JP7232983B2 - Insulation sheet, manufacturing method thereof, electronic device, battery unit - Google Patents

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Description

本発明は、断熱シートとその製造方法および電子機器に関する。特に、高い強度の断熱シートとその製造方法および電子機器、電池ユニットに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat insulating sheet, a manufacturing method thereof, and an electronic device. In particular, the present invention relates to a high-strength heat insulating sheet, a manufacturing method thereof, an electronic device, and a battery unit.

車載・産業機器分野において、狭小空間における発熱部品からの熱流制御や製品の安全性、類焼防止性を担保するため、圧縮特性に優れた高性能な断熱シートが要求されている。こうした断熱シートは、例えば、リチウムイオン電池モジュールのセル間セパレータへの適用が期待される。 In the automotive and industrial equipment fields, high-performance insulation sheets with excellent compression characteristics are required to ensure heat flow control from heat-generating parts in narrow spaces, product safety, and fire spread prevention. Such a heat insulating sheet is expected to be applied, for example, to an inter-cell separator of a lithium ion battery module.

リチウムイオン電池の安全規格では、耐類焼試験を行うこととなっている。耐類焼試験は、電池モジュール内のひとつのセルが熱暴走した際に、隣接セルを含めた他セルへの熱連鎖による発火や破裂の有無を試験する方法である。隣接セルへの熱暴走を食い止めるために、熱絶縁性に優れた材料をセル間に挟む安全設計の考え方がある。理論上は、熱伝導率が高い材料でも、厚みを厚くすることである程度熱連鎖や類焼を防止することは可能である。 The safety standards for lithium-ion batteries require a fire spread resistance test. The fire spread resistance test is a method of testing for the presence or absence of ignition or explosion due to thermal chain reaction to other cells including adjacent cells when one cell in a battery module undergoes thermal runaway. In order to prevent thermal runaway to adjacent cells, there is a concept of safety design in which a material with excellent thermal insulation is sandwiched between cells. Theoretically, it is possible to prevent heat chain and fire spread to some extent by increasing the thickness of a material with high thermal conductivity.

しかしながら、電池モジュールは機器内に設置するため、実際には敷設する空間が限られており寸法制限があるため、モジュールを高容量化しようとしても、耐類焼化や小型化をも両立させなければならないといった難しさがある。 However, since the battery module is installed inside the equipment, the space in which it is installed is limited and there are size restrictions. There is the difficulty of not doing so.

これらを両立させるためには、セル間セパレータには薄くて高い断熱性を有する材料が望まれる。また、電池の充放電サイクルの過程で活物質が劣化、膨張してセルが膨らむことを想定すると、断熱シートには潰れにくい特性も併せ持っていることが望まれる。すなわち、電池モジュール初期組付時には、セル間セパレータである断熱シートにかかる荷重は1MPa以下と比較的小さいものの、電池が膨張すると最大5MPa程度もの荷重がかかることもあり得る。そのため、圧縮特性を考慮した断熱シートの材料設計が重要である。 In order to achieve both of these, a thin and highly heat-insulating material is desired for the inter-cell separator. Moreover, assuming that the active material deteriorates and expands in the course of the charge/discharge cycle of the battery, and the cell swells, it is desired that the heat insulating sheet also have a characteristic that is resistant to crushing. That is, when the battery module is initially assembled, the load applied to the heat insulating sheet, which is the inter-cell separator, is relatively small at 1 MPa or less. Therefore, it is important to design the material of the heat insulating sheet considering the compression characteristics.

熱伝導率が小さい物質としてシリカエアロゲルが知られている。シリカリカエアロゲルは、数10nmオーダーのシリカ粒子が点接触で繋がったネットワーク構造からなり、平均細孔径が空気の平均自由工程68nm以下であるため静止空気の熱伝導率よりも低い。したがってシリカエアロゲルは優れた断熱材として注目される一方で、圧縮、曲げ、せん断などの各種変形モードに対する強度が極めて低い点が実用上のひとつの課題とされていた。 Silica airgel is known as a substance with low thermal conductivity. Silica silica airgel has a network structure in which silica particles on the order of several tens of nanometers are connected by point contact, and has an average pore diameter of 68 nm or less, which is the mean free path of air. Therefore, the thermal conductivity is lower than that of still air. Therefore, while silica airgel has attracted attention as an excellent heat insulating material, its extremely low strength against various deformation modes such as compression, bending, and shearing has been regarded as a practical problem.

発明者らは、シリカエアロゲルと不織布繊維とを複合化し取扱性を改善した薄くて均質なシート状断熱材を考案している(特許文献1)。この薄型断熱シートは、取扱性にすぐれ、曲げには比較的強い。 The inventors have devised a thin and uniform sheet-like heat insulating material which is made by combining silica airgel and non-woven fabric fibers to improve handleability (Patent Document 1). This thin insulating sheet is easy to handle and relatively strong against bending.

特許第6064149号公報Japanese Patent No. 6064149

しかしながら、従来の断熱シートを電池セルなどに挟み込んで使う場合、特に高荷重下においてはエアロゲルが圧縮されて潰れてしまい、低荷重時と比較して断熱効果が大きく低下してしまう。 However, when a conventional heat insulating sheet is sandwiched between battery cells and the like, the airgel is compressed and crushed especially under a high load, and the heat insulating effect is greatly reduced compared to when the load is low.

よって、本願の課題は、高荷重下においても使用できる断熱シートとその製造方法および電子機器、電池ユニットを提供することである。 Accordingly, an object of the present application is to provide a heat insulating sheet that can be used even under a high load, a method for manufacturing the same, an electronic device, and a battery unit.

上記課題を解決するため、水ガラス組成物に炭酸エステルを加えて作製したゾルを、上記不織布繊維構造体に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、上記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、上記複合体の中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含む断熱シートの製造方法を用いる。 In order to solve the above problems, a composite producing step of impregnating the nonwoven fabric fiber structure with a sol prepared by adding a carbonate ester to a water glass composition to produce a hydrogel-nonwoven fiber composite, and is mixed with a silylating agent to modify the surface, and a drying step of removing the liquid contained in the composite by drying below the critical temperature and pressure. Use

さらに、炭酸エステルをゲル化剤として使用したことにより、エアロゲル中に炭酸ナトリウムが副生し、シリル化の過程において炭酸ガスを発生させ、圧縮率の性能低下の要因となるが、この炭酸ガスを水洗工程にて縦型にて処理することにより効果的に除去することが可能となる。 Furthermore, due to the use of carbonate ester as a gelling agent, sodium carbonate is by-produced in the airgel, and carbon dioxide is generated in the process of silylation, which causes a decrease in compressibility performance. It becomes possible to remove effectively by processing in the vertical type in the water washing process.

また、エアロゲルと不織布繊維とを含み、0.30~5.0MPaにおける圧縮率が40%以下、圧縮時の熱抵抗が0.01mK/W以上である断熱シートを用いる。 In addition, a heat insulating sheet containing airgel and non-woven fabric fibers, having a compressibility of 40% or less at 0.30 to 5.0 MPa, and a thermal resistance of 0.01 m 2 K/W or more when compressed is used.

さらに、発熱を伴う電子部品と筐体との間に、上記断熱シートを配置した電子機器を用いる。 Further, an electronic device is used in which the heat insulating sheet is arranged between the electronic component that generates heat and the housing.

また、電池間に、上記断熱シートを配置した電池ユニットを用いる。 Also, a battery unit in which the heat insulating sheet is arranged between batteries is used.

本実施の形態の高強度断熱シートは、5MPaにおける圧縮率が40%以下と潰れにくく、尚且つ5MPaにおける熱抵抗が0.01mK/W以上であることから、高温圧縮環境下においても効果的な熱伝達遅延効果を発揮する。 The high-strength insulation sheet of the present embodiment has a compressibility of 40% or less at 5 MPa, which makes it difficult to collapse, and a thermal resistance at 5 MPa of 0.01 m 2 K / W or more, so it is effective even in a high-temperature compression environment. heat transfer delay effect.

実施の形態の炭酸エステルによる水ガラスのゲル化機構を説明する化学式の図A diagram of a chemical formula for explaining the gelation mechanism of water glass by carbonate ester according to the embodiment. 実施の形態の高強度断熱シートの製造方法のフロー図Flow diagram of a method for manufacturing a high-strength insulation sheet according to an embodiment 実施の形態の水ガラスのSiO濃度と断熱シートの圧縮率の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the SiO 2 concentration of water glass and the compressibility of the heat insulating sheet according to the embodiment. 実施の形態の水ガラスのSiO濃度と断熱シートの熱抵抗の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the SiO 2 concentration of the water glass and the thermal resistance of the heat insulating sheet according to the embodiment; 実施の形態の水ガラスのSiO濃度と断熱シートの熱伝導率の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the SiO 2 concentration of the water glass and the thermal conductivity of the heat insulating sheet according to the embodiment; 実施の形態の水ガラスのSiO濃度と断熱シートのかさ密度の関係を示す図Graph showing the relationship between the SiO 2 concentration of the water glass of the embodiment and the bulk density of the heat insulating sheet 実施の形態の水ガラスのSiO濃度とエアロゲルの比表面積の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the SiO 2 concentration of the water glass and the specific surface area of the airgel according to the embodiment. 実施の形態の水ガラスのSiO濃度とエアロゲルの細孔容積の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the SiO 2 concentration of the water glass and the pore volume of the airgel according to the embodiment. 実施の形態の水ガラスのSiO濃度とエアロゲルの平均細孔径の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the SiO 2 concentration of water glass and the average pore size of airgel according to the embodiment. 実施の形態の水ガラスのSiO濃度と断熱シートの各加圧力における圧縮率の関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the SiO 2 concentration of the water glass of the embodiment and the compressibility of the heat insulating sheet at each applied pressure. 実施の形態の断熱シートの応用例1を示す断面図Sectional view showing application example 1 of the heat insulating sheet of the embodiment 実施の形態の断熱シートの応用例2を示す断面図Sectional drawing which shows the application example 2 of the heat insulation sheet of embodiment 実施の形態の断熱シートの水洗におけるシート配置を示す図The figure which shows the sheet arrangement|positioning in water washing of the heat insulation sheet of embodiment. 実施の形態の断熱シートの塩酸水溶液浸漬におけるシート配置を示す図A diagram showing the arrangement of the heat insulating sheet according to the embodiment when the heat insulating sheet is immersed in an aqueous solution of hydrochloric acid. 実施の形態の断熱シートのシリル化処理におけるシート配置を示す図FIG. 4 is a diagram showing the sheet arrangement in the silylation treatment of the heat insulating sheet according to the embodiment;

次に好ましい発明の実施の形態を挙げて本実施の形態を説明する。
<高強度断熱シートの設計コンセプト>
シリカエアロゲルと不織布繊維とからなるエアロゲル複合断熱シートは、これまでいくつか知られている。その多くは取扱性が改善されてつつある。しかし、5MPaの圧縮に耐えられる強度と、圧縮時において0.01mK/W以上の高い熱抵抗値とは持ち合わせていなかった。
Next, this embodiment will be described with reference to preferred embodiments of the invention.
<Design concept of high-strength insulation sheet>
Several airgel composite heat insulating sheets composed of silica airgel and non-woven fibers have been known so far. Many of them are being improved in handling. However, it did not have the strength to withstand compression of 5 MPa and the high thermal resistance value of 0.01 m 2 K/W or more during compression.

