JP2016530199A - エアロゲル材料の生産のための方法 - Google Patents

Abstract

エアロゲル材料の生産のための方法は、下記すなわち：ａ）アルコール性の溶媒混合物中にシリコン酸化物ゾルを調製するステップと；ｂ）塩基を添加してゾルのゲル化を引き起こしてゲルを形成し、任意選択でゲルのエージングを行うステップと；ｃ）前記任意選択でエージングが行われたゲルを疎水化するステップと；ｄ）臨界未満の乾燥で溶媒混合物を除去し、その間にエアロゲル材料を形成させるステップとを含む。ステップａ）で形成されるシリコン酸化物ゾルは酸触媒で活性化可能な少なくとも１種の疎水化剤を含み、ゾル中の疎水化剤の体積分率は５〜６０％である。ステップｃ）における疎水化は、疎水化剤との併用で作用する少なくとも１種の疎水化触媒の放出又は添加の結果として誘発される。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前提部によるエアロゲル材料の生産のための方法に関する。更に、本発明は、エアロゲル材料から形成された絶縁材パネル及びエアロゲル材料を生産するための前駆体生成物に関する。

エアロゲルは、高絶縁性の絶縁材料として建築技術において広く適用されている。エアロゲルの調製については多数の方法が知られている。西暦２０００年以来の上記材料の工業化増大とともに、そのために使用される製造プロセスは常に簡易化されてきた。基本的には、その後の合成ステップに著しく影響するケイ酸供与体として、水ガラス（ケイ酸ナトリウム）と、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）及びオルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）のようなアルコキシド系化合物とに区別される。主に用いられる疎水化剤又はシリル化剤は、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリメチルクロロシラン（ＴＭＳ）及びヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）である。

エアロゲル材料の生産における重要なステップは湿ったゲルの乾燥である。初期には、超臨界乾燥、すなわち超臨界流体（典型的には低級アルコール、後にはＣＯ_２も）からの乾燥を専ら使用することが慣例であった。疎水性ゲルの溶媒乾燥（非超臨界の乾燥）を使用することにより、材料は、超臨界乾燥されたエアロゲルと事実上同一の特性を備えて生産されることが可能である。古典的な定義によれば、これらはかつてはキセロゲルと呼ばれ、キセロゲルとは溶媒から乾燥させたエアロゲルについて今日でも使用されている用語である。以下、材料の特性（密度＜０．２０ｇ／ｃｍ^３、孔隙率＞８５％、空隙径２０〜８０ｎｍ）に基づいた定義も非超臨界乾燥された材料について使用され、これらはエアロゲルとも呼ばれる。

上記絶縁材料のための、現在もなお比較的高価である主なコスト要因は、時間と労力を要する種類の加工処理、溶媒、溶媒損失及び付随するＶＯＣ放出、並びに原料及び疎水化剤に起因するコストである。生産プロセスに関係する新しい進展は、現時点で達成されている以下の進展ステップと共に、上記に言及された事項すべてにおける節減を目的とする。

初期の特許文献の特許文献１は、低価格のケイ酸供与体としての水ガラスの使用について述べている。ケイ酸ゲルの形成は、酸を用いて水ガラス溶液をｐＨ値７．５〜１１の範囲に達するように中和すること、次に水で洗浄することによりゲル中に存在するナトリウムイオンを除去することによって実行される。水性のボイド流体からアルコールへの溶媒交換により、オートクレーブで加熱することによる超臨界アルコールからの乾燥が可能となる。このプロセスは非常に時間を消費し、かつエネルギー集約的である。さらに、超臨界アルコールを用いる操作は、アルコールの燃焼性と併せて使用される高い圧力及び温度に起因する、重大な安全性リスクである。

重要な飛躍的進歩は、溶媒を含有する疎水化ゲル剤からの、大気圧での簡易化された乾燥によって達成された。この方法は科学文献に、例えばアンダーソン（Anderson）及びシェラー（Scherer）らにより述べられている（非特許文献１）。この方法は急速に知られるようになり、ケイ酸エアロゲル生産のための新たなプロセスを促進した。特許文献２はそのような生産プロセスについて述べている。

