TW201841729A - 結構體的製造方法 - Google Patents
結構體的製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201841729A TW201841729A TW106103539A TW106103539A TW201841729A TW 201841729 A TW201841729 A TW 201841729A TW 106103539 A TW106103539 A TW 106103539A TW 106103539 A TW106103539 A TW 106103539A TW 201841729 A TW201841729 A TW 201841729A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- aerogel
- group
- layer
- sol
- mass
- Prior art date
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
本發明是有關於一種結構體的製造方法,其為形成有氣凝膠層的結構體的製造方法,並且包括由霧滴狀的溶膠來形成氣凝膠層的步驟。
Description
本發明是有關於一種結構體的製造方法。
氣凝膠(aerogel)例如已知二氧化矽氣凝膠(例如參照專利文獻1)。二氧化矽氣凝膠通常藉由使用超臨界乾燥法的方法來製造。
專利文獻2中記載有不使用超臨界乾燥法來製造二氧化矽乾凝膠(xerogel)。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利第4402927號 [專利文獻2]日本專利特開2011-93744號公報
[發明所欲解決的課題] 但,於製造形成有氣凝膠層的結構體的情況下,對於作為形成氣凝膠層的對象的對象物,要求形成不均少的氣凝膠層。
本發明是鑒於所述情況而形成,目的在於提供一種可抑制氣凝膠層的不均的結構體的製造方法。
[解決課題的手段] 本發明者為了達成所述目的而反覆進行銳意研究,結果發現使用霧滴狀的溶膠來形成氣凝膠層的方法,從而完成本發明。
本發明提供一種結構體的製造方法,其為形成有氣凝膠層的結構體的製造方法,並且包括由霧滴狀的溶膠來形成氣凝膠層的步驟。
依據本發明的結構體的製造方法,可製造抑制氣凝膠層的不均的結構體。另外,依據本發明的結構體的製造方法,可不依存於形成氣凝膠層的對象物的形狀,來形成厚膜的氣凝膠層。
但,於利用超臨界乾燥法來製造氣凝膠的情況下,通常為如下方法:將醇凝膠(alcogel)與分散介質(乾燥中使用的溶媒)導入至高壓容器中,對分散介質施加其臨界點以上的溫度及壓力而成為超臨界流體,藉此去除醇凝膠中所含的溶媒。超臨界乾燥法通常為高壓製程。於製造氣凝膠後進行超臨界乾燥的情況下,需要對可耐受超臨界的特殊裝置等的設備投資以及大量的工夫及時間,存在製造成本提高的情況以及由於藉由批次式的生產而製造效率不充分的情況。另外,於進行超臨界乾燥的情況下,認為形成氣凝膠層的對象物限定為可耐受超臨界的材料。與此相對,本發明的結構體的製造方法的一態樣中,亦可不使用超臨界乾燥而獲得結構體。進而,利用本發明的結構體的製造方法來製造的結構體成為不僅具有作為氣凝膠的優異功能,而且抑制氣凝膠的脫落者。
但,氣凝膠存在非常脆的傾向。例如,塊狀的氣凝膠存在只要欲以手接觸而拿起即會破損的情況。與此相對,先前,考察了使用氣凝膠及增強材料的氣凝膠片材。但是,由於氣凝膠自身脆,故而存在藉由衝擊或彎折作業而使片材破壞、氣凝膠粉末自片材上脫落等施工性的課題。另一方面,本發明中,所述溶膠亦可含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。藉由由如上所述的溶膠所形成的氣凝膠層,不僅可容易解決施工性的所述課題,而且可提高絕熱性。另外,藉由由如上所述的溶膠所形成的氣凝膠層,由於柔軟性提高,故而不僅進一步抑制氣凝膠的脫落,而且包括如上所述的氣凝膠層的結構體由於本體部的柔軟性而成為容易彎折者。
所述溶膠亦可更含有二氧化矽粒子。藉此,絕熱性及柔軟性進一步提高。
所述二氧化矽粒子的平均一次粒徑可為1 nm~500 nm。藉此,絕熱性及柔軟性容易進一步提高。
所述溶膠的液滴的直徑可為0.1 μm~1000 μm。藉由如上所述的溶膠,可更容易地形成厚膜的氣凝膠層,而且進一步抑制氣凝膠層的龜裂。
所述溶膠亦可包含沸點小於200℃的溶媒。藉由如上所述的溶膠,可更容易地形成厚膜的氣凝膠層,而且進一步抑制氣凝膠層的龜裂。
所述製造方法中,所述結構體包括本體部、以及被覆所述本體部的表面的至少一部分的被覆層,並且亦可以所述被覆層成為中間層的方式,至少於所述被覆層上形成氣凝膠層。藉此,不僅氣凝膠層的密著性進一步提高,而且進一步抑制氣凝膠層的剝離及脫落。
所述被覆層亦可含有填充材。藉此,進一步抑制高溫使用時的氣凝膠層的剝離及脫落。
所述填充材亦可為無機填充材。藉此,被覆層(中間層)的耐熱性提高,而且進一步抑制高溫條件下的剝離及脫落。
相對於被覆層的總體積,所述填充材的含量可為0.1體積%~70體積%。藉此,耐熱性及本體部與氣凝膠層的密著性進一步提高。
[發明的效果] 依據本發明的結構體的製造方法,可製造抑制氣凝膠層的不均的結構體。另外,依據本發明的結構體的製造方法,可不依存於本體部的形狀而形成厚膜的氣凝膠層。進而,利用本發明的結構體的製造方法來製造的結構體成為不僅具有優異的絕熱性、撥水性、特異的光學特性、以及特異的電氣特性,而且抑制氣凝膠的脫落者。
以下,視情況參照圖式,對本發明的實施形態進行詳細說明。但,本發明並不限定於以下的實施形態。
<定義> 本說明書中,使用「~」來表示的數值範圍表示包含「~」的前後所記載的數值來分別作為最小值及最大值的範圍。本說明書中階段性地記載的數值範圍中,某階段的數值範圍的上限值或下限值亦可置換為其他階段的數值範圍的上限值或下限值。本說明書中記載的數值範圍中,該數值範圍的上限值或下限值亦可置換為實施例中所示的值。所謂「A或B」只要包含A及B的其中任一者即可,亦可同時包含兩者。只要無特別說明,則本說明書中例示的材料可單獨使用一種或者將兩種以上組合使用。本說明書中,於組成物中存在多種與各成分相符的物質的情況下,只要無特別說明,則組成物中的各成分的含量是指組成物中所存在的多種物質的合計量。
首先,對利用本實施形態的結構體的製造方法而獲得的結構體進行說明。
<結構體> 圖1是示意性表示利用本實施形態的結構體的製造方法而獲得的結構體的剖面圖。結構體(氣凝膠複合體、氣凝膠複合結構體)100如圖1所示,具有於作為形成氣凝膠層的對象的對象物(以下亦稱為「對象物」)10上形成有氣凝膠層5的結構。結構體100例如亦可為於對象物10上一體地形成有氣凝膠層5的結構者。即,結構體100亦可為包括對象物10、以及一體地接合於該對象物10上的氣凝膠層5者。結構體100中,例如對象物10與氣凝膠層5一體化而固定。氣凝膠層5是由霧滴狀(霧狀)的溶膠所形成的氣凝膠層。對象物10例如為支撐氣凝膠層5的支撐部。本實施形態的結構體100成為不僅絕熱性及撥水性優異,特異的光學特性及電氣特性優異,而且抑制氣凝膠的脫落者。
本實施形態的結構體100例如為包括配置於對象物10的表面10a的至少一部分(一部分或整體)上的氣凝膠層5的結構體。認為所述結構體100成為不僅可表現出優異的絕熱性、撥水性、特異的光學特性及電氣特性,而且抑制氣凝膠的脫落者。配置有氣凝膠層5的表面10a可為平坦面,亦可為複合平面(傾斜面的組合),亦可為曲面。
對象物10亦可為如圖2所示,包括本體部3、以及被覆本體部3的表面的至少一部分的被覆層4者。該情況下,以被覆層4成為中間層的方式,至少於被覆層4上形成氣凝膠層5。
圖2是示意性表示利用本實施形態的結構體的製造方法而獲得的結構體的剖面圖。結構體(氣凝膠複合體、氣凝膠複合結構體)200包括本體部3、以及被覆本體部3的表面的至少一部分的被覆層4,並且具有以被覆層4成為中間層的方式,至少於被覆層4上形成有氣凝膠層5的結構。即,對象物10亦可包括:本體部3、以及被覆本體部3的表面的至少一部分的被覆層4。例如,結構體200亦可為包括本體部3、以及氣凝膠層5者,所述氣凝膠層5經由成為中間層的被覆層4而一體地接合於本體部3上。結構體200中,氣凝膠層5亦可經由成為中間層的被覆層4而一體地接合於本體部3上。結構體200中,本體部3、被覆層4與氣凝膠層5亦可一體化。本體部3例如為支撐氣凝膠層5的支撐部。本實施形態的結構體200不僅本體部3與氣凝膠層5的接著性及密著性優異,而且可更高度地抑制氣凝膠層5的剝離及脫落。結構體200的本體部3的保護性能亦優異。
本實施形態的結構體200例如為如下結構體,其包括:被覆層(亦稱為「中間層」)4,配置於本體部3的表面3a的至少一部分(一部分或整體)上;以及氣凝膠層5,配置於被覆層4的與本體部3為相反側的表面4a的至少一部分(一部分或整體)上。本實施形態的結構體200中,本體部3與氣凝膠層5經由成為中間層的被覆層4而一體化地固定。配置有被覆層4的表面3a可為平坦面,亦可為複合平面(傾斜面的組合),亦可為曲面。
圖2中,對結構體包括本體部以及被覆本體部3的被覆層的態樣進行說明,但被覆層並非必需。即,作為形成氣凝膠層的對象的對象物亦可為本體部。
於對象物為本體部的情況下,結構體例如為包括配置於本體部的表面的至少一部分(一部分或整體)上的氣凝膠層的結構體,具有本體部與氣凝膠層直接接觸的結構。本態樣中,配置有氣凝膠層的本體部的表面可為平坦面,亦可為複合平面(傾斜面的組合),亦可為曲面。
氣凝膠層5可為由如下的溶膠所形成者,所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物(矽(silicon)化合物)、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物(水解性官能基水解的矽化合物)所組成的組群中的至少一種;亦可為由作為如下溶膠的縮合物的濕潤凝膠(由所述溶膠而來的濕潤凝膠)的乾燥物所構成的層,所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物(矽化合物)、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物(水解性官能基水解的矽化合物)所組成的組群中的至少一種。即,所述溶膠亦可含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。藉由氣凝膠層為如上所述者,而成為不僅可高度兼具絕熱性及柔軟性,而且進一步抑制氣凝膠的脫落者。
{對象物} 如上所述,作為形成氣凝膠層的對象的對象物可為包括本體部、以及被覆本體部的表面的至少一部分的被覆層者,亦可為本體部。
(本體部) 構成本體部的材料例如可列舉:金屬、陶瓷、玻璃、樹脂及該些的複合材料。本體部例如可為包含選自由金屬、陶瓷、玻璃及樹脂所組成的組群中的至少一種的態樣。本體部的形態可根據所使用的目的或者材料,而採用塊狀、片材狀、球狀、纖維狀等。
所述金屬並無特別限定,可列舉:金屬的單體;金屬的合金;形成有氧化被膜的金屬等。所述金屬可列舉:鐵、銅、鎳、鋁、鋅、鈦、鉻、鈷、錫、金、銀等。根據後述溶膠生成步驟中使用的材料,就金屬表面的耐蝕性優異的觀點而言,所述金屬可使用:鈦、金、銀等單體;形成有氧化被膜的鐵及鋁。
所述陶瓷可列舉:氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂等氧化物;氮化矽、氮化鋁等氮化物;碳化矽、碳化硼等碳化物;該些的混合物等。
所述玻璃可列舉:石英玻璃、鈉玻璃、硼矽酸玻璃等。
所述樹脂可列舉:聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚縮醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯等。
