JP2018145331A - Aerogel powder dispersion liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、水系のエアロゲルパウダー分散液に関する。 The present disclosure relates to an aqueous airgel powder dispersion.
熱伝導率が小さく断熱性を有する材料としてシリカエアロゲルが知られている。シリカエアロゲルは、優れた機能性(断熱性等)、特異な光学特性、特異な電気特性等を有する機能素材として有用なものであり、例えば、シリカエアロゲルの超低誘電率特性を利用した電子基板材料、シリカエアロゲルの高断熱性を利用した断熱材料、シリカエアロゲルの超低屈折率を利用した光反射材料等に用いられている。 Silica airgel is known as a material having low thermal conductivity and heat insulation. Silica airgel is useful as a functional material having excellent functionality (heat insulation, etc.), unique optical properties, unique electrical properties, etc., for example, an electronic substrate utilizing the ultra-low dielectric constant properties of silica airgel It is used as a material, a heat insulating material using the high heat insulating property of silica airgel, a light reflecting material using the ultra-low refractive index of silica airgel, and the like.
このようなエアロゲルは、表面に存在するシラノール基を、例えばシリル化剤等の疎水性有機基を用いてエンドキャッピングすることで、疎水化処理されている。エアロゲルをパウダー化したエアロゲルパウダーの場合も、同様に疎水化処理されている(例えば特許文献1参照)。 Such an airgel is hydrophobized by end-capping silanol groups present on the surface with a hydrophobic organic group such as a silylating agent. In the case of an airgel powder obtained by powdering an airgel, it is similarly hydrophobized (see, for example, Patent Document 1).
ところで、表面が疎水化処理されたエアロゲルパウダーは、有機溶剤中への分散性が良好である一方で、例えば、水中、又は水を多量に含む液体中への分散性が良好ではない。すなわち、上記のエアロゲルパウダーを水系分散媒中に分散させようとすると、分散できなかったり、あるいは一時的に分散できたとしても容易に凝集してしまったりするため、安定な分散液を得ることが困難という課題がある。 By the way, the airgel powder whose surface has been hydrophobized has good dispersibility in an organic solvent, but is not good in dispersibility in, for example, water or a liquid containing a large amount of water. That is, if the above-mentioned airgel powder is dispersed in an aqueous dispersion medium, it cannot be dispersed or is easily aggregated even if it can be temporarily dispersed, so that a stable dispersion can be obtained. There is a problem of difficulty.
本開示は上記の事情に鑑みてなされたものであり、分散性及び分散安定性に優れる、水系のエアロゲルパウダー分散液を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a water-based airgel powder dispersion excellent in dispersibility and dispersion stability.
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、界面活性剤を用いることにより、分散性と分散安定性に優れた水系エアロゲルパウダー分散液が得られることを見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that an aqueous airgel powder dispersion excellent in dispersibility and dispersion stability can be obtained by using a surfactant.
すなわち本開示は、エアロゲルパウダー、水及び界面活性剤を含むエアロゲルパウダー分散液を提供する。本開示の水系エアロゲルパウダー分散液は、従来技術では困難であった疎水化処理されたエアロゲルパウダーの分散性と分散安定性に優れるものである。 That is, the present disclosure provides an airgel powder dispersion containing airgel powder, water and a surfactant. The aqueous airgel powder dispersion of the present disclosure is excellent in the dispersibility and dispersion stability of the airgel powder that has been subjected to a hydrophobic treatment, which has been difficult with the prior art.
本開示において、エアロゲルパウダーとしては、エアロゲルパウダーからなる粉体層と水との接触角が90度以上のものを用いることができる。 In the present disclosure, as the airgel powder, those having a contact angle of 90 degrees or more between the powder layer made of the airgel powder and water can be used.
本開示において、上記界面活性剤は、アルキレンオキシド構造を有することができる。これにより、分散性と分散安定性が向上し易くなる。 In the present disclosure, the surfactant may have an alkylene oxide structure. Thereby, dispersibility and dispersion stability are easily improved.
本開示において、上記界面活性剤は、シロキサン構造をさらに有することができる。これにより、分散性と分散安定性がさらに向上し易くなる。 In the present disclosure, the surfactant may further have a siloxane structure. Thereby, dispersibility and dispersion stability are further improved.
本開示において、上記分散液はさらに有機溶剤を含むことができる。これにより、分散性と分散安定性が向上し易くなる。 In the present disclosure, the dispersion may further contain an organic solvent. Thereby, dispersibility and dispersion stability are easily improved.
本開示において、分散媒中の水の含有量は、50質量%以上とすることができる。これにより、水系分散液となり、溶剤系分散液に比べ地球環境に対する負荷を著しく小さくすることができる。 In the present disclosure, the content of water in the dispersion medium can be 50% by mass or more. Thereby, it becomes an aqueous dispersion and the burden on the global environment can be remarkably reduced as compared with the solvent dispersion.
本開示において、上記エアロゲルパウダーは、エアロゲル成分及びシリカ粒子を含有することができる。これにより、分散プロセスにおいてかかる応力によって、パウダーの細孔構造が破損するのを抑制することができる。 In the present disclosure, the airgel powder may contain an airgel component and silica particles. Thereby, it can suppress that the pore structure of a powder is damaged by the stress applied in a dispersion | distribution process.
本開示において、上記エアロゲルパウダーは、エアロゲル成分及びシリカ粒子より形成された三次元網目骨格と、細孔とを有することができる。これにより、分散プロセスにおいてかかる応力によって、パウダーの細孔構造が破損するのを抑制することができる。 In the present disclosure, the airgel powder may have a three-dimensional network skeleton formed from an airgel component and silica particles, and pores. Thereby, it can suppress that the pore structure of a powder is damaged by the stress applied in a dispersion | distribution process.
本開示において、上記エアロゲルパウダーは、三次元網目骨格を構成する成分としてシリカ粒子を含有することができる。これにより、分散プロセスにおいてかかる応力によって、パウダーの細孔構造が破損するのを抑制することができる。 In the present disclosure, the airgel powder may contain silica particles as a component constituting the three-dimensional network skeleton. Thereby, it can suppress that the pore structure of a powder is damaged by the stress applied in a dispersion | distribution process.
本開示において、上記エアロゲルパウダーは、シリカ粒子と、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物、及び、該加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種と、を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物であってもよい。このようにして得られたエアロゲルパウダーは、柔軟性に優れ、分散プロセスにおいてかかる応力によって、パウダーの細孔構造が破損するのを抑制することができる。 In the present disclosure, the airgel powder includes silica particles, a silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, and a hydrolysis product of the silicon compound having the hydrolyzable functional group. It may be a dried product of a wet gel that is a condensate of a sol containing at least one selected from the group. The airgel powder obtained in this way is excellent in flexibility and can suppress the damage of the pore structure of the powder due to the stress applied in the dispersion process.
本開示において、上記ケイ素化合物は、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物さらに含有することができる。これにより、さらに優れた柔軟性を達成することができる。 In the present disclosure, the silicon compound may further contain a polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group. Thereby, the further outstanding softness | flexibility can be achieved.
本開示において、上記シリカ粒子の平均一次粒子径は1〜500nmとすることができる。これにより、分散プロセスにおいてかかる応力によって、パウダーの細孔構造が破損するのを抑制することができる。 In the present disclosure, the average primary particle diameter of the silica particles may be 1 to 500 nm. Thereby, it can suppress that the pore structure of a powder is damaged by the stress applied in a dispersion | distribution process.
この際、シリカ粒子の形状は球状とすることができる。また、シリカ粒子は非晶質シリカ粒子とすることができ、さらに当該非晶質シリカ粒子は溶融シリカ粒子、ヒュームドシリカ粒子及びコロイダルシリカ粒子からなる群より選択される少なくとも一種とすることができる。これにより、分散プロセスにおいてかかる応力によって、パウダーの細孔構造が破損するのを抑制することができる。 At this time, the shape of the silica particles can be spherical. The silica particles can be amorphous silica particles, and the amorphous silica particles can be at least one selected from the group consisting of fused silica particles, fumed silica particles, and colloidal silica particles. . Thereby, it can suppress that the pore structure of a powder is damaged by the stress applied in a dispersion | distribution process.
本開示において、エアロゲルパウダーの平均粒子径D50は1〜1000μmとすることができる。これにより、分散性と分散安定性が向上し易くなる。 In the present disclosure, the average particle diameter D50 of the airgel powder can be 1-1000 μm. Thereby, dispersibility and dispersion stability are easily improved.
本開示によれば、分散性及び分散安定性に優れる、水系のエアロゲルパウダー分散液を提供することができる。また、特定のエアロゲルパウダーを用いることにより、分散プロセスにおいてかかる応力によっても細孔構造が破損され難い、柔軟なエアロゲルパウダーが安定に分散された水系エアロゲルパウダー分散液を提供することができる。柔軟性に優れたエアロゲルパウダーが分散された、分散安定性に優れた水系エアロゲルパウダー分散液は様々な用途に活用できる可能性を有している。ここで、本開示に係る重要な点は、疎水化されたエアロゲルパウダーを細孔構造が破損されない状態で、凝集なく安定に分散することが容易になったことにある。従来の技術では、疎水化されたエアロゲルパウダーは溶剤系分散液にしか適用できなかったものが、本開示によれば、溶剤系に比べ地球環境に対する負荷が著しく小さい水系へ分散することが可能となる。さらに、特定の界面活性剤を用いることにより、分散直後の泡立ちが少なく、また経時後の消泡性の良好な水系エアロゲルパウダー分散液を提供することができる。このような分散液は取り扱い易く、工程容易性に優れる。 According to the present disclosure, it is possible to provide an aqueous airgel powder dispersion excellent in dispersibility and dispersion stability. Further, by using a specific airgel powder, it is possible to provide a water-based airgel powder dispersion in which a flexible airgel powder is stably dispersed in which the pore structure is not easily damaged by the stress in the dispersion process. A water-based airgel powder dispersion having excellent dispersion stability in which an airgel powder excellent in flexibility is dispersed has a possibility of being used in various applications. Here, an important point according to the present disclosure is that it becomes easy to stably disperse the hydrogel airgel powder without aggregation in a state where the pore structure is not damaged. In the prior art, hydrophobic airgel powder was only applicable to solvent-based dispersions, but according to the present disclosure, it is possible to disperse into water-based waters that have a significantly lower burden on the global environment than solvent-based ones. Become. Furthermore, by using a specific surfactant, it is possible to provide an aqueous airgel powder dispersion with less foaming immediately after dispersion and good defoaming properties after aging. Such a dispersion is easy to handle and has excellent processability.
以下、場合により図面を参照しつつ本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。
ただし、本開示は以下の実施形態に限定されるものではない。本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。「A又はB」とは、A及びBのいずれか一方を含んでいればよく、両方を含んでいてもよい。本実施形態で例示する材料は、特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings depending on cases.
However, the present disclosure is not limited to the following embodiment. In the present specification, numerical ranges indicated using “to” indicate ranges including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. “A or B” only needs to include one of A and B, and may include both. The materials exemplified in this embodiment can be used singly or in combination of two or more unless otherwise specified.
<分散液>
本実施形態の分散液は、水と界面活性剤とを含む液体中に、エアロゲルパウダーが分散したものである。すなわち、本実施形態の分散系は、分散媒が水と界面活性剤とを含む液体であり、分散質がエアロゲルパウダーであると言うことができる。
<Dispersion>
The dispersion liquid of this embodiment is a dispersion of airgel powder in a liquid containing water and a surfactant. That is, in the dispersion system of this embodiment, it can be said that the dispersion medium is a liquid containing water and a surfactant, and the dispersoid is an airgel powder.
界面活性剤は、分子内にエチレンオキシドやプロピレンオキシドといったアルキレンオキシド構造を有することができる。アルキレンオキシド構造を有することにより、界面活性剤の親水性が高まり、エアロゲルパウダーの分散性と分散安定性を向上することができる。また、このような界面活性剤は、分散直後の泡立ちが少なく、また経時後の消泡性の良好な水系エアロゲルパウダー分散液を提供することができる。 The surfactant can have an alkylene oxide structure such as ethylene oxide or propylene oxide in the molecule. By having an alkylene oxide structure, the hydrophilicity of the surfactant is increased, and the dispersibility and dispersion stability of the airgel powder can be improved. Further, such a surfactant can provide a water-based airgel powder dispersion with little foaming immediately after dispersion and good defoaming properties after aging.
分子内にアルキレンオキシド構造を有する界面活性剤として特に制限はないが、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤;ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート等のポリオキシエチレン脂肪酸エステル系界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルアミン系界面活性剤;ポリオキシエチレンアセチレンアルコール系界面活性剤等が挙げられる。 The surfactant having an alkylene oxide structure in the molecule is not particularly limited. For example, polyoxyethylene alkyl ether surfactants such as polyoxyethylene lauryl ether and polyoxyethylene stearyl ether; polyoxyethylene sorbitan monolaurate , Polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester surfactants such as polyoxyethylene sorbitan monostearate; polyoxyethylene fatty acid ester surfactants such as polyethylene glycol monolaurate and polyethylene glycol monostearate; polyoxyethylene alkylamines Surfactant; Polyoxyethylene acetylene alcohol surfactant and the like.
界面活性剤は、上記のアルキレンオキシド構造に加え、さらに分子内にシロキサン構造を有することができる。シロキサン構造を有することにより、疎水性の強いエアロゲルパウダーとの親和性がより高まり、親水性の強いアルキレンオキシド構造と相まって、分散性と分散安定性をさらに向上することができる。また、このような界面活性剤は、分散直後の泡立ちが少なく、また経時後の消泡性の良好な水系エアロゲルパウダー分散液を提供することができる。 The surfactant can have a siloxane structure in the molecule in addition to the above alkylene oxide structure. By having a siloxane structure, the affinity with the airgel powder having strong hydrophobicity is further increased, and the dispersibility and dispersion stability can be further improved in combination with the alkylene oxide structure having strong hydrophilicity. Further, such a surfactant can provide a water-based airgel powder dispersion with little foaming immediately after dispersion and good defoaming properties after aging.
分子内にアルキレンオキシド構造とシロキサン構造を有する界面活性剤として特に制限はないが、例えば、両末端ポリエーテル変性シロキサン系界面活性剤、側鎖ポリエーテル変性シロキサン系界面活性剤等が挙げられる。 Although there is no restriction | limiting in particular as surfactant which has an alkylene oxide structure and a siloxane structure in a molecule | numerator, For example, a both terminal polyether modified siloxane type surfactant, a side chain polyether modified siloxane type surfactant, etc. are mentioned.
分散媒中の界面活性剤の含有量に特に制限はないが、0.001〜10質量%が好ましい。0.001質量%以上であれば、分散性と分散安定性をより良好にすることができ、10質量%以下であれば、エアロゲルパウダーの多孔質体としての機能を損ない難い。以上の観点から、0.005〜5質量%がより好ましく、0.01〜3質量%であることがさらに好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular in content of surfactant in a dispersion medium, 0.001-10 mass% is preferable. If it is 0.001 mass% or more, dispersibility and dispersion stability can be improved, and if it is 10 mass% or less, it is difficult to impair the function of the airgel powder as a porous body. From the above viewpoint, 0.005 to 5 mass% is more preferable, and 0.01 to 3 mass% is further preferable.
分散液は、さらに有機溶剤を含んでいてもよい。有機溶剤を含むことにより、分散性と分散安定性が向上し易くなる。 The dispersion may further contain an organic solvent. By including an organic solvent, dispersibility and dispersion stability are easily improved.
有機溶剤として、水に可溶なものであれば特に制限はなく、例えばアセトン等のケトン系有機溶剤;乳酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル系有機溶剤;メタノール、エタノール、2−プロパノール等のアルコール系界面活性剤;エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール系有機溶剤;エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル系有機溶剤;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の多価アルコールアルキルエーテルアセテート;N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド系有機溶剤等が挙げられる。これらの有機溶剤は、一種を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。 The organic solvent is not particularly limited as long as it is soluble in water. For example, ketone organic solvents such as acetone; ester organic solvents such as ethyl lactate and γ-butyrolactone; alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol Surfactants; polyhydric alcohol organic solvents such as ethylene glycol and propylene glycol; polyhydric alcohol alkyl ether organic solvents such as ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether and diethylene glycol monomethyl ether; propylene glycol Polyhydric alcohol alkyl ether acetates such as monomethyl ether acetate and diethylene glycol monomethyl ether acetate; N, N-dimethylacetamide, N-methylpi Amide-based organic solvents such as pyrrolidone, and the like. These organic solvents can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
分散媒中の有機溶剤の含有量は、50質量%未満とすることができる。これにより、水を主成分とする水系分散液となり、また有機溶剤系分散液に比べ地球環境に対する負荷を著しく小さくすることができる。 The content of the organic solvent in the dispersion medium can be less than 50% by mass. Thereby, it becomes an aqueous dispersion having water as a main component, and the burden on the global environment can be remarkably reduced as compared with the organic solvent dispersion.
分散媒中の水の含有量は、50質量%以上とすることができる。これにより、水を主成分とする水系分散液となり、また有機溶剤系分散液に比べ地球環境に対する負荷を著しく小さくすることができる。 The content of water in the dispersion medium can be 50% by mass or more. Thereby, it becomes an aqueous dispersion having water as a main component, and the burden on the global environment can be remarkably reduced as compared with the organic solvent dispersion.