本実施の形態の高強度断熱シートは、高密度エアロゲルと不織布繊維構造体の少なくとも2成分からなる断熱シートである。ここで、本実施の形態の断熱シートは、その強度が高い。それは、連続する不織布繊維体の空隙に、緻密に隙間無く複合化された“高密度エアロゲル”によるものである。 The high-strength heat insulation sheet of the present embodiment is a heat insulation sheet composed of at least two components, a high-density airgel and a nonwoven fiber structure. Here, the heat insulating sheet of the present embodiment has high strength. This is due to the "high-density aerogel" which is densely combined without gaps in the voids of the continuous non-woven fabric.

一般に、シリカエアロゲルは低密度シリカ多孔体のことを指し、かさ密度は、およそ0.3g/cm未満である。その合成には、通常、アルコキシシランや水ガラスなどの低濃度シリカ原料と、ゲル化剤の鉱酸や塩基とが用いられる。ここで、水ガラスの場合、エアロゲル合成に用いられるシリカ濃度は6重量%以下という制約がある。なぜならば、ゲル化剤として鉱酸や有機酸を加えると、珪酸ナトリウムの加水分解と脱水縮合が急激に進行し、7重量以上のシリカ濃度では反応速度が速すぎて不均一核生成を誘起し均一なゲルを得ることができないためである。 Silica airgel generally refers to low-density silica porous bodies, with bulk densities less than approximately 0.3 g/cm 3 . In its synthesis, a low-concentration silica raw material such as alkoxysilane or water glass and a mineral acid or base as a gelling agent are usually used. Here, in the case of water glass, there is a limitation that the silica concentration used for airgel synthesis is 6% by weight or less. This is because when a mineral acid or an organic acid is added as a gelling agent, the hydrolysis and dehydration condensation of sodium silicate proceed rapidly, and at a silica concentration of 7 weight or more, the reaction rate is too fast and heterogeneous nucleation is induced. This is because a uniform gel cannot be obtained.

したがって、既存のエアロゲル合成方法では、シリカ濃度を高めることができず、高密度エアロゲルを得ることができなかった。また、エアロゲルを高密度化してエアロゲルの強度を高めることもできなかった。 Therefore, the existing airgel synthesis method could not increase the silica concentration and could not obtain a high-density aerogel. Also, it was not possible to increase the strength of the airgel by increasing the density of the airgel.

<高強度断熱シートの圧縮特性>
0.30MPa~5MPaで加圧したときの本実施の形態の断熱シートの圧縮率としては、40%以下であることが好ましく、30%以下であることがさらに好ましい。
<Compression characteristics of high-strength insulation sheet>
The compressibility of the heat insulating sheet of the present embodiment when pressurized at 0.30 MPa to 5 MPa is preferably 40% or less, more preferably 30% or less.

<高強度断熱シートの熱抵抗>
0.30MPa~5MPaで加圧したときの本実施の形態の断熱シートの熱抵抗は、0.010mK/W以上であることが好ましく、0.015mK/W以上であることがさらに好ましい。
<Thermal resistance of high-strength insulation sheet>
The thermal resistance of the heat insulating sheet of the present embodiment when pressurized at 0.30 MPa to 5 MPa is preferably 0.010 m 2 K/W or more, more preferably 0.015 m 2 K/W or more. preferable.

<断熱シートの熱伝導率>
本実施の形態の断熱シートの熱伝導率は、圧縮率の大きさにもより一概にはいえないが、100mW/mK以下であればよい。
<Thermal conductivity of heat insulating sheet>
Although the thermal conductivity of the heat insulating sheet of the present embodiment cannot be generalized due to the degree of compressibility, it is sufficient if it is 100 mW/mK or less.

<断熱シートのかさ密度>
本実施の形態の断熱シートのかさ密度は0.3g/cm~0.5g/cmであることが好ましい。
<Bulk Density of Thermal Insulation Sheet>
The bulk density of the heat insulating sheet of the present embodiment is preferably 0.3 g/cm 3 to 0.5 g/cm 3 .

<エアロゲルの細孔特性>
本実施の形態の高密度エアロゲルの比表面積は、300m/g~600m/gが好ましい。高密度エアロゲルの平均細孔径は10~70nmが好ましい。
<Pore characteristics of airgel>
The specific surface area of the high-density airgel of the present embodiment is preferably 300m 2 /g to 600m 2 /g. The average pore size of the high-density airgel is preferably 10-70 nm.

<エアロゲルの原料種およびシリカ濃度>
高密度エアロゲルの原料としては、アルコキシシラン、水ガラスなどの汎用的なシリカ原料が用いられる。所望のシリカ濃度になるように水を加えて、分散液あるいは溶液を調製し、使用する。
<Raw material species and silica concentration of airgel>
General-purpose silica raw materials such as alkoxysilanes and water glass are used as raw materials for high-density airgel. Water is added to obtain the desired silica concentration to prepare a dispersion or solution for use.

高密度エアロゲルにおける多孔質構造の緻密化、高密度化にNaイオンが影響を与えていると考えられるため、Naイオンを含む水ガラスが好適に用いられる。原料分散液あるいは溶液におけるシリカ濃度は、高密度のエアロゲルを合成するため高いほうがよく、14~20%が好ましい。 Water glass containing Na ions is preferably used because it is believed that Na ions affect the densification and densification of the porous structure in high-density aerogels. The silica concentration in the raw material dispersion or solution should be high in order to synthesize a high-density airgel, preferably 14 to 20%.

<エアロゲル合成のためのゲル化剤およびその濃度>
発明者らは、8重量%以上の高濃度シリカ原料を均一にゲル化することができる新たなエアロゲルを合成するため、ゲル化剤の探索検討を鋭意進めた。その結果、炭酸エステル類が高濃度水ガラス原料を均一にゲル化させ、高密度エアロゲルの合成に好適である事を見出した。
<Gelling agent for airgel synthesis and its concentration>
In order to synthesize a new aerogel capable of uniformly gelling high-concentration silica raw materials of 8% by weight or more, the inventors have made earnest efforts to search for a gelling agent. As a result, we found that carbonic acid esters are suitable for synthesizing high-density aerogels by uniformly gelling high-concentration water glass raw materials.

本実施の形態の高密度エアロゲルは、ゲル化剤として炭酸エステルを用いる。炭酸エステル類は、一般に酸性には強いが、塩基性条件下では炭酸とアルコールに加水分解することが知られている。本実施の形態では、この加水分解により生成した炭酸をゲル化に利用している。 Carbonate ester is used as a gelling agent for the high-density aerogel of the present embodiment. Carbonic acid esters are known to hydrolyze into carbonic acid and alcohol under basic conditions, although they are generally resistant to acidity. In the present embodiment, the carbonic acid produced by this hydrolysis is used for gelation.

炭酸エステルによる水ガラスのゲル化機構について、炭酸エチレンを例に、図1の化学構造の図で説明する。 The gelation mechanism of water glass by carbonate ester will be explained using ethylene carbonate as an example with reference to FIG. 1 showing the chemical structure.

第1ステップとして、pH10以上の塩基性である珪酸ナトリウム101の水溶液に炭酸エチレン103を加え溶解させると、原料中のヒドロキシルイオン102が炭酸エチレン103のカルボニル炭素を求核的に攻撃し、炭酸エチレン103の加水分解が進行する。 As a first step, when ethylene carbonate 103 is added to and dissolved in an aqueous solution of sodium silicate 101, which is basic with a pH of 10 or higher, hydroxyl ions 102 in the raw material nucleophilically attack the carbonyl carbon of ethylene carbonate 103, resulting in ethylene carbonate. Hydrolysis of 103 proceeds.

その結果、炭酸イオン104とエチレングリコール105が系中で生成する。 As a result, carbonate ions 104 and ethylene glycol 105 are produced in the system.

第2ステップでは、珪酸ナトリウム101と炭酸イオン104が反応して、珪酸の脱水縮合反応が進行する。このとき、炭酸ナトリウム107が副生する。シロキサン結合からなるネットワーク構造が発達すると、水ガラスの流動性は消失しゲル化する。このようにしてヒドロゲル106が得られる。炭酸ナトリウム107の多くは、ヒドロゲル106中に残存する。 In the second step, the sodium silicate 101 and carbonate ions 104 react to proceed the dehydration condensation reaction of silicic acid. At this time, sodium carbonate 107 is produced as a by-product. When a network structure consisting of siloxane bonds develops, water glass loses fluidity and gels. A hydrogel 106 is thus obtained. Much of the sodium carbonate 107 remains in the hydrogel 106.

以上のように、炭酸エステルをゲル化剤に用いた場合は、2段階で反応が進行するため、珪酸ナトリウム101の加水分解と脱水縮合反応の反応速度の制御が可能であり均一なゲル化が達成できることが特徴である。 As described above, when a carbonate ester is used as a gelling agent, the reaction proceeds in two stages, so it is possible to control the reaction rate of the hydrolysis of sodium silicate 101 and the dehydration condensation reaction, resulting in uniform gelation. It is characterized by being achievable.

炭酸エステルの種類としては、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピル、炭酸エチルメチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなどが用いられる。いずれの炭酸エステルでも高濃度シリカ原料を均一にゲル化させることが可能だが、炭酸エステルのアルキル鎖が長くなると疎水性が強くなり水ガラス水溶液に溶けにくくなる。したがって、炭酸エステルの水への溶解性と加水分解反応速度の観点から、水に対して比較的容易に溶解する、炭酸ジメチル、炭酸エチレンが好ましくは用いられる。 Dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, ethylmethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate and the like are used as the carbonate ester. Any carbonic acid ester can uniformly gel the high-concentration silica raw material. Therefore, dimethyl carbonate and ethylene carbonate, which dissolve relatively easily in water, are preferably used from the viewpoint of the solubility in water and the hydrolysis reaction rate of carbonate esters.

炭酸エステルの添加量としては、シリカ原料の総量に対して、0.5~10.0重量部の炭酸エステルであれば均一なゲルを作製することができる。シリカ濃度やゲル化剤濃度によりゲル化時間が異なるが、生産性(不織布への原料液体の含浸速度など)やゲル化剤コストの関係から、3.0~6.0重量部が好ましい。 As for the addition amount of the carbonate ester, a uniform gel can be produced by adding 0.5 to 10.0 parts by weight of the carbonate ester relative to the total amount of the silica raw material. Although the gelation time varies depending on the concentration of silica and the concentration of the gelling agent, it is preferably 3.0 to 6.0 parts by weight in terms of productivity (speed of impregnating the raw material liquid into the nonwoven fabric, etc.) and the cost of the gelling agent.

なお、炭酸エステルは、溶媒でなく、ゲル化剤である。 Note that the carbonate ester is not a solvent but a gelling agent.

