JPH06191822A - Production of aerogel composite material - Google Patents

Production of aerogel composite material

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Publication number
JPH06191822A
JPH06191822A JP43A JP34290992A JPH06191822A JP H06191822 A JPH06191822 A JP H06191822A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34290992 A JP34290992 A JP 34290992A JP H06191822 A JPH06191822 A JP H06191822A
Authority
JP
Japan
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strength
composite material
gel
solvent
compound
Prior art date
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Pending
Application number
JP43A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Yokogawa
弘 横川
Masaru Yokoyama
勝 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06191822A publication Critical patent/JPH06191822A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for obtaining an aerogel composite material capable of making the best use of the light transmissivity and heat insulation of the aerogel, hardly causing crack or breaking in usual transportation or handling working and having the strength for preventing breaking due to vibration. CONSTITUTION:This aerogel composite material is obtained by integrating a gel like compound obtained by hydrolyzing and condensation polymerizing alkoxysilane expressed by the general formula SiR<1>n(OR<2>)4-n (in the formula, R<1> and R<2> may mutually be different and are alkyl group or phenyl group. When each of R<1> and R<2> is >=2, each of >=2 R<1> and >=2 R<2> can be mutually same or different (n) is 0-2) with a transparent reinforcing material and supercritically drying the integrated material.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、エアロゲルを含む複
合材料の製造方法に関する。この製造方法ににより得ら
れるエアロゲル複合材料は、断熱性に優れ、光透過性を
有するとともに、充分な強度を有し、壊れにくい。その
ため、たとえば、採光性、透光性、断熱性および充分な
強度を同時に要求される材料として有用なものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a composite material containing an airgel. The airgel composite material obtained by this production method has excellent heat insulation properties, light transmission properties, sufficient strength, and is not easily broken. Therefore, for example, it is useful as a material that is required to have daylighting properties, translucency, heat insulating properties and sufficient strength at the same time.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱伝導率が小さく、かつ、光透過性を有
する材料として、シリカからなるエアロゲルが知られて
いる。このエアロゲルは、米国特許第4,402,92
7号、同4,432,956号、同4,610,863
号の各明細書等に開示されているように、アルコキシシ
ラン(シリコンアルコキシド、アルキルシリケート等と
も称される)を加水分解、縮重合して得られる、SiO
2 骨格からなる湿潤状態のゲル状化合物を、アルコール
または液化二酸化炭素等の溶媒(分散媒)の存在下で、
この溶媒の臨界点以上の超臨界状態で乾燥することによ
り、製造することができる。このような製造方法により
得られるエアロゲルは、たとえば、透光性を有する断熱
材料等として有用である。このようなエアロゲルを得る
ためには、その製造過程において、ゲル状化合物の構造
を破壊することなく、その中の溶媒を除去する必要があ
り、そのため、上記の方法のように、溶媒の超臨界状態
でこれを除去する、いわゆる超臨界乾燥法が用いられて
いる。
2. Description of the Related Art An airgel made of silica is known as a material having low thermal conductivity and optical transparency. This airgel is described in US Pat. No. 4,402,92.
No. 7, No. 4,432,956, No. 4,610,863
As disclosed in each specification, etc., SiO obtained by hydrolyzing and polycondensing alkoxysilane (also referred to as silicon alkoxide, alkyl silicate, etc.)
In the presence of a solvent (dispersion medium) such as alcohol or liquefied carbon dioxide, a gel compound in a wet state consisting of two skeletons,
It can be produced by drying in a supercritical state above the critical point of this solvent. The airgel obtained by such a manufacturing method is useful, for example, as a light-transmitting heat insulating material. In order to obtain such an airgel, it is necessary to remove the solvent therein without destroying the structure of the gel-like compound in the production process thereof, and therefore, as in the above method, the supercritical solvent is used. A so-called supercritical drying method is used to remove this in a state.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
方法により得られるエアロゲルは、非常に軽量なもので
あり、また、強度が小さく脆いため、割れたり壊れたり
しやすいので、取り扱いが非常に困難な上、割れ等によ
る劣化が著しい等の欠点を有している。このような事情
に鑑み、この発明は、エアロゲルの光透過性と断熱性を
充分に活かし、かつ、通常の運搬や取り扱い作業におい
て割れたり壊れたりしにくく、振動等によっても破壊し
ない程度の強度を有するエアロゲル複合材料を得ること
のできる方法を提供することを課題とする。
However, the airgel obtained by the above-mentioned conventional method is very lightweight, and since it is weak in strength and brittle, it is easily broken or broken, so that it is very difficult to handle. In addition, it has a drawback that it is significantly deteriorated due to cracking. In view of such circumstances, the present invention makes full use of airgel's optical transparency and heat insulation properties, and is hard to crack or break during normal transportation or handling work, and has a strength not to be destroyed by vibration or the like. An object of the present invention is to provide a method capable of obtaining an airgel composite material having the same.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明にかかる、エアロゲル複合材料の製造方法
は、下記一般式(I): SiR1 n (OR2)4-n …(I) 〔式中、R1 およびR2 は、互いに独立に、炭素数1〜
5のアルキル基またはフェニル基を表す。R1 およびR
2 がそれぞれ2個以上ある場合、2個以上のR1、2個
以上のR2 は、それぞれ、互いに同じであってもよく、
異なっていてもよい。n=0〜2〕で表されるアルコキ
シシランを加水分解し、縮重合して得られるゲル状化合
物を透明な強度保持材と一体化された状態で得た後、こ
の一体化物を超臨界乾燥することにより、エアロゲル複
合材料を得る方法である。
In order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing an airgel composite material according to the present invention is described by the following general formula (I): SiR 1 n (OR 2 ) 4-n ... (I ) [In the formula, R 1 and R 2 independently of each other,
5 represents an alkyl group or a phenyl group. R 1 and R
When each 2 is 2 or more, 2 or more R 1 , 2 or more R 2 may be the same as each other,
It may be different. n = 0 to 2], the gelling compound obtained by hydrolyzing and subjecting the alkoxysilane to polycondensation is obtained in a state of being integrated with a transparent strength-retaining material, and then the integrated product is supercritically dried. Is a method of obtaining an airgel composite material.

