JPH10316414A - Production of aerogel - Google Patents

Production of aerogel

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Publication number
JPH10316414A
JPH10316414A JP10039092A JP3909298A JPH10316414A JP H10316414 A JPH10316414 A JP H10316414A JP 10039092 A JP10039092 A JP 10039092A JP 3909298 A JP3909298 A JP 3909298A JP H10316414 A JPH10316414 A JP H10316414A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrosol
ion exchange
airgel
hydrogel
water glass
Prior art date
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Pending
Application number
JP10039092A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Sonoda
健二 園田
Masaru Yokoyama
勝 横山
Hiroshi Yokogawa
弘 横川
Kenji Tsubaki
健治 椿
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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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP10039092A priority Critical patent/JPH10316414A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light transmissibility and heat insulating properties without deterioration with time caused by water and moisture by carrying out suspension polymerization of a hydrosol obtained by ion exchange of a water glass solution with a specific ion exchange resin, conducting hydrophobic treatment of the resultant hydrogel and supercritically drying the hydrogel. SOLUTION: A water glass solution is passed through an ion exchange resin having >=1, preferably 1-2 ratio of number of mol of an alkali metal in the water glass solution to the number of ion exchangeable mol to carry out the ion exchange of the alkali metallic ions with hydrogen ions. Thereby, a hydrosol at pH 2-4 is obtained. A basic substance is added to the resultant hydrosol to provide a hydrosol at pH 5-7. The prepared hydrosol is dispersed in a poor solvent such as a silicone oil or xylene and stirred to carry out suspension polymerization. The resultant hydrogel is washed with water or acidic water and then hydrophobized with a hydrophobic treating agent having a functional group reactive with OH groups combined with silicon atom of the gel and a hydrophobic group and supercritically dried.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水ガラスを原料と
するエアロゲルの製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing aerogel using water glass as a raw material.

【0002】[0002]

【従来の技術】水ガラスを原料として製造されるエアロ
ゲルは、断熱材等として使用されている。そしてこの水
ガラスを原料としてエアロゲルを製造する方法として、
従来から特開昭47−15398号公報、特開平2−3
04299号公報、米国特許第5137927号公報等
で提供されているものがある。
2. Description of the Related Art Aerogels produced from water glass are used as heat insulators and the like. And as a method of producing aerogel using this water glass as a raw material,
Conventionally, JP-A-47-15398, JP-A-2-3
No. 04299, US Pat. No. 5,137,927 and the like.

【0003】これらの方法は、水ガラス溶液に硫酸等の
ゲル化剤を混合し、ゲル化寸前のゾルを作製した後に、
このゲル化寸前のゾルをノズルから噴出させ、噴出直後
にこのゾルをゲル化させることによって、粒状のゲル状
化合物を調製し、これを乾燥することによってエアロゲ
ルを製造するようにしたものである。
[0003] In these methods, a gelling agent such as sulfuric acid is mixed with a water glass solution to prepare a sol just before gelation.
The sol immediately before the gelation is jetted from a nozzle, and the sol is gelled immediately after the jetting, thereby preparing a granular gel-like compound, and drying this to produce an airgel.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の方法で
は、水ガラス溶液が短時間でゲル化するpHになるよう
にゲル化剤を混合し、そしてこれをノズルから噴出させ
る際に瞬時にゲル化させるようにしているため、ゲル状
化合物内のシリカ粒子の粒径や結合構造が不均一にな
り、最終的に得られるエアロゲルは透光性が乏しいもの
であった。また水ガラス溶液中に含まれるナトリウム等
のアルカリ金属原子がゲル化の際にシリカ骨格中に取り
込まれたり、アルカリ金属原子の存在によって均一なシ
リカ骨格の形成が妨げられたりすることによっても、エ
アロゲルの透光性が低下するものであった。しかも、エ
アロゲルは吸水したり吸湿したりすると、寸法収縮等が
発生して断熱性や透光性が経時的に劣化するという問題
もあった。
However, in the above-mentioned method, the gelling agent is mixed so that the pH of the water glass solution becomes gel in a short time, and the gel is instantaneously formed when the water glass solution is ejected from the nozzle. As a result, the particle size and bonding structure of the silica particles in the gel compound become non-uniform, and the finally obtained aerogel has poor translucency. Aerogels also occur when alkali metal atoms such as sodium contained in the water glass solution are incorporated into the silica skeleton during gelation, or the presence of the alkali metal atoms prevents uniform silica skeleton formation. Had a reduced light transmittance. In addition, when the airgel absorbs water or absorbs moisture, there is a problem that dimensional shrinkage or the like occurs, and heat insulation and light transmission deteriorate over time.

【0005】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、透光性や断熱性に優れ、しかも水や湿気などによ
る経時劣化のないエアロゲルの製造方法を提供すること
を目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a method for producing aerogel which is excellent in translucency and heat insulation and does not deteriorate with time due to water or moisture. It is.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係るエアロゲル
の製造方法は、水ガラス溶液を、水ガラス溶液中のアル
カリ金属のモル数に対してイオン交換可能なモル数の比
が1以上のイオン交換樹脂を用いて、イオン交換してヒ
ドロゾルを得た後、このヒドロゾルを懸濁重合してヒド
ロゲルを調製し、次いでこのヒドロゲルを疎水化処理す
ると共に超臨界乾燥することを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a method for producing an aerogel, comprising the steps of: converting a water glass solution into an ion having an ion-exchangeable mole ratio of at least 1 with respect to the mole number of an alkali metal in the water glass solution; Using an exchange resin, ion exchange is performed to obtain a hydrosol, the hydrosol is subjected to suspension polymerization to prepare a hydrogel, and then the hydrogel is subjected to a hydrophobic treatment and supercritical drying. .

【0007】また請求項2の発明は、上記の懸濁重合
を、ヒドロゾルを溶解しない貧溶媒中に、貧溶媒を攪拌
しながら上記のイオン交換したヒドロゾルを滴下して行
なうことを特徴とするものである。また請求項3の発明
は、上記の貧溶媒として、シリコーンオイル、キシレ
ン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、ひまし油か
ら選ばれるものを用いることを特徴とするものである。
The invention of claim 2 is characterized in that the suspension polymerization is carried out by dropping the ion-exchanged hydrosol into a poor solvent in which the hydrosol is not dissolved while stirring the poor solvent. It is. The invention of claim 3 is characterized in that the poor solvent is selected from silicone oil, xylene, benzene, toluene, cyclohexane and castor oil.

【0008】また請求項4の発明は、イオン交換した後
のヒドロゾル中に塩基性物質を添加してヒドロゾルを中
和することを特徴とするものである。また請求項5の発
明は、貧溶媒中に塩基性物質を添加することを特徴とす
るものである。また請求項6の発明は、上記の塩基性物
質として、アンモニア、ピリジン、ヒドラジン、ピペリ
ジンから選ばれるものを用いることを特徴とするもので
ある。
The invention of claim 4 is characterized in that a basic substance is added to the hydrosol after ion exchange to neutralize the hydrosol. The invention of claim 5 is characterized in that a basic substance is added to the poor solvent. The invention according to claim 6 is characterized in that the basic substance is selected from ammonia, pyridine, hydrazine, and piperidine.

【0009】また請求項7の発明は、ヒドロゲルの疎水
化処理を、超臨界状態で行なうことを特徴とするもので
ある。また請求項8の発明は、貧溶媒中に分散剤を添加
することを特徴とするものである。
The invention of claim 7 is characterized in that the hydrogel hydrophobizing treatment is performed in a supercritical state. The invention according to claim 8 is characterized in that a dispersant is added to a poor solvent.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。水ガラスは、分子式がm(M2 O)・n(SiO
2 )〔m,nは正の整数、Mはアルカリ金属原子)で表
されるものであり、JIS K 1408に規格されて
いる。本発明ではこの中でも、水ガラスとしてケイ酸ナ
トリウムやケイ酸カリウムの水溶液を用いるのが好まし
く、シリカゾルのコロイド溶液を水ガラスとして用いる
こともできる。水ガラス溶液のシリカ濃度は、嵩密度、
屈折率、断熱性、透光性等のヒドロゲルに要求される物
性に応じて適宜、調整されるものである。
Embodiments of the present invention will be described below. Water glass has a molecular formula of m (M 2 O) · n (SiO
2 ) [m, n are positive integers, M is an alkali metal atom), and is specified in JIS K1408. In the present invention, among these, it is preferable to use an aqueous solution of sodium silicate or potassium silicate as the water glass, and a colloidal solution of silica sol can be used as the water glass. The silica concentration of the water glass solution is the bulk density,
It is appropriately adjusted according to the physical properties required for the hydrogel, such as the refractive index, heat insulation, and light transmission.