<断熱シートの厚さ>
実施の形態の断熱シートの厚さは、0.03mm~3.0mmの範囲内にあり、好ましくは0.05mm~1.5mmの範囲内にある。断熱シートの厚みが、0.03mmよりも薄い場合には厚さ方向の断熱効果が低下する。このため、断熱シートが、熱伝導率が真空に近いレベルの非常に低い熱伝導率を実現しなければ、その一面から他面への厚さ方向の伝熱を低減できない。断熱シートの厚みが、0.05mm以上厚いと、厚さ方向の断熱効果が確保できる。一方、断熱シートが、1.5mmよりも厚ければ、車載・産業機器への組み込みが難しくなる。特に、車載分野では、3.0mmより厚くなると、機器への組み込みは一層難しくなる。
<Thickness of insulation sheet>
The thickness of the insulating sheet of the embodiment is in the range of 0.03 mm to 3.0 mm, preferably in the range of 0.05 mm to 1.5 mm. If the thickness of the heat insulating sheet is less than 0.03 mm, the heat insulating effect in the thickness direction is reduced. Therefore, the heat transfer in the thickness direction from one side to the other side cannot be reduced unless the heat insulating sheet realizes a very low thermal conductivity at a level close to that of a vacuum. When the thickness of the heat insulating sheet is 0.05 mm or more, the heat insulating effect in the thickness direction can be secured. On the other hand, if the heat insulating sheet is thicker than 1.5 mm, it will be difficult to incorporate it into a vehicle or industrial equipment. In particular, in the in-vehicle field, if the thickness is more than 3.0 mm, it becomes more difficult to incorporate it into equipment.

<断熱シートにおける高密度シリカキセロゲルの含有率>
断熱シートの重量に占める高密度シリカエアロゲルの割合は、不織布繊維の目付け、嵩密度、厚みによって最適な範囲が異なるため、一概にはいえない。しかし、断熱シートの重量に占める高密度シリカエアロゲルの割合は、少なくとも50重量%以上あればよい。割合が、50%未満の場合、熱抵抗が小さくなると同時に、断熱シートの強度を維持することができなくなる。又、割合が80重量%以下であればよい。割合が80%より高い場合、熱抵抗は上がるものの、柔軟性が不足し、繰り返しの使用により、シリカエアロゲルの脱落が起こる可能性がある。
<Content rate of high density silica xerogel in heat insulating sheet>
The ratio of the high-density silica airgel to the weight of the heat insulating sheet cannot be generalized because the optimum range varies depending on the basis weight, bulk density, and thickness of the non-woven fabric fiber. However, the ratio of the high-density silica airgel to the weight of the heat insulating sheet should be at least 50% by weight or more. If the ratio is less than 50%, the heat resistance becomes small and at the same time the strength of the heat insulating sheet cannot be maintained. Also, the ratio should be 80% by weight or less. If the ratio is higher than 80%, the heat resistance is increased, but the flexibility is insufficient, and repeated use may cause the silica airgel to fall off.

<不織布繊維の目付>
実施の形態の断熱シートの製造に用いられる不織布繊維の目付けとしては、高密度エアロゲルの支持体として必要最低限の剛性を維持するため、5~200g/mが好ましい。目付けは単位面積あたりの繊維の重量である。
<Metsuke of non-woven fabric>
The basis weight of the nonwoven fabric fibers used for manufacturing the heat insulating sheet of the embodiment is preferably 5 to 200 g/m 2 in order to maintain the minimum required rigidity as a support for high-density airgel. The basis weight is the weight of the fiber per unit area.

<不織布繊維の嵩密度>
不織布繊維の嵩密度は、実施の形態の断熱シートにおけるシリカキセロゲルの含有率を高めて、より熱伝導率を低減させるという観点から、100~500kg/mの範囲が好ましい。
<Bulk density of nonwoven fiber>
The bulk density of the nonwoven fabric fibers is preferably in the range of 100 to 500 kg/m 3 from the viewpoint of increasing the content of silica xerogel in the heat insulating sheet of the embodiment to further reduce the thermal conductivity.

連続体として機械的強度が伴った不織布を形成するためには、嵩密度は少なくとも100kg/m必要である。また、不織布の嵩密度が500kg/mより大きい場合、不織布中の空間体積が少なくなるため、充填することができるシリカキセロゲルが相対的に減り、熱抵抗値が小さくなる。数値に関しては、以下の実施例でも説明する。 A bulk density of at least 100 kg/m 3 is required to form a continuous nonwoven fabric with mechanical strength. In addition, when the bulk density of the nonwoven fabric is higher than 500 kg/m 3 , the space volume in the nonwoven fabric is reduced, so the amount of silica xerogel that can be filled is relatively reduced, and the heat resistance value is reduced. Numerical values are also explained in the following examples.

<不織布繊維の材質>
実施の形態の断熱シートの製造に用いられる不織不繊維の材質としては、無機繊維系のグラスウール、ガラスペーパー、ロックウール、樹脂系のポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリプロピレン(PP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、天然系の羊毛やセルロースなどを利用することができる。
<Material of non-woven fiber>
Materials of the non-woven non-fiber used for manufacturing the heat insulating sheet of the embodiment include inorganic fiber-based glass wool, glass paper, rock wool, resin-based polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polypropylene ( PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), natural wool, cellulose, and the like can be used.

<高強度断熱シートの製造方法>
実施の形態の断熱シートの製造方法の概略を図2に示す。基本的な合成手順としては、(a)~(c)の3ステップから構成される。
<Method for producing high-strength heat insulation sheet>
FIG. 2 shows an outline of a method for manufacturing a heat insulating sheet according to an embodiment. The basic synthesis procedure consists of three steps (a) to (c).

(a)複合体生成工程:
シリカ原料である水ガラス組成物に炭酸エステルおよび蒸留水を加えて混合し作製したゾルを、不織布繊維構造体に含浸、ゲル化させる。そして、フィルムで挟んだ状態で2軸ロールなどを用いて厚み規制を行い、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する。
例えば水ガラス原料を用いた場合は、ゲル化剤として炭酸エステルを添加すると、珪酸の脱水縮合と供に、炭酸ナトリウムが生成し炭酸ナトリウムがゲル中に取り込まれて非常に塩基性の強いヒドロゲルが得られることがある。
(a) Complex formation step:
A nonwoven fiber structure is impregnated with a sol prepared by adding carbonate ester and distilled water to a water glass composition, which is a silica raw material, and mixed to form a gel. Then, while sandwiched between films, the thickness is regulated using a biaxial roll or the like to form a hydrogel-nonwoven fiber composite.
For example, when a water glass raw material is used, when a carbonate ester is added as a gelling agent, the dehydration condensation of silicic acid is accompanied by the formation of sodium carbonate, which is incorporated into the gel to form a very basic hydrogel. can be obtained.

(b)表面修飾工程:
ステップ(a)で生成したヒドロゲル-不織布繊維の複合体を、水洗する。その後、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を塩酸浸漬し、その後、シリル化剤と混合して表面修飾させる。なお、塩酸で処理する理由は、次のシリル化処理が効率的進むように、前もって処理するためである。
シリル化、及びシリル化剤は、公知の方法、及び公知の材料を用いることができるが、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を塩酸水溶液に浸漬させた後、シリル化剤としてシロキサンとアルコールの混合液で処理する方法が迅速にシリル化処理を行うことができ好ましい。
また、表面修飾工程は、水や塩酸水溶液、シリル化剤に浸漬させる工程であり、ヒドロゲル-不織布繊維の面と浸漬する液との接触面積を大きくすることが好ましい。そのためには、槽内にてヒドロゲル-不織布繊維の面方向を立てて処理することが好ましい。
本実施例での高密度エアロゲルではシリカ濃度を高めることにより、ヒドロゲル-不織布繊維の強度が増し、折れ曲がることがないため、自立して立てることが可能となる。
<(b)表面修飾工程での水洗工程>
工程bにおいて、このヒドロゲルを塩酸に浸漬させると、塩酸と炭酸ナトリウムの中和反応が起こり、急激に炭酸ガスが発生する。ガラスペーパーのように、面方向と平行に多くの繊維が配交し繊維同士の絡み合いが少ない不織布繊維構造体を使用する場合は、この炭酸ガスの発生により、繊維シート内に気泡が多く発生することがあるため、塩酸に浸漬させる前に、水洗を行って、炭酸ナトリウムを除去する。
(b) Surface modification step:
The hydrogel-nonwoven fiber composite produced in step (a) is washed with water. The hydrogel-nonwoven fiber composite is then dipped in hydrochloric acid and then mixed with a silylating agent for surface modification. The reason for the treatment with hydrochloric acid is to pre-treat so that the next silylation treatment can proceed efficiently.
Known methods and known materials can be used for the silylation and the silylating agent. The method of treating with is preferable because the silylation treatment can be performed quickly.
The surface modification step is a step of immersing the fiber in water, an aqueous solution of hydrochloric acid, or a silylating agent, and it is preferable to increase the contact area between the surface of the hydrogel-nonwoven fabric fiber and the immersing liquid. For this purpose, it is preferable to treat the hydrogel-nonwoven fabric with the surface direction upright in the tank.
By increasing the silica concentration in the high-density aerogel of this example, the strength of the hydrogel-nonwoven fabric fiber increases, and since it does not bend, it becomes possible to stand on its own.
<(b) Washing step in surface modification step>
In step b, when this hydrogel is immersed in hydrochloric acid, a neutralization reaction between hydrochloric acid and sodium carbonate occurs, and carbon dioxide is rapidly generated. When using a non-woven fiber structure, such as glass paper, in which many fibers are crossed in parallel with the surface direction and the fibers are less entangled, many bubbles are generated in the fiber sheet due to the generation of carbon dioxide gas. Therefore, the sodium carbonate is removed by washing with water before being immersed in hydrochloric acid.

