KR20170113606A - 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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KR20170113606A
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마티아스 코에벨
루카스 후버
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이엠피에이 아이트게뇌시쉐 마테리알프뤼풍스 운트 포르슝산스탈트
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Abstract

본 발명은 공극도가 적어도 0.55이고 평균 공극 크기가 10 ㎚ 내지 500 ㎚인 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법으로서, 하기 단계들, 즉
a) 졸을 제조하고, 선택적으로 활성화하는 단계;
b) 졸을 주형 틀(10)에 충전시키는 단계;
c) 졸을 겔화시켜 겔을 제조한 다음, 겔을 노화시키는 단계; 그리고 하기 단계 d) 및 e), 즉
d) 공극 액체를 용매와 치환하는 단계; 및
e) 노화 및 선택적으로는 용매 치환된 겔(6)을 반응제를 사용하여 화학 개질하는 단계
중 적어도 하나의 단계와, 이후의
f) 겔을 건조하여 에어로겔 재료를 제조하는 단계
을 포함하는 방법에 관한다.
단계 b)에서 사용된 주형 틀에는, 주형 틀에 충전된 졸이, 엘리먼트들의 채널 방향에서 한정된 지정 최단 길이 L에 걸쳐 채널 형성 엘리먼트로부터 최장 거리 X만큼 떨어져 전체적으로 존재하도록 디자인된, 채널 형성 엘리먼트(2)들 다수 개가 제공되되, 다만 X는 15 ㎜ 이하이고, L/X는 3을 초과한다.

Description

에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 에어로겔 재료의 간편화된 제조를 위한 방법, 청구항 13 및 청구항 14의 전제부에 따른 각각의 전구체 생성물들, 그리고 또한 청구항 15의 전제부에 따른 에어로겔 평판에 관한다.
에어로겔은 고도로 특화된 틈새 시장, 예를 들어 건축 기술 분야(고도의 절연 효율을 보이는 절연 재료) 뿐만 아니라, 항공우주 및 조선 산업, 그리고 첨단 분야에서 그 수요가 점차 증가하고 있다. 에어로겔은 다양한 구현예들 및 재료들로서 이용 가능하다. 에어로겔 및 크세로겔의 산업화는 밀레니엄 시대가 도래된 이래로 유의적 급물살을 타고있다. 요즘에는, 특히 규산염 기반(SiO2) 에어로겔이 이용 가능하다. 가장 널리 알려진 형은 그래뉼형(granulates)과 모놀리스(monolithic) 평판형이다. 더욱이, 적어도 부분적으로 가교된 폴리머를 기반으로 하는 에어로겔, 예를 들어 수지 기반 레소르시놀 포름알데히드 계[Pekala et. al, J. Mater. Sci, 1989, 24, 3221-3227] 뿐만 아니라, 일부 관련 계로서, 오늘날까지 어떠한 산업상 중요한 위치에도 이르지 못한 계도 또한 널리 공지되어 있다. 대안적 폴리머 기반 에어로겔, 특히 폴리이소시안산염 기반 에어로겔, 예를 들어 PU 및 PUR의 산업상 방법의 비례축소는 앞으로 수년간 기대될 다양한 새 판로 개척과 함께 현재 활발히 진행중이다. 미래에 규산염 기반 에어로겔 및 폴리머 기반 에어로겔 뿐만 아니라, 폴리머 기반 에어로겔의 열 분해로 수득된 탄소 에어로겔은 건축 및 에너지 기술뿐만 아니라 이동 및 첨단 기술 분야와 같은 영역에서 그 중요성이 점차 증가할 것이다.
에어로겔 재료의 제조에 있어서 중요한 단계는 습윤 겔의 건조 단계이다. 이전에는 초 임계 유체(통상적으로는 저급 알코올, 나중에는 CO2)로부터 건조시키는 초 임계 건조(supercritical drying)가 규산염 기반 겔에 대해 독점적으로 사용되었다. 규산염 에어로겔의 경우, 소수화 겔의 용매 건조(초 임계 건조)가 이용되어 초 임계 건조된 에어로겔의 특성들과 실질적으로 동일한 특성들을 가지는 재료가 제조될 수 있다. 전통적인 정의에 의하면, 이 재료들은 한때 크세로겔이라 칭하여졌으며, 오늘날 이 용어는 여전히 용매가 건조된 에어로겔에 대해 사용되고 있다. 그러나, 이하 본원에서는 역시 에어로겔이라 지칭되는 아 임계 건조 재료에 대해서도 재료의 특성(밀도 < 0.20 g/㎤, 공극률 > 85%, 보이드 크기 20 ㎚ 내지 80 ㎚)을 기반으로 한 정의가 또한 사용될 것이다. 유기 겔(예를 들어 폴리우레탄 및 폴리우레아)에 대한 용매 건조 방법들의 개발이 현재 한창 진행중이다.
현재에도 여전히 비교적 고가인 에어로겔에 있어서 비용 발생의 주요 요인들로서는 까다로운 처리, 용매, 용매 손실 및 부수적 VOC 방출뿐만 아니라, 원재료 및 소수화제가 있다. 제조 방법의 추가 개발은, 후속 개발 단계들이 오늘 현재로 달성되도록 함과 아울러, 상기 예시된 항목들 전부에 대한 비용 절감을 목표로 한다. 오늘 날 증가하고 있는 유의성은, SiO2 에어로겔에 대하여 Anderson, Scherer 및 공동 연구자들에 의해 처음 기술되었던, 대기압 하 용매 함유 겔의 간편화된 건조로 말미암는다[J. Non. Cryst. Solids, 1995, 186, 104-112]. 이 방법은 급속도로 알려졌으며, 규산염 에어로겔 제조에 있어서 신규 방법으로서 급부상하였다. 미국 특허 제5,565,142호는, 이러한 제조 방법을 기술하고 있다. 용매 교환 시간과 소수화 시간은 총 약 120시간인 것으로 언급되어 있으나, 다만 겔 바디(gel body)의 모양 또는 치수에 대하여는 자세히 기술되어 있지 않다.
