KR20220053624A - 다공성 물질로 제조된 복수의 바디의 제조 방법 - Google Patents

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르네 토마스 비그만
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토르벤 카민스키
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외르크 에르베스
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Abstract

본 발명은 졸-겔 공정에서 다공성 물질의 전구체로부터 유도된 다공성 물질로 제조된 복수의 바디(12)의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다: (i) 적어도 2종의 반응성 성분(CA, CB) 및 용매(S)를 포함하는 다공성 물질의 전구체를 바디(12)의 형상을 획정하는 몰드(10) 내로 충전하고, 겔 바디를 형성하는 단계, (ii) 단계 (i)을 반복하여 복수의 겔 바디(12)를 형성하는 단계, (iii) 겔 바디(12)가 다공성 물질의 전구체로부터 형성되는 소정의 시간 이후 몰드(10)로부터 겔 바디(12)를 제거하는 단계, (iv) 겔 바디(12)를 서로 인접하게 배열하는 단계, (v) 인접한 2개의 겔 바디(12) 사이에 스페이서(14)를 제공하여 바디 사이에 간극을 제공하는 단계, 및 (vi) 겔 바디(12)로부터 용매(S)를 제거하는 단계.

Description

다공성 물질로 제조된 복수의 바디의 제조 방법
본 발명은 졸-겔 공정에서 다공성 물질의 전구체로부터 유도된 다공성 물질로 제조된 복수의 바디의 제조 방법에 관한 것이다.
수 마이크론 또는 그보다 현저히 작은 크기 범위의 기공과 적어도 70%의 높은 다공성을 갖는 다공성 물질, 예를 들어, 고분자 발포체는 이론적 고려사항에 기초하여 특히 우수한 단열재이다.
이러한 작은 평균 기공 직경을 갖는 다공성 물질에는, 예를 들어, 졸-겔(sol-gel) 공정 및 후속 건조로 생성되는 유기 에어로겔(aerogel) 또는 크세로겔(xerogel)이 있다. 졸-겔 공정에서, 반응성 유기 겔 전구체를 기반으로 하는 졸이 먼저 생성된 다음, 가교 반응에 의해 졸이 겔화되어 겔을 형성한다. 겔로부터 다공성 물질, 예를 들어, 에어로겔 또는 크세로겔을 수득하기 위해, 액체는 제거되어야 한다. 이하에서 이러한 단계는 단순함을 위해 건조로 지칭될 것이다. 예를 들어, 에어로겔의 경우, 기공이 붕괴될 수 있어서, 통상적으로 특수한 건조 공정, 예컨대 이산화탄소를 사용하는 초임계 건조를 필요로 한다.
구체적으로, 다공성 물질의 제조 공정 동안, 반응성 전구체 및 용매를 포함하는 혼합물이 제공된다. 다공성 물질의 형상을 획정하기 위해, 상기 혼합물이 충전되는 몰드가 기본적으로 사용될 수 있다. 겔화 이후 및 건조 전 또는 건조 후에, 이에 따라 생성된 다공성 물질로 이루어진 바디는 공정 및 물질에 따라 몰드로부터 제거되어야 한다.
WO 2016/150684 A1은 다공성 물질의 제조 공정을 개시하며, 상기 공정은 적어도 유기 겔을 형성하기에 적합한 성분을 포함하는 조성물 (A) 및 용매 (B)를 포함하는 혼합물 (I)을 제공하는 단계, 용매 (B)의 존재하에 조성물 (A)의 성분을 반응시켜 겔을 형성하는 단계, 및 단계 b)에서 수득된 겔의 건조 단계를 포함하며, 여기서, 조성물 (A)는 포화 또는 불포화 모노카복실산의 알칼리 금속 및 알칼리 토금속, 암모늄, 이온성 액체 염으로 구성된 군으로부터 선택된 촉매 성분 (C1) 및 촉매 성분 (C2)로서 카복실산을 포함하는 촉매 시스템(CS)을 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 방식으로 수득될 수 있는 다공성 물질, 및 단열 재료로서의 및 진공 단열 패널에서의, 특히 내부 또는 외부 단열 시스템뿐만 아니라 물탱크 또는 제빙기 단열 시스템에서의 다공성 물질의 용도에 관한 것이다.
US 2005/0159497 A1은 화학적 감지제를 포함하는 에어로겔을 비롯한 모놀리식 에어로겔을 신속하게 제조하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 이러한 방법은 겔 전구체 용액 또는 미리 형성된 겔을 밀봉된 용기에 제공하여, 겔 또는 겔 전구체가 용기의 내부 체적을 적어도 부분적으로 채우며 밀봉된 용기가 핫 프레스의 대향 플레이트 사이에 위치되는 단계; 핫 프레스 플레이트를 통해 밀봉된 용기에 열 및 구속력을 인가하는 단계(구속력이 용기의 실질적인 환기를 최소화하기에 충분한 경우); 그 다음, 에어로겔을 형성하는데 효과적인 조건하에서 가해진 구속력을 제어 가능하게 해제하는 단계를 포함한다. 방법을 실행하기 위한 바람직한 장치는 상부 및 하부 프레스 플레이트, 및 상부 및 하부 플레이트 사이에 위치된 몰드를 갖는 핫 프레스의 형태이다. 도핑된 에어로겔 모놀리스 및 화학적 센서로서의 이의 용도가 또한 기재되어 있다.
몰드의 사용과 관련된 특정 문제는 CO2와 같은 이동상이 겔로부터 용매를 제거하기 위해 겔 표면에 도달해야 한다는 것이다. 용매를 제거하는 동안, 건조를 가능한 빨리 수행하기 위해 겔의 모든 측면에서 주변 대기로의 용매 확산이 바람직하다. 건조 시간은 겔의 임의의 지점과 주변 대기 사이의 최대 거리에 따라 기하급수적으로 증가하며, 이는 겔 두께 및 겔 표면에서 이동상으로의 접근성에 의해 영향을 받는다. 이동상에 대한 불투과성 표면을 갖는 일반적인 몰드는 겔의 모든 측면으로 이동상의 접근성이 감소하기 때문에 겔화된 바디로부터 용매의 최적의 제거를 허용하지 않음에 따라, 특히 두꺼운 겔의 경우에 겔화된 바디를 몰드로부터 제거하고 별도로 건조하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 일부 경우에 겔화된 바디는 형상이 안정적이지 않으며 건조하는 동안 지지되어야 한다. 여러 겔 바디가 동시에 건조되는 경우 이동상이 모든 측면에서 모든 겔 바디에 접근할 수 있도록 서로 분리되어야 한다.
이에 따라 본 발명의 목적은 상기 언급된 단점을 피하는 것이다. 특히, 겔화된 바디를 원하는 형상으로 유지하고 겔로부터 용매를 시간 효율적으로 제거할 수 있는 다공성 물질로 이루어진 바디를 제조하는 방법이 제공되어야 한다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 졸-겔 공정에서 다공성 물질의 전구체로부터 유도된 다공성 물질로 제조된 복수의 바디의 제조 방법에 의해 해결되며, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:
(i) 적어도 2종의 반응성 성분(CA, CB) 및 용매(S)를 포함하는 다공성 물질의 전구체를 바디의 형상을 획정하는 몰드에 충전하고, 겔 바디를 형성하는 단계,
(ii) 단계 (i)을 반복하여 복수의 겔 바디를 형성하는 단계,
(iii) 다공성 물질의 전구체로부터 바디가 형성되는 소정의 시간 후 몰드에서 겔 바디를 제거하는 단계,
(iv) 바디를 서로 인접하게 배열하는 단계,
(v) 인접한 2개의 겔 바디 사이에 적어도 하나의 스페이서를 제공하여 바디 사이에 간극을 제공하는 단계,
(vi) 겔 바디로부터 용매(S)를 제거하는 단계.
본 명세서에서 사용된 용어 "스페이서"는 일반적인 용어이며, 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 통상적이고 관례적인 의미가 부여되어야 하고, 특별하거나 또는 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이러한 용어는 구체적으로 채워지지 않거나 또는 고체 물질이 없는 부품 사이에 간극을 제공하면서 어셈블리에서 두 부품을 분리하도록 구성된 고체 물질을 제한없이 지칭할 수 있다. 본 명세서에서, 스페이서는 인접한 겔 바디 사이의 간극으로 인접한 2개의 겔 바디를 분리하도록 구성된다. 또한, 스페이서는 특히 서로 대면하는 겔 바디의 측면에서 인접한 2개의 겔 바디에 기계적 지지를 제공하도록 구성될 수 있다. 인접한 2개의 겔 바디의 분리로 인해, 스페이서의 고체 물질로 채워지지 않은 간극이 인접한 겔 바디 사이에 형성된다. 간극은 겔 바디로부터 간극을 통해서도 용매를 제거할 수 있게 한다. 달리 말하면, 용매가 또한 간극을 통해 흐를 수 있으므로, 스페이서에 의해 형성된 간극은 겔 바디의 모든 면에서 및 스페이서가 위치되는 측면에서도 겔 바디로부터 용매를 제거할 수 있게 한다. 이러한 목적을 위해, 스페이서는 겔 바디를 건조하는 동안 용매가 이동할 수 있는 상당하고 소정의 양의 개방 영역 또는 체적을 제공하도록 형성된다.
본 발명의 방법에 따르면, 놀랍게도, 인접한 겔 바디 사이에 특별히 설계된 스페이서의 제공으로 인해, 겔 바디의 형상을 유지하기 위한 겔 바디에 대한 충분한 기계적 지지뿐만 아니라 이동상에 의해 용매의 시간 효율적인 제거를 가능하게 하는 겔 바디 사이의 충분한 간극이 실현될 수 있다는 것이 발견되었다. 용매를 제거하면 용매를 포함하는 공동에 의해 형성된 기공이 남는다. 이에 따라, 용매를 제거한 후 바디는 다공성이며, 따라서 다공성 물질로 이루어진 바디로서 식별될 수 있다.
본 발명의 다공성 물질은 바람직하게는 에어로겔 또는 크세로겔이다.
스페이서는 서로 연결된 제1 그리드 및 제2 그리드를 포함하는 그리드 어셈블리일 수 있고, 여기서, 제1 그리드는 제1 개구부를 포함하며 제2 그리드는 제2 개구부를 포함하고, 제1 개구부 및 제2 개구부는 서로 시프트된다. 이에 따라, 제1 및 제2 개구부는 2개의 그리드의 평면에 개구 경로를 생성하여 겔로부터의 용매를 포함하는 이동상이 이를 통해 흐르도록 한다.
그리드 어셈블리는 1.0㎜ 내지 4.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 3.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 2.5㎜의 두께를 포함할 수 있다. 이에 따라, 그리드 어셈블리는 겔 바디를 기계적으로 지지하여 이의 형상을 유지하기에 충분히 안정적이다.
제1 개구부 및/또는 제2 개구부는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 개구부에 대한 광범위한 가능한 배열이 가능하다.
제1 개구부 및/또는 제2 개구부는 동일하거나 상이한 개구부 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라, 개구부 영역은 바디 형상 등과 같은 각각의 적용에 조정될 수 있다.
제1 개구부 및/또는 제2 개구부는 동일하거나 상이한 형상을 포함할 수 있다. 이에 따라, 개구부에 대한 광범위한 가능한 형상이 가능하다.
제1 개구부 및/또는 제2 개구부는 원형, 난형, 타원형, 다각형, 둥근 모서리를 포함하는 다각형, 직사각형 또는 정사각형 형상을 포함할 수 있다. 이에 따라, 개구부에 대한 광범위한 가능한 형상이 가능하다.
방법은 또한 전기 소산성이며 겔 바디에 비점착성인 물질로 제조된 코팅을 제1 그리드 및/또는 제2 그리드의 표면에 적어도 부분적으로 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그리드에 전기 소산성이며 다공성 물질의 전구체 및 바디에 비점착성인 물질로 제조된 코팅이 제공될 수 있으므로, 전구체와 접촉하도록 의도된 그리드의 영역은 전구체, 다공성 물질 및/또는 이의 임의의 중간 생성물에 대한 점착이 방지된다. 이에 따라, 다공성 물질로 이루어진 바디는 그리드로부터 확실하고 완전하게 제거될 수 있다. 또한, 코팅이 전기 소산성 물질로 이루어지기 때문에, 그리드, 졸 및/또는 겔의 정전하로 인한 폭발이 방지되어 그리드는 폭발 보호 환경에서 사용될 수 있다.
제1 및 제2 개구부의 전체 개구부 영역은 바디의 대면하는 외표면의 40% 내지 95%일 수 있다. 이에 따라, 다소 큰 개구부 영역이 실현될 수 있다.
방법은 겔 바디 각각을 스페이서와 함께 일체로, 바람직하게는 모놀리식으로 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이에 따라, 스페이서는 인접한 겔 바디 사이의 스페이서 역할을 하는 별도의 구성 부재의 제공을 피하는 바디의 일부로서 형성될 수 있다.
스페이서는 겔 바디의 적어도 하나의 표면으로부터 돌출된 복수의 돌출부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 돌출부는 인접한 겔 바디 사이에 간극을 제공하는 역할을 한다.
방법은 겔 바디 각각의 하나의 표면에만 돌출부를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서, 겔 바디는 서로 인접하게 배열되어 겔 바디 중 하나의 돌출부를 포함하는 표면이 각각의 인접한 바디의 돌출부가 없는 표면과 대면한다. 이에 따라, 돌출부는 겔 바디 자체에 형성될 수 있으므로 별도의 스페이서가 생략될 수 있다. 그러므로, 공정 단계는 적어도 하나의 단계가 감소된다.
돌출부 각각은 1.0 내지 5.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 4.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 2.5㎜의 직경을 갖는 원형 단면 형상을 포함할 수 있다. 이에 따라, 돌출부가 다소 작더라도, 간극을 제공하기에 충분한 치수이다.
돌출부는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 돌출부는 충분한 간극을 제공하는 한 적절하게 배열될 수 있다.
돌출부는 동일하거나 상이한 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 돌출부는 충분한 간극을 제공하는 한 적절한 형상을 가질 수 있다.
돌출부는 0.1㎜ 내지 20.0㎜, 바람직하게는 0.5㎜ 내지 5.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.0㎜ 내지 3.0㎜의 높이를 가질 수 있다. 이러한 높이는 인접한 바디로부터의 거리, 및 이에 따른 간극을 획정한다. 획정된 높이는 겔 바디의 공간적 배열 및 그 사이 간극을 최적화한다.
돌출부는 인접한 돌출부의 외표면 사이의 최소 거리가 0.1㎜, 바람직하게는 0.5㎜가 되도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 돌출부 사이에 용매의 충분한 흐름이 보장된다.
