JPWO2017038649A1 - 被断熱体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「A又はB」とは、A及びBのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。本明細書において、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
図1は、本実施形態に係る被断熱体を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る被断熱体(エアロゲル複合体、エアロゲル複合構造体)100は、図1に示すように、断熱対象物10に、断熱層5が一体的に形成された構造を有し、断熱層5は、エアロゲルを含むものである。すなわち、被断熱体100は、断熱対象物10と、当該断熱対象物10に一体的に接合された断熱層5と、を備えるものであってもよい。断熱対象物10は、例えば、断熱層5を支持する支持部である。本実施形態に係る被断熱体100は、断熱性、難燃性及び耐熱性に優れている。本実施形態に係る被断熱体100は、断熱層を形成する際の作業性にも優れ、かつ、断熱層の剥離、脱落等も抑制されたものとなる。
上述のとおり、断熱対象物は、本体部と、本体部の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを備えるものであってもよく、本体部であってもよい。
本体部を構成する材料としては、例えば、金属、セラミック、ガラス、樹脂及びこれらの複合材料が挙げられる。本体部は、例えば、金属、セラミック、ガラス及び樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を含む態様であってもよい。本体部の形態としては、使用する目的又は材料に応じて、ブロック状、シート状、パウダー状、球状、繊維状等が採用できる。
上述のとおり、断熱対象物は、被覆層を備えていてもよい。被覆層を構成する材料としては、例えば、有機系材料、無機系材料及び有機無機ハイブリッド材料が挙げられる。
他の被覆層を構成する材料としては、例えば、樹脂、ガラス、セラミック、金属及びこれらの複合材料が挙げられる。
本実施形態に係る断熱層は、エアロゲルを含む。断熱層は、エアロゲルから構成されるエアロゲル層であってもよい。断熱層は、断熱層を強靭化し、衝撃(例えば、エンジン稼動により生じる衝撃)による断熱層の破損を抑制する観点から、無機繊維状物質を含んでいてもよい。無機繊維状物質としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、活性炭繊維、セラミック繊維及びロックウールが挙げられる。無機繊維状物質は、1種を単独で、又は、2種以上を組み合わせて用いてもよい。断熱層が、無機繊維状物質を含有する場合、無機繊維状物質の含有量は、良好な断熱性を得易くなる観点から、断熱層中に含まれるエアロゲルの全質量を基準として、5質量%以下であってもよく、4質量%以下であってもよく、3質量%以下であってもよい。以下、本実施形態に係る断熱層が含有するエアロゲルについて説明する。
狭義には、湿潤ゲルに対して超臨界乾燥法を用いて得られた乾燥ゲルをエアロゲル、大気圧下での乾燥により得られた乾燥ゲルをキセロゲル、凍結乾燥により得られた乾燥ゲルをクライオゲルと称するが、本実施形態においては、湿潤ゲルのこれらの乾燥手法によらず、得られた低密度の乾燥ゲルを「エアロゲル」と称する。すなわち、本実施形態において、「エアロゲル」とは、広義のエアロゲルである「Gel comprised of a microporous solid in which the dispersed phase is a gas(分散相が気体である微多孔性固体から構成されるゲル)」を意味する。一般的に、エアロゲルの内部は、網目状の微細構造を有しており、2〜20nm程度のエアロゲル粒子(エアロゲルを構成する粒子)が結合したクラスター構造を有している。このクラスターにより形成される骨格間には、100nmに満たない細孔がある。これにより、エアロゲルは、三次元的に微細な多孔性の構造を有している。なお、本実施形態におけるエアロゲルは、例えば、シリカを主成分とするシリカエアロゲルである。シリカエアロゲルとしては、例えば、有機基(メチル基等)又は有機鎖を導入した、いわゆる有機−無機ハイブリッド化されたシリカエアロゲルが挙げられる。断熱層は、ポリシロキサン由来の構造を有するエアロゲルを含有する層であってもよい。
本実施形態に係るエアロゲルは、(分子内に)加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物、及び、前記加水分解性の官能基を有するポリシロキサン化合物の加水分解生成物(前記加水分解性の官能基が加水分解したポリシロキサン化合物)からなる群より選択される少なくとも一種の化合物(以下、場合により「ポリシロキサン化合物群」という)を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物であってもよい。すなわち、本実施形態に係るエアロゲルは、(分子内に)加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物、及び、前記加水分解性の官能基を有するポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種を含有するゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥して得られるものであってもよい。なお、後述する各エアロゲルも、このように、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物、及び、前記加水分解性の官能基を有するポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物(前記ゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥することで得られるもの)であってもよい。
加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物としては、ポリシロキサン化合物以外のケイ素化合物(シリコン化合物)を用いてもよい。すなわち、本実施形態に係るエアロゲルは、(分子内に)加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物(ポリシロキサン化合物を除く)、及び、前記加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種の化合物(以下、場合により「ケイ素化合物群」という)を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物であってもよい。前記ケイ素化合物における分子内のケイ素数は、1又は2であってもよい。
本実施形態に係るエアロゲルは、下記一般式(1)で表される構造を有することができる。本実施形態に係るエアロゲルは、式(1)で表される構造を含む構造として、下記一般式(1a)で表される構造を有することができる。上記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物を使用することにより、式(1)及び式(1a)で表される構造をエアロゲルの骨格中に導入することができる。