図13は水洗における断熱シート51の炭酸ナトリウム52の除去に関して示す。断熱シート51の面は、水洗槽55の底面に対して縦方向に配置する。
それにより炭酸ナトリウム52の比重が大きいため溶出後槽の下に向かう。さらに槽内の上下方向で濃度差が生じ、濃度を均一化するよう槽内で対流が発生する。
一方、断熱シート51が横方向では槽内での濃度差が生じにくく対流があまり起きない。そのため、縦置きよりも炭酸ナトリウムの水56への溶出遅い。
このときの底面に対する断熱シート51の面の角度は、対流を起すための空間が必要であるため、90度±45度であり、より好ましくは90度±20度である。
<(b)表面修飾工程での塩酸浸漬工程>
図14は塩酸58の水溶液浸漬における断熱シート51からの二酸化炭素53の除去に関して示す。
断熱シート51の面は、塩酸槽57の底面に対して縦方向に配置する。それにより二酸化炭素53の比重が小さいため溶出後槽の上に向かい、主にワーク上方/上端から抜ける。一方、断熱シート51が横置きではガラス繊維に粗密があり(密度ムラ)、密な箇所は膜のように振舞いガスの抜けを妨げて膨む。
このときの底面に対する断熱シート51の面の角度は、発生する気体を放出する必要があるため、90度±30度であり、より好ましくは90度±20度である。
<(b)表面修飾工程でのシリル化工程>
図15は、シリル化処理における断熱シート51と塩酸54の除去に関して示す。シリル化槽59には、シリル化剤60がはいっている。断熱シート51の面は、シリル化槽59の底面に対して縦方向に配置する。それにより塩酸54の比重が大きいため下に向かい、主にワーク下面/下端から抜ける。一方、断熱シート51が横置きではガラス繊維に粗密があり(密度ムラ)、密な箇所は膜のように振舞い塩酸の排出を妨げて膨む。
このときの底面に対する断熱シート51の面の角度は、発生する塩酸を排出する必要があるため、90度±45度であり、より好ましくは90度±30度である。
FIG. 13 shows the removal of the sodium carbonate 52 from the heat insulating sheet 51 by washing with water. The surface of the heat insulating sheet 51 is arranged vertically with respect to the bottom surface of the washing tank 55 .
As a result, the specific gravity of sodium carbonate 52 is large, so it goes to the bottom of the tank after elution. Furthermore, a difference in concentration occurs in the vertical direction in the tank, and convection occurs in the tank so as to equalize the concentration.
On the other hand, when the heat insulating sheet 51 is placed in the horizontal direction, it is difficult for the concentration difference to occur in the tank, and convection does not occur so much. Therefore, the elution of sodium carbonate into the water 56 is slower than in the vertical arrangement.
At this time, the angle of the surface of the heat insulating sheet 51 with respect to the bottom surface is 90°±45°, more preferably 90°±20°, because a space is required for causing convection.
<(b) Hydrochloric acid immersion step in surface modification step>
FIG. 14 shows the removal of carbon dioxide 53 from the insulating sheet 51 during immersion in an aqueous solution of hydrochloric acid 58 .
The surface of the heat insulating sheet 51 is arranged vertically with respect to the bottom surface of the hydrochloric acid bath 57 . As a result, the specific gravity of the carbon dioxide 53 is small, so that after the elution, the carbon dioxide 53 goes up to the top of the tank and mainly escapes from the upper part/upper end of the workpiece. On the other hand, when the heat insulating sheet 51 is placed horizontally, the glass fibers have irregularities in density (unevenness in density), and the dense portions act like a film, preventing the escape of gas and swelling.
At this time, the angle of the surface of the heat insulating sheet 51 with respect to the bottom surface is 90°±30°, more preferably 90°±20°, because it is necessary to release the generated gas.
<Silylation step in (b) surface modification step>
FIG. 15 shows the removal of insulating sheet 51 and hydrochloric acid 54 in the silylation process. Silylation tank 59 contains silylation agent 60 . The surface of the heat insulating sheet 51 is arranged vertically with respect to the bottom surface of the silylation bath 59 . As a result, since the specific gravity of the hydrochloric acid 54 is large, the hydrochloric acid 54 goes downward, and mainly escapes from the lower surface/lower end of the workpiece. On the other hand, when the heat insulating sheet 51 is placed horizontally, the glass fibers have irregularities in density (uneven density), and the dense portions act like a film, hindering the discharge of hydrochloric acid and swelling.
At this time, the angle of the surface of the heat insulating sheet 51 with respect to the bottom surface is 90°±45°, more preferably 90°±30°, because it is necessary to discharge the generated hydrochloric acid.

(c)乾燥工程:
ステップ(b)で得られた表面修飾したヒドロゲル-不織布繊維の複合体中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する。
(c) Drying step:
The liquid contained in the surface modified hydrogel-nonwoven fiber composite obtained in step (b) is removed by drying below the critical temperature and pressure.

以下、本実施の形態を実施例に基づいて説明する。但し、本実施の形態は、下記実施例に限定されるものではない。すべての反応は、大気下のもとで行われた。 Hereinafter, this embodiment will be described based on examples. However, this embodiment is not limited to the following examples. All reactions were carried out under air.

<評価>
尚、実施例では、ゲル化剤として炭酸エチレンを用い、水ガラス原料のシリカ濃度をかえて断熱シートを作製し、熱伝導率、圧縮率、熱抵抗値を評価した。
<Evaluation>
In the examples, ethylene carbonate was used as the gelling agent, and the silica concentration of the water glass raw material was changed to prepare heat insulating sheets, and the thermal conductivity, compressibility, and thermal resistance were evaluated.

熱伝導率測定には、熱流計HFM 436Lamda(NETZCH製)を用いた。 A heat flow meter HFM 436 Lambda (manufactured by NETZCH) was used for thermal conductivity measurement.

圧縮率の測定は、卓上形精密万能試験機オートグラフAGS-X(SHIMADZU製)を用いた。 The compressibility was measured using a desktop precision universal testing machine Autograph AGS-X (manufactured by Shimadzu).

熱抵抗値は、加圧力5MPaのときの圧縮率から求めた断熱シートの厚みを熱伝導率で割ることで算出した。 The thermal resistance value was calculated by dividing the thickness of the heat insulating sheet obtained from the compressibility at a pressure of 5 MPa by the thermal conductivity.

さらに、シリカエアロゲルの微細構造は、高精度ガス/蒸気吸着量測定装置BELSORP-max42N-VP-P(マイクロトラック・ベル製)を用いて評価した。 Furthermore, the microstructure of the silica airgel was evaluated using a high-precision gas/vapor adsorption measurement device BELSORP-max42N-VP-P (manufactured by Microtrack Bell).

各実施例、比較例の詳細の条件は以下で説明する。また、結果を、表1に示す。 Detailed conditions for each example and comparative example will be described below. In addition, Table 1 shows the results.

Figure 0007232983000001
実施例1乃至実施例9、比較例1乃至比較例7の結果について記載する。
WG;水ガラス,ECaq.;炭酸エチレン水溶液,HClaq.;塩酸水溶液,NHaq.;アンモニア水,GP;ガラスペーパー
<合格基準>
(1)かさ密度評価
断熱シートのかさ密度は0.3以上0.5g/cm以下を合格とした。断熱シートのかさ密度が0.3g/cm未満だと、加重をかけたときに潰れやすい。かさ密度が0.5g/cmより大きいと、加重に対して潰れにくくなるが、熱伝導率が高くまた熱抵抗が小さくなる。このため、圧縮時において、断熱シートは熱連鎖が起きやすくなる。
Figure 0007232983000001
The results of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 7 will be described.
WG; water glass, ECaq. ; ethylene carbonate aqueous solution, HClaq. aqueous hydrochloric acid, NH 3 aq. ; Ammonia water, GP; Glass paper <Acceptance criteria>
(1) Evaluation of Bulk Density A heat insulating sheet with a bulk density of 0.3 or more and 0.5 g/cm 3 or less was regarded as acceptable. If the bulk density of the heat insulating sheet is less than 0.3 g/cm 3 , it will easily collapse when a load is applied. When the bulk density is more than 0.5 g/cm 3 , the material is less likely to collapse under load, but the thermal conductivity is high and the thermal resistance is low. For this reason, heat chain is likely to occur in the heat insulating sheet during compression.

(2)熱伝導率評価
断熱シートの熱伝導率は、100mW/mK以下を合格とした。断熱シートの熱伝導率が100mW/mKより高いと、熱抵抗が小さくなるため、圧縮時においても熱連鎖が起きやすくなる。
(2) Evaluation of Thermal Conductivity A thermal conductivity of 100 mW/mK or less of the heat insulating sheet was accepted. If the thermal conductivity of the heat insulating sheet is higher than 100 mW/mK, the thermal resistance will be small, so thermal chain reaction will easily occur even during compression.

(3)ゲル充填率
断熱シートにおけるエアロゲル充填率は50重量%以上80%重量以下を合格とした。エアロゲルの充填率が、50重量%未満の場合、潰れやすく圧縮時における熱抵抗が小さくなる。エアロゲルの充填率が、80重量%より大きい場合、潰れにくいが、固体の伝熱成分が増加するため圧縮時における熱抵抗が小さくなることがある。
(3) Gel Filling Rate An airgel filling rate of 50% by weight or more and 80% by weight or less in the heat insulating sheet was accepted. If the airgel has a filling rate of less than 50% by weight, it is easily crushed and the thermal resistance during compression becomes small. When the airgel has a filling rate of more than 80% by weight, it is difficult to crush, but the solid heat transfer component increases, so the thermal resistance during compression may decrease.

(4)比表面積評価
断熱シートの比表面積は300m/g以上、600m/g以下を合格とした。
(4) Evaluation of Specific Surface Area A specific surface area of the heat insulating sheet of 300 m 2 /g or more and 600 m 2 /g or less was judged to be acceptable.

断熱シートの熱伝導率が、300m/gより小さいと、多孔体を構成する粒子の粒径が大きいことから熱伝導率が高くまた熱抵抗が小さくなるため、圧縮時においても熱連鎖が起きやすくなる。 If the thermal conductivity of the heat insulating sheet is less than 300 m 2 /g, the particle size of the particles constituting the porous body is large, so the thermal conductivity is high and the thermal resistance is small, so that thermal chaining occurs even during compression. easier.

断熱シートの比表面積が、600m/gより大きい場合、多孔体を構成する粒子の粒径が小さく、圧縮時に潰れやすくなるため、熱抵抗が小さくなり、熱連鎖が起きやすくなる。 If the specific surface area of the heat insulating sheet is more than 600 m 2 /g, the particles forming the porous body have small particle diameters and are likely to be crushed during compression.

(5)細孔容積評価
断熱シートの細孔容積は0.15ml/g以下を合格とした。断熱シートの細孔容積が0.15ml/gより大きいと、圧縮時に潰れやすくなるため、熱抵抗が小さくなり、熱連鎖が起きやすくなる。
(5) Evaluation of Pore Volume A heat insulating sheet with a pore volume of 0.15 ml/g or less was accepted. If the pore volume of the heat insulating sheet is more than 0.15 ml/g, the heat insulating sheet is likely to be crushed during compression, so that the heat resistance is reduced and thermal chain is likely to occur.

(6)圧縮特性評価
5.0MPaにおける断熱シートの圧縮率は、40%以下を合格とした。高負荷時においても、効果的に熱連鎖を抑制するためには、断熱シートが圧縮にある程度耐えて、固体の伝熱成分の増加を抑制する必要がある。5.0MPaにおける断熱シートの圧縮率が、40%より高いと従来の断熱シートに対する優位性が損なわれる。
(6) Evaluation of Compressive Characteristics Compressibility of the heat insulating sheet at 5.0 MPa was judged as acceptable if it was 40% or less. In order to effectively suppress the heat chain even under high load, the heat insulating sheet must withstand compression to some extent and suppress the increase of the solid heat transfer component. If the compressibility of the heat insulating sheet at 5.0 MPa is higher than 40%, the advantage over conventional heat insulating sheets is lost.

(7)熱抵抗値評価
5.0MPaにおける断熱シートの熱抵抗値が0.01mK/W以上を合格とした。
(7) Thermal resistance value evaluation A thermal resistance value of 0.01 m 2 K/W or more of the heat insulating sheet at 5.0 MPa was regarded as acceptable.

実際に荷重を加え、熱伝導率を測定すればよい。しかし、特に荷重が高い場合、圧縮により潰れ、圧縮時における熱伝導率を測定することは難しい。
圧縮率から求めた断熱シートの厚みと、熱流計HFMで測定した熱伝導率との実測値から熱抵抗値を算出して比較評価した。
It is sufficient to actually apply a load and measure the thermal conductivity. However, especially when the load is high, it collapses due to compression, and it is difficult to measure the thermal conductivity during compression.
A thermal resistance value was calculated from the thickness of the heat insulating sheet obtained from the compressibility and the thermal conductivity measured by the heat flow meter HFM, and was comparatively evaluated.

