SE422045B - Sett att framstella silikaaerogel i form av ett vesentligen sprickfritt, foretredesvis transparent block samt anvendning av detsamma i solpaneler - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 :sd 7903766-9 2 värmeleaningsförmåga med åtföljande höq*effextivicet som värmeisolationsmaterial, god beständighet mot höga tem- peraturer, hög adsorptionsförmåga för gaser, samt är dessutom företrädesvis transparent. Speciellt denna sist- nämnda form, som är transparent, dvs genomsläpplig för strålning inom det synliga området av spektrum, är av -särskilt intresse som fönster i plana solpaneler. En solpanel, som är försedd med dylik silikaaerogel släpper obehindrat in solstrålning i solpanelen, men hindrar det värme som alstras i solpanulen att avvika: Vidare är' det transparenta materialet användbart som fönsterisole- ring genom att ett skikt av materialet införes mellan två fönsterrutor för att förbättra värmeisoleringen utan att sikten genom fönstret påtagligt hindras.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN- _ Ovanstående realiseras genom sättet enligt förelig- gande uppfinning somâstadkommer silikaaerogel i form av ett fväsentligensprickfritt,företrädesvistransparentblock{ Enligt uppfinningen åstadkommas ett sätt att fram- *ställa silikaaerogel i form av ett väsentligen sprickfritt, företrädesvis transparent block genom hydrolys av en i ett lösningsmedel löst kiselsyraester i en för de önskade- dimensionerna anpassad gfiutform till bildning av en sili- kagel, som ifatt slutet tryckkärl överföras till silika- aerogel under avdrívning av lösningsmedlet vid tryck- och ptemperaturbetingelser över dess kritiska punkt med påföl- jande trycksänkning till atmosfärstryck genom utsläpp av lösningsmedelsånga från kärlet och sänkning av temperatu- ren till omgivningstemperatur;ochsättetenligtuppfinning- en kännetecknas av, att reaktionstemperaturen vid hydro- lysen hålles vid eller under rumstemperatur, att silika- gelen efter hydrolysen åldras och tvättas med färskt lös- 1 ningsmedel, och att behandlingen i tryckkärlet genomföras på en tid av minst 24 h, varjämte silikaaerogelen därefter eventuelltunderkastasvärmebehandlingvidatmosfärstryck.

Uppfinningen avser även användning av dylika silika- aerogel i form av väsentligen sprickfria, transparenta block i solpaneler. 10 15 20 25 30 35 7903766-9 3 Ytterligare kännetecken hos uppfinningen framgår av patentkraven. t När det här ovan och i det följande talas om "block" avses materialstycken med en volym av minst 1 liter.

Uppfinningen fyller således ett behov och undanröjer i detta avseende bristerna hos den tidigare tekniken och då särskilt den amerikanska patentskriften 3 672 833 så att man iställetförpartikulär silikaaergel fårstorahela block av silikaaerogel. För detta ändamålharsättetenligt uppfinningen på flera väsentliga punkter modifierats i förhållande till sättet enligt den amerikanska patent- skriften, såsom antytts ovan och såsom skall beskrivas utförligare i det följande. 3 Sättet enligt uppfinningen för framställning av silikaaerogel (i det följande för enkelhets skull endast benämnt aerogel) kan sägas omfatta tvâ huvudsteg som vart och ett är uppdelat i ett flertal delsteg. Dessutom kan ett valfritt tredje steg följa på det andra huvud- steget.

Det första huvudsteget omfattar hydrolys av en kisel- syraester i en alkohol till bildning av silikagel (i det följande benämnd alkogel).

Det andra huvudsteget utgöres av en autoklavbehand- ling av alkogelen för borttagning av lösningsmedlet från alkogelen och bildning av aerogel.

Det valfria tredje steget utgöres av en värmebehand- ling av aerogelen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN De olika stegen skall beskrivas närmare i det följan- de i den ordning de utföres, varvid det som är utmärkande för uppfinningen särskilt kommer att framhållas.