本実施形態に係るエアロゲルは、支柱部及び橋かけ部を備えるラダー型構造を有するエアロゲルであり、かつ、橋かけ部が、下記一般式(2)で表される構造を有するエアロゲルであってもよい。エアロゲルの骨格中にこのようなラダー型構造を導入することにより、耐熱性及び機械的強度を容易に向上させることができる。上記一般式(B)で表される構造を有するポリシロキサン化合物を使用することにより、一般式(2)で表される構造を有する橋かけ部を含むラダー型構造をエアロゲルの骨格中に導入することができる。なお、本実施形態において「ラダー型構造」とは、2本の支柱部(struts)と、支柱部同士を連結する橋かけ部(bridges)とを有する構造(いわゆる「梯子」の形態を有する構造)である。本態様において、エアロゲル骨格がラダー型構造からなっていてもよいが、エアロゲルが部分的にラダー型構造を有していてもよい。
本実施形態に係るエアロゲルは、断熱層を更に強靱化する観点並びに更に優れた断熱性及び柔軟性を達成する観点から、シリカ粒子を含有していてもよい。エアロゲルを与えるゾルは、シリカ粒子を更に含有していてもよい。すなわち、本実施形態に係るエアロゲルは、シリカ粒子を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物(前記ゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥して得られるもの)であってもよい。エアロゲル層は、シリカ粒子を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物から構成される層であってもよい。すなわち、エアロゲル層は、シリカ粒子を含有するゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥してなる層で構成されていてもよい。すなわち、断熱層は、シリカ粒子を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物から構成されるエアロゲル層であってもよく、シリカ粒子を含有するゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥してなるエアロゲル層で構成されていてもよい。なお、これまで述べてきたエアロゲルも、このように、シリカ粒子を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物(前記ゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥することで得られるもの)であってもよい。
本実施形態に係るエアロゲルは、下記一般式(4)で表される構造を有することができる。本実施形態に係るエアロゲルは、シリカ粒子を含有すると共に、下記一般式(4)で表される構造を有することができる。
次に、被断熱体の製造方法について説明する。
準備工程においては、例えば、本体部又は被覆層が形成された本体部を準備する。被覆層は、例えば、本体部上に被覆層を形成する被覆層形成工程により形成できる。
被覆層形成工程は、例えば、被覆層形成用組成物を、本体部となる基材に接触させ、本体部上に被覆層を形成する工程である。具体的には、例えば、被覆層形成用組成物を、基材に接触させ、必要に応じ、加熱及び乾燥することにより被覆層を基材の表面に形成する。被覆層形成用組成物は、プライマ液等の液状組成物であってもよく、粘着シート等のシート状組成物であってもよい。
ゾル生成工程は、例えば、ケイ素化合物(必要に応じて、更にシリカ粒子)と、溶媒とを混合して加水分解反応を行った後、ゾルゲル反応を行い、半ゲル化のゾル塗液を得る工程である。ゾル生成工程においては、加水分解反応を促進させるため、溶媒中に酸触媒を更に添加してもよい。また、特許第5250900号公報に示されるように、溶媒中に界面活性剤、熱加水分解性化合物等を添加することもできる。さらに、ゲル化反応を促進させるため、塩基触媒を添加してもよい。断熱層が無機繊維状物質を含有する場合には、本工程において、無機繊維状物質を添加してもよい。なお、ゾル生成工程、接触工程及び熟成工程における工程時間を短縮し、加熱温度及び乾燥温度を低温化する観点から、ゾル中にシリカ粒子を含有してもよい。
接触工程は、上記ゾル生成工程で得られたゾル塗液(半ゲル化状態のゾル塗液等)を、本体部又は被覆層に接触させ、被断熱体を作製する工程(塗工工程等)である。具体的には、上記ゾル塗液を本体部又は被覆層に接触させ、加熱及び乾燥することによりゾル塗液をゲル化させてエアロゲルを含む断熱層を本体部又は被覆層の表面に形成する。ただし、この断熱層は、本体部又は被覆層との接着力が確保される状態であることが望ましい。
熟成工程は、上記接触工程により得られた被断熱体を加熱にて熟成させる工程である。熟成工程において、熟成後の断熱層の含水量は、断熱層と本体部又は被覆層との接着性の低下を抑制する観点から、10質量%以上であってもよく、50質量%以上であってもよい。熟成方法は、特に制限されないが、被断熱体を密閉雰囲気で熟成する方法、及び、加熱による含水量の低下を抑制できる恒湿恒温槽等を用いて熟成する方法などが挙げられる。
洗浄及び溶媒置換工程は、上記熟成工程により得られた被断熱体を洗浄する工程(洗浄工程)と、乾燥工程に適した溶媒に置換する工程(溶媒置換工程)とを有する工程であり、手法は特に制限はされない。洗浄及び溶媒置換工程は、被断熱体を洗浄する工程を行わず、溶媒置換工程のみを行う形態でも実施可能であるが、断熱層中の未反応物、副生成物等の不純物を低減し、より純度の高い被断熱体の製造を可能にする観点から、断熱層を洗浄することができる。
乾燥工程では、上記の通り洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換した被断熱体を乾燥させる。これにより、最終的な被断熱体を得ることができる。
<被断熱体(以下、「エアロゲル複合構造体」ともいう)の作製>
(実施例I−1)
[ゾル塗液I−1]
シリカ粒子含有原料としてPL−2L(扶桑化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒子径:20nm、固形分:20質量%)を100.0質量部と、水を120.0質量部と、メタノールを80.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部とを混合して混合物を得た。この混合物にケイ素化合物としてメチルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名:LS−530、場合により「MTMS」と略記する)60.0質量部及びジメチルジメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名:LS−520、場合により「DMDMS」と略記する)40.0質量部を加え、25℃で2時間反応させた。これに、塩基触媒として5%濃度のアンモニア水40.0質量部を加えてゾル塗液I−1を得た。
エアーブラシ(アネスト岩田株式会社製、製品名:HP−CP)を用いて、(縦)300mm×(横)300mm×(厚)0.5mmのアルミニウム合金板(本体部、A6061P、アルマイト処理、竹内金属箔粉工業株式会社製)に、ゲル化後の厚みが100μmとなるようにゾル塗液I−1を塗布し、60℃で30分ゲル化して構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