WO 1998/005591 A1은, 유기적으로 개질된 영구 소수성 에어로겔을 제조하기 위한 방법에 관한다. WO 1995/006617 A1의 경우와 마찬가지로, SiO2 겔은, 산이 사용되는 중화에 의한 물 유리 용매를 출발 물질로 하여 제조되거나, 또는 실리카 졸의 제조 후에 이온 교환 및 후속 염기 첨가에 의해 제조된다. 겔화 동안의 pH 값은 통상 4 내지 8의 범위에 있다. 습윤 겔은 수분 함량이 5% 이하가 될 때까지 유기 용매로 세정된 다음 소수화된다. 용매의 증발에 의한 대기압 하에서의 건조는 에어로겔 재료를 그래뉼형 재료로 남긴다. 겔 바디의 치수와 모양에 관하여는 본 공보에도 역시 자세히 기술되어 있지 않다. 또한, 세정 및 소수화 시간도 자세히 기술되어 있지 않지만, 고화된 겔의 분쇄는 명백히 언급되어 있다.
미국 특허 제5,484,818호 및 미국 특허출원 제2006/0211840 A1는, 유기 에어로겔의 예로서 폴리이소시안산염 기반 에어로겔을 제조하는 것에 대해 기술하고 있다. 이소시안산염 전구체 화합물은 유기 용매 혼합물에 용해되고, 폴리올, 폴리아민 또는 물과 반응한 다음, 겔화되고, 용매가 CO2와 교환된 후 초 임계 건조된다. 상기 예시된 2개의 특허는, 처리에 특이적인 방법의 단계가 아닌 화학적 측면을 기술하고 있다는 점에서, 폴리머 에어로겔에 대한 대다수의 기술 문헌을 대표하는 것으로 보인다. 보통 겔 바디 유형 및 이의 모양 또는 정확한 위상에 대한 문헌은 많지 않다. 미국특허 제5,962,539 A호는, 유기 겔의 초 임계 건조를 위한 방법을 기술하고 있다. 뿐만 아니라, 이 경우 겔의 형태라든지 모양에 대한 정보는 전무하다.
나노 다공성 계에 있어서 용매 교환 방법은 확산 제한적인 것으로서, 일부 경우에는 원치않게 긴 교환 시간을 초래하는 것으로 알려져 있다. 확산 방법은 간단한 수단으로서, 온도가 증가함에 따라서 가속화될 수 있다. 종종 가능한 한 유기 용매의 비등점과 가까운 온도에서 유기 용매 중 교환 방법들이 수행됨으로 말미암아, 이 확산 방법은 오늘날 에어로겔 제조에 이미 이용되고 있다.
대안으로서, 에어로겔은 최단 치수 또는 최소 두께 2 ㎝ 미만으로서, 추후 하나 이상의 정제 단계에서 접착제로 서로 부착되는 얇은 매트나 평판, 또는 그래뉼로 제조된다. 그러므로, 더욱 두꺼운 절연 판넬(몇몇 경우에 있어서는 기능성 복합 재료) 등을 제조하는 것이 가능하다. 미국 특허출원 제2014/0004290 A1 및 동 제2014/0287641 A1은, 기본 재료로서 에어로겔을 출발 물질로 하여 접착제 기술에 의해 복합 재료를 제조하는 이와 같은 방법을 기술하고 있되, 다만 이 문헌들은 주로 개선된 기계적 특성과 가공성에 중점을 두고 있다. WO 2012/062370 A1은, 크세로겔 형의 레소르시놀-포름알데히드 수지 계(resorcinol-formaldehyde resin system)가 접착제 성분으로서 사용되는 유사 방법을 기술하고 있다.
에어로겔 그래뉼의 기술적 제조에 있어서, 겔의 치수는 기계적 방법에 의한 용매 교환 이전에 행하여지는 파쇄, 또는 침전 탑에서의 소적 형 겔화에 의해 결정된다. 첫번째 방법은 계 내 공간 활용이 더 잘 이루어질 수 있는 관계로 산업상 정립되어 있다. 최신 기술은, 이동 벨트 상에서 겔화에 의해 겔 카펫(gel carpet)을 제조한 다음, 노화된 겔 카펫을 브레이커 상에서 파쇄하는 것이다. 그러나, 이때 발생하는 전단력은, 크기가 1 ㎜ 내지 5 ㎜의 범위인 원하는 그래뉼 입자(granulate particles)이외에도, 상당량의 겔이 1 ㎜ 미만의 미세 분획으로서 남게 된다는 결과를 가져다준다. 이 미세 분획은 전체 수득량의 30% 이하일 수 있고, 제조시 조악 생성물로서 간주된다.
상기 예시된 예들 전부에 있어서, 그 무엇보다도 증가한 처리량이 달성되는 방식으로 제조 방법들을 개선하는 것이 요망될 것이다. 방법에서 달성될 수 있는 개선은 최신 기술의 방법의 효율과 비교되는 방법의 효율의 관점, 다시 말해서 소정의 시설에서 기술적으로 실현 가능한 최종 목표 생성물의 최대 처리량으로서 판단될 수 있다.
에어로겔 재료를 제조하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 추가의 목적은, 에어로겔 평판을 제조하기 위한 전구체 생성물과, 신규 에어로겔 평판을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적들은 본 발명에 의해서 청구항 1에 의한 제조 방법과, 청구항 13 또는 청구항 14에 의한 전구체 생성물, 그리고 청구항 15에 의한 에어로겔 평판에 의해 달성된다.
바람직한 구현예들은 종속 청구항들에 정의되어 있다.
공극도가 적어도 0.55이고 평균 공극 크기가 10 ㎚ 내지 500 ㎚인 본 발명의 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법은 하기 단계들을 포함한다:
a) 졸을 제조하고, 선택적으로 활성화하는 단계;
b) 졸을 주형 틀에 충전시키는 단계;
c) 졸을 겔화시켜 겔을 제조한 다음, 겔을 노화시키는 단계; 그리고 하기 단계 d) 및 e), 즉
d) 공극 액체를 용매와 교환하는 단계; 및
e) 노화 및 선택적으로는 용매 교환된 겔을 반응제로 화학 개질하는 단계
중 적어도 하나의 단계와, 이후의
f) 겔을 건조하여 에어로겔 재료를 제조하는 단계.
본 발명에 의하면, 단계 b)에서 사용된 주형 틀에는 엘리먼트(element)들의 채널 방향에서 한정된 지정 최단 길이 L을 따라서 입체배열되어 있는 채널 형성 엘리먼트들이 다수 제공되고, 주형 틀에 충전된 졸의 모든 위치는 채널 형성 엘리먼트로부터 최장 거리 X만큼 떨어져 있어서, 15 ㎜ 이하의 X와, 3 초과의 L/X를 달성한다.
