JP7163967B2 - airgel composite - Google Patents

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Description

本発明は、新規なエアロゲル複合材料に関するものであり、更に詳しくは、建築用、極低温容器用、高温容器用等における断熱材として好適に使用されるエアロゲル複合材料に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel airgel composite material, and more particularly to an airgel composite material that is suitably used as a heat insulating material for construction, cryogenic containers, high temperature containers, and the like.

近年、居住空間の快適性、及び、省エネルギーの要求が高まる中、断熱対象物の形状も複雑となり、また、断熱材の設置空間も狭小となる傾向にある。従って、それらに用いられる断熱材は、更なる断熱性能の向上と薄型化が求められている。 In recent years, amid increasing demand for comfort in living spaces and energy saving, the shapes of objects to be insulated have become more complex, and the space where heat insulating materials are installed tends to become narrower. Therefore, heat insulating materials used for such devices are required to have further improved heat insulating performance and to be thinner.

従来の断熱材としては、ウレタンフォーム、フェノールフォーム等の発泡性の断熱材が知られている。しかし、これらの材料は空気よりも熱伝導率が高いために、更なる断熱性の向上のためには、空気よりも断熱性に優れる材料を開発しなければならない。 Foamed heat insulating materials such as urethane foam and phenol foam are known as conventional heat insulating materials. However, since these materials have a higher thermal conductivity than air, in order to further improve the thermal insulation properties, it is necessary to develop materials that are superior in thermal insulation properties to air.

空気より優れた断熱性を有する断熱材として、フォームを形成する空隙に、フロン又はフロン代替発泡剤等の使用により低熱伝導ガスを充填させた断熱材があるが、経時劣化による低熱伝導ガス漏出の可能性があり、断熱性能の低下が懸念される(例えば下記特許文献1)。 As a heat insulating material that has better heat insulating properties than air, there is a heat insulating material in which the voids forming the foam are filled with low thermal conductivity gas by using Freon or Freon substitute foaming agents, etc. However, due to deterioration over time, leakage of low heat conductive gas There is a possibility of this, and there is a concern that the heat insulation performance will be lowered (for example, Patent Document 1 below).

また、無機繊維とフェノール樹脂バインダーとを用いた芯材を有する真空断熱材が知られている(例えば下記特許文献2)。しかし、真空断熱材では、経時劣化又は梱包袋の傷といった問題により断熱性能が著しく低下し、さらに、真空梱包する点から断熱材の柔軟性がなく曲面への施工ができないといった課題がある。 A vacuum heat insulating material having a core material using inorganic fibers and a phenol resin binder is also known (for example, Patent Document 2 below). However, with vacuum insulation materials, there are problems such as deterioration over time and damage to the packaging bag, resulting in a significant decrease in insulation performance. Furthermore, there is a problem that the insulation cannot be applied to curved surfaces due to the lack of flexibility of vacuum packaging.

特許第4084516号公報Japanese Patent No. 4084516 特許第4898157号公報Japanese Patent No. 4898157 米国特許第4402927号明細書U.S. Pat. No. 4,402,927 特開2011-93744号公報JP 2011-93744 A

現在、常圧で最も低熱伝導の材料としてエアロゲルが知られている(例えば上記特許文献3)。エアロゲルは、微細多孔質の構造を有することにより、空気をはじめとする気体の移動が抑制されることで熱伝導が小さくなる。しかし、一般的なエアロゲルは、生産性に課題がある。 Airgel is currently known as a material with the lowest thermal conductivity at normal pressure (for example, Patent Document 3 above). Airgel has a microporous structure, which suppresses the movement of gases such as air, thereby reducing heat conduction. However, general airgel has a problem in productivity.

例えば、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3参照)。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。 For example, as a method for producing airgel, a supercritical drying method is known in which alkoxysilane is hydrolyzed and a gel compound (alcogel) obtained by polymerization is dried under the supercritical conditions of the dispersion medium ( For example, see Patent Document 3). In the supercritical drying method, the alcogel and the dispersion medium (solvent used for drying) are introduced into a high-pressure vessel, and the temperature and pressure above the critical point are applied to the dispersion medium to make it a supercritical fluid. It is a method of removing the solvent that is However, since the supercritical drying method requires a high-pressure process, it requires investment in special equipment that can withstand supercriticality, and much 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4参照)。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 technique for 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 is known in which monoalkyltrialkoxysilane and tetraalkoxysilane are used together in a specific ratio as gel raw materials to improve the strength of the resulting alcogel, followed by drying at normal pressure. (see Patent Document 4, for example). However, when such normal pressure drying is employed, the gel tends to shrink due to the stress caused by the capillary force inside the alcogel.

また、一般的なエアロゲルは、非常に脆く、取扱性が困難であるという課題もある。従来の断熱材のこのような問題を解決する手法として、エアロゲルと補強材とを用いたエアロゲルシートが考案されている。しかし、エアロゲル自体が脆いため、衝撃又は折り曲げ作業によりシートからエアロゲル(エアロゲル粉末等)が脱落するといった施工性の課題がある。 In addition, there is also the problem that general airgel is very fragile and difficult to handle. An airgel sheet using airgel and a reinforcing material has been devised as a method for solving such problems of conventional heat insulating materials. However, since the airgel itself is fragile, there is a workability problem that the airgel (airgel powder, etc.) falls off from the sheet due to impact or bending work.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、製造が容易であり、乾燥時の体積収縮が抑制されたエアロゲルが付着することで優れた断熱性を有し、且つ、エアロゲルの脱落を抑制することが可能なエアロゲル複合材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, is easy to manufacture, has excellent heat insulation by attaching an airgel with suppressed volume shrinkage during drying, and prevents the airgel from falling off. It is an object of the present invention to provide an airgel composite material that can be suppressed.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定のシランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルから、乾燥時の乾燥収縮が抑制されたエアロゲルが容易に得られることを見出し、また、当該エアロゲルが優れた断熱性及び柔軟性を有するため、多孔質構造を有する基材に付着することで、エアロゲルの脱落が少ない複合材料を形成できることを見出し、本発明の完成に至った。 The present inventors have made intensive studies to achieve the above object, and have found that a wet gel, which is a condensate of a sol containing a hydrolysis product of a specific silane oligomer, can suppress drying shrinkage during drying. In addition, since the airgel has excellent heat insulation and flexibility, it can be attached to a substrate having a porous structure to form a composite material with less airgel falling off. and completed the present invention.

本開示は、多孔質構造を有する基材と、該基材に付着したエアロゲルと、を備え、上記エアロゲルが、シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物であり、上記シランオリゴマー中のケイ素原子の総数に対する、3個の酸素原子と結合したケイ素原子の割合が50%以上である、エアロゲル複合材料を提供する。 The present disclosure comprises a substrate having a porous structure and an airgel attached to the substrate, wherein the airgel is a dried wet gel that is a condensate of a sol containing a hydrolysis product of a silane oligomer. and wherein the ratio of silicon atoms bonded to three oxygen atoms to the total number of silicon atoms in the silane oligomer is 50% or more.

本開示のエアロゲル複合材料において、上記シランオリゴマーの重量平均分子量は200以上10000以下であってよい。これにより、湿潤ゲルを乾燥する際の体積収縮が一層抑制される。なお、本明細書中、シランオリゴマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定した標準ポリスチレン換算の重量平均分子量を示す。 In the airgel composite material of the present disclosure, the silane oligomer may have a weight average molecular weight of 200 or more and 10,000 or less. This further suppresses volumetric shrinkage during drying of the wet gel. In addition, in this specification, the weight average molecular weight of the silane oligomer indicates the weight average molecular weight in terms of standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).

本開示のエアロゲル複合材料において、上記シランオリゴマーはアルコキシ基を有していてよく、上記アルコキシ基の含有量は、上記シランオリゴマーの全量基準で2質量%以上60質量%以下であってよい。これにより、乾燥時におけるエアロゲルの体積収縮が一層抑制される。 In the airgel composite material of the present disclosure, the silane oligomer may have an alkoxy group, and the content of the alkoxy group may be 2% by mass or more and 60% by mass or less based on the total amount of the silane oligomer. This further suppresses volumetric shrinkage of the airgel during drying.

本開示のエアロゲル複合材料において、上記ゾルはシリカ粒子を更に含有していてよい。これにより、更に優れた断熱性及び柔軟性が得られる。 In the airgel composite material of the present disclosure, the sol may further contain silica particles. This provides even better insulation and flexibility.

本開示のエアロゲル複合材料において、上記シリカ粒子の平均1次粒子径は1~500nmであってよい。これにより、断熱性及び柔軟性が更に向上しやすくなる。 In the airgel composite material of the present disclosure, the silica particles may have an average primary particle size of 1 to 500 nm. This makes it easier to further improve heat insulation and flexibility.

本開示のエアロゲル複合材料において、上記多孔質構造における孔は連通孔であってよく、上記孔の体積の合計は上記基材の全体積の50~99体積%であってよい。これにより,断熱性が更に向上しやすくなる。 In the airgel composite material of the present disclosure, the pores in the porous structure may be continuous pores, and the total volume of the pores may be 50-99% by volume of the total volume of the substrate. This makes it easier to further improve the heat insulation.

本開示のエアロゲル複合材料において、上記連通孔に上記エアロゲルが充填されていてよい。これにより、空気による熱伝導が抑制されて断熱性が更に向上しやすくなる。 In the airgel composite material of the present disclosure, the communication holes may be filled with the airgel. As a result, heat conduction by air is suppressed, and the heat insulating property is more likely to be improved.

本開示のエアロゲル複合材料において、上記多孔質構造を有する基材は、直径0.1~1000μmの繊維状物質からなるシートであってよい。これにより、繊維による熱伝導が抑制でき、かつ、空隙が充分に確保されるためシートへの上記ゾルの含浸性が向上する。 In the airgel composite material of the present disclosure, the substrate having the porous structure may be a sheet made of fibrous material with a diameter of 0.1 to 1000 μm. As a result, heat conduction by the fibers can be suppressed, and sufficient voids are ensured, so that the impregnating property of the sol into the sheet is improved.

本開示のエアロゲル複合材料は、上記繊維状物質に上記エアロゲルが付着していている態様とすることができる。この場合、繊維状物質同士の交点に存在するエアロゲルによって繊維状物質間の熱伝導が抑制でき、断熱性が更に向上しやすくなる。 The airgel composite material of the present disclosure may have a mode in which the airgel is attached to the fibrous substance. In this case, the airgel present at the intersections of the fibrous substances can suppress the heat conduction between the fibrous substances, further facilitating the improvement of the heat insulating properties.

本発明によれば、製造が容易であり、乾燥時の体積収縮が抑制されたエアロゲルが付着することで優れた断熱性を有し、且つ、エアロゲルの脱落を抑制することが可能なエアロゲル複合材料を提供することができる。 According to the present invention, it is easy to manufacture, has excellent heat insulation by attaching an airgel with suppressed volume shrinkage during drying, and can suppress the falling off of the airgel composite material. can be provided.

図1(a)、図1(b)及び図1(c)は、それぞれエアロゲル複合材料の実施形態を示す断面図である。1(a), 1(b), and 1(c) are cross-sectional views, respectively, showing embodiments of airgel composites.

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。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。「A又はB」とは、A及びBのいずれか一方を含んでいればよく、両方を含んでいてもよい。本実施形態で例示する材料は、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。 Preferred embodiments of the present invention are described below. I will explain in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In this specification, a numerical range indicated using "to" indicates a range including the numerical values before and after "to" as the minimum and maximum values, respectively. "A or B" may include either one of A and B, and may include both. The materials exemplified in this embodiment can be used singly or in combination of two or more unless otherwise specified. As used herein, the content of each component in the composition refers to the total amount of the multiple substances present in the composition unless otherwise specified when there are multiple substances corresponding to each component in the composition. means.

<エアロゲル複合材料>
本実施形態のエアロゲル複合材料は、多孔質構造を有する基材(多孔質基材)と、該基材に付着したエアロゲルと、を備える。上記エアロゲルは、シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲル(上記ゾルに由来する湿潤ゲル)の乾燥物である。すなわち、上記エアロゲルは、シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥してなる。また、本実施形態において、上記シランオリゴマー中のケイ素原子の総数に対する、3個の酸素原子と結合したケイ素原子の割合は、50%以上である。
<Airgel composite material>
The airgel composite material of the present embodiment includes a base material having a porous structure (porous base material) and airgel attached to the base material. The airgel is a dried product of a wet gel (wet gel derived from the sol) that is a condensate of a sol containing hydrolysis products of silane oligomers. That is, the airgel is obtained by drying a wet gel produced from a sol containing hydrolysis products of silane oligomers. In this embodiment, the ratio of silicon atoms bonded to three oxygen atoms to the total number of silicon atoms in the silane oligomer is 50% or more.

本実施形態のエアロゲル複合材料は、例えば、多孔質基材と、多孔質基材の少なくとも一部を被覆するエアロゲル層と、を有するものであってよい。図1(a)、図1(b)及び図1(c)は、エアロゲル複合材料の実施形態を示す断面図である。図1(a)に示すエアロゲル複合材料100、図1(b)に示すエアロゲル複合材料200及び図1(c)に示すエアロゲル複合材料300は、多孔質基材10と、エアロゲル層20とを備えている。図1(a)では、多孔質基材10の内部にエアロゲルが充填されていると共に、多孔質基材10の全体がエアロゲル層20に被覆されている。図1(b)では、多孔質基材10の表面上にエアロゲル層20が配置されている。図1(c)では、多孔質基材10の内部にエアロゲルが充填されており、当該エアロゲルが多孔質基材10の内部でエアロゲル層20を形成している。 The airgel composite material of this embodiment may have, for example, a porous substrate and an airgel layer covering at least a portion of the porous substrate. 1(a), 1(b) and 1(c) are cross-sectional views illustrating embodiments of airgel composites. The airgel composite material 100 shown in FIG. 1(a), the airgel composite material 200 shown in FIG. 1(b) and the airgel composite material 300 shown in FIG. ing. In FIG. 1( a ), the inside of the porous substrate 10 is filled with airgel, and the entire porous substrate 10 is covered with the airgel layer 20 . In FIG. 1(b), an airgel layer 20 is arranged on the surface of the porous substrate 10. In FIG. In FIG. 1( c ), the inside of the porous substrate 10 is filled with airgel, and the airgel forms an airgel layer 20 inside the porous substrate 10 .

