PL180529B1

PL180529B1 - Kompozyt aerozelowy, sposób wytwarzania kompozytu aerozelowego oraz sposób wytwarzania mat aerozelowych PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180529B1
Application number: PL95318905A
Authority: PL
Inventors: Dierk Frank; Andreas Zimmermann
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1995-08-17
Publication date: 2001-02-28
Also published as: DK0778814T3; WO1996006808A1; JPH10504792A; DE59504434D1; AU3346695A; KR970705524A; MX9701588A; NO970891L; NO311669B1; FI970808A; NO970891D0; CA2198756A1; DE4430642A1; EP0778814B1; FI970808A0; CN1164222A; RU2146662C1; ATE174016T1; US5789075A; PL318905A1

Abstract

1. Kompozyt aerozelowy w postaci maty, zawierajacy aerozel o porowatosci wynoszacej ponad 60% i ge- stosci wynoszacej ponizej 0,6 g/cm3, z rozmieszczonymi w nim wlóknami, znamienny tym, ze aerozel posia- da pekniecia a elementarne kawalki aerozelu ograniczone przez pekniacia, majace srednia objetosc 0,001 mm3 do 1 cm 3 utrzymywane sa razem za pomoca wlókien. 11. Sposób wytwarzania kompozytu aerozelowego, znamienny tym, ze wytwarza sie zol, do zolu dodaje sie wlókna, zol z dodanymi wlóknami przeprowadza sie w zel, nastepnie odpowiednio odksztalca sie zel, tworzac w nim w sposób zamierzony pekniecia tak, ze powstaja polaczone wlóknami elementarne kawalki o sredniej objetosci od 0,001 mm3 do 1 cm3, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odksztalceniu ciecz za- warta w zelu podlega wymianie, a uzyskany odpowiednio odksztalcony zel suszy sie tworzac aerozel. 20. Sposób wytwarzania mat aerozelowych SiO2 o porowatosci wiekszej od 60% objetosciowych i gesto- sci mniejszej od 0,6 g/cm3, znamienny tym, ze w wodnym roztworze szkla wodnego ustala sie wartosc pH = 3 i do powstalego przy tym kwasu krzemowego dodaje sie zasade, nastepnie dodaje sie wlókna, kwas krzemowy poddaje sie polikondensacji, odpowiednio odksztalca sie zel tworzac w nim w sposób zamierzony pekniecia tak, ze powstaja elementarne kawalki polaczone przez wlókna i majace srednia objetosc od 0,001 mm3 do 1 cm3, przy czym przed, podczas i/lub po odksztalceniu, zel przemywa sie organicznym rozpuszczalnikiem, az zawartosc wody w zelu wyniesie = 5% wagowych, po czym uzyskany w wyniku tych operacji zel przetwarza sie za pomoca srodka silylujacego, ewentualnie silylowany zel przemywa sie organicznym rozpuszczalnikiem, az zawartosc reszty nieprzereagowanego srodka silylujacego wyniesie = 1% wag. i uzyskany w tej operacji lub w operacji przetwarzania za pomoca srodka silylujacego odksztalconego zelu silylowany zel, suszy sie w temperaturach od -30 do 200°C i przy cisnieniu 0,001*10 5 do 20* 105 Pa. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku sąkompozyty aerożelowe, sposób wytwarzania kompozytów aerożelowych oraz sposób wytwarzania mat aerożelowych.

180 529

Aerożele o porowatości wynoszącej ponad 60% i gęstości poniżej 0,6 g/cm³, ze względu na swą niewielką gęstość i dużą porowatość, posiadająbardzo małą przewodność cieplną. Duża porowatość powoduje jednak również małą stabilność mechaniczną zarówno żelu, z którego wysuszenia powstaje aerożel, jak i samego, wysuszonego już aerożelu. Aerożele mają niewielką giętkość i są bardzo kruche.

Aerożele, w dalszym znaczeniu tego słowa, to znaczy jako „żel z powietrzem jako środkiem dyspergującym” wytwarza się przez suszenie odpowiedniego żelu. Pod tak rozumianym pojęciem „aerożel”, rozumie się zarówno areożele w ścisłym znaczeniu tego słowa jak i kserożele i kriożele. Wytworzony żel jest przy tym nazywany aerożelem w ścisłym tego słowa znaczeniu, gdy ciecz z żelu usuwana jest w temperaturach wyższych od temperatury krytycznej, wychodząc od ciśnień znajdujących się powyżej ciśnienia krytycznego. Jeżeli ciecz z żelu usuwana jest poniżej wartości krytycznych, na przykład przez tworzenie fazy granicznej dla cieczy i pary, to powstały wtedy żel nosi nazwę kserożelu. Przy stosowaniu pojęcia aerożel w niniejszym zgłoszeniu (jeżeli nie podano inaczej), rozumie się „żel z powietrzem jako ośrodkiem dyspersyjnym”.

Podczas suszenia tradycyjnych żeli, wskutek sił kapilarnych występująbardzo duże napięcia, które w połączeniu z niewielkąstabilnościąstruktury żelu o dużej porowatości, powodujązapaść porów w czasie suszenia. Ciśnienie kapilarne Pc powstające w czasie suszenia, określone jest przez napięcie powierzchniowe Y_LV, powierzchni znajdującej się pomiędzy ciecząw porach 2 i jej parą 4, a także przez kąt zetknięcia Θ pomiędzy meniskiem cieczy i ścianą pora 3 oraz przez promień r pora 1 (fig. 1):

2Y, _v cosO Pc = -—---r

Zapaści porów można uniknąć, gdy żel suszy się w warunkach nadkrytycznych, tak jak to jest opisane w europejskich opisach EP-A-0382310, EP-A-0018955 i w amerykańskim opisie US-A-4 610 863, redukując w ten sposób napięcie powierzchniowe Y_LV do zera. Tak wytworzone aerożele są jednak mało stabilne mechanicznie.

Za pomocą wzmocnienia aerożelu włókien, jak to opisano w publikacji WO 93/06044, można uzyskać monolityczny aerożel wzmocniony włóknem, którego stabilność mechaniczna ulega znacznej poprawie w stosunku do aerożelu nie wzmocnionego. Przez wzmocnienie włóknem, dalszemu zmniejszeniu ulega jednak giętkość monolitycznego, wzmocnionego włóknem materiału, w stosunku do czystego aerożelu, powstają więc płyty o wysokim module sprężystości. Ponadto sposób wytwarzania opisany w publikacji WO 93/06044 wymaga znacznych nakładów technicznych ze względu na konieczność suszenia w warunkach nadkrytycznych. Przy tym do suszenia żelu z alkoholu, na przykład z metanolu, konieczne jest stosowanie temperatur 250 do 260°C i ciśnień w zakresie od 9,7 do 15,9 MPa.