【0011】また本発明においてイオン交換樹脂として
は、スチレン系、アクリル系、メタクリル系等の陽イオ
ン交換樹脂を用いることができる。このようなイオン交
換樹脂を用いてイオン交換することにより、水ガラス溶
液中のナトリウム原子などアルカリ金属原子を除去する
ものである。ここで、イオン交換樹脂の量は、イオン交
換しようとする水ガラス溶液中に含まれるアルカリ金属
原子を全て水素と交換することが可能な量に設定する必
要がある。すなわち、イオン交換しようとする水ガラス
溶液中のアルカリ金属原子のモル数に対して、イオン交
換樹脂が水素イオンの交換可能なモル数(総交換容量)
の比が1以上になるように、イオン交換樹脂の量を設定
する必要がある。ここで、水ガラス溶液中のアルカリ金
属原子のモル数に対するイオン交換樹脂のイオン交換可
能なモル数の比の上限は特に設定されないが、イオン交
換樹脂の使用量が多くなるにつれて経済的に不利になる
ので、このモル数の比の上限は3である。このモル数の
比の好ましい範囲は1〜2である。
In the present invention, as the ion exchange resin, a cation exchange resin such as a styrene type, an acrylic type, and a methacrylic type can be used. By performing ion exchange using such an ion exchange resin, an alkali metal atom such as a sodium atom in a water glass solution is removed. Here, the amount of the ion exchange resin needs to be set to an amount capable of exchanging all the alkali metal atoms contained in the water glass solution to be ion exchanged with hydrogen. That is, the number of moles that the ion exchange resin can exchange hydrogen ions with respect to the number of moles of alkali metal atoms in the water glass solution to be ion-exchanged (total exchange capacity)
It is necessary to set the amount of the ion exchange resin so that the ratio is 1 or more. Here, the upper limit of the ratio of the ion-exchangeable moles of the ion-exchange resin to the moles of the alkali metal atoms in the water glass solution is not particularly set, but becomes economically disadvantageous as the amount of the ion-exchange resin increases. Therefore, the upper limit of the molar ratio is 3. The preferred range of the molar ratio is 1 to 2.

【0012】水ガラス溶液をイオン交換樹脂でイオン交
換する方法としては、イオン交換樹脂を充填した充填層
に水ガラス溶液を通過させてアルカリ金属イオンを水素
イオンに置換する方法、あるいは、イオン交換樹脂を水
ガラス溶液と混合し、攪拌してアルカリ金属イオンを水
素イオンに置換した後にイオン交換樹脂を濾過するなど
して分離する方法が挙げられる。このようにしてイオン
交換された水ガラス溶液は、溶液中のアルカリ金属原子
が水素原子に置換され、酸性溶液となったヒドロゾルと
なる。
As a method of ion-exchanging a water glass solution with an ion exchange resin, a method of passing an aqueous glass solution through a packed bed filled with the ion exchange resin to replace alkali metal ions with hydrogen ions, or a method of ion exchange resin Is mixed with a water glass solution, and the mixture is stirred to replace the alkali metal ions with hydrogen ions, and then the ion exchange resin is separated by filtration or the like. The water-glass solution thus ion-exchanged becomes a hydrosol in which the alkali metal atoms in the solution are replaced with hydrogen atoms, and the solution becomes an acidic solution.

【0013】上記のようにイオン交換した後のヒドロゲ
ルのpHは2〜4程度にまで下がるので、ヒドロゾルを
ゲル化させ易くするために塩基性物質をヒドロゲルに添
加する。この塩基性物質としては、アンモニア、ピリジ
ン、ヒドラジン、ピペリジン等を挙げることができ、こ
れらのうち一種単独をあるいは複数種を併用して用いる
ことができる。これらの塩基性物質を添加することによ
ってヒドロゾルのpH値を中性付近にし、ヒドロゾルが
所定の時間が経過した時点でゲル化するようにするもの
であり、ヒドロゾルのpHが5〜7の範囲になるように
塩基性物質の添加量を調整するのが好ましい。
Since the pH of the hydrogel after ion exchange as described above drops to about 2 to 4, a basic substance is added to the hydrogel in order to facilitate gelation of the hydrosol. Examples of the basic substance include ammonia, pyridine, hydrazine, piperidine, and the like. Among these, one kind can be used alone, or two or more kinds can be used in combination. By adding these basic substances, the pH value of the hydrosol is brought to near neutrality so that the hydrosol gels when a predetermined time has elapsed, and the pH of the hydrosol is in the range of 5 to 7. It is preferable to adjust the amount of the basic substance to be added.

【0014】次に、このヒドロゾルを懸濁重合させる。
懸濁重合は、上記のイオン交換した後のヒドロゾルを溶
解しない貧溶媒を用い、この貧溶媒を攪拌しながら、貧
溶媒中にイオン交換した後のヒドロゾルを滴下し、ヒド
ロゾルがゲル化するために必要な所定時間が経過するま
で攪拌することによって行なうことができるものであ
る。このような貧溶媒としては、シリコーンオイル、キ
シレン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、ひまし
油等を挙げることができ、これらのうち一種単独をある
いは複数種を併用して用いることができる。このように
貧溶媒を攪拌しながらヒドロゾルを滴下してゲル化させ
ることによって、ヒドロゾルは貧溶媒中に分散されなが
らゲル化し、ほぼ球状のビーズ状になったヒドロゲルを
得ることができるものである。尚、ゲル化するまでに長
時間を要する場合においても、このような手法を適用す
ることが可能であり、例えば、低密度のゲルを作製する
場合等に有用である。
Next, this hydrosol is subjected to suspension polymerization.
Suspension polymerization uses a poor solvent that does not dissolve the hydrosol after the above-mentioned ion exchange, and drops the hydrosol after the ion exchange into the poor solvent while stirring the poor solvent, so that the hydrosol gels. This can be performed by stirring until the required predetermined time has elapsed. Examples of such poor solvents include silicone oil, xylene, benzene, toluene, cyclohexane, castor oil and the like, and of these, one type can be used alone, or two or more types can be used in combination. In this way, the hydrosol is dropped into the poor solvent and gelled by stirring, so that the hydrosol is dispersed and gelled while being dispersed in the poor solvent, thereby obtaining a substantially spherical bead-like hydrogel. It should be noted that such a method can be applied even when a long time is required for gelation, and is useful, for example, when producing a low-density gel.

【0015】ここで、この懸濁重合の際の攪拌条件、す
なわち容器の形状や寸法、攪拌器の形状や寸法、攪拌速
度、ヒドロゾルと貧溶媒との混合割合等によって、ヒド
ロゲルのビーズ径が変化する。従って攪拌条件を変える
ことによって、任意のビーズ径のヒドロゲルを得ること
ができるものである。また、上記のように懸濁重合を行
なうにあたって、貧溶媒中に予め分散剤を添加しておく
ことによって、貧溶媒にヒドロゾルを効率良く分散させ
ることができる。分散剤としては、重金属セッケン、ラ
ノリン、ロジン、コレステリン、レシチン、ソルビタン
モノオレイン酸エステル等の非イオン界面活性剤の中の
多価アルコールの脂肪酸エステル等を用いることができ
るものであり、貧溶媒に対して1〜20重量%の範囲で
添加するのが好ましく、より好ましくは5〜10重量%
である。
The bead diameter of the hydrogel varies depending on the stirring conditions during the suspension polymerization, that is, the shape and size of the vessel, the shape and size of the stirrer, the stirring speed, the mixing ratio of the hydrosol and the poor solvent, and the like. I do. Therefore, a hydrogel having an arbitrary bead diameter can be obtained by changing the stirring conditions. In addition, when the suspension polymerization is performed as described above, the hydrosol can be efficiently dispersed in the poor solvent by adding a dispersant in advance to the poor solvent. As the dispersant, heavy metal soap, lanolin, rosin, cholesterin, lecithin, fatty acid esters of polyhydric alcohols among nonionic surfactants such as sorbitan monooleate, and the like can be used. Is preferably added in the range of 1 to 20% by weight, more preferably 5 to 10% by weight.
It is.

【0016】尚、上記では、懸濁重合の工程の前の段階
で、イオン交換したヒドロゲルに塩基性物質を添加する
ようにしたが、塩基性物質は貧溶媒に添加するようにし
てもよい。貧溶媒への塩基性物質の添加は、貧溶媒にヒ
ドロゾルを滴下した後に攪拌しながらこの懸濁液に塩基
性物質を添加するようにしてもよく、また貧溶媒に予め
塩基性物質を添加しておいてこれに攪拌しながらヒドロ
ゾルを滴下するようにしてもいずれでもよい。
In the above description, the basic substance is added to the ion-exchanged hydrogel before the suspension polymerization step. However, the basic substance may be added to the poor solvent. The basic substance may be added to the poor solvent by adding the hydrosol to the poor solvent and then adding the basic substance to the suspension while stirring, or by adding the basic substance to the poor solvent in advance. Alternatively, the hydrosol may be added dropwise while stirring.