本実施形態のエアロゲル複合材料では、特定のシランオリゴマーの加水分解生成物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を用いているため、断熱性と柔軟性とを両立することができる。特に、従来のエアロゲルでは、断熱性に優れるものの脆いため、取り扱い性が困難であるのに対し、本実施形態のエアロゲル複合材料では、上記特定のエアロゲルを用いることにより柔軟性が向上するため取り扱い性を向上させることができる。 The airgel composite material of the present embodiment uses an airgel that is a dry product of a wet gel that is a condensate of a sol containing a hydrolysis product of a specific silane oligomer, so that both heat insulation and flexibility are achieved. be able to. In particular, conventional airgel has excellent heat insulation but is brittle, so handling is difficult, whereas in the airgel composite material of the present embodiment, flexibility is improved by using the above-mentioned specific airgel. can be improved.

エアロゲル層の厚みは、例えば200μm以下とすることができ、100μm以下であってもよく、80μm以下であってもよく、50μm以下であってもよく、30μm以下であってもよい。エアロゲル層の厚みを200μm以下とすることで、粉落ちが容易に抑制されて取り扱い性がより向上する傾向がある。エアロゲル層の厚みは、例えば1μm以上とすることができ、3μm以上であってもよく、5μm以上であってもよく、10μm以上であってもよい。 The thickness of the airgel layer may be, for example, 200 μm or less, may be 100 μm or less, may be 80 μm or less, may be 50 μm or less, or may be 30 μm or less. By setting the thickness of the airgel layer to 200 μm or less, there is a tendency that powder fall-off is easily suppressed and handleability is further improved. The thickness of the airgel layer may be, for example, 1 μm or more, may be 3 μm or more, may be 5 μm or more, or may be 10 μm or more.

本実施形態のエアロゲル複合材料の厚みは、例えば100mm以下であってもよく、10mm以下であってもよく、1mm以下であってもよい。エアロゲル複合材料の厚みを100mm以下とすることで、エアロゲル複合材料が切断され易く施工性が良好となる。 The thickness of the airgel composite material of the present embodiment may be, for example, 100 mm or less, 10 mm or less, or 1 mm or less. By setting the thickness of the airgel composite material to 100 mm or less, the airgel composite material is easily cut and workability is improved.

(エアロゲル)
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程度のエアロゲル成分(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有している。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。例えば、本実施形態におけるエアロゲル層は、エアロゲルにより構成される層である。エアロゲル層は、ポリシロキサン由来の構造を有するエアロゲルを含有する層であってもよい。
(aerogel)
In a narrow sense, a dry gel obtained by supercritical drying of a wet gel is called aerogel, a dry gel obtained by drying under atmospheric pressure is called xerogel, and a dry gel obtained by freeze-drying is called cryogel. However, in the present embodiment, the resulting low-density dried gel is referred to as an "aerogel" regardless of these drying techniques for wet gels. That is, in the present embodiment, airgel is aerogel in a broad sense, meaning "Gel comprised of a microporous solid in which the dispersed phase is a gas (a gel composed of a microporous solid in which the dispersed phase is a gas)". It is something to do. In general, the inside of an airgel has a network-like fine structure, and has a cluster structure in which airgel components (particles constituting the airgel) of about 2 to 20 nm are bonded. Between the frameworks formed by these clusters are pores less than 100 nm. As a result, the airgel has a three-dimensionally fine porous structure. In addition, the airgel in this embodiment is, for example, a silica airgel containing silica as a main component. Silica airgel includes, for example, so-called organic-inorganic hybridized silica airgel into which an organic group (such as a methyl group) or an organic chain is introduced. For example, the airgel layer in this embodiment is a layer made of airgel. The airgel layer may be a layer containing airgel having a structure derived from polysiloxane.

本実施形態のエアロゲルは、シランオリゴマーの加水分解生成物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。すなわち、本実施形態のエアロゲルは、シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥して得られる。上記縮合物は、加水分解生成物の縮合反応によって得られたものであってよい。 The airgel of the present embodiment is a dried wet gel that is a condensate of a sol containing hydrolysis products of silane oligomers. That is, the airgel of the present embodiment is obtained by drying a wet gel produced from a sol containing hydrolysis products of silane oligomers. The condensate may be obtained by a condensation reaction of hydrolysis products.

エアロゲル層は、シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物から構成される層であってもよい。すなわち、エアロゲル層は、シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥してなる層で構成されていてもよい。 The airgel layer may be a layer composed of a dried wet gel that is a condensate of a sol containing hydrolysis products of silane oligomers. That is, the airgel layer may be composed of a layer obtained by drying a wet gel produced from a sol containing hydrolysis products of silane oligomers.

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、シランオリゴマーの加水分解生成物を含むケイ素化合物が液体媒体中に溶解又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。 The sol is a state before the gelation reaction occurs, and in the present embodiment, it means a state in which a silicon compound containing a hydrolysis product of a silane oligomer is dissolved or dispersed in a liquid medium. . A wet gel means a gel solid in a wet state that does not have fluidity even though it contains a liquid medium.

本実施形態のエアロゲルは、例えば、以下に示す製造方法で製造されたものであってよい。 The airgel of this embodiment may be produced, for example, by the production method described below.

<エアロゲルの製造方法>
本実施形態のエアロゲルは、シランオリゴマーを加水分解して、当該シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルを生成するゾル生成工程と、ゾルをゲル化して、湿潤ゲルを得る湿潤ゲル生成工程と、湿潤ゲルを乾燥してエアロゲルを得る乾燥工程と、を備える製造方法により製造されたものであってよい。この製造方法において、シランオリゴマー中のケイ素原子の総数に対する、3個の酸素原子と結合したケイ素原子の割合は、50%以上である。
<Method for producing airgel>
The airgel of the present embodiment includes a sol-generating step of hydrolyzing a silane oligomer to generate a sol containing a hydrolysis product of the silane oligomer, and a wet-gel-generating step of gelling the sol to obtain a wet gel. , and a drying step of drying the wet gel to obtain an airgel. In this production method, the ratio of silicon atoms bonded to three oxygen atoms to the total number of silicon atoms in the silane oligomer is 50% or more.

本実施形態のエアロゲルの製造方法は、湿潤ゲル生成工程で得られた湿潤ゲルを洗浄(及び、必要に応じて溶媒置換)する洗浄工程を更に備えていてもよい。なお、本実施形態では、ゾル生成工程及び湿潤ゲル生成工程において適切な触媒及び溶媒を用いることで、このような洗浄工程を省略してエアロゲルを製造することができる。洗浄工程の省略により、プロセスの簡略化及びコストの削減が達成できる。 The method for producing an airgel of the present embodiment may further include a washing step of washing (and optionally replacing the solvent) the wet gel obtained in the wet gel production step. In addition, in the present embodiment, by using an appropriate catalyst and solvent in the sol generation step and the wet gel generation step, the airgel can be produced by omitting such a washing step. By omitting the cleaning step, process simplification and cost reduction can be achieved.

(ゾル生成工程)
ゾル生成工程は、シランオリゴマーを加水分解して、シランオリゴマーの加水分解生成物を含むゾルを生成する工程である。
(Sol generation step)
The sol-generating step is a step of hydrolyzing the silane oligomer to generate a sol containing a hydrolysis product of the silane oligomer.

シランオリゴマーはシランモノマーの重合体であり、複数のケイ素原子が酸素原子を介して連結された構造を有する。本明細書中、シランオリゴマーは、1分子中のケイ素原子の数が2~100個の重合体を示す。シランオリゴマーは、例えば、後述するシランモノマーの一種又は二種以上の重合体であってよく、アルキルトリアルコキシシランを含むシランモノマーの重合体であることが好ましい。 A silane oligomer is a polymer of silane monomers and has a structure in which a plurality of silicon atoms are linked via oxygen atoms. As used herein, a silane oligomer refers to a polymer having 2 to 100 silicon atoms per molecule. The silane oligomer may be, for example, a polymer of one or two or more silane monomers, which will be described later, and is preferably a polymer of silane monomers containing an alkyltrialkoxysilane.

シランオリゴマーに含まれるケイ素原子は、1個の酸素原子と結合したケイ素原子(M単位)、2個の酸素原子と結合したケイ素原子(D単位)、3個の酸素原子と結合したケイ素原子(T単位)及び4個の酸素原子と結合したケイ素原子(Q単位)に区別することができる。M単位、D単位、T単位及びQ単位としては、それぞれ以下の式(M)、(D)、(T)及び(Q)が例示できる。 The silicon atoms contained in the silane oligomer include a silicon atom bonded to one oxygen atom (M unit), a silicon atom bonded to two oxygen atoms (D unit), a silicon atom bonded to three oxygen atoms ( T units) and silicon atoms bonded to four oxygen atoms (Q units). The following formulas (M), (D), (T) and (Q) can be exemplified as M units, D units, T units and Q units, respectively.

Figure 0007163967000001
Figure 0007163967000001

上記式中、Rはケイ素に結合する酸素原子以外の原子(水素原子等)又は原子団(アルキル基等)を示す。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 other than an oxygen atom bonded to silicon (such as a hydrogen atom) or an atomic group (such as an alkyl group). Information on the content of these units can be obtained by Si-NMR.

シランオリゴマーにおいて、ケイ素原子の総数に対するT単位の割合は、50%以上であり、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上であり、100%であってもよい。 In the silane oligomer, the ratio of T units to the total number of silicon atoms is 50% or more, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and may be 100%.

シランオリゴマーは、上述の式(M)、(D)、(T)及び(Q)中のRとして、アルキル基又はアリール基を有していることが好ましい。 The silane oligomer preferably has an alkyl group or an aryl group as R in formulas (M), (D), (T) and (Q) above.

アルキル基としては、例えば、炭素数1~6のアルキル基が挙げられる。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられ、これらのうちメチル基、エチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。 Examples of alkyl groups include alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, etc. Among these, methyl group and ethyl group are preferred, and methyl group is more preferred.

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。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。アリール基としては、フェニル基が好ましい。 Aryl groups include phenyl groups, substituted phenyl groups, and the like. Substituents for the substituted phenyl group include alkyl groups, vinyl groups, mercapto groups, amino groups, nitro groups, cyano groups and the like. A phenyl group is preferred as the aryl group.

シランオリゴマーは加水分解性の官能基を有しており、ゾル生成工程では、この加水分解性の官能基が加水分解されて、シラノール基が生じると考えられる。加水分解性の官能基としては、アルコキシ基が挙げられる。アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられ、加水分解反応の反応速度の観点から、メチル基、エトキシ基が好ましい。 The silane oligomer has a hydrolyzable functional group, and in the sol formation step, the hydrolyzable functional group is hydrolyzed to generate a silanol group. Hydrolyzable functional groups include alkoxy groups. Specific examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group and the like, and from the viewpoint of the hydrolysis reaction rate, a methyl group and an ethoxy group are preferred.

加水分解性の官能基の含有量は、シランオリゴマーの全量基準で、例えば2質量%以上であってよく、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。また、加水分解性の官能基の含有量は、シランオリゴマーの全量基準で、例えば60質量%以下であってよく、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下である。このようなシランオリゴマーによれば、乾燥工程における体積収縮を一層抑制できる。 The content of the hydrolyzable functional group may be, for example, 2% by mass or more, preferably 10% by mass or more, and more preferably 20% by mass or more, based on the total amount of the silane oligomer. Also, the content of the hydrolyzable functional group may be, for example, 60% by mass or less, preferably 50% by mass or less, and more preferably 45% by mass or less, based on the total amount of the silane oligomer. Such a silane oligomer can further suppress volumetric shrinkage during the drying process.

シランオリゴマーの重量平均分子量は、例えば200以上であってよく、好ましくは400以上、より好ましくは600以上である。また、シランオリゴマーの重量平均分子量は、例えば10000以下であってよく、好ましくは7000以下、より好ましくは5000以下である。このようなシランオリゴマーによれば、乾燥工程における体積収縮を一層抑制できる。なお、本明細書中、シランオリゴマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定した標準ポリスチレン換算の重量平均分子量を示す。 The weight average molecular weight of the silane oligomer may be, for example, 200 or more, preferably 400 or more, more preferably 600 or more. Also, the weight average molecular weight of the silane oligomer may be, for example, 10,000 or less, preferably 7,000 or less, and more preferably 5,000 or less. Such a silane oligomer can further suppress volumetric shrinkage during the drying process. In addition, in this specification, the weight average molecular weight of the silane oligomer indicates the weight average molecular weight in terms of standard polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC).

シランオリゴマーとしては市販品を用いてもよく、例えば、XR31-B1410、XC96-B0446(いずれも、モメンティブ社製)、KR-500、KR-515、X-40-9225、KC-89S(いずれも、信越化学工業株式会社製)、SR-2402、AY42-163(いずれも、東レ・ダウコーティング株式会社製)等が挙げられる。 Commercially available silane oligomers may be used, for example, XR31-B1410, XC96-B0446 (all manufactured by Momentive), KR-500, KR-515, X-40-9225, KC-89S (all , manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), SR-2402, AY42-163 (both manufactured by Toray Dow Coating Co., Ltd.), and the like.

