CN105390461A - 绝热片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导热系数小、机械强度高、以二氧化硅气凝胶为基材的绝热片及其制造方法。在水凝胶的疏水化反应时，使用具有反应性有机官能基的硅烷偶联剂103进行疏水化，在干燥工序中使溶剂挥发后，升温至作为反应开始温度的100℃以上，使反应性官能基与纤维反应并接合，由此能够防止二氧化硅干凝胶101微粒从无纺布纤维102上剥离或脱落。

Description

绝热片及其制造方法
技术领域
本发明涉及绝热片及其制造方法。
背景技术
广义的气凝胶表示“以空气为分散介质的凝胶”，其是通过干燥适当的凝胶而制造的凝胶。此处，广义的“气凝胶”包含狭义的气凝胶、干凝胶，以及冷冻凝胶。
狭义的凝胶称呼根据干燥方法的差异而区别使用，使用超临界干燥法制造的凝胶称为气凝胶，在常压下干燥制造的凝胶称为干凝胶，通过冷冻干燥制造的凝胶称为冷冻凝胶。根据干燥方法的差异而存在若干狭义称呼的原因可以认为是，本领域中在气凝胶的制造工序中，最重要的工序在于从凝胶中除去溶剂的干燥方法。
已知1931年由S.S.Kister最初合成的、由硅酸粒子构成的二氧化硅气凝胶(非专利文献1)，尽管不含CO2、环戊环等导热系数低的发泡气体，但由于具有构成空气的分子的平均自由程(68nm)以下的细孔径，因此具有优良的绝热效果。
二氧化硅气凝胶与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)不同。对于其绝热性能，几乎观察不到经年变化，而且具有400℃以上的耐热性。因此，其作为新一代的绝热材料而受到关注。
通过低导热系数的气体发泡的PU、EPS，由于气体经时逸出，因此绝热性能变差，而且还存在有耐热性不足的问题。此外，虽然VIP具有几mW/mK的优良绝热性能，但其存在有在真空封入芯材时微量的空气分子从通过热熔融接合的部分经时地混入，导致真空度降低而产生经年劣化的问题，以及耐热性为100℃左右等问题。
二氧化硅气凝胶在经年劣化、耐热性方面比现有的绝热材料优良，其具有15mW/mK左右的优良导热系数。然而，由于在二氧化硅气凝胶中，形成了由几十nm级的二氧化硅粒子通过点接触而连接成的念珠状的网络结构，因此机械强度不太高。因此，为了克服该脆性，进行了通过将二氧化硅气凝胶与纤维、无纺布以及树脂等复合化而实现强度提高的研究。
例如，已知有通过在干燥状态下将气凝胶和结晶性高分子进行混合及热处理，从而制造由高分子包覆的气凝胶的方法(专利文献1)。这时，由于相对气凝胶以体积比为1：1或1：2的比率添加高分子，因此机械强度提高。然而，熔融的高分子浸透到气凝胶的纳米尺寸的空隙中，导致气凝胶部分地树脂化。由此存在有导热系数变高的问题。
此外，为了干凝胶骨架的强化，已经报道了使原料溶液含浸于纤维中而制造隔热材料的方法(专利文献2)，然而在该情况下，二氧化硅干凝胶粒子从表面剥离或脱落成为问题。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Nature，127，741(1931)
专利文献
专利文献1：日本特开2009-73731号公报
专利文献2：日本特表平10-504793号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在纤维和二氧化硅干凝胶的复合材料中，尚无用于防止二氧化硅干凝胶的凝胶微粒脱离和脱落的有效方法。因此，其在不允许绝热性能下降和颗粒混入的电子机器领域的发展受到阻碍。结果，虽然二氧化硅干凝胶是优良的绝热材料，但很难利用。
本发明的目的在于提供一种导热系数小、机械强度高、以二氧化硅气凝胶为基材的绝热片及其制造方法。
用于解决问题的方法
为了解决上述问题，使用一种含有二氧化硅干凝胶和无纺布的绝热片，其中，二氧化硅干凝胶和无纺布通过具有反应性有机官能基的硅烷偶联剂化学交联。