對本體部的形狀並無特別限制,亦可為具有平面及曲面的任一種表面形狀者。本體部的形狀例如可列舉板狀、筒狀、球狀、棒狀。筒狀的本體部例如可列舉配管等。
就獲得良好的定準效果、氣凝膠層的密著性進一步提高的觀點而言,本體部的表面粗糙度可為100 nm以上,亦可為500 nm以上。
(被覆層(中間層)) 如上所述,對象物亦可包括被覆層。構成被覆層的材料例如可列舉:有機系材料、無機系材料以及有機無機混合材料。
所述有機系材料例如可列舉:胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、酚樹脂、環氧樹脂、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、矽酮以及該些的複合材料。所述有機系材料例如亦可為包含選自由胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、酚樹脂、環氧樹脂、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚苯并咪唑、聚醚醚酮以及矽酮所組成的組群中的至少一種的態樣。
就本體部與氣凝膠層的密著提高的觀點而言,所述有機系材料例如亦可為包含選自由羥基、胺基、羧基、環氧基、異氰酸酯基、巰基、氰基、酯鍵、胺基甲酸酯鍵及醯胺鍵所組成的組群中的至少一種的化合物。
所述無機系材料例如可列舉:玻璃、金屬的單體、金屬的合金、形成有氧化被膜的金屬、陶瓷、碳化矽、氮化矽以及矽酸鈉。所述無機系材料例如亦可為包含選自由玻璃、金屬的單體、金屬的合金、形成有氧化被膜的金屬、陶瓷、碳化矽、氮化矽及矽酸鈉所組成的組群中的至少一種的態樣。
所述金屬例如可列舉:鈦、鉻、鋁、銅及鉑。
所述陶瓷例如可列舉:氧化鋁及氧化鋯。
所述無機系材料亦可更含有黏合劑。黏合劑例如可列舉:金屬烷氧化物、水玻璃。
所述有機無機混合材料例如可列舉:所述有機系材料以及所述無機系材料的複合材料、環氧-二氧化矽混合材料、丙烯酸-二氧化矽混合材料。
就耐熱性進一步提高的觀點而言,構成被覆層的材料可為無機系材料或者有機無機混合材料,就降低於高溫環境下使用的情況下的本體部與被覆層的熱膨脹差,抑制龜裂的觀點而言,亦可為有機無機混合材料。就抑制龜裂的觀點而言,構成被覆層的材料亦可使用彈性模數低的材料。
就耐熱性進一步提高的觀點而言,被覆層例如亦可為包含陶瓷的層(陶瓷層)及/或包含金屬的層(金屬層)。
就耐熱性進一步提高的觀點、進一步抑制龜裂的觀點、以及進一步抑制高溫使用時的氣凝膠層的剝離及脫落的觀點而言,所述被覆層亦可含有填充材。推測藉由含有填充材而進一步抑制氣凝膠層的剝離及脫落的原因在於:例如,藉由含有填充材來調整被覆層的熱膨脹率,於高溫時在本體部、被覆層及氣凝膠層之間產生的熱膨脹率差降低。
所述填充材例如可列舉:無機填充材以及有機填充材。就提高被覆層的耐熱性的觀點、以及進一步抑制高溫條件下的剝離及脫落的觀點而言,所述填充材可為無機填充材,就於高溫環境中反覆使用的情況下的熱循環可靠性提高的觀點而言,亦可為有機填充材。對填充材的形狀並無特別限制,例如可為短纖維狀、微粉末狀以及中空狀。
構成無機填充材的材料例如可列舉:二氧化矽、雲母、滑石、玻璃、碳酸鈣、石英、金屬水合物、金屬氫氧化物以及該些的複合材料。無機填充材例如亦可為包含選自由二氧化矽、雲母、滑石、玻璃、碳酸鈣、石英、金屬水合物以及金屬氫氧化物所組成的組群中的至少一種的態樣。
金屬水合物例如可列舉:硫酸鉀鋁十二水合物、硝酸鎂六水合物、硫酸鎂七水合物。金屬氫氧化物例如可列舉:氫氧化鋁及氫氧化鎂。氫氧化鋁亦可為水鋁石(boehmite)型氫氧化鋁。
就耐熱性及阻燃性進一步提高的觀點而言,無機填充材可為含有二氧化矽、玻璃或者金屬氫氧化物者,玻璃可為玻璃短纖維或者中空玻璃,金屬氫氧化物可為氫氧化鎂或者水鋁石型氫氧化鋁。
構成有機填充材的材料例如可列舉:磷酸酯、聚酯、聚苯乙烯、紙漿(pulp)、彈性體以及該些的複合材料。有機填充材例如亦可為包含選自由磷酸酯、聚酯、聚苯乙烯、紙漿及彈性體所組成的組群中的至少一種的態樣。所述紙漿可為紙漿凝塊(pulp flock)的形態。就本體部與被覆層的熱膨脹差緩和應力,變得容易抑制龜裂的方面而言,有機填充材亦可為含有彈性體者。
彈性體例如可列舉:苯乙烯系彈性體、烯烴系彈性體、胺基甲酸酯系彈性體、聚丁二烯系彈性體、氟系彈性體以及矽酮系彈性體。該些彈性體中,就耐熱性及撥水性進一步提高的觀點而言,彈性體可使用氟系彈性體或者矽酮系彈性體。
就耐熱性進一步提高的觀點而言,相對於被覆層的總體積,被覆層中所含的填充材的含量可為0.1體積%以上。就形成被覆層時的作業性提高的觀點、以及本體部與氣凝膠層的密著性提高的觀點而言,相對於被覆層的總體積,被覆層中所含的填充材的含量可為70體積%以下,亦可為50體積%以下,亦可為40體積%以下,亦可為30體積%以下。就該些觀點而言,相對於被覆層的總體積,被覆層中所含的填充材的含量可為0.1體積%~70體積%,亦可為0.1體積%~50體積%,亦可為0.1體積%~40體積%,亦可為0.1體積%~30體積%。
所述被覆層例如可含有密著性提高劑、阻燃劑及抗氧化劑。
密著性提高劑例如可列舉:脲矽烷等脲化合物;以及矽烷偶合劑。
阻燃劑例如可列舉:三聚氰胺氰脲酸酯以及雙(五溴苯基)乙烷。
抗氧化劑例如可列舉:包含氧化鋁、氧化鋯等陶瓷粉料以及無機黏合劑的抗氧化劑。
就耐熱性進一步提高的觀點而言,被覆層的熱分解溫度可為300℃以上。此處,所謂熱分解溫度為300℃以上,是指於使用精工電子奈米技術(SII NanoTechnology)公司製造的高溫型示差熱熱重量同時測定裝置TG/DTA7300,於氮氣環境下以升溫速度10℃/分鐘的條件對材料進行測定的情況下,減少5%重量時的溫度為300℃以上。
就由衝擊等所引起的損傷減少、本體部的保護性能提高的觀點,以及本體部與氣凝膠層的接著性進一步提高的觀點而言,被覆層的厚度可為0.01 μm以上,亦可為0.1 μm以上,亦可為1 μm以上。就抑制被覆層的形成時的龜裂的觀點而言,被覆層的厚度可為1000 μm以下,亦可為小於1000 μm,亦可為500 μm以下。就抑制由本體部與被覆層的熱膨脹差所引起的龜裂的觀點、以及熱循環穩定性提高的觀點而言,被覆層的厚度可為100 μm以下。就該些觀點而言,被覆層的厚度可為0.01 μm~1000 μm,亦可為0.01 μm~500 μm,亦可為0.01 μm~100 μm。
藉由使用吸水率低的被覆層,可進一步降低水溶性的酸性物質或鹼性物質以及無機鹽類等對於本體部的化學性影響。具體而言,例如可進一步降低由後述的溶膠塗液等的影響所引起的本體部的化學變化(腐蝕、改質等)。即,難以受到由形成氣凝膠層時的條件以及溶膠塗液的組成所引起的影響,結構體的製造變得容易。就該些觀點而言,被覆層的吸水率可為小於5%,亦可為小於4%,亦可為小於3%。
所謂被覆層的吸水率是指當將使被覆層的構成材料成型為20 mm×20 mm×0.5 mm尺寸的試驗片於60℃、90%RH的恆溫恆濕槽內放置了6小時時的質量變化率。
藉由使用表面粗糙度大的被覆層,可進一步提高被覆層與氣凝膠層的密著性,可進一步抑制氣凝膠層的剝離及脫落。就於被覆層與氣凝膠層之間獲得良好的定準效果,氣凝膠層的密著性進一步提高的觀點而言,被覆層的表面粗糙度(Ra)可為200 nm以上,亦可為300 nm以上,亦可為500 nm以上。
被覆層的表面粗糙度例如可藉由在本體部上形成被覆層後,對該被覆層進行研磨加工(研磨處理)或者粗化加工(粗化處理)來調整。研磨加工或者粗化加工可為機械加工,亦可為化學加工。加工方法例如可列舉:利用如漿料或研磨劑之類的研磨粒的機械加工;利用酸或鹼、氧化劑或還原劑的濕式蝕刻;以及利用六氟化硫或者四氟化碳的乾式蝕刻。
所述被覆層可為單層,亦可為多層。
{氣凝膠層} 本實施形態的氣凝膠層是由氣凝膠構成者,是由霧滴狀的溶膠所形成者。狹義而言,將對濕潤凝膠使用超臨界乾燥法而獲得的乾燥凝膠稱為氣凝膠,將藉由大氣壓下的乾燥而獲得的乾燥凝膠稱為乾凝膠,將藉由冷凍乾燥而獲得的乾燥凝膠稱為凍凝膠(cryogel),但本實施形態中,不論濕潤凝膠的該些乾燥方法如何,均將所獲得的低密度的乾燥凝膠稱為「氣凝膠」。即,本實施形態中,所謂「氣凝膠」是指廣義的氣凝膠「由分散相為氣體的微多孔性固體所構成的凝膠(Gel comprised of a microporous solid in which the dispersed phase is a gas)」。通常,氣凝膠的內部具有網狀的微細結構,且具有2 nm~20 nm左右的氣凝膠粒子(構成氣凝膠的粒子)結合而成的簇結構。於由該簇所形成的骨架間存在小於100 nm的細孔。藉此,氣凝膠具有三維的微細的多孔性結構。此外,本實施形態中的氣凝膠例如是以二氧化矽作為主成分的二氧化矽氣凝膠。二氧化矽氣凝膠例如可列舉:導入了有機基(甲基等)或者有機鏈的所謂經有機-無機混合化的二氧化矽氣凝膠。氣凝膠層亦可為含有具有由聚矽氧烷而來的結構的氣凝膠的層。
就絕熱性優異的觀點以及發揮特異的電氣特性的觀點而言,本實施形態的氣凝膠例如亦可具有較氣體的平均自由行程更小的空孔。就發揮特異的光學特性的觀點而言,本實施形態的氣凝膠的一次粒徑例如可為數nm左右。
本實施形態的氣凝膠亦可為作為如下溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物,所述溶膠含有選自由(分子內)具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。即,本實施形態的氣凝膠亦可為將由如下溶膠所生成的濕潤凝膠進行乾燥而獲得者,所述溶膠含有選自由(分子內)具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。藉由採用該些態樣,絕熱性及柔軟性進一步提高。所述縮合物可藉由利用具有水解性官能基的矽化合物的水解而獲得的水解產物的縮合反應來獲得,亦可藉由具有並非利用水解而獲得的官能基的縮合性官能基的矽化合物的縮合反應而獲得。所述矽化合物只要具有水解性官能基以及縮合性官能基的至少一者即可,亦可具有水解性官能基以及縮合性官能基的兩者。此外,後述的各氣凝膠亦可如上所述,為作為如下溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物(藉由將由所述溶膠所生成的濕潤凝膠進行乾燥而獲得者),所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。
另外,認為如上所述的氣凝膠不僅絕熱性優異,而且折射率極低。因此,認為可用於例如絕熱材料、光反射材料等。
現有的二氧化矽氣凝膠通常為親水性,故而容易吸水,由此認為作為氣凝膠的功能容易下降。認為本實施形態的氣凝膠(由含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種的溶膠所形成的氣凝膠)難以產生由吸水所引起的功能下降。
氣凝膠層亦可為由作為如下溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物所構成的層,所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。即,氣凝膠層亦可由將由如下溶膠生成的濕潤凝膠進行乾燥而成的層來構成,所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。
本實施形態的氣凝膠可含有具有包含矽氧烷鍵(Si-O-Si)的主鏈的聚矽氧烷。氣凝膠可包括下述M單元、D單元、T單元或者Q單元來作為結構單元。
[化1]
所述式中,R表示鍵結於矽原子上的原子(氫原子等)或者原子團(烷基等)。M單元為包含矽原子與1個氧原子鍵結的一價基的單元。D單元為包含矽原子與2個氧原子鍵結的二價基的單元。T單元為包含矽原子與3個氧原子鍵結的三價基的單元。Q單元為包含矽原子與4個氧原子鍵結的四價基的單元。與該些單元的含量相關的資訊可藉由Si-核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)來獲得。