ゾル生成工程では、シランオリゴマー以外の他のケイ素化合物を更に加水分解に供してもよい。他のケイ素化合物としては、例えば、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するシランモノマーが挙げられる。加水分解性の官能基としては、シランオリゴマーが有する加水分解性の官能基として例示した基と同じ基が例示できる。縮合性の官能基としてはシラノール基が挙げられる。なお、シランモノマーは、シロキサン結合(Si-O-Si)を有さないケイ素化合物ということもできる。 In the sol-forming step, silicon compounds other than the silane oligomer may be further subjected to hydrolysis. Other silicon compounds include, for example, silane monomers having hydrolyzable functional groups or condensable functional groups. As the hydrolyzable functional group, the same groups as those exemplified as the hydrolyzable functional group possessed by the silane oligomer can be exemplified. A silanol group is mentioned as a condensable functional group. The silane monomer can also be said to be a silicon compound that does not have a siloxane bond (Si--O--Si).

加水分解性の官能基を有するシランモノマーとしては、例えば、モノアルキルトリアルコキシシラン、モノアリー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、モノアリールジアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、ジアリー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、モノアリー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、ジアリー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、トリアリールモノアルコキシシラン、テトラアルコキシシラン等が挙げられる。具体的には、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトシシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン等が挙げられる。 Silane monomers having a hydrolyzable functional group include, for example, monoalkyltrialkoxysilanes, monoaryltrialkoxysilanes, monoalkyldialkoxysilanes, monoaryldialkoxysilanes, dialkyldialkoxysilanes, diaryldialkoxysilanes, mono Examples include alkylmonoalkoxysilanes, monoarylmonoalkoxysilanes, dialkylmonoalkoxysilanes, diarylmonoalkoxysilanes, trialkylmonoalkoxysilanes, triarylmonoalkoxysilanes, tetraalkoxysilanes, and the like. Specifically, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, tetraethoxysilane. Silane etc. are mentioned.

縮合性の官能基を有するシランモノマーとしては、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。 Examples of silane monomers having condensable functional groups include silanetetraol, methylsilanetriol, dimethylsilanediol, phenylsilanetriol, phenylmethylsilanediol, diphenylsilanediol, n-propylsilanetriol, hexylsilanetriol, and octyl. silanetriol, decylsilanetriol, trifluoropropylsilanetriol and the like.

シランモノマーは、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をさら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。 The silane monomer may further have a reactive group different from the hydrolyzable functional group and the condensable functional group. Reactive groups include epoxy group, mercapto group, glycidoxy group, vinyl group, acryloyl group, methacryloyl group, amino group and the like. The epoxy group may be contained in an epoxy group-containing group such as a glycidoxy group.

加水分解性の官能基及び反応性基を有するシランモノマーとしては、例えば、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が挙げられる。 Silane monomers having hydrolyzable functional groups and reactive groups include, for example, vinyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltri methoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N -2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane and the like.

縮合性の官能基及び反応性基を有するシランモノマーとしては、例えば、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が挙げられる。 Silane monomers having condensable functional groups and reactive groups include, for example, vinylsilanetriol, 3-glycidoxypropylsilanetriol, 3-glycidoxypropylmethylsilanediol, 3-methacryloxypropylsilanetriol, 3- methacryloxypropylmethylsilanediol, 3-acryloxypropylsilanetriol, 3-mercaptopropylsilanetriol, 3-mercaptopropylmethylsilanediol, N-phenyl-3-aminopropylsilanetriol, N-2-(aminoethyl)- 3-aminopropylmethylsilanediol and the like.

また、シランモノマーは2以上のケイ素原子を有していてもよく、このようなシランモノマーとしては、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等が挙げられる。 Also, the silane monomers may have two or more silicon atoms, and such silane monomers include bistrimethoxysilylmethane, bistrimethoxysilylethane, bistrimethoxysilylhexane, and the like.

他のケイ素化合物としては、また、加水分解性の反応基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物(但し、T単位の割合が50%未満、又は、ケイ素原子の数が100個を超える)が挙げられる。加水分解性の反応基及び縮合性の官能基としては上記と同じ基が例示できる。 Other silicon compounds include polysiloxane compounds having hydrolyzable reactive groups or condensable functional groups (provided that the proportion of T units is less than 50%, or the number of silicon atoms exceeds 100). is mentioned. Examples of the hydrolyzable reactive group and the condensable functional group include the same groups as described above.

上記ポリシロキサン化合物のうち、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。下記一般式(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、後述する一般式(1)及び式(1a)で表される構造をエアロゲルの骨格中に導入することができる。 Among the above polysiloxane compounds, examples of the polysiloxane compound having a hydroxyalkyl group include those having a structure represented by the following general formula (A). By using a polysiloxane compound having a structure represented by the following general formula (A), the structures represented by the general formulas (1) and (1a) described later can be introduced into the skeleton of the airgel. .

Figure 0007163967000002
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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 1-50. Here, the aryl group includes a phenyl group, a substituted phenyl group, and the like. Substituents for the substituted phenyl group include alkyl groups, vinyl groups, mercapto groups, amino groups, nitro groups, cyano groups and the like. In formula (A), two R 1a may be the same or different, and two R 2a may be the same or different. In formula (A), two or more R 3a may be the same or different, and two or more R 4a may be the same or different.

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。In formula (A), R 1a includes a hydroxyalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the hydroxyalkyl group include a hydroxyethyl group and a hydroxypropyl group. In formula (A), R 2a includes an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the alkylene group include an ethylene group and a propylene group. In formula (A), R 3a and R 4a 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. In formula (A), n can range from 2 to 30, but may range from 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, KF-6003 (all , manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and compounds such as XF42-B0970 and Fluid OFOH 702-4% (both of which are manufactured by Momentive).

上記ポリシロキサン化合物のうち、アルコキシ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(B)で表される構造を有するものが挙げられる。下記一般式(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、後述する一般式(2)又は(3)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の骨格中に導入することができる。 Among the above polysiloxane compounds, examples of the polysiloxane compound having an alkoxy group include those having a structure represented by the following general formula (B). By using a polysiloxane compound having a structure represented by the following general formula (B), a ladder-type structure having a bridging portion represented by the general formula (2) or (3) described later is formed in the skeleton of the airgel. can be introduced into

Figure 0007163967000003
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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。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 each independently represent an alkyl group or an aryl group. , m represents an integer from 1 to 50. Here, the aryl group includes a phenyl group, a substituted phenyl group, and the like. Substituents for the substituted phenyl group include alkyl groups, vinyl groups, mercapto groups, amino groups, nitro groups, cyano groups and the like. In formula (B), two R 1b may be the same or different, two R 2b may be the same or different, and similarly two R 3b may be the same or different. In formula (B), when m is an integer of 2 or more, two or more R 4b may be the same or different, and similarly two or more R 5b may be the same. may also be different.

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。In 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 the alkyl group or alkoxy group includes a methyl group, a methoxy group, and an ethoxy group. etc. In formula (B), R 2b and R 3b each independently include an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, 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. In formula (B), m can range from 2 to 30, but may range from 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、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 methods reported in JP-A-2000-26609 and JP-A-2012-233110. .

また、アルコキシ基を有するポリシロキサン化合物としては、例えば、メチルシリケートオリゴマー、エチルシリケートオリゴマー等のシリケートオリゴマーを用いることもできる。このようなシリケートオリゴマーとしては、例えば、メチルシリケート51、メチルシリケート53A、エチルシリケート40、エチルシリケート48(いずれも、コルコート株式会社製)等が挙げられる。 As the polysiloxane compound having an alkoxy group, for example, a silicate oligomer such as a methyl silicate oligomer or an ethyl silicate oligomer can also be used. Examples of such silicate oligomers include methyl silicate 51, methyl silicate 53A, ethyl silicate 40, and ethyl silicate 48 (all manufactured by Colcoat Co., Ltd.).

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。 In addition, since the alkoxy group is hydrolyzed, the polysiloxane compound having an alkoxy group may exist as a hydrolysis product in the sol, and the polysiloxane compound having an alkoxy group and its hydrolysis product are mixed. may be Moreover, in the polysiloxane compound having an alkoxy group, all the alkoxy groups in the molecule may be hydrolyzed or partially hydrolyzed.

ゾル生成工程で加水分解に供されるケイ素化合物のうち、上述のシランオリゴマーの割合は、例えば5質量%以上であってよく、10質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましい。 Among the silicon compounds subjected to hydrolysis in the sol-forming step, the proportion of the silane oligomer may be, for example, 5% by mass or more, preferably 10% by mass or more, and more preferably 20% by mass or more.

ゾル生成工程において、ケイ素化合物として上述のシランモノマーを更に用いる場合、当該シランモノマーの量は、シランオリゴマー100質量部に対して、2000質量部以下であってよく、好ましくは1000質量部以下、より好ましくは500質量部以下である。また、シランモノマーの量は、シランオリゴマー100質量部に対して、例えば1質量部以上であってよく、好ましくは10質量部以上、より好ましくは50質量部以上である。このような量のシランモノマーを用いることで、エアロゲルの柔軟性及び強靭性が向上し、乾燥工程における体積収縮が一層抑制されやすくなる傾向がある。 In the sol generation step, when the above-mentioned silane monomer is further used as the silicon compound, the amount of the silane monomer may be 2000 parts by mass or less, preferably 1000 parts by mass or less, or more, relative to 100 parts by mass of the silane oligomer. Preferably, it is 500 parts by mass or less. The amount of the silane monomer may be, for example, 1 part by mass or more, preferably 10 parts by mass or more, and more preferably 50 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the silane oligomer. By using such an amount of silane monomer, the flexibility and toughness of the airgel are improved, and the volume shrinkage during the drying process tends to be more easily suppressed.

ゾル生成工程において、ケイ素化合物として上述のポリシロキサン化合物を更に用いる場合、当該ポリシロキサン化合物の量は、シランオリゴマー100質量部に対して、100質量部以下であってよく、好ましくは50質量部以下、より好ましくは25質量部以下である。ポリシロキサン化合物の添加により、エアロゲルの柔軟性及び強靭性が向上する場合がある。 In the sol-generating step, when the above polysiloxane compound is further used as the silicon compound, the amount of the polysiloxane compound may be 100 parts by mass or less, preferably 50 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the silane oligomer. , more preferably 25 parts by mass or less. The addition of polysiloxane compounds may improve the flexibility and toughness of the airgel.

ゾル生成工程では、例えば、溶媒中でシランオリゴマーを含むケイ素化合物を加水分解することができる。溶媒はとしては、例えば、水、又は、水及びアルコールを含む混合溶媒を用いることができる。アルコールとしては、例えば、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であるメタノール、エタノール、2-プロパノール等が好適である。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。 In the sol generation step, for example, a silicon compound containing a silane oligomer can be hydrolyzed in a solvent. As the solvent, for example, water or a mixed solvent containing water and alcohol can be used. Examples of alcohol include methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, 2-butanol, t-butanol and the like. Among these, methanol, ethanol, 2-propanol, etc., which are alcohols having a low surface tension and a low boiling point, are preferable from the viewpoint of reducing the interfacial tension with the gel wall. These may be used alone or in combination of two or more.

洗浄工程を省略する観点からは、溶媒としては、水及びアルコールを含む混合溶媒が好ましい。このとき、水とアルコールとの混合比は特に限定されないが、例えば、水に対するアルコールの体積比(アルコール/水)は、1以上であってよく、1.5以上が好ましく、2以上がより好ましい。また、上記体積比は、例えば100以下であってよく、50以下が好ましく、10以下がより好ましい。 From the viewpoint of omitting the washing step, the solvent is preferably a mixed solvent containing water and alcohol. At this time, the mixing ratio of water and alcohol is not particularly limited, but for example, the volume ratio of alcohol to water (alcohol/water) may be 1 or more, preferably 1.5 or more, and more preferably 2 or more. . Also, the volume ratio may be, for example, 100 or less, preferably 50 or less, and more preferably 10 or less.

また、上記の混合溶媒には低表面張力の溶媒を更に添加することもできる。低表面張力の溶媒としては、20℃における表面張力が30mN/m以下のものが挙げられる。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。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。 A low surface tension solvent can also be added to the above mixed solvent. Low surface tension solvents include those 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 low surface tension solvents 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 other 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 (surface tension at 20° C. is shown in parentheses, and the unit is [mN/m]). Among these, aliphatic hydrocarbons (hexane, heptane, etc.) have low surface tension and are excellent in working environment. The above solvents may be used alone or in combination of two or more.

ゾル生成工程では、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。 In the sol-producing step, an acid catalyst may be further added to the solvent in order to promote the hydrolysis reaction.

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;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;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などが挙げられる。これらの中でも、得られるエアロゲルの耐水性がより向上する酸触媒としては有機カルボン酸が挙げられる。当該有機カルボン酸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。また、洗浄工程を省略する観点からは、酸触媒として酢酸、ギ酸等を用いることが好ましい。 Acid catalysts include 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 phosphates such as aluminum, acidic magnesium phosphate, and acidic zinc phosphate; Organic carboxylic acids such as acetic acid, formic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, citric acid, malic acid, adipic acid, and azelaic acid etc. Among these, an organic carboxylic acid can be mentioned as an acid catalyst that further improves the water resistance of the resulting airgel. The organic carboxylic acid includes acetic acid, but may also be formic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, or the like. From the viewpoint of omitting the washing step, it is preferable to use acetic acid, formic acid, or the like as the acid catalyst.

酸触媒の添加量は特に限定されないが、例えば、ケイ素化合物の総量100質量部に対し、0.001~10質量部とすることができる。 The amount of the acid catalyst to be added is not particularly limited, but can be, for example, 0.001 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the silicon compound.