W niemieckim opisie DE-A-4342548 i w publikacji WO 94/25149 opisane są sposoby wytwarzania kserożeli o gęstości poniżej 0,3 g/cm³ i porowatości powyżej 60%, które czynią zbędnym suszenie żeli w warunkach nadkrytycznych. Przy tym żele, przez obróbkę wewnętrznej powierzchni, np. za pomocą silylowania w przypadku kserożeli SiO₂, są tak modyfikowane, że można je suszyć na powietrzu bez powstawania zapaści porów. Tak wytworzone kserożele są również mechanicznie niezbyt stabilne i łatwo się łamią

Wytwarzanie żeli zawierających Si opisane jest na przykład w publikacji WO 93/06044. Wytwarzanie żeli organicznych jest opisane na przykład w amerykańskim opisie US-A-5 086 085 i w amerykańskim opisie US-A-4 873 218.

Natomiast typowe procesy nadkrytycznego suszenia z zawartego w żelu CO₂ opisane są na przykład w amerykańskim opisie US-A-4 610 863 w Bommel M. J. de Haan, A.B, Journal of Materials Science, 29, (1994 r.) s. 943-948, a z zawartego w żelu metanolu, opisane sąw europejskim opisie EP-B-0396076 lub w publikacji WO 93/06044.

180 529

Dla całego szeregu zastosowań, jak na przykład do stosowania jako materiał termoizolacyjny dla wypukłych powierzchni, pożądana byłaby możliwość stosowania aerożeli o giętkiej postaci, to znaczy w postaci bardzo giętkich płyt względnie mat. Jednak duża kruchość aerożeli znanych ze stanu techniki, uniemożliwia takie zastosowanie.

Zadaniem wynalazku jest więc opracowanie giętkiego kompozytu aerożelu o porowatości ponad 60% i gęstości poniżej 0,6 g/cm³ oraz sposobu jego wytwarzania.

Kompozyt aerożelowy, w postaci maty, zawierający aerożel o porowatości wynoszącej ponad 60% i gęstości wynoszącej poniżej 0,6 g/cm³, z rozmieszczonymi w nim włóknami, według wynalazku charakteryzuje się tym, że aerożel posiada pęknięcia a elementarne kawałki aerożelu ograniczone przez pęknięcia, mające średnią objętość 0,001 mm³ do 1 cm³, utrzymywane są razem za pomocą włókien.

Korzystnie, aerożel zawiera grupy SiO₂.

Objętościowa zawartość włókien w kompozycie wynosi 0,1 do 30%.

Korzystnie, średnica włókien wynosi dla włókien niemetalizowanych 0,1 do 30 pm i/lub dla włókien metalizowanych 0,1 do 20 pm.

Włókna mają postać włókniny lub mat.

Kompozyt zawiera co najmniej dwie maty, przy czym maty połączone są ze sobą trwale przez sklejenie, połączenie mechaniczne lub za pomocą powłoki.

Przynajmniej jedna mata na co najmniej jednej stronie jest laminowana.

Włókna rozmieszczone są pojedynczo w nieuporządkowanej lub ukierunkowanej formie a ich długość jest większa niż 1 cm.

Kompozyt dodatkowo zawiera środek zmętniający promieniowanie podczerwone.

Korzystnie, kompozyt według wynalazku jest hydrofobowy.

Sposób wytwarzania kompozytu aerożelowego według wynalazku charakteryzuje się tym, że wytwarza się zol, do zolu dodaje się włókna, zol z dodanymi włóknami przeprowadza się w żel, następnie odpowiednio odkształca się żel, tworząc w nim w sposób zamierzony pęknięcia tak, że powstająpołączone włóknami elementarne kawałki o średniej objętości od 0,001 mm³ do 1 cm³, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odkształceniu ciecz zawarta w żelu podlega wymianie, a uzyskany odpowiednio odkształcony żel suszy się tworząc aerożel.

Korzystnie, otrzymany odpowiednio odkształcony żel suszy się sposobem dielektrycznym.

Żel suszy się za pomocą mikrofal.

Żel otrzymany z zolu po dodaniu włókien albo otrzymany w wyniku odpowiedniego odkształcenia żelu dla utworzenia w nim w sposób zamierzony pęknięć tak, że powstają połączone włóknami elementarne kawałki o średniej objętości od 0,01 mm³ do 1 cm³, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odkształceniu ciecz zawarta w żelu podlega wymianie, poddaje się starzeniu w temperaturze wynoszącej od 20°C do temperatury wrzenia cieczy zawartej w żelu.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku żel uzyskany w wyniku, odpowiedniego odkształcenia żelu, dla utworzenia w nim w sposób zamierzony pęknięć tak, że powstają połączone włóknami elementarne kawałki o średniej objętości od 0,001 mm³ do 1 cm³, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odkształceniu ciecz zawarta w żelu podlega wymianie, przetwarza się, za pomocąjednej lub wielu substancji modyfikujących powierzchnię zastępując dużą ilość grup powierzchniowych żelu grupami substancji modyfikujących powierzchnię, hamując znacznie dalszą kondensację pomiędzy grupami powierzchniowymi na różnych powierzchniach porów i/lub przez zmianę kąta zetknięcia pomiędzy powierzchnią porów i cieczą która ma ulec wysuszeniu, zmniejszając siły kapilarne, ewentualnie wymieńia się ciecz zawartą w żelu a powstały żel suszy się w temperaturze znajdującej się poniżej temperatury krytycznej cieczy zawartej w żelu i przy ciśnieniu 0,001· 10’ Pa do ciśnienia pary tej cieczy, przy tej temperaturze.

Powstały żel suszy się sposobem dielektrycznym.

Żel suszy się za pomocą mikrofal.