【0017】次に、このようにして得られたゲルを水あ
るいは酸性水で洗浄した後、ゲルに疎水化処理剤を反応
させて疎水化処理を施す。ゲルは、疎水化処理を効率よ
く行なうために予め水分を除去しておくのが好ましい。
ゲルの水分を除去する方法としては、特に限定されるも
のでないが、後述の疎水化処理剤を溶解させるための溶
媒を用いてゲルを洗浄する方法が好ましい。
Next, the gel thus obtained is washed with water or acidic water, and then subjected to a hydrophobizing treatment by reacting the gel with a hydrophobizing agent. It is preferable to remove water in advance from the gel in order to efficiently perform the hydrophobic treatment.
The method for removing water from the gel is not particularly limited, but a method of washing the gel using a solvent for dissolving a hydrophobizing agent described below is preferable.

【0018】疎水化処理剤は、ゲルのケイ素原子に結合
するOH基(シラノール基)に対して反応する官能基と
疎水基を有するものであり、シラノール基に対して反応
する官能基としては、例えば、ハロゲン、アミノ基、イ
ミノ基、カルボキシル基、及びアルコキシル基が挙げら
れる。疎水基としては、例えばアルキル基、フェニル
基、及びそれらのフッ化物等が挙げられる。疎水化処理
剤は、上記官能基及び疎水基をそれぞれ1種のみ有して
もよいし、2種以上を有してもよい。疎水化処理剤の具
体例を挙げると、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチ
ルジシロキサン、トリメチルクロロシラン、トリメチル
メトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチ
ルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、ジメチ
ルジクロロシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチ
ルジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチル
トリクロロシラン等の有機シラン化合物であり、これら
以外にも、酢酸、ギ酸、コハク酸等のカルボン酸や、メ
チルクロリド等のハロゲン化アルキルなどの有機化合物
を挙げることができる。疎水化処理剤は1種のみを用い
てもよいし、2種以上を用いてもよい。
The hydrophobizing agent has a functional group that reacts with an OH group (silanol group) bonded to a silicon atom of a gel and a hydrophobic group. The functional group that reacts with a silanol group includes: Examples include a halogen, an amino group, an imino group, a carboxyl group, and an alkoxyl group. Examples of the hydrophobic group include an alkyl group, a phenyl group, and a fluoride thereof. The hydrophobizing agent may have only one of the above functional groups and hydrophobic groups, or may have two or more thereof. Specific examples of the hydrophobizing agent include hexamethyldisilazane, hexamethyldisiloxane, trimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, triethylethoxysilane, triethylmethoxysilane, dimethyldichlorosilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyl Organic silane compounds such as dimethoxysilane, methyltrichlorosilane, and ethyltrichlorosilane.In addition to these, carboxylic acids such as acetic acid, formic acid, and succinic acid, and organic compounds such as alkyl halides such as methyl chloride. it can. As the hydrophobizing agent, only one kind may be used, or two or more kinds may be used.

【0019】疎水化処理を行う手法としては、特に限定
されないが、例えば、疎水化処理剤を溶媒に溶解させた
溶液中にゲルを浸漬し、混合するなどしてゲル内に疎水
化処理剤を浸透させた後、必要に応じて加熱することに
よって疎水化処理反応を行なわせる方法等が挙げられ
る。疎水化処理時に用いる溶媒としては、例えば、メタ
ノール、エタノール、イソプロパノール、トルエン、ベ
ンゼン、N,N−ジメチルホルムアミド等が挙げられ
る。疎水化処理剤が容易に溶解し、かつ、ゲルの含有す
る溶媒(前述の貧溶媒)と置換可能なものであれば、上
記に限定されるものではないが、ゲルは後で超臨界乾燥
を行うため、超臨界乾燥の容易な媒体、例えば、メタノ
ール、エタノール、液体二酸化炭素等と同一種類もしく
はそれとの置換が容易なものが好ましい。
The method for performing the hydrophobizing treatment is not particularly limited. For example, the hydrophobizing agent is immersed in a solution in which the hydrophobizing agent is dissolved in a solvent and mixed, and the hydrophobizing agent is added to the gel. After infiltration, a method of performing a hydrophobizing treatment reaction by heating as necessary is exemplified. Examples of the solvent used in the hydrophobizing treatment include methanol, ethanol, isopropanol, toluene, benzene, N, N-dimethylformamide and the like. It is not limited to the above as long as the hydrophobizing agent can be easily dissolved and can be replaced with the solvent (the poor solvent described above) contained in the gel. For this purpose, a medium that can be easily supercritically dried, for example, the same type as methanol, ethanol, liquid carbon dioxide, or the like, or a medium that can be easily replaced with the same is preferable.

【0020】疎水化処理は、ゲルの有するシラノール基
の水酸基を疎水化処理剤の官能基と反応させることによ
って疎水化処理剤の疎水基をゲルに導入し、ゲルを疎水
化するために行うものである。従って、疎水化処理剤の
使用量は、ゲルの粒子表面のシラノール基数に対して充
分になるように設定するのが好ましい。例えば、重量比
で(ゲル)/(疎水化処理剤)=0.5〜10程度の範
囲が好ましいが、これは、疎水化処理反応を行うときの
溶媒量、温度、時間など、また、コストと性能の兼ね合
い等から適宜選択されるものであり、この範囲に限定さ
れるものではない。また、溶媒の使用量も特に限定され
るものではない。上記のように疎水化処理したゲルは、
ゲルの有するシラノール基の水酸基が疎水基で置換され
て疎水化したものであり、ゲルの固形分と懸濁重合や疎
水化処理時に用いた溶媒との2相からなるものである。
The hydrophobizing treatment is performed in order to introduce the hydrophobic group of the hydrophobizing agent into the gel by reacting the hydroxyl group of the silanol group of the gel with the functional group of the hydrophobizing agent to hydrophobize the gel. It is. Therefore, the amount of the hydrophobizing agent used is preferably set to be sufficient for the number of silanol groups on the particle surface of the gel. For example, the weight ratio of (gel) / (hydrophobizing agent) is preferably in the range of about 0.5 to 10, but this is because the amount of the solvent, the temperature, the time, etc., when performing the hydrophobizing reaction, and the cost It is appropriately selected from the balance between performance and the like, and is not limited to this range. Also, the amount of the solvent used is not particularly limited. The gel hydrophobized as described above is
It is obtained by substituting a hydroxyl group in a silanol group of a gel with a hydrophobic group and hydrophobizing the gel, and comprises two phases of a solid content of the gel and a solvent used in suspension polymerization or hydrophobic treatment.

【0021】次に、上記のように疎水化処理したゲルを
超臨界乾燥する。ここで、超臨界乾燥とは、ゲルに含ま
れている溶媒の臨界点または臨界点よりも高温・高圧の
雰囲気中で溶媒を徐々に除去する乾燥法である。超臨界
乾燥を行う際には、必要に応じてゲル中の溶媒を、超臨
界乾燥の媒体として用いる溶媒に予め置換しておく。そ
の際、超臨界乾燥の媒体として用いる溶媒は、ゲル中の
溶媒よりも臨界点の低い化合物からなるものを用いるこ
とが好ましい。例えば、疎水化処理時の溶媒を超臨界乾
燥の媒体としてそのまま用いてもよく、この場合は溶媒
の置換操作を行う必要はない。また超臨界乾燥の媒体と
して用いられる溶媒は、臨界点以上の温度・圧力の設定
が容易なものが好ましい。具体的には、例えば、メタノ
ール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、
ブタノール等のアルコールや、ジクロロジフルオロメタ
ン、液化二酸化炭素、水等の単独系または2種以上の混
合系を挙げることができる。超臨界乾燥の媒体として用
いられる溶媒は、前述した疎水化処理時に用いられる溶
媒と同一種類のものを用いてもよいし、それらと異なる
種類のものを用いてもよい。
Next, the gel hydrophobized as described above is supercritically dried. Here, the supercritical drying is a drying method in which the solvent is gradually removed in a critical point of the solvent contained in the gel or in an atmosphere at a higher temperature and a higher pressure than the critical point. When performing supercritical drying, the solvent in the gel is replaced in advance with a solvent used as a medium for supercritical drying, if necessary. At that time, it is preferable to use a solvent composed of a compound having a lower critical point than the solvent in the gel, as a solvent used as a medium for supercritical drying. For example, the solvent used in the hydrophobizing treatment may be used as it is as a medium for supercritical drying, and in this case, it is not necessary to perform a solvent replacement operation. The solvent used as the medium for the supercritical drying is preferably one in which the temperature and pressure at or above the critical point can be easily set. Specifically, for example, methanol, ethanol, propanol, isopropanol,
A single system such as alcohol such as butanol, dichlorodifluoromethane, liquefied carbon dioxide, and water, or a mixed system of two or more thereof can be used. The solvent used as the medium for the supercritical drying may be the same type as the solvent used in the above-described hydrophobic treatment, or may be a different type.