ゾル生成工程では、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。但し、洗浄工程を省略する観点からは、界面活性剤及び熱加水分解性化合物は添加しないことが望ましい。 In the sol formation step, as shown in Japanese Patent No. 5250900, a surfactant, a thermally hydrolyzable compound, etc. can be added to the solvent. However, from the viewpoint of omitting the washing step, it is desirable not to add the surfactant and the thermally hydrolyzable compound.

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 surfactants, nonionic surfactants, ionic surfactants, and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

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 portion such as polyoxyethylene and a hydrophobic portion mainly composed of an alkyl group, a compound containing a hydrophilic portion such as polyoxypropylene, and the like can be used. Examples of compounds containing a hydrophilic portion such as polyoxyethylene and a hydrophobic portion mainly composed of alkyl groups include polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene octylphenyl ether, polyoxyethylene alkyl ether and the like. Compounds containing hydrophilic moieties such as polyoxypropylene include polyoxypropylene alkyl ethers, 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 ionic surfactants include cationic surfactants, anionic surfactants, and amphoteric surfactants. Examples of cationic surfactants include cetyltrimethylammonium bromide and cetyltrimethylammonium chloride, and examples of anionic surfactants include sodium dodecylsulfonate. Amphoteric surfactants include amino acid-based surfactants, betaine-based surfactants, amine oxide-based surfactants, and the like. Examples of amino acid-based surfactants include acylglutamic acid and the like. Examples of betaine surfactants include betaine lauryldimethylaminoacetate and betaine stearyldimethylaminoacetate. Amine oxide surfactants include, for example, lauryldimethylamine 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。なお、本実施形態では、溶媒として水及びアルコールを含む混合溶媒を用いた場合、アルコールが界面活性剤による上記効果と同様の効果を奏すると考えられ、界面活性剤を添加しなくても湿潤ゲルを好適に生成することができる。 These surfactants act to reduce the difference in chemical affinity between the solvent in the reaction system and the growing siloxane polymer in the wet gel formation step described later, thereby suppressing phase separation. It is believed that In the present embodiment, when a mixed solvent containing water and alcohol is used as a solvent, alcohol is considered to have the same effect as the above effect due to the surfactant, and even if the surfactant is not added, the wet gel can be preferably generated.

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 believed that the thermally hydrolyzable compound generates a base catalyst by thermal hydrolysis, makes the reaction solution basic, and promotes the sol-gel reaction in the wet gel formation step described later. Therefore, the thermohydrolyzable compound is not particularly limited as long as it is a compound capable of making the reaction solution basic after hydrolysis. Urea; formamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, acetamide, N acid amides such as -methylacetamide and N,N-dimethylacetamide; and cyclic nitrogen compounds such as hexamethylenetetramine. Among these, urea is particularly easy to obtain the above promotion effect.

ゾル生成工程では、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。また、ゾル生成工程では、後述するシリカ粒子を溶媒中に添加してもよい。 In the sol-forming step, components such as carbon graphite, an aluminum compound, a magnesium compound, a silver compound, and a titanium compound may be added to the solvent for the purpose of suppressing heat radiation. Further, in the sol-generating step, silica particles, which will be described later, may be added to the solvent.

ゾル生成工程の加水分解は、混合液中のケイ素化合物、酸触媒等の種類及び量にも左右されるが、例えば20~80℃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、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、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 generation step depends on the types and amounts of the silicon compound, acid catalyst, etc. in the mixed liquid, but may be carried out, for example, in a temperature environment of 20 to 80° C. for 10 minutes to 24 hours. It may be carried out in a temperature environment of ~60°C for 5 minutes to 8 hours. As a result, the hydrolyzable functional groups in the silicon compound are sufficiently hydrolyzed, and the hydrolysis product of the silicon compound can be obtained more reliably.

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 thermally hydrolyzable compound is added to the solvent, the temperature environment in the sol formation step may be adjusted to a temperature that suppresses hydrolysis of the thermally hydrolyzable compound and gelation of the sol. . The temperature at this time may be any temperature as long as it can suppress the hydrolysis of the thermally hydrolyzable compound. For example, when urea is used as the thermally hydrolyzable compound, the temperature environment in the sol formation step can be 0 to 40°C, but may be 10 to 30°C.

ゾル生成工程では、シランオリゴマーを含むケイ素化合物が加水分解されて、ケイ素化合物の加水分解生成物を含むゾルが生成する。当該加水分解生成物は、ケイ素化合物が有する加水分解性の官能基の一部又は全部が加水分解されたものということもできる。 In the sol-producing step, the silicon compound containing the silane oligomer is hydrolyzed to produce a sol containing a hydrolysis product of the silicon compound. It can also be said that the hydrolysis product is obtained by hydrolyzing part or all of the hydrolyzable functional groups of the silicon compound.

(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て、湿潤ゲルを得る工程である。本工程は、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ってもよい。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 generation step)
The wet gel forming step is a step of gelling the sol obtained in the sol forming step to obtain a wet gel. This step may be a step of gelling the sol 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、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸アンモニウム、炭酸銅(II)、炭酸鉄(II)、炭酸銀(I)等の炭酸塩類;炭酸水素カルシウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウム等の炭酸水素塩類;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。また、洗浄工程を省略する観点からも、塩基触媒としては水酸化アンモニウム(アンモニア水)が好ましい。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。 Basic catalysts include carbonates such as calcium carbonate, potassium carbonate, sodium carbonate, barium carbonate, magnesium carbonate, lithium carbonate, ammonium carbonate, copper (II) carbonate, iron (II) carbonate, and silver carbonate (I); Hydrogen carbonates such as calcium, potassium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate and ammonium hydrogen carbonate; alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide and cesium hydroxide; ammonium hydroxide, ammonium fluoride, Ammonium compounds such as ammonium chloride and ammonium bromide; basic sodium phosphate salts such as sodium metaphosphate, sodium pyrophosphate and 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, propyl Aliphatic amines such as amine, 3-(methylamino)propylamine, 3-(dimethylamino)propylamine, 3-methoxyamine, dimethylethanolamine, methyldiethanolamine, diethanolamine, triethanolamine; morpholine, N-methylmorpholine , 2-methylmorpholine, piperazine and its derivatives, piperidine and its derivatives, imidazole and its derivatives, and other nitrogen-containing heterocyclic compounds. Among these, ammonium hydroxide (aqueous ammonia) is highly volatile and hardly remains in the airgel after drying. Also from the viewpoint of omitting the washing step, ammonium hydroxide (ammonia water) is preferable as the basic catalyst. The above basic catalysts may be used alone or in combination of two or more.

塩基触媒を用いることで、ゾル中のケイ素化合物の脱水縮合反応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、エアロゲル中に残留し難いので、塩基触媒として水酸化アンモニウムを用いることで、より耐水性の優れたエアロゲルを得ることができる。 By using a basic catalyst, the dehydration-condensation reaction or the dealcoholization-condensation reaction of the silicon compound in the sol can be promoted, and the sol can be gelled in a shorter time. In addition, this makes it possible to obtain a wet gel with higher strength (rigidity). In particular, ammonia is highly volatile and does not easily remain in the airgel. Therefore, by using ammonium hydroxide as a basic catalyst, an airgel with more excellent water resistance can be obtained.

塩基触媒の添加量は、ゾル生成工程で用いたケイ素化合物の総量100質量部に対し、0.1~10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。0.1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、10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 amount of the basic catalyst to be added may be 0.1 to 10 parts by mass, but may be 1 to 4 parts by mass, per 100 parts by mass of the silicon compound used in the sol-forming step. When the amount is 0.1 part by mass or more, gelation can be performed in a shorter time, and when the amount is 10 parts by mass or less, deterioration of 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)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。 Gelation of the sol in the wet gel formation step may be performed in a sealed container so that the solvent and base catalyst do not volatilize. The gelation temperature can be 30-90°C, but may be 40-80°C. By setting the gelation temperature to 30° C. or higher, gelation can be performed in a shorter time, and a wet gel with higher strength (rigidity) can be obtained. In addition, by setting the gelation temperature to 90° C. or lower, volatilization of the solvent (especially alcohol) can be easily suppressed, so that gelation can be performed while suppressing 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)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。 Aging in the wet gel formation step may be performed in a closed container so that the solvent and basic catalyst do not volatilize. Aging strengthens the bonding of the components constituting the wet gel, and as a result, a wet gel having sufficient strength (rigidity) to suppress shrinkage during drying can be obtained. The aging temperature can be 30-90°C, but may be 40-80°C. By setting the aging temperature to 30°C or higher, a wet gel with higher strength (rigidity) can be obtained, and by setting the aging temperature to 90°C or lower, volatilization of the solvent (especially alcohol) can be easily suppressed. , it is possible to gel while suppressing volumetric 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, the gelation of the sol and the subsequent aging may be performed in a continuous 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適宜設定することができる。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 aging time can be appropriately set depending on the gelation temperature and aging temperature. The gelling time can be 10-120 minutes, but can also be 20-90 minutes. A gelation time of 10 minutes or more makes it easier to obtain a homogeneous wet gel, and a gelation time of 120 minutes or less makes it possible to simplify the washing and drying steps, which will be described later. In addition, the total time of the gelling and aging steps can be 4 to 480 hours, but may be 6 to 120 hours. A wet gel with higher strength (rigidity) can be obtained by setting the total time of gelling time and aging time to 4 hours or more, and the effect of aging can be more easily maintained by setting the total time to 480 hours or less.

得られるエアロゲルの密度を下げたり、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 resulting airgel and increase the average pore size, the gelation temperature and aging temperature are increased within the above range, or the total time of gelation time and aging time is increased within the above range. good. In addition, in order to increase the density of the resulting airgel and reduce the average pore size, the gelation temperature and aging temperature are lowered within the above range, and the total time of gelation time and aging time is shortened within the above range. You may

(洗浄工程)
洗浄工程は、湿潤ゲル生成工程で得られた湿潤ゲルを洗浄する工程である。洗浄工程では、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溶媒置換を更に行ってもよい。
(Washing process)
The washing step is a step of washing the wet gel obtained in the wet gel forming step. In the washing step, solvent replacement may be further performed to replace the washing liquid in the wet gel with a solvent suitable for the drying conditions (drying step described later).

洗浄工程では、湿潤ゲル生成工程により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 forming step is washed. The washing can be repeated using, for example, water or an organic solvent. At this time, the cleaning 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。 Organic solvents include 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. , N,N-dimethylformamide, dimethylsulfoxide, acetic acid, formic acid and the like can be used. The above organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

溶媒置換では、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、溶媒置換において低表面張力の溶媒を用いる場合、洗浄に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、洗浄において用いられる親水性有機溶媒は、溶媒置換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, a low surface tension solvent can be used in order to suppress 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 for solvent replacement, the organic solvent used for washing includes hydrophilic organic solvents having high mutual solubility in both water and low surface tension solvents. In addition, the hydrophilic organic solvent used in washing can play a role of pre-replacement for solvent replacement. Among the above organic solvents, hydrophilic organic solvents include methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone and the like. In addition, methanol, ethanol, methyl ethyl ketone, etc. are excellent in terms of economy.

洗浄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。 The amount of water or organic solvent used for washing can be an amount that can sufficiently replace the solvent in the wet gel and wash. The amount can be 3 to 10 times the volume of the wet gel.

洗浄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 for washing can be a temperature below the boiling point of the solvent used for washing.

溶媒置換では、乾燥工程におけるエアロゲルの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, the solvent in the washed wet gel is replaced with a predetermined replacement solvent in order to suppress the shrinkage of the airgel during the drying process. At this time, the replacement efficiency can be improved by heating. Specific examples of the replacement solvent include low surface tension solvents described below when drying is performed under atmospheric pressure at a temperature below the critical point of the solvent used for drying in the drying step. On the other hand, in the case of supercritical drying, the replacement solvent includes, for example, ethanol, methanol, 2-propanol, dichlorodifluoromethane, carbon dioxide, or a mixture of two or more thereof.

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、洗浄時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。 Solvents with low surface tension include solvents with 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 low surface tension solvents 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 other 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 (surface tension at 20° C. is shown in parentheses, and the unit is [mN/m]). Among these, aliphatic hydrocarbons (hexane, heptane, etc.) have low surface tension and are excellent in working environment. Among these, hydrophilic organic solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and 1,2-dimethoxyethane can also be used as organic solvents for washing. Among these, a solvent having a boiling point of 100° C. or lower under normal pressure may be used because it can be easily dried in the drying step to be described later. The above solvents may be used alone or in combination of two or more.

溶媒置換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 solvent used for solvent replacement 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 can be a temperature below the boiling point of the solvent used for replacement.

本実施形態では、例えば、酸触媒として酢酸、ギ酸、プロピオン酸からなる群より選択される有機カルボン酸、溶媒として水及びアルコール(例えば、メタノール、エタノール、2-プロパノール、n-プロパノール、t-ブタノール等)を含む混合溶媒、塩基触媒として水酸化アンモニウムをそれぞれ選択することで、洗浄工程を省略できる。洗浄工程を省略した場合は、例えば、湿潤ゲル生成工程で得た湿潤ゲル中の溶媒を、乾燥工程で除去することにより、エアロゲルが製造される。 In the present embodiment, for example, an organic carboxylic acid selected from the group consisting of acetic acid, formic acid, and propionic acid as an acid catalyst, water and an alcohol (e.g., methanol, ethanol, 2-propanol, n-propanol, t-butanol) as a solvent etc.) and ammonium hydroxide as the basic catalyst, the washing step can be omitted. When the washing step is omitted, for example, the airgel is produced by removing the solvent in the wet gel obtained in the wet gel production step in the drying step.

(乾燥工程)
乾燥工程では、(必要に応じて洗浄工程を経た)湿潤ゲルを乾燥させることにより、エアロゲル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を得ることができる。
(Drying process)
In the drying step, the airgel can be obtained by drying the wet gel (which has undergone the washing step as necessary). That is, an airgel can be obtained by drying the wet gel produced from the sol.