W sposobie według wynalazku żel w operacji przetwarzania za pomocąjednej lub wielu substancji modyfikujących powierzchnię, w której zastępuje się dużą ilość grup powierzchniowych żelu grupami substancji modyfikujących powierzchnię, przetwarza się przynaj

180 529 mniej z jedną substancją modyfikującą powierzchnię o ogólnym wzorze R’_nMX_m, gdzie R jest wodorem lub niereaktywną, organiczną, liniową rozgałęzioną, cykliczną, aromatyczną lub heteroaromatycznąresztą, przy czym R'niezależnie od siebie sąjednakowe lub różne, M=A1 lub Si, X oznacza chlorowiec lub resztę -OR, -SR oraz -NR ₂, przy czym R stanowi prostołańcuchową lub rozgałęzioną, podstawioną]ednakowo lub różnie, jedno- lub wielokrotnie alifatyczną resztę C । do C, ₈, w której jedna łub wiele grup CH₂ może być zastąpione przez -C=C-, -CH=CH-, -CO0-, -O(C=O)-, SiR'₂, -CO-, fenylenodiyl i/lub aż do każdej drugiej jednostki CH₂, przez O lub NR, przy czym R stanowi fenyl, C]-C_]8-alkil lub benzyl, lub też R” oznacza grupę benzylową lub resztę fenylową, która może być zastąpiona przez 1 do 5 podstawników R, OH, OR', COOR, OCOR, SO₃H, SO₂C1, F, Cl, Br,NO₂ lub CN, a w przypadku N, R niezależnie od siebie mogą być jednakowe lub różne, n i m są liczbami całkowitymi większymi od zera, których suma odpowiada wartościowości M, przy czym dla m > 2, X może być niezależnie od siebie jednakowa lub różna.

Żel uzyskany w operacji odkształcania żelu z utworzeniem w nim w sposób zamierzony pęknięć tak, że powstają połączone włóknami elementarne kawałki o średniej objętości od 0,001 mm³ do 1 cm³, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odkształceniu ciecz zawarta w żelu podlega wymianie, suszy się, gdy ciecz zawartą w żelu wprowadzi się w stan nadkrytyczny, a następnie, ciecz usuwa się przez odparowanie rozprężeni owe, przy temperaturze nadkrytycznej.

Sposób wytwarzania mat aerożelowych SiO₂ o porowatości większej od 60% objętościowych i gęstości mniejszej od 0,6 g/cm³, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w wodnym roztworze szkła wodnego ustala się wartość pH<3 i do powstałego przy tym kwasu krzemowego dodaje się zasadę, następnie dodaje się włókna, kwas krzemowy poddaje się polikondensacji, odpowiednio odkształca się żel tworząc w nim w sposób zamierzony pęknięcia tak, że powstają elementarne kawałki połączone przez włókna i mające średnią objętość od 0,001 mm³ do 1 cm³, przy czym przed, podczas i/lub po odkształceniu, żel przemywa się organicznym rozpuszczalnikiem, aż zawartość wody w żelu wyniesie < 5% wagowych, po czym uzyskany w wyniku tych operacji żel przetwarza się za pomocą środka silylującego, ewentualnie silylowany żel przemywa się organicznym rozpuszczalnikiem, aż zawartość reszty nieprzereagowanego środka silylującego wyniesie < 1% wag. i uzyskany w tej operacji lub w operacji przetwarzania za pomocą środka silylującego odkształconego żelu silylowany żel, suszy się w temperaturach od -30 do 200°C i przy ciśnieniu 0,001*10⁵ do 20*10³ Pa.

Silylowany żel suszy się sposobem dielektrycznym.

Żel suszy się za pomocą mikrofal.

W sposobie wytwarzania mat aerożelowych według wynalazku do powstałego kwasu krzemowego dodaje się zasadę, zasadniczo NH₄OH, NaOH, KOH, A1(OH)₃ i/lub koloidalny kwas krzemowy. Natomiast, wartość pH < 3 ustala się przykładowo za pomocą żywicy jonowymiennej, korzystnie kwaśnej żywicy jonowymiennej.

Kompozyty według wynalazku zawierająkorzystnie elementarne kawałki aerożelu o średniej objętości od 0,1 do 30 mm³. Im mniejsza jest średnia objętość kawałków kompozytu, tym większa jest mechaniczna giętkość kompozytu. Giętkość kompozytu zależy poza tym również od giętkości włókien i aerożelu. Typowy kompzyt według wynalazku, jest bardziej giętki od monolitycznego aerożelu wzmocnionego włóknem lub bez tego wzmocnienia, wytworzonego według stanu techniki.

Odpowiednimi aerożelami do kompozytów według wynalazku są aerożele na bazie tlenków metali, nadające się do techniki przy użyciu zoli i żeli jak na przykład związki Si lub Al, albo też aerożele na bazie materiałów organicznych nadających się do techniki przy użyciu zoli i żeli, takich jak kondensaty melaminowo-formaldehydow’e lub kondensaty rezorcynowo-formaldehydowe. Mogą one również bazować na mieszaninach wspomnianych materiałów.

Korzystnie zastosowane aerożele zawierają związki krzemu, zwłaszcza aerożele SiO₂. Do redukcji udziału promieniowania w przewodności cieplnej, aerożel może zawierać środki zmętniające, hamujące promieniowanie podczerwone, takie jak sadza, dwutlenek tytanu, tlenki żelaza lub dwutlenek cyrkonu lub ich mieszanki.

180 529

Dla uzyskania barwy żel może zawierać barwniki i/lub pigmenty barwiące.

Szczególnie korzystnie stosuje się kserożele, a zwłaszcza kserożele SiO₂.

Jako materiał włókien można stosować włókna nieorganiczne, takie jak włókna szklane lub włókna mineralne, albo włókna organiczne, takie jak włókna poliestrowe, włókna aramidowe, włókna nylonowe lub też włókna pochodzenia roślinnego, oraz ich mieszanki. Włókna mogą być również pokryte powłoką na przykład włókna poliestrowe pokryte powłoką z metalu, na przykład z aluminium.

Pokrycie powłoką służy również lepszemu powiązaniu aerożelu z włóknami, analogicznie jak w tak zwanym „coupling agents” na włóknach szklanych w sztucznych tworzywach wzmocnionych włóknem szklanym.