돌출부는 원뿔대로서 형성될 수 있다. 이에 따라, 돌출부 이웃하는 바디의 손상을 방지하도록 하는 날카로운 끝이 아닌 평평한 선단을 가진다.
방법은 겔 바디로부터 용매(S)를 제거한 후 돌출부를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이에 따라, 바디는 방법의 마지막에서 평면이어서, 바디는 절연 슬래브와 같은 바디의 일부 적용에 장애물이 될 수도 있는 임의의 불균일한 부분을 포함하지 않는다.
겔 바디는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성될 수 있으며, 여기서, 겔 바디는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열된다. 이에 따라, 슬래브는 제거 단계 동안 실질적으로 수직 배향될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "실질적으로 수직"은 10° 이하 및 바람직하게는 5° 이하의 정확한 수직 배향으로부터의 편차를 의미하는 것으로 이해된다.
택일적으로, 겔 바디는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성될 수 있으며, 여기서, 겔 바디는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수평 배향되도록 배열된다. 이에 따라, 슬래브는 제거 단계 동안 실질적으로 수평 배향될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "실질적으로 수평"은 10° 이하 및 바람직하게는 5° 이하의 정확한 수평 배향으로부터의 편차를 의미하는 것으로 이해된다.
겔 바디는 가장 큰 치수를 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 모서리가 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열될 수 있다.
겔 바디는 슬래브로서 형성될 수 있으며, 여기서, 슬래브는 적어도 10㎝의 길이 및 적어도 10㎝ 범위의 폭을 포함한다. 이러한 슬래브는 슬래브 분리와 같은 광범위한 기술 적용 분야를 포함한다. 실용적인 이유로, 길이 및/또는 폭에 대한 상한선은 200㎝ 또는 심지어 100㎝일 수 있다.
겔 바디는 슬래브로서 형성될 수 있으며, 여기서, 슬래브는 적어도 0.5㎜의 두께를 포함한다. 실용적인 이유로, 두께에 대한 상한선은 25.0㎜, 20.0㎜ 또는 심지어 15.0㎜일 수 있다. 이러한 슬래브는 슬래브 분리와 같은 광범위한 기술 적용 분야를 포함한다.
스페이서는 그리드 개구부를 포함하는 그리드일 수 있다. 이에 따라, 충분한 지지뿐만 아니라 이웃하는 겔 바디 사이의 간극이 제공된다.
그리드는 바디를 보유하며 바디가 다른 그리드에 계합되지 않고 그 위에 배치된 또 다른 그리드를 지지하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 겔 바디의 편향 또는 변형이 방지될 수 있다.
그리드는 외부 림(rim)을 포함할 수 있으며, 여기서, 외부 림은 바디가 다른 그리드에 계합되지 않고 그 위에 배치된 또 다른 그리드를 지지하도록 구성된다. 이에 따라, 바디는 그리드에서 잘 보호된다.
그리드 개구부는 동일하거나 상이한 개구부 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라, 개구부 영역은 적절하게 획정될 수 있다.
그리드 개구부는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 개구부 영역은 적절하게 배열될 수 있다.
그리드는 개구부를 획정하는 스트럿(strut)을 포함할 수 있으며, 여기서, 스트럿은 1.0㎜ 내지 5.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 4.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 4.0㎜의 폭을 포함할 수 있다. 이에 따라, 바디의 충분한 지지뿐만 아니라 충분한 개구부 영역이 주어진다.
겔 바디는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성될 수 있으며, 여기서, 겔 바디는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체 형상, 원통형 또는 다각형의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열된다. 이에 따라, 슬래브는 제거 단계 동안 실질적으로 수평 배향될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "실질적으로 수직"은 10° 이하, 바람직하게는 5° 이하의 정확한 평행 배향으로부터의 편차를 의미하는 것으로 이해된다.
방법은 또한 전기 소산성이며 겔 바디에 비점착성인 물질로 제조된 코팅을 그리드의 표면에 적어도 부분적으로 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 그리드의 표면에 적어도 부분적으로 전기 소산성이며 다공성 물질의 전구체 및 바디에 비점착성인 물질로 제조된 코팅이 제공되므로, 바디와 접촉하도록 의도된 그리드의 영역은 바디, 다공성 물질 및/또는 이의 임의의 중간 생성물에 대한 점착이 방지된다. 이에 따라, 다공성 물질로 이루어진 바디는 그리드로부터 확실하고 완전하게 제거될 수 있다. 또한, 코팅이 전기 소산성 물질로 이루어지기 때문에, 그리드, 졸 및/또는 겔의 정전하로 인한 폭발이 방지되어 그리드는 폭발 보호 환경에서 사용될 수 있다.
바디로부터 용매의 제거 단계는 초임계 건조 또는 대류 건조에 의해 수행될 수 있다. 이에 따라, 용매는 확실하게 제거될 수 있다.
부직포 직물, 금속 발포체 또는 소결된 시트의 레이어가 또한 스페이서로서 사용될 수 있다.
또한, 상기 기재된 공정에 따라 수득되거나 수득될 수 있는 다공성 물질로 이루어진 바디가 개시된다.
바디 또는 상기 기재된 공정에 따라 수득되거나 수득될 수 있는 바디는 단열 재료로서 또는 진공 단열 패널용으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 수득될 수 있는 다공성 물질은 유리한 열적 특성, 및 또한 간단한 가공성과 높은 기계적 안정성, 예를 들어, 낮은 취성과 같은 추가적인 유리한 특성을 가진다.
본 발명의 추가적인 발전에 따르면, 다공성 물질로 이루어진 바디는 내부 또는 외부 단열 시스템에 사용된다. 본 발명에 따라 수득될 수 있는 다공성 물질은 유리한 열적 특성, 및 또한 간단한 가공성과 높은 기계적 안정성, 예를 들어, 낮은 취성과 같은 추가적인 유리한 특성을 가진다.
바람직한 실시양태는 청구범위 및 명세서에서 발견될 수 있다. 바람직한 실시양태의 조합은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 사용되는 성분의 바람직한 실시양태가 하기에 기재된다.
유기 및 무기 에어로겔 및 크세로겔뿐만 아니라 이의 제조 공정은 최신 기술에 공지되어 있다. 졸-겔 공정에서, 반응성 겔 전구체를 기반으로 하는 졸이 먼저 생성된 다음, 가교 반응에 의해 졸이 겔화되어 겔을 형성한다. 겔로부터 다공성 물질, 예를 들어, 에어로겔을 수득하기 위해, 액체는 제거되어야 한다. 이러한 단계는 이하에서 단순함을 위해 건조로 지칭될 것이다.
유기(예를 들어, PU) 또는 무기(예를 들어, 실리카) 전구체를 기반으로 하는 겔 모놀리식 또는 입자는 바람직하게는 초임계 추출을 통해 (즉, 초임계 상태에서 매질, 예를 들어, CO2를 사용) 건조되어, 유기, 무기 또는 하이브리드 에어로겔을 수득할 수 있다는 것이 일반적으로 알려져 있다.
겔의 화학적 성질은 다양할 수 있다. 유기 겔이 제공되는 것이 가능하지만 무기 겔도 또한 본 발명에 따른 공정에 적용될 수 있다. 유기 또는 무기 겔을 제조하는 적합한 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 바람직하게는, 겔은 본 발명에 따른 유기 겔이다.
원칙적으로, 공정은 겔 화학에 의존하지 않는다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 임의의 유기 또는 무기 겔, 예를 들어, 유기 겔, 예컨대, 합성 고분자 또는 생체 고분자, 또는 무기 겔을 기반으로 하는 겔이 공정에 사용될 수 있다.
그러므로, 추가의 실시양태에 따르면, 본 발명은 또한 상기에 기재된 공정에 관한 것이며, 여기서, 겔은 유기 겔이다.
본 발명의 목적에 바람직한 유기 크세로겔 및 에어로겔이 하기에 기재된다.
유기 에어로겔 또는 크세로겔은 이소시아네이트 및 선택적으로 이소시아네이트에 대해 반응성인 다른 성분을 기반으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 유기 에어로겔 또는 크세로겔은 이소시아네이트 및 OH-작용성 및/또는 NH-작용성 화합물을 기반으로 할 수 있다.
본 발명에서는, 예를 들면, 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트, 또는 폴리우레아를 기반으로 하는 유기 크세로겔, 또는 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트, 또는 폴리우레아를 기반으로 하는 유기 에어로겔이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시양태는, 상기 기재된 바와 같이, 프로파일 및 프로파일에 의해 적어도 어느 정도 둘러싸이는 단열 코어를 포함하는 복합 요소를 제공하며, 여기서, 유기 다공성 물질은 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트, 또는 폴리우레아를 기반으로 하는 유기 크세로겔, 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트, 또는 폴리우레아를 기반으로 하는 유기 에어로겔, 및 이의 둘 이상의 조합의 군으로부터 선택된 것이다.
유기 에어로겔 또는 크세로겔이 이소시아네이트 및 이소시아네이트에 대해 반응성인 성분을 기반으로 하며, 여기서, 적어도 하나의 다작용성 방향족 아민이 이소시아네이트에 대해 반응성인 성분으로서 사용되는 것이 특히 바람직하다. 유기 크세로겔 또는 에어로겔은 폴리우레아 및/또는 폴리이소시아누레이트를 기반으로 하는 것이 바람직하다.
"폴리우레아를 기반으로 하는"은 유기 크세로겔 또는 에어로겔에서 단량체 단위의 결합부의 적어도 50mol%, 바람직하게는 적어도 70mol%, 특히 적어도 90mol%가 우레탄 결합부 형태를 취하는 것을 의미한다. "폴리우레아를 기반으로 하는"은 유기 크세로겔 또는 에어로겔에서 단량체 단위의 결합부의 적어도 50mol%, 바람직하게는 적어도 70mol%, 특히 적어도 90mol%가 우레아 결합부 형태를 취하는 것을 의미한다. "폴리이소시아누레이트를 기반으로 하는"은 유기 크세로겔 또는 에어로겔에서 단량체 단위의 결합부의 적어도 50mol%, 바람직하게는 적어도 70mol%, 특히 적어도 90mol%가 이소시아누레이트 결합부 형태를 취하는 것을 의미한다. "폴리우레아 및/또는 폴리이소시아누레이트를 기반으로 하는"은 유기 크세로겔 또는 에어로겔에서 단량체 단위의 결합부의 적어도 50mol%, 바람직하게는 적어도 70mol%, 특히 적어도 90mol%가 우레아 및/또는 이소시아누레이트 결합부 형태를 취하는 것을 의미한다.
본 발명의 복합 요소는 또한 다양한 에어로겔 및 크세로겔의 조합을 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 목적을 위해 복합 요소가 복수의 단열 코어를 포함하는 것이 가능하다. 또한 본 발명의 목적을 위해 복합 요소가 유기 다공성 물질 이외에도, 또 다른 단열 물질, 예를 들어, 폴리우레탄을 포함하는 것이 가능하다.
유기 다공성 물질이라는 용어는 본 발명에 사용되는 유기 에어로겔 또는 크세로겔을 지칭하도록 하기에서 사용된다.
사용되는 유기 다공성 물질은 다음의 단계를 포함하는 공정에서 수득되는 것이 바람직하다:
(a) 선택적으로 성분 (a3)으로서의 물의 존재하에 및 선택적으로 적어도 하나의 촉매 (a4)의 존재하에, 용매에서 적어도 하나의 다작용성 이소시아네이트 (a1) 및 적어도 하나의 다작용성 방향족 아민 (a2)를 반응시키는 단계;
(b) 용매를 제거하여 에어로겔 또는 크세로겔을 제공하는 단계.
단계 (a)의 목적에 바람직하게는 사용되는 성분 (a1) 내지 (a4), 및 정량적 비율이 하기에서 설명된다.
용어 성분 (a1)은 모든 다작용성 이소시아네이트 (a1)에 대해 하기에서 사용된다. 이에 상응하게, 용어 성분 (a2)는 모든 다작용성 방향족 아민 (a2)에 대해 하기에서 사용된다. 언급된 단량체 성분이 유기 다공성 물질에 반응된 형태로 존재하는 것은 당업자에게 자명하다.
본 발명의 목적을 위해, 화합물의 작용가는 분자당 반응성 기의 개수를 의미한다. 단량체 성분 (a1)의 경우, 작용가는 분자당 이소시아네이트 기의 수이다. 단량체 성분 (a2)의 아미노 기의 경우에, 작용가는 분자당 반응성 아미노 기의 수이다. 여기서, 다작용성 화합물은 적어도 2의 작용가를 가진다.
상이한 작용가를 갖는 화합물의 혼합물이 성분 (a1) 또는 (a2)로서 사용되는 경우, 성분의 작용가는 각 경우에 개별 화합물의 작용가의 수 평균으로부터 구한다. 다작용성 화합물은 분자당 상기 언급된 작용기 중 적어도 2개를 포함한다.
성분 (a1)
성분 (a1)로서, 적어도 하나의 다작용성 이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 공정의 목적을 위해, 성분 (a1)의 사용되는 양은, 각 경우에 성분 (a1), (a2), 및, 관련되는 경우, (a3)의 전체 중량을 기준으로, 바람직하게는 적어도 20 중량%, 특히 적어도 30 중량%, 특히 바람직하게는 적어도 40 중량%, 특히 더욱 바람직하게는 적어도 55 중량%, 특히 적어도 68 중량%이며, 여기서, 전체 중량은 100 중량%이다. 본 발명의 공정의 목적을 위해, 성분 (a1)의 사용되는 양은 각 경우에 성분 (a1), (a2), 및, 관련되는 경우, (a3)의 전체 중량을 기준으로, 더욱 바람직하게는 최대 99.8 중량%, 특히 최대 99.3 중량%, 특히 바람직하게는 최대 97.5 중량%이며, 여기서, 전체 중량은 100 중량%이다.
사용될 수 있는 다작용성 이소시아네이트는 방향족, 지방족, 지환족, 및/또는 방향지방족 이소시아네이트이다. 이러한 유형의 다작용성 이소시아네이트는 그 자체로 공지되어 있거나, 또는 공지된 방법에 의해 그 자체로 제조될 수 있다. 다작용성 이소시아네이트는 특히 혼합물의 형태로 또한 사용될 수 있으며, 이러한 경우에 성분 (a1)은 다양한 다작용성 이소시아네이트를 포함한다. 단량체 유닛 (a1)로서 사용될 수 있는 다작용성 이소시아네이트는 단량체 성분의 분자당 2개 또는 2개 이상의 이소시아네이트 기를 가진다(여기서, 용어 디이소시아네이트는 전자에 대해 하기에 사용된다).