本實施形態的氣凝膠亦可含有倍半矽氧烷。倍半矽氧烷為具有所述T單元來作為結構單元的聚矽氧烷,具有組成式:(RSiO1.5
)n
。倍半矽氧烷可具有籠型、階梯型、無規型等多種骨架結構。
水解性官能基例如可列舉烷氧基。縮合性官能基(與水解性官能基相當的官能基除外)例如可列舉:羥基、矽烷醇基、羧基及酚性羥基。羥基亦可包含於羥基烷基等含羥基的基團中。水解性官能基以及縮合性官能基分別可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
矽化合物可包含具有烷氧基作為水解性官能基的矽化合物,另外,可包含具有羥基烷基作為縮合性官能基的矽化合物。就氣凝膠的柔軟性進一步提高的觀點而言,矽化合物可具有選自由烷氧基、矽烷醇基、羥基烷基及多醚基所組成的組群中的至少一種。就溶膠的相容性提高的觀點而言,矽化合物可具有選自由烷氧基及羥基烷基所組成的組群中的至少一種。
就提高矽化合物的反應性以及降低氣凝膠的導熱率的觀點而言,烷氧基及羥基烷基的各自的碳數可設為1~6,就氣凝膠的柔軟性進一步提高的觀點而言,亦可為2~4。烷氧基可列舉甲氧基、乙氧基、丙氧基等。羥基烷基可列舉羥基甲基、羥基乙基、羥基丙基等。
本實施形態的氣凝膠可列舉以下的態樣。藉由採用該些態樣,容易獲得撥水性及柔軟性優異的氣凝膠。藉由採用各種態樣,可獲得具有與各種態樣對應的撥水性及柔軟性的氣凝膠。
(第一態樣) 本實施形態的氣凝膠亦可為作為如下溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物,所述溶膠含有選自由(分子內)具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物、以及所述具有水解性官能基的聚矽氧烷化合物的水解產物(所述水解性官能基水解的聚矽氧烷化合物)所組成的組群中的至少一種化合物(以下,視情況稱為「聚矽氧烷化合物組群」)。例如,本實施形態的氣凝膠亦可為將由如下溶膠生成的濕潤凝膠進行乾燥而獲得者,所述溶膠含有選自由(分子內)具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物、以及所述具有水解性官能基的聚矽氧烷化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。即,氣凝膠層亦可為由如下溶膠所形成者,所述溶膠含有選自由(分子內)具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物、以及所述具有水解性官能基的聚矽氧烷化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。此外,後述的各氣凝膠亦可如上所述,為作為如下溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物(藉由將由所述溶膠生成的濕潤凝膠進行乾燥而獲得者),所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物、以及所述具有水解性官能基的聚矽氧烷化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。
氣凝膠層亦可為由作為如下溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物所構成的層,所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物、以及所述具有水解性官能基的聚矽氧烷化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。即,氣凝膠層亦可包括將由如下溶膠生成的濕潤凝膠進行乾燥而成的層,所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物、以及所述具有水解性官能基的聚矽氧烷化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。
具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物亦可更具有與水解性官能基及縮合性官能基不同的反應性基(與水解性官能基及縮合性官能基不相當的官能基)。反應性基並無特別限定,例如可列舉:環氧基、巰基、縮水甘油氧基、乙烯基、丙烯醯基、甲基丙烯醯基以及胺基。環氧基亦可包含於縮水甘油氧基等含環氧基的基團中。具有所述反應性基的聚矽氧烷化合物可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
具有羥基烷基的聚矽氧烷化合物例如可列舉具有下述通式(A)所表示的結構的化合物。
[化2]
式(A)中,R1a
表示羥基烷基,R2a
表示伸烷基,R3a
及R4a
分別獨立地表示烷基或者芳基,n表示1~50的整數。此處,芳基例如可列舉苯基及經取代的苯基。經取代的苯基的取代基例如可列舉烷基、乙烯基、巰基、胺基、硝基及氰基。式(A)中,2個R1a
可分別相同,亦可不同,同樣地,2個R2a
可分別相同,亦可不同。式(A)中,2個以上的R3a
可分別相同,亦可不同,同樣地,2個以上的R4a
可分別相同,亦可不同。
藉由使用作為含有所述結構的聚矽氧烷化合物的溶膠的縮合物的濕潤凝膠(由所述溶膠生成的濕潤凝膠),更容易獲得不僅撥水性優異,而且低導熱率且柔軟的氣凝膠。就同樣的觀點而言,亦可滿足以下所示的特徵。式(A)中,R1a
例如可列舉碳數為1~6的羥基烷基,具體而言,可列舉羥基乙基以及羥基丙基。式(A)中,R2a
例如可列舉碳數為1~6的伸烷基,具體而言,可列舉伸乙基以及伸丙基。式(A)中,R3a
及R4a
可分別獨立地為碳數為1~6的烷基或者苯基。該烷基亦可為甲基。式(A)中,n可為2~30,亦可為5~20。
具有所述通式(A)所表示的結構的聚矽氧烷化合物可使用市售品,例如可列舉:X-22-160AS、KF-6001、KF-6002、KF-6003等化合物(均為信越化學工業股份有限公司製造),以及XF42-B0970、Fluid OFOH 702-4%等化合物(均為邁圖(Momentive)公司製造)。
具有烷氧基的聚矽氧烷化合物例如可列舉具有下述通式(B)所表示的結構的化合物。
[化3]
式(B)中,R1b
表示烷基、烷氧基或者芳基,R2b
及R3b
分別獨立地表示烷氧基,R4b
及R5b
分別獨立地表示烷基或者芳基,m表示1~50的整數。此處,芳基例如可列舉苯基以及經取代的苯基。經取代的苯基的取代基例如可列舉烷基、乙烯基、巰基、胺基、硝基以及氰基。此外,式(B)中,2個R1b
可分別相同,亦可不同,2個R2b
可分別相同,亦可不同,同樣地,2個R3b
可分別相同,亦可不同。式(B)中,於m為2以上的整數的情況下,2個以上的R4b
可分別相同,亦可不同,同樣地,2個以上的R5b
可分別相同,亦可不同。
藉由使用作為含有所述結構的聚矽氧烷化合物或者其水解產物的溶膠的縮合物的濕潤凝膠(由所述溶膠生成的濕潤凝膠),更容易獲得低導熱率且柔軟的氣凝膠。就同樣的觀點而言,亦可滿足以下所示的特徵。式(B)中,R1b
例如可列舉碳數為1~6的烷基以及碳數為1~6的烷氧基,具體而言,可列舉甲基、甲氧基及乙氧基。式(B)中,R2b
及R3b
可分別獨立地為碳數為1~6的烷氧基。該烷氧基例如可列舉甲氧基及乙氧基。式(B)中,R4b
及R5b
可分別獨立地為碳數為1~6的烷基或者苯基。該烷基亦可為甲基。式(B)中,m可為2~30,亦可為5~20。
具有所述通式(B)所表示的結構的聚矽氧烷化合物例如可適當參照日本專利特開2000-26609號公報、日本專利特開2012-233110號公報等中所報告的製造方法來獲得。
此外,由於烷氧基會水解,故而具有烷氧基的聚矽氧烷化合物具有於溶膠中作為水解產物而存在的可能性,具有烷氧基的聚矽氧烷化合物、與其水解產物亦可混在。另外,具有烷氧基的聚矽氧烷化合物中,分子中的烷氧基可全部水解,亦可部分性地水解。
具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物、以及所述具有水解性官能基的聚矽氧烷化合物的水解產物分別可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
就更容易獲得良好的反應性的觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,所述溶膠中所含的聚矽氧烷化合物組群的含量(具有水解性官能基或縮合性官能基的聚矽氧烷化合物的含量、以及所述具有水解性官能基的聚矽氧烷化合物的水解產物的含量的總和)可為1質量份以上,亦可為3質量份以上,亦可為4質量份以上,亦可為5質量份以上,亦可為7質量份以上,亦可為10質量份以上。就更容易獲得良好的相容性的觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,聚矽氧烷化合物組群的所述含量可為50質量份以下,亦可為30質量份以下,亦可為15質量份以下。就該些觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,聚矽氧烷化合物組群的所述含量可為1質量份~50質量份,亦可為3質量份~50質量份,亦可為4質量份~50質量份,亦可為5質量份~50質量份,亦可為7質量份~30質量份,亦可為10質量份~30質量份,亦可為10質量份~15質量份。
[第二態樣] 具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物亦可使用聚矽氧烷化合物以外的矽化合物(矽(silicon)化合物)。即,本實施形態的氣凝膠亦可為作為如下溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物,所述溶膠含有選自由(分子內)具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物(聚矽氧烷化合物除外)、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種化合物(以下,視情況稱為「矽化合物組群」)。所述矽化合物中的分子內的矽數可為1或2。
具有水解性官能基的矽化合物並無特別限定,例如可列舉烷基矽烷氧化物。烷基矽烷氧化物中,就撥水性提高的觀點而言,水解性官能基的數量可為3個以下,亦可為2個~3個。烷基矽烷氧化物例如可列舉:單烷基三烷氧基矽烷、單烷基二烷氧基矽烷、二烷基二烷氧基矽烷、單烷基單烷氧基矽烷、二烷基單烷氧基矽烷以及三烷基單烷氧基矽烷。烷基矽烷氧化物例如可列舉:甲基三甲氧基矽烷、甲基二甲氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷以及己基三甲氧基矽烷。
具有縮合性官能基的矽化合物並無特別限定,例如可列舉:矽烷四醇、甲基矽烷三醇、二甲基矽烷二醇、苯基矽烷三醇、苯基甲基矽烷二醇、二苯基矽烷二醇、正丙基矽烷三醇、己基矽烷三醇、辛基矽烷三醇、癸基矽烷三醇以及三氟丙基矽烷三醇。
水解性官能基的數量為3個以下且具有反應性基的矽化合物亦可使用:乙烯基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基三甲氧基矽烷、3-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基甲基二甲氧基矽烷等。
具有縮合性官能基且具有所述的反應性基的矽化合物亦可使用:乙烯基矽烷三醇、3-縮水甘油氧基丙基矽烷三醇、3-縮水甘油氧基丙基甲基矽烷二醇、3-甲基丙烯醯氧基丙基矽烷三醇、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基矽烷二醇、3-丙烯醯氧基丙基矽烷三醇、3-巰基丙基矽烷三醇、3-巰基丙基甲基矽烷二醇、N-苯基-3-胺基丙基矽烷三醇、N-2-(胺基乙基)-3-胺基丙基甲基矽烷二醇等。