5.0MPaにおける熱抵抗値が0.01mK/W未満では、圧縮時において、熱連鎖が起きやすくなる。 If the thermal resistance value at 5.0 MPa is less than 0.01 m 2 K/W, heat chain is likely to occur during compression.

(8)総合評価
全てを満足する条件を総合評価として合格とした。
(8) Comprehensive evaluation Conditions that satisfy all conditions were regarded as pass as comprehensive evaluation.

<実施例1>
水ガラス原料を蒸留水で希釈して調製した水ガラス水溶液(シリカ濃度14%、20.5g)に、炭酸エチレン(白色結晶)を6重量部(1.23g)添加してよく攪拌、溶解させてゾル液を調製した。
<Example 1>
6 parts by weight (1.23 g) of ethylene carbonate (white crystals) was added to an aqueous solution of water glass (silica concentration: 14%, 20.5 g) prepared by diluting the water glass raw material with distilled water, and the mixture was thoroughly stirred and dissolved. to prepare a sol solution.

次いで、ゾル溶液を不織布繊維(材質;グラスペーパー,厚み0.63mm、目付100g/m、寸法12cm角)に注ぐことで、ゾル溶液を不織布繊維に均一に含浸させた。ゾル溶液を含浸させた不織布をPPフィルム(厚み50um×2枚)に挟み、室温23℃で3分放置してゾルをゲル化させた。ゲル化を確認後、ギャップを1.00mm(フィルム厚込み)に設定した2軸ロールにフィルムごと含浸不織布を通して、不織布から余分なゲルを絞りだして厚み1.00mm狙いで規制した。 Next, the sol solution was poured into a non-woven fabric fiber (material: glass paper, thickness 0.63 mm, basis weight 100 g/m 2 , dimension 12 cm square) to uniformly impregnate the non-woven fabric fiber with the sol solution. The nonwoven fabric impregnated with the sol solution was sandwiched between PP films (thickness: 50 μm×2 sheets), and left at room temperature of 23° C. for 3 minutes to gel the sol. After confirming gelation, the impregnated nonwoven fabric together with the film was passed through a biaxial roll with a gap of 1.00 mm (including the thickness of the film), and excess gel was squeezed out from the nonwoven fabric to regulate the thickness to 1.00 mm.

次に、フィルムを剥がしてゲルシートを塩酸6規定に浸漬後、常温23℃で10分放置してゲルシートの中に塩酸を取り込ませた。次いで、ゲルシートを、シリル化剤であるオクタメチルトリシロキサンと2-プロパノール(IPA)の混合液に浸漬させて、55℃の恒温槽に入れて2時間反応させた。トリメチルシロキサン結合が形成され始めると、ゲルシートから塩酸水が排出され、2液分離した状態となった(上層にシロキサン、下層に塩酸水、2-プロパノール)。ゲルシートを150℃設定の恒温槽に移して大気雰囲気下2時間乾燥させることで断熱シートを得た。 Next, after the film was peeled off and the gel sheet was immersed in 6N hydrochloric acid, it was allowed to stand at room temperature of 23° C. for 10 minutes to incorporate hydrochloric acid into the gel sheet. Next, the gel sheet was immersed in a mixture of octamethyltrisiloxane as a silylating agent and 2-propanol (IPA), placed in a constant temperature bath at 55° C., and allowed to react for 2 hours. When the trimethylsiloxane bond started to form, the hydrochloric acid solution was discharged from the gel sheet, and two liquids were separated (siloxane in the upper layer, hydrochloric acid solution in the lower layer, and 2-propanol). A heat insulating sheet was obtained by transferring the gel sheet to a constant temperature bath set at 150° C. and drying it in an air atmosphere for 2 hours.

この断熱シートを熱伝導率や圧縮特性を評価した結果、圧縮率は35.8%、熱抵抗値は0.02mK/Wであり、総合評価として合格であった。 As a result of evaluating the thermal conductivity and compressive properties of this heat insulating sheet, the compressibility was 35.8%, the thermal resistance was 0.02 m 2 K/W, and the overall evaluation was acceptable.

<実施例2>
シリカ濃度を16%、また炭酸エチレンの添加量を3重量部に変更した以外は、実施例1と同様のプロセス条件にてシートを作製した。この断熱シートを評価した結果、圧縮率は30.1%、熱抵抗値は0.017mK/Wであり、総合評価として合格であった。
<Example 2>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 1, except that the silica concentration was changed to 16% and the amount of ethylene carbonate added was changed to 3 parts by weight. As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 30.1%, the thermal resistance was 0.017 m 2 K/W, and the overall evaluation was acceptable.

<実施例3>
シリカ濃度を18%に変更した以外は、実施例2と同様のプロセス条件にてシートを作製した。
この断熱シートを評価した結果、圧縮率は23.3%、熱抵抗値は0.015mK/Wであり、総合評価として合格であった。
<Example 3>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 2, except that the silica concentration was changed to 18%.
As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 23.3%, the thermal resistance was 0.015 m 2 K/W, and the overall evaluation was acceptable.

<実施例4>
シリカ濃度を20%に変更した以外は、実施例2と同様のプロセス条件にてシートを作製した。この断熱シートを評価した結果、圧縮率は21.3%、熱抵抗値は0.015mK/Wであり、総合評価として合格であった。
<実施例5>
ガラスペーパーの厚みを1.03mmに変更した以外は、実施例4と同様のプロセス条件にてシートを作製した。この断熱シートを評価した結果、圧縮率は21.0%、熱抵抗値は0.026mK/Wであり、総合評価として合格であった。
<実施例6>
炭酸エチレンの添加量を4重量部に変更した以外は、実施例5と同様のプロセス条件にてシートを作製した。この断熱シートを評価した結果、圧縮率は14.1%、熱抵抗値は0.025mK/Wであり、総合評価として合格であった。
<実施例7>
炭酸エチレンの添加量を5重量部に変更した以外は、実施例5と同様のプロセス条件にてシートを作製した。この断熱シートを評価した結果、圧縮率は13.8%、熱抵抗値は0.022mK/Wであり、総合評価として合格であった。
<実施例8>
炭酸エチレンの添加量を5重量部に変更した以外は、実施例5と同様のプロセス条件にてシートを作製した。この断熱シートを評価した結果、圧縮率は10.4%、熱抵抗値は0.023mK/Wであり、総合評価として合格であった。
<Example 4>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 2, except that the silica concentration was changed to 20%. As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 21.3%, the thermal resistance was 0.015 m 2 K/W, and the overall evaluation was acceptable.
<Example 5>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 4, except that the thickness of the glass paper was changed to 1.03 mm. As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 21.0%, the thermal resistance was 0.026 m 2 K/W, and the overall evaluation was acceptable.
<Example 6>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 5, except that the amount of ethylene carbonate added was changed to 4 parts by weight. As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 14.1%, the thermal resistance was 0.025 m 2 K/W, and the overall evaluation was acceptable.
<Example 7>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 5, except that the amount of ethylene carbonate added was changed to 5 parts by weight. As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 13.8%, the thermal resistance was 0.022 m 2 K/W, and the overall evaluation was acceptable.
<Example 8>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 5, except that the amount of ethylene carbonate added was changed to 5 parts by weight. As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 10.4%, the thermal resistance was 0.023 m 2 K/W, and the overall evaluation was acceptable.

<比較例1>
シリカ濃度を6%に変更した以外は、実施例1と同様のプロセス条件にてシートを作製した。
この断熱シートを評価した結果、圧縮率は72.5%、熱抵抗値は0.013mK/Wであり、総合評価として不合格であった。
<Comparative Example 1>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 1, except that the silica concentration was changed to 6%.
As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 72.5%, the thermal resistance was 0.013 m 2 K/W, and the overall evaluation was unacceptable.

<比較例2>
シリカ濃度を8%に変更した以外は、実施例1と同様のプロセス条件にてシートを作製した。
この断熱シートを評価した結果、圧縮率は67.3%、熱抵抗値は0.015mK/Wであり、総合評価として不合格であった。
<Comparative Example 2>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 1, except that the silica concentration was changed to 8%.
As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 67.3%, the thermal resistance was 0.015 m 2 K/W, and the overall evaluation was unacceptable.

<比較例3>
シリカ濃度を10%に変更した以外は、実施例1と同様のプロセス条件にてシートを作製した。
この断熱シートを評価した結果、圧縮率は63.8%、熱抵抗値は0.015mK/Wであり、総合評価として不合格であった。
<Comparative Example 3>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 1, except that the silica concentration was changed to 10%.
As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 63.8%, the thermal resistance was 0.015 m 2 K/W, and the overall evaluation was unacceptable.

<比較例4>
シリカ濃度を12%に変更した以外は、実施例1と同様のプロセス条件にてシートを作製した。
この断熱シートを評価した結果、圧縮率は52.4%、熱抵抗値は0.016mK/Wであり、総合評価として不合格であった。
<Comparative Example 4>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 1, except that the silica concentration was changed to 12%.
As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 52.4%, the thermal resistance was 0.016 m 2 K/W, and the overall evaluation was unacceptable.

<比較例5>
シリカ濃度を6%に変更し、塩酸12規定をゲル化剤として用いた以外は、実施例1と同様のプロセス条件にてシートを作製した。この断熱シートを評価した結果、圧縮率は71.9%、熱抵抗値は0.013mK/Wであり、総合評価として不合格であった。
<Comparative Example 5>
A sheet was produced under the same process conditions as in Example 1, except that the silica concentration was changed to 6% and 12N hydrochloric acid was used as the gelling agent. As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 71.9%, the thermal resistance was 0.013 m 2 K/W, and the overall evaluation was unacceptable.

<比較例6>
シリカ濃度6%の水ガラス水溶液をイオン交換樹脂によりNaイオン除去して調製したゾルに、1規定のアンモニア水溶液をゲル化剤として用いた以外は、実施例1と同様のプロセス条件にてシートを作製した。この断熱シートを評価した結果、圧縮率は74.6%、熱抵抗値は0.013mK/Wであり、総合評価として不合格であった。
<Comparative Example 6>
A sheet was formed under the same process conditions as in Example 1 except that a sol prepared by removing Na ions from an aqueous solution of water glass with a silica concentration of 6% using an ion exchange resin and using a 1N aqueous ammonia solution as a gelling agent. made. As a result of evaluating this heat insulating sheet, the compressibility was 74.6%, the thermal resistance was 0.013 m 2 K/W, and the overall evaluation was unacceptable.