주형 틀에 충전된 졸은, 엘리먼트들의 채널 방향에서 한정된 지정 최단 길이 L을 따라서 자체의 모든 위치에서 채널 형성 엘리먼트로부터 최장 거리 X만큼 떨어져 있다. 채널 방향에 수직인 횡단면을 보았을 때, 이는, 졸 내 어느 위치도 다음 채널 형성 엘리먼트로부터 X보다 더 멀리 떨어져 있지 않음을 의미한다. 이는, 졸 내 가장 안쪽 영역조차도 채널 형성 엘리먼트에 의해 한정되는 경계면으로부터 지나치게 멀리 떨어져 있지 않게 되는 것, 즉 길어야 최장 거리 X만큼 떨어져 있게 되는 것을 보장한다. X는 15 ㎜ 이하라는 사실 때문에, 겔 내 임의의 포인트는 상기 계면을 통과하여 공급된 용매 또는 반응제와 효율적으로 접촉될 수 있다. 그러나, 이와 같이 유리한 기하학적 상황은 오로지 채널 방향을 따라서 일어나는 개별 수축들에서만 제공되지는 않을 것이며, 오히려 최장 거리 X의 적어도 3배에 해당하는 거리 L에 걸쳐 실현될 것이다.
"최장 거리"란 용어는, 절대 최장 거리로서 오해되어서는 안 됨이 주목될 필요가 있다. 이보다는 오히려 모든 최단 거리 중 최장인 거리이다. 다시 말해서, 본 발명의 의미에서, "최장 거리"는 횡단면의 가장 안쪽 포인트와, 채널 형성 엘리먼트에 의해 한정되는 경계면 사이의 최단 거리이다.
최장 거리 X는 모양에 따라 달라지며, 임의의 경우에는 또한 채널 형성 엘리먼트들의 상호 간격에 따라서도 달라진다. 대응 관계들은 공지된 평면 기하학적 관계로부터 기인한다. 복잡하고/복잡하거나 불규칙적인 모양의 경우, 최장 거리는 수치로써 결정되어야 할 수 있다.
졸을 출발 물질로 하는 에어로겔 제조는 기본적으로 공지되어 있으며, 특히 용매 교환 단계 및/또는 화학 개질 단계를 포함한다. 본 발명에 의한 배열로 말미암아, 공급된 용매 및/또는 반응 매질에 대하여 유의적으로 개선된 겔의 접근 가능성이 보장된다. 이는, 방법의 소요시간을 단축할 뿐만 아니라, 이로 인한 결과로서 본 방법의 경제적인 면도 좋아진다. 이러한 이점들은 이미 공지된 에어로겔 제조 방법뿐만 아니라, 여전히 개발될 필요가 있되, 또한 액체 종 또는 가능하게는 기상 종을 겔에 공급하는 것을 기반으로 하는 미래의 임의의 방법들에도 적용된다.
기하학이 구체적으로 선택됨으로써, 즉 적어도 하나의 공간 방향에 있어서의 치수 연장이 제한됨으로써, 확산 제한적 용매 교환 방법의 실질적 가속화가 달성될 수 있다. 이러한 방법으로, 예를 들어 두께가 수 ㎜인 모놀리스 겔 평판(monolithic ges plates)의 대 구역에서 산업상 제조 방법의 관점에서 합리적인 시간 이내에, 하나의 용매 혼합물로부터 다른 용매 혼합물로의 교환이 달성될 수 있다. 실온에서, 그리고 수 시간 이내에, 중앙 공극 크기가 50 ㎚이고, 두께가 5 ㎜인 규산염 기반 겔 평판이 알코올 기반 용매 혼합물 중에서 완전히(즉 평판 두께 전반에 걸쳐) 교환될 수 있다. 확산 속도는 Fick의 제2 법칙을 따르는 용액에 의해 주어지는데; 겔 평판의 경우, (모든 용매 성분들의 농도가 평형에 도달할 때까지) 용매 추출에 필요한 시간은 최단 치수인 평판 두께의 제곱에 대한 제1 근사치에 의존한다. 이는, 평판 두께가 2배가 되면 교환 시간은 4배가 된다는 의미이다. 이는, 에어로겔 재료와 크세로겔 재료의 산업상 제조 방법에 심오한 결과들을 보인다: 실제로, 계에 따라서, 2 ㎝ 내지 3 ㎝의 에어로겔 평판은 합리적인 시간 소요를 동반하며 여전히 제조될 수 있다. 그러나, 예를 들어 절연 기술에 요망될 두께 10 ㎝는, 현재 기술로서는 경제적 효과를 거두면서 고체 재료에서 달성될 수는 없다.
현재 공지된 방법들과 비교되게, 본 발명의 방법은 겔 바디의 제어된 구조화에 의해 실질적으로 더욱 간편하고 더욱 신속한 에어로겔 재료의 제조를 가능하게 하며, 이로써 방법의 효율과 처리량은 눈에 띄게 증가할 수 있다.
원칙적으로 주형 틀, 즉 바깥쪽 하우징(outer housing) 주형 틀을 제조하기 위해서, 그리고 또한 이때 사용되는 임의의 파이프 또는 로드 엘리먼트를 제조하기 위해서 다양한 재료가 사용될 수 있다. 이러한 재료로서는, 예를 들어 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌뿐만 아니라, 유리 또는 세라믹, 그리고, 예를 들어 스테인레스 강철과 같은 금속을 포함한다. 재료를 선택하는 임의의 경우, 사용될 매질(산, 염기, 용매)과의 양립 가능성이 보장될 필요가 있을 것이다.
하나의 구현예(청구항 2)에 의하면, 채널 형성 엘리먼트는 서로 평행 배열된 파이프들의 번들(bundle)들로서 입체배열되는데, 졸을 위한 주형 틀은 파이프들의 내부 공간들에 의해 형성되고, 용매 교환(단계 d)) 및/또는 겔의 화학 개질(단계 e))은, 바람직하게는 공급된 용매 또는 반응 매질의 강제 대류(forced convection)에 의하여 겔 노화(단계 c)) 중 일어난 수축의 결과로 제조된 채널 형성 엘리먼트와 겔 사이의 간극을 가로질러 주형 틀 내에서 직접 수행된다. 이러한 유형의 배열에 있어서 최장 거리 X는 각각의 파이프 엘리먼트의 안쪽 표면으로부터 파이프 내부에 위치하는 포인트까지의 거리를 고려하여 결정됨이 이해될 것이다.