本実施形態の分散液は、水と界面活性剤とを含む液体中にエアロゲルパウダーを分散することにより得ることができる。分散方法としては特に制限はないが、例えば、ホモジナイザー、ジェットミル、ローラーミル、ビーズミル、ハンマーミル等にエアロゲルパウダー、水、界面活性剤及び必要に応じて有機溶剤を入れ、適度な回転数と時間で運転することにより行うことができる。 The dispersion liquid of this embodiment can be obtained by dispersing the airgel powder in a liquid containing water and a surfactant. The dispersion method is not particularly limited. For example, an airgel powder, water, a surfactant, and an organic solvent as required are placed in a homogenizer, jet mill, roller mill, bead mill, hammer mill, etc. This can be done by driving at
分散液中のエアロゲルパウダーの含有量は、0.01〜30質量%とすることができる。含有量が0.01質量%以上であれば、エアロゲルパウダーの濃度が十分に確保され、使用する分散液の量を低減することができ、30質量%以下であれば、分散性と分散安定性をより良好にすることができる。以上の観点から、含有量は0.05〜20質量%がより好ましく、0.1〜10質量%であることがさらに好ましい。なお、エアロゲルパウダーの含有量の残部が、分散液中の分散媒の含有量となる。 Content of the airgel powder in a dispersion liquid can be 0.01-30 mass%. If the content is 0.01% by mass or more, the concentration of the airgel powder is sufficiently secured, and the amount of the dispersion to be used can be reduced. If the content is 30% by mass or less, dispersibility and dispersion stability are achieved. Can be made better. From the above viewpoint, the content is more preferably 0.05 to 20% by mass, and further preferably 0.1 to 10% by mass. In addition, the remainder of content of airgel powder becomes content of the dispersion medium in a dispersion liquid.
<エアロゲルパウダー>
狭義には、湿潤ゲルに対して超臨界乾燥法を用いて得られた乾燥ゲルをエアロゲル、大気圧下での乾燥により得られた乾燥ゲルをキセロゲル、凍結乾燥により得られた乾燥ゲルをクライオゲルと称するが、本実施形態においては、湿潤ゲルのこれらの乾燥手法によらず、得られた低密度の乾燥ゲルを「エアロゲル」と称する。すなわち、本実施形態においてエアロゲルとは、広義のエアロゲルである「Gel comprised of a microporous solid in which the dispersed phase is a gas(分散相が気体である微多孔性固体から構成されるゲル)」を意味するものである。一般的にエアロゲルの内部は網目状の微細構造となっており、2〜20nm程度のエアロゲル粒子(エアロゲルを構成する粒子)が結合したクラスター構造を有している。このクラスターにより形成される骨格間には、100nmに満たない細孔がある。これにより、エアロゲルは、三次元的に微細な多孔性の構造をしている。なお、本実施形態におけるエアロゲルは、例えば、シリカを主成分とするシリカエアロゲルである。シリカエアロゲルとしては、例えば、有機基(メチル基等)又は有機鎖を導入した、いわゆる、有機−無機ハイブリッド化されたシリカエアロゲルも含まれる。なお、本実施形態のエアロゲルパウダー(粉末状(パウダー状)エアロゲル、ということもできる)は、上記エアロゲルの特徴であるクラスター構造を有しており、三次元的に微細な多孔性の構造を有するパウダーである。
<Airgel powder>
In a narrow sense, dry gel obtained by using supercritical drying method for wet gel is aerogel, dry gel obtained by drying under atmospheric pressure is xerogel, dry gel obtained by freeze-drying is cryogel and However, in the present embodiment, the obtained low-density dried gel is referred to as “aerogel” regardless of the drying method of the wet gel. In other words, in the present embodiment, the airgel means “a gel composed of a microporous solid whose dispersed phase is a gas”, which is an aerogel in a broad sense, that is, “Gel compressed of a microporous solid in which the dispersed phase is a gas”. To do. In general, the inside of an airgel has a network-like fine structure, and has a cluster structure in which airgel particles of about 2 to 20 nm (particles constituting the airgel) are bonded. There are pores less than 100 nm between the skeletons formed by these clusters. Thereby, the airgel has a three-dimensionally fine porous structure. In addition, the airgel in this embodiment is a silica airgel which has a silica as a main component, for example. Examples of the silica airgel include so-called organic-inorganic hybrid silica airgel into which an organic group (such as a methyl group) or an organic chain is introduced. Note that the airgel powder of this embodiment (also referred to as a powder (powdered) airgel) has a cluster structure that is characteristic of the airgel, and has a three-dimensionally fine porous structure. It is a powder.
本実施形態のエアロゲルパウダーは、エアロゲル成分に加えシリカ粒子を含有するエアロゲル複合体であってもよい。なお、必ずしもこれと同じ概念を意味するものではないが、本実施形態のエアロゲルパウダーは、三次元網目骨格を構成する成分としてシリカ粒子を含有するものである、と表現することも可能である。本実施形態のエアロゲルパウダーは柔軟性が優れているおり、圧縮等の応力がかかっても破損し難い柔軟なエアロゲルパウダーを提供することができる。なお、このようなエアロゲルパウダーは、エアロゲルの製造環境中にシリカ粒子を存在させることにより得られるものである。そしてシリカ粒子を存在させることによるメリットは、エアロゲルパウダー自体の柔軟性を向上できることのみならず、後述する湿潤ゲル生成工程の時間短縮、あるいは洗浄及び溶媒置換工程から乾燥工程の簡略化が可能であることにもある。なお、この工程の時間短縮及び工程の簡略化は、柔軟性が優れるエアロゲルパウダーを作製する上で必ずしも求められることではない。 The airgel powder of this embodiment may be an airgel composite containing silica particles in addition to the airgel component. In addition, although not necessarily meaning the same concept as this, the airgel powder of this embodiment can also be expressed as containing silica particles as a component constituting the three-dimensional network skeleton. The airgel powder of the present embodiment has excellent flexibility, and can provide a flexible airgel powder that is not easily damaged even when stress such as compression is applied. In addition, such an airgel powder is obtained by making a silica particle exist in the manufacturing environment of an airgel. And the merit by making the silica particles exist is not only that the flexibility of the airgel powder itself can be improved, but also the time for the wet gel generation process described later can be shortened, or the drying process can be simplified from the washing and solvent replacement process. There is also. In addition, shortening of the time of this process and simplification of a process are not necessarily calculated | required when producing airgel powder which is excellent in a softness | flexibility.
本実施形態において、エアロゲル成分とシリカ粒子との複合化態様は様々である。例えば、エアロゲル成分は膜状等の不定形であってもよく、粒子状(エアロゲル粒子)であってもよい。いずれの態様においても、エアロゲル成分が様々な形態になりシリカ粒子間に存在しているため、複合体の骨格に柔軟性が付与されていると推察される。 In this embodiment, the composite aspect of an airgel component and a silica particle is various. For example, the airgel component may be in an indeterminate form such as a film or may be in the form of particles (aerogel particles). In any embodiment, since the airgel component is in various forms and exists between the silica particles, it is presumed that flexibility is imparted to the skeleton of the composite.
まず、エアロゲル成分とシリカ粒子の複合化態様としては、不定形のエアロゲル成分がシリカ粒子間に介在する態様が挙げられる。このような態様としては、具体的には、例えばシリカ粒子が膜状のエアロゲル成分(シリコーン成分)により被覆された態様(エアロゲル成分がシリカ粒子を内包する態様)、エアロゲル成分がバインダーとなりシリカ粒子同士が連結された態様、エアロゲル成分が複数のシリカ粒子間隙を充填している態様、これらの態様の組み合わせの態様(クラスター状に並んだシリカ粒子がエアロゲル成分により被覆された態様等)、等様々な態様が挙げられる。このように、本実施形態においてエアロゲルパウダーは、三次元網目骨格がシリカ粒子とエアロゲル成分(シリコーン成分)から構成されることができ、その具体的態様(形態)に特に制限はない。 First, the composite mode of the airgel component and the silica particles includes a mode in which an amorphous airgel component is interposed between the silica particles. As such an embodiment, specifically, for example, an embodiment in which silica particles are coated with a film-like airgel component (silicone component) (an embodiment in which the airgel component encloses silica particles), the airgel component serves as a binder, and the silica particles , A mode in which the airgel component is filled with a plurality of silica particle gaps, a mode of a combination of these modes (a mode in which silica particles arranged in a cluster are covered with the airgel component, etc.) An embodiment is mentioned. Thus, in the present embodiment, the airgel powder can have a three-dimensional network skeleton composed of silica particles and an airgel component (silicone component), and there is no particular limitation on the specific mode (form).
一方、後述するように、本実施形態においてエアロゲル成分は、不定形ではなく図1のように明確な粒子状となってシリカ粒子と複合化していてもよい。 On the other hand, as will be described later, in the present embodiment, the airgel component may be in the form of a clear particle as shown in FIG.
本実施形態のエアロゲルパウダーにおいてこのような様々な態様が生じるメカニズムは必ずしも定かではないが、本発明者は、ゲル化工程におけるエアロゲル成分の生成速度が関与していると推察している。例えば、シリカ粒子のシラノール基数を変動させることによってエアロゲル成分の生成速度が変動する傾向がある。また、系のpHを変動させることによってもエアロゲル成分の生成速度が変動する傾向がある。 The mechanism by which such various aspects occur in the airgel powder of this embodiment is not necessarily clear, but the present inventor speculates that the generation rate of the airgel component in the gelation process is involved. For example, the production speed of the airgel component tends to vary by varying the number of silanol groups in the silica particles. Further, the production rate of the airgel component also tends to fluctuate by changing the pH of the system.
このことは、シリカ粒子のサイズ、形状、シラノール基数、系のpH等を調整することにより、エアロゲルパウダーの態様(三次元網目骨格のサイズ、形状等)を制御できることを示唆する。したがって、エアロゲル複合体の密度、気孔率等の制御が可能となり、エアロゲル複合体の柔軟性を制御することができると考えられる。なお、エアロゲルパウダーの三次元網目骨格は、上述した様々な態様の一種類のみから構成されていてもよいし、二種以上の態様から構成されていてもよい。 This suggests that the mode of the airgel powder (size, shape, etc. of the three-dimensional network skeleton) can be controlled by adjusting the size, shape, silanol group number, system pH, etc. of the silica particles. Therefore, the density, porosity, etc. of the airgel composite can be controlled, and the flexibility of the airgel composite can be controlled. In addition, the three-dimensional network skeleton of the airgel powder may be composed of only one kind of the various aspects described above, or may be composed of two or more kinds of aspects.
以下、図1を例にとり、本実施形態のエアロゲルパウダーについて説明するが、上述のとおり本開示は図1の態様に限定されるものではない。ただし、上記いずれの態様にも共通する事項(シリカ粒子の種類、サイズ、含有量等)については、以下の記載を適宜参照することができる。 Hereinafter, the airgel powder of the present embodiment will be described using FIG. 1 as an example. However, as described above, the present disclosure is not limited to the aspect of FIG. However, for matters common to any of the above aspects (type, size, content, etc. of silica particles), the following descriptions can be referred to as appropriate.
図1は、本開示の一実施形態に係るエアロゲルパウダーの微細構造を模式的に表す図である。図1に示されるように、エアロゲル複合体10は、エアロゲル成分を構成するエアロゲル粒子1が部分的にシリカ粒子2を介して三次元的にランダムに連なることにより形成される三次元網目骨格と、当該骨格に囲まれた細孔3とを有する。この際、シリカ粒子2はエアロゲル粒子1間に介在し、三次元網目骨格を支持する骨格支持体として機能していると推察される。したがって、このような構造を有することにより、エアロゲルとしての柔軟性を維持しつつ、適度な強度がエアロゲルに付与されることになると考えられる。すなわち、本実施形態においては、エアロゲルパウダーは、シリカ粒子がエアロゲル粒子を介して三次元的にランダムに連なることにより形成される三次元網目骨格を有していてもよい。また、シリカ粒子はエアロゲル粒子により被覆されていてもよい。なお、上記エアロゲル粒子(エアロゲル成分)はケイ素化合物から構成されるため、シリカ粒子への親和性が高いと推察される。そのため、本実施形態においてはエアロゲルの三次元網目骨格中にシリカ粒子を導入することに成功したと考えられる。この点においては、シリカ粒子のシラノール基も、両者の親和性に寄与していると考えられる。 FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a fine structure of an airgel powder according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the airgel composite 10 includes a three-dimensional network skeleton formed by the airgel particles 1 constituting the airgel component being partially linked in a three-dimensional manner through silica particles 2; And pores 3 surrounded by the skeleton. At this time, it is assumed that the silica particles 2 are interposed between the airgel particles 1 and function as a skeleton support that supports the three-dimensional network skeleton. Therefore, it is thought that by having such a structure, moderate strength is imparted to the airgel while maintaining the flexibility as the airgel. That is, in the present embodiment, the airgel powder may have a three-dimensional network skeleton formed by silica particles that are three-dimensionally connected in series via the airgel particles. Silica particles may be covered with airgel particles. In addition, since the said airgel particle (aerogel component) is comprised from a silicon compound, it is guessed that the affinity to a silica particle is high. Therefore, in this embodiment, it is considered that the silica particles were successfully introduced into the three-dimensional network skeleton of the airgel. In this respect, it is considered that the silanol groups of the silica particles also contribute to the affinity between them.
エアロゲル粒子1は、複数の一次粒子から構成される二次粒子の態様を取っていると考えられており、概ね球状である。エアロゲル粒子1の平均粒子径(すなわち二次粒子径)は2nm〜50μmとすることができるが、5nm〜2μmであってもよく、又は10nm〜200nmであってもよい。エアロゲル粒子1の平均粒子径が2nm以上であることにより、柔軟性に優れるエアロゲルパウダーが得易くなり、一方平均粒子径が50μm以下であることにより、得られるエアロゲルパウダーの分散性と分散安定性が向上し易くなる。なお、エアロゲル粒子1を構成する一次粒子の平均粒子径は、低密度の多孔質構造の2次粒子を形成し易いという観点から、0.1nm〜5μmとすることができるが、0.5nm〜200nmであってもよく、又は1nm〜20nmであってもよい。 The airgel particle 1 is considered to be in the form of secondary particles composed of a plurality of primary particles, and is generally spherical. The average particle size (that is, the secondary particle size) of the airgel particles 1 can be 2 nm to 50 μm, but may be 5 nm to 2 μm, or 10 nm to 200 nm. When the airgel particle 1 has an average particle diameter of 2 nm or more, it becomes easy to obtain an airgel powder excellent in flexibility, and when the average particle diameter is 50 μm or less, the dispersibility and dispersion stability of the obtained airgel powder are improved. It becomes easy to improve. The average particle diameter of the primary particles constituting the airgel particles 1 can be 0.1 nm to 5 μm from the viewpoint of easily forming secondary particles having a low-density porous structure. It may be 200 nm, or 1 nm to 20 nm.
シリカ粒子2としては特に制限なく用いることができ、例えば非晶質シリカ粒子が挙げられる。さらに当該非晶質シリカ粒子としては、溶融シリカ粒子、ヒュームドシリカ粒子及びコロイダルシリカ粒子からなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。これらのうち、コロイダルシリカ粒子は単分散性が高く、ゾル中での凝集を抑制し易い。なお、シリカ粒子2としては、中空構造、多孔質構造等を有するシリカ粒子であってもよい。 The silica particles 2 can be used without particular limitation, and examples thereof include amorphous silica particles. Further, the amorphous silica particles include at least one selected from the group consisting of fused silica particles, fumed silica particles, and colloidal silica particles. Among these, colloidal silica particles have high monodispersibility and are easy to suppress aggregation in the sol. Note that the silica particles 2 may be silica particles having a hollow structure, a porous structure, or the like.
シリカ粒子2の形状は特に制限されず、球状、繭型、会合型等が挙げられる。これらのうち、シリカ粒子2として球状の粒子を用いることにより、ゾル中での凝集を抑制し易くなる。シリカ粒子2の平均一次粒子径は1〜500nmとすることができるが、5〜300nmであってもよく、又は20〜100nmであってもよい。シリカ粒子2の平均一次粒子径が1nm以上であることにより、適度な強度をエアロゲルに付与し易くなり、乾燥時の耐収縮性に優れるエアロゲルパウダーが得易くなる。一方、平均一次粒子径が500nm以下であることにより、得られるエアロゲルパウダーの分散性と分散安定性が向上し易くなる。 The shape of the silica particle 2 is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a cage shape, and an association type. Of these, the use of spherical particles as the silica particles 2 makes it easy to suppress aggregation in the sol. The average primary particle diameter of the silica particles 2 can be 1 to 500 nm, but may be 5 to 300 nm, or 20 to 100 nm. When the average primary particle diameter of the silica particles 2 is 1 nm or more, it becomes easy to impart an appropriate strength to the airgel, and it becomes easy to obtain an airgel powder excellent in shrinkage resistance during drying. On the other hand, when the average primary particle diameter is 500 nm or less, the dispersibility and dispersion stability of the obtained airgel powder are easily improved.
エアロゲル粒子1(エアロゲル成分)とシリカ粒子2とは、水素結合又は化学結合の態様を取って結合していると推測される。この際、水素結合又は化学結合は、エアロゲル粒子1(エアロゲル成分)のシラノール基又は反応性基と、シリカ粒子2のシラノール基により形成されると考えられる。そのため、結合の態様が化学結合であると、適度な強度をエアロゲルに付与し易いと考えられる。このことから考えると、エアロゲル成分と複合化させる粒子として、シリカ粒子に限らず、粒子表面にシラノール基を有する無機粒子又は有機粒子も用いることができる。 It is presumed that the airgel particle 1 (aerogel component) and the silica particle 2 are bonded in the form of hydrogen bonding or chemical bonding. At this time, the hydrogen bond or the chemical bond is considered to be formed by the silanol group or reactive group of the airgel particle 1 (aerogel component) and the silanol group of the silica particle 2. Therefore, it is thought that moderate strength is easily imparted to the airgel when the bonding mode is chemical bonding. Considering this, the particles to be combined with the airgel component are not limited to silica particles, and inorganic particles or organic particles having a silanol group on the particle surface can also be used.