【0022】そして疎水化処理したゲルを超臨界乾燥さ
せる方法としては、例えば超臨界乾燥の媒体として液化
二酸化炭素を用いる場合、ゲルを液化二酸化炭素(50
〜60気圧程度)中に浸潰して、ゲルに含まれる溶媒の
全部または一部を、この溶媒よりも臨界点が低い液化二
酸化炭素に置換した後、二酸化炭素の単独系、または二
酸化炭素とゲルに含まれる溶媒との混合系の超臨界条件
下で、乾燥を行なう方法が挙げられる。またこのような
液化二酸化炭素との置換を行わず、ゲルに含まれる溶媒
の超臨界条件下で乾燥する方法も可能である。
As a method for supercritically drying the hydrophobized gel, for example, when liquefied carbon dioxide is used as a medium for supercritical drying, the gel is liquefied with carbon dioxide (50%).
(About 60 atm), and substituting all or part of the solvent contained in the gel with liquefied carbon dioxide having a lower critical point than this solvent, and then singly using carbon dioxide, or carbon dioxide and gel Under a supercritical condition of a mixed system with the solvent contained in the above. Further, a method in which the solvent contained in the gel is dried under supercritical conditions without performing the replacement with the liquefied carbon dioxide is also possible.

【0023】尚、ゲルの疎水化処理に用いる溶媒と、超
臨界乾燥に用いる溶媒を同一種類のものにする場合、疎
水化処理を超臨界状態で行なうようにすれば、疎水化処
理と超臨界乾燥とを、一連の連続した工程で行なうこと
が可能になるものである。このように超臨界乾燥を行な
ってゲルに含有される溶媒を除去することによって、エ
アロゲルを得ることができるものであり、このような超
臨界乾燥では溶媒の相転移、すなわち気化、凝縮が起こ
らないために、溶媒を除去する際にゲルの構造体が破壊
・凝集することを抑制することができ、得られたエアロ
ゲルは多孔質なものとなり、高い断熱性能を有するもの
である。またイオン交換樹脂によるイオン交換によって
アルカリ金属原子を除去しているために、非常に微細な
シリカ粒子からなる構造体のエアロゲルを得ることがで
きるものであり、このシリカ粒子の径は光の波長よりも
はるかに小さく、しかもシリカ粒子の粒子空間は空気の
平均自由行程よりも小さく均一であって、多孔質である
にもかかわらず高い透光性を有するものである。さら
に、エアロゲルは表面のシラノール基の水酸基が疎水化
処理剤の疎水基に置換されて疎水化されているので、雰
囲気中の水分がエアロゲルに吸着されるようなことがな
くなり、吸水や吸湿による寸法収縮等によってエアロゲ
ルの断熱性や透光性などの特性が経時的に変化すること
を防ぐことができるものである。
When the solvent used for the hydrophobizing treatment of the gel and the solvent used for the supercritical drying are of the same type, if the hydrophobizing treatment is performed in a supercritical state, the hydrophobic treatment and the supercritical Drying can be performed in a series of continuous steps. By removing the solvent contained in the gel by performing supercritical drying in this way, an aerogel can be obtained. In such supercritical drying, the phase transition of the solvent, that is, vaporization and condensation do not occur. Therefore, when the solvent is removed, the gel structure can be prevented from destruction and aggregation, and the obtained airgel becomes porous and has high heat insulating performance. In addition, since alkali metal atoms are removed by ion exchange with an ion exchange resin, it is possible to obtain an airgel having a structure composed of very fine silica particles, and the diameter of the silica particles is larger than the wavelength of light. Is much smaller, and the particle space of the silica particles is smaller than the mean free path of air, and is uniform, and has high translucency despite being porous. Furthermore, since the aerogel is hydrophobized by replacing the hydroxyl group of the silanol group on the surface with the hydrophobic group of the hydrophobizing agent, moisture in the atmosphere does not adsorb to the aerogel, and the dimensions due to water absorption and moisture absorption are eliminated. It is possible to prevent the properties of the airgel, such as heat insulation and light transmission, from changing over time due to shrinkage or the like.

【0024】上記のようにして製造されるエアロゲル
は、例えば開口部での断熱材、音響材料、チェレンコフ
素子、触媒担持体等の用途に使用することができるもの
である。ここで、エアロゲルはビーズ状に得られるもの
であり、エアロゲルを断熱材として使用する場合、ビー
ズ径は使用する断熱材の厚みや必要性能によって適宜選
択することができるが、より高い断熱性能が要求される
場合には、ビーズ径の異なる複数種のエアロゲルを混合
して、充填密度を高くすることが好ましい。
The aerogel produced as described above can be used for applications such as a heat insulating material at the opening, an acoustic material, a Cherenkov element, a catalyst carrier and the like. Here, aerogel is obtained in the form of beads, and when using aerogel as a heat insulating material, the diameter of the beads can be appropriately selected depending on the thickness and required performance of the heat insulating material to be used, but higher heat insulating performance is required. In this case, it is preferable to mix a plurality of types of aerogels having different bead diameters to increase the packing density.

【0025】[0025]

【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。 (実施例1)ケイ酸ナトリウム水溶液(日本化学工業株
式会社製「Jケイ酸ソーダ3号」:二酸化ケイ素29重
量%、酸化ナトリウム9.5重量%、pH11)を10
重量部、イオン交換水32重量部を配合した水ガラス溶
液を、スチレン系イオン交換樹脂(オルガノ株式会社製
「アンバーライトIR−120B」)が充填されたカラ
ム内を通過させることによってイオン交換させた。この
とき、水ガラス溶液中のナトリウム原子のモル数とイオ
ン交換樹脂の交換可能なモル数の比は1:2であった。
そしてイオン交換樹脂を通過させることによって得られ
たヒドロゾル溶液のpHは3であった。
Next, the present invention will be described specifically with reference to examples. (Example 1) An aqueous solution of sodium silicate ("Sodium J Silicate No. 3" manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd .: 29% by weight of silicon dioxide, 9.5% by weight of sodium oxide, pH 11) was added to 10
A water glass solution containing 32 parts by weight of ion-exchanged water and 32 parts by weight of ion-exchanged water was subjected to ion exchange by passing through a column filled with a styrene-based ion exchange resin (“Amberlite IR-120B” manufactured by Organo Corporation). . At this time, the ratio of the number of moles of sodium atoms in the water glass solution to the number of exchangeable moles of the ion exchange resin was 1: 2.
The pH of the hydrosol solution obtained by passing through the ion exchange resin was 3.

【0026】次に、このヒドロゾル溶液200重量部
に、2.8重量%濃度のアンモニア水を1重量部添加
し、素早く攪拌した。このようにアンモニア水を添加す
ることによって、ヒドロゾル溶液のpH値は6になっ
た。次に、このヒドロゾル溶液500gをシリコーンオ
イル(東レダウコーニングシリコーン株式会社製「SH
200オイル」:粘度20CS(at25℃))150
0g中に滴下し、5分間攪拌を継続して懸濁重合を行な
わせ、ヒドロゲルを得た。ここで使用した容器は2リッ
トルのトールビーカー、攪拌羽根の形状は直径50mm
のマリンタイプ、回転数は1050rpmであった。得
られたヒドロゲルを水で洗浄し、続いてイソプロパノー
ルでヒドロゲルを洗浄してヒドロゲル中の水をイソプロ
パノールで置換した。
Next, 1 part by weight of 2.8% by weight aqueous ammonia was added to 200 parts by weight of this hydrosol solution, and the mixture was rapidly stirred. By adding the ammonia water in this way, the pH value of the hydrosol solution became 6. Next, 500 g of this hydrosol solution was applied to silicone oil (“SH” manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.).
200 oil ": viscosity 20 CS (at 25 ° C.) 150
The resulting mixture was dropped into 0 g, and suspension polymerization was carried out by continuing stirring for 5 minutes to obtain a hydrogel. The container used here was a 2 liter tall beaker, and the shape of the stirring blade was 50 mm in diameter.
Was a marine type, and the number of revolutions was 1,050 rpm. The obtained hydrogel was washed with water, followed by washing the hydrogel with isopropanol to replace water in the hydrogel with isopropanol.