원칙적으로 파이프 횡단면의 다양한 모양이 적용될 수 있다. 유리하게 파이프는 원형 또는 정사각형 횡단면, 특히 정사각형 내측 프로필을 가지는 파이프일 것이다. 더욱이, 임의의 수의 파이프가 서로 모아져 파이프 번들을 형성하면 취급이 유리하다.
유리한 구현예(청구항 3)에서, 모든 파이프는 동일한 횡단면, 바람직하게는 육각형을 가진다. 이는, 개별 파이프들 간 사적(dead volume)이 작은 조밀 파이프 번들의 구성을 허용한다.
추가의 구현예(청구항 4)에서, 선택적으로 용매 교환된 겔과, 선택적으로 화학 개질된 겔은 겔 로드로서 주형 틀로부터 분리되고, 이후에는 아 임계 건조에 의해 건조 단계(단계 f))가 수행된다. 이 과정에서, 개별 겔 로드는 더 작은 단편들로 붕해되고, 이로 말미암아, 유리하게는 최소의 미세 분획만이 동반되면서 에어로겔 그래뉼 또는 크세로겔 그래뉼이 제조된다.
추가의 구현예(청구항 5)에 의하면, 채널 형성 엘리먼트는 서로 평행하여 배열된 로드 엘리먼트들의 번들들로서 입체배열되는데, 이때 졸을 위한 주형 틀은 로드 엘리먼트들 사이에 위치하는 공간에 의해 형성되고, 로드 엘리먼트들은 연속 채널들을 가지는 평판 모양의 겔 바디가 형성되는 방식으로, 겔화 및 노화 후 주형 틀로부터 채널 방향으로 당겨질 수 있다. 용매 교환(단계 d)) 및/또는 겔의 화학 개질(단계 e))은 용매 또는 반응제의 적용에 의해 수행된다. 이와 같은 배열 유형에 있어서, 로드 엘리먼트들은 노화된 겔에 추후 형성될 채널들에 대한 위치 보유자(place holder)로서의 역할을 함이 이해된다. 그러므로, 최장 거리 X는 로드 엘리먼트들 간에 위치하는 포인트가 가장 가까운 로드 엘리먼트의 바깥쪽 표면으로부터 떨어져 있는 거리가 고려되어 결정된다.
원칙적으로 파이프 횡단면의 다양한 모양이 적용될 수 있다. 유리하게 파이프는 원형 또는 사각형, 특히 정사각형, 또는 육각형 외측 프로필을 가지는 로드일 수 있다.
하나의 구현예에서, 용매 또는 반응제의 적용은 미리 제조된 평판 모양의 겔 바디가 주형 틀로부터 분리된 후에 이를 대상으로 수행된다.
유리하게 로드 엘리먼트는 이의 한쪽 말단이 주형 틀의 커버 표면 또는 분리 가능한 하부 표면에 부착되므로, 겔 노화 후 겔 바디로부터 용이하게 당겨질 수 있다.
만일 용매 또는 반응제의 적용이, 적어도 부분적으로 투과성인 흡인 평판에 겔 바디를 배치하고 나서, 이 평판의 밑면에 진공을 걸어주어 용매 또는 반응제가 배출되도록 하고, 이때 새로운 용매 또는 반응제를 공급함으로써, 강제 대류에 의해 수행되면 특히 유리하다(청구항 6). 이러한 방법은, 특히 제지 분야에 기본적으로 공지되어 있다.
방법은 다음과 같은 점에서 유리한 것으로 발견되었다(청구항 7):
- 졸은 적어도 하나의 산 촉매 활성화될 수 있는 소수화제를 함유하는 알코올 용매 혼합물 중 산화규소 졸로서 제조되는 점[다만 상기 졸 중 소수화제의 체적 분율은 5% 내지 60%임];
- 졸의 겔화는 염기의 첨가에 의해 개시된다는 점;
- 노화된 겔의 화학 개질이 수행된다는 점[다만, 화학 개질은 소수화제와 상호작용하는 소수화 촉매 적어도 하나의 방출 또는 첨가에 의해 개시되는 소수화임]; 그리고
- 겔의 건조는 아 임계 건조에 의해 수행되는 점.
이 경우, 소수화제의 활성화는 양립가능한 용매 혼합물에 용해된, 소량, 통상적으로는 겔 체적의 10% 내지 20%의 범위만큼의 산성 소수화 촉매의 첨가에 의해 촉발될 수 있다. 그러나, 겔 재료의 균질한 소수화를 보장하기 위해서, 소수화제는 또한 겔 재료의 두께만큼 확산되어야 하고, 이러한 이유로 겔 바디의 모양과 특징들은 소수화 단계에 필요한 시간에 중요한 영향을 미친다. 본 발명에 의하면, 겔 체적에 비교되었을 때, 적은 양만큼의 소수화 촉매의 혼입은 또한, 특이 구조를 가지는 겔을 제공함으로써 유의적으로 간편하게, 그리고 더욱 경제적인 방식으로 실현될 수 있다.
소수화는 산 촉매화 과정, 즉 H+ 이온 및 H3O+ 이온 각각에 의해 촉매화된다는 사실로 인해, 약 염기성 조건하에 일어나는 겔화 과정과, 산성 조건하에 일어나는 소수화 과정은, 하나이면서 동일한 것이긴 하지만, 일시적으로 서로 잘 분리되는 유기 겔에서 수행된다. 추가의 이점으로서, 본 방법은 유의적으로 감소한 용매 소모를 특징으로 한다. 특히 에어로겔 제조에 사용되는 용매의 양은 겔 체적의 1.1배 내지 1.2배로 제한될 수 있다. 본원의 최신 기술에 의하면, 통상 겔 체적은 2배 초과한 만큼이 필요하다.
본원의 내용 중 알코올 용매 혼합물은, 본질적으로 하나, 또는 선택적으로는 수개의 저급 알코올(특히 에탄올, 메탄올, n-프로판올, 이소프로판올(Isopropanol), 부탄올)과, 적당한 비율의 소수화제로 이루어진 혼합물인 것으로 이해되어야 한다. 이 혼합물은 또한 낮은 비율의 물, 불가피한 불순물, 그리고 선택적으로는 본원의 어딘가에 설명된 바와 같은 임의의 첨가제를 더 함유할 수 있음이 이해될 것이다.
소수화제는, 일반적으로 공지된 바와 같이 소수성, 즉 물 반발 특성을 제공하는 성분으로서 이해될 것이다. 본원의 내용 중 소수화제와 소수화 방법은 주로 규산염 겔과 이의 특성의 개질에 관한다.