<高強度断熱シートの圧縮特性>
0.30~5MPaで加圧したときの本実施の形態の断熱シートの圧縮率としては、40%以下であることが好ましく、30%以下であることがさらに好ましい。図3は、5MPaで加圧したときの断熱シートの圧縮率を水ガラスのシリカ濃度に対してプロットしたグラフである。圧縮率が40%より大きいと圧縮時における熱連鎖を抑制することが難しい。圧縮率が30%以下であれば、圧縮時における熱連鎖を効果的に抑制することができる。
<Compression characteristics of high-strength insulation sheet>
The compressibility of the heat insulating sheet of the present embodiment when pressurized at 0.30 to 5 MPa is preferably 40% or less, more preferably 30% or less. FIG. 3 is a graph plotting the compressibility of the heat insulating sheet when pressurized at 5 MPa against the silica concentration of the water glass. When the compressibility is more than 40%, it is difficult to suppress thermal chain during compression. If the compressibility is 30% or less, heat chain during compression can be effectively suppressed.

<高強度断熱シートの熱抵抗>
0.30~5MPaで加圧したときの本実施の形態の断熱シートの熱抵抗は、0.010mK/W以上であることが好ましく、0.015mK/W以上であることがさらに好ましい。図4は5MPaで加圧したときの断熱シートの熱抵抗を水ガラスのシリカ濃度に対してプロットしたグラフである。熱抵抗が0.010mK/W未満の場合、圧縮時における熱連鎖を抑制することが難しい。熱抵抗が0.015mK/W以上であれば、圧縮時における熱連鎖を効果的に抑制することができる。
<Thermal resistance of high-strength insulation sheet>
The thermal resistance of the heat insulating sheet of the present embodiment when pressurized at 0.30 to 5 MPa is preferably 0.010 m 2 K/W or more, more preferably 0.015 m 2 K/W or more. preferable. FIG. 4 is a graph plotting the thermal resistance of the heat insulating sheet when pressurized at 5 MPa with respect to the silica concentration of the water glass. When the thermal resistance is less than 0.010 m 2 K/W, it is difficult to suppress heat chain during compression. If the thermal resistance is 0.015 m 2 K/W or more, heat chain during compression can be effectively suppressed.

<高強度断熱シートの熱伝導率>
本実施の形態の断熱シートの熱伝導率は、圧縮率の大きさにもより一概にはいえないが、100mW/mK以下であればよい。図5は断熱シートの熱伝導率を水ガラスのシリカ濃度に対してプロットしたグラフである。熱伝導率が100mK/Wより大きい場合、圧縮時における熱連鎖を抑制することが難しい。
<Thermal conductivity of high-strength insulation sheet>
Although the thermal conductivity of the heat insulating sheet of the present embodiment cannot be generalized due to the degree of compressibility, it is sufficient if it is 100 mW/mK or less. FIG. 5 is a graph plotting the thermal conductivity of the heat insulating sheet against the silica concentration of the water glass. When the thermal conductivity is more than 100 mK/W, it is difficult to suppress thermal chain during compression.

<高強度断熱シートのかさ密度>
本実施の形態の断熱シートのかさ密度は0.3~0.5g/cmであることが好ましい。図6は、横軸に断熱シート作製時の原料水ガラスのシリカ濃度、縦軸に断熱シートのかさ密度をプロットしたものである。図6より、炭酸エチレンを用いた場合は、シリカ濃度の増加と共に、断熱シートのかさ密度は増加する傾向にある。塩酸やアンモニア水を用いた場合は、シリカ濃度6%において0.2g/cmであった。かさ密度0.3g/cm未満の場合、高い荷重を加えると潰れやすくなる。そのため、圧縮率が大きく、熱抵抗が小さくなってしまう。また、かさ密度が0.5g/cmより大きい場合、シリカ一次粒子の著しい粗大化やエアロゲル自体の収縮が起きており、無負荷時においても期待する熱抵抗値が得られない。
<Bulk density of high-strength insulation sheet>
The bulk density of the heat insulating sheet of this embodiment is preferably 0.3 to 0.5 g/cm 3 . In FIG. 6, the abscissa plots the silica concentration of the raw material water glass when the heat insulating sheet was produced, and the ordinate plots the bulk density of the heat insulating sheet. From FIG. 6, when ethylene carbonate is used, the bulk density of the heat insulating sheet tends to increase as the silica concentration increases. When hydrochloric acid or aqueous ammonia was used, it was 0.2 g/cm 3 at a silica concentration of 6%. If the bulk density is less than 0.3 g/cm 3 , it will easily collapse when a high load is applied. Therefore, the compressibility is large and the thermal resistance is small. Further, when the bulk density is more than 0.5 g/cm 3 , the primary silica particles are remarkably coarsened and the airgel itself shrinks, and the expected thermal resistance value cannot be obtained even under no load.

<高密度エアロゲルの比表面積>
本実施の形態の高密度エアロゲルの比表面積は300~600m/gが好ましい。図7は、横軸に断熱シート作製時の原料水ガラスのシリカ濃度、縦軸にエアロゲルの比表面積をプロットしたものである。
<Specific surface area of high-density airgel>
The specific surface area of the high-density airgel of the present embodiment is preferably 300-600 m 2 /g. In FIG. 7, the abscissa plots the silica concentration of the raw material water glass when the heat insulating sheet was produced, and the ordinate plots the specific surface area of the airgel.

図7より、炭酸エチレンを用いた場合は、シリカ濃度の増加と共に、エアロゲルの比表面積は次第に減少し、シリカ濃度14%付近で極小値をとる傾向にあることが分かる。 It can be seen from FIG. 7 that when ethylene carbonate is used, the specific surface area of the airgel gradually decreases as the silica concentration increases, and tends to take a minimum value around 14% silica concentration.

塩酸やアンモニア水を用いた場合は、シリカ濃度6%において各々500、750m/g程度であった。このとき、比表面積が300m/g未満では、シリカ一次粒子の著しい粗大化やエアロゲル自体の収縮が起きており、無負荷時においても期待する熱抵抗値が得られない。 When hydrochloric acid and aqueous ammonia were used, they were about 500 and 750 m 2 /g, respectively, at a silica concentration of 6%. At this time, if the specific surface area is less than 300 m 2 /g, significant coarsening of the primary silica particles and shrinkage of the airgel itself occur, and an expected thermal resistance value cannot be obtained even under no load.

また、比表面積が600m/gより大きい場合は、シリカ一次粒子の著しい微細化やエアロゲルの低密度化が起きており、高負荷時において期待する熱抵抗値が得られない。尚、一般的な低密度エアロゲルの比表面積は600m/gより大きいが、これはシリカの一次粒子が非常に小さく、また生成したエアロゲルのかさ密度が小さいことを反映した結果である。 On the other hand, when the specific surface area is more than 600 m 2 /g, the primary particles of silica are remarkably fine and the density of the airgel is lowered, so that the expected thermal resistance value cannot be obtained under high load. The specific surface area of general low-density aerogels is greater than 600 m 2 /g, which is a result of the fact that the primary particles of silica are very small and the resulting aerogels have a low bulk density.

<高密度エアロゲルの細孔容積>
図8は、横軸に断熱シート作製時の原料水ガラスのシリカ濃度、縦軸にエアロゲルの細孔容積をプロットしたものである。図8より、炭酸エチレンを用いた場合は、シリカ濃度の増加と共に、エアロゲルの細孔容積は次第に減少し、シリカ濃度14%付近で極小値をとる傾向にあることが分かる。塩酸を用いた場合は、シリカ濃度6%において2.0ml/g、アンモニア水を用いた場合は、シリカ濃度6%において4.4ml/gであった。このとき、細孔容積が1.5ml/g以上の場合、高い荷重を加えると潰れやすくなり、圧縮率が大きく、熱抵抗が小さくなる。
<Pore volume of high-density airgel>
In FIG. 8, the abscissa plots the silica concentration of the raw material water glass when the heat insulating sheet was produced, and the ordinate plots the pore volume of the airgel. It can be seen from FIG. 8 that when ethylene carbonate is used, the pore volume of the airgel gradually decreases as the silica concentration increases, and tends to take a minimum value around 14% silica concentration. When hydrochloric acid was used, it was 2.0 ml/g at a silica concentration of 6%, and when ammonia water was used, it was 4.4 ml/g at a silica concentration of 6%. At this time, when the pore volume is 1.5 ml/g or more, it is likely to be crushed when a high load is applied, resulting in a large compressibility and a small thermal resistance.

高密度エアロゲルの平均細孔径は10~70nmが好ましい。 The average pore size of the high-density airgel is preferably 10-70 nm.

<高密度エアロゲルの平均細孔径>
図9は、横軸に断熱シート作製時の原料水ガラスのシリカ濃度、縦軸にエアロゲルの平均細孔径をプロットしたものである。図9より、炭酸エチレンを用いた場合は、シリカ濃度が10%以下では平均細孔径はおよそ60nm、シリカ濃度が14%以上では平均細孔径はおよそ30~40nmであることが分かる。塩酸を用いた場合は、シリカ濃度6%において約40nm、アンモニア水を用いた場合は、シリカ濃度6%において約30nmであった。このとき、平均細孔径が10nm未満の場合は、シリカ一次粒子の著しい粗大化やエアロゲル自体の収縮が起きており、無負荷時においても期待する熱抵抗値が得られない。また平均細孔径が70nmより大きい場合は、空気の対流を抑制することが難しくなるため、熱抵抗が小さくなる。
<Average pore size of high-density airgel>
In FIG. 9, the abscissa plots the silica concentration of the raw material water glass when the heat insulating sheet was produced, and the ordinate plots the average pore diameter of the airgel. From FIG. 9, it can be seen that when ethylene carbonate is used, the average pore diameter is about 60 nm when the silica concentration is 10% or less, and the average pore diameter is about 30 to 40 nm when the silica concentration is 14% or more. When hydrochloric acid was used, it was about 40 nm at a silica concentration of 6%, and when ammonia water was used, it was about 30 nm at a silica concentration of 6%. At this time, if the average pore diameter is less than 10 nm, significant coarsening of the primary silica particles and shrinkage of the airgel itself occur, and an expected thermal resistance value cannot be obtained even under no load. Moreover, when the average pore diameter is larger than 70 nm, it becomes difficult to suppress the air convection, so the thermal resistance becomes small.

<シリカ濃度と圧縮率>
図10に、実施例と比較例とのシリカ濃度と圧縮率の関係を示す。各試料に5MPa~0.3MPaの圧力を印加した。
<Silica concentration and compressibility>
FIG. 10 shows the relationship between the silica concentration and compressibility in the example and the comparative example. A pressure of 5 MPa to 0.3 MPa was applied to each sample.

5MPaの圧力の場合、実施例1~4は、圧縮率としては、40%以下であり、好ましい。 In the case of a pressure of 5 MPa, Examples 1 to 4 have a compressibility of 40% or less, which is preferable.

2MPaの圧力の場合、実施例1~4は、圧縮率としては、30%以下であり、より好ましい。 In the case of a pressure of 2 MPa, Examples 1 to 4 have a compressibility of 30% or less, which is more preferable.

1MPaの圧力の場合、実施例1~4は、圧縮率としては、20%以下であり、さらに好ましい。 In the case of a pressure of 1 MPa, Examples 1 to 4 have a compressibility of 20% or less, which is more preferable.

なお、圧縮時の熱抵抗も同様の傾向がある。実施例1から4は、0.30~5.0MPaにおいて、0.010mK/W以上である。 The thermal resistance during compression also has a similar tendency. Examples 1 to 4 are 0.010 m 2 K/W or more at 0.30 to 5.0 MPa.