특히 적합한 화합물에는 디페닐메탄 2,2'-, 2,4'-, 및/또는 4,4'-디이소시아네이트(MDI), 나프틸렌 1,5-디이소시아네이트(NDI), 톨릴렌 2,4- 및/또는 2,6-디이소시아네이트(TDI), 3,3'-디메틸디페닐 디이소시아네이트, 1,2-디페닐에탄 디이소시아네이트, 및/또는 p-페닐렌 디이소시아네이트(PPDI), 트리-, 테트라-, 펜타-, 헥사-, 헵타-, 및/또는 옥타메틸렌 디이소시아네이트, 2-메틸펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 2-에틸부틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 부틸렌 1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸-시클로헥산(이소포론 디이소시아네이트, IPDI), 1,4- 및/또는 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산(HXDI), 시클로헥산 1,4-디이소시아네이트, 1-메틸시클로헥산 2,4- 및/또는 2,6-디이소시아네이트, 및 디시클로헥실메탄 4,4'-, 2,4'-, 및/또는 2,2'-디이소시아네이트가 있다.
방향족 이소시아네이트는 다작용성 이소시아네이트 (a1)로서 바람직하다. 이것은 특히 성분 (a3)으로서 물이 사용되는 경우 적용된다.
성분 (a1)의 다작용성 이소시아네이트의 특히 바람직한 실시양태는 다음과 같다:
i) 톨릴렌 디이소시아네이트(TDI)를 기반으로 하는 다작용성 이소시아네이트, 특히 2,4-TDI 또는 2,6-TDI 또는 2,4- 및 2,6-TDI의 혼합물;
ii) 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)를 기반으로 하는 다작용성 이소시아네이트, 특히 2,2'-MDI 또는 2,4'-MDI 또는 4,4'-MDI 또는 올리고머성 MDI(또한 폴리페닐 폴리메틸렌 이소시아네이트라고도 지칭함), 또는 상기 언급된 디페닐메탄 디이소시아네이트 중 2개 또는 3개의 혼합물, 또는 미정제 MDI(MDI의 제조 동안 발생), 또는 MDI 중 적어도 하나의 올리고머 및 상기 언급된 저분자량 MDI 유도체 중 적어도 하나의 혼합물;
iii) 실시양태 i) 중 적어도 하나의 방향족 이소시아네이트 및 실시양태 ii) 중 적어도 하나의 방향족 이소시아네이트의 혼합물.
올리고머성 디페닐메탄 디이소시아네이트가 다작용성 이소시아네이트로서 특히 바람직하다. 올리고머성 디페닐메탄 디이소시아네이트(하기에서 올리고머성 MDI라고 지칭함)는 복수의 올리고머성 축합물 및 이에 따른 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)의 유도체의 혼합물을 포함한다. 다작용성 이소시아네이트는 바람직하게는 단량체성 방향족 디이소시아네이트 및 올리고머성 MDI의 혼합물로 또한 구성될 수 있다.
올리고머성 MDI는 2 초과, 특히 3 또는 4 또는 5의 작용가를 갖는 MDI의 하나 이상의 다핵 축합물을 포함한다. 올리고머성 MDI는 공지되어 있으며 폴리페닐 폴리메틸렌 이소시아네이트 또는 중합체성 MDI로 지칭된다. 올리고머성 MDI는 보통 상이한 작용가를 갖는 MDI 기반의 이소시아네이트의 혼합물로 구성된다. 올리고머성 MDI는 보통 단량체성 MDI와의 혼합물로 사용된다.
올리고머성 MDI를 포함하는 이소시아네이트의 (평균) 작용가는 약 2.2 내지 약 5, 특히 2.4 내지 3.5, 특히 2.5 내지 3의 범위로 달라질 수 있다. 상이한 작용기를 갖는 MDI-기반의 다작용성 이소시아네이트의 이러한 유형의 혼합물은 특히 MDI의 제조 동안 생성되는 미정제 MDI이며, 이는 일반적으로 염산에 의한 촉매 작용으로 미정제 MDI 제조의 중간 생성물의 형태로 생성된다.
다작용성 이소시아네이트 및 MDI 기반의 복수의 다작용성 이소시아네이트의 혼합물은 공지되어 있으며, 예를 들면, BASF Polyurethanes GmbH에 의해 상표명 Lupranat®으로 시판되어 있다.
성분 (a1)의 작용가는 적어도 2, 특히 적어도 2.2 및 특히 바람직하게는 적어도 2.4인 것이 바람직하다. 성분 (a1)의 작용가는 바람직하게는 2.2 내지 4 및 특히 바람직하게는 2.4 내지 3이다.
성분 (a1) 중 이소시아네이트 기의 함량은 바람직하게는 5 내지 10mmol/g, 특히 6 내지 9mmol/g, 특히 바람직하게는 7 내지 8.5mmol/g이다. 당업자는 이소시아네이트 기의 함량(mmol/g)과 당량 중량(g/당량)으로 알려진 특성이 상호 관계가 있음을 알고 있다. 이소시아네이트 기의 함량(mmol/g)은 ASTM D5155-96 A에 따라 중량%의 함량으로 수득된다.
바람직한 일 실시양태에서, 성분 (a1)은 디페닐메탄 4,4'-디이소시아네이트, 디페닐메탄 2,4'-디이소시아네이트, 디페닐메탄 2,2'-디이소시아네이트, 및 올리고머성 디페닐메탄 디이소시아네이트로부터 선택된 적어도 하나의 다작용성 이소시아네이트로 구성된다. 이러한 바람직한 실시양태의 목적을 위해, 성분 (a1)은 특히 바람직하게는 올리고머성 디페닐메탄 디이소시아네이트를 포함하며 적어도 2.4의 작용가를 가진다.
사용되는 성분 (a1)의 점도는 광범위하게 다양할 수 있다. 성분 (a1)은 100 내지 3000 mPa.s, 특히 200 내지 2500mPa.s의 점도를 갖는 것이 바람직하다.
성분 (a2)
본 발명은, 성분 (a2)로서, 적어도 하나의 다작용성 OH-작용기화된 또는 NH-작용기화된 화합물을 사용한다.
본 발명에서 바람직한 공정의 목적을 위해, 성분 (a2)는 적어도 하나의 다작용성 방향족 아민이다.
성분 (a2)는 어느 정도는 인 시츄(in situ)로 생산될 수 있다. 이러한 유형의 실시양태에서, 단계 (a)의 목적을 위한 반응은 물 (a3)의 존재하에 일어난다. 물은 이소시아네이트 기와 반응하여 CO2를 방출하면서 아미노 기를 제공한다. 따라서 다작용성 아민은 어느 정도 중간 생성물로서 생성된다(인 시츄). 반응 과정 동안, 이소시아네이트 기와 반응하여 우레아 결합부를 제공한다.
이러한 바람직한 실시양태에서, 반응은 물 (a3) 및 성분 (a2)로서 다작용성 방향족 아민의 존재하에, 및 또한 선택적으로 촉매 (a4)의 존재하에 수행된다.
마찬가지로 바람직한 또 다른 실시양태에서, 성분 (a1)과 성분 (a2)로서 다작용성 방향족 아민의 반응은 선택적으로 촉매 (a4)의 존재하에 수행된다. 여기에는 물 (a3)이 존재하지 않는다.
다작용성 방향족 아민은 그 자체로 당업자에게 공지되어 있다. 다작용성 아민은 분자당 이소시아네이트에 대해 반응성인 적어도 2개의 아미노 기를 갖는 아민이다. 여기서 이소시아네이트에 대해 반응성인 기는 1차 및 2차 아미노 기이고, 여기서, 1차 아미노 기의 반응성은 일반적으로 2차 아미노 기의 반응성보다 매우 높다.
다작용성 방향족 아민은 바람직하게는 2개의 1차 아미노 기를 갖는 이핵 방향족 화합물(이작용성 방향족 아민), 2개 초과의 1차 아미노 기를 갖는 것에 상응하는 트리- 또는 다핵 방향족 화합물, 또는 상기 언급된 화합물의 혼합물이다. 성분 (a2)의 특히 바람직한 다작용성 방향족 아민은 디아미노디페닐메탄의 이성질체 및 유도체이다.
언급된 이작용성 이핵 방향족 아민은 특히 바람직하게는 하기 일반식 I의 아민이며,
Figure pct00001
(I)
여기서 R1 및 R2는 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 수소 및 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 기로부터 상호 독립적으로 선택되며, 여기서, 모든 치환기 Q1 내지 Q5 및 Q1' 내지 Q5'가 동일하거나 또는 상이하고, 수소, 1차 아미노 기, 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 기로부터 상호 독립적으로 선택되고, 여기서, 알킬 기는 추가의 작용기를 가질 수 있으며, 단, 일반식 I의 화합물은 적어도 2개의 1차 아미노 기를 포함하며, 여기서, Q1, Q3, 및 Q5 중 적어도 하나는 1차 아미노 기이고, Q1', Q3', 및 Q5' 중 적어도 하나는 1차 아미노 기이다.
하나의 실시양태에서, 일반식 I의 치환기 Q의 목적을 위한 알킬 기는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 및 tert-부틸로부터 선택된다. 이러한 유형의 화합물은 이하에서 치환된 방향족 아민 (a2-s)으로 지칭된다. 그러나, 마찬가지로 치환기 Q 모두가 상기 정의된 바와 같은 아미노 기(사용된 용어는 비치환된 다작용성 방향족 아민)이 아닌 한, 수소인 것이 바람직하다.
일반식 I의 목적을 위한 R1 및 R2는 동일하거나 또는 상이하고, 수소, 1차 아미노 기, 및 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 기로부터 상호 독립적으로 선택되는 것이 바람직하다. R1 및 R2가 수소 및 메틸로부터 선택되는 것이 바람직하다. 특히 R1 = R2 = H인 것이 바람직하다.
다른 적합한 다작용성 방향족 아민 (a2)는 특히 톨루엔디아민의 이성질체 및 유도체이다. 성분 (a2)의 목적을 위한 톨루엔디아민의 특히 바람직한 이성질체 및 유도체는 톨루엔-2,4-디아민 및/또는 톨루엔-2,6-디아민, 및 디에틸톨루엔디아민, 특히 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및/또는 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민이다.
성분 (a2)가 4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2'-디아미노디페닐메탄, 및 올리고머성 디아미노디페닐메탄으로부터 선택된 적어도 하나의 다작용성 방향족 아민을 포함하는 것이 특히 더욱 바람직하다.
올리고머성 디아미노디페닐메탄은 아닐린 및 포름알데하이드의 하나 이상의 다핵 메틸렌-가교된 축합물을 포함한다. 올리고머성 MDA는 적어도 하나, 그렇지만 일반적으로 복수의, 2 초과, 특히 3 또는 4 또는 5의 작용가를 갖는 MDA의 올리고머를 포함한다. 올리고머성 MDA는 공지되어 있거나 또는 공지된 방법에 의해 그 자체로 제조될 수 있다. 올리고머성 MDA는 일반적으로 단량체성 MDA와의 혼합물의 형태로 사용된다.
성분 (a2)의 다작용성 아민의 (평균) 작용가는, 이러한 아민이 올리고머성 MDA를 포함하는 경우, 약 2.3 내지 약 5, 특히 2.3 내지 3.5, 및 특히 2.3 내지 3의 범위 내에서 달라질 수 있다. 다양한 작용기를 갖는 MDA 기반의 다작용성 아민의 이러한 혼합물 중 하나는 특히 미정제 MDA이며, 이는 특히 일반적으로 염산에 의해 촉매되는, 미정제 MDI의 제조에서 중간 생성물로서 포름알데하이드와 아닐린의 축합 반응 동안 생성된다.
적어도 하나의 다작용성 방향족 아민은 디아미노디페닐메탄 또는 디아미노디페닐메탄의 유도체를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 적어도 하나의 다작용성 방향족 아민은 올리고머성 디아미노디페닐메탄을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 성분 (a2)는 화합물 (a2)로서 올리고머성 디아미노디페닐메탄을 포함하며 이의 전체 작용가는 적어도 2.1인 것이 특히 바람직하다. 특히, 성분 (a2)는 올리고머성 디아미노디페닐메탄이며, 이의 작용가는 적어도 2.4이다.
본 발명의 목적을 위해 1차 아미노 기의 반응성을 성분 (a2)의 목적을 위해 치환된 다작용성 방향족 아민을 사용하여 제어하는 것이 가능하다. 언급되고 하기 명시된, 치환된 다작용성 방향족 아민은, 이하에서 (a2-s)로 지칭되며, 단독으로 또는 상기 언급된 (비치환된) 디아미노디페닐메탄과 혼합물로 사용될 수 있다(여기서 화학식 I의 모든 Q는 NH2가 아닌 경우 수소이다).
이러한 실시양태에서, 상기 기재된 화학식 I의 목적을 위한 Q2, Q4, Q2' 및 Q4'는 수반되는 정의를 비롯하여 일반식 I의 화합물이 방향족 고리에 결합된 적어도 하나의 1차 아미노 기에 대해 α-위치에 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 추가적인 작용기를 가질 수 있는, 적어도 하나의 선형 또는 분지형 알킬 기를 갖는 방식으로 바람직하게는 선택된다. 이러한 실시양태에서 Q2, Q4, Q2' 및 Q4'는, 치환된 방향족 아민 (a2-s)가 각각 α-위치에 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 1 또는 2개의 선형 또는 분지형 알킬 기를 갖는 적어도 2개의 1차 아미노 기를 포함하며, 이들이 추가적인 작용기를 가질 수 있는 방식으로 선택되는 것이 바람직하다. Q2, Q4, Q2' 및 Q4' 중 하나 이상이 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 기이며, 이들이 추가의 작용기를 포함할 수 있도록 선택되는 경우, 이러한 작용기로서 아미노 기 및/또는 하이드록시 기, 및/또는 할로겐 원자가 바람직하다.
아민 (a2-s)는 3,3',5,5'-테트라알킬-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3',5,5'-테트라알킬-2,2'-디아미노디페닐메탄, 및 3,3',5,5'-테트라알킬-2,4'-디아미노디페닐메탄으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하되, 여기서, 3,3',5 및 5' 위치의 알킬 기는 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 기로부터 상호 독립적으로 선택되고, 이들은 추가적인 작용기를 가질 수 있다. 상기 언급된 알킬 기 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸 또는 tert-부틸(각 경우에 비치환됨)이 바람직하다.