特許文献３は、有機修飾された恒久的に疎水性のエアロゲルのための生産プロセスに関する。特許文献１の場合のように、ＳｉＯ_２ゲルは、水ガラス溶媒から酸を用いた中和によって、又はシリカゾル形成後のイオン交換及びその後の塩基の付加によって、形成される。ゲル化の間のｐＨ値は典型的には４〜８の範囲にある。湿ったゲルは、水分が５％未満になるまで有機溶媒で洗浄され、次いで疎水化される。溶媒の蒸発による大気圧での乾燥により、エアロゲル材料が粒状材料として残る。

特許文献４は、粒状形態の光学的に透明及び不透明なＳｉＯ_２エアロゲルの調製に関する。この目的のために、水ガラスのゾルがアルコール相に注入されることによりそこにゲルが粒状材料の形態で形成される。ゲルはアルコールでさらに交換され、シリル化剤によって疎水化される。続いて、ゲルを大気圧下又は減圧下で乾燥させる。この方法は著しく少ない時間消費でエアロゲル粒状材料を生産することを可能にするが、ヒドロゲル相から水を取り除くために必要なエタノールを用いる洗浄に重大な不都合がある。水アルコール混合物の処理は大量のエネルギーを必要とし、このことは大規模な工業的生産に関するこの方法の大きな不都合である。

本発明についての重要問題として、疎水化剤及び疎水化触媒（ＨＣｌ）を含む混合物におけるアルコゲルの疎水化に言及せねばならない：
特許文献５は、アルコキシド系のゾルからのケイ酸エアロゲル及びキセロゲルの形成について述べている。後者を塩基の付加によりゲル化し、アルコール中での還流下でエージングさせる。ゲルはその後、疎水化剤（好ましくはＨＭＤＳＯ）及び触媒としてＨＣｌを含む溶液中で疎水化され、同じく還流下にて臨界未満で乾燥させる。様々な形式の乾燥について詳細に記述され、かつそうして得られた材料の品質に対するその影響が説明されている。言及されている主な点は、乾燥前の、アルコール及び疎水化剤の混合物であるボイド流体の組成である。特許文献５による方法の不都合は、疎水化剤と、任意選択で対応する触媒とが、ゲル化及び固体を形成するためのゲルのエージングの後にのみ添加されるということである。特に、嵩高い電荷の場合には、疎水化剤は拡散律速方式で（すなわち徐々に）しかゲルの内部に浸透することができず、その結果材料の厚さに応じて疎水化ステップに長時間を要する。

国際公開第１９９５／００６６１７Ａ１号 米国特許第５，５６５，１４２号明細書 国際公開第１９９８／００５５９１Ａ１号 国際公開第２０１２／０４４０５２Ａ２号 国際公開第２０１３／０５３９５１Ａ１号

アンダーソン（Anderson）及びシェラー（Scherer ）ら、ジャーナル・オブ・ノンクリスタリン・ソリッズ（J. Non. Cryst. Solids ）、１９９５年、第１８６巻、ｐ．１０４−１１２

本発明は、エアロゲル材料の生産のための改善された方法を提供することを目的とする。さらなる目的は、改善された絶縁材パネル及びエアロゲル材料を生産するための使用準備済の前駆体生成物を提供することである。

上記目的は、請求項１に記載の生産方法により、請求項１４に記載の絶縁材パネルにより、及び請求項１５に記載の前駆体生成物により、本発明に従って達成される。
エアロゲル材料の生産のための本発明の方法は、
ａ）アルコール性の溶媒混合物中でシリコン酸化物ゾルを調製するステップと；
ｂ）塩基を添加してゾルのゲル化を引き起こすことによりゲルを形成させ、かつ任意選択でゲルのエージングを行うステップと；
ｃ）前記任意選択でエージングが行われたゲルを疎水化するステップと；
ｄ）臨界未満の乾燥で溶媒混合物を除去することにより、エアロゲル材料を形成させるステップと；
を含み、ステップａ）で形成されるシリコン酸化物ゾルは酸触媒で活性化可能な少なくとも１種の疎水化剤を含み、ゾル中の疎水化剤の体積分率は５〜６０％であり、ステップｃ）における疎水化は、疎水化剤との併用で作用する少なくとも１種の疎水化触媒の活性化又は添加の結果として誘発される。