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を製造し易いという観点からは、凍結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 method of drying is not particularly limited, and known normal pressure drying, supercritical drying or freeze drying can be used. Among these, freeze drying or supercritical drying can be used from the viewpoint of easy production of low-density aerogels. Moreover, normal pressure drying can be used from the viewpoint of low-cost production. In addition, in this embodiment, normal pressure means 0.1 MPa (atmospheric pressure).

エアロゲルは、湿潤ゲルを、湿潤ゲル中の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、湿潤ゲル中の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、20~180℃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、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。 Aerogels can be obtained by drying a wet gel under atmospheric pressure at a temperature below the critical point of the solvent in the wet gel. The drying temperature varies depending on the type of solvent in the wet gel, but it should be 20 to 180 ° C., especially considering that drying at high temperatures accelerates the evaporation rate of the solvent and may cause large cracks in the gel. can be done. Incidentally, the drying temperature may be 60 to 120°C. Also, the drying time varies depending on the volume of the wet gel and the drying temperature, but can be 4 to 120 hours. It should be noted that normal pressure drying also includes speeding up drying by applying a pressure below the critical point within a range that does not impede productivity.

エアロゲルは、また、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。 Aerogels can also be obtained by supercritical drying of wet gels. Supercritical drying can be performed by a known method. Examples of the supercritical drying method include a method of removing the solvent at a temperature and pressure above the critical point of the solvent contained in the wet gel. Alternatively, as a method of supercritical drying, the wet gel is immersed in liquefied carbon dioxide under conditions of, for example, 20 to 25 ° C. and 5 to 20 MPa, so that all or part of the solvent contained in the wet gel is is replaced with carbon dioxide having a lower critical point than the solvent, and then carbon dioxide alone or a mixture of carbon dioxide and the solvent is 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 obtained by such normal pressure drying or supercritical drying may be additionally dried at 105 to 200° C. for about 0.5 to 2 hours under normal pressure. This makes it easier to obtain aerogels with low densities and small pores. Additional drying may be performed at 150 to 200° C. under normal pressure.

<エアロゲル>
本実施形態のエアロゲルは、シランオリゴマーの加水分解生成物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。本実施形態のエアロゲルとしては、例えば、以下の態様が挙げられる。これらの態様を採用することにより、断熱性と柔軟性とに更に優れるエアロゲルを得ることが容易となる。各々の態様を採用することで、各々の態様に応じた断熱性と柔軟性とを有するエアロゲルを得ることができる。
<Aerogel>
The airgel of the present embodiment is a dried wet gel that is a condensate of a sol containing hydrolysis products of silane oligomers. Examples of the airgel of the present embodiment include the following aspects. By adopting these aspects, it becomes easier to obtain an airgel that is even more excellent in heat insulation and flexibility. By adopting each aspect, it is possible to obtain an airgel having thermal insulation and flexibility according to each aspect.

(第一の態様)
本実施形態に係るエアロゲルは、下記一般式(1)で表される構造を有することができる。本実施形態に係るエアロゲルは、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。

Figure 0007163967000004
Figure 0007163967000005
(First aspect)
The airgel according to this embodiment can have a structure represented by the following general formula (1). The airgel according to this embodiment can have a structure represented by the following general formula (1a) as a structure containing the structure represented by formula (1).
Figure 0007163967000004
Figure 0007163967000005

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 formulas (1) and (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, the aryl group includes a phenyl group, a substituted phenyl group, and the like. Substituents for the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, a cyano group and the like. p represents an integer from 1 to 50; In formula (1a), two or more R 1 's may be the same or different, and two or more R 2 's may be the same or different. In formula (1a), two R 3 may be the same or different, and similarly, two R 4 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) as an airgel component into the skeleton of the airgel, a low thermal conductivity and flexible airgel can be obtained. From this point of view, in formulas (1) and (1a), R 1 and R 2 each independently include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group, and the like. and the like. In formulas (1) and (1a), R 3 and R 4 each independently include an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the alkylene group include an ethylene group and a propylene group. be done. In formula (1a), p can be 2-30, and may be 5-20.

(第二の態様)
本実施形態に係るエアロゲルは、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。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、エアロゲルが部分的にラダー型構造を有していてもよい。

Figure 0007163967000006
(Second aspect)
The airgel according to the present embodiment can have a ladder-type structure comprising a strut portion and a bridging portion, and the bridging portion can have a structure represented by the following general formula (2). Heat resistance and mechanical strength can be improved by introducing such a ladder structure as an airgel component into the skeleton of the airgel. In the present embodiment, the “ladder structure” refers to a structure having two struts and bridges that connect the struts (having a so-called “ladder” form) is. In this embodiment, the skeleton of the airgel may have a ladder-type structure, or the airgel may partially have a ladder-type structure.
Figure 0007163967000006

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 1-50. Here, the aryl group includes a phenyl group, a substituted phenyl group, and the like. Substituents for the substituted phenyl group include alkyl groups, vinyl groups, mercapto groups, amino groups, nitro groups, cyano groups and the like. In formula (2), when b is an integer of 2 or more, two or more R 5 may be the same or different, and two or more R 6 may also be the same. may also be different.

上記の構造をエアロゲル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。なお、下記一般式(X)にて示すように、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-であるが、本実施形態に係るエアロゲルでは、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、本態様のエアロゲルは、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。

Figure 0007163967000007
By introducing the above structure into the skeleton of the airgel, for example, having a structure derived from a conventional ladder-type silsesquioxane (i.e., having a structure represented by the following general formula (X)) airgel than It becomes an airgel with excellent flexibility. Silsesquioxane is a polysiloxane having a compositional formula: (RSiO 1.5 ) n and can have various skeleton structures such as a cage type, ladder type and random type. In addition, as shown by the following general formula (X), in the airgel having a structure derived from a conventional ladder-type silsesquioxane, the structure of the bridging portion is -O-, but the airgel according to the present embodiment Then, the structure of the bridging portion is the structure (polysiloxane structure) represented by the general formula (2). However, the airgel of this aspect may have a structure derived from silsesquioxane in addition to the structure represented by general formula (2).
Figure 0007163967000007

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。

Figure 0007163967000008
The structure and chain length of the struts, and the spacing of the structure that serves as the bridging portion are not particularly limited. 3) may have a ladder-type structure.
Figure 0007163967000008

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, b is 1 to 50 Indicates an integer. Here, the aryl group includes a phenyl group, a substituted phenyl group, and the like. Substituents for the substituted phenyl group include alkyl groups, vinyl groups, mercapto groups, amino groups, nitro groups, cyano groups and the like. In formula (3), when b is an integer of 2 or more, two or more R 5 may be the same or different, and two or more R 6 may also be the same. may also be different. In formula (3), when a is an integer of 2 or more, two or more R 7 may be the same or different, and similarly when c is an integer of 2 or more, two or more each R 8 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, in formulas (2) and (3), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 (wherein R 7 and R 8 are only in formula (3)) 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 formula (3), a and c can be independently 6 to 2,000, but may be 10 to 1,000. In formulas (2) and (3), b can be 2 to 30, but may be 5 to 20.

(第三の態様)
本実施形態に係るエアロゲルは、さらに強靱化する観点並びにさらに優れた断熱性及び柔軟性を達成する観点から、エアロゲル成分に加え、さらにシリカ粒子を含有していてもよい。エアロゲル成分及びシリカ粒子を含有するエアロゲルを、エアロゲル複合体ということもできる。エアロゲル複合体は、エアロゲル成分とシリカ粒子とが複合化されていながらも、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と考えられる。
(Third aspect)
The airgel according to the present embodiment may further contain silica particles in addition to the airgel component from the viewpoint of further toughening and the viewpoint of achieving even better heat insulation and flexibility. An airgel containing an airgel component and silica particles can also be referred to as an airgel composite. The airgel composite has a cluster structure, which is a characteristic of airgel, even though the airgel component and silica particles are composited, and is considered to have a three-dimensionally fine porous structure. .

エアロゲル成分及びシリカ粒子を含有するエアロゲルは、上述のシランオリゴマーを含むケイ素化合物の加水分解生成物と、シリカ粒子と、を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物ということができる。したがって、第一の態様~第二の態様に関する記載は、本態様に係るエアロゲルに対しても適宜準用することができる。 The airgel containing the airgel component and silica particles can be said to be a dried wet gel that is a condensate of a sol containing a hydrolysis product of the silicon compound containing the above-mentioned silane oligomer and silica particles. Therefore, the descriptions regarding the first to second aspects can be appropriately applied mutatis mutandis to the airgel according to this aspect.

シリカ粒子としては、特に制限なく用いることができ、非晶質シリカ粒子等が挙げられる。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、コロイダルシリカ粒子等が挙げられる。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。 Silica particles can be used without any particular limitation, and include amorphous silica particles and the like. Amorphous silica particles include fused silica particles, fumed silica particles, colloidal silica particles, and the like. Among these, colloidal silica particles have high monodispersity and easily suppress aggregation in the sol. The silica particles may be silica particles having a hollow structure, a porous structure, or the like.

シリカ粒子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。シリカ粒子の平均一次粒子径は、適度な強度及び柔軟性をエアロゲルに付与し易く、乾燥時の耐収縮性に優れるエアロゲルが得易い観点から、1nm以上であってもよく、5nm以上であってもよく、20nm以上であってもよい。シリカ粒子の平均一次粒子径は、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が得易くなる観点から、500nm以下であってもよく、300nm以下であってもよく、100nm以下であってもよい。これらの観点から、シリカ粒子の平均一次粒子径は、1~500nmであってもよく、5~300nmであってもよく、20~100nmであってもよい。 The shape of the silica particles is not particularly limited, and may be spherical, cocoon-shaped, association-shaped, or the like. Among these, by using spherical particles as the silica particles, aggregation in the sol can be easily suppressed. The average primary particle size of the silica particles may be 1 nm or more, and may be 5 nm or more, from the viewpoint of easily imparting appropriate strength and flexibility to the airgel and easily obtaining an airgel having excellent shrinkage resistance during drying. may be 20 nm or more. The average primary particle size of the silica particles may be 500 nm or less, 300 nm or less, or 100 nm from the viewpoint of easily suppressing the solid heat conduction of the silica particles and easily obtaining an airgel having excellent heat insulation properties. It may be below. From these viewpoints, the average primary particle size of silica particles may be 1 to 500 nm, 5 to 300 nm, or 20 to 100 nm.

本実施形態において、シリカ粒子の平均一次粒子径は、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を直接観察することにより得ることができる。ここでいう「直径」とは、エアロゲルの断面に露出した粒子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真円に置き換えたときの当該真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 primary particle size of silica particles can be obtained by directly observing the airgel using a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as "SEM"). The "diameter" as used herein means the diameter when the cross section of the particles exposed in the cross section of the airgel is regarded as a circle. Further, "the diameter when the cross section is regarded as a circle" is the diameter of a perfect circle when the area of the cross section is replaced by a perfect circle having the same area. In addition, in calculating the average particle size, the diameters of circles of 100 particles are obtained and the average is taken.

なお、シリカ粒子の平均粒子径は、原料からも測定することができる。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、通常固形分濃度が5~40質量%程度で、水中に分散している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角に切って得られたチップを約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。 The average particle size of silica particles can also be measured from raw materials. For example, the biaxial average primary particle size is calculated as follows from the result of observing 20 arbitrary particles by SEM. That is, taking colloidal silica particles dispersed in water with a normal solid content concentration of about 5 to 40% by mass as an example, a wafer with pattern wiring was cut into 2 cm squares in a dispersion liquid of colloidal silica particles. After dipping the chip for about 30 seconds, the chip is rinsed with pure water for about 30 seconds and dried by blowing nitrogen. After that, the chip is placed on a sample table for SEM observation, an acceleration voltage of 10 kV is applied, the silica particles are observed at a magnification of 100,000 times, and an image is taken. 20 silica particles are arbitrarily selected from the obtained image, and the average particle size of those particles is taken as the average particle size.

シリカ粒子の1g当たりのシラノール基数は、耐収縮性に優れるエアロゲルを得易くなる観点から、10×1018個/g以上であってもよく、50×1018個/g以上であってもよく、100×1018個/g以上であってもよい。シリカ粒子の1g当たりのシラノール基数は、均質なエアロゲルが得易くなる観点から、1000×1018個/g以下であってもよく、800×1018個/g以下であってもよく、700×1018個/g以下であってもよい。これらの観点から、シリカ粒子の1g当たりのシラノール基数は、10×1018~1000×1018個/gであってもよく、50×1018~800×1018個/gであってもよく、100×1018~700×1018個/gであってもよい。The number of silanol groups per 1 g of silica particles may be 10×10 18 /g or more, or may be 50×10 18 /g or more, from the viewpoint of easily obtaining an airgel having excellent shrinkage resistance. , 100×10 18 pieces/g or more. The number of silanol groups per 1 g of silica particles may be 1000 × 10 18 / g or less, 800 × 10 18 / g or less, from the viewpoint of easily obtaining a homogeneous airgel. It may be 10 18 pieces/g or less. From these viewpoints, the number of silanol groups per gram of silica particles may be 10×10 18 to 1000×10 18 /g, and may be 50×10 18 to 800×10 18 /g. , 100×10 18 to 700×10 18 /g.