하나의 실시양태에서, 치환기 Q의 하나 이상의 알킬 기 중 하나의, 복수의, 또는 모든 수소 원자는 할로겐 원자, 특히 염소로 대체될 수 있다. 택일적으로서, 치환기 Q의 하나 이상의 알킬 기 중 하나의, 복수의, 또는 모든 수소 원자는 NH2 또는 OH로 대체될 수 있다. 그러나, 일반식 I의 목적을 위한 알킬 기는 탄소 및 수소로 구성되는 것이 바람직하다.
특히 바람직한 일 실시양태에서, 성분 (a2-s)는 3,3',5,5'-테트라알킬-4,4'-디아미노디페닐메탄을 포함하되, 여기서, 알킬 기는 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬 기로부터 독립적으로 선택되며, 여기서, 이들은 선택적으로 작용기를 가질 수 있다. 상기 언급된 알킬 기는 바람직하게는 비치환된 알킬 기, 특히 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 및 tert-부틸로부터, 특히 바람직하게는 메틸 및 에틸로부터 선택된다. 3,3',5,5'-테트라에틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 및/또는 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄인 것이 특히 매우 바람직하다.
성분 (a2)의 상기 언급된 다작용성 아민은 당업자에게 그 자체로 공지되어 있거나 또는 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 공지된 방법 중 하나는 아닐린 또는 아닐린의 유도체를 각각, 포름알데하이드, 산성 촉매와 반응시키는 것이다.
상기 설명한 바와 같이, 성분 (a3)으로서 물은 성분 (a1)의 추가의 다작용성 방향족 이소시아네이트의 사전에 계산된 양과 인 시츄에서 반응하여 상응하는 다작용성 방향족 아민을 제공한다는 점에서, 다작용성 방향족 아민을 어느 정도 대체할 수 있다.
용어 유기 겔 전구체 (A)는 성분 (a1) 내지 (a3)에 대해 하기에서 사용된다.
촉매 (a4)
바람직한 일 실시양태에서, 본 발명의 공정은 바람직하게는 성분 (a4)로서 적어도 하나의 촉매의 존재하에 수행된다.
사용될 수 있는 촉매는 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있으며, 이소시아네이트의 삼량체화를 가속화하고(이들은 삼량체화 촉매로서 공지되어 있음) 및/또는 이소시아네이트와 아미노 기의 반응을 가속화하고(이들은 겔 촉매로서 공지되어 있음), 및/또는 - 물이 사용되는 경우 - 이소시아네이트와 물의 반응을 가속화하는(이들은 발포 촉매로서 공지되어 있음) 임의의 촉매이다.
상응하는 촉매는 그 자체로 공지되어 있으며, 상기 언급된 3종류의 반응과 관련하여 상이한 방식으로 수행한다. 따라서 촉매는 성능에 따라 상기 유형 중 하나 이상에 할당될 수 있다. 게다가 당업자는 상기 반응 외의 반응도 또한 일어날 수 있음을 알고 있다.
상응하는 촉매는, 예를 들어, 문헌 [Polyurethane [Polyurethanes], 3rd edition, G. Oertel, Hanser Verlag, Munich, 1993, pp. 104 to 110]으로부터 예시로서 공지된 바와 같이, 이의 겔 대 발포 비를 기준으로 특성화될 수 있다.
성분 (a3)이 사용되지 않는, 즉, 물이 사용되지 않는 경우, 바람직한 촉매는 삼량체화 공정과 관련하여 상당한 활성을 가진다. 이는 네트워크 구조의 균질성에 유리한 영향을 미치며 특히 유리한 기계적 특성을 유도한다.
성분 (a3)으로서 물이 사용되는 경우, 바람직한 촉매 (a4)는 균형잡힌 겔 대 발포 비율을 가지며, 따라서 성분 (a1)과 물의 반응이 과도하게 가속화되지 않아 네트워크 구조에 부정적 영향을 미치고, 동시에 짧은 겔화 시간이 얻어지며, 이에 따라 이형 시간이 유리하게 짧아진다. 바람직한 촉매는 동시에 삼량체화와 관련하여 상당한 활성을 가진다. 이는 네트워크 구조의 균질성에 유리한 영향을 미치며 특히 유리한 기계적 특성을 제공한다.
촉매는 단량체 유닛(혼입성 촉매)일 수 있거나 또는 비혼입성일 수 있다.
성분 (a4)의 최소 유효량을 사용하는 것이 유리하다. 성분 (a1), (a2), 및 (a3)의 전체 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 5 중량부, 특히 0.1 내지 3 중량부, 특히 바람직하게는 0.2 내지 2.5 중량부 양의 성분 (a4)를 사용하는 것이 바람직하다.
성분 (a4)의 목적에 바람직한 촉매는 1차, 2차, 및 3차 아민, 트리아진 유도체, 유기금속 화합물, 금속 킬레이트, 4차 암모늄 염, 암모늄 수산화물, 및 또한 알칼리 금속과 알칼리 토금속의 수산화물, 알콕사이드 및 카복실레이트로 구성된 군으로부터 선택된다.
적합한 촉매는 특히 강염기, 예를 들어, 4차 암모늄 수산화물, 예를 들어, 알킬 모이어티에 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 테트라알킬암모늄 수산화물 및 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드, 알칼리 금속 수산화물, 예를 들어, 포타슘 하이드록사이드 또는 소듐 하이드록사이드, 및 알칼리 금속 알콕사이드, 예를 들어, 소듐 메톡사이드, 포타슘 에톡사이드 및 소듐 에톡사이드, 및 포타슘 이소프로폭사이드이다.
또 다른 적합한 삼량체화 촉매는, 특히, 카복실산의 알칼리 금속 염, 예를 들어, 포타슘 포르메이트, 소듐 아세테이트, 포타슘 아세테이트, 세슘 아세테이트, 암모늄 아세테이트, 포타슘 프로피오네이트, 포타슘 솔베이트, 포타슘 2-에틸헥사노에이트, 포타슘 옥타노에이트, 포타슘 트리플루오로아세테이트, 포타슘 트리클로로아세테이트, 소듐 클로로아세테이트, 소듐 디클로로아세테이트, 소듐 트리클로로아세테이트, 포타슘 아디페이트, 포타슘 벤조에이트, 소듐 벤조에이트, 10 내지 20개의 탄소 원자를 가지며 선택적으로 측면 OH 기를 갖는 포화 및 불포화 장쇄 지방산의 알칼리 금속 염이다.
다른 적합한 촉매는 특히 N-하이드록시알킬 4차 암모늄 카복실레이트, 예를 들어, 트리메틸하이드록시프로필암모늄 포르메이트이다.
적합한 유기인 화합물, 특히 포스포렌 산화물의 예로는, 1-메틸포스포렌 옥사이드, 3-메틸-1-페닐포스포렌 옥사이드, 1-페닐포스포렌 옥사이드, 3-메틸-1-벤질포스포렌 옥사이드이다.
유기금속 화합물은 겔 촉매로서 당업자에게 그 자체로 공지되어 있으며, 특히 마찬가지로 촉매 (a4)로서 적합하다. 유기주석 화합물, 예컨대, 틴 2-에틸헥사노에이트 및 디부틸틴 디라우레이트는 성분 (a4)의 목적에 바람직하다. 또한 금속 아세틸아세토네이트, 특히 아연 아세틸아세토네이트가 바람직하다.
3차 아민은 겔 촉매로서 및 삼량체화 촉매로서 당업자에게 그 자체로 공지되어 있다. 3차 아민은 특히 촉매 (a4)로서 바람직하다. 바람직한 3차 아민은 특히 N,N-디메틸벤질아민, N,N'-디메틸피페라진, N,N-디메틸시클로헥실아민, N,N',N"-트리스(디알킬아미노알킬)-s-헥사하이드로트리아진, 예를 들어, N,N',N"-트리스(디메틸아미노프로필)-s-헥사하이드로트리아진, 트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 비스(2-디메틸아미노에틸) 에테르, N,N,N,N,N-펜타메틸디에틸렌트리아민, 메틸이미다졸, 디메틸이미다졸, 아미노프로필이미다졸, 디메틸벤질아민, 1,6-디아자바이시클로[5.4.0]운덱-7-엔, 트리에틸아민, 트리에틸렌디아민(IUPAC: 1,4-디아자바이시클로[2,2,2]옥탄), 디메틸아미노에탄올아민, 디메틸아미노프로필아민, N,N-디메틸아미노에톡시에탄올, N,N,N-트리메틸아미노에틸에탄올아민, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 및 디이소프로판올아민, 메틸디에탄올아민, 부틸디에탄올아민, 및 하이드록시에틸아닐린이다.
성분 (a4)의 목적에 특히 바람직한 촉매는 N,N-디메틸시클로헥실아민, 비스(2-디메틸아미노에틸) 에테르, N,N,N,N,N-펜타메틸디에틸렌트리아민, 메틸이미다졸, 디메틸이미다졸, 아미노프로필이미다졸, 디메틸벤질아민, 1,6-디아자바이시클로[5.4.0]운덱-7-엔, 트리스디메틸아미노프로필헥사하이드로트리아진, 트리에틸아민, 트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 트리에틸렌디아민 (디아자바이시클로[2,2,2]옥탄), 디메틸아미노에탄올아민, 디메틸아미노프로필아민, N,N-디메틸아미노에톡시에탄올, N,N,N-트리메틸아미노에틸에탄올아민, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 메틸디에탄올아민, 부틸디에탄올아민, 하이드록시에틸아닐린, 금속 아세틸아세토네이트, 아세테이트, 프로피오네이트, 솔베이트, 에틸헥사노에이트, 옥타노에이트 및 벤조에이트로 구성된 군으로부터 선택된다.
본 발명의 목적에 바람직한 촉매 (a4)를 사용하면 개선된 기계적 특성을 갖는, 특히 개선된 압축 강도를 갖는 다공성 물질을 유도한다. 또한 촉매 (a4)를 사용하면, 다른 특성에 어떠한 악영향도 미치지 않고, 겔화 시간을 감소시켜, 즉, 겔화 반응을 가속시킨다.
용매
본 발명에 사용되는 유기 에어로겔 또는 크세로겔은 용매의 존재하에 제조된다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 용매는 액체 희석제, 즉 좁은 의미의 용매 뿐만 아니라 분산 매질도 포함한다. 혼합물은 특히 순용액(genuine solution), 콜로이드 용액, 또는 분산액, 예를 들어, 에멀전 또는 현탁액일 수 있다. 혼합물이 순용액인 것이 바람직하다. 용매는 단계 (a)의 조건하에서 액체인 화합물, 바람직하게는 유기 용매이다.
사용되는 용매는 원칙적으로 유기 화합물 또는 복수의 화합물의 혼합물을 포함하며, 여기서, 용매는 혼합물이 제공되는 온도 조건 및 압력 조건(약칭: 용액 조건) 하에서 액체이다. 용매의 구성은 용매가 유기 겔 전구체를 용해 또는 분산, 바람직하게는 용해시킬 수 있는 방식으로 선택된다. 유기 에어로겔 또는 크세로겔을 제조하기 위한 상기 바람직한 공정의 목적을 위해, 바람직한 용매는 유기 겔 전구체 (A)에 대한 용매, 즉 반응 조건하에서 유기 겔 전구체 (A)를 완전히 용해시키는 용매이다.
용매의 존재 하에서 반응의 초기 반응 생성물은 겔, 즉 용매에 의해 팽창된 점탄성 화학 네트워크이다. 형성되는 네트워크에 대한 우수한 팽창제인 용매는 일반적으로 미세 기공 및 작은 평균 기공 직경을 갖는 네트워크를 유도하는 반면, 형성되는 겔에 대한 불량한 팽창제인 용매는 일반적으로 큰 평균 기공 직경을 갖는 거친(coarse) 기공 네트워크를 유도한다.
따라서 용매의 선택은 원하는 기공 크기 분포 및 원하는 다공도에 영향을 미친다. 용매의 선택은 또한 일반적으로, 본 발명의 공정의 단계 (a) 동안 또는 후에 침전된 반응 생성물의 형성으로 인한 침전 또는 응집을 매우 실질적으로 방지하는 방식으로 수행된다.
적합한 용매가 선택된 경우, 침전된 반응 생성물의 비율은 혼합물의 전체 중량을 기준으로 일반적으로 1 중량% 미만이다. 특정 용매 중에 형성된 침전된 생성물의 양은 겔화점 전에 적합한 필터를 통해 반응 혼합물을 여과하여 중량법으로 측정할 수 있다.
사용될 수 있는 용매는 이소시아네이트 기반의 중합체용 용매인 것으로 선행 기술로부터 공지된 것이다. 여기서, 바람직한 용매는 성분 (a1), (a2) 및, 관련되는 경우, (a3)에 대한 용매, 즉, 반응 조건하에서 성분 (a1), (a2) 및, 관련되는 경우, (a3)의 성분을 실질적으로 완전히 용해시키는 용매이다. 용매가 성분 (a1)에 대해 불활성인 것, 즉 이에 대해 반응성이지 않은 것이 바람직하다.
사용될 수 있는 용매의 예로는 케톤, 알데하이드, 알킬 알카노에이트, 아미드, 예컨대, 포름아미드 및 N-메틸피롤리돈, 설폭사이드, 예컨대, 디메틸 설폭사이드, 지방족 및 지환족 할로겐화 탄화수소, 할로겐화 방향족 화합물, 및 불소 함유 에테르이다. 또한 상기 언급된 화합물의 둘 이상으로 이루어진 혼합물을 사용하는 것이 가능하다.
아세탈, 특히 디에톡시메탄, 디메톡시메탄 및 1,3-디옥솔란이 또한 용매로서 사용될 수 있다.
디알킬 에테르 및 사이클릭 에테르가 또한 용매로서 적합하다. 바람직한 디알킬 에테르는 특히 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 에테르, 특히 메틸 에틸 에테르, 디에틸 에테르, 메틸 프로필 에테르, 메틸 이소프로필 에테르, 프로필 에틸 에테르, 에틸 이소프로필 에테르, 디프로필 에테르, 프로필 이소프로필 에테르, 디이소프로필 에테르, 메틸 부틸 에테르, 메틸 이소부틸 에테르, 메틸 tert-부틸 에테르, 에틸-n-부틸 에테르, 에틸 이소부틸 에테르, 및 에틸 tert-부틸 에테르이다. 특히 바람직한 사이클릭 에테르는 테트라하이드로퓨란, 디옥산 및 테트라하이드로피란이다.
다른 바람직한 용매는 알킬 알카노에이트, 특히 메틸 포르메이트, 메틸 아세테이트, 에틸 포르메이트, 부틸 아세테이트 및 에틸 아세테이트이다. 바람직한 할로겐화 용매는 WO 00/24799의 4쪽 12번째 줄 내지 5쪽 4번째 줄에 기재되어 있다.