好ましい実施形態については以降に記載され、かつ従属請求項に定義される。
本発明の方法により、現在知られている方法と比較して大幅に簡易なケイ酸エアロゲル材料の生産が可能となる。疎水化は酸で触媒される、すなわち、Ｈ^＋イオン又はＨ_３Ｏ^＋イオンによって触媒されるプロセスであるという事実から、弱塩基性条件下で生じるゲル化プロセス及び酸性条件下で生じる疎水化プロセスは、一時的に互いに十分分離された全く同一の有機ゲル中で実行することが可能である。本発明の方法のさらなる利点は溶媒消費の顕著な低減である。特に、本発明の方法を用いて、エアロゲルの生産に使用される溶媒量をゲル体積の最大で１．１倍まで制限することが可能である。先行技術によれば、典型的にはゲル体積の２倍以上が必要である。

本願において、アルコール性の溶媒混合物とは、１種又は任意選択で数種の低級アルコール（特にエタノール、メタノール、ｎ‐プロパノール、イソプロパノール、ブタノール）及び適切な割合の疎水化剤で本質的に構成されている混合物として理解されるものとする。該混合物は、少ない割合の水、不可避不純物及び任意選択で（他所に説明されるように）ある種の添加物をさらに含有することが可能であることは理解されるであろう。

疎水化剤は、一般に知られるように、疎水性すなわち撥水性を提供する成分として理解されるものとする。本願では、疎水化剤及び疎水化プロセスは、主としてケイ酸ゲル及びケイ酸ゲルの特性の改変に関する。本発明の方法を用いて生産されるエアロゲル材料は、粒状材料、単一体の物体又は複合材料の形態で生産可能である。特に、該材料は、手順が単純であり従って経済的に有利でもある絶縁材パネルの生産に使用可能である。

本発明の方法は、触媒で活性化可能な少なくとも１種の疎水化剤を含有するアルコール性の溶媒混合物中におけるアルコキシド系ケイ酸ゾルのゲル化を含む。
ゲル化プロセスは薄いアンモニアのような塩基の添加によって開始される。任意選択で、このように形成されたゲル（「有機ゲル」とも呼ばれうる）はさらにエージングプロセスにも供される。任意選択でエージングさせたゲルはここで、疎水化及び特許文献５による臨界未満の乾燥に必要な成分をすべて含有しているか、又はより具体的には、主要な成分であるアルコール及び活性化可能な疎水化剤を備えているが疎水化触媒は含まないボイド流体を含有している。

続いて、制御された方式でゲル中に疎水化触媒を、完全に、かつ追加の溶媒付加を伴わず、すなわち最小限の溶媒付加のみで、導入することが必要である。好ましい実施形態（請求項２）によれば、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）が酸触媒で活性化可能な疎水化剤として使用される。

ゾル中の疎水化剤の体積分率が２０〜５０％、特に２５％〜４０％、及びより詳細には３４％〜３８％である場合、特に好都合である（請求項３）。
ステップｃ）について疎水化触媒を添加又は活性化するためには様々な可能性がある。

１つの実施形態によれば、疎水化触媒は、ラジカル分解反応によってゲル中でその場にて形成される（請求項４）。好都合には、疎水化触媒は、低安定性又は安定化されていないＰＶＣ、トリクロロメタン、クロロアセトン又は四塩化エチレンのような先に添加された塩素含有有機化合物のラジカル分解によって形成される。これにより所望の時点で疎水化触媒（好都合にはＨＣｌである）を放出することが可能となるが、これは電磁放射（ＵＶ、Ｘ線）又は既知のラジカル開始剤によって遂行可能である。高い光学的透明性を備えかつ厚みの薄いゲルについては、光化学的ラジカル分解反応が好ましい。

さらなる実施形態によれば、疎水化触媒はゲル中の持続放出剤によって放出され、放出は任意選択で熱活性化によって開始又は加速される（請求項５）。さらにこの場合、ゾルに含まれているマイクロカプセル若しくはナノカプセル又は粒子のような「持続放出型」又は「制御放出型」添加剤から放出される疎水化触媒として、ＨＣｌ（又はその任意の前駆体）を使用することが好ましい。理想的には、これらの薬剤の活性化は、圧力、温度又は電磁放射（光、電波、マイクロ波）のような外部から制御可能なプロセスパラメータによって生じる。