Såsom pâpekats tidigare omfattardenföredragna ut- föringsformen av uppfinningen sprickfri blockformad sili- kaaerogel, som är väsentligen transparent. Såsom även nämnts tidigare i samband med den amerikanska patentskrif- ten 3 672 833, erhålles transparent aerogel vid hydrolys i alkaliskt medium. Det föredrages därför följaktligen att utnyttja en alkalisk katalysator, såsom natrium- .5' 10 15 20 25 30 35 7903766-9 -4 hydroxid eller ammoniak vid hydrolysen. Speciellt före- drages ammoniak. I de fall transparens hos den färdiga silikaaerogelen inte är något villkor, kan dock hydroë lysen genomföras med användning av andra hydrolyskata- lysatorer, såsom ättiksyra, väteperoxid, mm. Eftersom I transparent silikaaerogel utgör den föredragna utförings- _formen av uppfinningen, komer uppfinningen i det föl- jande att heskrivas med hänvisning härtill, utan att upp- finningen därför skall anses vara begränsad till sådan silikaaerogel. I _ 0 Som utgångsmaterial för det första huvudsteget ut- nyttjas en kiselsyraester som löses i ett lösningsmedel och hydrolyseras medelst vatten och en katalysator. Kisel- syraestern utgöres av en tetraalkoxisilan, företrädesvis tetrametoxisilan eller tetraetoxisilan. Tetrametoxisilan är särskilt föredragen. Lösningsmedlet skall vara ett lösningsmedel för den använda kiselsyraestern och dess- utom vara blandbart med vatten och den använda hydrolys- katalysatorn. Ett ytterligare kriterium är att lösnings- medlets kritiska temperatur och tryck inte skall ligga alltför högt. Med hänsyn till dessa synpunkter väljes företrädesvis lägre alkoholer, såsom de med lf4 kolatomer och då främst metanol och etanol. som lösningsmedel.

Metanol utgör det för närvarande mest föredragna lösningsë medlet. Det skall påpekas att mängden lösningsmedel kommer attbestämmadensiteten hos den färdiga aerogelen och dess ibrytningsindex. Den tillsatta vattenmängden måste vara tillräcklig för att fullständig hyaralys skall kunna 'ska Den stökiometriskt erforderliga vattenmängden kan enkelt beräknas urformelnförhydrolysreaktionen. Allmäntgäller att vattenmängden är 1-5 ggr den stökiometriskt erforderliga, företrädesvis2-5ggrdenstökiometriskamängden,och helst 2-3 gånger den stökiometriska mängden. Transparensen hos den färdiga aerogelen är endast svagt beroende av vattenhalten vid hydrolysen, men däremot.ökar risken_för sprickbild- ning i aerogelen vid hög vattenhalt. Förutom att hydro-1 lyskatalysatorn vid uppfinningen givetvis skall kataly- sera hydrolysreaktionen skall den helst vara flyktig och 10 15 25 -30 35 7903766-9 5 vidare skall den, vid den föredragna utföringsformen av uppfinningen, inte inverka menligt på den färdiga aero- gelens transparens. Av denna anledning väljes såsom nämnts ovan, företrädesvis en alkalisk katalysator och ammoniak föredrages särskilt eftersom det inte kvarlämnar nâgra spår i den färdiga aerogelen och är lätt att an- skaffa och hantera. Man har i detta sammanhang även kon- staterat att en ökad halt av katalysator medför ökad transparens hos aerogelen. Samtidigt ger dock en ökad katalysatormängdupphov'tillenxkraftigaretemperaturökning.

Vanligen Väljes en katalysatormängd vid uppfinningen av cirka 100-1500 ppm, företrädesvis cirka 1000 ppm, räknat på den totala blandningen.

Ett för uppfinningen utmärkande drag är att hydro- lysreaktionen utföres med kylning av de ingående kompo- nenterna, antingen före eller under själva reaktionen.

Anledningen härtill är att alkogelen är mycket känslig för termisk chock, vilket innebär att temperaturen vid reaktionens slut måste ligga vid ungefär rumstemperatur för att minimera de termiska gradienterna i alkogelen.