上記ゾルに含まれるケイ素化合物の含有量は、良好な反応性をさらに得易くなる観点から、ゾルの総量100質量部に対し、5質量部以上であってもよく、10質量部以上であってもよい。上記ゾルに含まれるケイ素化合物の含有量は、良好な相溶性をさらに得易くなる観点から、ゾルの総量100質量部に対し、50質量部以下であってもよく、30質量部以下であってもよい。これらの観点から、上記ゾルに含まれるケイ素化合物の含有量は、ゾルの総量100質量部に対し、5~50質量部であってもよく、10~30質量部であってもよい。 The content of the silicon compound contained in the sol may be 5 parts by mass or more, or 10 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the total amount of the sol, from the viewpoint of making it easier to obtain good reactivity. good too. The content of the silicon compound contained in the sol may be 50 parts by mass or less, or 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total amount of the sol, from the viewpoint of making it easier to obtain good compatibility. good too. From these points of view, the content of the silicon compound contained in the sol may be 5 to 50 parts by mass or 10 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the sol.

上記ゾルにシリカ粒子が含まれる場合、シリカ粒子の含有量は、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が得易くなる観点から、ゾルの総量100質量部に対し、1質量部以上であってもよく、4質量部以上であってもよい。シリカ粒子の含有量は、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が得易くなる観点から、ゾルの総量100質量部に対し、20質量部以下であってもよく、15質量部以下であってもよい。これらの観点から、シリカ粒子の含有量は、ゾルの総量100質量部に対し、1~20質量部であってもよく、4~15質量部であってもよい。 When silica particles are contained in the sol, the content of silica particles makes it easier to impart appropriate strength to the airgel, and from the viewpoint of making it easier to obtain an airgel with excellent shrinkage resistance during drying, the total amount of the sol is 100 parts by mass. On the other hand, it may be 1 part by mass or more, or may be 4 parts by mass or more. The content of the silica particles is 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total amount of the sol, from the viewpoint of easily suppressing the solid heat conduction of the silica particles and easily obtaining an airgel with excellent heat insulation. It may be 15 parts by mass or less. From these points of view, the content of silica particles may be 1 to 20 parts by mass, or 4 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the sol.

(多孔質基材)
「多孔質基材」は、一般的に、孔(微細孔)が多く含まれる材料の総称であり、孔の大きさによってマイクロポーラス材料、メソポーラス材料及びマクロポーラス材料に分類されるが、本実施形態では、孔の大きさによらず「多孔質基材」と称する。多孔質基材としては、例えば、繊維状物質からなる基材、及び、3次元で複雑な骨格を形成している基材が挙げられる。具体的には、多孔質基材としては、不織布、多孔質構造を有する多孔質シート等が挙げられる。多孔質構造における孔(多孔質構造を構成する孔)は、連通孔であってもよい。連通孔とは、多孔質基材内部の孔(空隙)と多孔質基材表面の孔(空隙)とが結合している状態であり、2次元的又は3次元的に空隙のネットワークを形成している状態を意味する。連通孔にはエアロゲルが充填されていてもよい。
(Porous substrate)
"Porous substrate" is generally a generic term for materials containing many pores (micropores), and is classified into microporous materials, mesoporous materials and macroporous materials depending on the size of the pores. In terms of morphology, the term "porous substrate" is used regardless of the size of the pores. Examples of porous substrates include substrates made of fibrous substances and substrates forming a three-dimensional and complex skeleton. Specifically, porous substrates include nonwoven fabrics, porous sheets having a porous structure, and the like. The pores in the porous structure (pores forming the porous structure) may be communicating pores. Communicating pores refer to a state in which the pores (voids) inside the porous substrate and the pores (voids) on the surface of the porous substrate are connected, forming a two-dimensional or three-dimensional void network. means that the The communication holes may be filled with airgel.

上記孔のサイズは、基材の面方向(厚み方向に直交する方向)に沿って基材の任意の10箇所の断面を観察したときの、観察面における孔が作る形状の最大直線距離を示す。孔のサイズは、0.1~1000μmとすることができる。サイズが0.1μm以上であれば、ゾル塗液を容易に含浸させることができる。サイズが1000μm以下であれば、孔からのエアロゲルの脱落を容易に抑制できる。 The above hole size indicates the maximum linear distance of the shape formed by the holes on the observation surface when observing arbitrary 10 cross sections of the substrate along the surface direction of the substrate (direction perpendicular to the thickness direction). . The pore size can be from 0.1 to 1000 μm. If the size is 0.1 μm or more, it can be easily impregnated with the sol coating liquid. If the size is 1000 μm or less, it is possible to easily prevent the airgel from falling out of the pores.

上記孔の体積の合計(空隙率、気孔率)は、上記基材の全体積の50~99体積%とすることができ、60~99体積%であってもよく、70~99体積%であってもよい。これにより、断熱性が更に向上し易くなる。多孔質構造における孔が連通孔である場合において孔の体積の合計が上記範囲を満たしていてもよい。孔の体積は、下記式に基づき得ることができる。
空隙率(体積%)=(1-基材の真の体積/基材の見かけ体積)×100
基材の真の体積:基材(基材を構成する材料)の密度と質量から算出した体積
基材の見かけ体積:基材の寸法から算出した体積
The total volume of the pores (porosity, porosity) can be 50 to 99% by volume of the total volume of the substrate, may be 60 to 99% by volume, and can be 70 to 99% by volume. There may be. This makes it easier to further improve the heat insulation. When the pores in the porous structure are communicating pores, the total volume of the pores may satisfy the above range. The pore volume can be obtained based on the following formula.
Porosity (volume%) = (1 - true volume of substrate / apparent volume of substrate) x 100
True volume of base material: Volume calculated from the density and mass of the base material (material constituting the base material) Apparent volume of base material: Volume calculated from the dimensions of the base material

多孔質基材を構成する材質としては、ビニル重合体、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、フェノール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、炭素等の有機多孔質体;ガラス、金属(例えばニッケル)、金属酸化物(例えばアルミナ)等の無機多孔質体などが挙げられる。ビニル重合体としては、ポリオレフィン類(例えば、ポリエチレン及びポリプロピレン)、酢酸セルロース、ニトロセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸エステル、ポリ酢酸ビニル等が挙げられる。多孔質基材を構成する材質としては、耐熱性に更に優れる点から、ガラス、金属又は金属酸化物(例えばアルミナ)を用いることができ、熱伝導率を更に低減する点から、ガラス又はアルミナを用いることができる。 Materials constituting the porous substrate include organic porous materials such as vinyl polymer, polyester, polyacrylonitrile, polysulfone, phenolic resin, polyurethane, polyamide, polyimide, and carbon; glass, metal (eg, nickel), and metal oxide. (for example, alumina) and other inorganic porous materials. Vinyl polymers include polyolefins (eg, polyethylene and polypropylene), cellulose acetate, nitrocellulose, polytetrafluoroethylene, polycarbonate, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyacrylate, polyvinyl acetate, and the like. As the material constituting the porous substrate, glass, metal or metal oxide (for example, alumina) can be used from the viewpoint of further excellent heat resistance, and glass or alumina can be used from the viewpoint of further reducing thermal conductivity. can be used.

本実施形態のエアロゲル複合材料では、例えば、繊維状物質からなる基材、又は、3次元で複雑な骨格を形成している基材の空隙部分にエアロゲルが存在している。このような構造をとることにより、厚み方向に対する空気の移動が抑制され、断熱性が容易に向上する。さらに、固体の熱伝導の道筋は、エアロゲルを充填することにより高度に複雑化されるため熱伝導率の低減に効果がある。 In the airgel composite material of the present embodiment, for example, the airgel is present in the void portions of the base material made of fibrous substances or the base material forming a three-dimensional and complex skeleton. By adopting such a structure, movement of air in the thickness direction is suppressed, and heat insulation is easily improved. Furthermore, the thermal conduction path of the solid is highly complicated by filling the airgel, which is effective in reducing the thermal conductivity.

多孔質基材は、繊維状物質からなるシート(不織布、繊維シート等)であってもよい。このような多孔質基材においては、例えば、繊維状物質にエアロゲルが付着している。 The porous substrate may be a sheet made of fibrous material (nonwoven fabric, fiber sheet, etc.). In such porous substrates, for example, airgel is attached to fibrous substances.

繊維状物質としては、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ビニロン、ポリオレフィン、ポリウレタン、レーヨン、炭素繊維等の有機繊維;ガラス、ロックウール、セラミック等の無機繊維;銅、鉄、ステンレス、金、銀、アルミニウム等の金属繊維などが挙げられる。繊維状物質としては、耐熱性に更に優れる点から、無機繊維を用いることができ、熱伝導率を更に低減する点から、ガラス、ロックウール又はセラミックを用いることができる。 Fibrous substances include organic fibers such as nylon, polyester, polypropylene, polyacrylonitrile, vinylon, polyolefin, polyurethane, rayon, and carbon fibers; inorganic fibers such as glass, rock wool, and ceramics; copper, iron, stainless steel, gold, and silver. , metal fibers such as aluminum, and the like. As the fibrous substance, inorganic fibers can be used from the viewpoint of further excellent heat resistance, and glass, rock wool or ceramics can be used from the viewpoint of further reducing thermal conductivity.

繊維状物質の直径(繊維径)は、0.1~1000μmとすることができ、0.1~100μmであってもよく、0.1~80μmであってもよい。これにより、繊維による熱伝導が容易に抑制でき、かつ、空隙が充分に確保されるためシートへの前記ゾルの含浸性が向上する。繊維状物質の直径は、顕微鏡で観察し、任意に選ばれる繊維10本の直径の平均値として測定することができる。 The fibrous substance may have a diameter (fiber diameter) of 0.1 to 1000 μm, may be 0.1 to 100 μm, or may be 0.1 to 80 μm. As a result, heat conduction by the fibers can be easily suppressed, and sufficient voids are ensured, so that the impregnating property of the sol into the sheet is improved. The diameter of the fibrous material can be observed under a microscope and measured as the average diameter of 10 arbitrarily selected fibers.

<エアロゲル複合材料の製造方法>
エアロゲル複合材料の製造方法は特に限定されないが、例えば、以下の方法であってよい。
<Method for producing airgel composite material>
The method for producing the airgel composite material is not particularly limited, but may be, for example, the following method.

エアロゲル複合材料は、例えば、シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルを多孔質基材又は多孔質基材の材料に含浸させる含浸工程を含む製造方法によって製造することができる。当該製造方法は、上述のエアロゲルの製造方法におけるゾル生成工程と湿潤ゲル生成工程との間に、含浸工程を設けた方法ということもできる。すなわち、当該製造方法は、シランオリゴマーを加水分解して、当該シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルを生成するゾル生成工程と、ゾルを多孔質基材に含浸させる含浸工程と、ゾルをゲル化して、湿潤ゲルを得る湿潤ゲル生成工程と、湿潤ゲルを乾燥してエアロゲルを得る乾燥工程と、を備えるものであってよい。 The airgel composite material can be produced, for example, by a production method including an impregnation step of impregnating the porous substrate or the material of the porous substrate with a sol containing a hydrolysis product of a silane oligomer. The production method can also be said to be a method in which an impregnation step is provided between the sol formation step and the wet gel formation step in the airgel production method described above. That is, the production method comprises a sol-generating step of hydrolyzing a silane oligomer to generate a sol containing a hydrolysis product of the silane oligomer, an impregnating step of impregnating a porous substrate with the sol, and a step of impregnating the sol. It may comprise a wet gel producing step of gelling to obtain a wet gel and a drying step of drying the wet gel to obtain an aerogel.

繊維状物質からなる多孔質基材を用いる場合は、予め繊維状物質をゾル中に分散させた後、上述の湿潤ゲル生成工程及び乾燥工程を行うことで、エアロゲルが付着した繊維状物質を作製し、これを抄造して不織布化することでエアロゲル複合材料とすることができる。 When a porous substrate made of a fibrous substance is used, the fibrous substance is dispersed in the sol in advance, and then the wet gel forming step and the drying step described above are carried out to produce a fibrous substance to which the airgel is attached. Then, it can be made into an airgel composite material by making a paper and making it into a non-woven fabric.

上記エアロゲルが付着した繊維状物質では、繊維表面が有する官能基と、エアロゲル表面の官能基との化学的相互作用による結合、繊維表面とエアロゲルとの分子間相互作用による結合等の結合様式を限定するものではない。繊維表面の一部又は全体にエアロゲル粒子(エアロゲルを構成する粒子)が付着していてもよい。 In the above-mentioned fibrous substance with airgel attached, the bonding mode is limited, such as bonding due to chemical interaction between the functional group on the fiber surface and the functional group on the airgel surface, and bonding due to intermolecular interaction between the fiber surface and the airgel. not something to do. Airgel particles (particles constituting airgel) may adhere to part or all of the fiber surface.

含浸工程は、例えば、ゾルを、多孔質基材に含浸させる又は多孔質基材の材料(例えば、不織布の原料繊維)に付着させる工程であってよい。含浸工程は、例えば、ゾル中に多孔質基材又はその材料を浸漬するディッピング法、又は、多孔質基材にゾルを塗布する塗布法が挙げられる。含浸方法は制限されず、多孔質基材の大きさ、形状、弾性率等の物理的性状に応じて好適な手法を選択できる。 The impregnation step may be, for example, a step of impregnating the porous substrate or attaching the sol to the material of the porous substrate (for example, the raw material fibers of the nonwoven fabric). The impregnation step includes, for example, a dipping method in which the porous substrate or its material is immersed in a sol, or a coating method in which a sol is applied to the porous substrate. The impregnation method is not limited, and a suitable method can be selected according to physical properties such as the size, shape, and elastic modulus of the porous substrate.

不織布の原料繊維へのゾルの処理方法については、例えば、上記ゾルが入った容器に繊維を入れ所定の時間加熱撹拌して繊維を表面処理する湿式法、及び、攪拌機で繊維を高速攪拌させながらゾルを添加して繊維表面を均一に処理する乾式法が挙げられる。繊維へのゾルの処理方法としては、特に制限されないが、ゾルが繊維表面に均一に処理し易いことから、湿式法を用いることができる。 Regarding the method of treating the raw material fibers of the non-woven fabric with the sol, for example, a wet method in which the fibers are placed in a container containing the sol and heated and stirred for a predetermined time to treat the surface of the fibers, and the fibers are stirred at high speed with a stirrer. A dry method in which a sol is added to uniformly treat the fiber surface can be mentioned. The method of applying the sol to the fiber is not particularly limited, but a wet method can be used because the sol can be easily applied to the fiber surface uniformly.