さらなる実施形態（請求項６）によれば、気体形態のＨＣｌが、ゲルと接触させる疎水化触媒として使用される。このプロセスは、小さな物体、粒状材料及び（微細）構造化された単一体又は複合材料のような大きな露出外側表面を備えたエアロゲル材料の生産に特に適している。

さらなる実施形態（請求項７）によれば、ＨＣｌ若しくはＴＭＣＳ、又はこれら２つの成分の混合物が疎水化触媒として使用され、前記疎水化触媒はボイド流体と類似又は同一の組成を有する薄い溶媒混合物に溶解され、かつ該液相中でゲルと接触させられる。本発明によれば、ゲルの体積と比較した、触媒を含む溶媒の量は、本発明の方法の溶媒のバランスをできるかぎり低く保つという利益を維持するためにできるだけ少なく保たれるものとする。好ましくは、バッチプロセス又は連続プロセスにおける触媒含有溶液は、最大で３０％、特に最大で１０％の、体積分率及び体積流量分率を示すものとする。

さらなる実施形態（請求項８）によれば、ゾルは少なくとも１種の機能性シランをさらに含有する。シランの選択に応じて、エアロゲルの機械的性質、特にその可撓性又は強さは、特異的な方式で変更可能である。

さらなる実施形態（請求項９）によれば、ゾルは、生産されるべきエアロゲル材料内部にポリマー構造を形成することのできる、少なくとも１種の重合可能なモノマーをさらに含む。好都合には、重合可能なモノマーは、アクリラート、塩化ビニル、スチレン又はジビニルベンゼンのような、ラジカル重合可能な物質で構成されている群から選択される。これは、特にゲル構造の強化を達成することを可能にする。

さらなる実施形態（請求項１０）によれば、ステップｃ）及びステップｄ）のうち少なくともいずれか一方は、圧力容器内にて例えば最大で２０×１０^５Ｐａ（２０バール）の超過圧力で実行される。大気圧では、ボイド流体の沸点は８０〜１００℃である。圧力容器内で操作することにより、９０〜１３０℃の範囲の著しく高い温度で本発明のステップｃ）を実行することが可能となり、その結果、圧力鍋の例と同じようにより高い反応速度がもたらされる。このことは疎水化時間の劇的な短縮（例えば６５℃で２４時間から９０℃でわずか３時間まで）を可能とすることにより、プロセスの効力の著しい増大をもたらす。望ましい場合には、乾燥ステップｄ）の初期段階も高圧で実行可能である。目下の文脈では、用語「初期段階」は、疎水化ステップｃ）の後に続く乾燥プロセスの一部として理解されるものとする。特に、プロセス全体の終わりに向かって通常は圧力放出が実行され、その後状況に応じてさらなる乾燥が行われる可能性があることは理解されるであろう。

さらなる実施形態（請求項１１）によれば、ステップｄ）は減圧下で実行される。真空での乾燥は、より低い温度で、すなわちより少ない加熱エネルギー所要量及びより低い温度レベルで生じうるという利点を有する。特に乾燥プロセスの終わりに、同じ温度で真空で操作することにより、エアロゲル材料中の溶媒（残存する湿気）の量をより少なくして終わることが可能となる。先行する疎水化ステップｃ）が高い圧力で実行された場合、熱いゲルに蓄えられた熱エネルギーは、乾燥ステップｄ）が開始され次第、蒸気の形のボイド流体の制御放出を達成するため圧力容器のバルブを始動させることにより、乾燥プロセスが初期にはるかにより速く進むようにするために使用可能である。

さらなる実施形態（請求項１２）によれば、ゾルはゲル化の開始後に繊維系マトリックスに添加される。用語「繊維系マトリックス」は、繊維状構造及びフリース型構造のいずれとしても理解されることとする。このようにして構造補強材をエアロゲル材料中に特殊な様式で埋め込むことが可能である。同様の方式で、そのような補強材は、粒子、特にナノ粒子又は繊維などを加えることにより形成可能である。