[ゾル塗液I−2]
シリカ粒子含有原料としてST−OZL−35(日産化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒子径:100nm、固形分:35質量%)を100.0質量部と、水を100.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部と、上記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物としてX−22−160AS(信越化学工業株式会社製、製品名)を20.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で5時間ゾルゲル反応させてゾル塗液I−2を得た。
バーコーターを用いて、(縦)300mm×(横)300mm×(厚)0.5mmのアルミニウム板(本体部、A1035P)に、ゲル化後の厚みが100μmとなるようにゾル塗液I−2を塗布し、60℃で30分ゲル化して構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
[ゾル塗液I−3]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部と、水を100.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを80.0質量部と、ポリシロキサン化合物として、上記一般式(B)で表される構造を有する両末端2官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物I−A」という)を20.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で2時間ゾルゲル反応させてゾル塗液I−3を得た。
上記ゾル塗液I−3をバットに入れ、(縦)254mm×(横)254mm×(厚)6.3mmのポリイミド板(本体部、デュポン株式会社製、製品名:べスペル(登録商標) SP−1)をゾル塗液I−3に浸した後に取り出し、60℃で30分ゲル化して、ゲル層の厚みが100μmの構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
[ゾル塗液I−4]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部と、水を200.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部と、ポリシロキサン化合物として、上記一般式(B)で表される構造を有する両末端3官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物I−B」という)を40.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で2時間ゾルゲル反応させてゾル塗液I−4を得た。
ゾル塗液I−1に代えてゾル塗液I−4を用いたこと、及び、(縦)26mm×(横)76mm×(厚)1.3mmのスライドガラス(本体部、松浪硝子工業株式会社製、品番:S−1214)を用いたこと以外は実施例I−1と同様にして行い、上記一般式(2)及び(4)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層I−4(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体I−4を得た。
[ゾル塗液I−5]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部と、水を100.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを40.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液I−5を得た。
ゾル塗液I−1に代えてゾル塗液I−5を用いたこと、及び、(縦)300mm×(横)300mm×(厚)0.5mmのアルミナ板(アスザック株式会社製、品番:AR−99.6)を用いたこと以外は実施例I−1と同様にして行い、上記一般式(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層I−5(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体I−5を得た。
[ゾル塗液I−6]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部と、水を100.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部と、ポリシロキサン化合物としてX−22−160ASを20.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液I−6を得た。
ゾル塗液I−1に代えてゾル塗液I−6を用いたこと、及び、(縦)300mm×(横)200mm×(厚)3mmのガラス不織布(本体部、日本板硝子株式会社製、製品名:MGP(登録商標)BMS−5)を用いたこと以外は実施例I−1と同様にして行い、上記一般式(1)、(1a)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層I−6(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体I−6を得た。
[ゾル塗液I−7]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部と、水を100.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部と、ポリシロキサン化合物としてポリシロキサン化合物I−Aを20.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液I−7を得た。
ゾル塗液I−1に代えてゾル塗液I−7を用いたこと、及び、(縦)300mm×(横)200mm×(厚)3mmのセラミック不織布(本体部、オリベスト株式会社製、製品名:セラベスト(登録商標))を用いたこと以外は実施例I−1と同様にして行い、上記一般式(2)、(3)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層I−7(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体I−7を得た。
実施例I−1で本体部として用いたアルミニウム合金板に、厚みが100μmになるように、発泡ウレタンフォーム(ヘンケルジャパン株式会社製、製品名:シスタ M5230)を塗布し、発泡ウレタンフォーム構造体を得た。
実施例I−1で本体部として用いたアルミニウム合金板に、コンクリート用ボンド(コニシ株式会社製、製品名)で厚みが100μmになるように、破砕した発泡スチロール(株式会社栗山化成工業所製、発泡倍率60倍)を接着し、発泡スチロール構造体を得た。
(断熱性評価)