알데하이드 및/또는 케톤이 바람직한 용매이다. 용매로서 적합한 알데하이드 또는 케톤은 일반식 R2-(CO)-R1에 상응하는 것이되, 여기서, R1 및 R2는 수소, 또는 1, 2, 3 또는 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다. 적합한 알데하이드 또는 케톤은 특히 아세트알데하이드, 프로피온알데하이드, n-부티르알데하이드, 이소부티르알데하이드, 2-에틸부티르알데하이드, 발레르알데하이드, 이소펜트알데하이드, 2-메틸펜트알데하이드, 2-에틸헥스알데하이드, 아크롤레인, 메타크롤레인, 크로톤알데하이드, 퓨퓨랄, 아크롤레인 이량체, 메타크롤레인 이량체, 1,2,3,6-테트라하이드로벤즈알데하이드, 6-메틸-3-시클로헥센알데하이드, 시안아세트알데하이드, 에틸 글리옥실레이트, 벤즈알데하이드, 아세톤, 디에틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 n-부틸 케톤, 에틸 이소프로필 케톤, 2-아세틸퓨란, 2-메톡시-4-메틸펜탄-2-온, 시클로헥사논 및 아세토페논이다. 상기 언급된 알데하이드 및 케톤은 또한 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 용매로서, 치환기당 최대 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 갖는 케톤 및 알데하이드인 것이 특히 바람직하다. 일반식 R1(CO)R2의 케톤이 특히 매우 바람직하며, 여기서, R1 및 R2는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 상호 독립적으로 선택된다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 케톤은 아세톤이다. 또 다른 바람직한 실시양태, 2개의 치환기 R1 및/또는 R2 중 적어도 하나는 적어도 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 포함하며, 특히 메틸 에틸 케톤이다. 상기 언급된 특히 바람직한 케톤을 본 발명의 공정과 조합으로 사용하면, 특히 작은 평균 기공 직경을 갖는 다공성 물질을 제공한다. 생성된 겔의 기공 구조가 상기 언급된 특히 바람직한 케톤의 상대적으로 높은 친화력으로 인해 특히 미세한 것으로 여겨지지만, 이에 제한되고자 함은 아니다.
많은 경우에, 특히 적합한 용매는 상기 언급된 용매로부터 선택되며, 서로 완전히 혼화성인 둘 이상의 화합물의 혼합물을 사용하여 수득된다.
성분 (a1), (a2) 및, 관련되는 경우, (a3) 및, 관련되는 경우, (a4), 및 용매는 본 발명의 공정의 단계 (a)의 반응 이전에 적절한 형태로 제공되는 것이 바람직하다.
한편으로는 성분 (a1) 및 (a2) 및, 관련되는 경우, (a3) 및, 다른 한편으로 관련되는 경우, (a4)는 각각의 경우에 용매의 적합한 부분에 별도로 제공되는 것이 바람직하다. 별도로 제공하는 것은 혼합 공정 전과 혼합 과정 중에 겔화 반응을 이상적으로 모니터링하거나 제어할 수 있도록 한다.
성분 (a3)으로서 물이 사용되는 경우, 성분 (a1)과는 별도로 성분 (a3)을 제공하는 것이 특히 바람직하다. 이것은 성분 (a2)의 부재하에 물과 성분 (a1)의 반응이 네트워크를 형성하는 것을 방지한다. 그렇지 않으면, 물과 성분 (a1)의 사전 혼합은 기공 구조의 균질성 및 형성되는 재료의 열 전도도에 관하여 덜 유리한 특성을 유도한다.
단계 (a)를 수행하기 전 제공되는 혼합물(들)은 추가적인 성분으로서 당업자에게 공지된 통상적인 보조제를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 계면활성제 물질, 핵형성제, 산화 안정화제, 윤활제 및 이형 보조제, 염료, 안료, 예를 들어, 가수분해, 빛, 열, 또는 변색에 대한 안정화제, 무기 및/또는 유기 충전제, 강화제, 및 살생물제가 언급될 수 있다.
상기 보조제 및 첨가제에 대한 추가의 세부사항은 기술 문헌, 예를 들어, 문헌 [Plastics Additives Handbook, 5th edition, H. Zweifel, ed. Hanser Publishers, Munich, 2001, pages 1 and 41-43]에서 확인할 수 있다.
상기 공정의 단계 (a)의 반응을 수행하기 위해, 우선 단계 (a)의 반응 전 제공되는 성분의 균질 혼합물을 제조할 필요가 있다.
단계 (a)의 목적을 위해 반응하는 성분은 종래의 방식으로 제공될 수 있다. 이러한 목적을 위해 교반기 또는 다른 혼합 장치를 사용하여 우수하고 빠른 혼합을 달성하는 것이 바람직하다. 혼합 과정에서의 결함을 피하기 위해, 균질 혼합물을 제조하는 데 필요한 기간은 겔화 반응이 겔의 적어도 부분적인 형성으로 이어지는 기간보다 짧아야 한다. 다른 혼합 조건은 일반적으로 중요하지 않으며, 예를 들어, 혼합 공정은 0 내지 100℃에서, 0.1 내지 10bar(절대)에서, 특히 예를 들어, 실온에서 및 대기압에서 수행될 수 있다. 균질 혼합물이 생성되면, 바람직하게는 혼합 장치를 끈다.
겔화 반응은 중첨가 반응, 특히 이소시아네이트 기 및 아미노 또는 하이드록시 기의 중첨가 반응을 포함한다.
본 발명의 목적을 위해, 겔은 액체와 접촉하는 고분자 기반의 가교 시스템이다(용어는 솔보겔(solvogel) 또는 리오겔(lyogel), 또는 액체로서 물이 사용되는 경우: 아쿠아겔 또는 하이드로겔로 지칭됨). 여기에서 고분자 상은 연속적인 3차원 네트워크를 형성한다.
공정의 단계 (a)의 목적을 위해, 겔은 일반적으로 정치를 통하여, 즉 단순히 혼합물이 들어있는 용기, 반응 용기, 또는 반응기(이하에서 겔화 장치라고 지칭됨)를 정치시켜 제조된다. 겔화(겔 형성) 과정 동안 혼합물을 더는 교반 또는 혼합하지 않는 것이 바람직한데, 이는 겔의 형성을 저하시킬 수 있기 때문이다. 겔화 과정 동안 혼합물을 덮거나 겔화 장치를 밀봉하는 것이 유리하다고 입증되었다.
겔화 과정은 당업자에게 그 자체로 공지되어 있고, 예를 들어, WO　2009/027310의 21쪽 19번째 줄 내지 23쪽 13번째 줄에 기재되어 있다.
원칙적으로, 이산화탄소와 혼화성이 있거나 또는 생성된 겔로부터 용매를 제거하는 충분한 끓는점을 갖는 한 어떠한 용매도 사용될 수 있다. 일반적으로, 용매는 저분자 유기 화합물, 즉, 1 내지 6개, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알코올일 것이지만, 당해 분야에 공지된 다른 액체도 사용될 수 있다. 가능한 용매로는, 예를 들어, 케톤, 알데하이드, 알킬 알카노에이트, 아미드, 예컨대, 포름아미드, N-메틸피롤리돈, N-에틸피롤리돈, 설폭사이드, 예컨대, 디메틸 설폭사이드, 지방족 및 지환족 할로겐화 탄화수소, 할로겐화 방향족 화합물 및 불소 함유 에테르가 있다. 상기 언급된 화합물 중 둘 이상의 혼합물의 마찬가지로 가능하다. 다른 유용한 액체의 예로는 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다: 에틸 아세테이트, 에틸 아세토아세테이트, 아세톤, 디클로로메탄, 이소-프로판올, 메틸에틸케톤, 테트라하이드로퓨란, 프로필렌카보네이트, 등.
또 다른 가능한 용매로는 아세탈, 특히 디에톡시메탄, 디메톡시메탄 및 1,3-디옥솔란이 있다.
디알킬 에테르 및 사이클릭 에테르가 마찬가지로 용매로서 적합하다. 바람직한 디알킬 에테르는 특히 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 에테르, 특히 메틸 에틸 에테르, 디에틸 에테르, 메틸 프로필 에테르, 메틸 이소프로필 에테르, 프로필 에틸 에테르, 에틸 이소프로필 에테르, 디프로필 에테르, 프로필 이소프로필 에테르, 디이소프로필 에테르, 메틸 부틸 에테르, 메틸 이소부틸 에테르, 메틸 t-부틸 에테르, 에틸 n-부틸 에테르, 에틸 이소부틸 에테르 및 에틸 t-부틸 에테르이다. 바람직한 사이클릭 에테르는, 특히 테트라하이드로퓨란, 디옥산 및 테트라하이드로피란이다.
알데하이드 및/또는 케톤이 용매로서 특히 바람직하다. 용매로서 적합한 알데하이드 또는 케톤은, 특히, 일반식 R2-(CO)-R1에 상응하는 것이되, 여기서 R1 및 R2는 각각 수소 또는 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다. 적합한 알데하이드 또는 케톤은, 특히, 아세트알데하이드, 프로피온알데하이드, n-부티르알데하이드, 이소부티르알데하이드, 2-에틸부티르알데하이드, 발레르알데하이드, 이소펜트알데하이드, 2-메틸펜트알데하이드, 2-에틸헥사알데하이드, 아크롤레인, 메타크롤레인, 크로톤알데하이드, 퓨퓨랄, 아크롤레인 이량체, 메타크롤레인 이량체, 1,2,3,6-테트라하이드로벤즈알데하이드, 6-메틸-3-시클로헥센알데하이드, 시아노알데하이드, 에틸 글리옥실레이트, 벤즈알데하이드, 아세톤, 디에틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 n-부틸 케톤, 메틸 펜틸케톤, 디프로필 케톤, 에틸 이소프로필 케톤, 에틸 부틸 케톤, 디이소부틸케톤, 5-메틸-2-아세틸 퓨란, 2-아세틸퓨란, 2-메톡시-4-메틸펜탄-2-온, 5-메틸헵탄-3-온, 2-헵타논, 옥타논, 시클로헥사논, 시클로펜타논 및 아세토페논이다. 상기 언급된 알데하이드 및 케톤은 또한 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 용매로서 치환기당 최대 3개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기를 갖는 케톤 및 알데하이드가 바람직하다.
또 다른 바람직한 용매는 알킬 알카노에이트, 특히 메틸 포르메이트, 메틸 아세테이트, 에틸 포르메이트, 이소프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 글리세린 트리아세테이트 및 에틸 아세토아세테이트이다. 바람직한 할로겐화 용매는 WO 00/24799의 4쪽 12번째 줄 내지 5쪽 4번째 줄에 기재되어 있다.
또 다른 적합한 용매는 예를 들어, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 또는 부틸렌 카보네이트와 같은 유기 카보네이트이다.
많은 경우에, 특히 적합한 용매는 상기 언급된 용매로부터 선택된 둘 이상의 완전히 혼화성인 화합물을 사용하여 수득된다.
본 발명의 공정은 또한 추가적인 단계, 예를 들어, 적합한 처리 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 공정에서 수득된 생성물은 바람직하게는 적어도 70 vol.%의 다공성을 갖는 다공성 물질, 특히 에어로겔이다. 다공성 물질은 분말 또는 모놀리식 블록일 수 있다. 다공성 물질은 유기 다공성 물질 또는 무기 다공성 물질일 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 다공성 물질은 약 2㎚ 내지 약 2000㎚의 평균 기공 직경을 포함한다. 추가의 실시양태에서, 건조 겔 물질의 평균 기공 직경은 약 4㎚, 약 6㎚, 약 8㎚, 약 10㎚, 약 12㎚, 약 14㎚, 약 16㎚, 약 18㎚, 약 20㎚, 약 25㎚, 약 30㎚, 약 35㎚, 약 40㎚, 약 45㎚, 약 50㎚, 약 60㎚, 약 70㎚, 약 80㎚, 약 90㎚, 약 100㎚, 약 200㎚, 약 500㎚, 약 1000㎚, 또는 약 2000㎚일 수 있다. 다공성 물질의 기공의 크기 분포는 본 발명에 따라 단봉형 또는 다봉형일 수 있다.
본 발명의 문맥에서, 달리 언급되지 않는 한, 표면적, 기공 크기뿐만 아니라 기공 부피는 ISO 9277:2010에 따라 BET로 측정된다. 이러한 국제 표준은 Brunauer, Emmett and Teller(BET) 방법에 따라 물리적으로 흡착된 가스의 양을 측정함으로써 분산물(예를 들어, 나노분말) 또는 다공성 고체의 전체적인 특정 외표면적 및 내표면적을 측정하는 것을 명시한다. 이는 1984년 및 1994년의 국제 순수 응용 화학 연합(IUPAC)의 권고를 고려한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 공정에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 다공성 물질에 관한 것이다.
본 발명의 공정에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 다공성 물질은 다양한 응용분야에 적합하다.
본 발명은 또한 상기 개시된 다공성 물질 또는 상기 개시된 본 발명의 공정에 따라 수득되거나 수득될 수 있는 다공성 물질의 단열 재료로서의 또는 진공 단열 패널용 코어 물질로서의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한 다공성 물질을 포함하는 건축 자재 및 진공 단열 패널 및 단열을 위한 다공성 물질의 용도에 관한 것이다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 수득된 재료는 특히 건물의 단열, 또는 특히 이동, 운송 응용분야 또는 고정 응용분야, 예를 들어, 냉각 장치 또는 이동 응용분야에서 보냉에 사용된다.
특정 응용분야에 대한 기계적 보강을 위해, 첨가제로서 섬유를 사용할 수 있다.
단열재로 사용되는 상기 재료는 바람직하게는 다음의 응용분야에 사용된다: 중공 블록의 단열재, 다중 쉘 빌딩 블록의 코어 단열재, 진공 단열 패널(VIP)용 코어 단열재, 외부 단열 시스템용 코어 단열재, 특히 루즈-필(loose-fill) 단열의 맥락에서 공동 벽 작업용 단열재.
본 발명의 추가적인 목적은 본 발명에 따른 다공성 물질을 포함하거나 또는 이로 구성된 성형 물품, 빌딩 블록 또는 모듈, 빌딩 시스템 및 빌딩 복합재이다. 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 다공성 물질을 포함하는 진공 단열 패널이다. 또한, 단열재 및 다공성 물질은 특히 창틀 단열의 코어 재료로서 압출 중공 프로파일의 단열재에 특히 적합하다.
단열재는, 예를 들어, 건물의 내부 또는 외부 단열 또는 벽 공동 단열에 사용되는 단열재이다. 본 발명에 따른 다공성 물질은 단열 시스템, 예를 들어, 복합재에 유리하게 사용될 수 있다.