烷基矽烷氧化物亦可使用:分子末端的水解性官能基的數量超過3個的矽化合物即雙三甲氧基矽烷基甲烷、雙三甲氧基矽烷基乙烷、雙三甲氧基矽烷基己烷、雙三甲氧基矽烷基辛烷等。
具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物(聚矽氧烷化合物除外)、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物分別可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
就更容易獲得良好的反應性的方面而言,相對於溶膠的總量100質量份,所述溶膠中所含的矽化合物組群的含量(具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物(聚矽氧烷化合物除外)的含量、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物的含量的總和)可為5質量份以上,亦可為10質量份以上,亦可為12質量份以上,亦可為15質量份以上,亦可為18質量份以上。就更容易獲得良好的相容性的方面而言,相對於溶膠的總量100質量份,矽化合物組群的所述含量可為50質量份以下,亦可為30質量份以下,亦可為25質量份以下,亦可為20質量份以下。即,相對於溶膠的總量100質量份,矽化合物組群的所述含量可為5質量份~50質量份,亦可為10質量份~30質量份,亦可為12質量份~30質量份,亦可為15質量份~25質量份,亦可為18質量份~20質量份。
就更容易獲得良好的反應性的觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,所述聚矽氧烷化合物組群的含量以及所述矽化合物組群的含量的總和可為5質量份以上,亦可為10質量份以上,亦可為15質量份以上,亦可為20質量份以上,亦可為22質量份以上。就更容易獲得良好的相容性的觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,所述聚矽氧烷化合物組群的含量以及所述矽化合物組群的含量的總和可為50質量份以下,亦可為30質量份以下,亦可為25質量份以下。就該些觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,所述聚矽氧烷化合物組群的含量以及所述矽化合物組群的含量的總和可為5質量份~50質量份,亦可為10質量份~30質量份,亦可為15質量份~30質量份,亦可為20質量份~30質量份,亦可為22質量份~25質量份。
就更容易獲得良好的相容性的觀點而言,所述聚矽氧烷化合物組群的含量與所述矽化合物組群的含量的比(聚矽氧烷化合物組群:矽化合物組群)可為1:0.5以上,亦可為1:1以上,亦可為1:2以上,亦可為1:3以上。就更容易抑制凝膠的收縮的觀點而言,所述聚矽氧烷化合物組群的含量與所述矽化合物組群的含量的比(聚矽氧烷化合物組群:矽化合物組群)可為1:5以下,亦可為1:4以下,亦可為1:2以下。就該些觀點而言,所述聚矽氧烷化合物組群的含量與所述矽化合物組群的含量的比(聚矽氧烷化合物組群:矽化合物組群)可為1:0.5~1:5,亦可為1:0.5~1:4,亦可為1:1~1:2,亦可為1:2~1:4,亦可為1:3~1:4。
[第三態樣] 本實施形態的氣凝膠可具有下述通式(1)所表示的結構。本實施形態的氣凝膠可具有下述通式(1a)所表示的結構來作為包含式(1)所表示的結構的結構。藉由使用具有所述通式(A)所表示的結構的聚矽氧烷化合物,可將式(1)及式(1a)所表示的結構導入至氣凝膠的骨架中。
[化4]
[化5]
式(1)及式(1a)中,R1
及R2
分別獨立地表示烷基或者芳基,R3
及R4
分別獨立地表示伸烷基。此處,芳基例如可列舉苯基以及經取代的苯基。經取代的苯基的取代基例如可列舉烷基、乙烯基、巰基、胺基、硝基以及氰基。p表示1~50的整數。式(1a)中,2個以上的R1
可分別相同,亦可不同,同樣地,2個以上的R2
可分別相同,亦可不同。式(1a)中,2個R3
可分別相同,亦可不同,同樣地,2個R4
可分別相同,亦可不同。
藉由將所述式(1)或式(1a)所表示的結構導入至氣凝膠的骨架中,可容易獲得不僅撥水性優異,而且低導熱率且柔軟的氣凝膠。就同樣的觀點而言,亦可滿足以下所示的特徵。式(1)及式(1a)中,R1
及R2
分別獨立地為碳數為1~6的烷基或者苯基。該烷基可為甲基。式(1)及式(1a)中,R3
及R4
可分別獨立地為碳數為1~6的伸烷基。該伸烷基亦可為伸乙基或者伸丙基。式(1a)中,p可設為2~30,亦可為5~20。
[第四態樣] 本實施形態的氣凝膠為具有包括支柱部及橋聯部的階梯型結構的氣凝膠,且亦可為橋聯部具有下述通式(2)所表示的結構的氣凝膠。藉由在氣凝膠的骨架中導入如上所述的階梯型結構,可容易提高耐熱性及機械強度。藉由使用具有所述通式(B)所表示的結構的聚矽氧烷化合物,可將包含具有通式(2)所表示的結構的橋聯部的階梯型結構導入至氣凝膠的骨架中。此外,本實施形態中所謂「階梯型結構」是具有2根支柱部(struts)、以及將支柱部彼此連結的橋聯部(bridges)的結構(具有所謂「梯子」的形態的結構)。本態樣中,氣凝膠骨架可包含階梯型結構,但氣凝膠亦可部分性地具有階梯型結構。
[化6]
式(2)中,R5
及R6
分別獨立地表示烷基或者芳基,b表示1~50的整數。此處,芳基例如可列舉苯基以及經取代的苯基。經取代的苯基的取代基例如可列舉烷基、乙烯基、巰基、胺基、硝基以及氰基。此外,式(2)中,於b為2以上的整數的情況下,2個以上的R5
可分別相同,亦可不同,同樣地,2個以上的R6
可分別相同,亦可不同。
藉由將所述結構導入至氣凝膠的骨架中,例如可成為較具有由現有的階梯型倍半矽氧烷而來的結構(即,具有下述通式(X)所表示的結構)的氣凝膠而言具有更優異的柔軟性的氣凝膠。此外,如下述通式(X)所示,具有由現有的階梯型倍半矽氧烷而來的結構的氣凝膠中,橋聯部的結構為-O-,但本態樣的氣凝膠中,橋聯部的結構為所述通式(2)所表示的結構(聚矽氧烷結構)。
[化7]
式(X)中,R表示羥基、烷基或者芳基。
成為支柱部的結構及其鏈長、以及成為橋聯部的結構的間隔並無特別限定,就進一步提高耐熱性及機械強度的觀點而言,階梯型結構亦可具有下述通式(3)所表示的階梯型結構。
[化8]
式(3)中,R5
、R6
、R7
及R8
分別獨立地表示烷基或者芳基,a及c分別獨立地表示1~3000的整數,b表示1~50的整數。此處,芳基例如可列舉苯基以及經取代的苯基。經取代的苯基的取代基例如可列舉烷基、乙烯基、巰基、胺基、硝基以及氰基。式(3)中,於b為2以上的整數的情況下,2個以上的R5
可分別相同,亦可不同,同樣地,2個以上的R6
可分別相同,亦可不同。式(3)中,於a為2以上的整數的情況下,2個以上的R7
可分別相同,亦可不同。式(3)中,於c為2以上的整數的情況下,2個以上的R8
可分別相同,亦可不同。
就獲得更優異的撥水性及柔軟性的觀點而言,式(2)及式(3)中,R5
、R6
、R7
及R8
(其中,R7
及R8
僅在式(3)中)可分別獨立地為碳數為1~6的烷基或者苯基。該烷基亦可為甲基。式(3)中,a及c可分別獨立地為6~2000,亦可為10~1000。式(2)及式(3)中,b可為2~30,亦可為5~20。
[第五態樣] 就使氣凝膠層更強韌化的觀點以及達成更優異的絕熱性及柔軟性的觀點而言,本實施形態的氣凝膠亦可含有二氧化矽粒子。提供氣凝膠的溶膠亦可更含有二氧化矽粒子。即,本實施形態的氣凝膠亦可為作為含有二氧化矽粒子的溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物(將由所述溶膠生成的濕潤凝膠進行乾燥而獲得者)。氣凝膠層亦可由作為含有二氧化矽粒子的溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物所構成的層。例如,氣凝膠層亦可包括將由含有二氧化矽粒子的溶膠所生成的濕潤凝膠進行乾燥而成的層。即,氣凝膠層亦可為由含有二氧化矽粒子的溶膠所形成者。此外,至此所敍述的氣凝膠亦可如上所述,為作為含有二氧化矽粒子的溶膠的縮合物的濕潤凝膠的乾燥物(藉由將由所述溶膠生成的濕潤凝膠進行乾燥而獲得者)。
二氧化矽粒子可無特別限制地使用,例如可列舉非晶質二氧化矽粒子。非晶質二氧化矽粒子例如可列舉:熔融二氧化矽粒子、氣相二氧化矽粒子以及膠質二氧化矽粒子。該些粒子中,膠質二氧化矽粒子的單分散性高,容易抑制溶膠中的凝聚。
二氧化矽粒子的形狀並無特別限制,可列舉球狀、繭型、締合型等。該些形狀中,藉由使用球狀的粒子作為二氧化矽粒子,容易抑制溶膠中的凝聚。就容易對氣凝膠賦予適度的強度及柔軟性,容易獲得乾燥時的耐收縮性優異的氣凝膠的觀點而言,二氧化矽粒子的平均一次粒徑可為1 nm以上,亦可為5 nm以上,亦可為10 nm以上,亦可為20 nm以上。就容易抑制二氧化矽粒子的固體導熱,容易獲得絕熱性優異的氣凝膠的觀點而言,二氧化矽粒子的平均一次粒徑可為500 nm以下,亦可為300 nm以下,亦可為250 nm以下,亦可為100 nm以下。就該些觀點而言,二氧化矽粒子的平均一次粒徑可為1 nm~500 nm,亦可為5 nm~300 nm,亦可為10 nm~250 nm,亦可為20 nm~100 nm。
本實施形態中,粒子的平均粒徑(二氧化矽粒子的平均一次粒徑等)可藉由使用掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,以下略記為「SEM」),直接觀察氣凝膠層的剖面而獲得。例如,根據氣凝膠的內部的網狀的微細結構,可基於在氣凝膠層的剖面露出的粒子的直徑來獲得氣凝膠粒子或者二氧化矽粒子各自的粒徑。此處所謂的「直徑」是指將在氣凝膠層的剖面露出的粒子的剖面視為圓的情況下的直徑。另外,所謂「將剖面視為圓的情況下的直徑」是將剖面的面積置換為相同面積的正圓時的該正圓的直徑。此外,計算平均粒徑時,對於100個粒子求出圓的直徑,取其平均值。
此外,二氧化矽粒子的平均粒徑可由原料來測定。例如,雙軸平均一次粒徑是根據利用SEM來觀察任意的20個粒子的結果,以如下方式計算。即,若以通常分散於水中的固體成分濃度為5質量%~40質量%的膠質二氧化矽粒子為例,則於膠質二氧化矽粒子的分散液中,浸漬將帶有圖案配線的晶圓切割為2 cm見方而獲得的晶片約30秒後,將該晶片以純水沖洗約30秒,進行氮吹(nitrogen blow)乾燥。然後,將晶片載置於SEM觀察用的試樣台上,施加10 kV的加速電壓,以10萬倍的倍率來觀察二氧化矽粒子,拍攝圖像。自所獲得的圖像中任意地選擇20個二氧化矽粒子,將該些粒子的粒徑的平均值作為平均粒徑。此時,於所選擇的二氧化矽粒子為如圖3所示的形狀的情況下,導出與二氧化矽粒子P外接且以其長邊變得最長的方式來配置的長方形(外接長方形L)。而且,將該外接長方形L的長邊設為X,將短邊設為Y,以(X+Y)/2的形式計算雙軸平均一次粒徑,作為該粒子的粒徑。
就容易獲得耐收縮性優異的氣凝膠的觀點而言,每1 g二氧化矽粒子的矽烷醇基數可為10×1018
個/g以上,亦可為50×1018
個/g以上,亦可為100×1018
個/g以上。就容易獲得均質的氣凝膠的觀點而言,每1 g二氧化矽粒子的矽烷醇基數可為1000×1018
個/g以下,亦可為800×1018
個/g以下,亦可為700×1018
個/g以下。就該些觀點而言,每1 g二氧化矽粒子的矽烷醇基數可為10×1018
個/g~1000×1018
個/g,亦可為50×1018
個/g~800×1018
個/g,亦可為100×1018
個/g~700×1018
個/g。