Klasa przeciwpożarowa kompozytu wyznaczana jest przez klasę przeciwpożarową aerożelu i materiału włókien. Aby uzyskać możliwie korzystną klasę przeciwpożarową (trudno zapalaną lub niepalną) kompozytu, włókna powinny być wykonane z niepalnego materiału, na przykład powinny to być włókna mineralne lub szklane, albo z trudnopalnych materiałów takich jak żywica melaminowa. Poza tym organiczne składniki matrycy aerożelowej można oddzielić przez obróbkę termiczną nie zmieniając przez to istotnie termicznej przewodności aerożelu.

Aby zapobiec zwiększeniu przewodności cieplnej wskutek dodania włókien udział objętościowy włókien powinien wynosić 0,1 do 30%, korzystnie 0,1 do 10%, a przewodność cieplna materiału włókien powinna być tak mała, jak tylko to jest możliwe, korzystnie < 1 W/mK.

Przy zastosowaniu dużych udziałów objętościowych włókien o dużej gęstości, jak na przykład włókien szklanych, kompozyt może posiadać gęstość aż do 0,9 g/cm³.

Przez odpowiedni dobór średnicy włókien (dla włókien niemetalizowanych, korzystnie 0,1 do 30 pm i/lub dla włókien metalizowanych, korzystnie 0,1 do 20 pm) i/lub ich materiału, wpływ promieniowania na przewodność cieplną można zredukować i można uzyskać większą wytrzymałość mechaniczną.

Natomiast zastosowanie włókien hamujących promieniowanie podczerwone, na przykład włókien z PET zaczernionych sadzą dodatkowo redukuje udział promieniowania w przewodności cieplnej. Wytrzymałość mechaniczną reguluje się za pomocą długości i rozkładu włókien w aerożelu.

Włókna mogą być rozmieszczane na przykład jako pojedyncze włókna w stanie nieuporządkowanym lub ukierunkowanym. W tym przypadku, aby zapewnić wystarczającą wytrzymałość kompozytu, powinny one mieć długość korzystnie co najmniej 1 cm. Można również stosować włókninę lub maty, przy czym może to być ułożone warstwowo wiele warstw z włókniny lub wiele mat. W przypadku układania w warstwy mat o uprzywilejowanym kierunku, korzystna jest zmiana tego kierunku od jednej warstwy do drugiej. Kompozyt, przez odpowiednią modyfikację powierzchni porów aerożelu, może być hydrofobizowany.

Jako materiał wyjściowy do wytwarzania zolu w sposobie wytwarzania kompozytu według wynalazku służą nadające się do techniki zolowo-żelowej, związki tlenków metali, zwłaszcza związki krzemu (Si) i glinu (Al), takie jak alkoholany krzemu i glinu, szkło wodne, organiczne polikondensaty na bazie żywic melaminowo-formaldehydowych lub żywic rezorcynowo-formaldehydowych, albo ich mieszanin. Ponadto zol może się składać z cząsteczkowego lub koloidalnego tlenku Si lub Al. Korzystnie stosuje się związki Si, zwłaszcza szkło wodne.

Cząstki zolu unoszą na swej powierzchni grupy funkcjonalnej zdolne do kondensacji. Grupy te będą nazywane dalej grupami powierzchniowymi. Zwykle cząstki zolu ze związków Si lub Al unoszą hydrofilowe grupy hydroksylowe (OH). W zależności od wytwarzania, mogą występować jeszcze reszty grup alkoksylowych (OR), gdy jako materiał wyjściowy stosuje się alkoholany.

Jeżeli do zolu, przed wytworzeniem żelu, dodaje się środek hamujący (zmętniający) promieniowanie podczerwone, np. sadzę, tlenek tytanu, tlenki żelaza lub tlenek cyrkonu, to redukuje się promieniowanie jako czynnik przyczyniający się do przewodności cieplnej.

Dla uzyskania barwy dodaje się ewentualnie barwniki i/lub pigmenty barwiące.

180 529

Dla włókien zastosowanych w operacji dodawania do zolu włókien obowiązują warunki omówione wyżej.

Dla lepszej dyspersyjności włókien względnie lepszego zwilżania włókniny, włókna powleka się odpowiednią powłoką. Powlekanie może również służyć do polepszenia przyczepności żelu do włókien.

Przeprowadzenie zolu w żel można dokonać na przykład przez hydrolizę i kondensację alkoholanów krzemu lub glinu, żelowanie cząsteczkowego lub koloidalnego tlenku Si lub Al, albo przez kombinację tych metod.

Jeżeli w operacji wytwarzania zolu stosuje się zol wodny a wartość pH zmienia się przez dodanie kwasu mineralnego, to żel należy przepłukać wodą pozbawiając go elektrolitu.

Dodanie włókien, zwłaszcza w przypadku pojedynczych włókien, można przeprowadzać również podczas tworzenia się żelu, gdy zol osiągnął już dużą lepkość ale nie uległjeszcze zestaleniu.

Podczas operacji odkształcania, żel odkształca się tak, że pęknięcia rozkładają się możliwie na całej powierzchni i tworzą otoczone przez nie i połączone przez włókna elementarne kawałki. Ponadto przeginanie w tym samym kierunku powinno następować zarówno na górnej jak i na dolnej powierzchni żelu. Można to korzystnie uzyskać w ten sposób, że żel przeprowadza się przez obrotowe walce lub krążki prowadzące. Szczególnie równomierne elementarne kawałki uzyskuje się, gdy odkształcanie przeprowadza się w dwóch, prostopadłych względem siebie kierunkach. Średnią objętość elementarnych kawałków można regulować jeżeli pęknięcia wytwarza się przez przepuszczanie przez walce, regulując średnicę walców i wytrzymałość żelu (np. za pomocą starzenia żelu). Średnica walców wynosi korzystnie 2 do 10 cm, jeżeli pragnie się wytworzyć elementarne kawałki o wspomnianej średniej objętości. Im mniejsza jest średnica tych walców, tym mniejsza jest średnia objętość elementarnych kawałków i tym większa jest mechaniczna giętkość kompozytu.

Uzyskany żel poddaje się procesowi starzenia w celu zwiększenia jego wytrzymałości. Starzenie żelu dokonuje się na ogół w temperaturze od 20°C aż do temperatury wrzenia cieczy zawartej w żelu. Jeżeli ciecz żelu stanowi woda, a matrycę żelu SiO₂, to proces starzenia zachodzi w temperaturach 20 do 90°C, korzystnie 20 do 70°C, przy wartości pH od 6 do 11, korzystnie 6 do 9, w czasie od 1 min do 48 godzin, zwłaszcza od 15 min do 24 godzin.