유리한 구현예는, 촉매 활성화 가능한 소수화제 적어도 하나를 함유하는 알코올 용매 혼합물 중 알콕시화물 기반 규산염 졸의 겔화를 포함한다.
겔화 방법은 암모니아와 같은 희석된 염기의 첨가에 의해 개시된다. 선택적으로, 이처럼 생성된 겔("유기겔"이라고도 지칭될 수 있음)은 추가로 노화 방법의 대상이 된다. 선택적으로 노화된 겔은 소수화 및 WO 2013/053951 A1에 의한 아 임계 건조에 필요한 성분들 전부를 함유하거나, 또는 더욱 구체적으로 주성분인 활성화 가능한 소수화제와 알코올을 포함하되, 소수화 촉매는 포함하지 않는 공극 액체(pore liquid)를 함유한다.
결과적으로, 완전히 제어된 방식이되, 추가의 용매는 첨가되지 않거나, 또는 최소량만의 용매가 첨가되면서, 겔에 소수화 촉매를 혼입하는 것이 필요하다. 바람직한 구현예(청구항 8)에 의하면, 헥사메틸-디실록산(HMDSO)이 산 촉매 활성화 가능한 소수화제로서 사용된다.
만일 졸 내 소수화제의 체적 분율이 20% 내지 50%, 구체적으로 25% 내지 40%, 더욱 구체적으로 34% 내지 38%이면 특히 유리하다(청구항 9).
추가의 구현예(청구항 10)에 의하면, 알코올 용액 중 트리메틸클로로실란(TMCS) 및/또는 HCl, 또는 이 두 성분의 혼합물이, 공극 액체의 조성과 유사하거나 동일한 조성을 가지는 희석 용매 혼합물 중에 용해되고, 액체 상에서 겔과 접촉하게 되는 소수화 촉매로서 사용된다. 촉매 충전 용매(catalyst charged solvent)의 양은, 겔 체적과 비교되었을 때, 가능한 한 적게 유지되어야 하는데, 그 이유는 용매 밸런스가 가능한 한 낮게 유지됨에 따른 이점을 유지하기 위해서이다. 바람직하게, 회분 방법 또는 연속 방법에서 촉매 함유 용액은 최대 30%, 구체적으로 최대 10%의 체적 분율과 체적 유량율을 보여야 할 것이다. HCl 대신에 다른 무기산이 사용될 수도 있으며, 이로 인하여 질산(HNO3)이 특히 유리한 것으로 발견되었다.
본 방법의 다른 구현예(청구항 11)에 의하면, 겔은 폴리머 기반 겔, 바람직하게는 폴리이소시안산염 기반 겔이다.
구조적 안정성에 관한 요구사항이 증가한 임의의 응용에 있어서, 선택적으로 활성화된 졸이 섬유 기반 매트릭스에 첨가된 후 겔화가 진행되는 것이 유리한 것으로 발견되었다. 이러한 방식으로 섬유 보강 에어로겔 평판이 제조될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에 의하면, 에어로겔 재료를 제조하기 위한 제1 전구체 생성물이 제공되는데, 여기서 상기 제1 전구체 생성물은 길이 방향의 홀들이 제공된 본 발명에 의한 에어로겔 평판으로 구성된다. 상기 길이 방향 홀들은 평판 면을 수직으로 관통하여 연장되는 관통-채널(through-channel) 또는 한쪽만 개방된 대응 블라인드 홀(blind hole)일 수 있다. 특히 세로 방향의 홀들은 상기 정의된 바와 같은 방법(청구항 5)에 의해 형성될 수 있는데, 여기서 홀의 치수는 사용된 로드 엘리먼트의 바깥쪽 치수에 의해 실질적으로 한정된다. 그러나, 겔의 노화 도중에 일어나는 수축이 고려될 필요가 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 에어로겔 평판을 제조하기 위한 제2 전구체 생성물, 즉 다수의 에어로겔 로드로 이루어진 제2 전구체 생성물이 제공된다. 특히, 이와 같은 로드는 상기 정의된 바와 같은 방법(청구항 2)에 의해 제조될 수 있으며, 다만 에어로겔 로드의 바깥쪽 치수는 실질적으로 파이프 엘리먼트의 안쪽 치수에 의해 한정된다. 그러나 이 경우에도 또한 겔 노화 도중에 일어나는 수축이 고려되어야 한다.
본 발명의 추가의 양태에 의하면, 에어로겔 평판 형태의 제1 전구체 생성물을 포함하는 에어로겔 평판이 제공되는데, 이 평판의 길이 방향의 홀들에는 이에 대응하는 모양의 제2 전구체 생성물 에어로겔 로드가 삽입되거나 눌러진다. 이 경우, 원칙적으로 에어로겔 평판용 및 에어로겔 로드용 재료로서는 동일한 재료가 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 처음에는 본 발명의 방법에 관한 이점을 가지는 평판 엘리먼트가 제조될 수 있다. 궁극적으로 제조될 에어로겔 평판에 요망되지 않는 길이 방향의 홀들은, 이 홀들이 단열 용량의 상당한 감소를 초래할 수 있음에 따라서, 에어로겔 로드가 삽입될 때 없어질 수 있다. 그러나, 삽입된 에어로겔 로드가 상이한 재료로 제조되어, 특히 최종 생성물의 기계적 특성과 열 특성의 개선을 허용할 것으로 생각될 수 있는 기타 응용들이 존재한다. 예를 들어 규산염 기반 겔로부터 제조되고, 세로 방향의 연속 홀들이 제공된 에어로겔 평판에는 폴리우레탄 겔로 제조된 에어로겔 로드들이 삽입되어 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이하 도면들을 참조로 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 1a~1g는 다양한 배열들, 즉 정사각형 파이프 프로필(도 1a),
원형 파이프 프로필(도 1b),
수개의 원형 파이프 프로필을 가지는 배열(도 1c),
육각형 파이프 프로필(도 1d),
수개의 육각형 파이프 프로필을 가지는 배열(도 1e),
원형 로드의 정규 직교 배열(도 1f) 및 원형 로드의 육각형 배열(도 1g)에서 거리 관계들을 나타내는 개략도이다.
도 2a~2d는 본 방법의 제1 구현예에 관한 단계의 순서들을 나타낸다.
도 3a~3e는 본 방법의 제2 구현예에 관한 단계의 순서들을 나타낸다.