【0005】この発明の製造方法により得られるエアロ
ゲル複合材料に含まれるエアロゲルは、光透過性を有す
る多孔体である。エアロゲル(エーロゲル)とは、一般
には、湿潤アルコゲル等、乾燥前の溶媒を含んだ状態で
のゲル状化合物から溶媒などを除去して得られる多孔質
な材料を指し、超臨界抽出により溶媒を除去して得られ
る乾燥多孔質ゲルを含む。
The airgel contained in the airgel composite material obtained by the manufacturing method of the present invention is a light-transmitting porous body. Aerogel generally refers to a porous material obtained by removing a solvent from a gel-like compound containing a solvent before drying, such as wet alcogel, and removing the solvent by supercritical extraction. The dried porous gel obtained by the above is included.

【0006】この発明で用いるアルコキシシランとは、
上記一般式(I)で表されるものであり、より具体的に
は、下記一般式(II): 〔式中、R3 、R4 およびR5 は、互いに独立に、炭素
数1〜5のアルキル基またはフェニル基を表す。2個の
5 は互いに同じであってもよく、異なっていてもよ
い。〕で表される2官能アルコキシシラン、下記一般式
(III): R6 −Si (OR7)3 …(III) 〔式中、R6 およびR7 は、互いに独立に、炭素数1〜
5のアルキル基またはフェニル基を表す。3個のR7
互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。〕で
表される3官能アルコキシシラン、および、下記一般式
(IV): Si (OR8)4 …(IV) 〔式中、R8 は、炭素数1〜5のアルキル基またはフェ
ニル基を表す。4個のR 8 は互いに同じであってもよ
く、異なっていてもよい。〕で表される4官能アルコキ
シシランを指し、たとえば、一般式(III)および(IV)
でそれぞれ表されるアルコキシシランのうちの少なくと
も1種、もしくは、一般式(III)および(IV)でそれぞ
れ表されるアルコキシシランのうちの少なくとも1種と
一般式(II)で表されるアルコキシシランの混合物を加
水分解し、縮重合することによってゲル体(たとえば、
湿潤アルコゲル)が得られる。
The alkoxysilane used in the present invention is
More specifically, it is represented by the above general formula (I).
Is the following general formula (II):[In the formula, R3, RFourAnd RFiveAre, independently of one another, carbon
It represents an alkyl group or a phenyl group of the numbers 1 to 5. Two
RFiveMay be the same as or different from each other
Yes. ] A bifunctional alkoxysilane represented by the following general formula
(III): R6-Si (OR7)3 (III) [wherein R6And R7Independently of one another have 1 to 1 carbon atoms.
5 represents an alkyl group or a phenyl group. 3 R7Is
They may be the same or different from each other. 〕so
Trifunctional alkoxysilane represented and the following general formula
(IV): Si (OR8)Four (IV) [wherein R8Is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or
Represents a nyl group. 4 R 8May be the same as each other
And may be different. ] Functional tetraalkoxy represented by
Refers to silane, for example, general formulas (III) and (IV)
At least one of the alkoxysilanes represented by
Or one of the general formulas (III) and (IV)
At least one of the alkoxysilanes represented
A mixture of alkoxysilanes represented by general formula (II) is added.
A gel body (for example, by water-decomposing and polycondensing)
A wet alcogel) is obtained.

【0007】この発明で用いられる前記式(II)、(II
I)および(IV)でそれぞれ表される2官能、3官能およ
び4官能の各アルコキシシランとしては、特に限定され
ないが、それらの具体例を挙げると、2官能アルコキシ
シランとしては、たとえば、ジメチルジメトキシシラ
ン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシ
シラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルフェニル
ジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、
ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン
等が用いられる。3官能アルコキシシランとしては、た
とえば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキ
シシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエト
キシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルト
リエトキシシラン等が用いられる。4官能アルコキシシ
ランとしては、たとえば、テトラメトキシシラン、テト
ラエトキシシラン等が用いられる。
The above formulas (II) and (II
The bifunctional, trifunctional and tetrafunctional alkoxysilanes represented by I) and (IV) are not particularly limited, but specific examples thereof include, for example, dimethyldimethoxy. Silane, dimethyldiethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, methylphenyldiethoxysilane, methylphenyldimethoxysilane,
Diethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane and the like are used. As the trifunctional alkoxysilane, for example, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane and the like are used. As the tetrafunctional alkoxysilane, for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane or the like is used.