シリカ粒子2の1g当りのシラノール基数は、10×1018〜1000×1018個/gとすることができるが、50×1018〜800×1018個/gであってもよく、又は100×1018〜700×1018個/gであってもよい。シリカ粒子2の1g当りのシラノール基数が10×1018個/g以上であることにより、エアロゲル粒子1(エアロゲル成分)とのより良好な反応性を有することができ、耐収縮性に優れるエアロゲルパウダーを得易くなる。一方、シラノール基数が1000×1018個/g以下であることにより、ゾル作製時における急なゲル化を抑制し易くなり、均質なエアロゲルパウダーが得易くなる。 The number of silanol groups per gram of silica particles 2 can be 10 × 10 18 to 1000 × 10 18 pcs / g, but may be 50 × 10 18 to 800 × 10 18 pcs / g, or 100 × 10 18 ~700 may be a × 10 18 cells / g. Since the number of silanol groups per gram of the silica particles 2 is 10 × 10 18 / g or more, the airgel powder can have better reactivity with the airgel particles 1 (airgel component) and has excellent shrinkage resistance. It becomes easy to obtain. On the other hand, when the number of silanol groups is 1000 × 10 18 atoms / g or less, it is easy to suppress abrupt gelation at the time of sol preparation, and it becomes easy to obtain a homogeneous airgel powder.
本実施形態において、粒子の平均粒子径(エアロゲル粒子の平均二次粒子径、シリカ粒子の平均一次粒子径等)は、走査型電子顕微鏡(以下「SEM」と略記する。)を用いてエアロゲル複合体の断面を直接観察することにより得ることができる。例えば、三次元網目骨格からは、その断面の直径に基づきエアロゲル粒子又はシリカ粒子個々の粒子径を得ることができる。ここでいう直径とは、三次元網目骨格を形成する骨格の断面を円とみなした場合の直径を意味する。また、断面を円とみなした場合の直径とは、断面の面積を同じ面積の円に置き換えたときの当該円の直径のことである。なお、平均粒子径の算出に当たっては、100個の粒子について円の直径を求め、その平均を取るものとする。 In the present embodiment, the average particle size of particles (average secondary particle size of airgel particles, average primary particle size of silica particles, etc.) is determined using an airgel composite using a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as “SEM”). It can be obtained by directly observing the cross section of the body. For example, the particle diameter of each airgel particle or silica particle can be obtained from the three-dimensional network skeleton based on the diameter of the cross section. The diameter here means the diameter when the cross section of the skeleton forming the three-dimensional network skeleton is regarded as a circle. The diameter when the cross section is regarded as a circle is the diameter of the circle when the area of the cross section is replaced with a circle having the same area. In calculating the average particle diameter, the diameter of a circle is obtained for 100 particles, and the average is taken.
なお、シリカ粒子については原料から平均粒子径を測定することが可能である。例えば、二軸平均一次粒子径は、任意の粒子20個をSEMにより観察した結果から、次のようにして算出される。すなわち、通常水に分散している固形分濃度が5〜40質量%のコロイダルシリカ粒子を例にすると、コロイダルシリカ粒子の分散液にパターン配線付きウエハを2cm角に切ったチップを約30秒浸した後、当該チップを純水にて約30秒間すすぎ、窒素ブロー乾燥する。その後、チップをSEM観察用の試料台に載せ、加速電圧10kVを掛け、10万倍の倍率にてシリカ粒子を観察し、画像を撮影する。得られた画像から20個のシリカ粒子を任意に選択し、それらの粒子の粒子径の平均を平均粒子径とする。この際、選択したシリカ粒子が図2に示すような形状であった場合、シリカ粒子2に外接し、その長辺が最も長くなるように配置した長方形(外接長方形L)を導く。そして、その外接長方形Lの長辺をX、短辺をYとして、(X+Y)/2として二軸平均一次粒子径を算出し、その粒子の粒子径とする。 In addition, about a silica particle, it is possible to measure an average particle diameter from a raw material. For example, the biaxial average primary particle diameter is calculated as follows from the result of observing 20 arbitrary particles by SEM. That is, when colloidal silica particles having a solid content concentration of 5 to 40% by mass, which are usually dispersed in water, are taken as an example, a chip with a 2 cm square wafer with a patterned wiring is immersed in the dispersion of colloidal silica particles for about 30 seconds. After that, the chip is rinsed with pure water for about 30 seconds and blown dry with nitrogen. Thereafter, the chip is placed on a sample stage for SEM observation, an acceleration voltage of 10 kV is applied, the silica particles are observed at a magnification of 100,000, and an image is taken. 20 silica particles are arbitrarily selected from the obtained image, and the average of the particle diameters of these particles is defined as the average particle diameter. At this time, when the selected silica particle has a shape as shown in FIG. 2, a rectangle (circumscribed rectangle L) circumscribing the silica particle 2 and arranged so that the long side is the longest is led. And the long side of the circumscribed rectangle L is X, the short side is Y, and the biaxial average primary particle diameter is calculated as (X + Y) / 2, and is defined as the particle diameter of the particle.
エアロゲルパウダーにおいて、細孔3のサイズ、すなわち平均細孔径は5〜1000nmとすることができるが、25〜500nmであってもよい。平均細孔径が5nm以上であることにより、柔軟性に優れるエアロゲルパウダーが得易くなり、また、1000nm以下であることにより、微細な多孔構造を有するエアロゲルパウダーが得易くなる。 In the airgel powder, the size of the pores 3, that is, the average pore diameter can be 5 to 1000 nm, but may be 25 to 500 nm. When the average pore diameter is 5 nm or more, an airgel powder excellent in flexibility can be easily obtained, and when it is 1000 nm or less, an airgel powder having a fine porous structure can be easily obtained.
エアロゲルパウダーに含まれるエアロゲル成分の含有量は、エアロゲルパウダーの総量100質量部に対し、4〜25質量部とすることができるが、10〜20質量部であってもよい。含有量が4〜25質量部であることにより適度な強度を付与し易くなる。 The content of the airgel component contained in the airgel powder can be 4 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the airgel powder, but may be 10 to 20 parts by mass. When the content is 4 to 25 parts by mass, an appropriate strength is easily imparted.
エアロゲルパウダーに含まれるシリカ粒子の含有量は、エアロゲルパウダーの総量100質量部に対し、1〜25質量部とすることができるが、3〜15質量部であってもよい。含有量が1〜25質量部であることにより適度な強度をエアロゲル複合体に付与し易くなる。 The content of the silica particles contained in the airgel powder can be 1 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the airgel powder, but may be 3 to 15 parts by mass. It becomes easy to give moderate intensity | strength to an airgel composite because content is 1-25 mass parts.
エアロゲルパウダーは、これらエアロゲル成分及びシリカ粒子の他に、光学的特性、熱的特性を付与する目的で、カーボングラファイト、アルミニウム化合物、マグネシウム化合物、銀化合物、チタン化合物等のその他の成分をさらに含んでいてもよい。その他の成分の含有量は特に制限されないが、エアロゲル複合体の所期の効果を十分に確保する観点から、エアロゲルパウダーの総量100質量部に対し、1〜5質量部とすることができる。 In addition to these airgel components and silica particles, the airgel powder further includes other components such as carbon graphite, aluminum compound, magnesium compound, silver compound, and titanium compound for the purpose of imparting optical properties and thermal properties. May be. The content of other components is not particularly limited, but may be 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the airgel powder from the viewpoint of sufficiently ensuring the desired effect of the airgel composite.
[パウダーの形状]
本実施形態のエアロゲルパウダーの形状は、特に限定されるものではなく、種々の形状であってよい。本実施形態におけるエアロゲルパウダーは、後述の通りパウダー化するために粉砕を行っているため、通常、パウダーの形状は表面に凹凸のある不定形の形状となる。もちろん、球状等のパウダーでもよい。また、パネル状、フレーク状、繊維状であってもよい。パウダー形状は、SEMを用いてエアロゲルパウダーを直接観察することにより得ることができる。
[Powder shape]
The shape of the airgel powder of the present embodiment is not particularly limited, and may be various shapes. Since the airgel powder in the present embodiment is pulverized to be powdered as described later, the shape of the powder is usually an irregular shape with irregularities on the surface. Of course, a spherical powder or the like may be used. Moreover, panel shape, flake shape, and fiber shape may be sufficient. The powder shape can be obtained by directly observing the airgel powder using SEM.
[パウダーの平均粒子径]
本実施形態のエアロゲルパウダーの平均粒子径D50は1〜1000μmとすることができるが、3〜700μmであってもよく、又は5〜500μmであってもよい。エアロゲルパウダーの平均粒子径D50が1μm以上であることにより、分散性や取り扱い性に優れるエアロゲルパウダーが得易くなる。一方、平均粒子径D50が1000μm以下であることにより、分散性に優れるエアロゲルパウダーが得易くなる。パウダーの平均粒子径は、粉砕方法及び粉砕条件、ふるいや分級の仕方により適宜調整することができる。
[Average particle diameter of powder]
Although the average particle diameter D50 of the airgel powder of this embodiment can be 1-1000 micrometers, 3-700 micrometers may be sufficient, or 5-500 micrometers may be sufficient. When the average particle diameter D50 of the airgel powder is 1 μm or more, an airgel powder excellent in dispersibility and handleability is easily obtained. On the other hand, when the average particle diameter D50 is 1000 μm or less, an airgel powder excellent in dispersibility is easily obtained. The average particle diameter of the powder can be adjusted as appropriate depending on the pulverization method, pulverization conditions, sieving and classification.
パウダーの平均粒子径D50はレーザー回折・散乱法により測定することができる。例えば、溶媒(エタノール)に、エアロゲルパウダーを濃度0.05〜5質量%の範囲内で添加し、50Wの超音波ホモジナイザーで15〜30分振動することによって、パウダーを分散する。その後、分散液の約10mL程度をレーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置に注入して、25℃で、屈折率1.3、吸収0として粒子径を測定する。そして、この粒子径分布における積算値50%(体積基準)での粒径を平均粒子径D50とする。測定装置としては、例えばMicrotrac MT3000(日機装株式会社製、製品名)を用いることができる。 The average particle diameter D50 of the powder can be measured by a laser diffraction / scattering method. For example, the airgel powder is added to a solvent (ethanol) in a concentration range of 0.05 to 5% by mass, and the powder is dispersed by vibrating for 15 to 30 minutes with a 50 W ultrasonic homogenizer. Thereafter, about 10 mL of the dispersion is injected into a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus, and the particle size is measured at 25 ° C. with a refractive index of 1.3 and zero absorption. The particle size at an integrated value of 50% (volume basis) in this particle size distribution is defined as the average particle size D50. As a measuring device, for example, Microtrac MT3000 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., product name) can be used.
[パウダーの水との接触角]
エアロゲルパウダーとしては、エアロゲルパウダーからなる粉体層と水との接触角が90度以上のものを用いることができる。当該接触角は110度以上であってもよく、130度以上であってもよい。エアロゲルパウダーからなる粉体層と水との接触角が90度以上となるエアロゲルパウダーを用いることにより、分散媒除去後のエアロゲルパウダーが再び撥水性を示し、分散液による表面処理が容易となりやすい。
[Contact angle of powder with water]
As the airgel powder, those having a contact angle of 90 degrees or more between the powder layer made of airgel powder and water can be used. The contact angle may be 110 degrees or more, or 130 degrees or more. By using an airgel powder in which the contact angle between the powder layer made of airgel powder and water is 90 degrees or more, the airgel powder after removing the dispersion medium exhibits water repellency again, and surface treatment with the dispersion tends to be easy.
エアロゲルパウダーからなる粉体層と水との接触角は、θ/2法、接線法により測定することができる。例えば、粘着テープ上にエアロゲルパウダーを転写してエアロゲルパウダーの粉体層を形成し、その上に水滴を落とし、水滴と粉体層との接触角を、接触角計を用いて測定する。測定装置としては、例えばDMo−701(協和界面科学株式会社製、製品名)を用いることができる。 The contact angle between the powder layer made of airgel powder and water can be measured by the θ / 2 method or the tangential method. For example, the airgel powder is transferred onto an adhesive tape to form a powder layer of the airgel powder, a water droplet is dropped on the airgel powder, and the contact angle between the water droplet and the powder layer is measured using a contact angle meter. As a measuring device, for example, DMo-701 (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd., product name) can be used.
<エアロゲル成分の具体的態様>
本実施形態のエアロゲルパウダーは、シロキサン結合(Si−O−Si)を含む主鎖を有するポリシロキサンを含有することができる。エアロゲルは、構造単位として、下記M単位、D単位、T単位又はQ単位を有することができる。
The airgel powder of this embodiment can contain polysiloxane having a main chain including a siloxane bond (Si—O—Si). The airgel can have the following M unit, D unit, T unit or Q unit as a structural unit.
上記式中、Rは、ケイ素原子に結合している原子(水素原子等)又は原子団(アルキル基等)を示す。M単位は、ケイ素原子が1個の酸素原子と結合した一価の基からなる単位である。D単位は、ケイ素原子が2個の酸素原子と結合した二価の基からなる単位である。T単位は、ケイ素原子が3個の酸素原子と結合した三価の基からなる単位である。Q単位は、ケイ素原子が4個の酸素原子と結合した四価の基からなる単位である。これらの単位の含有量に関する情報は、Si−NMRにより得ることができる。 In the above formula, R represents an atom (hydrogen atom or the like) or an atomic group (alkyl group or the like) bonded to a silicon atom. The M unit is a unit composed of a monovalent group in which a silicon atom is bonded to one oxygen atom. The D unit is a unit composed of a divalent group in which a silicon atom is bonded to two oxygen atoms. The T unit is a unit composed of a trivalent group in which a silicon atom is bonded to three oxygen atoms. The Q unit is a unit composed of a tetravalent group in which a silicon atom is bonded to four oxygen atoms. Information on the content of these units can be obtained by Si-NMR.
本実施形態のエアロゲルパウダーにおけるエアロゲル成分としては、以下の態様が挙げられる。これらの態様を採用することにより、エアロゲルパウダーの柔軟性や分散性を所望の水準に制御することが容易となる。 The following aspects are mentioned as an airgel component in the airgel powder of this embodiment. By adopting these aspects, it becomes easy to control the flexibility and dispersibility of the airgel powder to a desired level.
(第一の態様)
本実施形態のエアロゲルパウダーは、下記一般式(1)で表される構造を有することができる。本実施形態のエアロゲル複合体パウダーは、式(1)で表される構造を含む構造として、下記一般式(1a)で表される構造を有することができる。
The airgel powder of this embodiment can have a structure represented by the following general formula (1). The airgel composite powder of the present embodiment can have a structure represented by the following general formula (1a) as a structure including the structure represented by the formula (1).
式(1)及び式(1a)中、R1及びR2はそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、R3及びR4はそれぞれ独立にアルキレン基を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。なお、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。pは1〜50の整数を示す。式(1a)中、2個以上のR1は各々同一であっても異なっていてもよく、同様に、2個以上のR2は各々同一であっても異なっていてもよい。式(1a)中、2個のR3は各々同一であっても異なっていてもよく、同様に、2個のR4は各々同一であっても異なっていてもよい。 In formula (1) and formula (1a), R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group or an aryl group, and R 3 and R 4 each independently represent an alkylene group. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. Examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. p shows the integer of 1-50. In formula (1a), two or more R 1 s may be the same or different, and similarly, two or more R 2 s may be the same or different. In formula (1a), two R 3 s may be the same or different, and similarly, two R 4 s may be the same or different.
上記式(1)又は式(1a)で表される構造をエアロゲル成分としてエアロゲルパウダーの骨格中に導入することにより、柔軟なエアロゲルパウダーとなる。このような観点から、式(1)及び式(1a)中、R1及びR2としてはそれぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキル基、フェニル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。また、式(1)及び式(1a)中、R3及びR4としては、それぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキレン基等が挙げられ、当該アルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。式(1a)中、pは2〜30とすることができ、5〜20であってもよい。 By introducing the structure represented by the above formula (1) or formula (1a) into the skeleton of the airgel powder as an airgel component, a flexible airgel powder is obtained. From such a viewpoint, in formula (1) and formula (1a), R 1 and R 2 each independently include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group, and the like. A methyl group etc. are mentioned. Moreover, in Formula (1) and Formula (1a), as R < 3 > and R < 4 >, a C1-C6 alkylene group etc. are mentioned each independently, As said alkylene group, ethylene group, a propylene group, etc. Is mentioned. In formula (1a), p can be set to 2 to 30, and may be 5 to 20.
(第二の態様)
本実施形態のエアロゲルパウダーは、支柱部及び橋かけ部を備えるラダー型構造を有し、かつ橋かけ部が下記一般式(2)で表される構造を有することができる。このようなラダー型構造をエアロゲル成分としてエアロゲルパウダーの骨格中に導入することにより、耐熱性と機械的強度を向上させることができる。なお、本実施形態において「ラダー型構造」とは、2本の支柱部(struts)と支柱部同士を連結する橋かけ部(bridges)とを有するもの(いわゆる「梯子」の形態を有するもの)である。本態様において、エアロゲル複合体の骨格がラダー型構造からなっていてもよいが、エアロゲルパウダーが部分的にラダー型構造を有していてもよい。
The airgel powder of this embodiment can have a ladder type structure provided with a support | pillar part and a bridge | bridging part, and a bridge | bridging part can have a structure represented by following General formula (2). By introducing such a ladder structure as an airgel component into the skeleton of the airgel powder, heat resistance and mechanical strength can be improved. In this embodiment, the “ladder structure” has two struts and bridges connecting the struts (having a so-called “ladder” form). It is. In this embodiment, the skeleton of the airgel composite may have a ladder structure, but the airgel powder may partially have a ladder structure.
式(2)中、R5及びR6はそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、bは1〜50の整数を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。また、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。なお、式(2)中、bが2以上の整数の場合、2個以上のR5は各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個以上のR6も各々同一であっても異なっていてもよい。 In formula (2), R 5 and R 6 each independently represent an alkyl group or an aryl group, and b represents an integer of 1 to 50. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. In addition, examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. In formula (2), when b is an integer of 2 or more, two or more R 5 s may be the same or different, and similarly two or more R 6 s are each the same. May be different.