【0027】次に1.2モル/リットルの濃度でヘキサ
メチルジシラザン(東レダウコーニングシリコーン株式
会社製試薬)をイソプロパノール溶液中に溶解した疎水
化処理剤溶液に上記のゲルを浸漬し、78℃で攪拌しな
がら24時間反応させ、ゲルを疎水化処埋した。この
後、疎水化処理したゲルをイソプロパノール中に移し、
攪拌しながら、イソプロパノールを繰り返し交換し、2
4時間溶媒置換を行った。次に、このゲルを18℃、5
5気圧の液化二酸化炭素中に入れ、ゲル内のイソプロパ
ノールを液化二酸化炭素に置換する操作を3時間行っ
た。次いで、系内を二酸化炭素の超臨界条件である、4
0℃、80気圧にし、超臨界二酸化炭素を流通させた
後、大気圧に減圧することによって、ビーズ状の疎水性
エアロゲルを得た。尚、超臨界乾燥工程に要した時間は
10時間であった。
Next, the above gel was immersed in a hydrophobizing agent solution in which hexamethyldisilazane (a reagent manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) was dissolved at a concentration of 1.2 mol / liter in an isopropanol solution, and the gel was immersed at 78 ° C. The mixture was reacted for 24 hours while stirring, and the gel was subjected to hydrophobic treatment. Thereafter, the hydrophobized gel is transferred into isopropanol,
While stirring, exchange isopropanol repeatedly,
The solvent was replaced for 4 hours. Next, the gel was heated at 18 ° C. for 5 hours.
An operation of placing the mixture in liquefied carbon dioxide at 5 atm and replacing isopropanol in the gel with liquefied carbon dioxide was performed for 3 hours. Next, in the system, the supercritical condition of carbon dioxide, 4
After the pressure was reduced to 0 ° C. and 80 atm and supercritical carbon dioxide was passed, the pressure was reduced to atmospheric pressure to obtain a beaded hydrophobic airgel. The time required for the supercritical drying step was 10 hours.

【0028】このようにして得られたビーズ状エアロゲ
ルについて、平均粒径を測定した。また、厚み1mmの
2枚の透明アクリル板を12mmの間隔を介して平行に
配置して中空パネルを作製し、この中空パネル内に上記
のようにして得られたビーズ状エアロゲルを充填した。
充填率は70%であった。そしてこのエアロゲルを充填
したパネルの光透過率と熱伝導率を測定した。光透過率
は、照度計(横河インスツルメンツ株式会社製照度計
「型番510ー02」)を用い、アクリルボックス中で
蛍光灯を光源としてエアロゲルを充填したパネルの設置
前後の照度を測定することにより求めた。また熱伝導率
は、英弘精機株式会社製の熱伝導率測定装置を用い、A
STM−C518に基づいて、20℃〜40℃の熱伝導
率を測定することによって求めた。
The average particle size of the thus obtained beaded aerogel was measured. Further, two transparent acrylic plates each having a thickness of 1 mm were arranged in parallel with an interval of 12 mm to produce a hollow panel, and the hollow panel was filled with the beaded airgel obtained as described above.
The filling factor was 70%. Then, the light transmittance and the thermal conductivity of the panel filled with the airgel were measured. The light transmittance is measured by using an illuminometer (illuminometer “Model No. 510-02” manufactured by Yokogawa Instruments Co., Ltd.) and measuring the illuminance before and after installation of a panel filled with airgel using a fluorescent lamp as a light source in an acrylic box. I asked. The thermal conductivity was measured using a thermal conductivity measuring device manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd.
It was determined by measuring the thermal conductivity at 20 ° C to 40 ° C based on STM-C518.

【0029】(実施例2)水ガラス溶液をイオン交換す
るにあたって、水ガラス溶液中のナトリウム原子のモル
数とイオン交換樹脂の交換可能なモル数の比が1:1と
なるように、イオン交換樹脂の量を設定するようにした
他は、実施例1と同様にして、ビーズ状の疎水性エアロ
ゲルを得た。そしてこのビーズ状エアロゲルについて、
実施例1と同様に、平均粒径を測定し、また光透過率と
熱伝導率を測定した。
Example 2 In the ion exchange of the water glass solution, the ion exchange was performed so that the ratio of the number of moles of sodium atoms in the water glass solution to the number of exchangeable moles of the ion exchange resin was 1: 1. A bead-like hydrophobic airgel was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the resin was set. And about this beaded aerogel,
As in Example 1, the average particle size was measured, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0030】(実施例3)懸濁重合を行なうにあたっ
て、貧溶媒として粘度が10CSのシリコーンオイルを
用いるようにした他は、実施例1と同様にして、ビーズ
状の疎水性エアロゲルを得た。そしてこのビーズ状エア
ロゲルについて、実施例1と同様に、平均粒径を測定
し、また光透過率と熱伝導率を測定した。
Example 3 A bead-like hydrophobic airgel was obtained in the same manner as in Example 1 except that a silicone oil having a viscosity of 10 CS was used as a poor solvent when performing suspension polymerization. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0031】(実施例4)懸濁重合を行なうにあたっ
て、貧溶媒としてシリコーンオイルの代わりにひまし油
を用いるようにした他は、実施例1と同様にして、ビー
ズ状の疎水性エアロゲルを得た。そしてこのビーズ状エ
アロゲルについて、実施例1と同様に、平均粒径を測定
し、また光透過率と熱伝導率を測定した。
Example 4 A bead-like hydrophobic aerogel was obtained in the same manner as in Example 1, except that castor oil was used in place of silicone oil as a poor solvent in performing suspension polymerization. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0032】(実施例5)実施例1と同様にしてケイ酸
ナトリウム水溶液をイオン交換樹脂を通過させて得られ
たヒドロゾル溶液を、実施例1と同様にしてシリコーン
オイルに滴下した後、攪拌を5分間継続しながら、この
シリコーンオイルとヒドロゾル溶液の懸濁液中に、2.
8重量%濃度のアンモニア水を、ヒドロゾル溶液200
重量部に対して1重量部の割合で添加して、懸濁重合を
行なわせた。他は、実施例1と同様にして、ビーズ状の
疎水性エアロゲルを得た。そしてこのビーズ状エアロゲ
ルについて、実施例1と同様に、平均粒径を測定し、ま
た光透過率と熱伝導率を測定した。
Example 5 A hydrosol solution obtained by passing an aqueous solution of sodium silicate through an ion exchange resin in the same manner as in Example 1 was dropped into silicone oil in the same manner as in Example 1, and then stirred. 1. In a suspension of this silicone oil and hydrosol solution while continuing for 5 minutes;
8% by weight aqueous ammonia was added to the hydrosol solution 200
Suspension polymerization was carried out by adding 1 part by weight to 1 part by weight. Otherwise in the same manner as in Example 1, a bead-like hydrophobic airgel was obtained. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0033】(実施例6)シリコーンオイル中に予め分
散剤としてソルビタンモノオレイン酸エステルを、シリ
コーンオイルに対して10重量%の割合で添加しておく
ようにした他は、実施例1と同様にして、ビーズ状の疎
水性エアロゲルを得た。そしてこのビーズ状エアロゲル
について、実施例1と同様に、平均粒径を測定し、また
光透過率と熱伝導率を測定した。
Example 6 The procedure of Example 1 was repeated, except that sorbitan monooleate was added as a dispersant to the silicone oil at a ratio of 10% by weight to the silicone oil. Thus, a bead-like hydrophobic airgel was obtained. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0034】(実施例7)実施例1において得た、疎水
化処理する前のゲルを用い、このゲルを18℃、55気
圧の液化二酸化炭素中に入れ、ゲル内のイソプロパノー
ルを二酸化炭素に置換する操作を3時間行なった。次
に、系内を二酸化炭素の超臨界条件である、80℃、1
60気圧にした。この超臨界状態の雰囲気に、疎水化処
理剤としてへキサメチルジシラザンを0.25モル/リ
ットルの割合で添加し、2時間かけて疎水化処理剤を超
臨界流体中に拡散させ、さらに2時間放置することで疎
水化処埋を施した。この後、系内を二酸化炭素の超臨界
条件である、40℃、80気圧にし、超臨界状態の二酸
化炭素を流通した後に大気圧に減圧して超臨界乾燥を行
なった。ここで、疎水化処理剤の超臨界流体への拡散、
放置による反応、その後の二酸化炭素流通による超臨界
乾燥に要した時間は延べ6時間であった。このようにし
て得られた疎水性のビーズ状エアロゲルについて、実施
例1と同様に、平均粒径を測定し、また光透過率と熱伝
導率を測定した。
(Example 7) Using the gel obtained in Example 1 before the hydrophobizing treatment, this gel was placed in liquefied carbon dioxide at 18 ° C and 55 atm, and the isopropanol in the gel was replaced with carbon dioxide. Operation was performed for 3 hours. Next, the inside of the system was set at 80 ° C.
The pressure was adjusted to 60 atm. Hexamethyldisilazane as a hydrophobizing agent is added at a rate of 0.25 mol / l to the supercritical atmosphere, and the hydrophobizing agent is diffused into the supercritical fluid over 2 hours. Hydrophobization treatment was performed by leaving it for a while. Thereafter, the inside of the system was set to 40 ° C. and 80 atm, which are supercritical conditions of carbon dioxide, and carbon dioxide in a supercritical state was circulated, and then reduced to atmospheric pressure to perform supercritical drying. Here, diffusion of the hydrophobizing agent into the supercritical fluid,
The time required for the reaction after standing and the subsequent supercritical drying by flowing carbon dioxide was 6 hours. About the hydrophobic beaded airgel thus obtained, the average particle diameter was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0035】(実施例8)懸濁重合の際の攪拌羽根の回
転数を1200rpmに変更する他は、実施例1と同様
にして、ビーズ状の疎水性エアロゲルを得た。そしてこ
のビーズ状エアロゲルについて、実施例1と同様に平均
粒径を測定した。またこのビーズ状エアロゲルと実施例
1で得たビーズ状エアロゲルとを等重量ずつ混合し、こ
れを実施例1と同様にして中空パネルに充填した。この
ときの充填率は75%であった。そしてこのエアロゲル
を充填したパネルの光透過率と熱伝導率を測定した。
Example 8 A bead-like hydrophobic airgel was obtained in the same manner as in Example 1, except that the number of revolutions of the stirring blade during suspension polymerization was changed to 1200 rpm. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1. This beaded aerogel and the beaded aerogel obtained in Example 1 were mixed by an equal weight, and the mixture was filled in a hollow panel in the same manner as in Example 1. At this time, the filling rate was 75%. Then, the light transmittance and the thermal conductivity of the panel filled with the airgel were measured.