【0008】この発明で前記アルコキシシランを効率良
く加水分解し、縮重合を行うためには、同アルコキシシ
ランを含む反応系に予め触媒を添加しておくことが好ま
しい。このような触媒としては、酸性触媒、塩基性触媒
等が挙げられる。具体的に述べると、酸性触媒として
は、塩酸、クエン酸、硝酸、硫酸、フッ化アンモニウム
等が用いられ、塩基性触媒としては、アンモニア、ピペ
リジン等が用いられるが、これらに限定されるものでは
ない。
In order to efficiently hydrolyze the alkoxysilane and perform polycondensation in the present invention, it is preferable to add a catalyst in advance to the reaction system containing the alkoxysilane. Examples of such catalysts include acidic catalysts and basic catalysts. Specifically, as the acidic catalyst, hydrochloric acid, citric acid, nitric acid, sulfuric acid, ammonium fluoride or the like is used, and as the basic catalyst, ammonia, piperidine or the like is used, but is not limited to these. Absent.

【0009】アルコキシシランの加水分解、縮重合に用
いられる溶媒としては、通常、原料となるアルコキシシ
ランと水とを均一に溶解混合するために、アルコール、
アセトン等が用いられるが、これらに限定されるわけで
はなく、アルコキシシランと水の両方が溶解しやすい物
であればかまわない。しかし、ゲル状化合物生成過程の
加水分解反応でアルコールが生成すること、また、後で
述べる超臨界乾燥のことを考慮するとアルコールが最も
好ましい。
The solvent used for the hydrolysis and polycondensation of the alkoxysilane is usually alcohol, in order to uniformly dissolve and mix the starting alkoxysilane and water.
Acetone or the like is used, but not limited to these, and any substance in which both alkoxysilane and water are easily dissolved may be used. However, alcohol is the most preferable in consideration of the fact that alcohol is produced by the hydrolysis reaction in the gel-like compound production process and the supercritical drying described later.

【0010】この発明では、前記アルコキシシランを加
水分解し、縮重合して得られるゲル状化合物を、透明な
強度保持材と一体化された状態で得るようにする。ゲル
状化合物を、透明な強度保持材と一体化された状態で得
るための方法(ゲル状化合物と透明な強度保持材との一
体化物を得る方法)としては、特に限定はされないが、
たとえば、アルコキシシラン、溶媒および水を含む反応
溶液(以下、この反応溶液を「ゾル」と称することがあ
る)を、強度保持材と共存させた状態でゲル化させる方
法等が挙げられる。前記ゾルを強度保持材と共存させた
状態でゲル化させる方法としては、特に限定はされない
が、たとえば、前記ゾルを入れてゲル化させるために使
用する容器の底に予め強度保持材を敷いておく(手法
A)か、あるいは、容器に入れたゾルの上面に、ゾルが
ゲル化する前に強度保持材料を浮かべておく(手法B)
かすることにより、ゾルの表面に強度保持材を共存させ
る方法等が挙げられる。なお、ゾルの表面に強度保持材
を共存させる、この方法では、前記手法A、Bのうち、
いずれか一方のみを行ってもよいし、両方を併用しても
よい。しかし、ゲル状化合物と透明な強度保持材との一
体化物を得る方法は、上記の方法に限定されず、たとえ
ば、後述の多孔質シートに前記ゾルを含浸させたものを
複数枚重ね合わせてゾルをゲル化させる方法であっても
よい。
In the present invention, the gel compound obtained by hydrolyzing the alkoxysilane and polycondensation is obtained in a state of being integrated with the transparent strength-retaining material. The method for obtaining the gel-like compound in a state of being integrated with the transparent strength-retaining material (the method for obtaining an integrated product of the gel-like compound and the transparent strength-retaining material) is not particularly limited,
For example, there may be mentioned a method of gelling a reaction solution containing an alkoxysilane, a solvent and water (hereinafter, this reaction solution may be referred to as “sol”) in the state of coexisting with a strength retaining material. The method of gelling the sol in the state of coexisting with the strength-retaining material is not particularly limited, but, for example, a strength-retaining material is preliminarily laid on the bottom of a container used to put the sol and gelate. Place (Method A) or float the strength holding material on the upper surface of the sol placed in the container before the sol gels (Method B)
A method of coexisting a strength retaining material on the surface of the sol by doing so can be mentioned. In addition, in this method in which a strength maintaining material is allowed to coexist on the surface of the sol, in this method A or B,
Only one of them may be performed, or both may be used together. However, the method for obtaining an integrated product of the gel-like compound and the transparent strength-retaining material is not limited to the above-mentioned method, and for example, a plurality of sheets obtained by impregnating the sol with a porous sheet described below are laminated on the sol. It may be a method of gelling.