För att eliminera det värme som utvecklas vid den exo- terma hydrolysreaktionen kan man antingen kyla bland- ningen under reaktionen eller starta reaktionen med mycket kalla vätskor. Det föredrages vid uppfinningen är följa den senare vägen, varvid förfares på följande sätt.

Två lösningar framställs, varav den ena innehåller tetraalkoxisilanen vid ungefär rumstemperatur och den andra innehåller lösningsmedlet (t ex metanol) och vatten vid cirkaí-lO°C. Omedelbart före blandningen av de båda vätskorna tillsätts katalysatorn (t ex ammoniak) till den andra lösningen. Efter sammanföring av lösningarna omröres de kraftigt, varvid först en emulsion bildas, eftersom alkoxisilanen och vattnet inte är lösliga i varandra. Efter cirka 10 min erhålles en transparent kol- loidal dispersion. Omröringen fortsättes ytterligare några minuter, varpå blandningen hällesi Eonnarför attgela. 10 15 20 25 30 ß 7903766-9 _ 6 När blandningen gelat i:brmarna och bildat alkogel, vidtager två delsteg, som är specifika för uppfinningen, nämligen åldring och tvättning av alkogelen. ' 7 Den vid hydrolysreaktionen bildade kiselsyran de- hydratiseras och polymeriseras, varvid vatten avges. På detta sätt bildas en mångfald små kärnor, vars inre ut- göres av amorf kiseldioxid och vars ytteryta uppvisar silanolgrupper. Kärnorna sammankopplas så småningom med varandra till ett rymdnät via siloxanbindningar. Vid bild- ningen av alkogelen har emellertid alla kärnorna ännu inte förenats med varandra och det är av denna anledning man vid uppfinningen åldrar den bildade alkogelen. ' Gendm åldringen uppnås en mera fullständig polymerisation, vilket ger bättre mekaniska egenskaper hos alkogelen och därmed hos den färdiga aerogelen. Enligt uppfinningen åld- ras alkogelen under 2-20 dagar, företrädesviscirka]L)dagar.

Tvättningen av alkogelen sker för att avlägsna vatten ”efter hydrolysreaktionen. Detta vatten stör nämligen upp- byggnaden av det ovannämnda-rymdnätet och medför risk för sprickbildning hos aerogelen. Vidare erhålles en ökad transparens hos aerogelen om vattnet uttvättas. Tvättningen utföres-genom att placera alkogelen i successiva bad av lösningsmedel. Som lösningsmedel för de olika baden kan' man härvid antingen utnyttja samma lösningsmedel; eller lösningsmedel med olika grad av vattenfrihet, varvid lös- ningsmedlet i det sista badet är mest fritt från vatten och följaktligen har störst vattenupptagande förmåga. Om' l lösningsmedlet utgöres av metanol kan tvättningen tillgå så, att alkogelen först tvättas i ett metanolbad av 96 % metanol. Efter två dagar har badet upptagit så mycket vattenattnætanolhalten sjunkit till 92 %. Det andra badet utgöres I i detta bad i 96 % på grund vattenhalt hos alkogelen av 13,6 % gav detta tvättnings- förfarande en slutlig vattenhalt av cirka 4. % , vilket är êett tillfredsställande värde. Ytterligare uttvättning av vattnet kan givetvis ske, men är mindre praktisk och av ren 100 % metanol och alkogelen hâlles åtta dagar då metanolhalten sjunkit till av vattenupptagning. Vid en ursprunglig 10 15* 20 25 7903766-9 7 tidsödande ur produktionssynpunkt. För förbättring av transparensen är en total tvättningstid av cirka 10 dagar optimalt och 20 dagar maximalt. Ytterligare ökning av tvättningstiden ger ingen ytterligare förbättring av 'transparensen hos aerogelen, och den förbättring av 'transparensen som erhålles efter 10 dagarstvättning är relativt obetydlig. 7 För att en aerogel skall erhållas av alkogelen måste lösningsmedlet avlägsnas från alkogelen. Det enklaste sättet att avlägsna lösningsmedlet kan tyckas vara att helt enkelt upphetta alkogelen tills_lösningsmedlet för- ångas. På detta sätt kan emellertid icke hela block av aerogel erhållas utan endast pulver, eftersom det tidigare omtalade rymdnätet kollapsar. övergången från vätskefas till ångfas för lösningsmedlet måste istället ske samtidigt för hela alkogelen för att undvika sådan kollaps. Detta åstadkommes genom att, såsom tidigare nämnts, bringa lösningsmedlet förbi dess kritiska punkt, dvs punkten för kritisk temperatur och tryck, och därefter avlägsna lösningsmedelsângan genom isotermisk expansion.