就容易對氣凝膠賦予適度的強度,容易獲得乾燥時的耐收縮性優異的氣凝膠的觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,所述溶膠中所含的二氧化矽粒子的含量可為1質量份以上,亦可為4質量份以上。就容易抑制二氧化矽粒子的固體導熱,容易獲得絕熱性優異的氣凝膠的觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,所述溶膠中所含的二氧化矽粒子的含量可為20質量份以下,亦可為15質量份以下,亦可為12質量份以下,亦可為10質量份以下,亦可為8質量份以下。就該些觀點而言,相對於溶膠的總量100質量份,所述溶膠中所含的二氧化矽粒子的含量可為1質量份~20質量份,亦可為4質量份~15質量份,亦可為4質量份~12質量份,亦可為4質量份~10質量份,亦可為4質量份~8質量份。
[其他態樣] 本實施形態的氣凝膠可具有下述通式(4)所表示的結構。本實施形態的氣凝膠可不僅含有二氧化矽粒子,而且具有下述通式(4)所表示的結構。
[化9]
式(4)中,R9
表示烷基。烷基例如可列舉碳數為1~6的烷基,具體而言可列舉甲基。
本實施形態的氣凝膠可具有下述通式(5)所表示的結構。本實施形態的氣凝膠可不僅含有二氧化矽粒子,而且具有下述通式(5)所表示的結構。
[化10]
式(5)中,R10
及R11
分別獨立地表示烷基。烷基例如可列舉碳數為1~6的烷基,具體而言可列舉甲基。
本實施形態的氣凝膠可具有下述通式(6)所表示的結構。本實施形態的氣凝膠可不僅含有二氧化矽粒子,而且具有下述通式(6)所表示的結構。
[化11]
式(6)中,R12
表示伸烷基。伸烷基例如可列舉碳數為1~10的伸烷基,具體而言可列舉伸乙基及伸己基。
本實施形態的氣凝膠具有由聚矽氧烷而來的結構。由聚矽氧烷而來的結構例如可列舉所述通式(1)、通式(2)、通式(3)、通式(4)、通式(5)或通式(6)所表示的結構。本實施形態的氣凝膠亦可為不含有二氧化矽粒子,而是包含所述通式(4)、通式(5)及通式(6)所表示的結構中的至少一種者。
就容易確保氣凝膠層的可靠性的方面而言,氣凝膠層的厚度可為1 μm以上,亦可為2 μm以上,亦可為3 μm以上,亦可為10 μm以上,亦可為30 μm以上。就可縮短後述的洗滌及溶媒置換步驟的觀點而言,氣凝膠層的厚度可為5000 μm以下,亦可為4000 μm以下,亦可為3000 μm以下,亦可為1000 μm以下,亦可為500 μm以下,亦可為250 μm以下。就該些觀點而言,氣凝膠層的厚度可為1 μm~5000 μm,亦可為2 μm~4000 μm,亦可為3 μm~3000 μm,亦可為10 μm~1000 μm,亦可為10 μm~500 μm,亦可為30 μm~250 μm。
<結構體的製造方法> 繼而,對結構體的製造方法進行說明。
本實施形態的結構體的製造方法為形成有氣凝膠層的結構體的製造方法,是包括由霧滴狀的溶膠來形成氣凝膠層的步驟(以下亦稱為「氣凝膠層形成步驟」)的方法。霧滴狀的溶膠例如可為使所述溶膠成為霧滴的形態者。依據所述製造方法,可製造氣凝膠層的不均得到抑制的結構體。另外,依據所述製造方法,不僅可不依存於本體部的形狀而形成厚膜的氣凝膠層,而且可容易控制氣凝膠層的膜厚。另外,通常若使氣凝膠厚膜化,則存在容易產生龜裂的傾向,但依據所述製造方法,則龜裂減少。依據本實施形態的結構體的製造方法,則即便於對象物的形狀複雜化的情況下,亦難以於氣凝膠上產生缺陷,因此可高度地確保作為氣凝膠的性能的可靠性。
另外,依據本實施形態的結構體的製造方法,則難以產生由凝膠內部的毛細管力所引起的應力,因此存在難以產生凝膠的收縮,容易保持作為氣凝膠的可靠性的傾向。
氣凝膠層形成步驟亦可為例如於由霧滴的形態的溶膠來形成溶膠層後,由所述溶膠層來形成氣凝膠層的步驟。
具體而言,例如,如圖4所示,準備作為形成氣凝膠層的對象的對象物10後(圖4(a)),於該對象物10上由霧滴的形態的溶膠(亦稱為「溶膠塗液」)來形成溶膠層5a後(圖4(b)),由溶膠層5a來形成氣凝膠層5(圖4(c))。於對象物僅為本體部的情況下,只要於準備本體部後,對本體部直接賦予溶膠即可。
本實施形態的結構體的製造方法中,所述結構體包括本體部、以及被覆所述本體部的表面的至少一部分的被覆層,亦可以所述被覆層成為中間層的方式,至少於所述被覆層上形成氣凝膠層。即,於作為形成氣凝膠層的對象的對象物包括本體部及被覆層的情況下,例如,如圖5所示,準備包括本體部3及被覆層4的對象物10後(圖5(a)),以被覆層4成為中間層的方式,於被覆層4上由霧滴的形態的溶膠來形成溶膠層5a後(圖5(b)),由溶膠層5a來形成氣凝膠層5(圖5(c))。藉此,不僅氣凝膠層的密著性進一步提高,而且進一步抑制氣凝膠層的剝離及脫落。此外,與本體部及被覆層相關的態樣如上所述。
圖4及圖5中示出形成溶膠層後形成氣凝膠層的形態,但氣凝膠層亦可於賦予溶膠的同時形成。
以下,對本實施形態的結構體的製造方法的具體例進一步進行詳細說明。但,結構體的製造方法並不限定於以下的方法。
本實施形態的結構體可利用主要包括以下步驟的製造方法來製造,例如:準備步驟,準備對象物;溶膠生成步驟,製作用以形成氣凝膠的溶膠;接觸步驟,藉由使溶膠生成步驟中獲得的溶膠以霧滴狀的形態與對象物接觸,而形成一體地接合於對象物上的氣凝膠層,藉此獲得結構體;熟化步驟,使接觸步驟中獲得的結構體熟化;對熟化的結構體進行洗滌及/或溶媒置換的步驟;以及乾燥步驟,將經洗滌及/或溶媒置換的結構體進行乾燥。接觸步驟中,亦可使霧滴狀的溶膠與對象物接觸後,視需要進行乾燥。此處,由霧滴狀的溶膠來形成氣凝膠層的步驟的具體例例如包括所述接觸步驟。另外,所謂「溶膠」是產生凝膠化反應之前的狀態,本實施形態中,例如是指矽化合物(視需要,進而為二氧化矽粒子)溶解或分散於溶媒中的狀態。
以下,對各步驟進行說明。
{準備步驟} 準備步驟中,例如準備本體部或形成有被覆層的本體部。被覆層例如可藉由在本體部上形成被覆層的被覆層形成步驟來形成。
(被覆層形成步驟) 被覆層形成步驟例如為如下步驟:使被覆層形成用組成物與成為本體部的基材接觸,而於本體部上形成被覆層。具體而言,例如使被覆層形成用組成物與基材接觸,視需要進行加熱及乾燥而將被覆層形成於基材的表面。被覆層形成用組成物可為底塗液等液狀組成物,亦可為黏著片材等片材狀組成物。
接觸方法是根據被覆層形成用組成物的種類、被覆層的厚度、或者基材的形狀來適當選擇。例如,於被覆層形成用組成物為片材狀組成物的情況下,可利用積層於基材上的方法等,於被覆層形成用組成物為液狀組成物的情況下,例如可利用浸漬塗佈、噴霧塗佈、旋轉塗佈、輥塗佈等。
接觸方法是根據成膜性或者製造成本的觀點來選擇。例如,若為片材狀或者纖維狀的基材,則可使用浸漬塗佈或者輥塗佈。若為塊狀、球狀的基材,則可使用浸漬塗佈或者噴霧塗佈。
被覆層形成步驟中,就使被覆層形成用組成物乾燥及固著的觀點而言,亦可實施加熱處理,就去除雜質的觀點以及提高被覆層的密著性的觀點而言,亦可進行洗滌及/或乾燥。另外,出於調整被覆層的表面粗糙度的目的,亦可對被覆層表面實施研磨處理及/或粗化處理。
{溶膠生成步驟} 溶膠生成步驟例如為如下步驟:將矽化合物(視需要,進而為二氧化矽粒子)、與溶媒混合而進行水解反應後,進行溶膠凝膠反應,獲得半凝膠化的溶膠塗液。溶膠生成步驟中,為了促進水解反應,亦可於溶媒中進而添加酸觸媒。另外,亦可如日本專利第5250900號公報所示,於溶媒中添加界面活性劑、熱水解性化合物等。進而,為了促進凝膠化反應,亦可添加鹼觸媒。此外,就縮短溶膠生成步驟、接觸步驟、以及熟化步驟中的步驟時間,使加熱溫度及乾燥溫度低溫化的觀點而言,亦可於溶膠中含有二氧化矽粒子。
就於接觸步驟中獲得良好的塗敷性的觀點而言,溶媒的沸點可為小於200℃,亦可為170℃以下,亦可為150℃以下。即,所述溶膠可含有沸點小於200℃的溶媒,亦可含有沸點為170℃以下的溶媒,亦可含有沸點為150℃以下的溶媒。藉由含有如上所述的溶媒的溶膠,不僅可更容易地形成厚膜的氣凝膠層,而且進一步抑制氣凝膠層的龜裂。推測其原因在於:若溶媒為如上所述者,則霧滴狀的溶膠與本體部或被覆層接觸後,於短時間內容易自溶膠中蒸發出溶媒而容易成為濕潤凝膠,濕潤凝膠的膜厚容易增大。
就使塗膜形成性良好的觀點以及容易控制膜厚的觀點而言,溶媒亦可為表面張力高者。就抑制溶膠的黏度以及樹脂成分的變化、使保存穩定性良好的觀點而言,溶媒亦可為揮發性低者。滿足該些特性的溶媒例如可列舉:水、或者水及醇的混合液。醇例如可列舉:甲醇、乙醇、正丙醇、2-丙醇、正丁醇、2-丁醇及第三丁醇。該些醇中,就表面張力高、揮發性低的方面而言,亦可使用水。
酸觸媒例如可列舉:氟酸、鹽酸、硝酸、硫酸、亞硫酸、磷酸、亞磷酸、次磷酸、溴酸、氯酸、亞氯酸、次氯酸等無機酸;酸性磷酸鋁、酸性磷酸鎂、酸性磷酸鋅等酸性磷酸鹽;甲酸、乙酸、丙酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、檸檬酸、蘋果酸、己二酸、壬二酸等有機羧酸。該些酸中,作為酸觸媒,就所獲得的結構體的耐水性進一步提高的觀點而言,可使用有機羧酸,具體而言可列舉:乙酸、甲酸、丙酸、乙二酸及丙二酸,亦可為乙酸。酸觸媒可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
藉由使用酸觸媒,可促進矽化合物的水解反應,可以更短的時間來獲得溶膠。
相對於矽化合物的總量100質量份,酸觸媒的添加量可為0.001質量份~0.1質量份。
界面活性劑可使用非離子性界面活性劑、離子性界面活性劑等。界面活性劑可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
非離子性界面活性劑例如可使用:包含聚氧乙烯等親水部以及主要含有烷基的疏水部者、包含聚氧丙烯等親水部者等。包含聚氧乙烯等親水部以及主要含有烷基的疏水部者可列舉:聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯烷基醚等。包含聚氧丙烯等親水部者可列舉聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯與聚氧丙烯的嵌段共聚物等。
離子性界面活性劑可使用陽離子性界面活性劑、陰離子性界面活性劑、兩離子性界面活性劑等,亦可使用陽離子性界面活性劑或者陰離子性界面活性劑。陽離子性界面活性劑例如可列舉溴化鯨蠟基三甲基銨(cetyltrimethylammonium bromide,CTAB)以及氯化鯨蠟基三甲基銨。陰離子性界面活性劑例如可列舉十二烷基磺酸鈉。兩離子性界面活性劑例如可列舉:胺基酸系界面活性劑、甜菜鹼系界面活性劑及胺氧化物系界面活性劑。胺基酸系界面活性劑例如可列舉醯基麩胺酸。甜菜鹼系界面活性劑例如可列舉月桂基二甲基胺基乙酸甜菜鹼以及硬脂基二甲基胺基乙酸甜菜鹼。胺氧化物系界面活性劑例如可列舉月桂基二甲基胺氧化物。
認為該些界面活性劑於接觸步驟中具有如下作用:減小反應系統中的溶媒、與成長而來的矽氧烷聚合體之間的化學親和性的差異,抑制相分離。
界面活性劑的添加量雖亦取決於界面活性劑的種類、或者矽化合物的種類及量,但例如相對於矽化合物的總量100質量份,可為1質量份~100質量份,亦可為5質量份~60質量份。
認為熱水解性化合物藉由熱水解而產生鹼觸媒,使反應溶液成為鹼性,促進溶膠凝膠反應。熱水解性化合物若為可於水解後使反應溶液成為鹼性的化合物,則並無特別限定,例如可列舉:脲;甲醯胺、N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、乙醯胺、N-甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等酸醯胺;六亞甲基四胺等環狀氮化合物。該些化合物中,特別是脲容易獲得所述促進效果。
熱水解性化合物的添加量若為可充分促進溶膠凝膠反應的量,則並無特別限定。例如,相對於矽化合物的總量100質量份,熱水解性化合物(脲等)的添加量可為1質量份~200質量份,亦可為2質量份~150質量份。藉由熱水解性化合物(脲等)的添加量為1質量份以上,更容易獲得良好的反應性,另外,藉由為200質量份以下,容易抑制結晶的析出以及凝膠密度的下降。