【0011】この発明で用いられる透明な強度保持材と
しては、たとえば、ガラスファイバーからなる繊維布や
不織布、ポリエステル等の有機高分子化合物からなる繊
維布や不織布等に代表される多孔質シート等のシート状
材料:ガラス板等の板状材料等が挙げられる。多孔質シ
ートを使用した場合は、ゾルがこのシート内に浸透しゲ
ル化することによって、このシートとゲル状化合物との
一体化物が得られる。ガラス板を使用する場合は、フッ
酸、強アルカリ等で予め表面処理したものを用いること
が好ましい。このような表面処理を施したガラス板は、
表面が粗くなっており、そのため、この表面に物理的に
ゲル状化合物が付着する、または、ガラス表面に多く存
在するシラノール基(−SiOH)がアルコキシシラン
と結合する、等の効果により、ガラス板とゲル状化合物
とが一体化する。しかし、強度保持材は、ゲル状化合物
と一体化する効果を有し、必要に応じた程度の光透過性
を有する材料であれば、特に限定はされない。
The transparent strength-retaining material used in the present invention is, for example, a fiber cloth or non-woven fabric made of glass fiber, or a porous sheet typified by a fiber cloth or non-woven fabric made of an organic polymer compound such as polyester. Sheet material: A plate material such as a glass plate can be used. When a porous sheet is used, the sol permeates into the sheet and gels, whereby an integrated product of the sheet and the gel compound is obtained. When using a glass plate, it is preferable to use a glass plate which has been surface-treated in advance with hydrofluoric acid, a strong alkali or the like. The glass plate that has been subjected to such surface treatment,
The surface of the glass plate is rough, and therefore, a gel compound physically adheres to the surface, or silanol groups (-SiOH), which are often present on the glass surface, bond with alkoxysilane. And the gel compound are integrated. However, the strength-retaining material is not particularly limited as long as it has the effect of integrating with the gel-like compound and has a light-transmitting property to the extent necessary.

【0012】前記の方法により得られた、ゲル状化合物
と透明な強度保持材との一体化物(以下、これを単に
「一体化物」と称することがある)は、これを、以下に
述べる方法で超臨界乾燥することにより、目的のエアロ
ゲル複合材料が得られる。超臨界乾燥を行う際に用いら
れる溶媒としては、特に限定されないが、たとえば、エ
タノール、メタノール、ジクロロジフルオロメタン、二
酸化炭素、水等の単独系または2種以上の併用系を挙げ
ることができる。
The integrated product of the gel-like compound and the transparent strength-retaining material (hereinafter sometimes simply referred to as "integral product") obtained by the above-mentioned method is prepared by the method described below. The desired airgel composite material is obtained by supercritical drying. The solvent used for supercritical drying is not particularly limited, and examples thereof include ethanol, methanol, dichlorodifluoromethane, carbon dioxide, water and the like alone or in combination of two or more.

【0013】併用系ではなく単一の溶媒で超臨界乾燥を
行う場合は、一般的にはオートクレーブなどの高圧容器
(または耐圧容器、乾燥容器とも言う)中に溶媒、およ
び、これと同一の溶媒に溶媒置換を行った前記一体化物
を一緒に入れ、その溶媒の臨界点以上の温度、圧力まで
上昇させた後に溶媒を徐々に除き、最終的に常温常圧の
状態に戻すことによって乾燥を終了する。
When supercritical drying is performed using a single solvent rather than a combined system, the solvent and the same solvent as that in a high-pressure container (or pressure container or drying container) such as an autoclave are generally used. Put the integrated product that has been subjected to solvent replacement together with, and after gradually raising the temperature and pressure above the critical point of the solvent, gradually removing the solvent, and finally returning to the state of normal temperature and normal pressure to finish the drying. To do.

【0014】2種以上の併用系で超臨界乾燥を行う場合
は、乾燥容器内でその併用系での超臨界状態になるよう
設定した温度、圧力まで上昇させる方法、乾燥容器内で
一体化物が含有している溶媒(第1の溶媒)から超臨界
状態にしたい溶媒(第2の溶媒)に置換し、ほぼ溶媒置
換を完結させてから、第2の溶媒の超臨界状態で溶媒を
除去する方法等がなされる。
When supercritical drying is carried out in a combination system of two or more kinds, a method of raising the temperature and pressure set in the drying container to a supercritical state in the combination system, an integrated product in the drying container The contained solvent (first solvent) is replaced with a solvent (second solvent) desired to be in a supercritical state, the solvent replacement is almost completed, and then the solvent is removed in a supercritical state of the second solvent. The method etc. are made.

【0015】この発明の、エアロゲル複合材料の製造方
法は、特に限定されるわけではないが、たとえば、以下
のようにして行われる。まず、前記アルコキシシランに
アルコール、水、および、前記触媒を添加混合し、アル
コキシシランを加水分解し、縮重合させる。なお、この
際に用いられるアルコールは、たとえば、メタノール、
エタノール、イソプロパノール、ブタノール等でよく、
特に限定されない。
The method for producing the airgel composite material of the present invention is not particularly limited, but is carried out as follows, for example. First, alcohol, water, and the catalyst are added to and mixed with the alkoxysilane to hydrolyze the alkoxysilane to cause polycondensation. The alcohol used at this time is, for example, methanol,
It can be ethanol, isopropanol, butanol, etc.,
There is no particular limitation.