上記の構造をエアロゲル成分としてエアロゲルパウダーの骨格中に導入することにより、例えば、従来のラダー型シルセスキオキサンに由来する構造を有する(すなわち、下記一般式(X)で表される構造を有する)エアロゲルよりも優れた柔軟性を有するエアロゲルパウダーとなる。シルセスキオキサンは、組成式:(RSiO1.5)nを有するポリシロキサンであり、カゴ型、ラダー型、ランダム型等の種々の骨格構造を有することができる。下記一般式(X)にて示すように、従来のラダー型シルセスキオキサンに由来する構造を有するエアロゲルでは、橋かけ部の構造が−O−(構造単位として上記T単位を有する)であるが、本実施形態のエアロゲルパウダーでは、橋かけ部の構造が上記一般式(2)で表される構造(ポリシロキサン構造)である。ただし、本態様のエアロゲル複合体パウダーは、一般式(2)で表される構造に加え、さらにシルセスキオキサンに由来する構造を有していてもよい。
式(X)中、Rはヒドロキシ基、アルキル基又はアリール基を示す。 In formula (X), R represents a hydroxy group, an alkyl group or an aryl group.
支柱部となる構造及びその鎖長、並びに橋かけ部となる構造の間隔は特に限定されないが、耐熱性と機械的強度とをより向上させるという観点から、ラダー型構造としては、下記一般式(3)で表されるラダー型構造を有していてもよい。
式(3)中、R5、R6、R7及びR8はそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、a及びcはそれぞれ独立に1〜3000の整数を示し、bは1〜50の整数を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。また、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。なお、式(3)中、bが2以上の整数の場合、2個以上のR5は各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個以上のR6も各々同一であっても異なっていてもよい。また、式(3)中、aが2以上の整数の場合、2個以上のR7は各々同一であっても異なっていてもよく、同様にcが2以上の整数の場合、2個以上のR8は各々同一であっても異なっていてもよい。 In formula (3), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represent an alkyl group or an aryl group, a and c each independently represent an integer of 1 to 3000, and b is 1 to 50 Indicates an integer. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. In addition, examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. In formula (3), when b is an integer of 2 or more, two or more R 5 s may be the same or different, and similarly two or more R 6 s are each the same. May be different. In Formula (3), when a is an integer of 2 or more, two or more R 7 s may be the same or different. Similarly, when c is an integer of 2 or more, 2 or more R 8 may be the same or different.
なお、より優れた柔軟性を得る観点から、式(2)及び(3)中、R5、R6、R7及びR8(ただし、R7及びR8は式(3)中のみ)としてはそれぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキル基、フェニル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。また、式(3)中、a及びcは、それぞれ独立に6〜2000とすることができるが、10〜1000であってもよい。また、式(2)及び(3)中、bは、2〜30とすることができるが、5〜20であってもよい。 From the viewpoint of obtaining more excellent flexibility, in formulas (2) and (3), R 5 , R 6 , R 7 and R 8 (however, R 7 and R 8 are only in formula (3)) Each independently includes an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group, and the like, and examples of the alkyl group include a methyl group. Moreover, in Formula (3), a and c can be independently 6-2000, but 10-1000 may be sufficient. Moreover, in formula (2) and (3), b can be 2-30, but 5-20 may be sufficient.
(第三の態様)
本実施形態のエアロゲルパウダーは、シリカ粒子と、(分子内に)加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物、及び、加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種と、を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルの乾燥物(ゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥して得られるもの:ゾル由来の湿潤ゲルの乾燥物)であってもよい。なお、これまで述べてきたエアロゲル複合体も、このように、シリカ粒子と、ケイ素化合物等を含有するゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥することで得られるものであってもよい。
(Third embodiment)
The airgel powder of the present embodiment is produced by hydrolysis of silica particles, a silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group (in the molecule), and a silicon compound having a hydrolyzable functional group. A dried product of a wet gel, which is a condensate of a sol containing at least one selected from the group consisting of a product (obtained by drying a wet gel generated from the sol: a dried product of a wet gel derived from a sol ). Note that the airgel composite described so far may also be obtained by drying a wet gel generated from a sol containing silica particles and a silicon compound.
加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物としては、後述のポリシロキサン化合物以外のケイ素化合物(シリコン化合物)を用いることができる。すなわち、上記ゾルは、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物(ポリシロキサン化合物を除く)、及び、加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種の化合物(以下、場合により「ケイ素化合物群」という)を含有することができる。ケイ素化合物における分子内のケイ素数は1又は2とすることができる。 As the silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group, a silicon compound (silicon compound) other than the polysiloxane compound described later can be used. That is, the sol is a group consisting of a hydrolyzable functional group or a silicon compound having a condensable functional group (excluding a polysiloxane compound) and a hydrolyzed product of the silicon compound having a hydrolyzable functional group. It may contain at least one compound selected from the following (hereinafter, sometimes referred to as “silicon compound group”). The number of silicon atoms in the molecule of the silicon compound can be 1 or 2.
加水分解性の官能基を有するケイ素化合物としては、特に限定されないが、例えば、アルキルケイ素アルコキシドが挙げられる。アルキルケイ素アルコキシドは、耐水性を向上する観点から、加水分解性の官能基の数を3個以下とすることができる。このようなアルキルケイ素アルコキシドとしては、モノアルキルトリアルコキシシラン、モノアルキルジアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、モノアルキルモノアルコキシシラン、ジアルキルモノアルコキシシラン、トリアルキルモノアルコキシシラン等が挙げられ、具体的には、メチルトリメトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。加水分解性の官能基としては、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as a silicon compound which has a hydrolyzable functional group, For example, an alkyl silicon alkoxide is mentioned. Alkyl silicon alkoxide can make the number of hydrolyzable functional groups 3 or less from the viewpoint of improving water resistance. Examples of such alkyl silicon alkoxides include monoalkyltrialkoxysilanes, monoalkyldialkoxysilanes, dialkyldialkoxysilanes, monoalkylmonoalkoxysilanes, dialkylmonoalkoxysilanes, and trialkylmonoalkoxysilanes. Examples thereof include methyltrimethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, and ethyltrimethoxysilane. Examples of the hydrolyzable functional group include alkoxy groups such as methoxy group and ethoxy group.
縮合性の官能基を有するケイ素化合物としては、特に限定されないが、例えば、シランテトラオール、メチルシラントリオール、ジメチルシランジオール、フェニルシラントリオール、フェニルメチルシランジオール、ジフェニルシランジオール、n−プロピルシラントリオール、ヘキシルシラントリオール、オクチルシラントリオール、デシルシラントリオール、トリフルオロプロピルシラントリオール等が挙げられる。 The silicon compound having a condensable functional group is not particularly limited. For example, silane tetraol, methyl silane triol, dimethyl silane diol, phenyl silane triol, phenyl methyl silane diol, diphenyl silane diol, n-propyl silane triol, Examples include hexyl silane triol, octyl silane triol, decyl silane triol, and trifluoropropyl silane triol.
加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物は、加水分解性の官能基及び縮合性の官能基とは異なる反応性基(加水分解性の官能基及び縮合性の官能基に該当しない官能基)を更に有していてもよい。反応性基としては、エポキシ基、メルカプト基、グリシドキシ基、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アミノ基等が挙げられる。エポキシ基は、グリシドキシ基等のエポキシ基含有基に含まれていてもよい。 A silicon compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group is a reactive group different from the hydrolyzable functional group and the condensable functional group (hydrolyzable functional group and condensable functional group). It may further have a functional group (not applicable). Examples of the reactive group include an epoxy group, a mercapto group, a glycidoxy group, a vinyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group, and an amino group. The epoxy group may be contained in an epoxy group-containing group such as a glycidoxy group.
加水分解性の官能基の数が3個以下であり、反応性基を有するケイ素化合物として、ビニルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等も用いることができる。 The number of hydrolyzable functional groups is 3 or less, and as a silicon compound having a reactive group, vinyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3 -Methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyl Trimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, and the like can also be used.
また、縮合性の官能基を有し、反応性基を有するケイ素化合物として、ビニルシラントリオール、3−グリシドキシプロピルシラントリオール、3−グリシドキシプロピルメチルシランジオール、3−メタクリロキシプロピルシラントリオール、3−メタクリロキシプロピルメチルシランジオール、3−アクリロキシプロピルシラントリオール、3−メルカプトプロピルシラントリオール、3−メルカプトプロピルメチルシランジオール、N−フェニル−3−アミノプロピルシラントリオール、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルシランジオール等も用いることができる。 Moreover, as a silicon compound having a condensable functional group and having a reactive group, vinylsilane triol, 3-glycidoxypropylsilanetriol, 3-glycidoxypropylmethylsilanediol, 3-methacryloxypropylsilanetriol, 3-methacryloxypropylmethylsilanediol, 3-acryloxypropylsilanetriol, 3-mercaptopropylsilanetriol, 3-mercaptopropylmethylsilanediol, N-phenyl-3-aminopropylsilanetriol, N-2- (aminoethyl) ) -3-Aminopropylmethylsilanediol and the like can also be used.
さらに、分子末端の加水分解性の官能基が3個以下のケイ素化合物であるビストリメトキシシリルメタン、ビストリメトキシシリルエタン、ビストリメトキシシリルヘキサン、エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等も用いることができる。 Further, bistrimethoxysilylmethane, bistrimethoxysilylethane, bistrimethoxysilylhexane, ethyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, etc., which are silicon compounds having a hydrolyzable functional group at the molecular end of 3 or less can also be used. .
加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物(ポリシロキサン化合物を除く)、及び、加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物は、単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 Hydrolyzable functional groups or silicon compounds having a condensable functional group (excluding polysiloxane compounds) and hydrolyzed products of silicon compounds having hydrolyzable functional groups may be used alone or in combination of two or more May be used in combination.
本実施形態のエアロゲルパウダーを作製するにあたり、ケイ素化合物は、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物を含むことができる。すなわち、上記のケイ素化合物を含有するゾルは、(分子内に)加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物、及び、加水分解性の官能基を有するポリシロキサン化合物の加水分解生成物からなる群より選択される少なくとも一種(以下、場合により「ポリシロキサン化合物群」という)をさらに含有することができる。 In producing the airgel powder of this embodiment, the silicon compound can contain a polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group. That is, the sol containing the above-described silicon compound is obtained by hydrolyzing a polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group (in the molecule) and a polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group. It may further contain at least one selected from the group consisting of decomposition products (hereinafter sometimes referred to as “polysiloxane compound group”).
ポリシロキサン化合物等における官能基は、特に限定されないが、同じ官能基同士で反応するか、あるいは他の官能基と反応する基とすることができる。加水分解性の官能基としては、例えば、アルコキシ基が挙げられる。縮合性の官能基としては、水酸基、シラノール基、カルボキシル基、フェノール性水酸基等が挙げられる。水酸基は、ヒドロキシアルキル基等の水酸基含有基に含まれていてもよい。なお、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物は、加水分解性の官能基及び縮合性の官能基とは異なる前述の反応性基(加水分解性の官能基及び縮合性の官能基に該当しない官能基)を更に有していてもよい。これらの官能基及び反応性基を有するポリシロキサン化合物は単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。これらの官能基及び反応性基のうち、例えば、エアロゲル複合体の柔軟性を向上する基としては、アルコキシ基、シラノール基、ヒドロキシアルキル基等が挙げられ、これらのうち、アルコキシ基及びヒドロキシアルキル基はゾルの相溶性をより向上することができる。また、ポリシロキサン化合物の反応性の向上の観点から、アルコキシ基及びヒドロキシアルキル基の炭素数は1〜6とすることができるが、エアロゲルパウダーの柔軟性をより向上する観点から2〜4であってもよい。 Although the functional group in a polysiloxane compound etc. is not specifically limited, It can be set as the group which reacts with the same functional group, or reacts with another functional group. Examples of the hydrolyzable functional group include an alkoxy group. Examples of the condensable functional group include a hydroxyl group, a silanol group, a carboxyl group, and a phenolic hydroxyl group. The hydroxyl group may be contained in a hydroxyl group-containing group such as a hydroxyalkyl group. In addition, the polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group is different from the above-mentioned reactive group (hydrolyzable functional group and condensation) different from the hydrolyzable functional group and the condensable functional group. May further have a functional group that does not correspond to a functional functional group). These polysiloxane compounds having a functional group and a reactive group may be used alone or in combination of two or more. Among these functional groups and reactive groups, examples of the group that improves the flexibility of the airgel composite include an alkoxy group, a silanol group, and a hydroxyalkyl group. Among these, an alkoxy group and a hydroxyalkyl group Can further improve the compatibility of the sol. Further, from the viewpoint of improving the reactivity of the polysiloxane compound, the number of carbon atoms of the alkoxy group and the hydroxyalkyl group can be 1 to 6, but 2 to 4 from the viewpoint of further improving the flexibility of the airgel powder. May be.
分子内にヒドロキシアルキル基を有するポリシロキサン化合物としては、例えば、下記一般式(A)で表される構造を有するものが挙げられる。下記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物を使用することにより、前記一般式(1)及び式(1a)で表される構造をエアロゲルパウダーの骨格中に導入することができる。
式(A)中、R1aはヒドロキシアルキル基を示し、R2aはアルキレン基を示し、R3a及びR4aはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、nは1〜50の整数を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。また、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。なお、式(A)中、2個のR1aは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個のR2aは各々同一であっても異なっていてもよい。また、式(A)中、2個以上のR3aは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個以上のR4aは各々同一であっても異なっていてもよい。 In formula (A), R 1a represents a hydroxyalkyl group, R 2a represents an alkylene group, R 3a and R 4a each independently represents an alkyl group or an aryl group, and n represents an integer of 1 to 50. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. In addition, examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. In the formula (A), two R 1a s may be the same or different, and similarly, two R 2a s may be the same or different. In the formula (A), two or more R 3a s may be the same or different, and similarly two or more R 4a s may be the same or different.
上記構造のポリシロキサン化合物を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルを用いることにより、柔軟なエアロゲルパウダーをさらに得易くなる。このような観点から、式(A)中、R1aとしては炭素数が1〜6のヒドロキシアルキル基等が挙げられ、当該ヒドロキシアルキル基としては、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。また、式(A)中、R2aとしては炭素数が1〜6のアルキレン基等が挙げられ、当該アルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基等が挙げられる。また、式(A)中、R3a及びR4aとしてはそれぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキル基、フェニル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。また、式(A)中、nは2〜30とすることができるが、5〜20であってもよい。 By using a wet gel which is a condensate of a sol containing the polysiloxane compound having the above structure, a flexible airgel powder can be obtained more easily. From such a viewpoint, in formula (A), R 1a includes a hydroxyalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the hydroxyalkyl group include a hydroxyethyl group and a hydroxypropyl group. In formula (A), R 2a includes an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the alkylene group include an ethylene group and a propylene group. In formula (A), R 3a and R 4a each independently include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group, and the like, and examples of the alkyl group include a methyl group. Moreover, in formula (A), n can be 2-30, but 5-20 may be sufficient.
上記一般式(A)で表される構造を有するポリシロキサン化合物としては、市販品を用いることができ、X−22−160AS、KF−6001、KF−6002、KF−6003等の化合物(いずれも、信越化学工業株式会社製)、XF42−B0970、Fluid OFOH 702−4%等の化合物(いずれも、モメンティブ社製)等が挙げられる。 As the polysiloxane compound having the structure represented by the general formula (A), a commercially available product can be used, and compounds such as X-22-160AS, KF-6001, KF-6002, KF-6003, etc. , Manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), compounds such as XF42-B0970, Fluid OFOH 702-4% (all manufactured by Momentive).
アルコキシ基を有するポリシロキサン化合物としては、例えば、下記一般式(B)で表される構造を有するものが挙げられる。下記一般式(B)で表される構造を有するポリシロキサン化合物を使用することにより、前記一般式(2)で表される橋かけ部を有するラダー型構造をエアロゲルパウダーの骨格中に導入することができる。
式(B)中、R1bはアルキル基、アルコキシ基又はアリール基を示し、R2b及びR3bはそれぞれ独立にアルコキシ基を示し、R4b及びR5bはそれぞれ独立にアルキル基又はアリール基を示し、mは1〜50の整数を示す。ここで、アリール基としては、フェニル基、置換フェニル基等が挙げられる。また、置換フェニル基の置換基としては、アルキル基、ビニル基、メルカプト基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。なお、式(B)中、2個のR1bは各々同一であっても異なっていてもよく、2個のR2bは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個のR3bは各々同一であっても異なっていてもよい。また、式(B)中、mが2以上の整数の場合、2個以上のR4bは各々同一であっても異なっていてもよく、同様に2個以上のR5bも各々同一であっても異なっていてもよい。 In formula (B), R 1b represents an alkyl group, an alkoxy group or an aryl group, R 2b and R 3b each independently represent an alkoxy group, and R 4b and R 5b each independently represent an alkyl group or an aryl group. , M represents an integer of 1-50. Here, examples of the aryl group include a phenyl group and a substituted phenyl group. In addition, examples of the substituent of the substituted phenyl group include an alkyl group, a vinyl group, a mercapto group, an amino group, a nitro group, and a cyano group. In the formula (B), two R 1b s may be the same or different from each other, and two R 2b s may be the same or different from each other, and similarly two R 1b s. 3b may be the same or different. In the formula (B), when m is an integer of 2 or more, two or more R 4b s may be the same or different, and similarly two or more R 5b s are each the same. May be different.