溶膠生成步驟的水解雖亦取決於混合液中的矽化合物、二氧化矽粒子、酸觸媒、界面活性劑等的種類及量,但例如可於20℃~60℃的溫度環境下進行10分鐘~24小時,亦可於50℃~60℃的溫度環境下進行5分鐘~8小時。藉此,矽化合物中的水解性官能基充分水解,可更確實地獲得矽化合物的水解產物。
於在溶媒中添加熱水解性化合物的情況下,亦可將溶膠生成步驟的溫度環境調節為抑制熱水解性化合物的水解而抑制溶膠的凝膠化的溫度。此時的溫度若為可抑制熱水解性化合物的水解的溫度,則可為任意的溫度。例如,溶膠生成步驟的溫度環境(例如使用脲作為熱水解性化合物的情況下的溫度環境)可為0℃~40℃,亦可為10℃~30℃。
鹼觸媒可列舉:氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銫等鹼金屬氫氧化物;氫氧化銨、氟化銨、氯化銨、溴化銨等銨化合物;偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、多磷酸鈉等鹼性磷酸鈉鹽;烯丙基胺、二烯丙基胺、三烯丙基胺、異丙基胺、二異丙基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、2-乙基己基胺、3-乙氧基丙基胺、二異丁基胺、3-(二乙基胺基)丙基胺、二-2-乙基己基胺、3-(二丁基胺基)丙基胺、四甲基乙二胺、第三丁基胺、第二丁基胺、丙基胺、3-(甲基胺基)丙基胺、3-(二甲基胺基)丙基胺、3-甲氧基胺、二甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等脂肪族胺類;嗎啉、N-甲基嗎啉、2-甲基嗎啉、哌嗪及其衍生物、哌啶及其衍生物、咪唑及其衍生物等含氮雜環狀化合物類等。該些化合物中,就因揮發性高、難以殘存於乾燥後的氣凝膠層中而不會損及耐水性的觀點以及經濟性的觀點而言,可使用氫氧化銨(氨水)。鹼觸媒可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
藉由使用鹼觸媒,可促進溶膠中的矽化合物(聚矽氧烷化合物組群及矽化合物組群)、以及二氧化矽粒子的脫水縮合反應及/或脫醇縮合反應,可以更短的時間進行溶膠的凝膠化。特別是氨的揮發性高,難以殘留於結構體中。因此,藉由使用氨作為鹼觸媒,可獲得耐水性更優異的結構體。
相對於矽化合物(聚矽氧烷化合物組群及矽化合物組群)的總量100質量份,鹼觸媒的添加量可為0.5質量份~5質量份,亦可為1質量份~4質量份。藉由鹼觸媒的添加量為0.5質量份以上,可以更短的時間進行凝膠化,藉由鹼觸媒的添加量為5質量份以下,撥水性提高。
出於在接觸步驟中獲得良好的塗膜性的目的,溶膠生成步驟中的溶膠凝膠反應可獲得半凝膠化狀態的溶膠。該反應可為了使溶媒及鹼觸媒不揮發,而於密閉容器內進行。凝膠化溫度雖亦取決於溶膠中的矽化合物、二氧化矽粒子、酸觸媒、界面活性劑、鹼觸媒等的種類及量,但可為30℃~90℃,亦可為40℃~80℃。藉由凝膠化溫度為30℃以上,可以更短的時間進行凝膠化。藉由凝膠化溫度為90℃以下,可抑制急遽的凝膠化。
溶膠凝膠反應的時間根據凝膠化溫度而不同,但本實施形態中,於溶膠中含有二氧化矽粒子的情況下,與現有的氣凝膠中所應用的溶膠相比較,可縮短凝膠化時間。推測其原因在於:溶膠中的矽化合物所具有的水解性官能基或者縮合性官能基與二氧化矽粒子的矽烷醇基形成氫鍵及/或化學鍵。此外,凝膠化時間可為10分鐘~360分鐘,亦可為20分鐘~180分鐘。藉由凝膠化時間為10分鐘以上,溶膠的黏度提高,於接觸步驟中容易獲得良好的塗敷性,藉由為360分鐘以下,則抑制溶膠的完全凝膠化,容易獲得與本體部或被覆層的接著性。
{接觸步驟} 接觸步驟是使所述溶膠生成步驟中獲得的溶膠塗液(半凝膠化狀態的溶膠塗液等),以霧滴狀的形態與本體部或被覆層接觸,來製作結構體的步驟(塗敷步驟等)。具體而言,藉由使所述溶膠塗液以霧滴狀的形態與本體部或被覆層接觸,視需要進行加熱及乾燥而使溶膠塗液凝膠化,將氣凝膠層形成於本體部或被覆層的表面。但,該氣凝膠層理想為確保與本體部或被覆層的接著力的狀態。
接觸方法(塗敷方法等)只要可使所述溶膠以霧滴狀的形態與本體部或層接觸(塗佈),則並無特別限制,例如可列舉噴霧塗佈。依據該方法,只要藉由噴霧而產生的霧滴到達塗敷對象面即可,因此對於例如配管之類的筒狀的本體部的內面,亦可形成氣凝膠層。
噴霧塗佈中使用的噴霧例如可列舉:空氣噴塗(air spray),利用壓縮氣體,使溶膠霧滴化而塗敷;無空氣噴塗(airless spray),對溶膠施加壓力,自噴槍的噴出口中塗出霧滴化的溶膠;液體靜電噴霧,對溶膠施加靜電壓,使霧滴效率良好地附著於被黏體上。
塗敷方式並無限制,可根據本體部或被覆層的大小、形狀、彈性模數等物理性狀來選擇適當的方法。
於噴霧中使用氣體的情況下,所使用的氣體的壓力例如可依據所使用的氣槍以及氣刷的規格來調整。該壓力並無特別限制,例如可為小於0.5 MPa。
接觸步驟中形成的氣凝膠層的厚度例如可根據噴霧中使用的氣體的壓力、溶膠的塗出量、溶膠的黏度、噴霧與本體部的距離及塗敷時間來調整。其中,就作業性的觀點而言,氣凝膠層的厚度可藉由塗敷時間來調整。該情況下,例如製成表示塗敷時間、與半硬化凝膠的厚度或者氣凝膠層的厚度的關係性的標準曲線,亦可藉此來控制厚度。
就容易形成厚膜的氣凝膠層的觀點以及進一步抑制氣凝膠層的龜裂的觀點而言,霧滴狀的溶膠的液滴的直徑可為0.1 μm以上,亦可為0.3 μm以上,亦可為0.5 μm以上。就同樣的觀點而言,溶膠的液滴的直徑可為1000 μm以下,亦可為800 μm以下,亦可為500 μm以下。就該些觀點而言,溶膠的液滴的直徑可為0.1 μm~1000 μm,亦可為0.3 μm~800 μm,亦可為0.5 μm~500 μm。於液滴的直徑為如上所述的範圍的情況下,推測容易形成厚膜的氣凝膠層、可進一步抑制氣凝膠層的龜裂的原因在於:例如,所述尺寸的液滴由於表面積充分大,故而在附著於本體部或被覆層上後,溶膠中的溶媒在短時間內蒸發,隨之,溶膠收縮。
於形成氣凝膠層的部分(塗敷部分)、與未形成氣凝膠層的部分(非塗敷部分)鄰接的情況下,例如亦可利用膠帶等來遮蔽非塗敷部分後,使溶膠與塗敷部分接觸。
於實施遮蔽的情況下,就減少塗敷部分與非塗敷部分的邊界部分中的氣凝膠的缺損及剝離的觀點而言,例如亦可於噴霧塗敷後,於半硬化凝膠狀的時刻去除遮罩。
接觸步驟中,於實施加熱及乾燥的情況下,就容易獲得氣凝膠層與本體部或被覆層的接著性的觀點而言,該些條件例如為加熱及乾燥後的氣凝膠層的含水率成為10質量%以上的條件,亦可為成為50質量%以上的條件。
加熱及乾燥溫度亦根據溶膠塗液中的水分量、有機溶媒量、有機溶媒的沸點等條件而不同,但就縮短凝膠化時間的觀點而言,例如可為50℃以上,亦可為60℃以上。就容易獲得氣凝膠層與本體部或被覆層的接著性的觀點而言,加熱及乾燥溫度例如可為150℃以下,亦可為120℃以下。就該些觀點而言,加熱及乾燥溫度例如可為50℃~150℃,亦可為60℃~120℃。
加熱及乾燥時間雖根據加熱及乾燥溫度而不同,但就氣凝膠層的形成的容易性的觀點而言,例如可為0.2分鐘以上,亦可為0.5分鐘以上。就容易獲得氣凝膠層與本體部或被覆層的接著性的觀點而言,加熱及乾燥時間例如可為10分鐘以下,亦可為8分鐘以下。就該些觀點而言,加熱及乾燥時間例如可為0.2分鐘~10分鐘,亦可為0.5分鐘~8分鐘。加熱及乾燥條件例如可預先藉由簡單的實驗來適當設定適合的條件。
就氣凝膠層的厚膜化的觀點而言,可將塗敷及乾燥反覆進行多次。藉由反覆進行塗敷及乾燥,可容易調整加熱及乾燥後的氣凝膠層的含水率,且可容易進行厚膜化。
{熟化步驟} 熟化步驟是將藉由所述接觸步驟而獲得的結構體進行加熱而使其熟化的步驟。熟化步驟中,就抑制氣凝膠層與本體部或被覆層的接著性的下降的觀點而言,熟化後的氣凝膠層的含水率可為10質量%以上,亦可為50質量%以上。熟化方法並無特別限制,例如可列舉:將結構體於密閉環境下熟化的方法;以及使用可抑制由加熱引起的含水率的下降的恆濕恆溫槽等來熟化的方法。
熟化溫度例如可為40℃~90℃,亦可為50℃~80℃。藉由熟化溫度為40℃以上,可縮短熟化時間,藉由熟化溫度為90℃以下,可抑制含水量的下降。
熟化時間例如為1小時~48小時,亦可為3小時~24小時。藉由熟化時間為1小時以上,可容易獲得優異的絕熱性,藉由熟化時間為48小時以下,可獲得氣凝膠層與本體部或被覆層的高接著性。
{洗滌及溶媒置換步驟} 洗滌及溶媒置換步驟為包括以下步驟的步驟:對藉由所述熟化步驟而獲得的結構體進行洗滌的步驟(洗滌步驟);以及置換為適合於乾燥步驟的溶媒的步驟(溶媒置換步驟)。洗滌及溶媒置換方法並無特別限制,例如可藉由輸送帶搬送,使用多個洗滌槽及/或溶媒置換槽等來進行連續處理。亦可以不進行對結構體洗滌的步驟,而僅進行溶媒置換步驟的形態來實施洗滌及溶媒置換步驟,但就減少氣凝膠層中的未反應物、副產物等雜質,可製造純度更高的結構體的觀點而言,可對氣凝膠層進行洗滌。
洗滌步驟中,對於所述熟化步驟中獲得的結構體,可使用水或有機溶媒來反覆洗滌。
有機溶媒可使用:甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、丙酮、甲基乙基酮、1,2-二甲氧基乙烷、乙腈、己烷、甲苯、二乙醚、氯仿、乙酸乙酯、四氫呋喃、二氯甲烷、N,N-二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、乙酸、甲酸等各種有機溶媒。有機溶媒可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
溶媒置換步驟中,為了抑制由乾燥引起的氣凝膠層的收縮,有時使用低表面張力的溶媒。但是,低表面張力的溶媒通常與水的相互溶解度極低。因此,於溶媒置換步驟中使用低表面張力的溶媒的情況下,洗滌步驟中使用的有機溶媒可使用對水及低表面張力的溶媒的兩者具有高的相互溶解性的親水性有機溶媒。此外,洗滌步驟中使用的親水性有機溶媒可發揮用以進行溶媒置換步驟的預置換的作用。由此,所述有機溶媒中,就作為親水性有機溶媒的觀點而言,可使用甲醇、乙醇、2-丙醇、丙酮或者甲基乙基酮,就經濟性優異的觀點而言,可使用甲醇、乙醇或者甲基乙基酮。
洗滌步驟中使用的水或有機溶媒的量可使用能夠將氣凝膠層中的溶媒充分置換、洗滌的量,可相對於氣凝膠層的體積而使用3倍~10倍的量的溶媒。可反覆洗滌,直至洗滌後的氣凝膠層中的含水率成為10質量%以下為止。
洗滌步驟中的溫度環境可使用洗滌中所使用的溶媒的沸點以下的溫度。例如於使用甲醇的情況下,可使用30℃~60℃左右的溫度。
溶媒置換步驟中,為了抑制乾燥步驟中的氣凝膠層的收縮,可將經洗滌的氣凝膠層的溶媒置換為既定的置換用溶媒。此時,可藉由加溫來提高置換效率。作為置換用溶媒,具體而言,乾燥步驟中,於在低於乾燥中使用的溶媒的臨界點的溫度下,於大氣壓下進行乾燥的情況下,可使用後述的低表面張力的溶媒。於進行超臨界乾燥的情況下,例如可將乙醇、甲醇、2-丙醇、二氯二氟甲烷、二氧化碳等溶媒單獨使用,或者可使用將該些混合兩種以上而成的溶媒。
低表面張力的溶媒可為20℃下的表面張力為30 mN/m以下的溶媒,亦可為25 mN/m以下的溶媒,亦可為20 mN/m以下的溶媒。低表面張力的溶媒例如可列舉:戊烷(15.5)、己烷(18.4)、庚烷(20.2)、辛烷(21.7)、2-甲基戊烷(17.4)、3-甲基戊烷(18.1)、2-甲基己烷(19.3)、環戊烷(22.6)、環己烷(25.2)、1-戊烯(16.0)等脂肪族烴類;苯(28.9)、甲苯(28.5)、間二甲苯(28.7)、對二甲苯(28.3)等芳香族烴類;二氯甲烷(27.9)、氯仿(27.2)、四氯化碳(26.9)、1-氯丙烷(21.8)、2-氯丙烷(18.1)等鹵化烴類;乙醚(17.1)、丙醚(20.5)、異丙醚(17.7)、丁基乙醚(20.8)、1,2-二甲氧基乙烷(24.6)等醚類;丙酮(23.3)、甲基乙基酮(24.6)、甲基丙基酮(25.1)、二乙基酮(25.3)等酮類;以及乙酸甲酯(24.8)、乙酸乙酯(23.8)、乙酸丙酯(24.3)、乙酸異丙酯(21.2)、乙酸異丁酯(23.7)、丁酸乙酯(24.6)等酯類(括弧內表示20℃下的表面張力,單位為[mN/m])。該些溶媒中,就達成低表面張力及優異的作業環境性的觀點而言,可為脂肪族烴類,亦可為己烷或者庚烷。另外,該些溶媒中,藉由使用丙酮、甲基乙基酮、1,2-二甲氧基乙烷等親水性有機溶媒,可兼用作所述洗滌步驟的有機溶媒。此外,該些溶媒中,就乾燥步驟中的乾燥容易的觀點而言,亦可使用常壓下的沸點為100℃以下的溶媒。低表面張力的溶媒可單獨使用或者將兩種以上混合使用。