【0016】この反応溶液(ゾル)を容器に入れ、ま
た、強度保持材を前記の方法で共存させる。縮重合反応
が充分に進行すると、前記ゾルがゲル化し、強度保持材
と一体化したゲル状化合物が得られる。次に、このゲル
状化合物と強度保持材との一体化物にアルコールを添加
し、加熱する、いわゆる熟成を行う。なお、この際、必
要に応じては、熟成工程を省いても良い。この一体化物
に含まれるゲル状化合物は、水や未反応物が除去され、
溶媒部分は完全にアルコールに置換されたもの(アルコ
ゲルともいう)となっていることが好ましい。
This reaction solution (sol) is placed in a container, and the strength-retaining material is allowed to coexist by the above method. When the polycondensation reaction proceeds sufficiently, the sol gels, and a gel-like compound integrated with the strength-retaining material is obtained. Next, so-called aging is performed by adding alcohol to the integrated product of the gel-like compound and the strength-retaining material and heating. At this time, the aging step may be omitted if necessary. The gel-like compound contained in this integrated product has water and unreacted substances removed,
It is preferable that the solvent portion is completely replaced with alcohol (also referred to as alcogel).

【0017】次に、この状態のゲル状化合物と強度保持
材との一体化物を超臨界乾燥し、溶媒(おもにアルコー
ル)を除去する。超臨界乾燥を行う方法としては、たと
えば次のような方法が挙げられる。すなわち、前記のよ
うにして得られた、ゲル状化合物と強度保持材との一体
化物を、アルコールの臨界点以上の温度圧力まで昇温昇
圧し、その状態でアルコールを乾燥する方法、また、一
体化物を液化炭酸(50〜60気圧程度)中に浸漬した
後、二酸化炭素を超臨界状態にして乾燥する方法が挙げ
られる。
Next, the integrated product of the gel-like compound and the strength retaining material in this state is supercritically dried to remove the solvent (mainly alcohol). Examples of the method for performing supercritical drying include the following methods. That is, the integrated product of the gel-like compound and the strength-retaining material obtained as described above is heated up to a temperature pressure above the critical point of alcohol, and the method of drying alcohol in that state is also integrated. Examples of the method include immersing the compound in liquefied carbonic acid (about 50 to 60 atm), and then setting carbon dioxide to a supercritical state and drying.

【0018】このような超臨界乾燥を行い、前記一体化
物中のゲル状化合物が含有する溶媒を除去することによ
り、目的のエアロゲル複合材料が得られる。
By carrying out such supercritical drying to remove the solvent contained in the gel compound in the integrated product, the desired airgel composite material is obtained.

【0019】[0019]

【作用】この発明では、アルコキシシランを加水分解
し、縮重合して得られるゲル状化合物を透明な強度保持
材と一体化された状態で得た後、この一体化物を超臨界
乾燥することにより、エアロゲル複合材料を得るように
している。ここで、超臨界乾燥とは、前記一体化物中の
ゲル状化合物に含まれている溶媒の臨界点または臨界点
よりも高温高圧の雰囲気中においてその溶媒を除去する
ことである。このような雰囲気中では溶媒の相転移(気
化、凝縮)が起こらないため、溶媒除去時のゲル状化合
物の構造体の破壊、凝集を抑制することができる。この
ため、超臨界乾燥によって得られたエアロゲル複合材料
中のエアロゲルは、多孔質なものとなる。これに対し、
もしも、通常の加熱乾燥を行った場合には、溶媒が液体
から気体に変化するため、ゲル状化合物の構造体中から
溶媒が除去される際に、溶媒の表面エネルギーによって
前記構造体が破壊されたり、凝集したりする。
In the present invention, a gel-like compound obtained by hydrolyzing an alkoxysilane and polycondensation is obtained in a state of being integrated with a transparent strength-retaining material, and then the integrated product is supercritically dried. , To obtain an airgel composite material. Here, the supercritical drying is to remove the solvent contained in the gel-like compound in the integrated product in a critical point or in an atmosphere at a temperature and pressure higher than the critical point. Since the phase transition (vaporization, condensation) of the solvent does not occur in such an atmosphere, it is possible to suppress the destruction and aggregation of the structure of the gel compound when removing the solvent. Therefore, the airgel in the airgel composite material obtained by supercritical drying becomes porous. In contrast,
If normal heating and drying are performed, the solvent changes from liquid to gas, so when the solvent is removed from the structure of the gel compound, the surface energy of the solvent destroys the structure. Or aggregate.