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体(発泡ウレタンフォーム構造体及び発泡スチロール構造体)について、エアロゲル層、発泡ウレタンフォーム層又は発泡スチロール層が下面となるように、表面温度70℃のホットプレートに配置して加熱し、10分後に構造体の表面温度をサーモグラフィ(アピステ社製、赤外線サーモビュアFSV−1200−L16)で測定した。加熱前のサンプル温度及び室温は23℃であった。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体のエアロゲル層、発泡ウレタンフォーム層又は発泡スチロール層に対して、JIS A 1322(建築用薄物材料の難燃性試験方法)に準じて接炎させて難燃性評価を行った。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体について、エアロゲル層、発泡ウレタンフォーム層又は発泡スチロール層が下面となるように、表面温度200℃のホットプレートに配置して、200℃で5分間加熱した。加熱後、目視観察し、変形、変色、剥離等の外観を評価した。目視観察で変化が無い場合を耐熱性良好と判定し、変形、変色、剥離等が生じた場合を耐熱性不良と判定した。
(本体部)
本体部として、以下のアルミニウム合金板、アルミニウム板、ポリイミド板、スライドガラス、アルミナ板、ガラス不織布及びセラミック不織布を準備した。
アルミニウム板:A1035P(竹内金属箔粉工業株式会社製、製品名、寸法:300mm×300mm×0.5mm)
ポリイミド板:べスペル(登録商標) SP−1(デュポン株式会社製、製品名、寸法254mm×254mm×6.3mm)
スライドガラス:S−1214(松浪硝子工業株式会社製、品番、寸法:26mm×76mm×1.3mm)
アルミナ板:AR−99.6(アスザック株式会社製、品番、寸法:300mm×300mm×0.5mm)
ガラス不織布:MGP(登録商標)BMS−5(日本板硝子株式会社製、製品名、寸法:300mm×200mm×3mm)
セラミック不織布:セラベスト(登録商標)(オリベスト株式会社製、製品名、寸法:300mm×200mm×3mm)
(被覆層(以下、「中間層」ともいう)の形成)
準備した各種本体部上に、表2に示す組み合わせで、以下のとおり中間層II−1〜II−5を形成した。また、これとは別に、中間層II−1〜II−5に対応する試験片を作製し、中間層II−1〜II−5の吸水率を測定した。具体的には、20mm×20mm×0.5mmサイズに成型した各中間層の試験片を、60℃、90%RHの恒温恒湿槽内に6時間放置した際の質量変化率を、吸水率とした。測定結果は表3に示す。
本体部に、シリコーン系プライマ液としてのシリコンタイネツ プライマー(中国塗料株式会社製、製品名)を、エアーブラシ(アネスト岩田株式会社製、製品名:HP−CP)を用いて塗工した後、40℃で1時間、更に200℃で2時間加熱して硬化させ、本体部上に、厚み30μmの層(中間層II−1)を形成した。
本体部に、無機系のプライマ液としてのアロンセラミックE(東亞合成株式会社製、製品名)及び溶融シリカ(アドマテックス製、SO−25R)の混合物を、バーコータを用いて塗工した後、90℃で1時間、更に150℃で2時間加熱して硬化させ、本体部上に、厚み100μmの層(中間層II−2)を形成した。得られた中間層II−2に含まれる溶融シリカ(充填材)の含有量は、中間層の全体積に対し、0.5体積%であった。
上記本体部に、無機系のプライマ液としてのケイ酸ナトリウム溶液(約38質量%)(和光純薬工業株式会社製、試薬)を、バーコータを用いて塗工した後、300℃で2時間加熱して硬化させ、本体部上に、厚み50μmの層(中間層II−3)を形成した。
上記本体部に、無機系のプライマ液としてのTB3732(株式会社スリーボンド製、製品名)及び水酸化マグネシウム(和光純薬製、試薬)の混合物を、バーコータを用いて塗工した後、50℃で30分、更に100℃で1時間加熱して硬化させ、本体部上に、厚み10μmの層(中間層II−4)を形成した。得られた中間層II−4に含まれる水酸化マグネシウム(充填材)の含有量は、中間層の全体積に対し、20体積%であった。
上記本体部に、ポリイミド系の粘着テープとしてのAPI−114A(中興化成工業株式会社製、製品名)を貼り付けて、本体部上に、厚み60μmの層(中間層II−5)を形成した。
[ゾル塗液II−1]
シリカ粒子含有原料としてPL−2L(扶桑化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒子径:20nm、固形分:20質量%)を100.0質量部、水を120.0質量部、メタノールを80.0質量部及び酸触媒として酢酸を0.10質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてメチルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名:LS−530、「MTMS」ともいう)を60.0質量部及びジメチルジメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名:LS−520、「DMDMS」ともいう)を40.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。これに、塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を40.0質量部加えてゾル塗液II−1を得た。
シリカ粒子含有原料としてST−OZL−35(日産化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒子径:100nm、固形分:35質量%)を100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及び上記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物としてX−22−160AS(信越化学工業株式会社製、製品名)を20.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で5時間ゾルゲル反応させてゾル塗液II−2を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを80.0質量部及びポリシロキサン化合物として上記一般式(B)で表される構造を有する両末端2官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物II−A」という)を20.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で2時間ゾルゲル反応させてゾル塗液II−3を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を200.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びポリシロキサン化合物として上記一般式(B)で表される構造を有する両末端3官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物II−B」という)を40.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で2時間ゾルゲル反応させてゾル塗液II−4を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを40.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液II−5を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部、及びポリシロキサン化合物としてX−22−160ASを20.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液II−6を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部、及びポリシロキサン化合物としてポリシロキサン化合物II−Aを20.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液II−7を得た。