<結果>
実施例1から4において、シリカ濃度14~20%の水ガラスと炭酸エチレンを用いて断熱シートを作製した。その結果、5.0MPaにおける圧縮率はいずれも40%以下と小さく、また熱抵抗値はいずれも0.01mK/W以上であった。
<Results>
In Examples 1 to 4, heat insulating sheets were produced using water glass having a silica concentration of 14 to 20% and ethylene carbonate. As a result, the compressibility at 5.0 MPa was as small as 40% or less, and the thermal resistance value was 0.01 m 2 K/W or more.

比較例1から4では、シリカ濃度6~12%の水ガラスと炭酸エチレンを用いて断熱シートを作製した。その結果、5.0MPaにおける圧縮率はいずれも40%より大きかった。 In Comparative Examples 1 to 4, heat insulating sheets were produced using water glass having a silica concentration of 6 to 12% and ethylene carbonate. As a result, the compression rates at 5.0 MPa were all greater than 40%.

比較例5,6ではシリカ濃度6%の水ガラスに塩酸水溶液とアンモニア水を各々用いて断熱シートを作製したが、比較例1とほぼ同様の結果であった。炭酸エチレン以外のゲル化剤では、シリカ濃度を8%以上に上げると均一にゲル化せず断熱シートの作製は不可能であった。 In Comparative Examples 5 and 6, heat insulating sheets were produced using water glass with a silica concentration of 6% using an aqueous hydrochloric acid solution and an aqueous ammonia solution, respectively. With a gelling agent other than ethylene carbonate, when the silica concentration was increased to 8% or more, uniform gelation did not occur, making it impossible to prepare a heat insulating sheet.

以上の結果より、シリカ濃度14~20%の水ガラス水溶液と炭酸エステルを用いて合成される高密度エアロゲル-不織布繊維からなる断熱シートは、高強度断熱シートとして優れており、高負荷条件でも熱連鎖を抑制するのに効果的であることが判明した。 From the above results, it was found that the heat insulation sheet composed of high-density airgel-nonwoven fiber, which is synthesized using a water glass solution with a silica concentration of 14 to 20% and carbonic acid ester, is excellent as a high-strength heat insulation sheet. It has been found to be effective in inhibiting linkage.

(全体として)
断熱シートは、エアロゲルと不織布繊維とを主成分として含み、他の化合物を主成分としてふくまない。エアロゲルと不織布繊維との合計が、全体の重量の90%以上である。
(as a whole)
The heat insulating sheet contains airgel and nonwoven fabric fibers as main components and does not contain other compounds as main components. The sum of airgel and nonwoven fibers is 90% or more of the total weight.

図11は、実施の形態の断熱シートの応用例1を示す断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing Application Example 1 of the heat insulating sheet of the embodiment.

実施の形態の断熱シート10は、電子機器において、発熱を伴う電子部品12と筐体11との間に、配置できる。電子部品12の熱を筐体11へ伝達しない。電子部品12は、基板13上に実装されている。断熱シート10は、表面を覆うカバーで被覆されてもよい。断熱シート10は、熱伝導性材料、たとえば、グラファイトシートで積層されてもよい。 The heat insulating sheet 10 of the embodiment can be arranged between the electronic component 12 and the housing 11 that generate heat in an electronic device. The heat of the electronic component 12 is not transmitted to the housing 11. - 特許庁Electronic component 12 is mounted on substrate 13 . The heat insulating sheet 10 may be covered with a cover that covers the surface. The insulating sheet 10 may be laminated with a thermally conductive material such as a graphite sheet.

図12は、実施の形態の断熱シートの応用例2を示す断面図である。
自動車の電池15間に、上記の実施の形態のいずれかの断熱シート10を配置した電池ユニットとすれば、電池15間の断熱だけでなく、類焼防止もでき好ましい。
電池15は自動車用に限定されない。電池15は、各種移動体の電池、自宅蓄電装置の電池でもよい。
断熱シート10は、他のシートなどと複合化されてもよい。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing Application Example 2 of the heat insulating sheet of the embodiment.
A battery unit in which the heat insulating sheet 10 of any of the above-described embodiments is arranged between the batteries 15 of an automobile is preferable because not only heat insulation between the batteries 15 but also fire spread prevention can be achieved.
Battery 15 is not limited to automotive applications. The battery 15 may be a battery for various mobile objects or a battery for a home power storage device.
The heat insulating sheet 10 may be combined with another sheet or the like.

<処理方法による影響度評価>
なお、厚みの測定は、デジタルインジケータID-H0530(ミツトヨ製)を用いた。
<Evaluation of influence by treatment method>
The thickness was measured using a digital indicator ID-H0530 (manufactured by Mitutoyo).

<実施例9>
水ガラス原料を蒸留水で希釈して調製した水ガラス水溶液(シリカ濃度20%、20.5g)に、炭酸エチレン(白色結晶)を5重量部(1.025g)添加してよく攪拌、溶解させてゾル液を調製した。
<Example 9>
5 parts by weight (1.025 g) of ethylene carbonate (white crystals) was added to an aqueous solution of water glass (silica concentration: 20%, 20.5 g) prepared by diluting the water glass raw material with distilled water, and the mixture was thoroughly stirred and dissolved. to prepare a sol solution.

次いで、ゾル溶液を不織布繊維(材質;グラスペーパー,厚み1.03mm、目付140g/m、寸法12cm角)に注ぐことで、ゾル溶液を不織布繊維に均一に含浸させた。ゾル溶液を含浸させた不織布をPPフィルム(厚み50um×2枚)に挟み、室温23℃で3分放置してゾルをゲル化させた。ゲル化を確認後、ギャップを1.00mm(フィルム厚込み)に設定した2軸ロールにフィルムごと含浸不織布を通して、不織布から余分なゲルを絞りだして厚み1.00mm狙いで規制した。 Next, the sol solution was poured into a non-woven fabric fiber (material: glass paper, thickness 1.03 mm, basis weight 140 g/m 2 , dimension 12 cm square) to uniformly impregnate the non-woven fabric fiber with the sol solution. The nonwoven fabric impregnated with the sol solution was sandwiched between PP films (thickness: 50 μm×2 sheets), and left at room temperature of 23° C. for 3 minutes to gel the sol. After confirming gelation, the impregnated nonwoven fabric together with the film was passed through a biaxial roll with a gap of 1.00 mm (including the thickness of the film), and excess gel was squeezed out from the nonwoven fabric to regulate the thickness to 1.00 mm.

次に、フィルムを剥がしてゲルシートを純水に縦方向(角度は、水平方向に対して約90度)で浸漬後、5分放置して、炭酸ナトリウムを除去する。その後、塩酸6規定に縦方向で浸漬後、常温23℃で10分放置してゲルシートの中に塩酸を取り込ませた。次いで、ゲルシートを、シリル化剤であるオクタメチルトリシロキサンと2-プロパノール(IPA)の混合液に縦方向で浸漬させて、55℃の恒温槽に入れて2時間反応させた。トリメチルシロキサン結合が形成され始めると、ゲルシートから塩酸水が排出され、2液分離した状態となった(上層にシロキサン、下層に塩酸水、2-プロパノール)。ゲルシートを150℃設定の恒温槽に移して大気雰囲気下2時間乾燥させることで断熱シートを得た。 Next, after peeling off the film and immersing the gel sheet in pure water in the vertical direction (the angle is about 90 degrees with respect to the horizontal direction), the gel sheet is allowed to stand for 5 minutes to remove the sodium carbonate. After that, it was vertically immersed in 6N hydrochloric acid and allowed to stand at room temperature of 23° C. for 10 minutes to incorporate hydrochloric acid into the gel sheet. Next, the gel sheet was vertically immersed in a mixture of octamethyltrisiloxane and 2-propanol (IPA) as a silylating agent, placed in a constant temperature bath at 55° C., and allowed to react for 2 hours. When the trimethylsiloxane bond started to form, the hydrochloric acid solution was discharged from the gel sheet, and two liquids were separated (siloxane in the upper layer, hydrochloric acid solution in the lower layer, and 2-propanol). A heat insulating sheet was obtained by transferring the gel sheet to a constant temperature bath set at 150° C. and drying it in an air atmosphere for 2 hours.

この断熱シートを熱伝導率や圧縮特性を評価した結果、熱伝導率は49.02mW/mK、圧縮率は12.4%、厚みばらつき(標準偏差)は0.029mmであった。
厚みばらつき(標準偏差)は、少なくとも0.040mm以下にできる。傾斜させることで均質化ができる。
As a result of evaluating the thermal conductivity and compression characteristics of this heat insulating sheet, the thermal conductivity was 49.02 mW/mK, the compressibility was 12.4%, and the thickness variation (standard deviation) was 0.029 mm.
The thickness variation (standard deviation) can be at least 0.040 mm or less. Homogenization can be achieved by tilting.

なお、実施例1~7では、厚みばらつき(標準偏差)は、約0.040mmより大きかった。 In Examples 1 to 7, the thickness variation (standard deviation) was greater than about 0.040 mm.

<処理方法による影響度の結果>
実施例9において、縦方向で純水や塩酸6規定、シリル化剤であるオクタメチルトリシロキサンと2-プロパノール(IPA)の混合液の浸漬処理を行い、断熱シートを作製した。その結果、5.0MPaにおける圧縮率は12.4%と小さく、厚みばらつきも0.029mmで小さかった。
厚みばらつきの原因は気泡による影響である。
実施例9と実施例1~8の結果より、水洗や塩酸水溶液浸漬、シリル化処理において、縦方向で処理を行うことにより、より高強度な断熱シートを実現し、高負荷条件でも熱連鎖を抑制するのに効果的であることが判明した。つまり、縦方向に傾斜させて処理することで、ばらつきの少ない、よりよい特性のものが得られる。
<Results of impact by treatment method>
In Example 9, a heat insulating sheet was produced by immersion treatment in the vertical direction in pure water, 6N hydrochloric acid, and a mixture of octamethyltrisiloxane and 2-propanol (IPA) as a silylating agent. As a result, the compressibility at 5.0 MPa was as small as 12.4%, and the thickness variation was also as small as 0.029 mm.
The cause of thickness variation is the influence of air bubbles.
From the results of Example 9 and Examples 1 to 8, it was found that by performing the processes in the vertical direction, such as washing with water, immersion in an aqueous solution of hydrochloric acid, and silylation, a higher-strength insulation sheet was realized, and thermal chaining was achieved even under high-load conditions. It has been found to be effective in suppressing In other words, by performing processing while tilting in the vertical direction, better characteristics with less variation can be obtained.

本実施の形態の圧縮強度を向上させた、高密度エアロゲルと不織布繊維構造体の少なくとも2成分からなる断熱シートは、電子機器、車載機器、産業機器内の狭いスペースにおいても十分に断熱効果を発揮し得ることから広く利用される。情報機器、携帯機器、ディスプレイ、電装品など、熱に関わる全ての製品へ応用される。 The heat insulating sheet of the present embodiment, which has improved compressive strength and is composed of at least two components of high-density airgel and non-woven fiber structure, exhibits a sufficient heat insulating effect even in narrow spaces in electronic equipment, in-vehicle equipment, and industrial equipment. It is widely used because it can It is applied to all products related to heat, such as information equipment, portable equipment, displays, and electrical equipment.