塗工方法(塗工機)としては、ダイコーター、コンマコータ、バーコータ、キスコータ、ロールコーター等が利用でき、多孔質基材の材質又は厚み、ゾル塗液の粘度又は塗布量等によって適宜使用される。 As the coating method (coating machine), a die coater, a comma coater, a bar coater, a kiss coater, a roll coater, or the like can be used, and it is appropriately used depending on the material or thickness of the porous substrate, the viscosity or coating amount of the sol coating liquid, and the like. .

多孔質基材の両面には、セパレーターを積層することができる。セパレーターを積層することにより、多孔質基材の搬送及びその他工程における未硬化ゾルの転写又は汚染を防止することができる。含浸工程においてセパレーターを積層する方法としては、例えば、ゾルを含浸した後に積層する方法が挙げられる。セパレーターとしては、例えば、ガラス不織布、ガラスクロス等の無機物繊維;ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル等の有機繊維;ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド等からなる基材フィルム;離型紙;銅箔、アルミニウム箔等の金属箔を挙げることができる。なお、上記セパレーターには、マット処理、コロナ処理の他、離型処理を施してもよい。 A separator can be laminated on both sides of the porous substrate. By laminating the separator, it is possible to prevent transfer or contamination of the uncured sol during transportation of the porous substrate and other processes. As a method of laminating the separator in the impregnation step, for example, there is a method of laminating after impregnating with a sol. Examples of separators include inorganic fibers such as glass nonwoven fabric and glass cloth; organic fibers such as polyimide, polyamideimide, and polyester; base films made of polyolefin, polyester, polycarbonate, polyimide, and the like; release paper; copper foil, aluminum foil, and the like. can be mentioned. The separator may be subjected to release treatment in addition to matte treatment and corona treatment.

以上のとおり説明した本実施形態のエアロゲル複合材料は、特定のシランオリゴマーの加水分解生成物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(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)と、多孔質構造を有する基材とを備えるものであり、優れた断熱性を有すると共に、従来では取扱いが困難であったエアロゲルのシート化及びボード化が可能である。このような利点から、本実施形態のエアロゲル複合材料は、極低温容器、宇宙分野、建築分野、自動車分野、家電分野、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材料は、断熱材としての用途の他に、撥水用、吸音用、静振用、触媒担持用等として利用することができる。 The airgel composite material of the present embodiment described above is an airgel that is a dry product of a wet gel that is a condensation product of a sol containing a hydrolysis product of a specific silane oligomer (a wet gel produced from the above sol). It is provided with a dry airgel) and a substrate having a porous structure, and has excellent heat insulation properties, and can be made into sheets and boards of airgel, which has been difficult to handle in the past. Due to such advantages, the airgel composite material of the present embodiment can be applied to cryogenic containers, the space field, the construction field, the automobile field, the home appliance field, the semiconductor field, the use as a heat insulating material in industrial equipment, and the like. Further, the airgel composite material of the present embodiment can be used for water repellency, sound absorption, vibration damping, catalyst support, etc., in addition to use as a heat insulator.

(実施例1)
[ゾル塗液1]
シランオリゴマーとして「XR31-B1410」(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、製品名)を100質量部、シランモノマーとしてテトラエトキシシラン「KBE-04」(信越化学工業株式会社製、製品名、以下「TEOS」と略記)を50質量部、2-プロパノールを300質量部、及び、水を100質量部混合し、これに酸触媒として酢酸を0.1質量部加え、25℃で4時間反応させた。これに、塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を80質量部加えてゾル塗液1を得た。
[エアロゲルシート1]
上記ゾル塗液1をバットに入れ、(縦)300mm×(横)200mm×(厚)3mmのガラス不織布(日本板硝子株式会社製、製品名:MGP BMS-5、繊維径:1.5μm、空隙率:90体積%)をゾル塗液1に載せて、ゾル塗液1を含浸させた。ゾル塗液1が充分にガラス不織布に含浸され、ガラス不織布がゾル塗液中に沈んだことを確認してから、60℃で30分ゲル化してエアロゲルシ-トを得た。その後、得られたエアロゲルシート(湿潤ゲル)を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。その後、熟成したエアロゲルシートを常圧下にて、120℃で6時間乾燥することで、エアロゲルシート1を得た。
(Example 1)
[Sol coating liquid 1]
100 parts by mass of "XR31-B1410" (manufactured by Momentive Performance Materials Japan LLC, product name) as a silane oligomer, and tetraethoxysilane "KBE-04" (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name) as a silane monomer. , hereinafter abbreviated as “TEOS”), 300 parts by mass of 2-propanol, and 100 parts by mass of water are mixed. reacted. A sol coating liquid 1 was obtained by adding 80 parts by mass of 5% aqueous ammonia as a basic catalyst.
[Airgel sheet 1]
The sol coating liquid 1 is put in a vat, and a glass nonwoven fabric (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd., product name: MGP BMS-5, fiber diameter: 1.5 μm, void ratio: 90% by volume) was placed on the sol coating liquid 1 and impregnated with the sol coating liquid 1. After confirming that the sol coating solution 1 was sufficiently impregnated into the glass nonwoven fabric and that the glass nonwoven fabric was submerged in the sol coating solution, gelling was performed at 60° C. for 30 minutes to obtain an airgel sheet. After that, the obtained airgel sheet (wet gel) was transferred to a closed container and aged at 60° C. for 12 hours. After that, the airgel sheet 1 was obtained by drying the aged airgel sheet at 120° C. for 6 hours under normal pressure.

(実施例2)
[ゾル塗液2]
シランオリゴマーとして「SR-2402」(東レ・ダウコーニング株式会社製、製品名)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてゾル塗液2を得た。
[エアロゲルシート2]
上記ゾル塗液2を用いて、実施例1と同様にして、エアロゲルシート2を得た。
(Example 2)
[Sol coating liquid 2]
A sol coating liquid 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that "SR-2402" (manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd., product name) was used as the silane oligomer.
[Airgel sheet 2]
An airgel sheet 2 was obtained in the same manner as in Example 1 using the sol coating liquid 2 described above.

(実施例3)
[ゾル塗液3]
シランオリゴマーとして「AY42-163」(東レ・ダウコーニング株式会社製、製品名)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてゾル塗液3を得た。
[エアロゲルシート3]
上記ゾル塗液3を用いて、実施例1と同様にして、エアロゲルシート3を得た。
(Example 3)
[Sol coating liquid 3]
A sol coating liquid 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that "AY42-163" (manufactured by Dow Corning Toray Co., Ltd., product name) was used as the silane oligomer.
[Airgel sheet 3]
An airgel sheet 3 was obtained in the same manner as in Example 1 using the sol coating liquid 3 described above.

(実施例4)
[ゾル塗液4]
シランオリゴマーとして「KC-89S」(信越化学工業株式会社製、製品名)を100質量部、2-プロパノールを200質量部、及び、水を50質量部混合し、これに酸触媒として酢酸を0.15質量部加え、25℃で4時間反応させた。これに塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を60質量部加えゾル塗液4を得た。
[エアロゲルシート4]
上記ゾル塗液4を用いて、実施例1と同様にして、エアロゲルシート4を得た。
(Example 4)
[Sol coating liquid 4]
100 parts by mass of "KC-89S" (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name) as a silane oligomer, 200 parts by mass of 2-propanol, and 50 parts by mass of water are mixed, and acetic acid is added as an acid catalyst to this. 0.15 parts by mass was added and reacted at 25° C. for 4 hours. A sol coating liquid 4 was obtained by adding 60 parts by mass of 5% aqueous ammonia as a basic catalyst.
[Airgel sheet 4]
An airgel sheet 4 was obtained in the same manner as in Example 1 using the sol coating liquid 4 described above.

(実施例5)
[ゾル塗液5]
シランオリゴマーとして「KR-500」(信越化学工業株式会社製、製品名)を100質量部、シランモノマーとしてテトラエトキシシラン「KBE-04」(信越化学工業株式会社製、製品名、以下「TEOS」と略記)を100質量部、2-プロパノールを250質量部、及び、水を80質量部混合し、これに酸触媒として酢酸を0.15質量部加え、25℃で4時間反応させた。これに、塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を90質量部加えゾル塗液5を得た。
[エアロゲルシート5]
上記ゾル塗液5を用いると共にガラス不織布ボーロイドGMU(オリベスト株式会社製、製品名、繊維径:13μm、空隙率:95体積%)を用いた他は実施例1と同様にして、エアロゲルシート5を得た。
(Example 5)
[Sol coating liquid 5]
100 parts by mass of "KR-500" (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name) as a silane oligomer, and tetraethoxysilane "KBE-04" (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name, hereinafter "TEOS") as a silane monomer. ), 250 parts by mass of 2-propanol, and 80 parts by mass of water were mixed, 0.15 parts by mass of acetic acid was added as an acid catalyst, and the mixture was reacted at 25° C. for 4 hours. A sol coating liquid 5 was obtained by adding 90 parts by mass of 5% aqueous ammonia as a basic catalyst.
[Airgel sheet 5]
An airgel sheet 5 was formed in the same manner as in Example 1 except that the sol coating liquid 5 was used and glass nonwoven fabric Boroid GMU (manufactured by Orivest Co., Ltd., product name, fiber diameter: 13 μm, porosity: 95% by volume) was used. Obtained.

(実施例6)
[ゾル塗液6]
シランオリゴマーとして「KR-515」(信越化学工業株式会社製、製品名)を100質量部、シランモノマーとしてテトラエトキシシラン「KBE-04」(信越化学工業株式会社製、製品名、以下「TEOS」と略記)を20質量部、ジメチルジエトキシシラン「KBE-22」(信越化学工業株式会社製、製品名、以下「DMDES」と略記)を20質量部、2-プロパノールを300質量部、及び、水を80質量部混合し、これに酸触媒として酢酸を0.12質量部加え、25℃で4時間反応させた。これに塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を90質量部加えゾル塗液6を得た。
[エアロゲルシート6]
上記ゾル塗液6を用いると共に、ガラス不織布に代えて多孔質ニッケルシート:セルメット(住友電工株式会社製、製品名、厚さ:1.4mm、ニッケル目付量:420g/m、空隙率:97体積%)を用いた他は実施例1と同様にして、エアロゲルシート6を得た。
(Example 6)
[Sol coating liquid 6]
100 parts by mass of "KR-515" (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name) as a silane oligomer, and tetraethoxysilane "KBE-04" (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name, hereinafter "TEOS") as a silane monomer. abbreviated as), 20 parts by mass of dimethyldiethoxysilane “KBE-22” (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name, hereinafter abbreviated as “DMDES”), 300 parts by mass of 2-propanol, and 80 parts by mass of water was mixed, 0.12 parts by mass of acetic acid was added as an acid catalyst, and the mixture was reacted at 25° C. for 4 hours. A sol coating solution 6 was obtained by adding 90 parts by mass of 5% aqueous ammonia as a basic catalyst.
[Airgel sheet 6]
While using the sol coating liquid 6, a porous nickel sheet: Celmet (manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd., product name, thickness: 1.4 mm, nickel basis weight: 420 g / m 2 , porosity: 97 in place of the glass nonwoven fabric) %) was used, and an airgel sheet 6 was obtained in the same manner as in Example 1.

(実施例7)
[ゾル塗液7]
シランオリゴマーとして「XR31-B1410」(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、製品名)を100質量部、ジメチルジエトキシシラン「KBE-22」(信越化学工業株式会社製、製品名、以下「DMDES」と略記)を70質量部、2-プロパノールを300質量部、及び、水を80質量部混合し、これに酸触媒として酢酸を0.1質量部加え、25℃で4時間反応させた。これに塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を80質量部加えゾル塗液7を得た。
[エアロゲルシート7]
フラスコにて、100質量部の上記ゾル塗液7に、100質量部のガラス繊維ECS03T-187(日本電気硝子株式会社製、製品名、繊維径:13μm)を加え、25℃で10分間200rpmで攪拌して、得られたガラス繊維分散ゾルを密閉容器に移し、60℃で8時間熟成させた。その後、乾燥工程を実施例1と同様に行い、エアロゲルが付着したガラス繊維が得られた。
得られたガラス繊維、水、及び、界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル)0.1質量%からなる分散液を40L作製し、分散液を抄造装置に投入した。抄造装置として、回転翼付き攪拌機を備えた上部の抄造槽(容量30L)と下部の貯水槽(容量10L)からなり、抄造槽と貯水槽の間には多孔支持体が設けてある装置を用いた。まず、攪拌機を用いて、空気の微小気泡が発生するまで上記分散液を撹拌した。その後、所望の目付となるように質量を調整したガラス繊維を、空気の微小気泡が分散した分散液中に投入して攪拌することにより、エアロゲルが付着したガラス繊維が分散したスラリーを得た。次いで、貯水槽からスラリーを吸引し、多孔支持体を介して脱水して繊維抄造体とした。上記抄造体を熱風乾燥機にて150℃、2時間の条件下で乾燥させ、目付け100g/m、空隙率90体積%のエアロゲルシート7を得た。
(Example 7)
[Sol coating liquid 7]
As a silane oligomer, 100 parts by mass of “XR31-B1410” (manufactured by Momentive Performance Materials Japan LLC, product name), dimethyldiethoxysilane “KBE-22” (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name, hereinafter 70 parts by mass of 2-propanol, 300 parts by mass of 2-propanol, and 80 parts by mass of water are mixed, 0.1 part by mass of acetic acid is added as an acid catalyst, and reacted at 25° C. for 4 hours. rice field. A sol coating liquid 7 was obtained by adding 80 parts by mass of 5% aqueous ammonia as a basic catalyst.
[Airgel sheet 7]
In a flask, 100 parts by mass of glass fiber ECS03T-187 (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., product name, fiber diameter: 13 μm) was added to 100 parts by mass of the sol coating liquid 7, and the mixture was heated at 25° C. for 10 minutes at 200 rpm. After stirring, the obtained glass fiber dispersion sol was transferred to a closed container and aged at 60° C. for 8 hours. After that, the drying process was performed in the same manner as in Example 1 to obtain glass fibers to which airgel was attached.
40 L of a dispersion containing the obtained glass fiber, water, and 0.1% by mass of a surfactant (polyoxyethylene lauryl ether) was prepared, and the dispersion was put into a papermaking apparatus. As a papermaking apparatus, an apparatus comprising an upper papermaking tank (capacity 30 L) equipped with a stirrer with rotary blades and a lower water tank (capacity 10L) with a porous support provided between the papermaking tank and the water tank is used. board. First, using a stirrer, the dispersion was stirred until microbubbles of air were generated. After that, the glass fiber whose mass was adjusted so as to have the desired basis weight was put into a dispersion liquid in which air microbubbles were dispersed and stirred to obtain a slurry in which the glass fiber with the airgel attached was dispersed. Next, the slurry was sucked from the water tank and dehydrated through the porous support to obtain a fiber paper product. The paper product was dried in a hot air dryer at 150° C. for 2 hours to obtain an airgel sheet 7 having a basis weight of 100 g/m 2 and a porosity of 90% by volume.

