[发明专利]气凝胶、使用该气凝胶的构件和该气凝胶的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气凝胶，使用该气凝胶的构件和该气凝胶的制造方法。尤其涉及疏水性气凝胶、使用该疏水性气凝胶的构件和该疏水性气凝胶的制造方法。

背景技术

现在，从环境方面出发，需要高性能的绝热材料。就作为通用的绝热材料的发泡聚氨酯(PU)、发泡苯乙烯(EPS)或真空绝热材料(VIP)而言，其绝热性能经年变化，且耐热性低。

另一方面，存在称作二氧化硅气凝胶的绝热材料。二氧化硅气凝胶的经年变化少，其耐热性也高达400℃以上。因此，二氧化硅气凝胶作为下一代的绝热材料而备受注目。

气凝胶以水玻璃(硅酸钠水溶液)或四甲氧基硅烷(TEOS)这样的烷氧基硅烷为原料、并通过溶胶凝胶反应来制造。

首先，将原料与水或醇等液体介质混合，使原料水解。接着，在液体介质中，使原料缩聚而形成水凝胶(是指包含水的凝胶)。该工序被称作养护(熟化)。养护是使上述缩聚反应进行、并将水凝胶的二氧化硅粒子的网状物骨架粗大化而进行强化的工序。

接着，进行该水凝胶的疏水化反应。或者，在此之前进行溶剂置换。在不进行疏水化处理的情况下，使水凝胶中的液体介质蒸发干燥时，引起由强的毛细管力所导致的凝胶骨架的收缩，二氧化硅粒子发生物理性接触，由此存在于表面的硅醇彼此进行脱水缩合反应，诱发收缩和高密度化，因此不佳。

另一方面，若通过疏水化反应使存在于水凝胶的二氧化硅粒子表面的硅醇与甲硅烷基化剂充分反应而将羟基封端(附加至末端)，则在使凝胶中的液体介质蒸发干燥时，即使毛细管力导致凝胶骨架暂时收缩，收缩也会由于不存在硅醇而大幅地松弛，收缩和高密度化受到抑制。

该现象被称作回弹。因此，为了促成该回弹，上述疏水化是必须的。

作为疏水化剂，可列举通式R_n-Si-X_4-n所示结构的疏水化剂、通式R₃Si-NH-SiR₃所示的硅氮烷类。尤其，作为适合用于疏水化处理的疏水化剂，具体而言，已知使用三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、单甲基三氯硅烷、六甲基二硅氮烷的方法(专利文献1)。

同样，已知一种气凝胶的制造方法，其特征在于，使用通式R₃Si-O-SiR₃所示的二硅氧烷或通式R₃Si-N(H)-SiR₃所示的二硅氮烷作为疏水化剂(专利文献2)。

最后，使水凝胶内部的液体介质蒸发干燥。作为干燥方法，有超临界干燥法、非超临界干燥法(常压干燥法、冻结干燥法)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-172378号公报

专利文献2：日本特表2001-524439号公报

发明内容

本发明提供热稳定性高、不易与大气中的水分反应的疏水性气凝胶、使用该疏水性气凝胶的构件和该疏水性气凝胶的制造方法。

本发明的气凝胶在表面具有至少1种二烷基二硅氧烷作为疏水基。或者，该气凝胶在表面具有至少1种交联型二硅氧烷键的疏水基。

本发明的构件为包含上述的气凝胶的绝热材料、吸音材料、疏水材料、吸附剂中的任一种。

在本发明的气凝胶的制造方法中，首先，将水玻璃或烷氧基硅烷调整为使之凝胶化的状态。之后，使二氧化硅的骨架强化而制备水凝胶。然后，使水凝胶疏水化。进而，从被疏水化后的水凝胶中除去溶剂。在使水凝胶疏水化时，使用特定的硅氧烷类作为疏水化剂。

由此得到的气凝胶具有比三烷基硅氧烷键更不易热分解的二烷基二硅氧烷键。因此，与以往的气凝胶相比，热稳定性提高，低分子硅氧烷的产生得以减少。

进而，就本发明的疏水化剂而言，其本身的沸点高，而且不会与大气中的水分反应而发生水解。因此，能够以工业规模进行生产。通过使用由本发明得到的气凝胶，可以制作优异的绝热材料、吸音材料、疏水材料、吸附材料。

附图说明

图1为表示实施方式中的气凝胶所具有的二烷基二硅氧烷键的图。

图2为表示以往的气凝胶所具有的三烷基硅氧烷键的图。

图3为表示由以往的气凝胶产生的三烷基硅醇的图。

图4为表示实施方式中的气凝胶的制造方法的图。

图5为表示作为实施方式的疏水化剂的链状硅氧烷的图。

图6为表示作为实施方式的疏水化剂的环状硅氧烷的图。

图7为表示实施方式的链状硅氧烷与盐酸的反应机制的图。

图8为表示实施方式的环状硅氧烷与盐酸的反应机制的图。