추가적인 양태에 따르면, 본 발명은 또한 식품 응용분야 또는 의료, 약학 및 화장품 응용분야에 대한 첨가제로서의 센서의 제조를 위한, 상기 개시된 다공성 물질, 특히 무기 또는 유기 다공성 물질, 또는 촉매 지지체로서의 상기 개시된 공정에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 다공성 물질, 특히 무기 다공성 재료의 용도에 관한 것이다. 일부 응용분야에 대해 생체 고분자, 보다 구체적으로 다당류 기반의 다공성 재료를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 화장품 응용분야에서, 본 발명의 방법으로 수득되거나 또는 수득될 수 있는 다공성 물질, 특히 무기 또는 유기 다공성 물질은, 예를 들어, 인체의 냄새를 치료하는 한 방법인 탈취 활성제로서 사용될 수 있다. 이는 탈취 조성물에 대하여 예상될 수 있는 모든 형태로 제공될 수 있다. 이는 로션, 스프레이 또는 에어로졸로서의 분산액; 특히 튜브 또는 그레이팅(grating)으로서 분배되는 크림; 롤-안(roll-an) 또는 그레이팅으로서 분배되는 플루이드 겔; 스틱의 형태; 루스(loose) 또는 컴팩트 파우더의 형태일 수 있고, 이와 관련하여, 당업자에게 잘 알려진 이러한 유형의 제품에 일반적으로 사용되는 성분을 포함하며, 단, 이러한 성분은 본 발명에 따른 에어로겔을 방해하지 않는다.
본 발명은 또한 상기 개시된 다공성 물질 또는 상기 개시된 본 발명의 공정에 따라 수득되거나 수득될 수 있는 다공성 물질의 단열 재료로서의 또는 진공 단열 패널을 위한 용도에 관한 것이다. 단열재는, 예를 들어, 건물의 내부 또는 외부 단열에 사용되는 단열재이다. 본 발명에 따른 다공성 재료는 단열 시스템, 예를 들어, 복합재에 유리하게 사용될 수 있다.
따라서, 추가적인 실시양태에 따르면, 본 발명은 상기 개시된 다공성 물질의 용도에 관한 것이며, 여기서, 다공성 물질은 내부 또는 외부 단열 시스템에 사용된다.
요약하면, 본 발명은 하기 실시양태를 포함하며, 여기에 정의된 각각의 상호의존성에 의해 지시된 바와 같은 실시양태의 특정 조합을 포함한다.
실시양태 1: 다음의 단계를 포함하는, 졸-겔 공정에서 다공성 물질의 전구체로부터 유도된 복수의 다공성 물질로 이루어진 바디의 제조 방법:
(i) 적어도 2종의 반응성 성분(CA, CB) 및 용매(S)를 포함하는 다공성 물질의 전구체를 바디의 형상을 획정하는 몰드에 충전하고, 겔 바디를 형성하는 단계,
(ii) 단계 (i)을 반복하여 복수의 겔 바디를 형성하는 단계,
(iii) 다공성 물질의 전구체로부터 겔 바디가 형성되는 소정의 시간 후 몰드에서 겔 바디를 제거하는 단계,
(iv) 겔 바디를 서로 인접하게 배열하는 단계,
(v) 인접한 2개의 겔 바디 사이에 스페이서를 제공하여 바디 사이에 간극을 제공하는 단계,
(vi) 겔 바디로부터 용매(S)를 제거하는 단계.
실시양태 2: 실시양태 1에 있어서, 스페이서는 서로 연결된 제1 그리드 및 제2 그리드를 포함하는 그리드 어셈블리이며, 여기서, 제1 그리드는 제1 개구부를 포함하며 제2 그리드는 제2 개구부를 포함하고, 여기서, 제1 개구부 및 제2 개구부는 서로 시프트되는 것인 방법.
실시양태 3: 실시양태 2에 있어서, 그리드 어셈블리는 1.0㎜ 내지 4.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 3.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 2.5㎜의 두께를 포함하는 것인 방법.
실시양태 4: 실시양태 2 또는 3에 있어서, 제1 개구부 및/또는 제2 개구부는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열되는 것인 방법.
실시양태 5: 실시양태 2 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 제1 개구부 및/또는 제2 개구부는 동일하거나 상이한 개구부 영역을 포함하는 것인 방법.
실시양태 6: 실시양태 2 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 제1 개구부 및/또는 제2 개구부는 동일하거나 상이한 형상을 포함하는 것인 방법.
실시양태 7: 실시양태 2 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 제1 개구부 및/또는 제2 개구부는 원형, 난형, 타원형, 다각형, 둥근 모서리를 포함하는 다각형, 직사각형 또는 정사각형 형상을 포함하는 것인 방법.
실시양태 8: 실시양태 2 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 전기 소산성이며 겔 바디에 비점착성인 물질로 제조된 코팅을 제1 그리드 및/또는 제2 그리드의 표면에 적어도 부분적으로 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
실시양태 9: 실시양태 2 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 제1 및 제2 개구부의 전체 개구부 영역은 바디의 대면하는 외표면의 40% 내지 95%인 것인 방법.
실시양태 10: 실시양태 1에 있어서, 겔 바디 각각을 스페이서와 함께 일체로, 바람직하게는 모놀리식으로 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
실시양태 11: 실시양태 10에 있어서, 스페이서는 겔 바디의 적어도 하나의 표면으로부터 돌출된 복수의 돌출부를 포함하는 것인 방법.
실시양태 12: 실시양태 11에 있어서, 겔 바디 각각의 하나의 표면에만 돌출부를 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서, 겔 바디는 서로 인접하게 배열되어 겔 바디 중 하나의 돌출부를 포함하는 표면이 각각의 인접한 바디의 돌출부가 없는 표면과 대면하는 것인 방법.
실시양태 13: 실시양태 11 또는 12에 있어서, 돌출부 각각은 1.0 내지 5.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 4.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 2.5㎜의 직경을 갖는 원형 단면 형상을 포함하는 것인 방법.
실시양태 14: 실시양태 10 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 돌출부는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열되는 것인 방법.
실시양태 15: 실시양태 10 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 돌출부는 동일하거나 상이한 형상을 갖는 것인 방법.
실시양태 16: 실시양태 10 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 돌출부는 0.1㎜ 내지 20.0㎜, 바람직하게는 0.5㎜ 내지 5.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.0㎜ 내지 3.0㎜의 높이를 갖는 것인 방법.
실시양태 17: 실시양태 10 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 돌출부는 인접한 돌출부의 외표면 사이의 최소 거리가 0.1㎜가 되도록 배열되는 것인 방법.
실시양태 18: 실시양태 10 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 돌출부는 원뿔대로서 형성되는 것인 방법.
실시양태 19: 실시양태 10 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 돌출부 겔 바디로부터 용매(S)를 제거한 후 돌출부를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
실시양태 20: 실시양태 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 겔 바디는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성되며, 여기서, 겔 바디는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열되는 것인 방법.
실시양태 21: 실시양태 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 겔 바디는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성되며, 여기서, 겔 바디는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수평 배향되도록 배열되는 것인 방법.
실시양태 22: 실시양태 20 또는 21에 있어서, 겔 바디는 가장 큰 치수를 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 모서리가 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열되는 것인 방법.
실시양태 23: 실시양태 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 겔 바디는 슬래브로서 형성되며, 여기서, 슬래브는 적어도 10㎝의 길이 및 적어도 10㎝의 폭을 포함하는 것인 방법.
실시양태 24: 실시양태 1 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 겔 바디는 슬래브로서 형성되며, 여기서, 슬래브는 적어도 0.5㎜의 두께를 포함하는 것인 방법.
실시양태 25: 실시양태 1에 있어서, 스페이서는 그리드 개구부를 포함하는 그리드인 것인 방법.
실시양태 26: 실시양태 25에 있어서, 그리드 개구부는 동일하거나 상이한 개구부 영역을 포함하는 것인 방법.
실시양태 27: 실시양태 25 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 그리드 개구부는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열되는 것인 방법.
실시양태 28: 실시양태 25 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 그리드는 개구부를 획정하는 스트럿을 포함하며, 여기서, 스트럿은 1.0㎜ 내지 5.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 4.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 4.0㎜의 폭을 포함하는 것인 방법.
실시양태 29: 실시양태 25 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 겔 바디는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성되며, 여기서, 겔 바디는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열되는 것인 방법.
실시양태 30: 실시양태 25 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 전기 소산성이며 겔 바디에 비점착성인 물질로 제조된 코팅을 그리드의 표면에 적어도 부분적으로 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
실시양태 31: 실시양태 25 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 바디로부터 용매의 제거 단계는 초임계 건조에 의해 수행되는 것인 방법.
실시양태 32: 실시양태 25 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 그리드는 바디를 보유하며 바디가 다른 그리드에 계합되지 않고 그 위에 배치된 또 다른 그리드를 지지하도록 구성되는 것인 방법.
실시양태 33: 실시양태 32에 있어서, 그리드는 외부 림을 포함하며, 여기서, 외부 림은 바디가 다른 그리드에 계합되지 않고 그 위에 배치된 또 다른 그리드를 지지하도록 구성되는 것인 방법.
실시양태 34: 실시양태 1 내지 24 또는 32 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 바디로부터 용매의 제거 단계는 초임계 건조 또는 대류 건조에 의해 수행되는 것인 방법.
실시양태 35: 다공성 물질로 이루어진 바디로서, 실시양태　1 내지 34 중 어느 하나의 방법에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 것인 바디.
실시양태 36: 실시양태 35에 따른 바디 또는 실시양태 1 내지 34 중 어느 하나의 방법에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 바디의 단열 재료로서의 또는 진공 단열 패널을 위한 용도.
실시양태 37: 실시양태 36에 있어서, 바디는 내부 또는 외부 단열 시스템에 사용되는 것인 용도.
본 발명의 추가적인 특징 및 실시양태는 특히 종속항과 관련하여 후속 설명에서 보다 상세히 개시될 것이다. 여기에서 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 각각의 특징은 분리된 방식으로, 뿐만 아니라 임의의 가능한 조합으로 실현될 수 있다. 실시양태는 도면에 개략적으로 도시된다. 여기에서, 이러한 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 요소 또는 기능적으로 동일한 요소를 지칭한다.
도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시하고;
도 2는 개시된 방법의 제1 실시양태와 함께 사용되는 스페이서의 사시도를 도시하고;
도 3은 도 2의 스페이서 부분의 확대도를 도시하고;
도 4는 제1 배향에 따라 배열된 복수의 바디의 사시도를 도시하고;
도 5는 제2 배향에 따라 배열된 복수의 바디의 사시도를 도시하고;
도 6은 개시된 방법의 제2 실시양태와 함께 사용되는 몰드의 사시도를 도시하고;
도 7은 개시된 방법의 제2 실시양태의 개략적인 흐름도를 도시하고;
도 8a 내지 8f는 개시된 방법의 제3 실시양태와 함께 사용되는 상이한 스페이서의 사시도를 도시한다.
하기에 사용되는 바와 같이, 용어 "가지다(have)", "포함하다(comprise 또는 include)" 또는 이들의 임의의 문법적 변형은 배타적이지 않은 방식으로 사용된다. 따라서, 이러한 용어는, 이러한 용어에 의해 도입된 특징 외에, 이러한 문맥에서 기재된 실체에 추가적인 특징이 존재하지 않는 상황, 및 하나 이상의 추가적인 특징이 존재하는 상황 둘 모두를 지칭할 수 있다. 예를 들어, "A는 B를 가진다", "A는 B를 포함한다"라는 표현은, B 외에 다른 요소가 A에 존재하지 않는 상황 (즉, A는 단독으로 및 배타적으로 B로 구성된 상황), 및 B 외에 하나 이상의 추가 요소, 예컨대, 요소 C, 요소 C 및 D 또는 추가적인 요소가 실체 A에 존재하는 상황 둘 모두를 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 한 번 또는 두 번 이상 존재할 수 있음을 나타내는, "적어도 하나의", "하나 이상의"이라는 용어 또는 유사한 표현은, 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때 통상적으로 한 번만 사용될 것이다. 하기에, 대부분의 경우에서, 각각의 특징 또는 요소를 지칭하는 경우, 각각의 특징 또는 요소가 한 번 또는 두 번 이상 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고, "적어도 하나의" 또는 "하나 이상의"이라는 표현은 반복되지 않을 것이다.
또한, 하기에 사용되는 바와 같이, "특히", "보다 특히", "구체적으로", "보다 구체적으로"라는 용어 또는 유사한 용어는, 택일적인 가능성을 제한하지 않고, 추가적인/택일적인 특징과 함께 사용된다. 이에 따라, 이러한 용어에 의해 도입된 특징은 추가적인/택일적인 특징이며 어떠한 방식으로든 청구항의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 본 발명은 택일적인 특징을 사용하여 수행될 수 있다. 마찬가지로, "본 발명의 실시양태" 또는 유사한 표현에 의해 도입된 특징은, 본 발명의 택일적인 실시양태에 관한 어떠한 제한도 없이, 본 발명의 범위에 관한 어떠한 제한도 없이, 및 이러한 방식으로 도입된 특징을 본 발명의 다른 추가적인/택일적인 또는 추가적이지 않은/택일적인 특징과 조합하는 가능성에 관한 어떠한 제한도 없이, 추가적인/택일적인 특징일 것으로 의도된다.