Behandlingen av alkogelen för omvandling till aero- gel utgör det andra huvudsteget och utföres i praktiken i autoklav. Processen kan uppdelas i flera delsteg, såsom: upphettningssteg, jämviktssteg, isotermiskt trycksänknings- steg samt avkylningssteg.

För att genomföra upphettningssteget placeras alko- , gelen i autoklaven tillsammans med tillräckligt med lös- 30 35 ningsmedel (t ex metanol) för att nå kritiska punkten.

Upphettningssteget vid uppfinningen kännetecknas av att det genomföres med en mycket långsam temperaturstegring.

Detta är ett villkor för att hela block av aerogel skall erhållas. Som en övre gräns för temperaturstegringen har vid uppfinningen satts 25°C/h, men det föredrages att höja temperaturen med en hastighet av endast cirka 10-l5°C/h.Vid temperaturhöjningen kommer en samtidig tryck- ökning motsvarande lösningsmedlets ångtryckskurva att ske i autoklaven. För metanol som lösningsmedel med en kritisk temperatur av 240°C och ett kritiskt tryck av 78,5 bar 10 15 20 25 30 35 7905766-9 8 -har man funnit en temperaturökningshastighet av llf13°C/h vara lämplig för en begynnelsetemperatur av cirka 15°C och en sluttemperatur av 275°C. Dessa värden innebär att upphettningssteget tar cirka 20-24 h, Dessa värden är även.användbara_som riktvärden för ett antal andra lös- ningsmedel med likartade värden för kritiskt tryck och temperatur. Som exempel kan nämnas kritisk temperatur/ß kritiskt tryck för följande lösningsmedel: etanol 243°C/- -63 bar; propanol 264°C/50,9 bar: isobutanol,263°C/4l,Å bar; aceton 236°C/47 bar (jfr vatten 374°C/2l8 bar)' ' När den kritiska punkten, dvs-punkten för lösnings- medlets kritiska temperatur och tryck i ett trvck-tempe- raturdiagram, uppnåtts och passerats, avbryts temperatur- ökningen ocn ett jämviktssteg inleds. Detta steg är avsett att stabilisera parametrarna temperatur och tryck, vilket sker på cirka 0,5 h. D a D N 7 I När väl temperatur och tryck bringats i jämvikt 7avlâgsnas_lösningsmedlet genom att under isoterma- betingelser utsläppas från autoklaven med åtföljande gradvis trycksänkning i autoklaven ned till omgivande atmosfärstryck. Direkt eller ögonblicklig trycksänkning kan icke ske, eftersom detta skulle medför sådana spän- ningar i alkogelen/aerogelen i autoklaven att gelenp spricker sönder i småbitar. Trycksänkningen måste istäl- ïlet ske gradvis med en väsentligen konstant tryckgradi- ent för att säkerställa att aerogel i form av hela block t erhâlles§ Den maximala trycksänkningshastigheten vid uppfinningen är cirka 10 bar/h, vilket från ett nögsta tryck av cirka 90 bar ,- såsom används vid lösningsmedlet metanol, innebär att trycksänkningen sker på 9 h. Nor- lfmalt föredrar man emellertid en långsammare trycksänk- ning för att så långt möjligt skona aerogelen, och en llämplig tid för trycksänkningen är ll-16 h, vilket ger .en trycksänkningshastighet av 5,6-8 bar/h. Trycksänk¿ ningen sker i möjligaste mån isotermiskt,dvsvidkonstant 7 temperatur, för att säkerställa att allt lösningsmedlet bortgår från autoklaven såsom ånga. D D 10 15 20 25 30 35 7903766-9 9 I samband med trycksänkningen och före avkylnings- steget evakueras autoklaven, t ex medelst en vattensug, för att avlägsna de sista ångorna av lösningsmedlet.