実験室規模でのゾルの調製は、通常はバッチプロセスで、すなわち静止している容器内で混合物を撹拌することにより、行われる。産業技術規模では、ゾルは流通反応器において連続的に形成されることが好ましい。特に、本発明の方法のステップａ）並びに好ましくはステップｂ）及びｃ）は、したがって任意選択で連続プロセスにて実行される（請求項１３）。任意選択で、ステップｄ）も連続プロセスに統合可能である。疎水化剤及び他の添加剤（重合可能なモノマー、繊維、ナノ粒子など）は様々な時点で、ただし遅くともゲル化の間に、ゾルに添加可能である。ステップの順序及び添加に使用される化学的パラメータにより、正確に調整可能な物理的性質を備えた新素材を作出する可能性がもたらされる。

触媒的に疎水化されたゲルを臨界未満で乾燥させる。数多くのエアロゲル材料に対して一般的なプロセスが適用可能であることにより、適用に応じて、純粋なケイ酸エアロゲル又は有機修飾エアロゲル、例えばポリマー修飾されたＸ‐エアロゲル若しくは有機修飾シリカ型エアロゲル又はこれらの化合物種のハイブリッドなどを得ることができる。

本発明の方法において記載されるエアロゲル材料の形状及び種類に関しては、全ての慣習的な実施形態（粒状材料、パネル、プレート、天井部品（「ブランケット」）、コーティング、フィルム）が可能である。

特に、これらは、請求項１４に記載の絶縁材パネルを生産するための好都合な方法において使用可能である。
本発明のさらなる態様によれば、請求項１５によって、エアロゲル材料を生産するための前駆体生成物が提供される。後者はアルコール性の溶媒混合物中にシリコン酸化物ゾル及びシリコン酸化物ゲルのうち少なくともいずれか一方を含み、かつ酸触媒で活性化可能な少なくとも１種の疎水化剤をさらに含有する。このようにして、所望の適用部位において単に疎水化のみが、及び必要な場合は乾燥がなされることになる貯蔵可能かつ運送可能な出発物質を、好都合な方式で提供可能である。後者のステップについては、本明細書中に別記されるのと同じ処理の可能性が原理上は使用可能である。

本発明を実行するための態様
本発明の典型的な実施形態について以降に述べる。
エアロゲル粒状材料の生産
シリコン酸化物ゾル濃縮物は、ＴＥＯＳ／水／シュウ酸のモル比を１：３．５：０．００４としてエタノール中５０℃にて撹拌しながら８時間の、ＴＥＯＳのアルコール加水分解により、加水分解される。ゾル濃縮物中のＳｉＯ_２を単位として表されるケイ酸含量は１８％である。ゾル濃縮物はその後、ＨＭＤＳＯ及びエタノールで希釈されて、ゾル中のＨＭＤＳＯ含量が２０％であるように最終ゾル濃度６％とされる。その後、このゾルに１％の薄いエタノール性アンモニア溶液が添加されることにより、７分以内にゲル化が引き起こされる。新鮮な有機ゲルをブロック中にて７０℃で２時間エージングさせる。

エージングさせたゲルはその後機械的に破砕され、このゲル粒状材料は密閉圧力容器の中へ送られる。続いて、そこに２．５×１０^５Ｐａ（２．５バール）の過剰圧力を備えたＨＣｌガスと窒素との混合物が加圧により添加される。その後、容器の内容物は３０分以内に１００℃まで加熱される。混合物はここで９０分間疎水化されてから５０℃に冷却され、過剰圧力が解放される。疎水性ゲルを、続いてコンベヤベルト上で１５０℃にて乾燥させる。最終生成物として、０．０８〜０．１２ｇ／ｃｍ^３の嵩密度を備え、かつ０．０１２〜０．００１４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の典型的な材料内熱伝導度を有する疎水性エアロゲル粒状材料が得られる。３ｍｍの中位粒度を備えた未固結の粒状材料について測定した時、熱伝導度は０．０１９〜０．０２２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