또한, "제1", "제2" 및 "제3"이라는 용어는 각각의 구조적 부재 또는 요소 간의 차이를 배타적으로 용이하게 하기 위해 사용되며, 특정 순서 또는 중요성을 정의하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "몰드"는 졸 겔의 전구체에 의해 제공되는 액체 또는 유연한 물질로 채워지도록 구성된, 속이 빈 블록 또는 용기를 지칭한다. 특히, 졸-겔 공정은 몰드 내에서 수행된다. 졸-겔 공정 동안 전구체는 졸을 형성하여 이후 겔화하기 시작한다. 따라서, 액체는 몰드의 내부 체적에 의해 획정되는 형상을 채택하여, 몰드 내부에서 경화되거나 고정된다. 몰드는 기본적으로 졸-겔 공정을 수행하기 위해 사용된다. 그러나, 겔이 몰드 내에 남아있거나 겔이 몰드로부터 분리되면서, 형성된 겔로부터 용매가 제거될 수 있음을 주목해야 한다. 본 발명에서, 몰드는 1개 초과의 부분으로 구성될 수 있으며, 내부 체적은 하부에 의해 정의된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "졸 겔 공정"은 소분자로부터 고체 재료를 제조하는 방법을 지칭한다. 본 발명의 경우에서, 상기 방법은 에어로겔, 크세로겔 및/또는 크리오겔과 같은 다공성 재료의 제작에 사용된다. 상기 방법은 전구체로서의 단량체를 콜로이드 용액, 소위 졸로 전환시키는 것을 수반하며, 이는 후속적으로 이산 입자 또는 네트워크 중합체의 일체형 네트워크, 소위 겔과 반응한다. 이러한 화학적 절차에서, 졸은 액체상 및 고체상을 모두 포함하는 겔과 같은 2상 시스템의 형성을 향해 점진적으로 진화하며, 이러한 시스템의 형태는 이산 입자에서 연속 중합체 네트워크에 이르기까지 다양하다. 이러한 겔과 같은 2상 시스템은 겔로 불린다. 특히, 겔은 서로 연결된 기공, 즉 상호 침투 네트워크를 형성하는 기공 내의 용매를 캡슐화하거나 둘러싼다. 남아있는 액체상, 즉 용매를 제거하는 것은, 통상적으로 일정량의 수축 및 조밀화가 수반되는 건조 공정을 필요로 한다. 용매가 제거될 수 있는 속도는 궁극적으로 겔의 다공성 분포에 의해 결정된다. 최종 성분의 궁극적인 미세구조는 이러한 공정 단계 동안 구조 템플릿에 적용된 변화에 의해 분명히 크게 영향을 받을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "바디"는 식별 가능한 물질의 집합으로 형성된 고체 물체를 지칭하며, 이는 식별 가능한 경계에 의해 제한될 수 있고, 3차원 공간에서 이동 또는 회전에 의해 유닛으로서 이동할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "다공성"은 기공을 갖는 물질 특성을 지칭한다. 용매는 겔이 존재하거나 몰드 내에 남아있거나 겔이 몰드로부터 분리된 후 겔로부터 제거될 수 있으므로, 용어 "다공성"은 액체, 특히 용매, 또는 공기와 같은 가스로 충전된 기공을 포함한다. 기공은 서로 연결되어 네트워크의 유형을 형성할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "코팅"은 몰드 하부의 내면에 도포되는 커버링을 지칭한다. 특히, 코팅은 적어도 다공성 재료의 전구체 및 이로 제조된 바디와 접촉하도록 되어 있는 하부의 영역에 적용될 수 있다. 코팅은 내부 체적을 획정하는 하부의 전체 내부 표면에 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "전기 소산성"은 전하가 지면으로 흐를 수 있지만 전기 전도성 물질에 비해 보다 제어된 방식으로 보다 천천히 흐르는 물질 특성을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "비점착성"은 하나의 부분이 다른 부분에 점착되지 않는 특성을 지칭한다. 이에 따라, 두 부분 모두 서로 느슨하게 접촉되어 있다. 본 발명에 따르면, 코팅은 몰드 내에 충전된 전구체로부터 형성되거나 생성된 겔에 점착되지 않는다. 졸 겔 공정에 사용된 용매가 몰드 내에 존재하는 겔에서 제거되는 경우, 바디가 몰드로부터 분리되게 하기 위해, 코팅은 형성된 바디에 점착되지 않도록 구성된다.
본 명세서에서 사용된 바디의 형상의 "폭" 및 "길이"라는 용어는 바디의 형상의 높이 또는 두께에 수직인 치수를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "개구부 영역"은 개구부의 경계에 의해 획정된 개구부의 영역을 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 졸-겔 공정에서 다공성 물질의 전구체로부터 복수의 다공성 물질로 이루어진 바디의 제조 방법의 흐름도를 도시한다. 도 1은 개시된 방법의 기본 원리에 대한 설명으로 이해되어야 한다. 단계(S10)에서, 몰드(10)가 제공된다. 몰드(10)는 형성되는 바디(12)의 형상을 획정한다. 단계(S12)에서, 다공성 물질의 전구체가 몰드(10) 내에 채워진다. 전구체는 적어도 2종의 반응성 성분(CA, CB) 및 용매(S)를 포함한다. 다공성 물질의 전구체는 다음과 같이 제조될 수 있다. 제1 반응성 성분(CA) 및 용매(S)를 제1 수용 탱크에 공급한다. 추가적으로, 제2 반응성 성분(CB) 및 용매(S)를 제2 수용 탱크에 공급한다. 소정의 양의 제1 반응성 성분 및 용매를 제1 수용 탱크로부터 혼합 장치로 공급한다. 예를 들어, 소정의 양은 제1 체적 투여 장치에 의한 체적 투여로서 정의된다. 소정의 양의 제2 반응성 성분 및 용매를 제2 수용 탱크로부터 혼합 장치로 공급한다. 예를 들어, 소정의 양은 제2 체적 투여 장치에 의한 체적 투여로서 정의된다. 선택적으로, 폐쇄된 루프 조업은 제1 수용 탱크 및 혼합 장치와 함께 및/또는 제2 수용 탱크 및 혼합 장치와 함께 제공될 수 있다. 그런 다음, 다공성 물질의 전구체를 소정의 양까지 몰드(10)에 충전한다. 예를 들어, 충전 공정은 혼합 장치를 통해 수행된다. 특히, 전구체는 혼합 장치를 통해 혼합한 후 하부에 충전한다. 전구체는 불활성 또는 환기 영역에서 몰드(10)에 충전한다. 예를 들어, 충전은 이산화탄소 또는 질소 분위기 또는 실험실 후드와 유사한 환기 장치에서 수행된다. 몰드(10)는 특히 기밀 방식으로 뚜껑에 의해 폐쇄될 수 있다. 이에 의해, 임의의 용매 증기가 몰드(10)로부터 누출되는 것이 방지된다. 그 다음, 2종의 반응성 성분의 전구체로부터 졸 겔 반응이 일어나, 전구체 겔이 된다. 이에 따라, 겔 바디(12)가 형성된다. 겔화 이후, 겔은 겔화 반응을 완료하고 겔 바디가 충분히 단단하지 않은 경우와 같이 겔 바디(12)의 추가적인 처리에 대한 부정적인 영향을 배제하기 위해, 소정의 시간, 예컨대, 적어도 3시간 및 바람직하게는 적어도 8시간 동안 경화 또는 에이징시킨다. 예를 들어, 경화 또는 에이징 공정은 경화 장치를 통해 수행한다. 경화 이후, 바디가 형성된다.
복수의 겔 바디(12)를 형성하기 위해 단계(S12)를 반복한다. 특히, 단계(S12)는 각 응용분야에 따라 적절한 횟수로 반복될 수 있다. 겔 바디(12)는 슬래브로서 형성될 수 있으며, 여기서, 슬래브는 적어도 10㎝의 길이 및 적어도 10㎝ 폭을 포함한다. 실용적인 이유로, 길이 및/또는 폭에 대한 상한선은 200㎝ 또는 심지어 100㎝일 수 있다. 슬래브는 적어도 0.5㎜의 두께를 포함한다. 실용적인 이유로, 두께에 대한 상한선은 25.0㎜, 20.0㎜ 또는 15.0㎜일 수 있다. 계속해서, 단계(S14)에서, 겔 바디(12)는 몰드(10)로부터 제거된다. 즉, 각각의 몰드(10)로부터 겔 바디(12) 또는 단일 몰드(10)가 사용되는 경우에, 다공성 물질의 전구체로부터 겔 바디/바디(12)가 형성되는 소정의 시간 이후에 겔 바디(12)를 몰드(10)로부터 제거한다. 추가적으로, 용매(S)는 재추출 장치에 의해 재순환 또는 재추출될 수 있다.
단계(S16)에서, 겔 바디(12)는 서로 인접하게 배열된다. 단계(S18)에서, 스페이서(14)는 그 사이 간극을 제공하도록 인접한 2개의 겔 바디(12) 사이에 제공한다. 단계(S16 및 S18)는 동시에 수행될 수 있는 것을 유의해야 한다. 단계(S20)에서, 용매(S)를 겔 바디(12)로부터 제거한다. 겔 바디(12)부터 용매(S)의 제거 단계는 초임계 건조 또는 대류 건조에 의해 수행할 수 있다. 제거 단계는 오토클레이브 또는 오븐에서 수행할 수 있다. 도 1에 도시된 예시와 같이, 용매(S)는 초임계 CO2를 통해 제거한다.
도 2는 개시된 방법의 제1 실시양태와 함께 사용되는 스페이서(14)의 사시도를 도시한다. 도 3은 도 2의 스페이서(14) 부분의 확대도를 도시한다. 제1 실시양태의 스페이서(14)는 그리드 어셈블리(16)이다. 그리드 어셈블리(16)는 서로 연결된 제1 그리드(18) 및 제2 그리드(20)를 포함한다. 특히, 제1 그리드(18)는 제2 그리드(20)의 상부에 배치한다. 제1 그리드(18)는 제1 개구부(22)를 포함한다. 제2 그리드(20)는 제2 개구부(24)를 포함한다. 제1 개구부(22) 및 제2 개구부(24)는 서로 시프트된다. 즉, 제1 개구부(22) 및 제2 개구부(24)는 서로 완전히 중첩되지 않고, 부분적으로만 중첩된다. 이에 따라, 제1 및 제2 개구부는 2개의 그리드(18,20)의 평면에 개구 경로를 생성하여, 용매(S)가 이를 통해 흐르도록 한다. 제1 개구부(22) 및 제2 개구부(24)는 규칙적인 패턴으로 배열된다. 제1 개구부(22) 및 제2 개구부(24)는 동일한 개구부 영역을 포함한다. 제1 및 제2 개구부(22, 24)의 전체 개구부 영역은 바디(12)의 대면하는 외표면의 40% 내지 95%, 예컨대, 80%일 수 있다. 제1 개구부(22) 및 제2 개구부(24)는 동일한 형상을 포함한다. 도시된 예시에서, 제1 개구부(22) 및 제2 개구부(24)는 각각 직사각형 및 정사각형 형상을 가진다. 그리드 어셈블리(16)는 1.0㎜ 내지 4.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 3.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 2.5㎜, 예컨대, 2.0㎜의 두께를 포함한다. 제1 그리드(18) 및/또는 제2 그리드(20)의 표면에 전기 소산성이며 겔 바디(12)에 대해 비점착성인 물질로 제조된 코팅이 적어도 부분적으로 제공될 수 있다.
그리드 어셈블리(16)를 다음과 같이 변형할 수 있다. 제1 개구부(22) 및/또는 제2 개구부(24)를 불규칙적인 패턴으로 배열할 수 있다. 제1 개구부(22) 및/또는 제2 개구부(24)는 상이한 개구부 영역을 포함할 수 있다. 제1 개구부(22) 및/또는 제2 개구부(24)는 상이한 형상을 포함할 수 있다. 제1 개구부(22) 및/또는 제2 개구부(24)는 원형, 난형, 타원형, 다각형 또는 둥근 모서리를 포함하는 다각형 형상을 포함할 수 있다.
도 4는 단계(S20)에서 용매의 제거 동안 제1 배향에 따라 배열된 복수의 겔 바디(12)의 사시도를 도시한다. 겔 바디(12)는 직육면체 형상을 갖는 슬래브로 형성된다. 제1 배향에서, 몰드(10)로부터 제거된 겔 바디(12)는 실질적으로 수직 배열된다. 즉, 겔 바디(12)는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수평 배향되도록 배열된다. 또한, 겔 바디(12)는 가장 큰 치수를 갖는 직육면체 형상의 모서리가 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열된다. 도 4에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 도 2 및 3에 도시된 스페이서(14)는 인접한 겔 바디(12) 사이에 제공된다. 기본적으로, 겔 바디(12)는 택일적으로 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로서 형성될수 있다.
도 5는 단계(S20)에서 용매의 제거 동안 제2 배향에 따라 배열된 복수의 겔 바디(12)의 사시도를 도시한다. 겔 바디(12)는 직육면체 형상을 갖는 슬래브로 형성된다. 제2 배향에서, 몰드(10)로부터 제거된 겔 바디(12)는 실질적으로 수평으로 배열된다. 즉, 겔 바디(12)는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열된다. 또한, 겔 바디(12)는 가장 큰 치수를 갖는 직육면체 형상의 모서리가 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열된다. 도 5에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 도 2 및 3에 도시된 스페이서(14)는 인접한 겔 바디(12) 사이에 제공된다. 기본적으로, 겔 바디(12)는 택일적으로 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로서 형성될수 있다. 겔 슬래브의 수평 배열인 경우의 용매 제거는 겔 슬래브의 수직 배열보다 시간이 더 걸릴 수 있음에 유의해야 한다.
도 6은 개시된 방법의 제2 실시양태와 함께 사용되는 몰드의 사시도를 도시한다. 개시된 방법의 제2 실시양태와 함께 사용되는 몰드(10)는 직육면체 형상을 포함한다. 또한, 몰드(10)는 바닥 표면(28)에 리세스 또는 만입부(26)를 포함한다. 만입부(26)는 규칙적인 패턴으로 배열되며 원뿔대 형상을 포함한다. 이하에서, 개시된 방법의 제2 실시양태가 더욱 상세히 기재될 것이다.
도 7은 개시된 방법의 제2 실시양태의 개략적인 흐름도를 도시한다. 이하에서, 개시된 방법의 제1 실시양태와의 차이점에 대해서만 상세하게 기재될 것이며, 동일하거나 또는 구성적인 부재 또는 방법 단계는 유사한 도면 부호로 표시하고 간략하게만 기재한다. 단계(S10)에서, 도 6에 도시된 몰드(10)가 제공된다. 단계(S12)에서, 상기 기재된 바와 같이, 다공성 물질의 전구체를 몰드(10)에 채운다. 전구체는 또한 몰드(10)의 바닥 표면(28)의 만입부(26) 내로 흐른다. 단계(S14)에서, 겔 바디(12)는 몰드(10)로부터 제거된다. 즉, 각각의 몰드(10)로부터 겔 바디(12) 또는 단일 몰드(10)가 사용되는 경우에, 다공성 물질의 전구체로부터 겔 바디/바디(12)가 형성되는 소정의 시간 이후에 겔 바디(12)를 몰드(10)로부터 제거한다. 전구체가 몰드(10)의 바닥 표면(28)의 만입부(26) 내로 흘러들어감에 따라, 겔 바디(12)는 스페이서(14)와 함께 일체로 및 모놀리식으로 각각 형성된다. 특히, 스페이서(14)는 겔 바디(12)의 적어도 하나의 표면(32)으로부터 돌출된 복수의 돌출부(30)를 포함한다. 돌출부(30)는 겔 바디(12) 각각 중 하나의 표면(32)에만 형성된다. 몰드(10)의 만입부(26)가 규칙적인 패턴으로 배열됨에 따라, 돌출부(30)도 또한 규칙적인 패턴으로 배열된다. 특히, 돌출부(30)는 인접한 돌출부(30)의 외표면(38) 사이의 최소 거리(36)가 0.1㎜가 되도록 배열된다. 최소 거리(36)는 돌출부(30)가 바디(12) 내로 전이될 때 획정될 수 있다. 몰드(10)의 만입부(26)가 원뿔대 형상임에 따라, 돌출부(30)도 원뿔대 형상으로 형성된다. 또한, 돌출부(30)는 동일한 형상을 가진다. 돌출부(30)는 0.1㎜ 내지 20.0㎜, 바람직하게는 0.5㎜ 내지 5.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.0㎜ 내지 3.0㎜, 예컨대, 2.0㎜의 높이(40)를 가진다. 돌출부(30) 각각은 1.0 내지 5.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 4.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 2.5㎜, 예컨대, 2.0㎜의 직경을 갖는 원형 단면 형상을 포함한다. 원뿔 또는 원뿔대 형상의 경우 직경은 높이(40)의 절반 또는 높이(40)를 따른 평균값으로 획정될 수 있다.