【0020】この発明により得られるエアロゲル複合材
料中のエアロゲルは、非常に微細なシリカ粒子からなる
構造体で、その粒子径および粒子間空隙は光の波長より
もはるかに小さいために、多孔体であるにもかかわらず
透明性を有する。もしも、このエアロゲルのみでは、前
述したように、強度が非常に弱く脆いため、割れたり壊
れたりしやすいので、取り扱いが非常に困難な上、割れ
等による劣化が著しい等の欠点を有するものとなる。し
かし、エアロゲルを強度保持材と一体化した形で得るよ
うにすると、エアロゲルの断熱性を充分に活かしなが
ら、通常の運搬や取り扱い作業において割れたり壊れた
りしにくくなり、振動等によっても破壊しない程度に強
度が向上し、割れ等の破壊による性能劣化が起こりにく
くなる。また、強度保持材としては、光透過性を有する
ものが用いられるため、エアロゲルの光透過性も充分に
活かされる。そのため、得られるエアロゲル複合材料
は、透明性を有するものとなる。
The airgel in the airgel composite material obtained by the present invention is a structure composed of very fine silica particles, and since its particle diameter and interparticle voids are much smaller than the wavelength of light, it is a porous body. It has transparency despite its existence. If only this airgel is used, as described above, the strength is very weak and brittle, and it easily breaks or breaks, which makes it extremely difficult to handle, and has a drawback such as significant deterioration due to cracking. . However, if the airgel is obtained in a form integrated with the strength-retaining material, it will not easily break or be broken during normal transportation and handling work while making full use of the heat insulating properties of the airgel, and will not be destroyed by vibration. In addition, the strength is improved, and performance deterioration due to breakage such as cracking is less likely to occur. Further, as the strength-retaining material, a material having a light-transmitting property is used, so that the light-transmitting property of the airgel is sufficiently utilized. Therefore, the obtained airgel composite material has transparency.

【0021】ここで透明性とは、たとえば、可視光波長
領域等に対する視覚的な透明性であるが、これに限定さ
れない。
Here, the transparency is, for example, visual transparency in the visible light wavelength region, but is not limited thereto.

【0022】[0022]

【実施例】以下に、この発明の具体的な実施例および比
較例を示すが、この発明は下記実施例に限定されない。 −実施例1− テトラメトキシシラン(東レダウコーニングシリコーン
(株)製試薬)に、エタノール(ナカライテスク(株)
製特級試薬)と0.01mol/l のアンモニア水溶液とを
混合したものを室温で徐々に添加することにより、テト
ラメトキシシラン:エタノール:アンモニア水=1:
5:4(モル比)の混合比の反応溶液を得た。
EXAMPLES Specific examples and comparative examples of the present invention will be shown below, but the present invention is not limited to the following examples. -Example 1-Tetramethoxysilane (a reagent manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) was mixed with ethanol (Nacalai Tesque Co., Ltd.).
(Special grade reagent manufactured by Mitsui Chemicals Co., Ltd.) and a 0.01 mol / l aqueous ammonia solution are gradually added at room temperature to give tetramethoxysilane: ethanol: aqueous ammonia = 1: 1.
A reaction solution having a mixing ratio of 5: 4 (molar ratio) was obtained.

【0023】フッ酸処理したガラス板(厚み2mm)を予
め底に敷いておいた容器内に前記反応溶液を流し込んだ
後、室温で静置し、ゲル化させた。ゲル化後、エタノー
ルを加え、50℃で加熱し、さらにエタノールの添加を
繰り返してゲル状化合物が乾燥しないように縮重合反応
を加速(熟成)した。次に、得られたゲル状化合物とガ
ラス板との一体化物を18℃、55kg/cm2の二酸化炭
素中に入れ、ゲル状化合物内のエタノールを二酸化炭素
に置換する操作を2〜3時間行った。その後、容器内を
二酸化炭素の超臨界条件である、80℃、160kg/cm
2 にし、超臨界乾燥(溶媒除去)を48時間行った。そ
の後、容器内を常温常圧まで下げ、容器からエアロゲル
複合材料の試料を取り出した。試料の厚みは約7mmであ
った。
The reaction solution was poured into a container having a hydrofluoric acid-treated glass plate (thickness: 2 mm) laid on the bottom in advance, and then allowed to stand at room temperature for gelation. After gelation, ethanol was added and heated at 50 ° C., and the addition of ethanol was repeated to accelerate (age) the polycondensation reaction so that the gel compound was not dried. Next, the operation of replacing the ethanol in the gel-like compound with carbon dioxide is carried out for 2 to 3 hours by putting the obtained gel-like compound and the glass plate integrated product into carbon dioxide of 55 kg / cm 2 at 18 ° C. It was After that, the inside of the container is supercritical condition of carbon dioxide, 80 ° C, 160 kg / cm
2 and supercritical drying (solvent removal) was performed for 48 hours. Then, the inside of the container was lowered to room temperature and atmospheric pressure, and a sample of the airgel composite material was taken out from the container. The thickness of the sample was about 7 mm.

【0024】−実施例2− 実施例1において、二酸化炭素を抽出溶媒とする超臨界
乾燥を行う代わりに、エタノールをエタノールの超臨界
条件下(250℃、80kg/cm2 )で24時間超臨界乾
燥を行うようにし、その後、常温常圧まで下げた後、エ
アロゲル複合材料の試料を取り出したこと以外は実施例
1と同様にして、エアロゲル複合材料の試料を得た。
Example 2 In Example 1, instead of performing supercritical drying using carbon dioxide as an extraction solvent, ethanol was supercritical for 24 hours under supercritical conditions of ethanol (250 ° C., 80 kg / cm 2 ). An airgel composite material sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that the airgel composite material sample was taken out after being dried and then cooled to room temperature and atmospheric pressure.