溶媒置換步驟中使用的溶媒的量可使用能夠將洗滌後的氣凝膠層中的溶媒充分置換的量,可相對於氣凝膠層的容納量而使用3倍~10倍的量的溶媒。
溶媒置換步驟中的溫度環境可使用置換中所使用的溶媒的沸點以下的溫度。例如於使用庚烷的情況下,可使用30℃~60℃左右的溫度。
此外,本實施形態中,於溶膠含有二氧化矽粒子的情況下,溶媒置換步驟並非必需。所推測的機制如下所述。本實施形態中,藉由二氧化矽粒子作為三維網狀的氣凝膠骨架的支撐體而發揮功能,該骨架被支撐,乾燥步驟中的凝膠的收縮得到抑制。因此,認為可不置換用於洗滌的溶媒,而將凝膠直接轉移至乾燥步驟。如上所述,本實施形態中,洗滌及溶媒置換步驟~乾燥步驟可簡略化。
{乾燥步驟} 乾燥步驟中,使如上所述經洗滌及(視需要)溶媒置換的結構體乾燥。藉此,可獲得最終的結構體。
乾燥的方法並無特別限制,可使用公知的常壓乾燥、超臨界乾燥或者冷凍乾燥。該些方法中,就容易製造低密度的氣凝膠層的觀點而言,可使用常壓乾燥或者超臨界乾燥。就可以低成本來生產的觀點而言,可使用常壓乾燥。此外,本實施形態中,所謂「常壓」是指0.1 MPa(大氣壓)。
本實施形態的結構體例如可藉由將經洗滌及(視需要)溶媒置換的結構體,於低於乾燥中使用的溶媒的臨界點的溫度下,於大氣壓下進行乾燥而獲得。乾燥溫度根據所置換的溶媒(於未進行溶媒置換的情況下為用於洗滌的溶媒)的種類或者本體部的耐熱性而不同,可為60℃~500℃,亦可為90℃~150℃。乾燥時間根據氣凝膠層的體積以及乾燥溫度而不同,可為2小時~48小時。此外,本實施形態中,亦可於不阻礙生產性的範圍內施加壓力來加快乾燥。
就提高常壓乾燥中的乾燥效率的觀點而言,本實施形態的結構體亦可於乾燥步驟之前進行預乾燥。預乾燥溫度可為60℃~180℃,亦可為90℃~150℃。預乾燥時間根據氣凝膠層的體積及乾燥溫度而不同,可為1分鐘~30分鐘。
如上所述,乾燥的方法亦可使用超臨界乾燥。超臨界乾燥可利用公知的方法來進行。進行超臨界乾燥的方法例如可列舉:以氣凝膠層中所含的溶媒的臨界點以上的溫度及壓力來去除溶媒的方法。或者,進行超臨界乾燥的方法可列舉如下方法:藉由以例如20℃~25℃、5 MPa~20 MPa左右的條件,將氣凝膠層浸漬於液化二氧化碳中,而將氣凝膠層中所含的溶媒的全部或者一部分置換為臨界點低於該溶媒的二氧化碳,然後將二氧化碳單獨去除,或者將二氧化碳及溶媒的混合物去除。
以上,對本實施形態的結構體的製造方法的一實施形態進行說明,但結構體的製造方法並不限定於本實施形態。另外,本實施形態的氣凝膠層例如可應用於建築領域、衣物領域、汽車領域、家電領域、半導體領域、產業用設備等的撥水用途。另外,所述氣凝膠層除了可用於作為撥水材的用途以外,亦可用於絕熱用途、吸音用途、定振用途、觸媒擔載用途等。 [實施例]
以下,藉由實施例,對本發明進一步進行詳細說明,但本發明並不限定於該些實施例。
(本體部) 準備以下的玻璃板、鋁板、不鏽鋼(Steel Use Stainless,SUS)配管以及聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)膜來作為本體部。
玻璃板:坦帕斯(Tempax)(東新理興股份有限公司製造,尺寸:100 mm×100 mm×2 mm) 鋁板:A1035P(竹內金屬箔粉工業股份有限公司製造,尺寸:100 mm×100 mm×0.5 mm) SUS配管:SUS316TPD(莫里工業股份有限公司(Mory Industries Inc.)製造,外徑115 mm×厚度2 mm×長度50 mm) PET膜:特多龍(Tetoron)G2(帝人股份有限公司,尺寸:100 mm×100 mm×0.1 mm)
此外,於使用SUS配管作為本體部的情況下,後述氣凝膠層(視需要的被覆層)的形成是對配管的外表面實施。
<實施例1~實施例7> (被覆層(以下亦稱為「中間層」)的形成) 於所準備的各種本體部上,以表1所示的組合,且以如下方式形成中間層1以及中間層2。
[中間層1] 於本體部上,使用氣刷(阿耐思特岩田(Anest Iwata)股份有限公司製造,製品名:HP-CP)來塗敷作為矽酮系底塗液的KBM-903(3-胺基丙基三甲氧基矽烷,信越化學工業股份有限公司製造,製品名)後,於90℃下加熱1小時而使其硬化,於本體部上形成厚度為5 μm的層(中間層1)。
[中間層2] 於本體部上,使用棒塗佈機來塗敷作為無機系底塗液的矽酸鈉溶液(約38質量%)(和光純藥工業股份有限公司製造,試劑)後,於300℃下加熱2小時而使其硬化,於本體部上形成厚度為10 μm的層(中間層2)。
(溶膠塗液) [溶膠塗液1] 將作為含二氧化矽粒子的原料的100.0質量份的ST-OXS(日產化學工業股份有限公司製造,製品名,平均一次粒徑:5 nm,固體成分:10質量%)、50.0質量份的水、作為酸觸媒的0.10質量份的乙酸、作為陽離子系界面活性劑的20.0質量份的CTAB以及作為熱水解性化合物的120.0質量份的脲進行混合而獲得混合液。於該混合液中,添加作為矽化合物的60.0質量份的甲基三甲氧基矽烷(信越化學工業股份有限公司製造,製品名:LS-530,以下略記為「MTMS」)以及40.0質量份的二甲基二甲氧基矽烷(信越化學工業股份有限公司製造,製品名:LS-520,以下略記為「DMDMS」),於25℃下反應2小時。然後,於60℃下進行5小時溶膠凝膠反應而獲得溶膠塗液1。
[溶膠塗液2] 將作為含二氧化矽粒子的原料的100.0質量份的ST-OXS、100.0質量份的水、100.0質量份的甲醇進行混合而獲得混合液。於該混合液中,添加作為矽化合物的80.0質量份的MTMS以及60.0質量份的KBE-22(二甲基二乙氧基矽烷,信越化學工業股份有限公司製造,製品名),於25℃下反應2小時。於其中添加作為鹼觸媒的50.0質量份的5%濃度的氨水,獲得溶膠塗液2。
[溶膠塗液3] 將作為含二氧化矽粒子的原料的100.0質量份的ST-OZL-35(扶桑化學工業(股)製造,製品名,平均一次粒徑:100 nm,固體成分:35質量%)、200.0質量份的水、作為酸觸媒的0.10質量份的乙酸、作為陽離子系界面活性劑的20.0質量份的CTAB以及作為熱水解性化合物的120.0質量份的脲進行混合而獲得混合液。於該混合液中,添加作為矽化合物的80.0質量份的KBM-3063(己基三甲氧基矽烷,信越化學工業股份有限公司製造,製品名)以及80.0質量份的KBM-3086(1,8-雙(三甲氧基矽烷基)辛烷,信越化學工業股份有限公司製造,製品名),於25℃下反應2小時。然後,於60℃下進行2小時溶膠凝膠反應而獲得溶膠塗液3。
[溶膠塗液4] 將作為含二氧化矽粒子的原料的100.0質量份的PL-2L(扶桑化學工業(股)製造,製品名,平均一次粒徑:20 nm,固體成分:20質量%)、50.0質量份的水、作為酸觸媒的0.10質量份的乙酸、作為陽離子系界面活性劑的20.0質量份的CTAB以及作為熱水解性化合物的120.0質量份的脲進行混合而獲得混合液。於該混合液中,添加作為矽化合物的60.0質量份的MTMS及80.0質量份的KBM-3086、以及作為具有所述通式(A)所表示的結構的聚矽氧烷化合物的30.0質量份的KF-6001(信越化學工業股份有限公司製造,製品名),於25℃下反應2小時。然後,於60℃下進行4小時溶膠凝膠反應而獲得溶膠塗液4。
[溶膠塗液5] 將作為含二氧化矽粒子的原料的100.0質量份的PL-2L、100.0質量份的水、作為酸觸媒的0.10質量份的乙酸、作為陽離子系界面活性劑的20.0質量份的CTAB以及作為熱水解性化合物的120.0質量份的脲進行混合而獲得混合液。於該混合液中,添加作為矽化合物的40.0質量份的MTMS、作為聚矽氧烷化合物的20.0質量份的具有所述通式(B)所表示的結構的兩末端二官能烷氧基改質聚矽氧烷化合物(以下稱為「聚矽氧烷化合物A」),於25℃下反應2小時。然後,於60℃下進行5小時溶膠凝膠反應而獲得溶膠塗液5。
此外,所述「聚矽氧烷化合物A」是以如下方式來合成。首先,於具備攪拌機、溫度計及戴氏冷凝管(Dimroth condenser)的1 L三口燒瓶中,混合100.0質量份的於兩末端具有矽烷醇基的二甲基聚矽氧烷(邁圖(Momentive)公司製造,製品名:XC96-723)、181.3質量份的甲基三甲氧基矽烷以及0.50質量份的第三丁基胺,於30℃下反應5小時。然後,將該反應液於1.3 kPa的減壓下、140℃下加熱2小時,去除揮發成分,藉此獲得兩末端二官能烷氧基改質聚矽氧烷化合物(聚矽氧烷化合物A)。
[溶膠塗液6] 將作為含二氧化矽粒子的原料的100.0質量份的ST-OZL-35(扶桑化學工業(股)製造,製品名,平均一次粒徑:100 nm,固體成分:35質量%)、100.0質量份的水、作為酸觸媒的0.10質量份的乙酸、作為陽離子系界面活性劑的20.0質量份的CTAB以及作為熱水解性化合物的120.0質量份的脲進行混合而獲得混合液。於該混合液中,添加作為矽化合物的60.0質量份的KBM-3063(己基三甲氧基矽烷)、作為聚矽氧烷化合物的40.0質量份的具有所述通式(B)所表示的結構的兩末端二官能烷氧基改質聚矽氧烷化合物(以下稱為「聚矽氧烷化合物B」),於25℃下反應2小時。然後,於60℃下進行5小時溶膠凝膠反應而獲得溶膠塗液6。
此外,所述「聚矽氧烷化合物B」是以如下方式來合成。首先,於具備攪拌機、溫度計及戴氏冷凝器的1 L三口燒瓶中,混合100.0質量份的XC96-723、202.6質量份的四甲氧基矽烷以及0.50質量份的第三丁基胺,於30℃下反應5小時。然後,將該反應液於1.3 kPa的減壓下、140℃下加熱2小時,去除揮發成分,藉此獲得兩末端三官能烷氧基改質聚矽氧烷化合物(聚矽氧烷化合物B)。
[溶膠塗液7] 將作為含二氧化矽粒子的原料的100.0質量份的ST-OZL-35、200.0質量份的水、作為酸觸媒的0.10質量份的乙酸、作為陽離子系界面活性劑的20.0質量份的CTAB以及作為熱水解性化合物的120.0質量份的脲進行混合而獲得混合液。於該混合液中,添加作為矽化合物的80.0質量份的KBM-3063(己基三甲氧基矽烷)以及40.0質量份的DMDMS,於25℃下反應2小時。然後,於60℃下進行1.0小時溶膠凝膠反應而獲得溶膠塗液7。
(結構體(以下亦稱為「氣凝膠複合結構體」)的製作) 於本體部或中間層上,以表1所示的組合,以如下方式形成氣凝膠層1~氣凝膠層7,製作包括本體部以及氣凝膠層的氣凝膠複合結構體,所述氣凝膠層直接或者經由中間層而一體地接合於該本體部上。
[氣凝膠層1] 以凝膠化後的厚度成為200 μm的方式,使用噴槍(阿耐思特岩田(Anest Iwata)股份有限公司製造,製品名:W-50-124BPG),將溶膠塗液1以霧滴狀的形態塗佈於本體部或者中間層上,於60℃下進行30分鐘凝膠化而獲得結構體。然後,將所獲得的結構體轉移至密閉容器中,於60℃下進行12小時熟化。
然後,將熟化的結構體浸漬於2000 mL的水中,花30分鐘進行洗滌。繼而,浸漬於2000 mL的甲醇中,於60℃下花30分鐘進行洗滌。一邊交換為新的甲醇,一邊進而進行2次利用甲醇的洗滌。繼而,浸漬於2000 mL的甲基乙基酮中,於60℃下花30分鐘進行溶媒置換。一邊交換為新的甲基乙基酮,一邊進而進行2次利用甲基乙基酮的洗滌。藉由將經洗滌及溶媒置換的結構體於常壓下、120℃下乾燥6小時,而獲得包括氣凝膠層1(直接或者經由中間層而一體地接合於本體部上的氣凝膠層)的氣凝膠複合結構體,所述氣凝膠層1包含具有所述通式(4)及通式(5)所表示的結構的氣凝膠。