エアロゲル粒状材料の工業的生産
シリコン酸化物ゾルは、７５℃のエタノール中でＴＥＯＳ／水／塩酸のモル比を１：１．６：０．００３としたＴＥＯＳのアルコール加水分解であって、最後に水が添加され、かつ平均滞留時間は約１時間であるアルコール加水分解によって、流管型反応器内で加水分解される。流管型反応器のさらなる過程において、上記ゾルは次にＨＭＤＳＯ及びエタノールで希釈されて、ゾル中のＨＭＤＳＯ含量が３０％でありＳｉＯ_２を単位として表されるケイ酸含量が５．２％であるようになされる。続いてエタノール性アンモニア溶液が添加されて、混合物はスタティックミキサによって均質化される。このようにして、ゾルは６５℃の温度に維持されたゲル化ベルト上を２５分の滞留時間で流れる。

その後、ゲルは粒状材料を形成するために粉砕機で破砕される一方、エタノール性ＨＣｌ溶液が連続的に添加される。エタノール性疎水化触媒の溶媒流量はゲル体積流量の１０％である。粒状材料をその後、加圧されたコンベヤベルト式通過反応器中で１００℃に加熱し、該反応器において連続的に疎水化して同時に予備乾燥させる。乾燥用ベルトの第２の部分においては大気圧又は大気圧未満であり、最終的な乾燥温度は１３５℃である。０．０１３〜０．００１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の典型的な材料内熱伝導度を有する０．０９２〜０．１１７ｇ／ｃｍ^３の嵩密度を備えた疎水性のエアロゲル粒状材料が、最終生成物として形成される。４ｍｍの中位粒度を備えた未固結の粒状材料について測定した時、熱伝導度は０．０１９５〜０．０２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

代替実施形態では、ゲルは溶媒又は疎水化触媒を伴わずに粉砕機で粉砕される。ゲルは、ドロップシャフト内の気流中の浮遊粒状粒子として３〜５分の間維持される。疎水化触媒を、気体ＨＣｌとして、又は薄いエタノール性ＨＣｌ溶液として側部から注入することにより、全ての粒状粒子を疎水化触媒と均等に接触させる。先述の実施形態の代替例として、疎水化ステップ及び乾燥ステップが、サイクロン式ドロップシャフト内又は一種の流動層乾燥器内で行われることも可能である。

複合材料の生産
計算上のＳｉＯ_２含量が４．８％のゾルは、メタノール（ＭｅＯＨ）及び水で構成されている溶媒混合物中０．０１ＭのＨＣｌの存在下にて６５℃で２時間のＴＭＯＳの加水分解によって得られる。その後、混合物は室温に冷却されて、続くＨＭＤＳＯを用いた希釈に際しても個々のゾル粒子の酸触媒による疎水化はまだ始まらないようになされる。ＨＭＤＳＯを用いた希釈は、ゾル混合物中の体積分率が６５％のＭｅＯＨ、８％の水及び２７％のＨＭＤＳＯであるような方式で選択される。続いて、２％のメタクリル酸メチルモノマー及び０．５％の重合可能なシランリンカーである３‐（トリメトキシシリル）プロピルメタクリル酸（前もって酸化アルミニウムで活性化（阻害剤の除去）がなされたもの）が、ゾルに添加される。その後、体積百分率０．３５の、１０μｍの中位粒度を備えた塩化ビニル酢酸ビニルコポリマー微粒子を混合物中に分散させる。最後に、ラジカル開始剤であるターシャリ‐ブチル‐ヒドロペルオキシド０．０５％及び１Ｍアンモニア溶液１％が３０℃にて添加され、ゾルは１分間撹拌され、次いでモールド内に注がれる。ゲル化の後、ゲルを５５℃で４時間エージングさせる。この時まで、疎水化は生じていない。

その後、ゲル本体は密閉された耐圧容器へと移されてアセンブリ全体が８５〜９０℃に加熱される。これにより、約１気圧の過剰圧力が容器内にかかる。加熱に際して、ラジカル開始剤は活性化されて、２つのプロセスの同時活性化をもたらす。すなわち、一方では、ＰＶＣを含有する微粒子が活性化され、したがって正確な用量の疎水化触媒ＨＣｌをゲルに対して放出する。このようにして、ＨＭＤＳＯを用いたゲルの実際の疎水化が開始される。同時に、メタクリル酸メチルのラジカル重合が開始される。このようにして、３‐（トリメトキシシリル）プロピル−メタクリル酸リンカーを介してケイ酸骨格に直接結合した重合鎖が形成される。これはゲルのネットワークの強化をもたらす。