中間層上に、表2に示す組み合わせで、以下のとおりエアロゲル層II−1〜II−7を形成し、本体部と当該本体部に中間層を介して一体的に接合されたエアロゲル層とを備えるエアロゲル複合構造体を作製した。
ゾル塗液II−1を、中間層上に、ゲル化後の厚みが100μmとなるようにエアーブラシ(アネスト岩田株式会社製、製品名:HP−CP)を用いて塗布し、60℃で30分ゲル化して構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
ゾル塗液II−2を、中間層上に、ゲル化後の厚みが200μmとなるようにバーコータを用いて塗布し、60℃で30分ゲル化して構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
ゾル塗液II−3をバットに入れ、中間層が形成された本体部をゾル塗液II−3に浸した後に取り出し、60℃で30分ゲル化して、ゲル層の厚みが100μmの構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
ゾル塗液II−1に代えてゾル塗液II−4を用いたこと及びゲル化後の厚みが50μmとなるようにしたこと以外は、「エアロゲル層II−1」に記載した方法と同様にして、上記一般式(2)及び(4)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層II−4(本体部に中間層を介して一体的に接合したエアロゲル層)を備えるエアロゲル複合構造体を得た。
ゾル塗液II−1に代えてゾル塗液II−5を用いたこと以外は、「エアロゲル層II−1」に記載した方法と同様にして、上記一般式(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層II−5(本体部に中間層を介して一体的に接合したエアロゲル層)を備えるエアロゲル複合構造体を得た。
ゾル塗液II−1に代えてゾル塗液II−6を用いたこと以外は、「エアロゲル層II−1」に記載した方法と同様にして、上記一般式(1)、(1a)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層II−6(本体部に中間層を介して一体的に接合したエアロゲル層)を備えるエアロゲル複合構造体を得た。
ゾル塗液II−1に代えてゾル塗液II−7を用いたこと以外は、「エアロゲル層II−1」に記載した方法と同様にして、上記一般式(2)、(3)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層II−7(本体部に中間層を介して一体的に接合したエアロゲル層)を備えるエアロゲル複合構造体を得た。
本体部としてのアルミニウム合金板に、厚みが100μmになるように発泡ウレタンフォーム(ヘンケルジャパン株式会社製、製品名:シスタ M5230)を塗布し、発泡ウレタンフォーム構造体を得た。
本体部としてのアルミニウム合金板に、コンクリート用ボンド(コニシ株式会社製、製品名)で厚みが100μmになるように破砕した発泡スチロール(株式会社栗山化成工業所製、発泡倍率60倍)を接着し、発泡スチロール構造体を得た。
(断熱性評価)
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体(発泡ウレタンフォーム構造体及び発泡スチロール構造体)について、エアロゲル層、発泡ウレタンフォーム層又は発泡スチロール層が下面となるように、表面温度70℃のホットプレートに配置して加熱し、10分後に構造体の表面温度をサーモグラフィ(アピステ社製赤外線サーモビュアFSV−1200−L16)で測定した。測定結果を表3に示す。なお、加熱前のサンプル温度及び室温は23℃である。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体のエアロゲル層、発泡ウレタンフォーム層又は発泡スチロール層に対して、JIS A 1322(建築用薄物材料の難燃性試験方法)に準じて接炎させて難燃性評価を行った。評価結果を表3に示す。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体についてエアロゲル層、発泡ウレタンフォーム層又は発泡スチロール層が下面となるように、表面温度200℃のホットプレートに配置して、200℃で5分間加熱した。加熱後、目視観察し、変形、変色、剥離等の外観を評価した。目視観察で変化が無い場合を耐熱性良好と判定し、変形、変色、剥離等が生じた場合を耐熱性不良と判定した。
<本体部の準備>
本体部III−1〜III−8を準備した。
本体部III−2:(縦)100mm×(横)100mm×(厚)10mmのポリイミド板(宇部興産株式会社製、製品名:ユピモール(登録商標) SA201)
本体部III−3:(縦)100mm×(横)100mm×(厚)2mmのアルミニウム合金板(竹内金属箔粉工業株式会社製、製品名:A6061P、アルマイト処理)
本体部III−4〜III−6:(縦)100mm×(横)100mm×(厚)2mmのアルミナ板(アスザック株式会社製、品番:AR−99.6)
本体部III−7:(縦)100mm×(横)100mm×(厚)0.1mmのポリエステルフィルム(東洋紡株式会社製、製品名:コスモシャイン(登録商標) A4100)
本体部III−8:(縦)100mm×(横)100mm×(厚)0.012mmのポリアラミドフィルム(東レ株式会社製、製品名:ミクトロン(登録商標))
JIS B0601に準拠し、光学式表面粗さ計(Veeco Metrogy Group製、Wyko NT9100)を用いて、各本体部の表面の算術平均粗さを測定した。1回の測定における測定範囲は、20mm×20mmとした。各本体部表面の5点について測定を行い、平均値をその本体部の表面粗さ(Ra)とした。結果を表4に示す。
(実施例III−1)
[ゾル塗液III−1]
シリカ粒子含有原料としてPL−2L(扶桑化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒子径:20nm、固形分:20質量%)を100.0質量部と、水を120.0質量部と、メタノールを80.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてメチルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名:LS−530、「MTMS」ともいう)60.0質量部及びジメチルジメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名:LS−520、「DMDMS」ともいう)40.0質量部を加え、25℃で2時間反応させた。これに、塩基触媒として5%濃度のアンモニア水40.0質量部を加えてゾル塗液III−1を得た。