10 断熱シート
11 筐体
12 電子部品
13 基板
15 電池
51 断熱シート
52 炭酸ナトリウム
53 二酸化炭素
54 塩酸
55 水洗槽
56 水
57 塩酸槽
58 塩酸
59 シリル化槽
60 シリル化剤
101 珪酸ナトリウム
102 ヒドロキシルイオン
103 炭酸エチレン
104 炭酸イオン
105 エチレングリコール
106 ヒドロゲル
107 炭酸ナトリウム

10 Insulation sheet 11 Case 12 Electronic component 13 Substrate 15 Battery 51 Insulation sheet 52 Sodium carbonate 53 Carbon dioxide 54 Hydrochloric acid 55 Washing tank 56 Water 57 Hydrochloric acid tank 58 Hydrochloric acid 59 Silylation tank 60 Silylating agent 101 Sodium silicate 102 Hydroxyl ion 103 Carbonic acid Ethylene 104 Carbonate ion 105 Ethylene glycol 106 Hydrogel 107 Sodium carbonate

Claims (15)

水ガラス組成物に対して、溶媒ではなく、ゲル化剤として1~10重量部の炭酸エステルを加えて作製したpH10以上の塩基性ゾルを、不織布繊維に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、
前記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、
前記複合体の中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含み、
前記断熱シートの厚みばらつきが、0.040mm以下である、断熱シートの製造方法。
Non-woven fabric fibers are impregnated with a basic sol having a pH of 10 or higher, which is prepared by adding 1 to 10 parts by weight of carbonate ester as a gelling agent instead of a solvent to the water glass composition, to obtain a hydrogel-non-woven fabric composite. a complex generating step for generating
a surface modification step of mixing the complex with a silylating agent to modify the surface;
a drying step of removing the liquid contained within the composite by drying below a critical temperature and pressure ;
A method for producing a heat insulating sheet, wherein the thickness variation of the heat insulating sheet is 0.040 mm or less .
水ガラス組成物に対して、溶媒ではなく、ゲル化剤として1~10重量部の炭酸エステルを加えて作製したpH10以上の塩基性ゾルを、不織布繊維に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、Non-woven fabric fibers are impregnated with a basic sol having a pH of 10 or higher, which is prepared by adding 1 to 10 parts by weight of carbonate ester as a gelling agent instead of a solvent to the water glass composition, to obtain a hydrogel-non-woven fabric composite. a complex generating step for generating
前記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、a surface modification step of mixing the complex with a silylating agent to modify the surface;
前記複合体の中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含み、a drying step of removing the liquid contained within the composite by drying below a critical temperature and pressure;
前記断熱シートの厚さが0.03~3.0mmである、断熱シートの製造方法。A method for producing a heat insulating sheet, wherein the heat insulating sheet has a thickness of 0.03 to 3.0 mm.
水ガラス組成物に対して、溶媒ではなく、ゲル化剤として1~10重量部の炭酸エステルを加えて作製したpH10以上の塩基性ゾルを、不織布繊維に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、Non-woven fabric fibers are impregnated with a basic sol having a pH of 10 or higher, which is prepared by adding 1 to 10 parts by weight of carbonate ester as a gelling agent instead of a solvent to the water glass composition, to obtain a hydrogel-non-woven fabric composite. a complex generating step for generating
前記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、a surface modification step of mixing the complex with a silylating agent to modify the surface;
前記複合体の中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含み、a drying step of removing the liquid contained within the composite by drying below a critical temperature and pressure;
前記不織布が、グラスウール、グラスペーパー、ロックウール、ポリエチレンテレフタラート、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、羊毛およびセルロースから選ばれる少なくとも1以上を含む、断熱シートの製造方法。A method for producing a heat insulating sheet, wherein the nonwoven fabric contains at least one selected from glass wool, glass paper, rock wool, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polypropylene, polytetrafluoroethylene, wool and cellulose.
水ガラス組成物に対して、溶媒ではなく、ゲル化剤として1~10重量部の炭酸エステルを加えて作製したpH10以上の塩基性ゾルを、不織布繊維に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、Non-woven fabric fibers are impregnated with a basic sol having a pH of 10 or higher, which is prepared by adding 1 to 10 parts by weight of carbonate ester as a gelling agent instead of a solvent to the water glass composition, to obtain a hydrogel-non-woven fabric composite. a complex generating step for generating
前記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、a surface modification step of mixing the complex with a silylating agent to modify the surface;
前記複合体の中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含み、a drying step of removing the liquid contained within the composite by drying below a critical temperature and pressure;
前記エアロゲルの平均細孔径が10~70nmである、断熱シートの製造方法。A method for producing a heat insulating sheet, wherein the airgel has an average pore size of 10 to 70 nm.
水ガラス組成物に対して、溶媒ではなく、ゲル化剤として1~10重量部の炭酸エステルを加えて作製したpH10以上の塩基性ゾルを、不織布繊維に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、
前記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、
前記複合体の中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含み
前記表面修飾工程において、前記複合体を、シリル化剤で表面修飾させる前に水洗工程を行う断熱シートの製造方法。
Non-woven fabric fibers are impregnated with a basic sol having a pH of 10 or higher, which is prepared by adding 1 to 10 parts by weight of carbonate ester as a gelling agent instead of a solvent to the water glass composition, to obtain a hydrogel-non-woven fabric composite. a complex generating step for generating
a surface modification step of mixing the complex with a silylating agent to modify the surface;
a drying step of removing the liquid contained in the complex by drying below the critical temperature and pressure, wherein in the surface modification step, the complex is surface-modified with a silylating agent. A method for manufacturing an insulating sheet that is pre-washed with water.
前記表面修飾工程において、前記複合体を、処理槽の底面に対して90度±45度の角度にて立てて前記水洗工程を行う請求項5に記載の断熱シートの製造方法。 6. The method for producing a heat insulating sheet according to claim 5, wherein in the surface modification step, the composite is erected at an angle of 90±45 degrees with respect to the bottom surface of the treatment tank and the water washing step is performed. 水ガラス組成物に対して、溶媒ではなく、ゲル化剤として1~10重量部の炭酸エステルを加えて作製したpH10以上の塩基性ゾルを、不織布繊維に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、
前記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、
前記複合体の中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含み
前記表面修飾工程において、前記複合体を、処理槽の底面に対して90度±30度の角度にて立てて塩酸浸漬処理を行う断熱シートの製造方法。
Non-woven fabric fibers are impregnated with a basic sol having a pH of 10 or higher, which is prepared by adding 1 to 10 parts by weight of carbonate ester as a gelling agent instead of a solvent to the water glass composition, to obtain a hydrogel-non-woven fabric composite. a complex generating step for generating
a surface modification step of mixing the complex with a silylating agent to modify the surface;
and a drying step of removing the liquid contained in the composite by drying below the critical temperature and pressure, wherein in the surface modification step, the composite is placed against the bottom surface of the treatment vessel. A method for manufacturing a heat insulating sheet in which a hydrochloric acid immersion treatment is performed while standing at an angle of 90 degrees ± 30 degrees.
水ガラス組成物に対して、溶媒ではなく、ゲル化剤として1~10重量部の炭酸エステルを加えて作製したpH10以上の塩基性ゾルを、不織布繊維に含浸させ、ヒドロゲル-不織布繊維の複合体を生成する複合体生成工程と、
前記複合体を、シリル化剤と混合して表面修飾させる表面修飾工程と、
前記複合体の中に含まれる液体を臨界温度及び圧力未満で乾燥することによって除去する乾燥工程と、を含み
前記表面修飾工程において、前記複合体を、処理槽の底面に対して90度±45度の確度にて立ててシリル化処理を行う断熱シートの製造方法。
Non-woven fabric fibers are impregnated with a basic sol having a pH of 10 or higher, which is prepared by adding 1 to 10 parts by weight of carbonate ester as a gelling agent instead of a solvent to the water glass composition, to obtain a hydrogel-non-woven fabric composite. a complex generating step for generating
a surface modification step of mixing the complex with a silylating agent to modify the surface;
and a drying step of removing the liquid contained in the composite by drying below the critical temperature and pressure, wherein in the surface modification step, the composite is placed against the bottom surface of the treatment vessel. A method for manufacturing a heat insulating sheet in which the silylation treatment is performed while standing at an accuracy of 90°±45°.
エアロゲルと不織布繊維とを含み、0.30~5.0MPaにおける圧縮率が40%以下の断熱シートであって、
前記断熱シートの厚さが0.03~3.0mmである、断熱シート。
A heat insulating sheet containing airgel and nonwoven fabric fibers and having a compressibility of 40% or less at 0.30 to 5.0 MPa,
A heat insulating sheet having a thickness of 0.03 to 3.0 mm .
エアロゲルと不織布繊維とを含み、0.30~5.0MPaにおける圧縮率が40%以下の断熱シートであって、A heat insulating sheet containing airgel and nonwoven fabric fibers and having a compressibility of 40% or less at 0.30 to 5.0 MPa,
前記不織布が、グラスウール、グラスペーパー、ロックウール、ポリエチレンテレフタラート、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、羊毛およびセルロースから選ばれる少なくとも1以上を含む、断熱シート。A heat insulating sheet, wherein the nonwoven fabric contains at least one selected from glass wool, glass paper, rock wool, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polypropylene, polytetrafluoroethylene, wool and cellulose.
エアロゲルと不織布繊維とを含み、0.30~5.0MPaにおける圧縮率が40%以下の断熱シートであって、A heat insulating sheet containing airgel and nonwoven fabric fibers and having a compressibility of 40% or less at 0.30 to 5.0 MPa,
前記エアロゲルの平均細孔径が10~70nmである、断熱シート。The heat insulating sheet, wherein the airgel has an average pore size of 10 to 70 nm.
エアロゲルと不織布繊維とを含み、0.30~5.0MPaにおける圧縮率が40%以下Containing airgel and non-woven fibers, the compressibility at 0.30 to 5.0 MPa is 40% or less
の断熱シートであって、A heat insulating sheet of
断熱シートの重量に占めるエアロゲルの割合は、50重量%以上である、断熱シート。A heat insulating sheet, wherein the ratio of the airgel to the weight of the heat insulating sheet is 50% by weight or more.
エアロゲルと不織布繊維とを含み、0.30~5.0MPaにおける圧縮率が40%以下の断熱シートであって、
前記断熱シートの厚みばらつきが、0.040mm以下である断熱シート。
A heat insulating sheet containing airgel and nonwoven fabric fibers and having a compressibility of 40% or less at 0.30 to 5.0 MPa,
The heat insulating sheet, wherein the thickness variation of the heat insulating sheet is 0.040 mm or less.
発熱を伴う電子部品と筐体との間に、請求項9から13のいずれか1項に記載の断熱シートを配置した電子機器。 An electronic device comprising the heat insulating sheet according to any one of claims 9 to 13 arranged between an electronic component that generates heat and a housing. 電池間に、請求項9から13のいずれか1項に記載の断熱シートを配置した電池ユニット。 A battery unit in which the heat insulating sheet according to any one of claims 9 to 13 is arranged between batteries.
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