(実施例8)
[ゾル塗液8]
シランオリゴマーとして「XR31-B1410」(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、製品名)を100質量部、メチルトリメトキシシラン「KBM-13」(信越化学工業株式会社製、製品名、以下「MTMS」と略記)を200質量部、テトラエトキシシラン「KBE-04」(信越化学工業株式会社製、製品名、以下「TEOS」と略記)を50質量部、2-プロパノールを800質量部、及び、水を200質量部混合し、これに酸触媒として酢酸を0.5質量部加え、25℃で4時間反応させた。これに塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を200質量部加え、ゾル塗液8を得た。
[エアロゲルシート8]
上記ゾル塗液8を用いると共に、ガラス不織布に代えて多孔質アルミナシート:AZP60(アスザック株式会社製、製品名、平均厚み:700μm、空隙率:60体積%)を用いた他は実施例1と同様にして、エアロゲルシート8を得た。
(Example 8)
[Sol coating liquid 8]
As a silane oligomer, 100 parts by mass of “XR31-B1410” (manufactured by Momentive Performance Materials Japan LLC, product name), methyltrimethoxysilane “KBM-13” (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name, hereinafter 200 parts by mass of tetraethoxysilane "KBE-04" (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name, hereinafter abbreviated as "TEOS"), 50 parts by mass, 800 parts by mass of 2-propanol, Then, 200 parts by mass of water was mixed, 0.5 parts by mass of acetic acid was added as an acid catalyst, and the mixture was reacted at 25° C. for 4 hours. A sol coating liquid 8 was obtained by adding 200 parts by mass of 5% aqueous ammonia as a basic catalyst.
[Airgel sheet 8]
Same as Example 1 except that the sol coating liquid 8 was used and a porous alumina sheet: AZP60 (manufactured by Asuzac Co., Ltd., product name, average thickness: 700 μm, porosity: 60% by volume) was used instead of the glass nonwoven fabric. An airgel sheet 8 was obtained in the same manner.

(比較例1)
[ゾル塗液11]
シリカ粒子含有原料としてPL-2L(扶桑化学工業株式会社製、製品名、平均1次粒子径:20nm、固形分:20質量%)を100.0質量部、水を120.0質量部、メタノールを80.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部混合し、これにシリコン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)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)40.0質量部を加え、25℃で2時間反応させた。これに、塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を40.0質量部加えてゾル塗液11を得た。
[エアロゲルシート11]
上記ゾル塗液11を用いると共に、ガラス不織布に代えて、多孔質構造を有していないPETフィルム:G2(帝人デュポン株式会社製、製品名)を用い、上記ゾル塗液11をPETフィルムにバーコータでゾル塗液膜厚80μmとなるように塗布した。得られたエアロゲルシートを密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。その後、熟成したエアロゲルシートを水2000mLに浸漬し、30分かけて洗浄を行った。次に、メタノール2000mLに浸漬し、60℃で30分かけて洗浄を行った。メタノールによる洗浄を新しいメタノールに交換しながら更に2回行った。次に、メチルエチルケトン2000mLに浸漬し、60℃で30分かけて溶媒置換を行った。メチルエチルケトンによる洗浄を新しいメチルエチルケトンに交換しながら更に2回行った。洗浄及び溶媒置換されたエアロゲルシートを、常圧下にて、120℃で2時間乾燥することでPETコアエアロゲルシート(エアロゲルシート11)を得た。
(Comparative example 1)
[Sol coating liquid 11]
PL-2L as a raw material containing silica particles (Fuso Chemical Industry Co., Ltd., product name, average primary particle size: 20 nm, solid content: 20% by mass) 100.0 parts by mass, water 120.0 parts by mass, methanol 80.0 parts by mass of and 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, and methyltrimethoxysilane LS-530 as a silicon compound (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name, hereinafter abbreviated as “MTMS”). 60.0 parts by mass and 40.0 parts by mass of dimethyldimethoxysilane LS-520 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name; hereinafter abbreviated as “DMDMS”) were added and reacted at 25° C. for 2 hours. A sol coating liquid 11 was obtained by adding 40.0 parts by mass of 5% aqueous ammonia as a basic catalyst.
[Airgel sheet 11]
The sol coating liquid 11 is used, and a PET film having no porous structure: G2 (manufactured by Teijin DuPont Co., Ltd., product name) is used instead of the glass nonwoven fabric, and the sol coating liquid 11 is applied to the PET film by a bar coater. was applied so that the film thickness of the sol coating liquid was 80 μm. The obtained airgel sheet was transferred to a closed container and aged at 60° C. for 12 hours. After that, the aged airgel sheet was immersed in 2000 mL of water and washed over 30 minutes. Next, it was immersed in 2000 mL of methanol and washed at 60° C. for 30 minutes. The methanol wash was performed two more times with fresh methanol changes. Next, it was immersed in 2000 mL of methyl ethyl ketone, and the solvent was replaced at 60° C. over 30 minutes. Washing with methyl ethyl ketone was carried out two more times by replacing with fresh methyl ethyl ketone. The washed and solvent-substituted airgel sheet was dried at 120° C. for 2 hours under normal pressure to obtain a PET core airgel sheet (airgel sheet 11).

(比較例2)
ガラス不織布に代えて、多孔質構造を有していない薄板ガラス:OA-10G(日本電気硝子株式会社製、厚さ:150μm)を用い、上記ゾル塗液11を薄板ガラスにバーコータでゾル塗液膜厚80μmとなるように塗布した他は比較例1と同様にして、ガラスコアエアロゲルシート(エアロゲルシート12)を得た。
(Comparative example 2)
Instead of the glass nonwoven fabric, a thin sheet glass having no porous structure: OA-10G (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., thickness: 150 μm) was used, and the sol coating liquid 11 was applied to the thin sheet glass with a bar coater. A glass core airgel sheet (airgel sheet 12) was obtained in the same manner as in Comparative Example 1, except that the film was applied to a film thickness of 80 μm.

<各種評価>
(熱伝導率測定)
以下の条件に従って、各実施例及び比較例で得られたエアロゲル複合材料について測定又は評価を行った。熱伝導率測定は、英弘精機株式会社製の熱伝導率測定装置HC-074を用いて行った。測定サンプルとして20cm×20cmのサンプルを用い、上下熱プレートの温度をそれぞれ30℃と10℃に設定して熱伝導率の測定を行った。結果を表1に示す。
<Various evaluations>
(Thermal conductivity measurement)
The airgel composite materials obtained in each example and comparative example were measured or evaluated under the following conditions. The thermal conductivity was measured using a thermal conductivity measuring device HC-074 manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd. A sample of 20 cm×20 cm was used as a measurement sample, and thermal conductivity was measured by setting the temperatures of the upper and lower heat plates to 30° C. and 10° C., respectively. Table 1 shows the results.

(粉落ち性評価)
各実施例及び比較例で得られたエアロゲル複合材料(エアロゲルシート)の粉落ち性を評価した。評価は、同一種のエアロゲル複合材料を縦30cm×横30cm×高さ10~15mm厚となるように複数積層し、積層したエアロゲル複合材料の縦方向及び横方向の4辺をそれぞれ台の上から5回ずつ落としたときの粉落ち量を測定した。なお、落とす高さは台から5cmの高さとして、垂直に落下させることを粉落ち性の試験方法とした。結果を表1に示す。
(Powder off property evaluation)
Powder falling property of the airgel composite material (airgel sheet) obtained in each example and comparative example was evaluated. Evaluation is performed by stacking multiple layers of the same type of airgel composite material so that the length is 30 cm × width 30 cm × height 10 to 15 mm thick, and the four sides of the laminated airgel composite material in the vertical and horizontal directions are each placed on the table. The amount of powder dropped when dropped five times was measured. The drop height was set to 5 cm from the table, and the test method for powder removal was to drop the powder vertically. Table 1 shows the results.

Figure 0007163967000009
Figure 0007163967000009

10…多孔質基材、20…エアロゲル層、100,200,300…エアロゲル複合材料。 10... Porous substrate, 20... Airgel layer, 100, 200, 300... Airgel composite material.

Claims (8)

多孔質構造を有する基材と、該基材に付着したエアロゲルと、を備え、
前記エアロゲルが、シランオリゴマーの加水分解生成物を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物であり、
前記シランオリゴマー中のケイ素原子の総数に対する、3個の酸素原子と結合したケイ素原子の割合が70%以上であり、
前記シランオリゴマーの重量平均分子量が200以上10000以下である、エアロゲル複合材料。
A substrate having a porous structure and an airgel attached to the substrate,
The airgel is a dry wet gel that is a condensate of a sol containing a hydrolysis product of a silane oligomer,
the ratio of silicon atoms bonded to three oxygen atoms to the total number of silicon atoms in the silane oligomer is 70 % or more ;
The airgel composite material, wherein the silane oligomer has a weight average molecular weight of 200 or more and 10,000 or less .
前記シランオリゴマーがアルコキシ基を有し、
前記アルコキシ基の含有量が、前記シランオリゴマーの全量基準で2質量%以上60質量%以下である、請求項に記載のエアロゲル複合材料。
the silane oligomer has an alkoxy group,
The airgel composite material according to claim 1 , wherein the content of the alkoxy group is 2% by mass or more and 60% by mass or less based on the total amount of the silane oligomer.
前記ゾルがシリカ粒子を更に含有する、請求項1又は2に記載のエアロゲル複合材料。 3. The airgel composite according to claim 1 or 2 , wherein the sol further contains silica particles. 前記シリカ粒子の平均1次粒子径が1~500nmである、請求項に記載のエアロゲル複合材料。 The airgel composite material according to claim 3 , wherein the silica particles have an average primary particle size of 1 to 500 nm. 前記多孔質構造における孔が連通孔であり、
前記孔の体積の合計が前記基材の全体積の50~99体積%である、請求項1~のいずれか一項に記載のエアロゲル複合材料。
the pores in the porous structure are communicating pores,
The airgel composite according to any one of claims 1 to 4 , wherein the total volume of the pores is 50-99% by volume of the total volume of the substrate.
前記連通孔に前記エアロゲルが充填されている、請求項に記載のエアロゲル複合材料。 The airgel composite material according to claim 5 , wherein the communication holes are filled with the airgel. 前記多孔質構造を有する基材が、直径0.1~1000μmの繊維状物質からなるシートである、請求項1~のいずれか一項に記載のエアロゲル複合材料。 The airgel composite material according to any one of claims 1 to 6 , wherein the substrate having a porous structure is a sheet made of a fibrous substance with a diameter of 0.1 to 1000 µm. 前記繊維状物質に前記エアロゲルが付着している、請求項に記載のエアロゲル複合材料。 8. The airgel composite according to claim 7 , wherein the airgel is attached to the fibrous material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4323318A1 (en) * 2021-04-15 2024-02-21 Cardinal CG Company Flexible aerogel, flexible glass technology

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017010551A1 (en) 2015-07-15 2017-01-19 日立化成株式会社 Aerogel composite material
WO2017038779A1 (en) 2015-09-02 2017-03-09 日立化成株式会社 Layered composite including aerogel and heat insulator
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JP2018118488A (en) 2017-01-27 2018-08-02 日立化成株式会社 Aerogel laminate complex and heat insulation material
WO2018143364A1 (en) 2017-02-02 2018-08-09 日立化成株式会社 Treatment agent for treating fibers, fibers and production method therefor, and fiber sheet and production method therefor
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Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017010551A1 (en) 2015-07-15 2017-01-19 日立化成株式会社 Aerogel composite material
WO2017038777A1 (en) 2015-09-01 2017-03-09 日立化成株式会社 Aerogel composite, support material with aerogel composite, and heat-insulating material
WO2017038779A1 (en) 2015-09-02 2017-03-09 日立化成株式会社 Layered composite including aerogel and heat insulator
JP2018118489A (en) 2017-01-27 2018-08-02 日立化成株式会社 Aerogel laminate complex and heat insulation material
JP2018118488A (en) 2017-01-27 2018-08-02 日立化成株式会社 Aerogel laminate complex and heat insulation material
WO2018143364A1 (en) 2017-02-02 2018-08-09 日立化成株式会社 Treatment agent for treating fibers, fibers and production method therefor, and fiber sheet and production method therefor
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