上記構造のポリシロキサン化合物又はその加水分解生成物を含有するゾルの縮合物である湿潤ゲルを用いることにより、柔軟なエアロゲルパウダーをさらに得易くなる。このような観点から、式(B)中、R1bとしては、炭素数が1〜6のアルキル基、炭素数が1〜6のアルコキシ基等が挙げられ、当該アルキル基又はアルコキシ基としては、メチル基、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。また、式(B)中、R2b及びR3bとしては、それぞれ独立に炭素数が1〜6のアルコキシ基等が挙げられ、当該アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。また、式(B)中、R4b及びR5bとしては、それぞれ独立に炭素数が1〜6のアルキル基、フェニル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。また、式(B)中、mは2〜30とすることができるが、5〜20であってもよい。 By using a wet gel that is a condensate of a sol containing the polysiloxane compound having the above structure or a hydrolysis product thereof, a flexible airgel powder can be obtained more easily. From such a viewpoint, in formula (B), as R 1b , an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and the like can be given. As the alkyl group or alkoxy group, A methyl group, a methoxy group, an ethoxy group, etc. are mentioned. In formula (B), R 2b and R 3b each independently include an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the alkoxy group include a methoxy group and an ethoxy group. Moreover, in Formula (B), as R <4b> and R <5b >, a C1-C6 alkyl group, a phenyl group, etc. are mentioned each independently, A methyl group etc. are mentioned as the said alkyl group. Moreover, in formula (B), m can be 2 to 30, but may be 5 to 20.
上記一般式(B)で表される構造を有するポリシロキサン化合物は、例えば、特開2000−26609号公報、特開2012−233110号公報等にて報告される製造方法を適宜参照して得ることができる。 The polysiloxane compound having the structure represented by the general formula (B) can be obtained by appropriately referring to the production methods reported in, for example, JP-A Nos. 2000-26609 and 2012-233110. Can do.
なお、アルコキシ基は加水分解するため、アルコキシ基を有するポリシロキサン化合物はゾル中にて加水分解生成物として存在する可能性があり、アルコキシ基を有するポリシロキサン化合物とその加水分解生成物とは混在していてもよい。また、アルコキシ基を有するポリシロキサン化合物において、分子中のアルコキシ基の全てが加水分解されていてもよいし、部分的に加水分解されていてもよい。 In addition, since the alkoxy group is hydrolyzed, the polysiloxane compound having an alkoxy group may exist as a hydrolysis product in the sol, and the polysiloxane compound having an alkoxy group and the hydrolysis product are mixed. You may do it. In the polysiloxane compound having an alkoxy group, all of the alkoxy groups in the molecule may be hydrolyzed or partially hydrolyzed.
これら、加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物、及び、加水分解性の官能基を有するポリシロキサン化合物の加水分解生成物は、単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 These polysiloxane compounds having hydrolyzable functional groups or condensable functional groups, and the hydrolysis products of polysiloxane compounds having hydrolyzable functional groups may be used alone or in combination of two or more. May be used.
上記ゾルに含まれるケイ素化合物群の含有量(加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するケイ素化合物の含有量、及び、加水分解性の官能基を有するケイ素化合物の加水分解生成物の含有量の総和)は、ゾルの総量100質量部に対し、5〜50質量部とすることができるが、10〜30質量部であってもよい。5質量部以上にすることにより良好な反応性を得易くなり、また、50質量部以下にすることにより良好な相溶性を得易くなる。 Content of silicon compound group contained in the sol (content of silicon compound having hydrolyzable functional group or condensable functional group, and hydrolysis product of silicon compound having hydrolyzable functional group) The total content) can be 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the sol, but may be 10 to 30 parts by mass. By making it 5 parts by mass or more, it becomes easy to obtain good reactivity, and by making it 50 parts by mass or less, it becomes easy to obtain good compatibility.
また、上記ゾルが、ポリシロキサン化合物をさらに含有する場合、ケイ素化合物群の含有量及びポリシロキサン化合物群の含有量(加水分解性の官能基又は縮合性の官能基を有するポリシロキサン化合物の含有量、及び、加水分解性の官能基を有するポリシロキサン化合物の加水分解生成物の含有量の総和)の総和は、ゾルの総量100質量部に対し、5〜50質量部とすることができるが、10〜30質量部であってもよい。含有量の総和を5質量部以上にすることにより良好な反応性をさらに得易くなり、また、50質量部以下にすることにより良好な相溶性をさらに得易くなる。この際、ケイ素化合物群の含有量とポリシロキサン化合物群の含有量との比は、0.5:1〜4:1とすることができるが、1:1〜2:1であってもよい。これらの化合物の含有量の比を0.5:1以上とすることにより良好な相溶性をさらに得易くなり、また、4:1以下とすることによりゲルの収縮をさらに抑制し易くなる。 Further, when the sol further contains a polysiloxane compound, the content of the silicon compound group and the content of the polysiloxane compound group (content of the polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group or a condensable functional group) , And the total of the hydrolysis product content of the polysiloxane compound having a hydrolyzable functional group) can be 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the sol, 10-30 mass parts may be sufficient. When the total content is 5 parts by mass or more, good reactivity is further easily obtained, and when it is 50 parts by mass or less, good compatibility is further easily obtained. At this time, the ratio of the content of the silicon compound group and the content of the polysiloxane compound group may be 0.5: 1 to 4: 1, but may be 1: 1 to 2: 1. . When the ratio of the content of these compounds is 0.5: 1 or more, good compatibility is further easily obtained, and when the ratio is 4: 1 or less, gel shrinkage is further easily suppressed.
上記ゾルに含まれるシリカ粒子の含有量は、ゾルの総量100質量部に対し、1〜20質量部とすることができるが、4〜15質量部であってもよい。含有量を1〜20質量部にすることにより適度な強度をエアロゲルに付与し易くなり、乾燥時の耐収縮性に優れるエアロゲルパウダーが得易くなる。 Although content of the silica particle contained in the said sol can be 1-20 mass parts with respect to 100 mass parts of total amounts of sol, 4-15 mass parts may be sufficient. By setting the content to 1 to 20 parts by mass, it becomes easy to impart an appropriate strength to the airgel, and it becomes easy to obtain an airgel powder having excellent shrinkage resistance during drying.
(その他の態様)
本実施形態のエアロゲルパウダーは、下記一般式(4)で表される構造を有することができる。本実施形態のエアロゲル複合体パウダーは、シリカ粒子を含有すると共に、下記一般式(4)で表される構造を有することができる。
The airgel powder of the present embodiment can have a structure represented by the following general formula (4). The airgel composite powder of the present embodiment contains silica particles and can have a structure represented by the following general formula (4).
式(4)中、R9はアルキル基を示す。ここで、アルキル基としては炭素数が1〜6のアルキル基等が挙げられ、当該アルキル基としてはメチル基等が挙げられる。 In formula (4), R 9 represents an alkyl group. Here, examples of the alkyl group include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and examples of the alkyl group include a methyl group.
本実施形態のエアロゲルパウダーは、下記一般式(5)で表される構造を有することができる。本実施形態のエアロゲル複合体パウダーは、シリカ粒子を含有すると共に、下記一般式(5)で表される構造を有することができる。
式(5)中、R10及びR11はそれぞれ独立にアルキル基を示す。ここで、アルキル基としては、炭素数が1〜6のアルキル基等が挙げられ、当該アルキル基としては、メチル基等が挙げられる。 In formula (5), R 10 and R 11 each independently represent an alkyl group. Here, as an alkyl group, a C1-C6 alkyl group etc. are mentioned, A methyl group etc. are mentioned as the said alkyl group.
本実施形態のエアロゲルパウダーは、下記一般式(6)で表される構造を有することができる。本実施形態のエアロゲル複合体パウダーは、シリカ粒子を含有すると共に、下記一般式(6)で表される構造を有することができる。
式(6)中、R12はアルキレン基を示す。ここで、アルキレン基としては、炭素数が1〜10のアルキレン基等が挙げられ、当該アルキレン基としては、エチレン基、ヘキシレン基等が挙げられる。 In the formula (6), R 12 represents an alkylene group. Here, examples of the alkylene group include an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and examples of the alkylene group include an ethylene group and a hexylene group.
<エアロゲルパウダーの製造方法>
次に、エアロゲルパウダーの製造方法について説明する。エアロゲルパウダーの製造方法は、特に限定されないが、例えば以下の方法により製造することができる。
<Method for producing airgel powder>
Next, the manufacturing method of airgel powder is demonstrated. Although the manufacturing method of airgel powder is not specifically limited, For example, it can manufacture with the following method.
すなわち、本実施形態のエアロゲルパウダーは、ゾル生成工程と、ゾル生成工程で得られたゾルをゲル化し、その後熟成して湿潤ゲルを得る湿潤ゲル生成工程と、湿潤ゲル生成工程で得られた湿潤ゲルを洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換する洗浄及び溶媒置換工程と、洗浄及び溶媒置換した湿潤ゲルを乾燥する乾燥工程と、乾燥により得られたエアロゲルブロックを粉砕するブロック粉砕工程とを主に備える製造方法により製造することができる。 That is, the airgel powder of the present embodiment includes a sol production step, a wet gel production step in which the sol obtained in the sol production step is gelled and then aged to obtain a wet gel, and the wet gel obtained in the wet gel production step. The washing and solvent substitution steps for washing the gel and solvent replacement (if necessary), the drying step for drying the wet gel after washing and solvent substitution, and the block crushing step for crushing the airgel block obtained by drying mainly It can manufacture with the manufacturing method provided.
また、ゾル生成工程と、前記湿潤ゲル生成工程と、湿潤ゲル生成工程で得られた湿潤ゲルを粉砕する湿潤ゲル粉砕工程と、前記洗浄及び溶媒置換工程と、前記乾燥工程とを主に備える製造方法により製造してもよい。 In addition, the manufacturing mainly includes a sol generation step, the wet gel generation step, a wet gel pulverization step for pulverizing the wet gel obtained in the wet gel generation step, the washing and solvent replacement step, and the drying step. You may manufacture by the method.
得られたエアロゲルパウダーは、ふるいや分級等によって大きさをさらに揃えることができる。パウダーの大きさが整うと、取り扱い性を高めることができる。なお、「ゾル」とは、ゲル化反応が生じる前の状態であって、本実施形態においては上記ケイ素化合物群と、場合によりポリシロキサン化合物群と、シリカ粒子とが溶媒中に溶解若しくは分散している状態を意味する。また、湿潤ゲルとは、液体媒体を含んでいながらも、流動性を有しない湿潤状態のゲル固形物を意味する。 The obtained airgel powder can be further arranged in size by sieving or classification. When the size of the powder is adjusted, the handleability can be improved. The “sol” is a state before the gelation reaction occurs, and in the present embodiment, the silicon compound group, and in some cases, the polysiloxane compound group, and silica particles are dissolved or dispersed in a solvent. Means the state. The wet gel means a gel solid in a wet state that contains a liquid medium but does not have fluidity.
以下、本実施形態のエアロゲルパウダーの製造方法の各工程について説明する。 Hereinafter, each process of the manufacturing method of the airgel powder of this embodiment is demonstrated.
(ゾル生成工程)
ゾル生成工程は、上述のケイ素化合物と、場合によりポリシロキサン化合物と、シリカ粒子又はシリカ粒子を含む溶媒とを混合し、加水分解させてゾルを生成する工程である。本工程においては、加水分解反応を促進させるため、溶媒中にさらに酸触媒を添加してもよい。また、特許第5250900号公報に示されるように、溶媒中に界面活性剤、熱加水分解性化合物等を添加することもできる。さらに、光学的特性、熱的特性を付与する目的で、溶媒中にカーボングラファイト、アルミニウム化合物、マグネシウム化合物、銀化合物、チタン化合物等の成分を添加してもよい。
(Sol generation process)
A sol production | generation process is a process which mixes the above-mentioned silicon compound, the polysiloxane compound by the case, and the solvent containing a silica particle or a silica particle, and hydrolyzes it, and produces | generates a sol. In this step, an acid catalyst may be further added to the solvent in order to promote the hydrolysis reaction. Further, as disclosed in Japanese Patent No. 5250900, a surfactant, a thermohydrolyzable compound, or the like can be added to the solvent. Furthermore, components such as carbon graphite, an aluminum compound, a magnesium compound, a silver compound, and a titanium compound may be added to the solvent for the purpose of imparting optical characteristics and thermal characteristics.
溶媒としては、例えば、水、又は、水及びアルコール類の混合液を用いることができる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール等が挙げられる。これらの中でも、ゲル壁との界面張力を低減させる点で、表面張力が低くかつ沸点の低いアルコールとしては、メタノール、エタノール、2−プロパノール等が挙げられる。これらは単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 As the solvent, for example, water or a mixed solution of water and alcohols can be used. Examples of alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, 2-butanol, and t-butanol. Among these, methanol, ethanol, 2-propanol etc. are mentioned as alcohol with a low surface tension and a low boiling point at the point which reduces the interfacial tension with a gel wall. You may use these individually or in mixture of 2 or more types.
例えば溶媒としてアルコール類を用いる場合、アルコール類の量は、ケイ素化合物群及びポリシロキサン化合物群の総量1モルに対し、4〜8モルとすることができるが、4〜6.5であってもよく、又は4.5〜6モルであってもよい。アルコール類の量を4モル以上にすることにより良好な相溶性をさらに得易くなり、また、8モル以下にすることによりゲルの収縮をさらに抑制し易くなる。 For example, when alcohol is used as the solvent, the amount of alcohol can be 4 to 8 moles with respect to 1 mole of the total amount of the silicon compound group and the polysiloxane compound group, but it is 4 to 6.5. It may be 4.5 to 6 mol. By making the amount of alcohols 4 mol or more, it becomes easier to obtain good compatibility, and by making it 8 mol or less, it becomes easier to suppress gel shrinkage.
酸触媒としては、フッ酸、塩酸、硝酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、臭素酸、塩素酸、亜塩素酸、次亜塩素酸等の無機酸類;酸性リン酸アルミニウム、酸性リン酸マグネシウム、酸性リン酸亜鉛等の酸性リン酸塩類;酢酸、ギ酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、アジピン酸、アゼライン酸等の有機カルボン酸類等が挙げられる。これらの中でも、得られるエアロゲル複合体の耐水性をより向上する酸触媒としては有機カルボン酸類が挙げられる。当該有機カルボン酸類としては酢酸が挙げられるが、ギ酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸等であってもよい。これらは単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 Examples of the acid catalyst include hydrofluoric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, sulfurous acid, phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, bromic acid, chloric acid, chlorous acid, hypochlorous acid, and other inorganic acids; acidic phosphoric acid Acidic phosphates such as aluminum, acidic magnesium phosphate and acidic zinc phosphate; organic carboxylic acids such as acetic acid, formic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, citric acid, malic acid, adipic acid and azelaic acid Etc. Among these, an organic carboxylic acid is mentioned as an acid catalyst which improves the water resistance of the airgel composite obtained more. Examples of the organic carboxylic acids include acetic acid, but may be formic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid and the like. You may use these individually or in mixture of 2 or more types.
酸触媒を用いることで、ケイ素化合物及びポリシロキサン化合物の加水分解反応を促進させて、より短時間でゾルを得ることができる。 By using an acid catalyst, the hydrolysis reaction of the silicon compound and the polysiloxane compound is promoted, and a sol can be obtained in a shorter time.
酸触媒の添加量は、ケイ素化合物群及びポリシロキサン化合物群の総量100質量部に対し、0.001〜0.1質量部とすることができる。 The addition amount of an acid catalyst can be 0.001-0.1 mass part with respect to 100 mass parts of total amounts of a silicon compound group and a polysiloxane compound group.
界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤等を用いることができる。これらは単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 As the surfactant, a nonionic surfactant, an ionic surfactant, or the like can be used. You may use these individually or in mixture of 2 or more types.
非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレン等の親水部と主にアルキル基からなる疎水部とを含む化合物、ポリオキシプロピレン等の親水部を含む化合物等を使用できる。ポリオキシエチレン等の親水部と主にアルキル基からなる疎水部とを含む化合物としては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等が挙げられる。ポリオキシプロピレン等の親水部を含む化合物としては、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンのブロック共重合体等が挙げられる。 As the nonionic surfactant, for example, a compound containing a hydrophilic part such as polyoxyethylene and a hydrophobic part mainly composed of an alkyl group, a compound containing a hydrophilic part such as polyoxypropylene, and the like can be used. Examples of the compound containing a hydrophilic part such as polyoxyethylene and a hydrophobic part mainly composed of an alkyl group include polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene alkyl ether and the like. Examples of the compound having a hydrophilic portion such as polyoxypropylene include polyoxypropylene alkyl ether, a block copolymer of polyoxyethylene and polyoxypropylene, and the like.
イオン性界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両イオン性界面活性剤等が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、臭化セチルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム等が挙げられ、アニオン性界面活性剤としては、ドデシルスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。また、両イオン性界面活性剤としては、アミノ酸系界面活性剤、ベタイン系界面活性剤、アミンオキシド系界面活性剤等が挙げられる。アミノ酸系界面活性剤としては、例えば、アシルグルタミン酸等が挙げられる。ベタイン系界面活性剤としては、例えば、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン等が挙げられる。アミンオキシド系界面活性剤としては、例えばラウリルジメチルアミンオキシドが挙げられる。 Examples of the ionic surfactant include a cationic surfactant, an anionic surfactant, and an amphoteric surfactant. Examples of the cationic surfactant include cetyltrimethylammonium bromide and cetyltrimethylammonium chloride, and examples of the anionic surfactant include sodium dodecylsulfonate. Examples of amphoteric surfactants include amino acid surfactants, betaine surfactants, amine oxide surfactants, and the like. Examples of amino acid surfactants include acyl glutamic acid. Examples of betaine surfactants include lauryldimethylaminoacetic acid betaine, stearyldimethylaminoacetic acid betaine, and the like. Examples of the amine oxide surfactant include lauryl dimethylamine oxide.