도 1a~1g는, 일부 기본적인 기하학적 모양들과 관계들을 도시한다. 도 1a~1g에 있어서, 가장 안쪽에 있는 포인트는 다음에 있는 채널 형성 엘리먼트로부터 가장 멀리 떨어져 있는 포인트로서 "+"로 표시된다. 상기 언급된 의미로 정의된 최장 거리 X로서, 가장 안쪽에 있는 포인트가 다음 채널 형성 엘리먼트로부터 떨어져 존재할 때의 최단 거리도 또한 보인다.
도 1a~1e는 채널 형성 엘리먼트로서 사용되고, 내부가 졸 또는 이 졸로부터 생성되되 노화되지 않은 겔(4)로 채워져 있는 파이프 구성 요소(2)가 보일 수 있는 상황을 보인다. 더 잘 예시하기 위해, 도 1a~1e는 또한 전술된 단계 d) 또는 단계 e)를 위한 것으로서, 파이프 구성 요소 분리 후 이미 노화된 겔로 침투할 용매 또는 반응제(5)도 보인다. 도 1f 및 도 1g는, 노화된 겔 재료(6) 중 로드 엘리먼트에 의한 채널 형성이 이미 완료된 또 다른 상황을 보이는데; 여기서 로드 엘리먼트들은 분리되고, 원형 채널(7)들은 그 내부가 반응제(5)로 충전된다.
내부 가장자리 길이 "a"를 가지는 정사각형 파이프 프로필(도 1a에 보임)에 있어서, 최장 거리 X는 a/2이다. 이미 언급된 바와 같이, 이는 프로필 내부 가장 안쪽 포인트로부터의 최단 거리이다. 내 직경 "d"를 가지는 원형 프로필(도 1b에 보임)에 있어서, 최장 거리 X는 d/2이다. 안쪽 가장자리 길이 "b"를 가지는 규칙적 육각형 모양의 파이프 프로필(도 1d에 보임)에 있어서, 최장 거리 X는 b/2√3이다.
도 1c 및 도 1e는, 촘촘히 팩킹된 원형 또는 육각형 파이프 프로필의 배열을 보인다.
도 1f에 도시된 정규 직교 격자 그리드의 경우, 채널 형성 원형 로드들이 배열되고, 측면 길이 A인 정사각형 기본 셀 다수 개로 이루어진 격자 포인트들에 있어서, 최장 거리 X는 1/2(A√2 - d)로 주어진다.
도 1g에 도시된 육각형의 격자 그리드의 경우, 채널 형성 원형 로드들이 배열되고, 측면 길이 B인 정사각형 기본 셀 다수 개로 이루어진 격자 포인트들에 있어서, 최장 거리 X는 B - 1/2d로 주어진다.
도 2a 내지 2d에 보인 방법의 순서 중 첫 번째(도 2a)는 원형 실린더 파이프(2) 번들을 보이는데, 이는 처음에 그 내부가 여전히 빈 상태이고, 특히 제한 트레이(confinement tray)(도시되지 않음)의 하부 표면에 얹혀있다. 도 2b에서, 파이프 번들은 졸로 충전되거나, 또는 이 졸로부터 생성되되 여전히 노화되지 않은 겔(4)로 충전된다. 도 2c에서는, 수축이 동반되는 겔의 노화가 진행되고, 이로써 노화된 겔로 제조된 실린더형 로드(6)들과 파이프(2)들 사이에는 갭 유사 간극(8)이 생성되고 여기에 시네레지스 유체가 충전된다. 도 2d에서는, 부분적으로 위로 잡아 당겨진 파이프(2)들과 함께 겔 로드(6)들이 보인다. 이것들은 추가 처리의 준비가 갖추어진 것이다.
도 3a 내지 3e에 보인 방법의 순서 중 첫 번째(도 3a)는 직육면체 제한 트레이(10)로서 도시되어 있는데, 이의 기저 평판(12)에는 실린더형 로드(14)들의 배열이 네일 보드(nail board) 양상으로 제공된다. 보인 예에서, 로드는 모두 대략 동일한 길이를 가진다. 도 3b에서는, 제한 트레이에 졸 또는 이 졸로부터 생성되되 여전히 노화되지 않은 겔이 충전되고, 이 졸 또는 겔의 충전 높이는 로드의 끝 부분 바로 아래까지이다. 도 3c에서는, 수축이 동반되는 겔의 노화가 진행되는데, 이로써 노화된 겔로 제조된 평판형 바디(16)와 실린더형 로드(14)들 사이에는 간극(8)이 생성된다. 도 3d에서는, 제한 트레이의 뚜껑 부분(18)이 위로 들어올려짐으로써, 내부에 노화된 겔 바디(16)가 담긴 제한 트레이의 기저 부분(20)이 드러나게 된다. 도 3e에서는, 관통 홀(22)들이 제공된 노화 겔 바디(16)가, 로드(14)들이 제공된 기저 부분(20)으로부터 들어올려져, 추가 처리의 준비가 갖추어지게 된다.
무기 유기 하이브리드 에어로겔 그래뉼의 제조
알코올 중 산화규소 졸은 실온에서 희석된 에탄올 암모니아 용액이 첨가됨으로써 활성화된다. 이 졸은 암모니아와 함께 첨가되는 부 성분으로서 아미노프로필트리에톡시실란(APTES) 2%를 함유한다. 이 졸은 개방된 용기에 충전되는데, 도 2a~2d에 보인 바와 같이 이 용기에는 파이프 내 직경 d가 13 ㎜이고 벽 두께 hw가 1 ㎜이며, 길이 L이 90 ㎝인 파이프 번들 팩키지 삽입물이 제공된다. 이 삽입물은 전체 용기 체적을 채운다. 겔화 후, 겔 팩은 12시간 동안 노화된다. 그 다음, 파이프 번들 삽입물이 분리되고, 과량의 액체도 폐기된다. 이후, 아민기와 반응하는 폴리머 가교제와 소수화제를 함유하는 희석 용액이 첨가된다. 이 혼합물은 겔로의 확산이 12시간 더 허용되고, 용기 내에서의 반응이 허용되며, 이때 과량의 액체는 다시 제거된다. 그 다음, 이로부터 생성된 겔 로드들은 고압 살균기에 넣어지고, CO2와 교환되다가 초 임계 건조된다. 생성물로서, 밀도 0.14 g/㎤이고 압축 강도가 10 MPa를 초과하는 X-에어로겔 로드가 남게 된다.