Trycket i autoklaven hålles därvid vid någon cm Hg under en tid av cirka 10-15 min.

Avkylningssteget påbörjas sedan genom att luft in- släppes försiktigt i autoklaven medan evakueringen fort- sättes. Trycket i autoklaven vid luftinsläppningen in- ställes på cirka 30-50 cm Hg och detta tryck upprätt- hålles under avkylningssteget. Ett lägre tryck skulle medföra s k termoseffekt, varigenom avkylningen skulle fördröjas eller hindras. Genom att hålla trycket vid det angivna värdet uppnås att luften i autoklaven hela tiden bytes ut, varvid ångor från lösningsmedlet med- följer. Först när avkylningen är avslutad avbrytes evakueringen och luft släpps in i autoklaven till atmos- färstryck.

Beträffande själva temperatursänkningen vid avkyl- ningssteget gäller att denna sker från den uppnådda, överkritiska maximitcmperaturen till omgivnings- eller rumstemperatur. Det är även viktigt att denna tempera-, tursänkning sker med låg hastighet, isynnerhet i det inledande skedet, för att inte aerogelen skall spricka och falla sönder. vid uppfinningen gäller härvid en maxi- mal medelhastighet för temperatursänkningen av cirka 75°C/h, vilket för en temperatursänkning av cirka 300°C ger en tid av 4 h. Företrädesvis sänks temperaturen något långsammare med en hastighet av cirka 50°C/h, vilket för en temperatursänkning av 300°C ger en tid av 6 h och för en temperatursänkning av 250°C ger en tid av 5 h. De an- givna temperatursänkningshastigheterna avser medelhastig- heter, varvid det, såsom antytts tidigare, är viktigt att åtminstone den inledande temperatursänkningen sker långsamt. Sålunda kan den inledande temperatursänkningen ske genom att autoklaven med innehåll.fâri.huvudsak svalna avsigsjälv,varpåkylningmedökadluftcirkulationinsättes efternågratimmarförattavkortatiden för temperatursänk- ningen. sivetvis kan hela temperatursänkningen ske såsom t79o3766-9 _10 15 20 25 30 Q35 .ie avsvalning, men ur produktionssynpunkt är detta inte föredraget, eftersom det tar för lång tid.

När temperatursänkningen är avslutad kan den färdiga aerogelen enligt uppfinningen uttagas i form av ett väsent- ligen sprickfritt, transparent block. Det kan i detta sam- manhang nämnas att när det här talas om “väsentligen spridk- lfrittfi menas att av de silikaaerogelblock som framställts enligt uppfinningen saknar huvuddelen sprickor. Att helt och hållet undvika sprickbildning är*i det närmaste omöj- ligt, men vid uppfinningen har man lyckats hålla sprick- bildningsfrekvensen så låg som l2 %. _ Den färdiga aerogelen från autoklaven kan användas som den är; men i'de fall det är önskvärt kan en av- slutande värmebehandling av aerogelen utföras för att .ytterligare förbättra dess transparens. Man har nämligen' -genom kemisk analys funnit att aerogelen efter den ovan beskrivna-autoklavbehandlingen fortfarande innehåller nándre mängder kol och väte som tordehärrörafrån alkohol- lösningsmedlet} vilket såsom ett monoskikt häftar till kiseldioxidpartiklarna i aerogelrymdnätet. För att avlägs- gna denna kvarsittande lösningsmedelsrest upphettas aero- gelen till en temperatur av cirka 500-75000 i syrehaltig atmosfär för att oxidera alkoholresten till aldehyd/syra och avlägsna den. Upphettning och avkylning vid värme- behandlingen sker med en medelhastighet av högst cirka 7506/h, företrädesvis cirka 35°C/h, och den uppnådda temperaturen hålles konstant 0,5-5 h vid värmebehand- lingen. Det är enklast att utföra värmebehandlingen 1 vanlig luft, men värmebehandlingen kan även utföras i syrgas vilket ger en effektivare oxidation. Genom värme-_ behandlingen förbättras transparensen hos aerogelen med cirka 10-15 %. Om värmebehandlingen utföres vid'en tem- peratur över cirka 750°C sintrar aerogelen, vilket medför' 'ökad densitet och brytningsindex.