これらの界面活性剤は、後述する湿潤ゲル生成工程において、反応系中の溶媒と、成長していくシロキサン重合体との間の化学的親和性の差異を小さくし、相分離を抑制する作用をすると考えられている。 These surfactants have the effect of reducing the difference in chemical affinity between the solvent in the reaction system and the growing siloxane polymer and suppressing phase separation in the wet gel formation process described later. It is considered to be.
界面活性剤の添加量は、界面活性剤の種類、あるいはケイ素化合物群及びポリシロキサン化合物群の種類並びに量にも左右されるが、例えばケイ素化合物群及びポリシロキサン化合物群の総量100質量部に対し、1〜100質量部とすることができる。なお、同添加量は5〜60質量部であってもよい。 The addition amount of the surfactant depends on the kind of the surfactant, or the kind and amount of the silicon compound group and the polysiloxane compound group. For example, the total amount of the silicon compound group and the polysiloxane compound group is 100 parts by mass. 1 to 100 parts by mass. In addition, 5-60 mass parts may be sufficient as the addition amount.
熱加水分解性化合物は、熱加水分解により塩基触媒を発生して、反応溶液を塩基性とし、後述する湿潤ゲル生成工程でのゾルゲル反応を促進すると考えられている。よって、この熱加水分解性化合物としては、加水分解後に反応溶液を塩基性にできる化合物であれば、特に限定されず、尿素;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の酸アミド;ヘキサメチレンテトラミン等の環状窒素化合物等を挙げることができる。
これらの中でも、特に尿素は上記促進効果を得られ易い。
The thermohydrolyzable compound is considered to generate a base catalyst by thermal hydrolysis to make the reaction solution basic, and to promote the sol-gel reaction in the wet gel generation process described later. Therefore, the thermohydrolyzable compound is not particularly limited as long as it is a compound that can make the reaction solution basic after hydrolysis. Urea; formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N -Acid amides such as methylacetamide and N, N-dimethylacetamide; cyclic nitrogen compounds such as hexamethylenetetramine and the like.
Among these, urea is particularly easy to obtain the above-mentioned promoting effect.
熱加水分解性化合物の添加量は、後述する湿潤ゲル生成工程でのゾルゲル反応を十分に促進することができる量であれば、特に限定されない。例えば、熱加水分解性化合物として尿素を用いた場合、その添加量は、ケイ素化合物群及びポリシロキサン化合物群の総量100質量部に対して、1〜200質量部とすることができる。なお、同添加量は2〜150質量部であってもよい。添加量を1質量部以上とすることにより、良好な反応性をさらに得易くなり、また、200質量部以下とすることにより、結晶の析出及びゲル密度の低下をさらに抑制し易くなる。 The amount of the thermally hydrolyzable compound added is not particularly limited as long as it is an amount that can sufficiently promote the sol-gel reaction in the wet gel generation step described later. For example, when urea is used as the thermally hydrolyzable compound, the amount added can be 1 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass as the total amount of the silicon compound group and the polysiloxane compound group. The added amount may be 2 to 150 parts by mass. By making the addition amount 1 mass part or more, it becomes easier to obtain good reactivity, and by making it 200 mass parts or less, it becomes easier to further suppress the precipitation of crystals and the decrease in gel density.
ゾル生成工程の加水分解は、混合液中のケイ素化合物、ポリシロキサン化合物、シリカ粒子、酸触媒、界面活性剤等の種類及び量にも左右されるが、例えば20〜60℃の温度環境下で10分〜24時間行ってもよく、50〜60℃の温度環境下で5分〜8時間行ってもよい。これにより、ケイ素化合物及びポリシロキサン化合物中の加水分解性官能基が十分に加水分解され、ケイ素化合物の加水分解生成物及びポリシロキサン化合物の加水分解生成物をより確実に得ることができる。 Hydrolysis in the sol production step depends on the type and amount of silicon compound, polysiloxane compound, silica particles, acid catalyst, surfactant, etc. in the mixed solution, but in a temperature environment of 20 to 60 ° C., for example. It may be performed for 10 minutes to 24 hours, and may be performed in a temperature environment of 50 to 60 ° C. for 5 minutes to 8 hours. Thereby, the hydrolyzable functional group in a silicon compound and a polysiloxane compound is fully hydrolyzed, and the hydrolysis product of a silicon compound and the hydrolysis product of a polysiloxane compound can be obtained more reliably.
ただし、溶媒中に熱加水分解性化合物を添加する場合は、ゾル生成工程の温度環境を、熱加水分解性化合物の加水分解を抑制してゾルのゲル化を抑制する温度に調節してもよい。この時の温度は、熱加水分解性化合物の加水分解を抑制できる温度であれば、いずれの温度であってもよい。例えば、熱加水分解性化合物として尿素を用いた場合は、ゾル生成工程の温度環境は0〜40℃とすることができるが、10〜30℃であってもよい。 However, when a thermohydrolyzable compound is added to the solvent, the temperature environment of the sol generation step may be adjusted to a temperature that suppresses hydrolysis of the thermohydrolyzable compound and suppresses gelation of the sol. . The temperature at this time may be any temperature as long as the hydrolysis of the thermally hydrolyzable compound can be suppressed. For example, when urea is used as the thermohydrolyzable compound, the temperature environment of the sol generation step can be 0 to 40 ° C, but may be 10 to 30 ° C.
(湿潤ゲル生成工程)
湿潤ゲル生成工程は、ゾル生成工程で得られたゾルをゲル化し、その後熟成して湿潤ゲルを得る工程である。本工程では、ゲル化を促進させるため塩基触媒を用いることができる。
(Wet gel production process)
The wet gel generation step is a step in which the sol obtained in the sol generation step is gelled and then aged to obtain a wet gel. In this step, a base catalyst can be used to promote gelation.
塩基触媒としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ炭酸塩;炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ炭酸水素塩;水酸化アンモニウム、フッ化アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム等のアンモニウム化合物;メタ燐酸ナトリウム、ピロ燐酸ナトリウム、ポリ燐酸ナトリウム等の塩基性燐酸ナトリウム塩;アリルアミン、ジアリルアミン、トリアリルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、3−エトキシプロピルアミン、ジイソブチルアミン、3−(ジエチルアミノ)プロピルアミン、ジ−2−エチルヘキシルアミン、3−(ジブチルアミノ)プロピルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、t−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、プロピルアミン、3−(メチルアミノ)プロピルアミン、3−(ジメチルアミノ)プロピルアミン、3−メトキシアミン、ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の脂肪族アミン類;モルホリン、N−メチルモルホリン、2−メチルモルホリン、ピペラジン及びその誘導体、ピペリジン及びその誘導体、イミダゾール及びその誘導体等の含窒素複素環状化合物類等が挙げられる。これらの中でも、水酸化アンモニウム(アンモニア水)は、揮発性が高く、乾燥後のエアロゲルパウダー中に残存し難いため耐水性を損い難いという点、さらには経済性の点で優れている。上記の塩基触媒は単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 Base catalysts include alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and cesium hydroxide; alkali carbonates such as sodium carbonate and potassium carbonate; alkaline carbonates such as sodium bicarbonate and potassium bicarbonate Ammonium compounds such as ammonium hydroxide, ammonium fluoride, ammonium chloride, and ammonium bromide; basic sodium phosphate salts such as sodium metaphosphate, sodium pyrophosphate, and sodium polyphosphate; allylamine, diallylamine, triallylamine, isopropylamine , Diisopropylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, 2-ethylhexylamine, 3-ethoxypropylamine, diisobutylamine, 3- (diethylamino) propylamine, di-2-ethylhe Silamine, 3- (dibutylamino) propylamine, tetramethylethylenediamine, t-butylamine, sec-butylamine, propylamine, 3- (methylamino) propylamine, 3- (dimethylamino) propylamine, 3-methoxyamine, dimethyl Aliphatic amines such as ethanolamine, methyldiethanolamine, diethanolamine, triethanolamine; nitrogen-containing heterocyclic rings such as morpholine, N-methylmorpholine, 2-methylmorpholine, piperazine and derivatives thereof, piperidine and derivatives thereof, imidazole and derivatives thereof Examples thereof include compounds. Among these, ammonium hydroxide (ammonia water) is excellent in that it has high volatility and does not easily remain in the airgel powder after drying, so that water resistance is not easily lost, and further, it is economical. You may use said base catalyst individually or in mixture of 2 or more types.
塩基触媒を用いることで、ゾル中のケイ素化合物、ポリシロキサン化合物、及びシリカ粒子の、脱水縮合反応又は脱アルコール縮合反応を促進することができ、ゾルのゲル化をより短時間で行うことができる。また、これにより、強度(剛性)のより高い湿潤ゲルを得ることができる。 By using a base catalyst, the dehydration condensation reaction or dealcoholization condensation reaction of the silicon compound, polysiloxane compound, and silica particles in the sol can be promoted, and the sol can be gelled in a shorter time. . Thereby, a wet gel with higher strength (rigidity) can be obtained.
塩基触媒の添加量は、ケイ素化合物群及びポリシロキサン化合物群の総量100質量部に対し、0.5〜5質量部とすることができるが、1〜4質量部であってもよい。0.5質量部以上とすることにより、ゲル化をより短時間で行うことができ、5質量部以下とすることにより、耐水性の低下をより抑制することができる。 Although the addition amount of a base catalyst can be 0.5-5 mass parts with respect to 100 mass parts of total amounts of a silicon compound group and a polysiloxane compound group, 1-4 mass parts may be sufficient. By setting it as 0.5 mass part or more, gelatinization can be performed in a short time, and a water resistance fall can be suppressed more by setting it as 5 mass part or less.
湿潤ゲル生成工程におけるゾルのゲル化は、溶媒及び塩基触媒が揮発しないように密閉容器内で行ってもよい。ゲル化温度は、30〜90℃とすることができるが、40〜80℃であってもよい。ゲル化温度を30℃以上とすることにより、ゲル化をより短時間に行うことができ、強度(剛性)のより高い湿潤ゲルを得ることができる。また、ゲル化温度を90℃以下にすることにより、溶媒(特にアルコール類)の揮発を抑制し易くなるため、体積収縮を抑えながらゲル化することができる。 The gelation of the sol in the wet gel generation step may be performed in a sealed container so that the solvent and the base catalyst do not volatilize. The gelation temperature can be 30-90 ° C, but it may be 40-80 ° C. By setting the gelation temperature to 30 ° C. or higher, gelation can be performed in a shorter time, and a wet gel with higher strength (rigidity) can be obtained. Moreover, since it becomes easy to suppress volatilization of a solvent (especially alcohol) by making gelation temperature into 90 degrees C or less, it can gelatinize, suppressing volume shrinkage.
湿潤ゲル生成工程における熟成は、溶媒及び塩基触媒が揮発しないように密閉容器内で行ってもよい。熟成により、湿潤ゲルを構成する成分の結合が強くなり、その結果、乾燥時の収縮を抑制するのに十分な強度(剛性)の高い湿潤ゲルを得ることができる。熟成温度は、30〜90℃とすることができるが、40〜80℃であってもよい。熟成温度を30℃以上とすることにより、強度(剛性)のより高い湿潤ゲルを得ることができ、熟成温度を90℃以下にすることにより、溶媒(特にアルコール類)の揮発を抑制し易くなるため、体積収縮を抑えながらゲル化することができる。 The aging in the wet gel generation step may be performed in a sealed container so that the solvent and the base catalyst do not volatilize. By aging, the components of the wet gel are strongly bonded, and as a result, a wet gel having a high strength (rigidity) sufficient to suppress shrinkage during drying can be obtained. The aging temperature can be 30 to 90 ° C, but it may be 40 to 80 ° C. By setting the aging temperature to 30 ° C. or higher, a wet gel with higher strength (rigidity) can be obtained, and by setting the aging temperature to 90 ° C. or lower, volatilization of the solvent (especially alcohols) can be easily suppressed. Therefore, it can be gelled while suppressing volume shrinkage.
なお、ゾルのゲル化終了時点を判別することは困難な場合が多いため、ゾルのゲル化とその後の熟成とは、連続して一連の操作で行ってもよい。 Since it is often difficult to determine the sol gelation end point, sol gelation and subsequent aging may be performed in a series of operations.
ゲル化時間と熟成時間は、ゲル化温度及び熟成温度により異なるが、本実施形態においてはゾル中にシリカ粒子が含まれていることから、従来のエアロゲルの製造方法と比較して特にゲル化時間を短縮することができる。この理由は、ゾル中のケイ素化合物、ポリシロキサン化合物等が有するシラノール基又は反応性基が、シリカ粒子のシラノール基と水素結合又は化学結合を形成するためであると推察する。なお、ゲル化時間は10〜120分間とすることができるが、20〜90分間であってもよい。ゲル化時間を10分間以上とすることにより均質な湿潤ゲルを得易くなり、120分間以下とすることにより後述する洗浄及び溶媒置換工程から乾燥工程の簡略化が可能となる。なお、ゲル化及び熟成の工程全体として、ゲル化時間と熟成時間との合計時間は、4〜480時間とすることができるが、6〜120時間であってもよい。ゲル化時間と熟成時間の合計を4時間以上とすることにより、強度(剛性)のより高い湿潤ゲルを得ることができ、480時間以下にすることにより熟成の効果をより維持し易くなる。 Although the gelation time and the aging time differ depending on the gelation temperature and the aging temperature, in the present embodiment, since the sol contains silica particles, the gelation time is particularly compared with the conventional method for producing an airgel. Can be shortened. The reason for this is presumed that the silanol groups or reactive groups of the silicon compound, polysiloxane compound, etc. in the sol form hydrogen bonds or chemical bonds with the silanol groups of the silica particles. The gelation time can be 10 to 120 minutes, but may be 20 to 90 minutes. By setting the gelation time to 10 minutes or more, it becomes easy to obtain a homogeneous wet gel, and by setting it to 120 minutes or less, the drying process can be simplified from the washing and solvent replacement process described later. In addition, as a whole process of gelation and aging, the total time of the gelation time and the aging time can be 4 to 480 hours, but may be 6 to 120 hours. By setting the total gelation time and aging time to 4 hours or more, a wet gel with higher strength (rigidity) can be obtained, and by setting it to 480 hours or less, the effect of aging can be more easily maintained.
得られるエアロゲルパウダーの密度を下げたり、平均細孔径を大きくするために、ゲル化温度及び熟成温度を上記範囲内で高めたり、ゲル化時間と熟成時間の合計時間を上記範囲内で長くしてもよい。また、得られるエアロゲルパウダーの密度を上げたり、平均細孔径を小さくするために、ゲル化温度及び熟成温度を上記範囲内で低くしたり、ゲル化時間と熟成時間の合計時間を上記範囲内で短くしてもよい。 In order to reduce the density of the obtained airgel powder or increase the average pore diameter, the gelation temperature and the aging temperature are increased within the above range, or the total time of the gelation time and the aging time is increased within the above range. Also good. In addition, in order to increase the density of the obtained airgel powder or reduce the average pore diameter, the gelation temperature and the aging temperature are reduced within the above range, or the total time of the gelation time and the aging time is within the above range. It may be shortened.
(湿潤ゲル粉砕工程)
湿潤ゲル粉砕工程を行う場合、湿潤ゲル生成工程で得られた湿潤ゲルを粉砕する。粉砕は、例えば、ヘンシャル型ミキサーに湿潤ゲルを入れるか、又はミキサー内で湿潤ゲル生成工程を行い、ミキサーを適度な条件(回転数と時間)で運転することにより行うことができる。また、より簡易的には密閉可能な容器に湿潤ゲルを入れるか、又は密閉可能な容器内で湿潤ゲル生成工程を行い、シェイカー等の振盪装置を用いて、適度な時間振盪することにより行うことができる。なお、必要に応じて、ジェットミル、ローラーミル、ビーズミル等を用いて、湿潤ゲルの粒子径を調整することもできる。
(Wet gel grinding process)
When performing the wet gel pulverization step, the wet gel obtained in the wet gel production step is pulverized. The pulverization can be carried out, for example, by putting the wet gel in a Hench type mixer or by performing a wet gel production process in the mixer and operating the mixer under appropriate conditions (rotation speed and time). More simply, the wet gel is put into a sealable container, or the wet gel generation process is performed in the sealable container, and the mixture is shaken for an appropriate time using a shaker such as a shaker. Can do. If necessary, the particle size of the wet gel can be adjusted using a jet mill, a roller mill, a bead mill or the like.
(洗浄及び溶媒置換工程)
洗浄及び溶媒置換工程は、前記湿潤ゲル生成工程又は前記湿潤ゲル粉砕工程により得られた湿潤ゲルを洗浄する工程(洗浄工程)と、湿潤ゲル中の洗浄液を乾燥条件(後述の乾燥工程)に適した溶媒に置換する工程(溶媒置換工程)を有する工程である。洗浄及び溶媒置換工程は、湿潤ゲルを洗浄する工程を行わず、溶媒置換工程のみを行う形態でも実施可能であるが、湿潤ゲル中の未反応物、副生成物等の不純物を低減し、より純度の高いエアロゲルパウダーの製造を可能にする観点からは、湿潤ゲルを洗浄してもよい。なお、本実施形態においては、ゲル中にシリカ粒子が含まれていることから、後述するように洗浄工程後の溶媒置換工程は必ずしも必須ではない。
(Washing and solvent replacement process)
The washing and solvent replacement step is suitable for the step of washing the wet gel obtained by the wet gel generation step or the wet gel pulverization step (washing step) and the washing liquid in the wet gel for drying conditions (the drying step described later). This is a step having a step of replacing with a solvent (solvent replacement step). The washing and solvent replacement step can be performed in a form in which only the solvent replacement step is performed without performing the step of washing the wet gel, but the impurities such as unreacted substances and by-products in the wet gel are reduced, and more The wet gel may be washed from the viewpoint of enabling production of a highly pure airgel powder. In this embodiment, since the silica particles are contained in the gel, the solvent replacement step after the washing step is not necessarily essential as will be described later.