단계(S16)에서, 겔 바디(12)는 겔 바디(12) 중 하나의 돌출부(30)를 포함하는 표면(32)이 각각의 인접한 바디(12)의 돌출부가 없는 표면(32)과 대면하도록 서로 인접하게 배열된다. 이에 따라, 겔 바디(12)를 서로 인접하게 배열함으로써, 돌출부(30)에 의해 형성된 스페이서(14)가 자동적으로 인접한 2개의 겔 바디(12) 사이에 제공하도록 제공되어, 그 사이에 간극을 제공한다. 즉, 단계(S16) 및 단계(S18)가 결합된다. 단계(S20)에서, 용매(S)는 상기 기재된 바와 같이 대류 또는 초임계 건조에 의해 겔 바디(12)로부터 제거된다. 도 7에 도시된 예시와 같이, 용매(S)는 초임계 CO2를 통해 제거된다. 단계(S24)에서, 겔 바디(12)는 용매(S)로부터 제거되고 인접한 배열로부터 방출된다. 단계(S24)에서, 돌출부(30)는 겔 바디(12)로부터 용매(S)를 제거한 후 선택적으로 제거될 수 있다.
바디(12)는 도 6에 도시된 몰드(10)를 변형시켜 다음과 같이 변형될 수 있다. 돌출부(30)는 겔 바디(12)의 대향하는 2개의 표면에 형성될 수 있다. 돌출부(30)는 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 돌출부(30)는 상이한 형상을 가질 수 있다.
도 8a 내지 8f는 개시된 방법의 제3 실시양태와 함께 사용되는 상이한 스페이서(14)의 사시도를 도시한다. 도 8a 내지 8f에 따르면, 스페이서(14)는 그리드 개구부(44)를 포함하는 그리드(42)이다. 그리드(42)는 그리드 개구부(44)를 획정하는 스트럿(46)을 포함한다. 스트럿(46)은 1.0㎜ 내지 5.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 4.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 4.0㎜의 폭(48)을 포함한다. 하나의 동일한 그리드(42)의 스트럿(46)은 상이한 폭(50)을 가질 수 있음에 유의한다. 도 8a 내지 도 8f에 도시된 스페이서(14)는 그리드(42)가 바디(12)를 보유하며 바디(12)가 다른 그리드(42)에 계합되지 않고 그 위에 배치된 또 다른 그리드(42)를 지지하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 그리드(42)는 바디(12)가 다른 그리드(42)에 계합되지 않고 그 위에 배치된 또 다른 그리드(42)를 지지하도록 구성된 외부 림(50)을 포함한다. 도 8a 내지 도 8f에 도시된 그리드는 초임계 건조를 통해 용매(S)를 제거할 수 있도록 특별히 설계되었다. 기본적으로, 도 8a 내지 도 8f에 도시된 그리드(42)는 도 5에 도시된 배열과 유사하게 용매(S)의 제거 단계 동안 다른 하나의 상부에 수평으로 배열되도록 구성된다. 이에 따라, 제3 실시양태에서, 겔 바디(12)는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성될 수 있으며, 여기서, 겔 바디(12)는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열된다. 그리드(42)의 표면에 전기 소산성이며 겔 바디(12)에 대해 비점착성인 물질로 제조된 코팅이 제공될 수 있다. 그리드 개구부(42)는 동일하거나 상이한 개구부 영역을 포함할 수 있다. 그리드 개구부(44)는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있다. 이하에서, 도 8a 내지 도 8f에 도시된 그리드(42)에 대해 보다 구체적으로 기재될 것이다.
도 8a는 상이한 크기의 정사각형 형상의 그리드 개구부(44)를 갖는 그리드(42)를 도시한다. 또한, 스트럿(46)은 상이한 폭(48)을 포함한다. 특히, 그리드(42)는 나머지 스트럿(46)보다 더 큰, 예컨대, 2배의 폭(48)을 갖는 2개의 스트럿(46)을 포함한다. 또한, 그리드 개구부(44) 중 일부는 스트럿(46)에 형성되고 외부 림(50)에 인접하며, 나머지 그리드 개구부(44)보다 더 작다.
도 8b는 상이한 크기 및 상이한 형상의 그리드 개구부(44)를 갖는 그리드(42)를 도시한다. 특히, 더 큰 원형 그리드 개구부(44), 더 작은 원형 그리드 개구부(44) 및 반원형 그리드 개구부(44)가 존재한다.
도 8c는 동일한 크기의 정사각형 형상의 그리드 개구부(44)를 갖는 그리드(42)를 도시한다. 또한, 스트럿(46)은 상이한 폭(48)을 포함한다. 특히, 그리드(42)는 나머지 스트럿(46)보다 더 큰, 예컨대, 2배의 폭(48)을 갖는 2개의 스트럿(46)을 포함한다.
도 8d는 상이한 크기의 그리드 개구부(44)를 갖는 그리드(42)를 도시한다. 특히, 그리드 개구부(44)는 대각선으로 이어지는 긴 슬롯으로서 형성된다. 또한, 그리드(42)는 서로 평행하게 연장되고 그리드 개구부(44)에 대해 경사진 2개의 스트럿(46)을 포함한다.
도 8e는 도 8d에 도시된 그리드와 유사한 그리드(42)를 도시한다. 그리드(42)는 상이한 크기의 그리드 개구부(44)를 가진다. 특히, 그리드 개구부(44)는 대각선으로 이어지는 긴 슬롯으로서 형성된다. 또한, 그리드(42)는 서로 평행하게 연장되고 그리드 개구부(44)에 대해 경사진 2개의 스트럿(46)을 포함한다. 도 8d에 도시된 그리드와 비교하면, 도 8e에 도시된 그리드(42)의 스트럿(46)은 더 큰 폭(48)을 포함한다.
도 8f는 도 8c에 도시된 그리드(43)와 유사한 그리드(42)를 도시한다. 그리드(42)는 상이한 크기의 사각형 형상의 그리드 개구부(44)를 가진다. 또한, 스트럿(46)은 상이한 폭(48)을 포함한다. 특히, 그리드(42)는 나머지 스트럿(46)보다 더 큰, 예컨대, 2배의 폭(48)을 갖는 2개의 스트럿(46)을 포함한다. 이러한 2개의 스트럿(46)은 나머지 그리드 개구부(44)보다 작은 그리드 개구부(44)를 포함한다.
인용 문헌
- WO 00/24799
- WO　2009/027310
- WO 2016/150684 A1
- US 2005/0159497 A1

Claims (15)

  1. 졸-겔 공정에서 다공성 물질의 전구체로부터 유도된 다공성 물질로 제조된 복수의 바디(12)의 제조 방법으로서,
    (i) 상기 바디(12)의 형상을 획정하는 몰드(10)에 상기 다공성 물질의 전구체를 충전하고 겔 바디를 형성하는 단계로서, 상기 전구체는 적어도 2종의 반응성 성분(CA, CB) 및 용매(S)를 포함하는 것인 단계,
    (ii) 단계 (i)을 반복하여 복수의 겔 바디(12)를 형성하는 단계,
    (iii) 상기 다공성 물질의 전구체로부터 상기 겔 바디(12)가 형성되는 소정의 시간 후에 상기 몰드(10)에서 상기 겔 바디(12)를 제거하는 단계,
    (iv) 상기 겔 바디(12)를 서로 인접하게 배열하는 단계,
    (v) 인접한 2개의 겔 바디(12) 사이에 스페이서(14)를 제공하여 바디 사이에 간극을 제공하는 단계, 및
    (vi) 상기 겔 바디(12)로부터 상기 용매(S)를 제거하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서(14)는 서로 연결된 제1 그리드(18) 및 제2 그리드(20)를 포함하는 그리드 어셈블리(16)이며, 상기 제1 그리드(18)는 제1 개구부(22)를 포함하고, 상기 제2 그리드(20)는 제2 개구부(24)를 포함하며, 상기 제1 개구부(22) 및 상기 제2 개구부(24)는 서로 시프트되는 것인 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 그리드 어셈블리(16)는 1.0㎜ 내지 4.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 3.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 2.5㎜의 두께를 포함하고/포함하거나
    상기 제1 개구부(22) 및/또는 상기 제2 개구부(24)는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열되고/배열되거나
    상기 제1 개구부(22) 및/또는 상기 제2 개구부(24)는 동일하거나 상이한 개구부 영역을 포함하고/포함하거나
    상기 제1 개구부(22) 및/또는 상기 제2 개구부(24)는 동일하거나 상이한 형상을 포함하고/포함하거나
    상기 제1 개구부(22) 및/또는 상기 제2 개구부(24)는 원형, 난형, 타원형, 다각형, 둥근 모서리를 포함하는 다각형, 직사각형 또는 정사각형 형상을 포함하고/포함하거나
    상기 방법은 전기 소산성이며 상기 겔 바디(12)에 비점착성인 물질로 제조된 코팅을 상기 제1 그리드(18) 및/또는 상기 제2 그리드(20)의 표면에 적어도 부분적으로 제공하는 단계를 추가로 포함하고/포함하거나
    상기 제1 및 제2 개구부(22, 24)의 전체 개구부 영역은 바디(12)의 대면하는 외표면의 40% 내지 95%인 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 겔 바디(12) 각각을 상기 스페이서(14)와 함께 일체로, 바람직하게는 모놀리식으로 형성하는 단계를 추가로 포함하는 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스페이서(14)는 상기 겔 바디(12)의 적어도 하나의 표면(32)으로부터 돌출된 복수의 돌출부(30)를 포함하는 것인 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 겔 바디(12) 각각의 하나의 표면(32)에만 상기 돌출부(30)를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 제조 방법으로서, 상기 겔 바디(12)는 서로 인접하게 배열되어 상기 겔 바디(12) 중 하나의 상기 돌출부(30)를 포함하는 상기 표면(32)이 상기 각각의 인접한 바디(12)의 돌출부(30)가 없는 표면(34)과 대면하는 것인 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 돌출부(30) 각각은 1.0 내지 5.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 4.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 2.5㎜의 직경을 갖는 원형 단면 형상을 포함하고/포함하거나
    상기 돌출부(30)는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열되고/배열되거나
    상기 돌출부(30)는 동일하거나 상이한 형상을 가지고/가지거나
    상기 돌출부(30)는 0.1㎜ 내지 20.0㎜, 바람직하게는 0.5㎜ 내지 5.0㎜, 더욱 바람직하게는 1.0㎜ 내지 3.0㎜의 높이(40)를 가지고/가지거나
    상기 돌출부(30)는 인접한 돌출부(30)의 외표면(38) 사이의 최소 거리(36)가 0.1㎜가 되도록 배열되고/배열되거나
    상기 돌출부(30)는 원뿔대로 형성되고/형성되거나
    상기 방법은 상기 겔 바디(12)로부터 상기 용매(S)를 제거한 후, 상기 돌출부(30)를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겔 바디(12)는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성되고, 상기 겔 바디(12)는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열되거나, 또는 상기 겔 바디(12)는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수평 배향되도록 배열되는 것인 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겔 바디(12)는 슬래브로서 형성되고, 상기 슬래브는 적어도 10㎝의 길이 및 적어도 10㎝의 폭을 포함하고/포함하거나
    상기 겔 바디(12)는 슬래브로서 형성되며, 상기 슬래브는 적어도 0.5㎜의 두께를 포함하는 것인 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스페이서(14)는 그리드 개구부(44)를 포함하는 그리드(42)인 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 그리드 개구부(44)는 동일하거나 상이한 개구부 영역을 포함하고/포함하거나
    상기 그리드 개구부(44)는 규칙적이거나 불규칙적인 패턴으로 배열되고/배열되거나
    상기 그리드(42)는 상기 그리드 개구부(44)를 획정하는 스트럿(46)을 포함하며, 상기 스트럿(46)은 1.0㎜ 내지 5.0㎜, 바람직하게는 1.25㎜ 내지 4.5㎜, 더욱 바람직하게는 1.5㎜ 내지 4.0㎜의 폭(48)을 포함하고/포함하거나
    상기 겔 바디(12)는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상을 갖는 슬래브로 형성되며, 상기 겔 바디(12)는 가장 큰 표면적을 갖는 직육면체, 원통형 또는 다각형 형상의 측면이 중력 방향에 대해 실질적으로 수직 배향되도록 배열되고/배열되거나
    상기 방법은 전기 소산성이며 상기 겔 바디(12)에 비점착성인 물질로 제조된 코팅을 상기 그리드(42)의 표면에 적어도 부분적으로 제공하는 단계를 추가로 포함하는 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 바디(12)로부터 상기 용매(S)를 제거하는 단계는 초임계 건조에 의해 수행되는 것인 제조 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 그리드(42)는 바디(12)를 보유하며 상기 바디(12)가 다른 그리드(42)에 계합되지 않고 그 위에 배치된 또 다른 그리드(42)를 지지하도록 구성되며, 상기 그리드(42)는 바람직하게는 상기 바디(12)가 다른 그리드(42)에 계합되지 않고 그 위에 배치된 또 다른 그리드(42)를 지지하도록 구성된 외부 림(50)을 포함하는 것인 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제9항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바디(12)로부터 상기 용매(S)를 제거하는 단계는 초임계 건조 또는 대류 건조에 의해 수행되는 것인 제조 방법.
  15. 단열 재료로서의 또는 진공 단열 패널을 위한, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득되거나 수득될 수 있는 바디(12)의 용도로서, 상기 바디(12)는 바람직하게는 내부 또는 외부 단열 시스템에 사용되는 것인 용도.
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