[氣凝膠層2] 以凝膠化後的厚度成為500 μm的方式,使用噴槍,將溶膠塗液2以霧滴狀的形態塗佈於本體部或者中間層上,於60℃下進行30分鐘凝膠化而獲得結構體。然後,將所獲得的結構體轉移至密閉容器中,於60℃下進行12小時熟化。
然後,以與「氣凝膠層1」中記載的方法相同的方式進行洗滌及溶媒置換步驟以及乾燥步驟,獲得包括氣凝膠層2(直接或者經由中間層而一體地接合於本體部上的氣凝膠層)的氣凝膠複合結構體,所述氣凝膠層2包含具有所述通式(4)及通式(5)所表示的結構的氣凝膠。
[氣凝膠層3] 以凝膠化後的厚度成為50 μm的方式,使用噴槍,將溶膠塗液3以霧滴狀的形態塗佈於本體部或者中間層上,於60℃下進行30分鐘凝膠化而獲得結構體。然後,將所獲得的結構體轉移至密閉容器中,於60℃下進行12小時熟化。
然後,以與「氣凝膠層1」中記載的方法相同的方式進行洗滌及溶媒置換步驟以及乾燥步驟,獲得包括氣凝膠層3(直接或者經由中間層而一體地接合於本體部上的氣凝膠層)的氣凝膠複合結構體,所述氣凝膠層3具有所述通式(4)及通式(5)所表示的結構。
[氣凝膠層4] 除了代替溶膠塗液1而使用溶膠塗液4以及使凝膠化後的厚度成為100 μm以外,以與「氣凝膠層1」中記載的方法相同的方式,獲得包括氣凝膠層4(直接或者經由中間層而一體地接合於本體部上的氣凝膠層)的氣凝膠複合結構體,所述氣凝膠層4含有具有所述通式(1)、通式(1a)及通式(4)所表示的結構的氣凝膠。
[氣凝膠層5] 除了代替溶膠塗液1而使用溶膠塗液5以及使凝膠化後的厚度成為30 μm以外,以與「氣凝膠層1」中記載的方法相同的方式,獲得包括氣凝膠層5(直接或者經由中間層而一體地接合於本體部上的氣凝膠層)的氣凝膠複合結構體,所述氣凝膠層5含有具有所述通式(2)、通式(3)、通式(4)及通式(5)所表示的結構的氣凝膠。
[氣凝膠層6] 除了代替溶膠塗液1而使用溶膠塗液6以及使凝膠化後的厚度成為250 μm以外,以與「氣凝膠層1」中記載的方法相同的方式,獲得包括氣凝膠層6(直接或者經由中間層而一體地接合於本體部上的氣凝膠層)的氣凝膠複合結構體,所述氣凝膠層6含有具有所述通式(2)及通式(4)所表示的結構的氣凝膠。
[氣凝膠層7] 除了代替溶膠塗液1而使用溶膠塗液7以及使凝膠化後的厚度成為100 μm以外,以與「氣凝膠層1」中記載的方法相同的方式,獲得包括氣凝膠層7(直接或者經由中間層而一體地接合於本體部上的氣凝膠層)的氣凝膠複合結構體,所述氣凝膠層7含有具有所述通式(4)及通式(5)所表示的結構的氣凝膠。
[表1]
<比較例1> 於作為本體部的玻璃板上,以厚度成為100 μm的方式塗佈發泡胺基甲酸酯發泡體(漢高日本(Henkel Japan)股份有限公司製造,製品名:賽得(Sista)M5230),獲得發泡胺基甲酸酯發泡體結構體。
(比較例2) 將溶膠塗液1加入至桶(vat)中,將作為本體部的鋁板浸漬於溶膠塗液1中後取出,於60℃下進行30分鐘凝膠化而獲得凝膠層的厚度為200 μm的結構體。然後,將所獲得的結構體轉移至密閉容器中,於60℃下進行12小時熟化。
然後,以與「氣凝膠層1」中記載的方法相同的方式進行洗滌及溶媒置換步驟以及乾燥步驟,獲得包括氣凝膠層X1的氣凝膠複合結構體。
(比較例3) 利用刷毛,將溶膠塗液1塗敷於作為本體部的SUS配管上,於60℃下進行30分鐘凝膠化而獲得凝膠層的厚度為200 μm的結構體。然後,將所獲得的結構體轉移至密閉容器中,於60℃下進行12小時熟化。
然後,以與「氣凝膠層1」中記載的方法相同的方式進行洗滌及溶媒置換步驟以及乾燥步驟,獲得包括氣凝膠層Y1的氣凝膠複合結構體。
<各種評價> (撥水性評價) 對於各實施例中獲得的氣凝膠複合結構體、以及各比較例中獲得的結構體,以氣凝膠層及發泡胺基甲酸酯發泡體層成為水平的方式放置,利用微量注射器來滴注100 μL的純水,靜置10秒後,以氣凝膠層及發泡胺基甲酸酯發泡體層相對於水平而成為30°的角度的方式傾斜,去除水滴。此時,將於目視下未殘留水滴者評價為「A」,將於目視下殘留於結構體上的水滴為小於滴注的水滴的10體積%者評價為「B」,將於目視下殘留於結構體上的水滴為滴注的水滴的10體積%以上者評價為「C」。
(外觀評價) 對各實施例中獲得的氣凝膠複合結構體以及各比較例中獲得的結構體的氣凝膠層、發泡胺基甲酸酯發泡體層進行目視評價。將於塗敷面內為最大面積的色調為塗敷面的95%以上且不存在φ2 mm以上大小的色不均者設為「A」,將50%以上且小於95%且不存在φ2 mm以上的大小的色不均者設為「B」,將小於50%且存在φ2 mm以上的大小的色不均者設為「C」。
(耐熱性評價) 對於各實施例中獲得的氣凝膠複合結構體以及各比較例中獲得的結構體,以氣凝膠層或者發泡胺基甲酸酯發泡體層成為下表面的方式,放置於表面溫度為200℃的加熱板上,於200℃下加熱5分鐘。加熱後進行目視觀察,對變形、變色、剝離等外觀進行評價。將目視觀察中無變化者判定為耐熱性良好,將產生變形、變色、剝離等者判定為耐熱性不良。
[表2]
根據表2可知,實施例的氣凝膠複合結構體為外觀評價的結果優異、氣凝膠層的不均得到抑制者。另外,實施例的氣凝膠複合結構體的撥水性及耐熱性亦良好。因此,可於高溫環境下使用。
另一方面,比較例1~比較例3的結構體的外觀及撥水性差,未獲得與實施例同等的效果。另外,比較例1的結構體的耐熱性亦差。
3‧‧‧本體部
3a‧‧‧本體部的表面
5‧‧‧氣凝膠層
5a‧‧‧溶膠層
10‧‧‧對象物
10a‧‧‧對象物的表面
4‧‧‧被覆層
4a‧‧‧被覆層的與本體部相反側的表面
100、200‧‧‧結構體
L‧‧‧外接長方形
P‧‧‧二氧化矽粒子
X‧‧‧長邊
Y‧‧‧短邊
圖1是示意性表示利用本發明的一實施形態的結構體的製造方法而獲得的結構體的剖面圖。 圖2是示意性表示利用本發明的一實施形態的結構體的製造方法而獲得的結構體的剖面圖。 圖3是表示粒子的雙軸平均一次粒徑的計算方法的圖。 圖4(a)~圖4(c)是對本發明的一實施形態的結構體的製造方法進行說明的圖。 圖5(a)~圖5(c)是對本發明的一實施形態的結構體的製造方法進行說明的圖。
Claims (10)
- 一種結構體的製造方法,其為形成有氣凝膠層的結構體的製造方法,並且 包括由霧滴狀的溶膠來形成氣凝膠層的步驟。
- 如申請專利範圍第1項所述的結構體的製造方法,其中所述溶膠含有選自由具有水解性官能基或縮合性官能基的矽化合物、以及所述具有水解性官能基的矽化合物的水解產物所組成的組群中的至少一種。
- 如申請專利範圍第2項所述的結構體的製造方法,其中所述溶膠更含有二氧化矽粒子。
- 如申請專利範圍第3項所述的結構體的製造方法,其中所述二氧化矽粒子的平均一次粒徑為1 nm~500 nm。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的結構體的製造方法,其中所述溶膠的液滴的直徑為0.1 μm~1000 μm。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的結構體的製造方法,其中所述溶膠含有沸點小於200℃的溶媒。
- 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的結構體的製造方法,其中所述結構體包括本體部、以及被覆所述本體部的表面的至少一部分的被覆層,並且以使所述被覆層成為中間層的方式,至少於所述被覆層上形成氣凝膠層。
- 如申請專利範圍第7項所述的結構體的製造方法,其中所述被覆層含有填充材。
- 如申請專利範圍第8項所述的結構體的製造方法,其中所述填充材為無機填充材。
- 如申請專利範圍第8項或第9項所述的結構體的製造方法,其中相對於所述被覆層的總體積,所述填充材的含量為0.1體積%~70體積%。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW106103539A TW201841729A (zh) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | 結構體的製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW106103539A TW201841729A (zh) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | 結構體的製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW201841729A true TW201841729A (zh) | 2018-12-01 |
Family
ID=65431011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW106103539A TW201841729A (zh) | 2017-02-02 | 2017-02-02 | 結構體的製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
TW (1) | TW201841729A (zh) |
-
2017
- 2017-02-02 TW TW106103539A patent/TW201841729A/zh unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI698467B (zh) | 被絕熱體的製造方法及被絕熱體 | |
US11780735B2 (en) | Aerogel composite, and supporting member and heat insulation material provided with aerogel composite | |
JP6288383B2 (ja) | 被断熱体の製造方法 | |
WO2017168847A1 (ja) | エアロゲル層付き部材 | |
TW201802028A (zh) | 溶膠組成物、氣凝膠複合體、帶氣凝膠複合體的支撐構件和絕熱材料 | |
TW201713746A (zh) | 氣凝膠積層複合體及絕熱材 | |
TWI787318B (zh) | 塗液、塗膜的製造方法及塗膜 | |
KR20190065325A (ko) | 에어로겔 복합체의 제조 방법, 에어로겔 복합체 및 피단열체 | |
CN111164049B (zh) | 气凝胶及其制造方法 | |
TW201840807A (zh) | 纖維處理用的處理劑、纖維及其製造方法以及纖維片及其製造方法 | |
JP6269903B2 (ja) | エアロゲル複合体、エアロゲル複合体付き支持部材及び断熱材 | |
TWI805569B (zh) | 撥水結構體及其製造方法 | |
TW201806862A (zh) | 氣凝膠複合體、帶氣凝膠複合體的支撐構件及絕熱材料 | |
TW201714747A (zh) | 氣凝膠積層體及絕熱材 | |
TW201841729A (zh) | 結構體的製造方法 | |
TW201840760A (zh) | 粒子處理用的處理劑、撥水性粒子及其製造方法、撥水層及浸透防止結構體 | |
JP6911874B2 (ja) | 構造体の製造方法 | |
WO2017168845A1 (ja) | エアロゲル層付き部材 | |
WO2019163131A1 (ja) | 構造体、接着用材料、構造体の製造方法、及び被覆方法 | |
TW201840751A (zh) | 撥水粉 | |
TW201938379A (zh) | 氣凝膠複合體的製造方法、氣凝膠複合體及被絕熱體 | |
TW202007736A (zh) | 雪冰堆積防止劑、雪冰堆積防止結構體及雪冰堆積防止結構體的製造方法 | |
TW201918529A (zh) | 塗液、塗膜的製造方法及塗膜 |