Ciecz zawartą w żelu, w co najmniej jednym procesie płukania można wymienić na taką samą lub inną ciecz, która nadaje się do mającego nastąpić w kolejnej operacji suszenia.

Odkształcanie żelu można korzystnie przeprowadzić podczas wymiany cieczy.

Operacje od wytworzenia zolu do suszenia odkształconego żelu przeprowadza się w temperaturze zawartej pomiędzy temperaturą zamierzania cieczy zawartej w żelu i temperaturą 70°C, jednak maksymalnie temperaturą wrzenia cieczy zawartej w żelu.

Korzystnie, żel otrzymany w operacji odkształcania żelu suszy się w warunkach podkrytycznych, uzyskując kompozyt aerożelowy.

W operacji odkształcania żelu do płukania stosuje się ciecz nadającą się do następnych operacji. Jeżeli żel zawiera przykładowo wodę, to zaleca się płukanie żelu za pomocąprotonowego lub aprotonowego organicznego rozpuszczalnika aż do momentu, gdy zawartość wody w żelu wynosi < 5% wagowych, korzystnie wynosi < 2% wag.

Jako rozpuszczalniki organiczne stosuje się eter, ester lub ketony, oraz alifatyczne lub aromatyczne węglowodory. Korzystnymi rozpuszczalnikami sąmetanol, etanol, aceton, tetrahydrofuran, ester etylowy kwasu octowego, dioksan, n-heksan, n-heptan i toluen. Można stosować również mieszaniny tych rozpuszczalników. Rozpuszczalnik musi być w znacznym stopniu obojętny w stosunku do substancji modyfikującej powierzchnię, stosowanej w następnej operacji.

Za pomocą substancji modyfikujących powierzchnię znaczna część hydrofitowych lub reaktywnych grup powierzchniowych na powierzchniach porów przetwarzana jest w hydrofobowe lub nie nadające się do dalszej kondensacji grupy powierzchniowe.

180 529

Skutkiem tego dalsza kondensacja pomiędzy grupami na różnych powierzchniach porów zostaje zahamowana, względnie wskutek zmiany kąta zetknięcia pomiędzy ścianą pora i meniskiem cieczy, która ma być wysuszona, siły kapilarne ulegają redukcji.

W przypadku, gdy żel jest żelem tlenku krzemu, glinu lub tlenku krzemowo-glinowego, jako pierwotne grupy powierzchniowe występują grupy o wzorze MOH lub MOR, przy czy, M=A1 lub Si, a R=C _rC₆-alkil, korzystnie metyl lub etyl. Przez przemianę z substancjami modyfikującymi powierzchniowo o ogólnym wzorze R'„MX_m, pierwotne grupy powierzchniowe zostają zastąpione przez obojętne grupy typu MR'_n. Oznaczenia n i m są liczbami całkowitymi większymi od zera, których suma odpowiada wartościowści M. R' oznacza wodór lub nie reaktywną, organiczną, liniową rozgałęzioną cykliczną aromatyczną lub heteroaromatyczną resztę jak np. C₍-C|₈-alkil, korzystnie C_rC₆-alkil, a zwłaszcza metyl lub etyl, cykloheksyl lub fenyl. R' są niezależnie od siebie równe lub różne albo mogą być zmostkowane. Ponadto X stanowi chlorowiec, korzystnie Cl, lub grupa -OR , -SR lub -NR₂, przy czym R stanowi prostołańcuchowąlub rozgałęzioną podstawionąjednakowo lub różnie jedno-albo wielokrotnie alifatyczną resztę C] do C₁₈, w której jedna lub wiele grup CH₂ może być zastąpiona przez -C=C-, -CH=CH-, -COO-, -O(C=O)-, SiR ₂, -CO-, fenylenodiyl i/lub aż do każdej drugiej jednostki CH₂, przez O lub NR, przy czym R ” stanowi fenyl, C]-C|₈-alkil lub benzyl, albo R oznacza resztę benzylową lub resztę fenylową która może być zastąpiona przez 1 do 5 podstawników R, OH, ÓR', COOR’, OCOR, SO₃H, SO₂Cł, F, Cl, Br, NO₂ lub CN. W przypadku N, R mogąniezależnie od siebie być jednakowe lub różne. Jeżeli m oznacza przynajmniej 2, to X niezależnie od siebie mogą być jednakowe lub różne albo zmostkowane. Można również stosować mieszaniny substancji modyfikujących powierzchnię.

Korzystnie stosuje się środki silylujące o wzorze R₄._nSiCl_n, lub R₄._nSi(OR)_n, gdzie n= 1 do 3, przy czym R' i R” mają poprzednie znaczenie. Również silazany znajdują zastosowanie. Korzystanie stosuje się metylotrichlorosilan, dimetylodichlorosilan, trimetylochlorosilan, trimetylometoksysilan lub heksametylodisilazan.

Korzystnie siły lowany żel w operacji wymiany cieczy zawartej w żelu przemywa się protonowym albo aprotonowym rozpuszczalnikiem dotąd, aż nieprzetworzona substancja modyfikująca powierzchnie zostanie usunięta (pozostała reszta< 1 % wag.). Odpowiednimi rozpuszczalnikami są tu wymienione dla operacji odkształcenia żelu. Podobne rozpuszczalniki wymienione tam jako korzystne, również tutaj są korzystne.

W operacji suszenia żelu, w specjalnej postaci wykonania, wzmocniony włóknem, zmodyfikowany powierzchniowo żel, suszy się w temperaturze od -30 do 200°C, korzystnie od 0 do 100°C, przy ciśnieniu od 0,001 do 20 · 10⁵ Pa, korzystnie od 0,01 do 5-10⁵ Pa, szczególnie korzystnie od 0,1 do 2 -10⁵ Pa. Można stosować również temperatury wyższe od 200°C i/lub ciśnienia wyższe od 20 · 10⁵ Pa, ale łączy się tu z nadmiernymi nakładami i nie daje żadnych zalet. Suszenie prowadzi się tak długo, aż żel wykaże zawartość reszty rozpuszczalnika mniejsząniż 0,1 % wagowy. Jako sposoby suszenia nadająsię na przykład suszenie kontaktowe i suszenie konwekcyjne.