규산염 기반 에어로겔 그래뉼의 고 효율 제조
SiO2 함량이 10% 내지 6.6%인 실리카 졸이 연속 방법으로 제조되어, 헥사메틸디실록산(HMDSO)로 희석된다. 이 졸은 35℃의 온도에서 희석된 암모니아 용액과 충전소(filling station)에서 혼합됨으로써 활성화된다. 충전소에는 200l들이 용기들이 있는데, 이 용기들에는 공동을 완전히 충전시키는 벌집 모양의 삽입물이 제공된다. 벌집 모양 주형의 벽 두께는 0.5 ㎜이고, 셀 직경은 8 ㎜이다. 용기들은 이제 개별적으로 충전되고, 커버에 의해 공기나 습기가 침입하지 않도록 밀폐된 다음, 70℃에서 18시간 동안 보관된다. 이 시간 동안 혼합물은 겔화를 진행하고, 벌집 모양 채널에 형성된 겔 바디는 노화를 진행함으로써 약간 수축된다. 수축의 결과로 간극들이 형성되는데, 이 간극들로 (도 2c와 유사하게) 액체가 순환할 수 있게 된다. 노화 후, 용기는 개방되고, 시네레지스 액체(Syneresis fluid)가 배수된다. 그 다음, 희석된 무기산 20l가 촉매로서 각각의 용기에 첨가되고, 이로써 촉매는 겔과 벌집 모양의 것의 벽 사이 간극에 고르게 분포된다. 용기는 다시 밀폐되어 90℃에서 8시간 동안 보관되고, 이로써 겔은 소수화를 진행하게 된다. 그 다음, 용기들은 비워지고, 소수화된 겔 로드들이 150℃의 오븐에서 건조된다. 건조가 진행되는 동안, 겔 로드는 자발적으로 분해되어, 입도 4 ㎜ 내지 7 ㎜인 에어로겔 그래뉼로 생성된다. 이와 같이 수득된 에어로겔 그래뉼의 밀도는 0.096 g/㎤이고, 성긴 재료의 열 전도도는 17.8 mW/mK이다. 본 발명에 의한 처리로 인하여 겔 바디는 건조 단계가 진행될 때까지 틀 내에 변형되지 않은 채 남아있게 되고, 이로써 적어도 95%의 그래뉼 수율이 달성된다.
기계적으로 분쇄된 겔의 경우와는 비교되게, 이 경우에는 조악 생성물로서 간주되어야 하는 에어로겔 분진(aerogel dust)이 유의적으로 적게 생성된다.
대안적 구현예에서, 대규모 방법에 있어 삽입물은 개별 용기들에 도입되지 않고, 오히려 긴 공정 터널에서 서로 간에 가까운 간격을 두고 도입되므로, 전체 생산 공정 동안에 컨베이어 벨트 상에서 겔과 함께 통과하고, 이때 시네레지스 액체는 생산설비 하부에 있는 임의의 영역에서 배출되며, 이 과정이 종료된 직후에는 소수화 촉매가 생산설비천장(ceiling)으로부터 주입 계를 통과하여 투여된다.
구조화된 폴리우레탄 에어로겔 평판의 제조
이소시안산염 혼합물(성분 1)과 촉매를 동반하는 폴리올(성분 2)로 이루어진 유기 용매 혼합물 중 새로 제조된 용액으로서, 용액 2개가 서로 혼합된 다음, 트레이 틀에 넣어졌는데, 이 틀에는 도 3a에 도시된 바와 같이 실린더형 로드들의 균일한 커버 배열이 삽입되었다. 개별 바들의 직경 d는 20 ㎜이고, 길이 L은 331 ㎜이며, 중심 대 중심의 최단 거리 A는 35 ㎜이다. 성분 1과 성분 2로 이루어진 졸 혼합물의 충전 높이 H는 315 ㎜였다. 윗 쪽에 있는 졸은, 로드들이 끼워지는 적합한 천공 평판으로 덮여진다. 겔화 및 겔의 노화가 일어난 후, 천공 평판은 분리되고, 개별 로드들이 당겨진다. 이후, 겔 바디가 틀로부터 분리되어 고압 살균기로 보내어진다. 겔 바디에 함유되어 있는 공극 액체는 이제 고압 살균기 내에서 초 임계 CO2에 의해 빠져나오게 되고, 겔은 추후 아 임계 건조의 대상이 된다. 마지막으로, 두께 273 ㎜인 폴리우레탄 에어로겔 천공 평판이 남게 된다.
대안적 구현예에서, 혼합물 1과 혼합물 2는 산 촉매 및 희석된 포름알데히드 수용액의 혼합물 소량과 레소르시놀(Resorcinol) 용액으로 이루어진다. 그러나 이 경우, 초 임계 건조 전에 수성 공극 액체는 적합한 용매 매질, 예를 들어 아세톤이나 에탄올로 교체될 필요가 있는데, 이 과정은 용매 교환에 의해 이루어진다.
에어로겔 평판의 산업상 제조
연속 관류식 반응기 내에서 산화규소 졸의 규산염 함량은 5.7%(SiO2로 측정)로 조정된다. 졸에는 겔화 촉매로서 암모니아가 제공되며, 이 졸은 네일 보드 양상의 삽입물이 존재하는 셸 형에 주입된다. 삽입물은, 그 위에, 보통은 도 1g와 유사하게 표면으로 확장된 바늘 모양 로드(직경 d가 1.5 ㎜이고, 길이 L은 70 ㎜이며, 육각형 가장자리 길이에 대응하는 중심 대 중심의 최단 거리 B는 10 ㎜)의 규칙적인 육각형 배열이 배치되어 있는, 기저 평판으로 이루어져 있다. 졸 혼합물의 충전 높이 H는 또한 70 ㎜이므로, 로드의 끝 부분만이 덮이게 된다. 그 다음, 졸은 제2 평판(커버 평판, 도시되지 않음)으로 덮인다. 겔화와 겔의 노화가 완료된 후, 커버 평판이 분리되고, 겔 평판이 틀로부터 분리되고 나서, 삽입물이 조심스럽게 분리된다. 관통 홀들이 제공된 겔 평판은 서서히 이동하는(7.3 m/h) 컨베이어 벨트로 옮겨진다. 이 겔 바디에는 헥사메틸디실록산(HMDSO) 85%와 염화수소산 희석 에탄올 15%로 이루어진 소수화제의 새로운 혼합물이 위로부터 분사되되, 이때 평판 위에 남게되는 과량의 액체는, 약간의 압축이 일어나는 펌프에 의해 컨베이어 벨트의 가스 투과성 막 재료 및 액체 투과성 막 재료를 통해 연속으로 흡인되어 빼내어진다. 75℃에서 교환 및 소수화 시간 6시간이 경과된 후, 평판은 150℃에서의 용매 건조에 의하여 건조된다.