洗浄工程では、前記湿潤ゲル生成工程又は前記湿潤ゲル粉砕工程により得られた湿潤ゲルを洗浄する。当該洗浄は、例えば水又は有機溶媒を用いて繰り返し行うことができる。
この際、加温することにより洗浄効率を向上させることができる。
In the washing step, the wet gel obtained by the wet gel generation step or the wet gel pulverization step is washed. The washing can be repeatedly performed using, for example, water or an organic solvent.
At this time, washing efficiency can be improved by heating.
有機溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、1,2−ジメトキシエタン、アセトニトリル、ヘキサン、トルエン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、N、N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、酢酸、ギ酸等の各種の有機溶媒を使用することができる。上記の有機溶媒は単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 As organic solvents, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, acetone, methyl ethyl ketone, 1,2-dimethoxyethane, acetonitrile, hexane, toluene, diethyl ether, chloroform, ethyl acetate, tetrahydrofuran, methylene chloride , N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetic acid, formic acid, and other various organic solvents can be used. You may use said organic solvent individually or in mixture of 2 or more types.
後述する溶媒置換工程では、乾燥によるゲルの収縮を抑制するため、低表面張力の溶媒を用いることができる。しかし、低表面張力の溶媒は、一般的に水との相互溶解度が極めて低い。そのため、溶媒置換工程において低表面張力の溶媒を用いる場合、洗浄工程で用いる有機溶媒としては、水及び低表面張力の溶媒の双方に対して高い相互溶解性を有する親水性有機溶媒が挙げられる。なお、洗浄工程において用いられる親水性有機溶媒は、溶媒置換工程のための予備置換の役割を果たすことができる。上記の有機溶媒の中で、親水性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、2−プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。なお、メタノール、エタノール、メチルエチルケトン等は経済性の点で優れている。 In the solvent replacement step described below, a low surface tension solvent can be used to suppress gel shrinkage due to drying. However, low surface tension solvents generally have very low mutual solubility with water. Therefore, when using a low surface tension solvent in the solvent replacement step, examples of the organic solvent used in the washing step include hydrophilic organic solvents having high mutual solubility in both water and a low surface tension solvent. Note that the hydrophilic organic solvent used in the washing step can serve as a preliminary replacement for the solvent replacement step. Among the above organic solvents, examples of the hydrophilic organic solvent include methanol, ethanol, 2-propanol, acetone, methyl ethyl ketone, and the like. Methanol, ethanol, methyl ethyl ketone and the like are excellent in terms of economy.
洗浄工程に使用される水又は有機溶媒の量としては、湿潤ゲル中の溶媒を十分に置換し、洗浄できる量とすることができる。当該量は、湿潤ゲルの容量に対して3〜10倍の量とすることができる。洗浄は、洗浄後の湿潤ゲル中の含水率が、シリカ質量に対し、10質量%以下となるまで繰り返すことができる。 The amount of water or organic solvent used in the washing step can be set to an amount that can sufficiently wash the solvent in the wet gel and wash it. The amount can be 3 to 10 times the amount of wet gel volume. The washing can be repeated until the moisture content in the wet gel after washing is 10% by mass or less with respect to the silica mass.
洗浄工程における温度環境は、洗浄に用いる溶媒の沸点以下の温度とすることができ、例えば、メタノールを用いる場合は、30〜60℃程度の加温とすることができる。 The temperature environment in the washing step can be set to a temperature equal to or lower than the boiling point of the solvent used for washing. For example, when methanol is used, it can be heated to about 30 to 60 ° C.
溶媒置換工程では、後述する乾燥工程における収縮を抑制するため、洗浄した湿潤ゲルの溶媒を所定の置換用溶媒に置き換える。この際、加温することにより置換効率を向上させることができる。置換用溶媒としては、具体的には、乾燥工程において、乾燥に用いられる溶媒の臨界点未満の温度にて、大気圧下で乾燥する場合は、後述の低表面張力の溶媒が挙げられる。一方、超臨界乾燥をする場合は、置換用溶媒としては、例えば、エタノール、メタノール、2−プロパノール、ジクロロジフルオロメタン、二酸化炭素等、又はこれらを2種以上混合した溶媒が挙げられる。 In the solvent replacement step, the solvent of the washed wet gel is replaced with a predetermined replacement solvent in order to suppress shrinkage in the drying step described later. At this time, the replacement efficiency can be improved by heating. Specific examples of the solvent for substitution include a low surface tension solvent described later in the drying step when drying is performed under atmospheric pressure at a temperature lower than the critical point of the solvent used for drying. On the other hand, when performing supercritical drying, examples of the substitution solvent include ethanol, methanol, 2-propanol, dichlorodifluoromethane, carbon dioxide, and the like, or a solvent obtained by mixing two or more of these.
低表面張力の溶媒としては、20℃における表面張力が30mN/m以下の溶媒が挙げられる。なお、当該表面張力は25mN/m以下であっても、又は20mN/m以下であってもよい。低表面張力の溶媒としては、例えば、ペンタン(15.5)、ヘキサン(18.4)、ヘプタン(20.2)、オクタン(21.7)、2−メチルペンタン(17.4)、3−メチルペンタン(18.1)、2−メチルヘキサン(19.3)、シクロペンタン(22.6)、シクロヘキサン(25.2)、1−ペンテン(16.0)等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン(28.9)、トルエン(28.5)、m−キシレン(28.7)、p−キシレン(28.3)等の芳香族炭化水素類;ジクロロメタン(27.9)、クロロホルム(27.2)、四塩化炭素(26.9)、1−クロロプロパン(21.8)、2−クロロプロパン(18.1)等のハロゲン化炭化水素類;エチルエーテル(17.1)、プロピルエーテル(20.5)、イソプロピルエーテル(17.7)、ブチルエチルエーテル(20.8)、1,2−ジメトキシエタン(24.6)等のエーテル類;アセトン(23.3)、メチルエチルケトン(24.6)、メチルプロピルケトン(25.1)、ジエチルケトン(25.3)等のケトン類;酢酸メチル(24.8)、酢酸エチル(23.8)、酢酸プロピル(24.3)、酢酸イソプロピル(21.2)、酢酸イソブチル(23.7)、エチルブチレート(24.6)等のエステル類等が挙げられる(かっこ内は20℃での表面張力を示し、単位は[mN/m]である)。これらの中で、脂肪族炭化水素類(ヘキサン、ヘプタン等)は低表面張力でありかつ作業環境性に優れている。また、これらの中でも、アセトン、メチルエチルケトン、1,2−ジメトキシエタン等の親水性有機溶媒を用いることで、上記洗浄工程の有機溶媒と兼用することができる。なお、これらの中でも、さらに後述する乾燥工程における乾燥が容易な点で、常圧での沸点が100℃以下の溶媒を用いてもよい。上記の溶媒は単独で、又は2種類以上を混合して用いてもよい。 Examples of the low surface tension solvent include a solvent having a surface tension at 20 ° C. of 30 mN / m or less. The surface tension may be 25 mN / m or less, or 20 mN / m or less. Examples of the low surface tension solvent include pentane (15.5), hexane (18.4), heptane (20.2), octane (21.7), 2-methylpentane (17.4), 3- Aliphatic hydrocarbons such as methylpentane (18.1), 2-methylhexane (19.3), cyclopentane (22.6), cyclohexane (25.2), 1-pentene (16.0); (28.9), toluene (28.5), m-xylene (28.7), p-xylene (28.3) and other aromatic hydrocarbons; dichloromethane (27.9), chloroform (27.2) ), Carbon tetrachloride (26.9), 1-chloropropane (21.8), 2-chloropropane (18.1) and other halogenated hydrocarbons; ethyl ether (17.1), propyl ether (20.5) ), Isop Ethers such as pyrether (17.7), butyl ethyl ether (20.8), 1,2-dimethoxyethane (24.6); acetone (23.3), methyl ethyl ketone (24.6), methyl propyl ketone (25.1), ketones such as diethyl ketone (25.3); methyl acetate (24.8), ethyl acetate (23.8), propyl acetate (24.3), isopropyl acetate (21.2), Examples include esters such as isobutyl acetate (23.7), ethyl butyrate (24.6), etc. (in parentheses indicate surface tension at 20 ° C., and the unit is [mN / m]). Among these, aliphatic hydrocarbons (hexane, heptane, etc.) have a low surface tension and an excellent working environment. Among these, by using a hydrophilic organic solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, or 1,2-dimethoxyethane, it can be used as the organic solvent in the washing step. Among these, a solvent having a boiling point of 100 ° C. or less at normal pressure may be used because it is easy to dry in the drying step described later. You may use said solvent individually or in mixture of 2 or more types.
溶媒置換工程に使用される溶媒の量としては、洗浄後の湿潤ゲル中の溶媒を十分に置換できる量とすることができる。当該量は、湿潤ゲルの容量に対して3〜10倍の量とすることができる。 The amount of the solvent used in the solvent replacement step can be an amount that can sufficiently replace the solvent in the wet gel after washing. The amount can be 3 to 10 times the amount of wet gel volume.
溶媒置換工程における温度環境は、置換に用いる溶媒の沸点以下の温度とすることができ、例えば、ヘプタンを用いる場合は、30〜60℃程度の加温とすることができる。 The temperature environment in the solvent replacement step can be set to a temperature not higher than the boiling point of the solvent used for the replacement. For example, when heptane is used, the temperature can be set to about 30 to 60 ° C.
なお、本実施形態においては、ゲル中にシリカ粒子が含まれていることから、上述のとおり溶媒置換工程は必ずしも必須ではない。推察されるメカニズムとしては次のとおりである。すなわち、従来であれば乾燥工程における収縮を抑制するため、湿潤ゲルの溶媒を所定の置換用溶媒(低表面張力の溶媒)に置き換えていたが、本実施形態においてはシリカ粒子が三次元網目状の骨格の支持体として機能することにより、当該骨格が支持され、乾燥工程におけるゲルの収縮が抑制される。そのため、洗浄に用いた溶媒を置換せずに、ゲルをそのまま乾燥工程に付すことができると考えられる。このように、本実施形態においては、洗浄及び溶媒置換工程から乾燥工程の簡略化が可能である。ただし、本実施形態は溶媒置換工程を行うことを何ら排除するものではない。 In the present embodiment, since the silica particles are contained in the gel, the solvent replacement step is not necessarily essential as described above. The inferred mechanism is as follows. That is, conventionally, in order to suppress shrinkage in the drying process, the solvent of the wet gel is replaced with a predetermined replacement solvent (a low surface tension solvent), but in this embodiment, the silica particles are in a three-dimensional network shape. By functioning as a skeleton support, the skeleton is supported, and the shrinkage of the gel in the drying step is suppressed. Therefore, it is considered that the gel can be directly subjected to the drying step without replacing the solvent used for washing. Thus, in this embodiment, the drying process can be simplified from the washing and solvent replacement process. However, this embodiment does not exclude performing the solvent substitution step at all.
(乾燥工程)
乾燥工程では、上記のとおり洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換した湿潤ゲルを乾燥させる。これにより、エアロゲルブロック又はパウダーを得ることができる。すなわち、上記ゾルから生成された湿潤ゲルを乾燥してなるエアロゲルを得ることができる。
(Drying process)
In the drying step, the wet gel that has been washed and solvent-substituted (if necessary) as described above is dried. Thereby, an airgel block or powder can be obtained. That is, an airgel obtained by drying a wet gel generated from the sol can be obtained.
乾燥の手法としては特に制限されず、公知の常圧乾燥、超臨界乾燥又は凍結乾燥を用いることができる。これらの中で、低密度のエアロゲルブロック又はパウダーを製造し易いという観点からは、常圧乾燥又は超臨界乾燥を用いることができる。また、低コストで生産可能という観点からは、常圧乾燥を用いることができる。なお、本実施形態において、常圧とは0.1MPa(大気圧)を意味する。 The drying method is not particularly limited, and known atmospheric pressure drying, supercritical drying, or freeze drying can be used. Among these, atmospheric drying or supercritical drying can be used from the viewpoint of easy production of a low-density airgel block or powder. Further, from the viewpoint that production is possible at low cost, atmospheric pressure drying can be used. In the present embodiment, the normal pressure means 0.1 MPa (atmospheric pressure).
エアロゲルブロック又はパウダーは、洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換した湿潤ゲルを、乾燥に用いられる溶媒の臨界点未満の温度にて、大気圧下で乾燥することにより得ることができる。乾燥温度は、置換された溶媒(溶媒置換を行わない場合は洗浄に用いられた溶媒)の種類により異なるが、特に高温での乾燥が溶媒の蒸発速度を速め、ゲルに大きな亀裂を生じさせる場合があるという点に鑑み、20〜150℃とすることができる。なお、当該乾燥温度は60〜120℃であってもよい。また、乾燥時間は、湿潤ゲルの容量及び乾燥温度により異なるが、4〜120時間とすることができる。なお、本実施形態において、生産性を阻害しない範囲内において臨界点未満の圧力をかけて乾燥を早めることも、常圧乾燥に包含されるものとする。 The airgel block or powder can be obtained by drying a wet gel that has been washed and solvent-substituted (if necessary) at a temperature below the critical point of the solvent used for drying at atmospheric pressure. The drying temperature varies depending on the type of substituted solvent (the solvent used for washing if solvent substitution is not performed), but especially when drying at a high temperature increases the evaporation rate of the solvent and causes large cracks in the gel. In view of that there is, it can be 20-150 degreeC. The drying temperature may be 60 to 120 ° C. Moreover, although drying time changes with the capacity | capacitances and drying temperature of a wet gel, it can be 4 to 120 hours. In the present embodiment, it is also included in the atmospheric pressure drying that the drying is accelerated by applying a pressure less than the critical point within a range not inhibiting the productivity.
エアロゲルブロック又はパウダーは、また、洗浄及び(必要に応じ)溶媒置換した湿潤ゲルを、超臨界乾燥することによっても得ることができる。超臨界乾燥は、公知の手法にて行うことができる。超臨界乾燥する方法としては、例えば、湿潤ゲルに含まれる溶媒の臨界点以上の温度及び圧力にて溶媒を除去する方法が挙げられる。あるいは、超臨界乾燥する方法としては、湿潤ゲルを、液化二酸化炭素中に、例えば、20〜25℃、5〜20MPa程度の条件で浸漬することで、湿潤ゲルに含まれる溶媒の全部又は一部を当該溶媒より臨界点の低い二酸化炭素に置換した後、二酸化炭素を単独で、又は二酸化炭素及び溶媒の混合物を除去する方法が挙げられる。 The airgel block or powder can also be obtained by supercritical drying of a washed and solvent-substituted wet gel (if necessary). Supercritical drying can be performed by a known method. Examples of the supercritical drying method include a method of removing the solvent at a temperature and pressure higher than the critical point of the solvent contained in the wet gel. Alternatively, as a method of supercritical drying, all or part of the solvent contained in the wet gel is obtained by immersing the wet gel in liquefied carbon dioxide, for example, under conditions of about 20 to 25 ° C. and about 5 to 20 MPa. And carbon dioxide having a lower critical point than that of the solvent, and then removing carbon dioxide alone or a mixture of carbon dioxide and the solvent.
このような常圧乾燥又は超臨界乾燥により得られたエアロゲルブロック又はパウダーは、さらに常圧下にて、105〜200℃で0.5〜2時間程度追加乾燥してもよい。これにより、密度が低く、小さな細孔を有するエアロゲル複合体をさらに得易くなる。
追加乾燥は、常圧下にて、150〜200℃で行ってもよい。
The airgel block or powder obtained by such normal pressure drying or supercritical drying may be further dried at 105 to 200 ° C. for about 0.5 to 2 hours under normal pressure. This makes it easier to obtain an airgel composite having a low density and having small pores.
The additional drying may be performed at 150 to 200 ° C. under normal pressure.
(ブロック粉砕工程)
ブロック粉砕工程を行う場合、乾燥により得られたエアロゲルブロックを粉砕することによりエアロゲルパウダーを得る。例えば、ジェットミル、ローラーミル、ビーズミル、ハンマーミル等にエアロゲル複合体を入れ、適度な回転数と時間で運転することにより行うことができる。
(Block grinding process)
When performing a block crushing process, airgel powder is obtained by grind | pulverizing the airgel block obtained by drying. For example, it can be carried out by putting the airgel composite in a jet mill, roller mill, bead mill, hammer mill or the like and operating at an appropriate rotation speed and time.
本実施形態におけるエアロゲルパウダーは、原料として用いるポリシロキサンやアルキルケイ素アルコキシド由来の疎水性の炭素−ケイ素結合を含むものである。そのため、このようなエアロゲルパウダーは、疎水化処理された(疎水性の)エアロゲルパウダーと言うことができる。 The airgel powder in this embodiment includes a hydrophobic carbon-silicon bond derived from polysiloxane or alkyl silicon alkoxide used as a raw material. Therefore, such an airgel powder can be said to be a hydrophobized (hydrophobic) airgel powder.
次に、下記の実施例により本開示をさらに詳しく説明するが、これらの実施例は本開示を制限するものではない。 Next, the present disclosure will be described in more detail with reference to the following examples, but these examples do not limit the present disclosure.