Ponadto suszenie żelu można znacznie przyspieszyć przez zastosowanie suszenia metodą dielektryczną na przykład suszenie mikrofalowe. W tym celu, po modyfikacji powierzchniowej, rozpuszczalnik w operacji wymiany cieczy zawartej w żelu, jeżeli to potrzebne, zastępuje się rozpuszczalnikiem absorbującym dobrze mikrofale, na przykład takim jak woda, etanol lub zwłaszcza aceton. Żele można wtedy szybko wysuszyć w suszarce mikrofalowej.

Szczególnie korzystne do wymiany rozpuszczalnika i suszenia, są żele o grubości od 0,5 do 5 mm, gdyż czas trwania wymiany rozpuszczalników względnie czas suszenia, zależą w istotny sposób od dyfuzji rozpuszczalnika względnie pary rozpuszczalnika.

Kompozyt otrzymany sposobem według wynalazku jest hydrofobowy, jeżeli grupy powierzchniowe naniesione za pomocąmodyfikacji powierzchniowej sąhydrofobowe,jak na przykład ma to miejsce przy zastosowaniu trimetylochlorosilanu. Hydrofobowość można następnie zredukować na przykład przez oddzielenie względnie cząsteczkową pirolizę.

Alternatywnie, w operacji suszenia odkształconego żelu, żel otrzymany w operacji odkształcenia żelu można wysuszyć do postaci kompozytu areożelowego, na przykład przez sprowadzenie cieczy zawartej w żelu do stanu nadkrytycznego i następnie usunięcie cieczy z substancji stałej, za pomocą odparowania rozprężeniowego w temperaturze nadkrytycznej.

180 529

W tym celu, w operacji odkształcania żelu, do wymiany należy użyć cieczy odpowiedniej do suszenia, jak na przykład ciekłego CO₂ lub metanolu.

Aby uzyskać w końcu hydrofobowy aerożel, żel pomiędzy operacją odkształcania i suszenia żelu, ewentualnie po wymianie rozpuszczalnika, należy przetworzyć z substancją powierzchniowo-modyfikującą co prowadzi do hydrofobizacji powierzchni. Ewentualnie po tej operacji rozpuszczalnik musi być jeszcze raz wymieniony na ciecz nadającą się do suszenia. Do tego celu nadają się na przykład wymienione wyżej materiały i sposoby do modyfikacji powierzchniowej. Korzystnie przetwarzanie tego może nastąpić za pomocą reakcji w fazie gazowej, już po wysuszeniu.

Zaleta sposoby według wynalazku, w stosunku do odkształcania, już wysuszonego, wzmocnionego włóknem aerożelu, polega na równomiernym tworzeniu się elementarnych kawałków oraz na tym, że podczas odkształcania w stanie żelowym nie odłupują się żadne elementarne kawałki. Tak uzyskane kompozyty, ze względu na jednakową wielkość powstałych elementarnych kawałków, wyglądają optycznie jednolicie.

Przez wybór zastosowanego materiału włókien i wielkości wygięcia po utworzeniu żelu, można zmieniać wytrzymałość na zginanie wytworzonych kompozytów. Przez łączenie cienkich mat z aerożeli według wynalazku, na przykład przez umieszczenie ich w odpowiedniej powłoce lub przez sklejenie, albo przez odpowiednie mechaniczne połączenie, takie jak klamry lub zszycie, mogą one ulec wzmocnieniu. Powierzchnię kompozytu można laminować znanymi fachowcom materiałami, takimi jak folie ze sztucznego tworzywa, papier, włókna lub tkanina.

Kompozyty według wynalazku, ze względu na ich małą przewodność cieplną, nadają się do wykorzystania jako materiały termoizolacyjne.

Przy zastosowaniu przezroczystych włókien, na przykład włókien szklanych, mata pozostaje przejrzysta i może służyć jako przerzoczysta izolacja cieplna. Przez dobór odpowiedniego materiału na włókna i ich odpowiednie rozmieszczenie, można zmieniać przejrzystość a także uzyskiwać efekt dekoracyjny.

Ponadto można je stosować jako materiały pochłaniające dźwięk bezpośrednio lub w postaci pochłaniaczy rezonansowych, gdyż w porównaniu z monolitycznymi aerożelami, wykazują one niewielką prędkość dźwięku i większe tłumienie dźwięku. Przez dobraną zmianę średniej objętości elementarnych kawałków, a tym samym przez zmianę liczby pęknięć, można zwiększyć porowatość materiału, a tym samym i tłumienie dźwięku.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiony jest schematycznie por 1, który w połowie wypełniony jest cieczą 2, a w połowie parą4, przy czym pomiędzy meniskiem cieczy i ścianąpora 3 utworzony jest kąt zetknięcia Θ, a promień pora oznaczony jest literą r.

Przykład I. Z tetraetyloortokrzemianu (TEOS) zostały wytworzone maty według następującego sposobu:

Dodano do siebie 100 ml TEOS, 100 ml etanolu, 7,98 ml wody i 0,33 ml IM HC1, a następnie gotowano 1,5 do 2 godz., pod chłodnicą zwrotną.

części zolu zmieszano zjednączęścią0,5 molowego roztworu NH₄OH, i w szalkach Petriego wylano, na włókninę poliestrową składającą się z 50% TREVIRA® 290 0,9 dtex i 1,7 dtex o gęstości 15 kg/m³, przeszytych 150 ściegami/cm². Ilość mieszaniny była taka, że włókna zostały pokryte. Czas żelowania wyniósł około 20 min. Próbki zostały szczelnie zamknięte. Starzenie żelu prowadzono przez 24 godz. wygrzewanie w temperaturze 50°C.

Tak wytworzoną płytkę z żelu nawinięto na cylinder szklany o średnicy 3 cm. Płytkę nawinięto najpierw górną stroną na cylinder szklany, a następnie dolną stroną. Następnie powtórzono tę operację, przy czym płytkę obrócono o kąt 90°. Poddany już starzeniu i ochłodzony do temperatury otoczenia żel, wprowadzono do etanolu i ogrzewano prze 1 godz. do temperatury 50°C. Proces ten został powtórzony jeszcze dwukrotnie ze świeżym etanolem, a następnie jednokrotnie, z n-heksanem. Następnie n-heksan wymieniany był jeszcze trzykrotnie, a próbka składowana była przez dalsze 24 godz. w temperaturze 50°C.