【0036】(実施例9)超臨界乾燥を行なうにあたっ
て、超臨界乾燥の条件を80℃、160気圧にするよう
にした他は、実施例1と同様にして、ビーズ状の疎水性
エアロゲルを得た。そしてこのビーズ状エアロゲルにつ
いて、実施例1と同様に平均粒径を測定した。またこの
ビーズ状エアロゲルと実施例1で得たビーズ状エアロゲ
ルとを等重量ずつ混合し、これを実施例1と同様にして
中空パネルに充填した。このときの充填率は65%であ
った。そしてこのエアロゲルを充填したパネルの光透過
率と熱伝導率を測定した。そしてこのビーズ状エアロゲ
ルについて、実施例1と同様に、平均粒径を測定し、ま
た光透過率と熱伝導率を測定した。
Example 9 A bead-like hydrophobic airgel was obtained in the same manner as in Example 1 except that the supercritical drying was carried out at 80 ° C. and 160 atm. Was. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1. This beaded aerogel and the beaded aerogel obtained in Example 1 were mixed by an equal weight, and the mixture was filled in a hollow panel in the same manner as in Example 1. At this time, the filling rate was 65%. Then, the light transmittance and the thermal conductivity of the panel filled with the airgel were measured. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0037】(実施例10)実施例9において得た、疎
水化処理する前のゲルを用い、このゲルを80℃、16
0気圧においてゲル内のイソプロパノールを二酸化炭素
に置換する操作を3時間行なった。この超臨界状態の雰
囲気に、疎水化処理剤としてへキサメチルジシラザンを
0.25モル/リットルの割合で添加し、2時間かけて
疎水化処理剤を超臨界流体中に拡散させ、さらに2時間
放置することで疎水化処埋を施した。次に、超臨界状態
の二酸化炭素を流通した後に大気圧に減圧して超臨界乾
燥を行なった。ここで、疎水化処理剤の超臨界流体への
拡散、放置による反応、その後の二酸化炭素流通による
超臨界乾燥に要した時間は延べ6時間であった。このよ
うにして得られた疎水性のビーズ状エアロゲルについ
て、実施例9と同様に、平均粒径を測定し、また光透過
率と熱伝導率を測定した。
(Example 10) The gel obtained in Example 9 before the hydrophobizing treatment was used.
An operation of replacing isopropanol in the gel with carbon dioxide at 0 atm was performed for 3 hours. Hexamethyldisilazane as a hydrophobizing agent is added at a rate of 0.25 mol / l to the supercritical atmosphere, and the hydrophobizing agent is diffused into the supercritical fluid over 2 hours. Hydrophobization treatment was performed by leaving it for a while. Next, after passing carbon dioxide in a supercritical state, the pressure was reduced to atmospheric pressure to perform supercritical drying. Here, the time required for diffusion of the hydrophobizing agent into the supercritical fluid, reaction by standing, and subsequent supercritical drying by flowing carbon dioxide was 6 hours in total. About the hydrophobic beaded airgel thus obtained, the average particle diameter was measured in the same manner as in Example 9, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0038】(実施例11)水ガラス溶液をイオン交換
するにあたって、水ガラス溶液中のナトリウム原子のモ
ル数とイオン交換樹脂の交換可能なモル数の比が1:4
となるように、イオン交換樹脂の量を設定するようにし
た他は、実施例9と同様にして、ビーズ状の疎水性エア
ロゲルを得た。そしてこのビーズ状エアロゲルについ
て、実施例9と同様に、平均粒径を測定し、また光透過
率と熱伝導率を測定した。
(Example 11) In ion exchange of a water glass solution, the ratio of the number of moles of sodium atoms in the water glass solution to the number of exchangeable moles of the ion exchange resin was 1: 4.
A bead-like hydrophobic airgel was obtained in the same manner as in Example 9, except that the amount of the ion-exchange resin was set such that The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 9, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0039】(実施例12)疎水化処理剤としてヘキサ
メチルジシラザンの代わりに、ジメチルジメトキシシラ
ンを用いるようにした他は、実施例9と同様にして、ビ
ーズ状の疎水性エアロゲルを得た。そしてこのビーズ状
エアロゲルについて、実施例9と同様に、平均粒径を測
定し、また光透過率と熱伝導率を測定した。
Example 12 A bead-like hydrophobic airgel was obtained in the same manner as in Example 9 except that dimethyldimethoxysilane was used instead of hexamethyldisilazane as the hydrophobizing agent. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 9, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0040】(実施例13)実施例9において、超臨界
乾燥時の分散媒として二酸化炭素の代わりに、エタノー
ルを用いるようにした。すなわち、実施例9において得
た疎水化処理後のゲルをエタノール中に入れ、250
℃、80気圧の雰囲気とした後に、大気圧に減圧するこ
とによって、ビーズ状の疎水性エアロゲルを得た。尚、
超臨界乾燥工程に要した時間は6時間であった。そして
このビーズ状エアロゲルについて、実施例9と同様に、
平均粒径を測定し、また光透過率と熱伝導率を測定し
た。
Example 13 In Example 9, ethanol was used instead of carbon dioxide as the dispersion medium during supercritical drying. That is, the gel after the hydrophobization treatment obtained in Example 9 was put in ethanol,
After forming an atmosphere at a temperature of 80 ° C. and a pressure of 80 atm, the pressure was reduced to atmospheric pressure to obtain a bead-shaped hydrophobic airgel. still,
The time required for the supercritical drying step was 6 hours. And about this beaded aerogel, like Example 9,
The average particle size was measured, and the light transmittance and thermal conductivity were measured.