エアーブラシ(アネスト岩田株式会社製、製品名:HP−CP)を用いて、本体部III−1(アルミニウム板)に、ゲル化後の厚みが100μmとなるようにゾル塗液III−1を塗布し、60℃で30分ゲル化して構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
[ゾル塗液III−2]
シリカ粒子含有原料としてST−OZL−35(日産化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒子径:100nm、固形分:35質量%)を100.0質量部と、水を100.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部と、上記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物としてX−22−160AS(信越化学工業株式会社製、製品名)を20.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で5時間ゾルゲル反応させてゾル塗液III−2を得た。
バーコーターを用いて、本体部III−2(ポリイミド板)に、ゲル化後の厚みが100μmとなるようにゾル塗液III−2を塗布し、60℃で30分ゲル化して構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
[ゾル塗液III−3]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部と、水を100.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを80.0質量部と、ポリシロキサン化合物として、上記一般式(B)で表される構造を有する両末端2官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物III−A」という)を20.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で2時間ゾルゲル反応させてゾル塗液III−3を得た。
上記ゾル塗液III−3をバットに入れ、本体部III−3(アルミニウム合金板)をゾル塗液III−3に浸した後に取り出し、60℃で30分ゲル化して、ゲル層の厚みが100μmの構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
[ゾル塗液III−4]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部と、水を200.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部と、ポリシロキサン化合物として、上記一般式(B)で表される構造を有する両末端3官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物III−B」という)を40.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で2時間ゾルゲル反応させてゾル塗液III−4を得た。
ゾル塗液III−1に代えてゾル塗液III−4を用いたこと、及び、本体部III−1に代えて本体部III−4(アルミナ板)を用いたこと以外は実施例III−1と同様にして行い、上記一般式(2)及び(4)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層III−4(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体III−4を得た。
[ゾル塗液III−5]
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部と、水を100.0質量部と、酸触媒として酢酸を0.10質量部と、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部と、熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部とを混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部と、ポリシロキサン化合物としてX−22−160ASを20.0質量部とを加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液III−5を得た。
ゾル塗液III−1に代えてゾル塗液III−5を用いたこと、及び、本体部III−1に代えて本体部III−5(アルミナ板)を用いたこと以外は実施例III−1と同様にして行い、上記一般式(1)、(1a)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層III−5(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体III−5を得た。
本体部III−1に代えて本体部III−6(アルミナ板)を用いたこと以外は実施例III−1と同様にして行い、エアロゲル層III−1(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体III−6を得た。
本体部III−1に代えて本体部III−7(ポリエステルフィルム)を用いたこと以外は実施例III−1と同様にして行い、エアロゲル層III−1(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体III−7を得た。
本体部III−1に代えて本体部III−8(ポリアラミドフィルム)を用いたこと以外は実施例III−1と同様にして行い、エアロゲル層III−1(本体部に一体的に接合したエアロゲル層、厚さ100μm)を備えるエアロゲル複合構造体III−8を得た。
(密着性評価)
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体について、剥離の有無を目視観察することで、本体部とエアロゲル層との密着性を評価した。エアロゲル層が剥離し本体部が露出している面積の割合が0%以上5%未満の場合を「A」、5%以上10%未満を「B」、10%以上を「C」と判定した。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体について、エアロゲル層が下面となるように、表面温度70℃のホットプレートに配置して加熱し、10分後に構造体の表面温度をサーモグラフィ(アピステ社製、赤外線サーモビュアFSV−1200−L16)で測定した。加熱前のサンプル温度および室温は23℃であった。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体のエアロゲル層に対して、JIS A 1322(建築用薄物材料の難燃性試験方法)に準じて接炎させて難燃性評価を行った。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体について、エアロゲル層が下面となるように、表面温度200℃のホットプレートに配置して、200℃で5分間加熱した。加熱後、目視観察し、変形、変色、剥離等の外観を評価した。目視観察で変化が無い場合を耐熱性良好と判定し、変形、変色、剥離等が生じた場合を耐熱性不良と判定した。