Tak powstała płytka żelowa została nawinięta wokół szklanego cylindra o średnicy 3 cm, najpierw górną stroną zwrócona do cylindra, a następnie dolną stroną zwróconą do cylindra. Następnie operację powtórzono, przy czym płytkę żelową obrócono o kąt 90°.

180 529

Wilgotny żel został zmieszany z 10% wag. trimetylochlorosilanu i był składowany przez 24 godz. w temperaturze 50°C. Następnie resztę TMCS dwukrotnie wypłukiwano n-heksanem za każdym razem prze 1 godz., w temperaturze 50°C.

Suszenie przebiegało w trzech stopniach, trwającym każdy 24 godz. kolejno w temperaturach 37°C, 50°C i 140°C.

Kompozyt aerożelowy posiadał objętość elementarnych kawałków wynoszącą 3,5 mm³. Przewodność cieplną zmierzono metodą drutu grzejnego (np. V. Nielsson, G. Ruschenpóhler, J. Grop, J. Fricke, High Tempetatures - High Pressures, t.21, str. 267-274, 1989 r.). Stwierdzono wartość 22 mW/mK. Moduł sprężystości zmierzono trójpunktową metodą zginania (np. G.W. Schere, S.A. Pardenek, R.M. Światek, J. Non Crystalline Solids, t. 107, str. 14-22, 1988 r.). Stwierdzono wartość 1,3 MPa, a więc w porównaniu do aerożelu znanego ze stanu techniki, mata żelowa jest bardzo giętka.

Podczas trójpunktowych pomiarów zginających, mata aerożelowa nie ulegała złamaniu przy określonym naprężeniu, lecz odkształcała się przy wysokich obciążeniach w sposób nieodwracalny.

Przykład Π. Próby powtórzono tak jak w przykładzie I, jednakże zastosowano szklany cylinder o średnicy 10 cm. Kompozyt aerożelowy posiadał elementarne kawałki o objętości 8 mm³. Przewodność cieplną i moduł wyznaczono tak jak w przykładzie 1. Dla przewodności cieplnej stwierdzono wartość 20 mW/mK, a dla modułu 2 MPa.

Podczas trójpunktowanych pomiarów zginających, mata aerożelowa nie ulegała złamaniu przy określonym naprężeniu lecz odkształcała się przy wysokich obciążeniach w sposób nieodwracalny.

Przykład III. Na bazie szkła wodnego wytworzono maty aerożelowe według następującego sposobu:

Włókna z włókien szklanych, o ciężarze powierzchniowym 300 g/m² i o grubości 3 mm (PolyMat-Glasnadelmatte Typ G 300 firmy Schuller, Wertheim) została wyżarzona przez 1 godz. w temperaturze 500°C.

1 roztworu sodowego szkła wodnego ( o zawartości 8%wag. SiO₂ i stosunku wagowym Na₂O:SiO₂ wynoszącym 1:3,3) został zmieszany z 0,5 1 kwaśnej żywicy jonitowej (kopolimer styrenodiwinylobenzolowy z grupami kwasu sulfonowego, w handlu znana pod nazwą®Duolite C20), aż do chwili, gdy wodny roztwór osiągnął wartość pH 4,8.

Włóknina włożona została do formy i zalana zolem tak, że włóknina została pokryta zolem. Formę zamknięto szczelnie i składowano w szafie suszarniczej przez 5 godz. w temperaturze 85°C.

Tak wytworzona płyta żelowa została nawinięta wokół szklanego cylindra o średnicy 10 cm. Płyta została nawinięta raz swą górną stroną zwróconą do cylindra, a drugi raz, swą dolną stroną zwróconą do cylindra. Następnie całą operację powtórzono, przy czym płytkę obrócono o kąt 90°C.

Maty płukano następnie acetonem aż do momentu, gdy zawartość wody wynosiła mniej niż 0,5% wag.

Wilgotny żel zmieszano z 10% wag. trimetylochlorosilanu (TMCS) i składowano przez 24 godz. w temperaturze pokojowej. Następnie przeprowadzono jeszcze sześciokrotnie płukanie acetonem. Suszenie przeprowadzono w dwóch stopniach, w pierwszym przez 24 godz. w temperaturze 50°C i przy ciśnieniu 0,85 · 10⁵ Pa, i następnie w drugim, przez 12 godzin w temperaturze 140°C i przy ciśnieniu 50 · 10⁵ Pa.

Gęstość materiału kompozytowego wynosiła 0,25 g/cm³. Przewodność cieplna i moduł zostały wyznaczone tak jak w przykładzie 1. Dla przewodności cieplnej otrzymano wartość 18 mW/mK, a dla modułu, 2MPa.

Podczas trójpunktowych pomiarów zginających, mata aerożelowa nie ulegała złamaniu przy określonym naprężeniu lecz odkształcała się w sposób nieodwracalny przy wysokich obciążeniach.