비교 실시예
오늘날 관례로서 행하여지는 절차로서 채널 형성 엘리먼트가 사용되지 않는 표준 절차에 따라서, 다르지만 동일한 조건하에서 예상되는 교환 및 소수화 시간은 대략 25배 더 긴, 다시 말해서 150 시간인데, 이는 산업상의 방법에 허용되지 않는다.
추가의 구현예에서, 상기 실시예에 기술되어 있고, 본 발명의 방법에 따라서 제조된 에어로겔 평판에는 홀에 딱 들어맞는 에어로겔 실린더가 부하된다. 이러한 목적에 필요한 겔 실린더는 적합하게 선택된 폴리우레탄 겔 제제로 미리 제조된 후, CO2로부터 과임계적으로 건조된다.

Claims (15)

  1. a) 졸을 제조하고, 선택적으로 활성화하는 단계;
    b) 졸을 주형 틀(10)에 충전시키는 단계;
    c) 졸을 겔화시켜 겔(4)을 제조한 다음, 겔을 노화시키는 단계; 그리고 하기 단계 d) 및 e), 즉
    d) 공극 액체를 용매와 교환하는 단계; 및
    e) 노화 및 선택적으로는 반응제를 사용하는 용매 교환된 겔(6)을 화학 개질하는 단계
    중 적어도 하나의 단계와, 이후의
    f) 겔을 건조하여 에어로겔 재료를 제조하는 단계
    를 포함하는, 공극도가 적어도 0.55이고 평균 공극 크기가 10 ㎚ 내지 500 ㎚인 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법으로서,
    단계 b)에서 사용된 주형 틀에는 채널 형성 엘리먼트들(2; 14), 즉 엘리먼트들의 채널 방향에서 한정된 지정 최단 길이 L을 따라서 입체배열되어 있는 채널 형성 엘리먼트들이 다수 제공되고, 주형 틀에 충전된 졸의 모든 위치는 채널 형성 엘리먼트로부터 최장 거리 X만큼 떨어져 있어서, 15 ㎜ 이하의 X와, 3 초과의 L/X를 달성하는 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 채널 형성 엘리먼트는 서로 평행 배열된 파이프들의 번들들로서 입체배열되는데, 졸을 위한 주형 틀은 파이프들의 내부 공간들에 의해 형성되고, 용매 교환(단계 d)) 및/또는 겔의 화학 개질(단계 e))은, 바람직하게는 공급된 용매 또는 반응 매질의 강제 대류에 의하여 겔 노화(단계 c)) 중 일어난 수축으로 말미암아 겔과 제조된 채널 형성 엘리먼트 사이의 간극을 가로질러 주형 틀 내에서 직접 수행되는 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파이프는 모두 동일한 횡단면, 바람직하게는 육각형 모양의 횡단면을 가지는 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 선택적으로 용매 교환된 겔과, 선택적으로 화학 개질된 겔은 주형 틀로부터 겔 로드로서 분리되고, 이후에 건조 단계(단계 f))는 아 임계 건조에 의해 수행되는 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 채널 형성 엘리먼트는 서로 평행하여 배열된 로드 엘리먼트들의 번들들로서 입체배열되는데, 이때 졸을 위한 주형 틀은 로드 엘리먼트들 사이에 위치하는 공간에 의해 형성되고, 로드 엘리먼트들은 연속 채널들을 가지는 평판 모양의 겔 바디가 형성되는 방식으로, 겔화 및 노화 후 주형 틀로부터 채널 방향으로 당겨지며, 용매 교환(단계 d)) 및/또는 겔의 화학 개질(단계 e))은 용매 또는 반응제의 적용에 의해 수행되는 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서, 용매 또는 반응제의 적용은, 적어도 부분적으로 투과성인 흡인 평판에 겔 바디를 배치하고 나서, 이 평판의 밑면에 진공을 걸어주어 용매 또는 반응제가 배출되도록 함으로써 강제 대류에 의해 수행되고, 새로운 용매 또는 반응제는 상기 겔 바디로부터 공급되는 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    - 졸은 적어도 하나의 산 촉매 활성화될 수 있는 소수화제를 함유하는 알코올 용매 혼합물 중 산화규소 졸로서 제조되되, 다만 상기 졸 중 소수화제의 체적 분율은 5% 내지 60%이고;
    - 졸의 겔화는 염기의 첨가에 의해 개시되며;
    - 노화된 겔의 화학 개질이 수행되되, 다만 화학 개질은 소수화제와 상호작용하는 소수화 촉매 적어도 하나의 방출 또는 첨가에 의해 개시되는 소수화이고;
    - 겔의 건조는 아 임계 건조에 의해 수행되는 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 촉매 활성화 가능한 소수화제는 헥사메틸디실록산(HMDSO)인 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 졸 중 소수화제의 체적 분율은 20% 내지 50%, 구체적으로 25% 내지 40%, 더욱 구체적으로 34% 내지 38%인 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 알코올 용액 중 소수화 촉매는 트리메틸클로로실란(TMCS) 및/또는 HCl인 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 겔은 폴리머 기반 겔, 바람직하게 폴리이소시안산염 기반 겔인 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 선택적으로 활성화된 졸은 겔화 전 섬유 기반 매트릭스에 첨가되는 에어로겔 재료를 제조하기 위한 방법.
  13. 제5항에 의해 제조될 수 있는 에어로겔 평판으로 이루어진, 길이 방향의 홀들이 제공되고, 에어로겔 평판을 제조하기 위한 제1 전구체 생성물.
  14. 제2항에 의하여 제조될 수 있는 에어로겔 로드 다수 개로 이루어진 에어로겔 평판을 제조하기 위한 제1 전구체 생성물.
  15. 길이 방향의 홀들에, 제14항에 의한 제2 전구체 생성물의 에어로겔 로드들로서, 상기 홀들에 대응하는 모양을 가지는 로드들이 삽입되는, 제13항에 의한 제1 전구체 생성물로 이루어진 에어로겔 평판.
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