３時間のインキュベーションの後、反応器を放置冷却し、修飾されたゲルを１４０℃で２時間乾燥させる。最後に、厚さ０．１５ｇ／ｃｍ^３の、ポリマーで補強されたエアロゲル複合材料が得られる。

絶縁材パネルの生産
ＳｉＯ_２含量が２２％のポリエトキシジシロキサン（ＰＥＤＳ）ゾル２００ｍｌを、１５０ｍｌのエタノール及び２５０ｍｌのＨＭＤＳＯ各々で希釈する。その後、１０％のＨＣｌが添加された微粒子の形態の持続放出剤４．０ｇ及び８．２ｇの軟化剤ジメチルジエトキシシラン（ＤＭＤＥＳ）を添加する。２％の１Ｍアンモニア溶液をさらに添加した後、徹底的に混合されたゾルは、適合するように切断されたポリエステルの不織繊維マットで予め覆われたモールド内に注がれる。混合物は１０分以内にゲル化し、ゲルは不織繊維のマトリックス内に形成される。５０℃で２４時間のエージング相の後、ゲルプレートはモールドから注意深く引き上げられ、６５℃の温度に維持された密閉容器中に入れられる。この高い温度では、ＨＣｌはマイクロカプセル封入から解放され、体積全体にわたって均等にＨＭＤＳＯに対する疎水化触媒としてのその特性を働かせることができる。このようにして開始された疎水化は２４時間実行される。その後、容器を開口し、ゲルパネルをコンベクションオーブン中１４５℃で乾燥させる。完成したエアロゲル絶縁材パネルは、０．１１ｋｇ／ｃｍ^３の密度及び０．０１４５ｍＷ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導度を有する。さらに、エアロゲル絶縁材パネルはＤＭＤＥＳの添加に起因する可撓性の機械的性質を有する。

Claims (15)

1. エアロゲル材料の生産のための方法であって、
   ａ）アルコール性の溶媒混合物中でシリコン酸化物ゾルを調製するステップと；
   ｂ）塩基を添加してゾルのゲル化を引き起こすことによりゲルを形成させ、任意選択でゲルのエージングを行うステップと；
   ｃ）前記任意選択でエージングが行われたゲルを疎水化するステップと；
   ｄ）臨界未満の乾燥で溶媒混合物を除去することにより、エアロゲル材料を形成させるステップと；
   を含み、ステップａ）で形成されるシリコン酸化物ゾルは酸触媒で活性化可能な少なくとも１種の疎水化剤を含み、ゾル中の疎水化剤の体積分率は５〜６０％であることと、ステップｃ）における疎水化は、疎水化剤との併用で作用する少なくとも１種の疎水化触媒の放出又は添加の結果として誘発されることとを特徴とする方法。
2. 触媒で活性化可能な疎水化剤はヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）である、請求項１に記載の方法。
3. ゾル中の疎水化剤の体積分率は２０〜５０％、特に２５％〜４０％、及びより詳細には３４％〜３８％である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 疎水化触媒はラジカル分解反応によってゲル中でその場にて形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 疎水化触媒はゲル中の持続放出剤によって、かつ任意選択で熱活性化によって放出される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. 疎水化触媒は気体ＨＣｌである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
7. 疎水化触媒はアルコール溶液中のトリメチルクロロシラン（ＴＭＣＳ）及びＨＣｌのうち少なくともいずれか一方である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
8. ゾルは少なくとも１種の機能性シランをさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. ゾルは、少なくとも１種の重合可能なモノマーをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. ステップｃ）及び任意選択でステップｄ）の初期段階は過剰圧力で実施される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. ステップｄ）は減圧下で実施される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. ゾルはゲル化の開始後に繊維系マトリックスに添加される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 少なくともステップｂ）及びｃ）は連続プロセスにて実施される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法に従って生産されたエアロゲル材料から形成された、絶縁材パネル。
15. エアロゲル材料を生産するための前駆体生成物であって、アルコール性の溶媒混合物中のシリコン酸化物ゾル及びシリコン酸化物ゲルのうち少なくともいずれか一方と、酸触媒で活性化可能な少なくとも１種の疎水化剤とを含む前駆体生成物。