層が湿潤ゲルであった。湿潤ゲルは、割れのない一体物の透明ゲルであった。湿潤ゲルを容器から取り出すために容器の底面から剥離させようとしたところ、湿潤ゲルが割れてしまった。結果を表4に示す。
ジメトキシメチルビニルシラン(以下、VMDMSと略す)の60g、ジーtert-ブチルペルオキシドの0.66gをステンレス製の耐圧容器に入れ、窒素置換を行った。この耐圧容器を120℃のオーブン中で72時間保持した後、オーブンから取り出して粘調な透明液体を得た。
この透明液体の10g、ベンジルアルコール(以下、BzOHと略す)35.2gをマグネット撹拌子の入ったガラス容器に入れ、25℃にて800rpmの回転数で5分間撹拌した後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの1.2M水溶液を2.8g加えて、さらに3分間撹拌し第2の液状物(比重1.07)を得た。
さらに湿潤ゲルを、イソプロパノール、ヘプタンの順番で各々3回ずつ60℃にて溶媒置換した。ヘプタンゲルをヘプタンから取り出して60℃のオーブンに入れ、24時間常圧乾燥し、透明なポリシロキサンキセロゲルを得た。このキセロゲルの密度は0.22g/cm3であり、多孔質体であることが分かった。
3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製;KBM-503)の30g、エタノールの30g、2,2‘-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル(和光純薬社製;V65)の0.33gをステンレス製の耐圧容器に入れ、窒素置換を行った。この耐圧容器を60℃のオーブン中で48時間保持した後、オーブンから取り出して粘調な透明液体を得た。
この透明液体の10g、BzOHの40gをマグネット撹拌子の入ったガラス容器に入れ、25℃にて800rpmの回転数で5分間撹拌した後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの0.6M水溶液を1g加えて、さらに10秒間撹拌し第2の液状物を得た。
さらに湿潤ゲルを、イソプロパノール、ヘプタンの順番で各々3回ずつ60℃にて溶媒置換した。ヘプタンゲルをヘプタンから取り出して60℃のオーブンに入れ、24時間常圧乾燥し、透明なポリシロキサンキセロゲルを得た。このキセロゲルの密度は0.71g/cm3であり、多孔質体であることが分かった。
3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学社製;KBM-502)の30g、エタノールの30g、2,2‘-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリルの0.33gをステンレス製の耐圧容器に入れ、窒素置換を行った。この耐圧容器を60℃のオーブン中で48時間保持した後、オーブンから取り出して粘調な透明液体を得た。
この透明液体の10g、BzOHの40gをマグネット撹拌子の入ったガラス容器に入れ、25℃にて800rpmの回転数で5分間撹拌した後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドの0.6M水溶液を1.2g加えて、さらに10秒間撹拌し第2の液状物(比重1.07)を得た。
さらに湿潤ゲルを、イソプロパノール、ヘプタンの順番で各々3回ずつ60℃にて溶媒置換した。ヘプタンゲルをヘプタンから取り出して60℃のオーブンに入れ、24時間常圧乾燥し、透明なポリシロキサンキセロゲルを得た。このキセロゲルの密度は0.72g/cm3であり、多孔質体であることが分かった。
MTMS:メチルトリメトキシシラン、 TMOS:テトラメトキシシラン、
TTPI:イソシアヌル酸トリス[3-(トリメトキシシリル)プロピル]、
セルロース:TEMPO酸化セルロースナノファイバー、
PMMA:ポリメチルメタクリレート、 EtOH:エタノール、
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド、 MeOH:メタノール、
EG:エチレングリコール、 VMDMS:ジメトキシメチルビニルシラン
BzOH:ベンジルアルコール。
なお、2017年9月1日に出願された日本特許出願2017-168932号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (14)
- 第1の液状物からなる第1の液層の上に、ゲル原料を含む第2の液状物からなる第2の液層を存在させた状態で、前記第2の液層をゲル化させて湿潤ゲルを得た後に、得られた湿潤ゲルを乾燥させてキセロゲルとするキセロゲルの製造方法であり、
前記第1の液状物の比重が、前記第2の液状物の比重よりも大きく
前記キセロゲルが、ポリシロキサン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリスチレン、レゾルシノール若しくはメラミンとホルムアルデヒドとの付加縮合物、又はセルロースである、キセロゲルの製造方法。 - 前記第1の液層と前記第2の液層との分離状態を保ったまま、前記第2の液層をゲル化させる、請求項1に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記第1の液状物の100gに溶解する前記第2の液状物の量が、100g以下である、請求項1又は2に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記第1の液状物及び前記第2の液状物として、互いに反応しないものを用いる、請求項1~3のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記第1の液状物が、実質的にゲル原料を含まない、請求項1~4のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記第2の液層をゲル化させて得られた湿潤ゲルの厚さの標準偏差が、0.5mm以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記第1の液状物が、フッ素原子を有する液状化合物、塩素原子を有する液状化合物、ケイ素原子を有する液状化合物、水、又は水銀である、請求項1~6のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記第1の液状物が、フッ素系溶媒、フッ素系オイル、塩素系溶媒、塩素系オイル又はシリコーン系オイルである、請求項1~6のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記第2の液状物に含まれる溶媒が有機溶媒又は水である、請求項1~8のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記第1の液層の上に前記第2の液状物を連続的に流し込みながら、前記第1の液層の 上に形成される前記第2の液層を、前記第2の液状物を流し込む位置から遠ざかるよ うに前記第1の液層の上で連続的に移動させ、前記第2の液層を前記第1の液層の上で 連続的に移動させながら前記第2の液層を連続的にゲル化させ、形成された湿潤ゲルを前記第1の液層の上から連続的に抜き出す、請求項1~9のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記キセロゲルの波長500nmにおける透過率が、厚さ1mm換算で70%以上である、請求項1~10のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 前記キセロゲルの25℃における波長594nmの光の屈折率が、1.0~1.1である、請求項1~11のいずれか一項に記載のキセロゲルの製造方法。
- 請求項1~12のいずれか一項に記載の製造方法でキセロゲルを製造し、次いで得られるキセロゲルを断熱材に用いる、断熱材の製造方法。
- 請求項11~12のいずれか一項に記載の製造方法でキセロゲルを製造し、次いで得られるキセロゲルをガラス板で挟む、合わせガラスの製造方法。
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