JPWO2015177954A1 - シリカエアロゲルの製造方法 - Google Patents
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- C01B33/163—Preparation of silica xerogels by hydrolysis of organosilicon compounds, e.g. ethyl orthosilicate
Abstract
Description
本実施形態のシリカエアロゲルの製造方法は、界面活性剤を含む酸性水溶液に、モノアルキルトリアルコキシシランを添加してゾルを生成させた後、当該ゾルをゲル化させて、湿潤ゲルを得るゲル化工程を有する。さらに、混合溶媒中に湿潤ゲルを浸漬することにより、湿潤ゲルに含まれる界面活性剤と湿潤ゲルとを分離する分離工程と、分離された湿潤ゲルを乾燥させる乾燥工程とを有する。
本実施形態の製造方法では、まず、界面活性剤を含む酸性水溶液に、モノアルキルトリアルコキシシランを添加し、これらを混合することによりゾルを調製する。モノアルキルトリアルコキシシランは、ケイ素−炭素結合を含む安定な末端基であるアルキル基を有しており、アルキル基の化学的性質を持ったシリコン化合物である。さらにアルコキシ基の加水分解反応により、1分子中にシラノール基を3個生成するため、ゲル化工程にて湿潤ゲルの架橋密度を高めることができる。また、モノアルキルトリアルコキシシランは化学的に安定なアルキル基を有しているため、後述するように湿潤ゲルを乾燥させる際にゲルの体積が収縮することを抑制でき、嵩密度が小さく平均細孔径が小さいシリカエアロゲルを得ることが可能となる。
上述のように、湿潤ゲル中に界面活性剤が残存した状態で乾燥させた場合、乾燥時に湿潤ゲルが収縮してしまい、得られるシリカエアロゲルの気孔率が低下し、嵩密度が大きくなる恐れがある。そのため、湿潤ゲルから界面活性剤を除去する必要がある。
本実施形態の製造方法では、上述の分離工程で抽出された湿潤ゲルから第一溶媒を除去する。このように湿潤ゲルを乾燥させることにより、所望のシリカエアロゲルを得ることができる。
(a)親和性、つまりET N値が互いに異なる第一溶媒及び第二溶媒の混合溶媒に、湿潤ゲルを混合する。この際、当該混合溶媒に、溶解度パラメーターの値が第一溶媒と第二溶媒の間の第三溶媒を添加することにより、第一溶媒及び第二溶媒の相溶性が向上する。
(b)極性が低いアルキル基を備えた湿潤ゲルは、高極性溶媒である第二溶媒から低極性溶媒である第一溶媒に移動し、湿潤ゲルの内部に存在する第二溶媒が第一溶媒と置換する。
(c)低極性溶媒である第一溶媒で置換された湿潤ゲルを、所定条件で乾燥する。
次に、第二実施形態に係るシリカエアロゲルの製造方法について詳細に説明する。なお、第一実施形態と重複する説明は省略する。
まず、界面活性剤として、ナカライテスク株式会社製の塩化セチルトリメチルアンモニウム(別名:塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、以下、「CTAC」と略記)0.50gを、濃度が0.01mol/Lの酢酸水溶液10.00gに溶解させた。さらにナカライテスク株式会社製の尿素3.00gを溶解させることで、酸性水溶液を作製した。
まず、SiO2含有率が6質量%であり、Na2O:SiO2の比が1:3のナトリウム水ガラス溶液を準備した。そして、1Lの当該ナトリウム水ガラス溶液を、強酸性陽イオン交換樹脂が0.5L充填されているカラムの中に通過させることにより、酸性のケイ酸ゾルを得た。この際、流出してくる溶液のpHは1.5であった。ここで、強酸性陽イオン交換樹脂としては、オルガノ株式会社製のアンバーライト(登録商標)を使用した。
Claims (4)
- 界面活性剤を含む酸性水溶液に、モノアルキルトリアルコキシシランを添加してゾルを生成した後、前記ゾルをゲル化させて、湿潤ゲルを得るゲル化工程と、
ET N値が0.5以下の第一溶媒と、前記第一溶媒と不混和性を有し、かつ、ET N値の値が前記第一溶媒と水との間である第二溶媒との混合溶媒中に、前記湿潤ゲルを浸漬することにより、前記湿潤ゲルに含まれる界面活性剤を第二溶媒の相に移すと共に、湿潤ゲルを第一溶媒の相に移す分離工程と、
前記分離工程で第一溶媒の相に移動した湿潤ゲルを、前記第一溶媒の臨界温度未満及び臨界圧未満で乾燥させることにより、湿潤ゲルから第一溶媒を除去する乾燥工程と、
を有するシリカエアロゲルの製造方法。 - 前記酸性水溶液は、さらにケイ酸を含む請求項1に記載のシリカエアロゲルの製造方法。
- 前記第一溶媒は、ヘプタン、ヘキサン及びヘキサメチルジジロキサンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む請求項1又は2に記載のシリカエアロゲルの製造方法。
- 前記第二溶媒は、メタノール及びイソプロピルアルコールの少なくともいずれか一方を含む請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシリカエアロゲルの製造方法。
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