Den färdiga aerogelen enligt uppfinningen utmärkes, fšåsom omtalats tidigare, av sin extremt goda värmeisole- rande förmåga. Materialet har ett värmeledningstal, l.av- cirka o,o2 w/m °c, vilket är 1 klass med de bästa kända 10 15 20 25 30 35 7903766-9 ll värmeisolatorerna. Detta motsvarar ett k-värde av 0,4 W/m2 °C för 5 cm tjock aerogel, vilket skall jäm- föras med ett k-värde av cirka 2 W/m2 OC för ett modernt 3-glasfönster. Det är till och med möjligt att hos mate- rialet enligt uppfinningen uppnå en lägre värmlednings- förmåga än hos stillastående luft (A för stillastående luft = 0,026 W/m OC), vilket annars allmänt anses utgöra gränsen för vad som kan uppnås för värmeisoleringsmate- rial. Att detta gränsvärde inte gäller för den blockformade aerogelen enligt uppfinningen beror på att porerna i denna är så utomordentligt små (cirka 100 Å) och mycket mindre än luftmolekylernas fria medelväglängd, varigenom förhållandena snarare blir analoga med vakuum än med stillastående luft.

Denna mycket höga värmeisoleringsförmåga gör att materialet är intressant som värmeisolator vid tillämp- ningar där platsutrymmet är begränsat, t ex i flygplan och båtar. För sådana tillämpningar är det också av stort värde att materialet, som kan sägas utgöras av kvarts kemiskt sett, är helt obrännbart och tål höga temperaturer av åtminstone upp till 750°C med bibehållen form och värmeisoleringsförmåga.

Vid tillämpningar där endast aerogelens värmeisole- rande förmåga är av betydelse och någon särskild vikt inte lägges vid transparens kan silikaaerogelen enligt uppfin- ningen vara opak eller färgad. Denna typ av material er- hålles genom att, såsom nämnts tidigare, utföra hydroly- sen med användning av sur katalysator eller genom till- sats av olika färggivande medel.

För att höja den mekaniska hållfastheten hos aero- gelen enligt uppfinningen kan den armeras, t ex med glas- fibrer.

Förutom sin mycket låga värmeledningsförmäga har den föredragna, transparenta, blockformade aerogelen enligt uppfinningen den gentemot alla hittills kända värmeisola- torer unika egenskapen att vara genomskinlig för det synliga ljuset och uppvisar ett extremt lågt brytnings- index av l,Ol-l,O6. I större tjocklekar är materialet 10 15 20 25 30 35 7903766-9 12 något blåtonat beroende på ljusspridning mot de submikro- skopiska porerna. Denna Rayleigh-spridning ökar med av- tagande våglängd och är därför särskilt markerad i den blå delen av spektrum. För grönt ljus kan halveringse - längden för ljusspridningen göras så lång som 10 cm så att vid de tjocklekar som kan förekomma i praktiken den _optiska genomsläppligheten är mycket god (80-90 %).

Genom att vidare silikaaerogelen enligt uppfinningena är porös och har öppna porer, kommer aerogelen att så småningom fyllas med den gas i vilkendenbefinner sig; Vid adsorption på porernas väggar kan genom den stora totala ytan relativt stora gasvolymer adsorberas. Genom tillsats av en tung gas kan luften i aerogelens porer utbytas mot den tunga gasen, varigenom aerogelens värme- isolerande förmåga ytterligare nöjes. V. ' Uppfinningen har ovan beskrivits utförligt och de särskilda drag som utmärker uppfinningen och särskiljer den från den kända tekniken har framhållits. De värden* och områden som angivits för olika parametrar är baserade på utförda försök. ' För att ytterligare exemplifiera uppfinningen beskrivs nedan framställning av aerogel på det sätt som för närva- rande föredrages mest.