180 529

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozyt aerożelowy w postaci maty, zawierający aerożel o porowatości wynoszącej ponad 60% i gęstości wynoszącej poniżej 0,6 g/cm³, z rozmieszczonymi w nim włóknami, znamienny tym, że aerożel posiada pęknięcia a elementarne kawałki aerożelu ograniczone przez pękniącia, mające średnią objętość 0,001 mm³ do 1 cm³, utrzymywane są razem za pomocą włókien.
2. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że aerożel zawiera grupy SiO₂.
3. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że objętościowa zawartość włókien wynosi 0,1 do 30%.
4. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że średnica włókien wynosi dla włókien niemetalizowanych 0,1 do 30 pm i/lub dla włókien metalizowanych 0,1 do 20 pm.
5. Kompozyt według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że włókna mają postać włókniny lub mat.
6. Kompozyt według zastrz. 5, znamienny tym, że zawiera co najmniej dwie maty, przy czym maty połączone są ze sobą trwale przez sklejenie, połączenie mechaniczne lub za pomocą powłoki.
7. Kompozyt według zastrz. 6, znamienny tym, że przynajmniej jedna mata na co najmniej jednej strome jest laminowana.
8. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienny tym, że włókna rozmieszczone są pojedynczo w nieuporządkowanej lub ukierunkowanej formie a ich długość jest większa niż 1 cm.
9. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, albo 6, znamienny tym, że dodatkowo zawiera środek zmętniający promieniowanie podczerwone.
10. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, albo 6, znamienny tym, że jest hydrofobowy.
11. Sposób wytwarzania kompozytu aerożelowego, znamienny tym, że wytwarza się zol, do zolu dodaje się włókna, zol z dodanymi włóknami przeprowadza się w żel, następnie odpowiednio odkształca się żel, tworząc w nim w sposób zamierzony pęknięcia tak, że powstają połączone włóknami elementarne kawałki o średniej objętości od 0,001 mm³ do 1 cm³, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odkształceniu ciecz zawarta w żelu podlega wymianie, a uzyskany odpowiednio odkształcony żel suszy się tworząc aerożel.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że otrzymany, odpowiednio odkształcony żel suszy się sposobem dielektrycznym.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że żel suszy się za pomocą mikrofal.
14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że żel otrzymany z zolu po dodaniu włókien albo otrzymany w wyniku odpowiedniego odkształcenia żelu dla utworzenia w nim w sposób zamierzony pęknięć tak, że powstają połączone włóknami elementarne kawałki o średniej objętości od 0,001 mm³ do 1 cm³, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odkształceniu ciecz zawarta w żelu podlega wymianie, poddaje się starzeniu w temperaturze wynoszącej od 20°C do temperatury wrzenia cieczy zawartej w żelu.
15. Sposób wytwarzania kompozytu aerożelowego według zastrz. 11 albo 14, znamienny tym, że żel uzyskany w wyniku, odpowiedniego odkształcenia żelu, dla utworzenia w nim w sposób zamierzony pęknięć tak, że powstają połączone włóknami elementarne kawałki o średniej objętości od 0,001 mm³ do Icm³, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odkształceniu ciecz zawarta w żelu podlega wymianie, przetwarza się, za pomocąjednej lub wielu substancji modyfikujących powierzchnię zastępując dużą ilość grup powierzchniowych żelu grupami substancji modyfikujących powierzchnię, hamując znacznie dalszą kondensację pomiędzy grupami powierzchniowymi na różnych powierzchniach porów i/lub przez zmianę kąta zetknięcia pomię-

180 529 dzy powierzchnią porów i cieczą która ma ulec wysuszeniu, zmniejszając siły kapilarne, ewentualnie wymienia się ciecz zawartą w żelu a powstały żel suszy się w temperaturze znajdującej się poniżej temperatury krytycznej cieczy zawartej w żelu i przy ciśnieniu 0,001· 10³ Pa do ciśnienia pary tej cieczy, przy tej temperaturze.
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że powstały żel suszy się sposobem dielektrycznym.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że żel suszy się za pomocą mikrofal.
18. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że żel w operacji przetwarzania za pomocą jednej lub wielu substancji modyfikujących powierzchnię, w której zastępuje się dużą ilość grup powierzchniowych żelu grupami substancji modyfikujących powierzchnię, przetwarza się przynajmniej z jedną substancją modyfikującą powierzchnię o ogólnym wzorze R_nMX_m, gdzie R' jest wodorem lub nie reaktywną organiczną liniową rozgałęzioną cykliczną aromatyczną lub heteroaromatycznąresztą przy czym R niezależnie od siebie sąjednakowe lub różne, M=A1 lub Si, X oznacza chlorowiec lub resztę -OR, -SR oraz -NR ₂, przy czym R stanowi prostołańcuchowąlub rozgałęzioną podstawioną]ednakowo lub różnie, jedno- lub wielokrotnie alifatyczną resztę C, do C₁₈, w której jedna lub wiele grup CH₂ może być zastąpione przez -OC-, -CH=CH-, -COO-, -O(C~O)-, SiR’”₂, -CO-, fenylenodiyl i/lub aż do każdej drugiej jednostki CH₂, przez O lub NR”', przy czym R stanowi fenyl, C_rC ,₈-alkil lub benzyl, lub też R oznacza grupę benzylową lub resztę fenylową która może być zastąpiona przez 1 do 5 podstawników R', OH, OR', COOR, OCOR, SO₃H, SO₂C1, F, Cl, Br, NO₂ lub CN, a w przypadku N, R” niezależnie od siebie mogą być jednakowe lub różne, n i m są liczbami całkowitymi większymi od zera, których suma odpowiada wartościowości M, przy czym dla m > 2, X może być niezależnie od siebie jednakowa lub różna.
19. Sposób wytwarzania kompozytu aerożelowego według zastrz. 11 albo 14, znamienny tym, że żel uzyskany w operacji odkształcania żelu z utworzeniem w nim w sposób zamierzony pęknięć tak, że powstająpołączone włóknami elementarne kawałki o średniej objętości od 0,001 mm³ do 1 cm³, przy czym ewentualnie przed, podczas i/lub po odkształceniu ciecz zawarta w żelu podlega wymianie, suszy się, gdy ciecz zawartą w żelu wprowadzi się w stan nadkrytyczny, a następnie, ciecz usuwa się przez odparowanie rozprężeniowe, przy temperaturze nadkrytycznej.
20. Sposób wytwarzania mat aerożelowych SiO₂ o porowatości większej od 60% objętościowych i gęstości mniejszej od 0,6 g/cm³, znamienny tym, że w wodnym roztworze szkła wodnego ustala się wartość pH < 3 i do powstałego przy tym kwasu krzemowego dodaje się zasadę, następnie dodaje się włókna, kwas krzemowy poddaje się polikondensacji, odpowiednio odkształca się żel tworząc w nim w sposób zamierzony pęknięcia tak, że powstają elementarne kawałki połączone przez włókna i mające średnią objętość od 0,001 mm³ do 1 cm³, przy czym przed, podczas i/lub po odkształceniu, żel przemywa się organicznym rozpuszczalnikiem, aż zawartość wody w żelu wyniesie < 5% wagowych, po czym uzyskany w wyniku tych operacji żel przetwarza się za pomocą środka silylującego, ewentualnie silylowany żel przemywa się organicznym rozpuszczalnikiem, aż zawartość reszty nieprzereagowanego środka silylującego wyniesie < 1% wag. i uzyskany w tej operacji lub w operacji przetwarzania za pomocą środka silylującego odkształconego żelu silylowany żel, suszy się w temperaturach od -30 do 200°C i przy ciśnieniu 0,001*10³ do 20*10⁵ Pa.
21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że silylowany żel suszy się sposobem dielektrycznym.
22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że żel suszy się za pomocą mikrofal.

* * *