【0041】(実施例14)有機溶媒としてイソプロパ
ノールの代わりに、エタノールを用いるようにした他
は、実施例9と同様にして、ビーズ状の疎水性エアロゲ
ルを得た。そしてこのビーズ状エアロゲルについて、実
施例9と同様に、平均粒径を測定し、また光透過率と熱
伝導率を測定した。
Example 14 A bead-like hydrophobic airgel was obtained in the same manner as in Example 9, except that ethanol was used instead of isopropanol as the organic solvent. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 9, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0042】(比較例1)実施例1において、エアロゲ
ルを疎水化処理した後、ヒドロゲルを超臨界乾燥せず
に、25℃、大気圧下で48時間かけて徐々に乾燥させ
ることによって、ビーズ状の疎水性エアロゲルを得た。
そしてこのビーズ状エアロゲルについて、実施例1と同
様に、平均粒径を測定し、また光透過率と熱伝導率を測
定した。
(Comparative Example 1) In Example 1, after the airgel was hydrophobized, the hydrogel was not supercritically dried, but was gradually dried at 25 ° C under atmospheric pressure for 48 hours to obtain beads. Was obtained.
The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0043】(比較例2)実施例1において、懸濁重合
してヒドロゲルを得た後、疎水化処理することなく、超
臨界乾燥してビーズ状のエアロゲルを得た。そしてこの
ビーズ状エアロゲルについて、実施例1と同様に、平均
粒径を測定し、また光透過率と熱伝導率を測定した。
(Comparative Example 2) In Example 1, a hydrogel was obtained by suspension polymerization, and then supercritically dried without performing a hydrophobizing treatment to obtain a beaded aerogel. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0044】(比較例3)水ガラス溶液をイオン交換す
るにあたって、水ガラス溶液中のナトリウム原子のモル
数とイオン交換樹脂の交換可能なモル数の比が1:0.
5となるように、イオン交換樹脂の量を設定するように
した他は、実施例9と同様にして、ビーズ状の疎水性エ
アロゲルを得た。そしてこのビーズ状エアロゲルについ
て、実施例9と同様に、平均粒径を測定し、また光透過
率と熱伝導率を測定した。
(Comparative Example 3) In ion exchange of a water glass solution, the ratio of the number of moles of sodium atoms in the water glass solution to the number of exchangeable moles of the ion exchange resin was 1: 0.
A bead-like hydrophobic airgel was obtained in the same manner as in Example 9, except that the amount of the ion-exchange resin was set so as to be 5. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 9, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0045】(比較例4)実施例1と同じケイ酸ナトリ
ウム水溶液を10重量部、水を16重量部の割合で混合
した水ガラス溶液と、0.95モル/リットル濃度の硫
酸水溶液をそれぞれ調製し、硫酸水溶液に水ガラス溶液
を攪拌しながら滴下して、硫酸水溶液16重量部に対し
て水ガラス溶液の滴下量が26重量部になった時点で攪
拌を止め、ヒドロゾルを得た。このヒドロゾルをシリコ
ーンオイル中に滴下するようにし、以後は実施例9と同
様に懸濁重合、疎水化処理、超臨界乾燥を行なうことに
よって、粒状の疎水性エアロゲルを得た。そしてこのエ
アロゲルについて、実施例9と同様に、平均粒径を測定
し、また光透過率と熱伝導率を測定した。
Comparative Example 4 A water glass solution in which 10 parts by weight of the same aqueous solution of sodium silicate as in Example 1 and 16 parts by weight of water were mixed, and an aqueous solution of sulfuric acid having a concentration of 0.95 mol / liter were prepared. Then, the water glass solution was dropped into the aqueous sulfuric acid solution with stirring, and when the amount of the water glass solution dropped to 26 parts by weight with respect to 16 parts by weight of the aqueous sulfuric acid solution, the stirring was stopped to obtain a hydrosol. This hydrosol was dropped into silicone oil, and thereafter suspension polymerization, hydrophobic treatment and supercritical drying were carried out in the same manner as in Example 9 to obtain a granular hydrophobic airgel. And about this airgel, similarly to Example 9, the average particle diameter was measured, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0046】(比較例5)比較例4において得た、疎水
化処理する前のゲルを用い、このゲルを80℃、160
気圧においてゲル内のイソプロパノールを二酸化炭素に
置換する操作を3時間行なった。この超臨界状態の雰囲
気に、疎水化処理剤としてへキサメチルジシラザンを
0.25モル/リットルの割合で添加し、2時間かけて
疎水化処理剤を超臨界流体中に拡散させ、さらに2時間
放置することで疎水化処埋を施した。次に、超臨界状態
の二酸化炭素を流通した後に大気圧に減圧して超臨界乾
燥を行なった。ここで、疎水化処理剤の超臨界流体への
拡散、放置による反応、その後の二酸化炭素流通による
超臨界乾燥に要した時間は延べ6時間であった。このよ
うにして得られた疎水性のビーズ状エアロゲルについ
て、実施例9と同様に、平均粒径を測定し、また光透過
率と熱伝導率を測定した。
(Comparative Example 5) The gel before the hydrophobizing treatment obtained in Comparative Example 4 was used.
The operation of replacing isopropanol in the gel with carbon dioxide at atmospheric pressure was performed for 3 hours. Hexamethyldisilazane as a hydrophobizing agent is added at a rate of 0.25 mol / l to the supercritical atmosphere, and the hydrophobizing agent is diffused into the supercritical fluid over 2 hours. Hydrophobization treatment was performed by leaving it for a while. Next, after passing carbon dioxide in a supercritical state, the pressure was reduced to atmospheric pressure to perform supercritical drying. Here, the time required for diffusion of the hydrophobizing agent into the supercritical fluid, reaction by standing, and subsequent supercritical drying by flowing carbon dioxide was 6 hours in total. About the hydrophobic beaded airgel thus obtained, the average particle diameter was measured in the same manner as in Example 9, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0047】(比較例6)実施例9において、懸濁重合
してヒドロゲルを得た後、疎水化処理することなく、超
臨界乾燥してビーズ状のエアロゲルを得た。そしてこの
ビーズ状エアロゲルについて、実施例9と同様に、平均
粒径を測定し、また光透過率と熱伝導率を測定した。
(Comparative Example 6) In Example 9, the suspension was subjected to suspension polymerization to obtain a hydrogel, followed by supercritical drying without hydrophobizing treatment to obtain a beaded airgel. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 9, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0048】(比較例7)比較例4において、懸濁重合
してヒドロゲルを得た後、疎水化処理することなく、超
臨界乾燥してビーズ状のエアロゲルを得た。そしてこの
ビーズ状エアロゲルについて、実施例9と同様に、平均
粒径を測定し、また光透過率と熱伝導率を測定した。
Comparative Example 7 In Comparative Example 4, a hydrogel was obtained by suspension polymerization, and then subjected to supercritical drying without hydrophobizing to obtain a beaded airgel. The average particle diameter of the beaded airgel was measured in the same manner as in Example 9, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured.

【0049】実施例1〜14及び比較例1〜7のエアロ
ゲルの平均粒径、光透過率、熱伝導率の測定結果を表1
に示す。
Table 1 shows the measurement results of the average particle size, light transmittance and thermal conductivity of the aerogels of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 7.
Shown in

【0050】[0050]

【表1】 [Table 1]

【0051】表1にみられるように、超臨界乾燥しない
比較例1のものでは光透過率と熱伝導率のいずれもが劣
り、イオン交換樹脂の使用量が少ない比較例3のもので
はナトリウム金属原子の除去が不十分であって光透過率
が低く、硫酸をゲル化剤として用いてヒドロゾルをゲル
化させる比較例4,5のものでは光透過率が低いのに対
して、各実施例のものは、光透過率と熱伝導率のいずれ
もが優れていることが確認される。また実施例3や実施
例8にみられるように、懸濁重合の攪拌条件を変えるこ
とによって、ビーズ径を調整できることが確認される。
As shown in Table 1, the light transmittance and the thermal conductivity of Comparative Example 1 in which supercritical drying was not performed were poor, and that of Comparative Example 3 in which the amount of the ion exchange resin used was small was sodium metal. The light transmittance is low due to insufficient removal of atoms and the hydrosol is gelled using sulfuric acid as the gelling agent. It was confirmed that the product had excellent light transmittance and thermal conductivity. Also, as seen in Examples 3 and 8, it was confirmed that the bead diameter can be adjusted by changing the stirring conditions for suspension polymerization.

【0052】次に、実施例1,9〜14及び比較例2〜
7で得たビーズ状エアロゲルを、60℃、90%RHの
高湿雰囲気に48時間曝露し、吸湿試験を行なった。そ
してこの吸湿試験を行なったエアロゲルについて、実施
例1と同様に、平均粒径を測定し、また光透過率と熱伝
導率を測定した。結果を表2に示す。
Next, Examples 1, 9 to 14 and Comparative Examples 2 to
The beaded aerogel obtained in 7 was exposed to a high humidity atmosphere at 60 ° C. and 90% RH for 48 hours to perform a moisture absorption test. The average particle diameter of the airgel subjected to the moisture absorption test was measured in the same manner as in Example 1, and the light transmittance and the thermal conductivity were measured. Table 2 shows the results.

【0053】[0053]

【表2】 [Table 2]

【0054】表2のように、疎水化処理を行なっていな
い比較例2,6,7のものでは、吸湿によって平均粒径
が小さくなり、そして光透過性や熱伝導率が悪くなる
が、疎水化処理を行なった実施例1,9〜14のもので
は、このような経時変化はみられなかった。
As shown in Table 2, in Comparative Examples 2, 6, and 7 which were not subjected to the hydrophobizing treatment, the average particle size was reduced due to moisture absorption, and the light transmittance and thermal conductivity were deteriorated. In the case of Examples 1 and 9 to 14 where the chemical treatment was performed, such a change with time was not observed.