Man utgår från 6 volymdelar tetrametoxisilan och en lösning bestående av 2 volymdelar metanol och 3 volymdelar vatten. Mängden vatten motsvarar dubbla den stökiometriska mängd som erfordras för-fullständig hydrolys av tetrametoxi- silanen.Lösningenavnætanolochvattenkyldestill-lO°Coch tillsatteslOO0ppmammoniak(handelsvarainnehâllande25vol% ammoniakhberäknatpådentotalavolymenavsilan,metanoloch vatten . De båda vätskorna hälldes i en form med måtten 20 cm x 20cm>:3cm och blandades noga för bildning av alkogel. _ Den bildade alkogelen i formen täcktes med metanol för att undvika spänningar i alkogelen på grund av meta- nolavdunstning från själva alkogelen. Därefter âldrades och tvättades alkogelen på tidigare beskrivet sätt genom att under två dagar placeras i ett bad av 96 % metanol och därefter under åtta dagar placeras i ett bad av 10 15 2o_ 25 30 35 7903766-9 13 100 % metanol. Alkogelens vattenhalt var därefter cirka 4 %. Formen med alkogelrsamt tillräckligt med metanol för att nå den kritiska punkten placerades därefter i en ' autoklav -med en volym av 98 liter vid en omgivningstem- ' peratur av cirka 1500. Efter stängning av autoklaven genomfördes den tidigare beskrivna tryck-temperaturbe- __handlingen för avlägsnande av metanollösningsmedlet och bildningen av aerogel. Temperaturhöjningen utfördes under en tid av cirka 24 h till en temperatur av cirka 275°C, dvs med en temperaturhöjningshastighet av cirka ll°C/h.

Trycket ökade härvid till 90 bar. Efter det att maximalt tryck och temperatur uppnåtts, fick de inställa sig i jämvikt i under en tid av 0,5 h. Därefter öppnades en ventil pâ autoklaven för utsläpp av metanolânga, varvid trycket i autoklaven sänktes till atmosfärstryck på 16 h. Detta innebär en trycksänknings- hastighet av 5 , 6 bar/h. Evakuering skedde såsom tidigare be- skrivits. Härefter sänktes temperaturen på 5 h, vilket med en maximal temperatur av 275°C och en omgivningstemperatur av ol5°C ger en temperatursänkningshastighet av 52°C/h.

Formen med den färdiga aerogelen uttogs därefter ur auto- klaven och underkastades värmebehandling i luft vid 500°C under 4 h. Hastigheten för temperaturökningen och -sänkningen vid värmebehandlingen var 3500/11. Genom värme- behandlingen förbättrades aerogelens transparens 13 %.

Den erhållna aerogelen hade ett brytningsindex av 1,05 och en densitet av cirka 0,24 g/cm3. Blocket, som var i sprickfritt, var i det närmaste perfekt transparent bort- sett från en svagt blâaktig färgton. Värmeledningstalet Å för aerogelen var 0,021 W/m OC, vilket visar på en mycket god värmeisolerande förmåga. Detta ger 'också en antydan om ett viktigt användningsområde för aerogelen enligt uppfinningen, nämligen som ljusgenomsläpplig infallsyta i solpaneler. Genom sina unika egenskaper kommer aerogelen enligt uppfinningen att släppa in sol- ljuset i solpanelen, men icke att släppa ut det av sol- ljuset alstrade värmet, som därigenom kan tillvaratagas mera fullständigt. En annan tillämpning för aerogelen enligt uppfinningen är såsom värmeisolerande mellanlägg 7903766-9 14 i flerglasrutor. Genom att aerogelen är väsentligen transparent kan den utöva sin värmeisolerande funktion i ett fönster utan att påtagligt störa fönstrets genom- synlighet. ' Den beskrivning som givits ovan av särskilt före- dragna utföringsformer av uppfinningen, är endast avsedd att belysa uppfinningen och inte att begränsa densamma.