(エンジンを構成する部品)
エンジンを構成する部品として、アルミニウム合金板(A6061P、アルマイト処理、寸法300mm×300mm×0.5mm、竹内金属箔粉工業株式会社製)を準備した。
(被覆層(中間層)の形成)
準備したアルミニウム合金板(部品)上に、表6に示す組み合わせで、以下のとおり中間層IV−1〜IV−5を形成した。また、これとは別に、中間層IV−1〜IV−5に対応する試験片を作製し、中間層IV−1〜IV−5の吸水率を測定した。具体的には、20mm×20mm×0.5mmサイズに成型した各中間層の試験片を、60℃、90%RHの恒温恒湿槽内に6時間放置した際の質量変化率を、吸水率とした。測定結果は表6に示す。
アルミニウム合金板(部品)に、シリコーン系プライマ液としてのシリコンタイネツ プライマー(中国塗料株式会社製、製品名)を、エアーブラシ(アネスト岩田株式会社製、製品名:HP−CP)を用いて塗工した後、40℃で1時間、更に200℃で2時間加熱して硬化させ、部品上に、厚み30μmの層(中間層IV−1)を形成した。
アルミニウム合金板(部品)に、無機系のプライマ液としてのアロンセラミックE(東亞合成株式会社製、製品名)及び溶融シリカ(アドマテックス製、SO−25R)の混合物を、バーコータを用いて塗工した後、90℃で1時間、更に150℃で2時間加熱して硬化させ、部品上に、厚み100μmの層(中間層IV−2)を形成した。得られた中間層IV−2に含まれる溶融シリカ(充填材)の含有量は、中間層の全体積に対し、0.5体積%であった。
アルミニウム合金板(部品)に、無機系のプライマ液としてのケイ酸ナトリウム溶液(約38質量%)(和光純薬工業株式会社製、試薬)を、バーコータを用いて塗工した後、300℃で2時間加熱して硬化させ、部品上に、厚み50μmの層(中間層IV−3)を形成した。
アルミニウム合金板(部品)に、無機系のプライマ液としてのTB3732(株式会社スリーボンド製、製品名)及び水酸化マグネシウム(和光純薬製、試薬)の混合物を、バーコータを用いて塗工した後、50℃で30分、更に100℃で1時間加熱して硬化させ、部品上に、厚み10μmの層(中間層IV−4)を形成した。得られた中間層IV−4に含まれる水酸化マグネシウム(充填材)の含有量は、中間層の全体積に対し、20体積%であった。
アルミニウム合金板(部品)に、ポリイミド系の粘着テープとしてのAPI−114A(中興化成工業株式会社製、製品名)を貼り付けて、部品上に、厚み60μmの層(中間層IV−5)を形成した。
[ゾル塗液IV−1]
シリカ粒子含有原料としてPL−2L(扶桑化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒子径:20nm、固形分:20質量%)を100.0質量部、水を120.0質量部、メタノールを80.0質量部及び酸触媒として酢酸を0.10質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてメチルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名:LS−530、「MTMS」ともいう)を60.0質量部及びジメチルジメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、製品名:LS−520、「DMDMS」ともいう)を40.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。これに、塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を40.0質量部加えてゾル塗液IV−1を得た。
シリカ粒子含有原料としてST−OZL−35(日産化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒子径:100nm、固形分:35質量%)を100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及び上記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物としてX−22−160AS(信越化学工業株式会社製、製品名)を20.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で5時間ゾルゲル反応させてゾル塗液IV−2を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを80.0質量部及びポリシロキサン化合物として上記一般式(B)で表される構造を有する両末端2官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物IV−A」という)を20.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で2時間ゾルゲル反応させてゾル塗液IV−3を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を200.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びポリシロキサン化合物として上記一般式(B)で表される構造を有する両末端3官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物IV−B」という)を40.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で2時間ゾルゲル反応させてゾル塗液IV−4を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを40.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液IV−5を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部、及びポリシロキサン化合物としてX−22−160ASを20.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液IV−6を得た。
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合して混合物を得た。この混合物に、ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部、及びポリシロキサン化合物としてポリシロキサン化合物IV−Aを20.0質量部加え、25℃で2時間反応させた。その後、60℃で1.0時間ゾルゲル反応させてゾル塗液IV−7を得た。
部品上又は中間層上に、表6に示す組み合わせで、以下のとおり断熱層としてのエアロゲル層IV−1〜IV−7を形成し、部品に、直接又は中間層を介して、一体的に接合されたエアロゲル層を備えるエアロゲル複合構造体を作製した。
ゾル塗液IV−1を、部品上、又は、中間層上に、ゲル化後の厚みが100μmとなるようにエアーブラシ(アネスト岩田株式会社製、製品名:HP−CP)を用いて塗布し、60℃で30分ゲル化して構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