【0055】[0055]

【発明の効果】上記のように本発明は、水ガラス溶液
を、水ガラス溶液中のアルカリ金属のモル数に対してイ
オン交換可能なモル数の比が1以上のイオン交換樹脂を
用いて、イオン交換してヒドロゾルを得た後、このヒド
ロゾルを懸濁重合してヒドロゲルを調製し、次いでこの
ヒドロゲルを疎水化処理すると共に超臨界乾燥するよう
にしたので、イオン交換樹脂によるイオン交換でアルカ
リ金属原子を除去することができ、高い透光性を有する
エアロゲルを得ることができるものであり、また超臨界
乾燥によってヒドロゲルの構造体が破壊・凝集すること
なく乾燥をおこなうことができ、多孔質で高い断熱性能
を有するエアロゲルを得ることができるものである。し
かも疎水化処理によって水分がエアロゲルに吸着される
ことを低減することができ、吸水や吸湿による寸法収縮
等によってエアロゲルの断熱性や透光性などの特性が経
時的に変化することを防ぐことができるものである。
As described above, according to the present invention, a water glass solution is prepared by using an ion exchange resin having a ratio of at least one ion-exchangeable mole to a mole number of an alkali metal in the water glass solution. After obtaining a hydrosol by ion exchange, the hydrosol was subjected to suspension polymerization to prepare a hydrogel, and then the hydrogel was subjected to hydrophobic treatment and supercritical drying. Atoms can be removed and aerogels with high translucency can be obtained.In addition, supercritical drying enables drying without destruction and aggregation of hydrogel structures, and is porous. An aerogel having high heat insulation performance can be obtained. In addition, it is possible to reduce the adsorption of water to the airgel by the hydrophobic treatment, and to prevent the properties such as the heat insulating property and the light transmission property of the airgel from changing over time due to dimensional contraction due to water absorption or moisture absorption. You can do it.

【0056】また請求項2の発明は、上記の懸濁重合
を、ヒドロゾルを溶解しない貧溶媒中に、貧溶媒を攪拌
しながら上記のイオン交換したヒドロゾルを滴下して行
なうようにしたので、ヒドロゾルは貧溶媒中に分散され
ながらゲル化してほぼ球状のヒドロゲルになるものであ
り、球状の粒の揃ったエアロゲルを得ることができるも
のである。
According to a second aspect of the present invention, the suspension polymerization is performed by dropping the ion-exchanged hydrosol into a poor solvent in which the hydrosol is not dissolved while stirring the poor solvent. Is gelled while being dispersed in a poor solvent to form a substantially spherical hydrogel, and can obtain an aerogel having uniform spherical particles.

【0057】また請求項3の発明は、上記の貧溶媒とし
て、シリコーンオイル、キシレン、ベンゼン、トルエ
ン、シクロヘキサン、ひまし油から選ばれるものを用い
るようにしたものであり、球状のヒドロゲルを容易に得
ることができるものである。また請求項4の発明は、イ
オン交換した後のヒドロゾル中に塩基性物質を添加して
ヒドロゾルを中和するようにしたものであり、イオン交
換してpHが酸性になったヒドロゾルを中和して、ゲル
化し易い状態にすることができ、懸濁重合が容易になる
ものである。
According to a third aspect of the present invention, the poor solvent is selected from silicone oil, xylene, benzene, toluene, cyclohexane and castor oil, and a spherical hydrogel can be easily obtained. Can be done. According to a fourth aspect of the present invention, a basic substance is added to the hydrosol after the ion exchange to neutralize the hydrosol. As a result, it can be easily gelled, and suspension polymerization is facilitated.

【0058】また請求項5の発明は、貧溶媒中に塩基性
物質を添加するようにしたので、ヒドロゾルを貧溶媒中
で十分に分散させた状態でゲル化させることができ、球
状の粒の揃ったエアロゲルを得ることが容易になるもの
である。また請求項6の発明は、上記の塩基性物質とし
て、アンモニア、ピリジン、ヒドラジン、ピペリジンか
ら選ばれるものを用いるようにしたものであり、ヒドロ
ゾルの中和が容易になるものである。
According to the fifth aspect of the present invention, since the basic substance is added to the poor solvent, the hydrosol can be gelled in a state of being sufficiently dispersed in the poor solvent, and spherical particles can be formed. It is easy to obtain a uniform aerogel. In the invention according to claim 6, a substance selected from ammonia, pyridine, hydrazine and piperidine is used as the basic substance, so that neutralization of the hydrosol is facilitated.

【0059】また請求項7の発明は、ヒドロゲルの疎水
化処理を、超臨界状態で行なうようにしたので、疎水化
処理と超臨界乾燥を連続した工程で行なうことが可能に
なるものである。また請求項8の発明は、貧溶媒中に分
散剤を添加するようにしたので、効率良くヒドロゾルを
貧溶媒に分散させて懸濁重合を行なうことができ、粒の
揃った球状のエアロゲルを得ることが容易になるもので
ある。
According to the seventh aspect of the present invention, since the hydrophobizing treatment of the hydrogel is performed in a supercritical state, the hydrophobizing treatment and the supercritical drying can be performed in a continuous process. According to the invention of claim 8, since the dispersant is added to the poor solvent, the suspension polymerization can be performed by dispersing the hydrosol in the poor solvent efficiently, and a spherical aerogel with uniform particles can be obtained. That makes things easier.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 椿 健治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenji Tsubaki 1048 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Inside Matsushita Electric Works, Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水ガラス溶液を、水ガラス溶液中のアル
カリ金属のモル数に対してイオン交換可能なモル数の比
が1以上のイオン交換樹脂を用いて、イオン交換してヒ
ドロゾルを得た後、このヒドロゾルを懸濁重合してヒド
ロゲルを調製し、次いでこのヒドロゲルを疎水化処理す
ると共に超臨界乾燥することを特徴とするエアロゲルの
製造方法。
1. A water sol is obtained by ion-exchanging a water glass solution using an ion exchange resin having a ratio of a mole number capable of ion exchange to a mole number of an alkali metal in the water glass solution of 1 or more. Thereafter, the hydrosol is subjected to suspension polymerization to prepare a hydrogel, and then the hydrogel is subjected to a hydrophobic treatment and supercritically dried.
【請求項2】 上記の懸濁重合を、ヒドロゾルを溶解し
ない貧溶媒中に、貧溶媒を攪拌しながら上記のイオン交
換したヒドロゾルを滴下して行なうことを特徴とする請
求項1に記載のエアロゲルの製造方法。
2. The airgel according to claim 1, wherein the suspension polymerization is carried out by dropping the ion-exchanged hydrosol into a poor solvent in which the hydrosol is not dissolved while stirring the poor solvent. Manufacturing method.
【請求項3】 上記の貧溶媒が、シリコーンオイル、キ
シレン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、ひまし
油から選ばれるものであることを特徴とする請求項2に
記載のエアロゲルの製造方法。
3. The method for producing an airgel according to claim 2, wherein the poor solvent is selected from silicone oil, xylene, benzene, toluene, cyclohexane, and castor oil.
【請求項4】 イオン交換した後のヒドロゾル中に塩基
性物質を添加してヒドロゾルを中和することを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれかに記載のエアロゲルの製造
方法。
4. The method for producing an aerogel according to claim 1, wherein a basic substance is added to the hydrosol after the ion exchange to neutralize the hydrosol.
【請求項5】 貧溶媒中に塩基性物質を添加することを
特徴とする請求項2又は3に記載のエアロゲルの製造方
法。
5. The method for producing an airgel according to claim 2, wherein a basic substance is added to the poor solvent.
【請求項6】 上記の塩基性物質が、アンモニア、ピリ
ジン、ヒドラジン、ピペリジンから選ばれるものである
ことを特徴とする請求項4又は5に記載のエアロゲルの
製造方法。
6. The method for producing an airgel according to claim 4, wherein the basic substance is selected from ammonia, pyridine, hydrazine, and piperidine.
【請求項7】 ヒドロゲルの疎水化処理を、超臨界状態
で行なうことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに
記載のエアロゲルの製造方法。
7. The method for producing an airgel according to claim 1, wherein the hydrogel is subjected to a hydrophobic treatment in a supercritical state.
【請求項8】 貧溶媒中に分散剤を添加することを特徴
とする請求項2乃至7のいずれかに記載のエアロゲルの
製造方法。
8. The method for producing an airgel according to claim 2, wherein a dispersant is added to the poor solvent.
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