Uppfinningens allnänna omfattning bestäms av de efter- följande patentkraven. I I

Claims (10)

10 15 20 BJ (41 30 7903766-9 15 PATENTKRAV l. Sättattframställasilikaaerogeli.fonnavettväsent- ligensprickfritt,företrädesvistransparentblockgenom hydrolysaveni.ettlösningsmedellöstkiselsyraesteri en för de önskade dimensionerna anpassad gjutform till bild- ning av en silikagel, som i ett slutet tryckkärl över~ föres till silikaaerogel under avdrivníng av lösnings- medlet vid tryck- och temperaturbetingelser över dess kritiska punkt med påföljande trycksänkning till atmos- färstryck genom utsläpp av lösningsmedelsånga från kär* let och sänkning av temperaturen till omgivningstempera- tur, k ä n n e t e c k n a t därav, att reaktionstempe- raturen vid hydrolysen hâlles vid eller under rumstempe- ratur, att silikagelen efter hydrolysen åldras och tvät- tas med färskt lösningsmedel, och att behandlingen i tryckkärlet genomföres på en tid av minst 24 h, varjämte silikaaerogelen därefter eventuellt underkastas värmebe- handling vid atmosfärstryck.

2. Sätt enligt kravet l, därav, att åldringen och tvättningen genomföres på en tid av upp till cirka 20 dagar, företrädesvis cirka k ä n n e t e c k n a t lO dagar.

3. Sätt enligt kravet 1, därav, att behandlingen i kärlet genomföras på cirka 48 h. k ä n n e t e c k n a t k ä n n e t e c k n a t

4. Sätt enligt kravet 1, därav, att temperaturen i kärlet höjes med en medelhas- tighet av högst 2s°c/h, företrädesvis 1o-1s°c/h, under samtidig tryckökning.

5. Sätt enligt kravet 1, därav, att trycksänkningen i kärlet sker med en medel- hastighet av högst 10 bar/h.

6. Sätt enligt kravet l, därav, att temperatursänkningen i kärlet sker med en medelhastiqhet av högst 75°C/h. k ä n n e t e c k n a t k ä n n e t e c k n a t 7903766-9 1.5

7. Sätt enligt kravet 1, k ä^n n e t e c k n a t därav, att temperaturhöjningen i kärlet sker med en medel- hastighet av cirka ll°C/h, trycksänkningen sker med en medelhastighet av cirka 6 bar/h, och tenperatursänkningen 5 sker med en medelhastighet cirka av 50°C/h.

8. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att värmebehandlingen utföres vid en temperatur av cirka 500-750°C.

9. Användning av silikaaerogel i fprm av väsentligen

10 Ksprickfria, transparenta block i sólpaneler. lO 15 vspsvsß-9 SAMMANDRAG. Silikaaerogel i form av ett väsentligen sprickfritt, företrädesvistransparentblockbeskrivsjämteettsättför framställning av sådan aerogel och användning därav i sol-_ paneler. Framställningen sker genom hydrolys av en tetra- alkoxisilan, företrädesvis tetrametoxisilan,i en alkohol, företrädesvis metanol, i närvaro av en katalysator, före- trädesvis ammoniak, till bildning av en alkogel, som åldras under cirka 10 dagar och tvättas med alkohol för att avlägsna vatten. Därefter behandlas alkogelen i auto- klav genom temperaturökning till över alkoholens kritiska punkt, isoterm trycksänkning genom utsläpp av alkohol- ånga, samt temperatursänkning. Temperaturökningen, tryck- sänkningen och temperatursänkningen sker med så låga medelhastigheter att aerogelen ej spricker. För detta fordras en total behandlingstid 1 autoklaven av minst 24 h. Efter autoklavbehandlingen utföres eventuellt en värmebthanaling vid soo-7so°c för att ytterligare för- bättra aerogelens transparens.