【0025】−実施例3− テトラエトキシシラン(東レダウコーニングシリコーン
(株)製試薬)に、エタノール(ナカライテスク(株)
製特級試薬)と0.04mol/l のフッ化アンモニウム水
溶液とを徐々に添加することにより、テトラエトキシシ
ラン:エタノール:フッ化アンモニウム水溶液=1:
5.5:5(モル比)の混合比の反応溶液を得た。
Example 3 Tetraethoxysilane (a reagent manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) was mixed with ethanol (Nacalai Tesque Co., Ltd.).
Production grade reagent) and 0.04 mol / l ammonium fluoride aqueous solution are gradually added to obtain tetraethoxysilane: ethanol: ammonium fluoride aqueous solution = 1:
A reaction solution having a mixing ratio of 5.5: 5 (molar ratio) was obtained.

【0026】ポリエステル不織布を予め底に敷いておい
た容器内に前記反応溶液を流し込み、2時間静置した。
反応溶液の粘度が上がった後、ポリエステル不織布をも
う一枚、反応溶液の液面に浮かべ、さらに静置して、ゲ
ル化させた。その後は実施例1と同様にして、熟成、超
臨界乾燥を行うことにより、エアロゲル複合材料の試料
を得た。
The reaction solution was poured into a container in which a polyester non-woven fabric was previously laid on the bottom, and left standing for 2 hours.
After the viscosity of the reaction solution increased, another polyester non-woven fabric was floated on the liquid surface of the reaction solution and allowed to stand still for gelation. Thereafter, in the same manner as in Example 1, aging and supercritical drying were performed to obtain a sample of airgel composite material.

【0027】−実施例4− 実施例1において、テトラメトキシシランの代わりに、
2官能アルコキシシランであるジメチルジメトキシシラ
ンとテトラメトキシシランの1:9(モル比)の混合物
を用いたこと以外は実施例1と同様にして、エアロゲル
複合材料の試料を得た。
Example 4-In Example 1, instead of tetramethoxysilane,
An airgel composite material sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that a mixture of dimethyldimethoxysilane which was a bifunctional alkoxysilane and tetramethoxysilane was used in a ratio of 1: 9 (molar ratio).

【0028】−実施例5− 実施例3において、テトラエトキシシランの代わりに、
3官能アルコキシシランであるメチルトリメトキシシラ
ンとテトラメトキシシランの5:5(モル比)の混合物
を用いたこと以外は実施例3と同様にして、エアロゲル
複合材料の試料を得た。
Example 5-In Example 3, instead of tetraethoxysilane,
An airgel composite material sample was obtained in the same manner as in Example 3 except that a 5: 5 (molar ratio) mixture of trifunctional alkoxysilane, methyltrimethoxysilane, and tetramethoxysilane was used.

【0029】−比較例1− 実施例1において、ゲル状化合物とガラス板との一体化
物を熟成した後、そのまま常圧で80〜100℃に加熱
して乾燥を行って、乾燥物試料を得た。 −比較例2− 実施例1において、容器の底にガラス板を敷かずに、反
応溶液のみ入れてゲル状化合物を得るようにしたこと以
外は実施例1と同様にして、熟成、超臨界乾燥を行うこ
とにより、試料を得た。
-Comparative Example 1-In Example 1, after aging the integrated product of the gel-like compound and the glass plate, it was heated at 80 to 100 ° C under normal pressure to dry it, and a dried product sample was obtained. It was -Comparative Example 2-Aging and supercritical drying were performed in the same manner as in Example 1 except that a glass plate was not placed on the bottom of the container and only the reaction solution was added to obtain the gel compound. A sample was obtained by performing.

【0030】−比較例3− 実施例3において、ゲル状化合物と不織布との一体化物
を熟成した後、そのまま常圧で80〜100℃に加熱し
て乾燥を行って、乾燥物試料を得た。 −比較例4− 実施例3において、不織布を全く用いずに、反応溶液の
みでゲル状化合物を得るようにしたこと以外は実施例3
と同様にして、熟成、超臨界乾燥を行うことにより、試
料を得た。
Comparative Example 3 In Example 3, after aging the integrated product of the gel-like compound and the non-woven fabric, it was heated at 80 to 100 ° C. under normal pressure and dried to obtain a dried product sample. . -Comparative Example 4-Example 3 except that the non-woven fabric was not used at all and the gel compound was obtained only from the reaction solution.
In the same manner as above, a sample was obtained by performing aging and supercritical drying.