ゾル塗液IV−2を、部品上、又は、中間層上に、ゲル化後の厚みが200μmとなるようにバーコータを用いて塗布し、60℃で30分ゲル化して構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
ゾル塗液IV−3をバットに入れ、部品又は中間層が形成された部品を、ゾル塗液IV−3に浸した後に取り出し、60℃で30分ゲル化して、ゲル層の厚みが100μmの構造体を得た。その後、得られた構造体を密閉容器に移し、60℃で12時間熟成した。
ゾル塗液IV−1に代えてゾル塗液IV−4を用いたこと及びゲル化後の厚みが50μmとなるようにしたこと以外は、「エアロゲル層IV−1」に記載した方法と同様にして、上記一般式(2)及び(4)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層IV−4(部品に、直接又は中間層を介して、一体的に接合されたエアロゲル層)を備えるエアロゲル複合構造体を得た。
ゾル塗液IV−1に代えてゾル塗液IV−5を用いたこと以外は、「エアロゲル層IV−1」に記載した方法と同様にして、上記一般式(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層IV−5(部品に、直接又は中間層を介して、一体的に接合されたエアロゲル層)を備えるエアロゲル複合構造体を得た。
ゾル塗液IV−1に代えてゾル塗液IV−6を用いたこと以外は、「エアロゲル層IV−1」に記載した方法と同様にして、上記一般式(1)、(1a)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層IV−6(部品に、直接又は中間層を介して、一体的に接合されたエアロゲル層)を備えるエアロゲル複合構造体を得た。
ゾル塗液IV−1に代えてゾル塗液IV−7を用いたこと以外は、「エアロゲル層IV−1」に記載した方法と同様にして、上記一般式(2)、(3)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルを含有するエアロゲル層IV−7(部品に、直接又は中間層を介して、一体的に接合されたエアロゲル層)備えるエアロゲル複合構造体を得た。
部品であるアルミニウム合金板そのものを用いた。
部品としてのアルミニウム合金板に、厚みが100μmになるように発泡ウレタンフォーム(ヘンケルジャパン株式会社製、製品名:シスタ M5230)を塗布し、発泡ウレタンフォーム構造体を得た。
部品としてのアルミニウム合金板にジルコニアを溶射した。これにより、アルミニウム合金板上に、セラミックコーティング膜(厚み100μm)を形成し、セラミック複合構造体を得た。
(断熱性評価)
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体(アルミニウム合金板、発泡ウレタンフォーム構造体及びセラミック複合構造体)について、アルミニウム層が上面となるように、表面温度300℃のホットプレートに配置して加熱し、1分後に構造体の表面温度をサーモグラフィ(アピステ社製赤外線サーモビュアFSV−1200−L16)で測定した。測定結果を表7に示す。なお、加熱前のサンプル温度及び室温は23℃である。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体(アルミニウム合金板、発泡ウレタンフォーム構造体及びセラミック複合構造体)に対して、JIS A 1322(建築用薄物材料の難燃性試験方法)に準じて接炎させて難燃性評価を行った。評価結果を表7に示す。
各実施例で得られたエアロゲル複合構造体、及び、各比較例で得られた構造体(アルミニウム合金板、発泡ウレタンフォーム構造体及びセラミック複合構造体)について、アルミニウム層が上面となるように、表面温度300℃のホットプレートに配置して、300℃で5分間加熱した。加熱後、目視観察し、変形、変色、剥離等の外観を評価した。目視観察で変化が無い場合を耐熱性良好と判定し、変形、変色、剥離等が生じた場合を耐熱性不良と判定した。
Claims (20)
- 断熱対象物に、断熱層が一体的に形成された被断熱体の製造方法であって、
前記断熱対象物にゾルを付与し、前記ゾルからエアロゲルを含む断熱層を形成する工程を備える、被断熱体の製造方法。 - 前記断熱対象物が、本体部と、前記本体部の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを備え、前記被覆層が中間層となるように、少なくとも前記被覆層上に前記ゾルが付与される、請求項1に記載の被断熱体の製造方法。
- 前記被覆層の厚みが、0.01〜1000μmである、請求項2に記載の被断熱体の製造方法。
- 前記被覆層が、充填材を含有する、請求項2又は3に記載の被断熱体の製造方法。
- 前記充填材が、無機充填材である、請求項4に記載の被断熱体の製造方法。
- 前記エアロゲルが、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物、及び、前記加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の被断熱体の製造方法。
- 前記ゾルが、シリカ粒子を更に含有する、請求項6に記載の被断熱体の製造方法。
- 前記シリカ粒子の平均一次粒子径が1〜500nmである、請求項7に記載の被断熱体の製造方法。
- 前記断熱対象物が、エンジンを構成する部品である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の被断熱体の製造方法。
- 前記断熱対象物が、金属、セラミック、ガラス及び樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の被断熱体の製造方法。
- 断熱対象物に、断熱層が一体的に形成された被断熱体であって、
前記断熱層がエアロゲルを含む、被断熱体。 - 前記断熱対象物が、本体部と、前記本体部の表面の少なくとも一部を被覆する被覆層とを備え、前記被覆層が中間層となるように、少なくとも前記被覆層上に前記断熱層が形成されている、請求項11に記載の被断熱体。
- 前記被覆層の厚みが、0.01〜1000μmである、請求項12に記載の被断熱体。
- 前記被覆層が、充填材を含有する、請求項12又は13に記載の被断熱体。
- 前記充填材が、無機充填材である、請求項14に記載の被断熱体。
- 前記エアロゲルが、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物、及び、前記加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物である、請求項11〜15のいずれか一項に記載の被断熱体。
- 前記ゾルが、シリカ粒子を更に含有する、請求項16に記載の被断熱体。
- 前記シリカ粒子の平均一次粒子径が1〜500nmである、請求項17に記載の被断熱体。
- 前記断熱対象物が、エンジンを構成する部品である、請求項11〜18のいずれか一項に記載の被断熱体。
- 前記断熱対象物が、金属、セラミック、ガラス及び樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項11〜19のいずれか一項に記載の被断熱体。
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