(エアロゲルパウダー作製例1)
ケイ素化合物としてメチルトリメトキシシランLS−530(信越化学工業株式会社製、製品名:以下『MTMS』と略記)を60.0質量部及びジメチルジメトキシシランLS−520(信越化学工業株式会社製、製品名:以下『DMDMS』と略記)を40.0質量部、並びにシリカ粒子含有原料として球状コロイダルシリカPL−2L(扶桑化学工業株式会社製、製品名、平均一次粒径20nm、固形分20質量%)を100.0質量部、水を40.0質量部及びメタノールを80.0質量部混合し、これに酸触媒として酢酸を0.10質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル1を得た。得られたゾル1に、塩基触媒として5質量%濃度のアンモニア水を40.0質量部加え、60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル1を得た。
(Airgel powder production example 1)
60.0 parts by mass of methyltrimethoxysilane LS-530 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name: hereinafter abbreviated as “MTMS”) and dimethyldimethoxysilane LS-520 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product) Name: “DMDMS” hereinafter) 40.0 parts by mass, and spherical colloidal silica PL-2L (manufactured by Fuso Chemical Industries, Ltd., product name, average primary particle size 20 nm, solid content 20% by mass) 100.0 parts by mass, 40.0 parts by mass of water and 80.0 parts by mass of methanol, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst was added thereto, and reacted at 25 ° C. for 2 hours to obtain sol 1 Got. To the obtained sol 1, 40.0 parts by mass of ammonia water having a concentration of 5% by mass as a base catalyst was added, gelled at 60 ° C., and then aged at 80 ° C. for 24 hours to obtain a wet gel 1.
その後、得られた湿潤ゲル1をプラスチック製ボトルに移し、密閉後、エクストリームミルMX−1000XTS(アズワン株式会社製、製品名)を用いて、27,000rpmで10分間粉砕し、粒子状の湿潤ゲル1を得た。得られた粒子状の湿潤ゲル1をメタノール2500.0質量部に浸漬し、25℃で24時間かけて洗浄を行った。この洗浄操作を、新しいメタノールに交換しながら合計3回行った。次に、洗浄した粒子状の湿潤ゲルを、低表面張力溶媒であるヘプタン2500.0質量部に浸漬し、25℃で24時間かけて溶媒置換を行った。この溶媒置換操作を、新しいヘプタンに交換しながら合計3回行った。洗浄及び溶媒置換された粒子状の湿潤ゲルを、常圧下にて、40℃で96時間乾燥し、その後さらに150℃で2時間乾燥した。最後に、ふるい(東京スクリーン株式会社製、目開き45μm、線径32μm)にかけ、上記一般式(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルパウダーP−1を得た。 Thereafter, the obtained wet gel 1 is transferred to a plastic bottle, sealed, and then pulverized at 27,000 rpm for 10 minutes using an Extreme Mill MX-1000XTS (manufactured by ASONE Co., Ltd.) to form a particulate wet gel. 1 was obtained. The obtained particulate wet gel 1 was immersed in 2500.0 parts by mass of methanol and washed at 25 ° C. for 24 hours. This washing operation was performed a total of three times while exchanging with fresh methanol. Next, the washed particulate wet gel was immersed in 2500.0 parts by mass of heptane, which is a low surface tension solvent, and solvent substitution was performed at 25 ° C. for 24 hours. This solvent replacement operation was performed three times in total while exchanging with new heptane. The washed and solvent-substituted particulate wet gel was dried at 40 ° C. for 96 hours under normal pressure, and then further dried at 150 ° C. for 2 hours. Finally, the airgel powder P-1 which has a structure represented by the said General formula (4) and (5) was obtained by sieving (The Tokyo screen make, the opening of 45 micrometers, wire diameter 32 micrometers).
得られたエアロゲルパウダーP−1を、スライドガラス上に貼り付けた両面テープに転写してエアロゲルパウダーの粉体層を形成し、接触角計DMo−701(協和界面科学株式会社製、製品名)を用いて、水と粉体層との接触角を測定した。接触角の算出にはθ/2法を用い、滴下する水の量は3μLとした。エアロゲルパウダーP−1からなる粉体層と水との接触角は146度であった。 The obtained airgel powder P-1 is transferred to a double-sided tape affixed on a slide glass to form a powder layer of airgel powder. Contact angle meter DMo-701 (product name, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) Was used to measure the contact angle between water and the powder layer. The contact angle was calculated using the θ / 2 method, and the amount of water dropped was 3 μL. The contact angle between the powder layer made of airgel powder P-1 and water was 146 degrees.
(エアロゲルパウダー作製例2)
ケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びビストリメトキシシリルへキサン「KBM−3066」(信越化学工業株式会社製、製品名)を40.0質量部、並びにシリカ粒子含有原料として球状コロイダルシリカST−OZL−35(日産化学工業製、製品名、平均一次粒径100nm、固形分35質量%)を57.0質量部、水を83.0質量部及びメタノールを80.0質量部混合し、これに酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤として臭化セチルトリメチルアンモニウム(和光純薬工業株式会社製:以下『CTAB』と略記)を20.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル2を得た。得られたゾル2に、塩基触媒として5%濃度のアンモニア水を40.0質量部加え、60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル2を得た。その後、得られた湿潤ゲル2を用いて、実施例1と同様にして上記一般式(4)及び(6)で表される構造を有するエアロゲルパウダーP−2を得た。作製例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−2からなる粉体層と水との接触角を測定した結果、144度であった。
(Airgel powder preparation example 2)
60.0 parts by mass of MTMS as a silicon compound, 40.0 parts by mass of bistrimethoxysilyl hexane “KBM-3066” (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., product name), and spherical colloidal silica ST- 57.0 parts by mass of OZL-35 (manufactured by Nissan Chemical Industries, product name, average primary particle size 100 nm, solid content 35% by mass), 83.0 parts by mass of water and 80.0 parts by mass of methanol were mixed. 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst and 20.0 parts by mass of cetyltrimethylammonium bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .: hereinafter abbreviated as “CTAB”) as a cationic surfactant were added at 25 ° C. A sol 2 was obtained by reacting for 2 hours. 40.0 parts by mass of 5% aqueous ammonia as a base catalyst was added to the obtained sol 2, gelled at 60 ° C., and then aged at 80 ° C. for 24 hours to obtain wet gel 2. Then, using the obtained wet gel 2, airgel powder P-2 having a structure represented by the general formulas (4) and (6) was obtained in the same manner as in Example 1. The contact angle between the powder layer made of airgel powder P-2 and water was measured by the same method as in Production Example 1 and found to be 144 degrees.
(エアロゲルパウダー作製例3)
シリカ粒子含有原料としてPL−2Lを100.0質量部、水を100.0質量部、酸触媒として酢酸を0.10質量部、カチオン系界面活性剤としてCTABを20.0質量部及び熱加水分解性化合物として尿素を120.0質量部混合し、これにケイ素化合物としてMTMSを60.0質量部及びDMDMSを20.0質量部、並びにポリシロキサン化合物として上記一般式(B)で表される構造を有する両末端2官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(以下、「ポリシロキサン化合物A」という)を20.0質量部加え、25℃で2時間反応させてゾル3を得た。得られたゾル3を60℃でゲル化した後、80℃で24時間熟成して湿潤ゲル3を得た。その後、得られた湿潤ゲル3を用いて、実施例1と同様にして上記一般式(3)、(4)及び(5)で表される構造を有するエアロゲルパウダーP−3を得た。作製例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−3からなる粉体層と水との接触角を測定した結果、149度であった。
(Airgel powder production example 3)
100.0 parts by mass of PL-2L as a silica particle-containing raw material, 100.0 parts by mass of water, 0.10 parts by mass of acetic acid as an acid catalyst, 20.0 parts by mass of CTAB as a cationic surfactant and thermal hydrolysis 120.0 parts by mass of urea is mixed as a decomposable compound, 60.0 parts by mass of MTMS as a silicon compound and 20.0 parts by mass of DMDMS, and represented by the above general formula (B) as a polysiloxane compound 20.0 parts by mass of a bifunctional alkoxy-modified polysiloxane compound having a structure at both ends (hereinafter referred to as “polysiloxane compound A”) was added and reacted at 25 ° C. for 2 hours to obtain sol 3. The obtained sol 3 was gelled at 60 ° C. and then aged at 80 ° C. for 24 hours to obtain a wet gel 3. Then, using the obtained wet gel 3, airgel powder P-3 having a structure represented by the above general formulas (3), (4) and (5) was obtained in the same manner as in Example 1. As a result of measuring the contact angle between the powder layer made of the airgel powder P-3 and water by the same method as in Production Example 1, it was 149 degrees.
なお、上記「ポリシロキサン化合物A」は次のようにして合成した。まず、撹拌機、温度計及びジムロート冷却管を備えた1リットルの3つ口フラスコにて、両末端にシラノール基を有するジメチルポリシロキサンXC96−723(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、製品名)を100.0質量部、メチルトリメトキシシランを181.3質量部及びt−ブチルアミンを0.50質量部混合し、30℃で5時間反応させた。その後、この反応液を、1.3kPaの減圧下、140℃で2時間加熱し、揮発分を除去することで、両末端2官能アルコキシ変性ポリシロキサン化合物(ポリシロキサン化合物A)を得た。 The “polysiloxane compound A” was synthesized as follows. First, dimethylpolysiloxane XC96-723 having a silanol group at both ends in a 1 liter three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a Dimroth condenser (product name, manufactured by Momentive Performance Materials) 100.0 parts by mass, 181.3 parts by mass of methyltrimethoxysilane and 0.50 parts by mass of t-butylamine were mixed and reacted at 30 ° C. for 5 hours. Thereafter, this reaction solution was heated at 140 ° C. for 2 hours under reduced pressure of 1.3 kPa to remove volatile components, thereby obtaining a bifunctional alkoxy-modified polysiloxane compound (polysiloxane compound A) at both ends.
(実施例1)
エアロゲルパウダーP−1を0.5質量部、アルキレンオキシド構造を有する界面活性剤としてポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート レオドールTW−S120V(花王株式会社、製品名)を0.5質量部、水を41.6質量部、2−プロパノールを7.4質量部混合後、ホモジナイザーHG−200(HSIANGTAI社製、製品名)を用いて、5,000rpmで15分間攪拌し、エアロゲルパウダーP−1の分散液を得た。
Example 1
0.5 parts by mass of airgel powder P-1, 0.5 parts by mass of polyoxyethylene sorbitan monostearate Rheodor TW-S120V (Kao Corporation, product name) as a surfactant having an alkylene oxide structure, and 41 of water After mixing 6.4 parts by mass with 7.4 parts by mass of 2-propanol, the mixture was stirred at 5,000 rpm for 15 minutes using a homogenizer HG-200 (product name, manufactured by HSIANGTAI), and a dispersion of airgel powder P-1 Got.
(実施例2)
エアロゲルパウダーP−1を0.5質量部、アルキレンオキシド構造を有する界面活性剤としてポリオキシエチレンアセチレンアルコール オルフィンE1010(日信化学工業株式会社製、製品名)を0.5質量部及び水を49質量部混合後、実施例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−1の分散液を得た。
(Example 2)
0.5 parts by mass of airgel powder P-1, 0.5 parts by mass of polyoxyethylene acetylene alcohol Orphine E1010 (manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd., product name) as a surfactant having an alkylene oxide structure and 49 of water After mixing parts by mass, a dispersion of airgel powder P-1 was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例3)
エアロゲルパウダーP−1を0.5質量部、アルキレンオキシド構造及びシロキサン構造を有する界面活性剤としてポリエーテル変性シロキサン シルフェイスSAG002(日信化学工業株式会社製、製品名)を0.5質量部及び水を49質量部混合後、実施例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−1の分散液を得た。
(Example 3)
0.5 parts by mass of airgel powder P-1 and 0.5 parts by mass of polyether-modified siloxane Silface SAG002 (manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd., product name) as a surfactant having an alkylene oxide structure and a siloxane structure After mixing 49 parts by mass of water, a dispersion of airgel powder P-1 was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例4)
エアロゲルパウダーP−1を0.5質量部、アルキレンオキシド構造及びシロキサン構造を有する界面活性剤としてポリエーテル変性シロキサン Silwet L−7608(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製、製品名)を0.5質量部及び水を49質量部混合後、実施例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−1の分散液を得た。
(Example 4)
0.5 parts by mass of airgel powder P-1 and 0.5 parts by mass of polyether-modified siloxane Silwet L-7608 (product name, manufactured by Momentive Performance Materials) as a surfactant having an alkylene oxide structure and a siloxane structure And after mixing 49 mass parts of water, the dispersion liquid of airgel powder P-1 was obtained by the same method as Example 1.
(実施例5)
エアロゲルパウダーP−1を2.5質量部、アルキレンオキシド構造及びシロキサン構造を有する界面活性剤としてポリエーテル変性シロキサン Silwet L−7608(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製、製品名)を0.5質量部及び水を47質量部混合後、実施例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−1の分散液を得た。
(Example 5)
2.5 parts by mass of airgel powder P-1 and 0.5 parts by mass of polyether-modified siloxane Silwet L-7608 (product name, manufactured by Momentive Performance Materials) as a surfactant having an alkylene oxide structure and a siloxane structure After mixing 47 parts by mass of water and water, a dispersion of airgel powder P-1 was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例6)
エアロゲルパウダーP−2を2.5質量部、アルキレンオキシド構造及びシロキサン構造を有する界面活性剤としてポリエーテル変性シロキサン Silwet L−7608(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製、製品名)を0.5質量部及び水を47質量部混合後、実施例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−2の分散液を得た。
(Example 6)
2.5 parts by mass of airgel powder P-2 and 0.5 parts by mass of polyether-modified siloxane Silwet L-7608 (product name, manufactured by Momentive Performance Materials) as a surfactant having an alkylene oxide structure and a siloxane structure After mixing 47 parts by mass of water and water, a dispersion of airgel powder P-2 was obtained in the same manner as in Example 1.
(実施例7)
エアロゲルパウダーP−3を2.5質量部、アルキレンオキシド構造及びシロキサン構造を有する界面活性剤としてポリエーテル変性シロキサン Silwet L−7608(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製、製品名)を0.5質量部及び水を47質量部混合後、実施例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−3の分散液を得た。
(Example 7)
2.5 parts by mass of airgel powder P-3 and 0.5 parts by mass of polyether-modified siloxane Silwet L-7608 (product name, manufactured by Momentive Performance Materials) as a surfactant having an alkylene oxide structure and a siloxane structure After mixing 47 parts by mass of water and water, a dispersion of airgel powder P-3 was obtained in the same manner as in Example 1.
(比較例1)
エアロゲルパウダーP−1を0.5質量部、水を49.5質量部混合後、ホモジナイザーHG−200(HSIANGTAI社製、製品名)を用いて、実施例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−1の分散液を得た。
(Comparative Example 1)
After mixing 0.5 parts by mass of airgel powder P-1 and 49.5 parts by mass of water, the airgel powder P was prepared in the same manner as in Example 1 using a homogenizer HG-200 (product name, manufactured by HSIANGTAI). A dispersion of -1 was obtained.
(比較例2)
エアロゲルパウダーP−1を0.5質量部、水を24.8質量部及び2−プロパノールを24.8質量部混合後、実施例1と同様な方法で、エアロゲルパウダーP−1の分散液を得た。
(Comparative Example 2)
After mixing 0.5 parts by mass of airgel powder P-1, 24.8 parts by mass of water and 24.8 parts by mass of 2-propanol, a dispersion of airgel powder P-1 was prepared in the same manner as in Example 1. Obtained.
以下で説明する手順で、上記で得られたエアロゲルパウダーの水系分散液の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。 Various evaluations of the aqueous dispersions of the airgel powder obtained above were performed by the procedure described below. The evaluation results are shown in Table 1.
[分散性評価]
作製直後の分散液の外観を目視で確認した。エアロゲルパウダーが凝集せずに均一に分散されているサンプルを「○」、エアロゲルパウダーが凝集し均一に分散されていないサンプルを「×」と評価した。
[Dispersibility evaluation]
The appearance of the dispersion immediately after the production was visually confirmed. The sample in which the airgel powder was uniformly dispersed without agglomeration was evaluated as “◯”, and the sample in which the airgel powder was agglomerated but not uniformly dispersed was evaluated as “x”.
[発泡性評価]
作製直後の分散液表面に発生した泡の高さを側面から定規で測定した。
[Foaming evaluation]
The height of bubbles generated on the surface of the dispersion immediately after production was measured from the side with a ruler.
[分散性安定性評価]
作製から1時間後の分散液の外観を目視で確認した。エアロゲルパウダーが均一に分散されているサンプルを「○」、分散したエアロゲルパウダーの一部が沈降したサンプルを「△」、エアロゲルパウダーの凝集又は完全沈降により、エアロゲルパウダーと分散媒とが完全に分離したサンプルを「×」と評価した。
[Dispersibility stability evaluation]
The appearance of the dispersion 1 hour after production was visually confirmed. “○” indicates a sample in which airgel powder is uniformly dispersed, “△” indicates a sample in which a part of the dispersed airgel powder settles, and the airgel powder and dispersion medium are completely separated by aggregation or complete sedimentation of the airgel powder. The sample was evaluated as “x”.
[消泡性評価]
作製から1時間後の分散液表面に残存する泡の高さを側面から定規で測定した。
[Defoaming evaluation]
The height of the foam remaining on the surface of the dispersion 1 hour after production was measured with a ruler from the side.
表1から、実施例1〜7のエアロゲルパウダー分散液は、分散性及び分散安定性に優れていた。一部の例においてエアロゲルパウダーが沈降するものの、凝集や完全沈降による分散媒との完全分離が起こることなく分散されていた。一方、比較例1及び2は、分散性及び/又は分散安定性に劣り、均一に分散できなかった。 From Table 1, the airgel powder dispersions of Examples 1 to 7 were excellent in dispersibility and dispersion stability. In some cases, the airgel powder settled, but was dispersed without complete separation from the dispersion medium due to aggregation or complete sedimentation. On the other hand, Comparative Examples 1 and 2 were inferior in dispersibility and / or dispersion stability, and could not be uniformly dispersed.
1…エアロゲル粒子、2…シリカ粒子、3…細孔、10…エアロゲル複合体、L…外接長方形。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Airgel particle, 2 ... Silica particle, 3 ... Fine pore, 10 ... Airgel composite, L ... circumscribed rectangle.
Claims (16)
The dispersion liquid according to claim 1, wherein the airgel powder has an average particle diameter D50 of 1 to 1000 μm.
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