【0031】前記の実施例および比較例で得られた試料
について、エアロゲル部分の、かさ密度、比表面積およ
び熱伝導率を測定した。また、試料の光透過率と曲げ強
度についても測定を行った。比表面積は窒素吸着法によ
るBET法を利用して求めた。熱伝導率は、英弘精機
(株)製の定常法による熱伝導率測定装置を使用して、
ASTM−C518に準拠した方法で、設定温度20℃
と40℃の条件で測定した。
The bulk density, specific surface area and thermal conductivity of the airgel portion of the samples obtained in the above-mentioned Examples and Comparative Examples were measured. The light transmittance and bending strength of the sample were also measured. The specific surface area was determined using the BET method based on the nitrogen adsorption method. The thermal conductivity was measured using a thermal conductivity measuring device manufactured by Hideko Seiki Co.
By the method based on ASTM-C518, the set temperature is 20 ° C.
And 40 ° C. were measured.

【0032】光透過率は、試料の透過光について、可視
光域の分光分布を測定し、可視光透過率をJIS−R3
106に基づいて求めた。前記の実施例および比較例の
試料の主な内容やそれを得るための操作条件についての
項目を表1に、前記測定結果を表2に示した。
The light transmittance was measured by measuring the spectral distribution in the visible light region of the light transmitted through the sample, and the visible light transmittance was measured according to JIS-R3.
Based on 106. Table 1 shows the main contents of the samples of the above-mentioned Examples and Comparative Examples and the operating conditions for obtaining them, and Table 2 shows the measurement results.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】[0034]

【表2】 [Table 2]

【0035】上記表1、2中、「−」は測定不能または
該当しないことを示す。また、比較例1と3の試料は、
乾燥によって収縮破壊し、バラバラになった。上記表に
みるように、実施例のエアロゲル複合材料の試料は、い
ずれも、比較例の試料に比べて、超臨界乾燥により保持
する多孔性が優れるため断熱性および光透過性に優れた
エアロゲルと光透過性を有する強度保持材とからなるた
め、強度保持材の種類によって、目的に応じた光透過性
を有し、断熱性に優れるとともに、充分な強度を有する
ため取り扱いが容易で壊れにくいものとなっていること
が確認された。
In Tables 1 and 2 above, "-" indicates that measurement is impossible or not applicable. In addition, the samples of Comparative Examples 1 and 3 are
It shattered and shattered due to drying and fell apart. As can be seen from the above table, the samples of the airgel composite materials of the Examples are both aerogels excellent in heat insulation and light transmission due to excellent porosity retained by supercritical drying as compared with the samples of Comparative Examples. It is composed of a light-transmitting strength-retaining material, so it has a light-transmitting property according to the purpose depending on the type of strength-retaining material, has excellent heat insulation properties, and has sufficient strength that it is easy to handle and does not break easily. Was confirmed.

【0036】[0036]

【発明の効果】この発明によれば、エアロゲルの光透過
性と断熱性を充分に活かし、かつ、通常の運搬や取り扱
い作業において割れたり壊れたりしにくく、振動等によ
っても破壊しない程度の強度を有するエアロゲル複合材
料を得ることができる。得られたエアロゲル複合材料
は、上記の優れた性能を有するため、たとえば、断熱
材、音響材料、チェレンコフ素子、触媒担体等の様々な
用途に用いることができる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the light-transmitting property and the heat insulating property of airgel are fully utilized, and the strength is such that the airgel is not easily cracked or broken during normal transportation and handling work and is not broken by vibration or the like. An airgel composite material having the same can be obtained. Since the obtained airgel composite material has the above-mentioned excellent performance, it can be used for various applications such as a heat insulating material, an acoustic material, a Cherenkov element, and a catalyst carrier.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年4月5日[Submission date] April 5, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0034】[0034]

【表2】 [Table 2]

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記一般式(I): SiR1 n (OR2)4-n …(I) 〔式中、R1 およびR2 は、互いに独立に、炭素数1〜
5のアルキル基またはフェニル基を表す。R1 およびR
2 がそれぞれ2個以上ある場合、2個以上のR1、2個
以上のR2 は、それぞれ、互いに同じであってもよく、
異なっていてもよい。n=0〜2〕で表されるアルコキ
シシランを加水分解し、縮重合して得られるゲル状化合
物を透明な強度保持材と一体化された状態で得た後、こ
の一体化物を超臨界乾燥することにより、エアロゲル複
合材料を得るエアロゲル複合材料の製造方法。
1. The following general formula (I): SiR 1 n (OR 2 ) 4-n (I) [In the formula, R 1 and R 2 are independently of each other a carbon number of 1 to 1;
5 represents an alkyl group or a phenyl group. R 1 and R
When each 2 is 2 or more, 2 or more R 1 , 2 or more R 2 may be the same as each other,
It may be different. n = 0 to 2], the gelling compound obtained by hydrolyzing and subjecting the alkoxysilane to polycondensation is obtained in a state of being integrated with a transparent strength-retaining material, and then the integrated product is supercritically dried. A method of manufacturing an airgel composite material, which comprises obtaining an airgel composite material by
【請求項2】 アルコキシシラン、溶媒および水を含む
反応溶液を、強度保持材と共存させた状態でゲル化させ
ることにより、ゲル状化合物と強度保持材との一体化物
を得る請求項1記載のエアロゲル複合材料の製造方法。
2. The integrated product of the gel-like compound and the strength-retaining material is obtained by gelling a reaction solution containing an alkoxysilane, a solvent and water in the state of coexisting with the strength-retaining material. A method for manufacturing an airgel composite material.
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