此外，还使用一种绝热片的制造方法，其包括：以具有作为水玻璃和胶体二氧化硅的中间尺寸的1～10nm的粒子尺寸的高摩尔硅酸水溶液为原料，向其中添加酸制备溶胶的制备工序，或者以水玻璃为原料，通过离子交换从水玻璃中除去钠后，添加碱制备溶胶溶液的制备工序；使溶胶含浸于无纺布的含浸工序；在50～100℃下通过脱水缩合进行聚合反应，得到水凝胶的脱水缩合工序；使用具有由YnSi(OR)4-n表示的反应性有机官能基的硅烷偶联剂使水凝胶表面疏水化的疏水化工序；在80℃以下干燥疏水化后的水凝胶的干燥工序；和加热至100℃以上，使上述作为反应性有机官能基的Y开环聚合，从而使二氧化硅干凝胶和无纺布结合的聚合工序，由YnSi(OR)4-n表示的硅烷偶联剂中，作为反应性有机官能基的Y是环氧丙氧基丙基、3,4-环氧环己基乙基、苯乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸甲酯基、乙烯基及其衍生物、巯丙基、氨基丙基中的任意一种，R为甲基、乙基、丙基中的任意一种，n为1～3。
发明效果
本发明的绝热片即使在长时间的使用中也不会产生二氧化硅干凝胶从无纺布纤维上剥离或脱落的情况。因此，其能够在不允许绝热性能下降和颗粒混入的电子机器中使用。
根据本发明的绝热片的制造方法，可以制造上述绝热片。
附图说明
图1是说明实施方式中通过具有反应性有机官能基的硅烷偶联剂使二氧化硅干凝胶与无纺布纤维交联的图。
图2是说明实施方式的整体工艺的图。
图3是说明实施方式的疏水化工序的化学键状态的图。
图4是说明通过具有反应性有机官能基的硅烷偶联剂使二氧化硅干凝胶与无纺布纤维交联的图。
图5是说明实施方式中通过硅烷偶联剂使二氧化硅干凝胶彼此交联的图。
图6是说明实施方式中通过具有反应性有机官能基的硅烷偶联剂使二氧化硅干凝胶与无纺布纤维交联的图。
具体实施方式
对一种实施方式进行说明。
(二氧化硅干凝胶101)
实施方式的二氧化硅干凝胶101由以水玻璃(硅酸钠水溶液)作为原料，通过离子交换树脂或电渗析法对其进行离子交换，并向脱钠后的硅酸水溶液中加入碱而生成的脱水缩合物形成。
或者，由向作为原料的粒径为水玻璃和胶体二氧化硅的中间尺寸(1～10nm)的高摩尔硅酸水溶液中加入酸而生成的脱水缩合物形成。
<平均细孔径>
通过实施方式的制造方法生成的二氧化硅干凝胶101的平均细孔径为10～55nm，并且具有3.0～10cc/g的孔容。
平均细孔径更优选为10～55nm。
如果平均细孔径小于10nm，则干凝胶的体积密度变大，结果固体(二氧化硅粒子)的导热成分的比例增大，因此导热系数的值变大。
如果平均细孔径大于55nm，则干凝胶的体积密度变小，虽然固体的导热成分减少，但由于干凝胶的空隙比例增大，因此空气(氮分子)对流的影响增强，导热系数的值变大。
<孔容>
孔容优选为2.5～10cc/g。
当孔容小于2.5cc/g时，和平均细孔径小于10nm时同样，由于固体导热成分的比率增大，因此导热系数的值变大。
当孔容大于10cc/g时，虽然固体的导热成分减少，但由于干凝胶的空隙比例增大，对流的影响增强，因此导热系数的值变大。
<总结>
如果二氧化硅干凝胶101的平均细孔径和孔容为上述范围，则绝热性优良，因此适合作为绝热材料。
为了控制二氧化硅干凝胶101的平均细孔径、孔容，通过调整作为原料的水玻璃的硅酸浓度，以及溶胶化时使用的碱性胶体二氧化硅的种类(pH、分散介质、粒径、粒子形状、粒子浓度)、添加量、溶胶的凝胶化条件(温度、时间)和熟化条件(温度、时间)等可以容易地进行控制。
(绝热片)
实施方式的绝热片是含有导热系数为0.010～0.020W/mK的前述二氧化硅干凝胶101的无纺布。其特征示于图1。图1是表示化学键的图。在绝热片中，二氧化硅干凝胶101与无纺布纤维102通过具有反应性有机官能基104的硅烷偶联剂103化学交联。其是导热系数为0.015～0.025W/mK的绝热片。
<无纺布纤维102>
无纺布纤维102可以是无机系纤维、有机系纤维中的任意一种，并且优选根据用途区别使用。例如，在除了绝热性还要求耐热性、阻燃性的领域(汽车、飞机等)中，优选选择耐热性、阻燃性优良的无机系纤维。有机系纤维优选在不要求耐热性、阻燃性的领域(智能电话、平板电脑、笔记本电脑等移动设备类、家电制品等)中使用。
作为无机系纤维，从绝热性、耐热性、阻燃性、尺寸稳定性的观点考虑，优选玻璃棉、石棉、氧化铝纤维。碳纤维由于导热系数高，绝热性不足，因此不优选。玻璃棉、石棉、氧化铝纤维的纤维直径为1～20μm，纤维长度为3～25mm。该范围的纤维的导热系数小，因此优选。此外，该范围的纤维直径、纤维长度的纤维使作为无纺布单体的导热系数为0.03～0.05W/mK的范围。
如果纤维直径大于20μm或纤维长度大于25mm，则无机纤维的固体导热成分增大，导热系数大于0.05W/mK。结果，即使在纤维中含有二氧化硅干凝胶101，最终制成的绝热材料的导热系数也超过了0.025W/mK，不优选。
纤维直径小于1mm、纤维长度小于3mm的纤维，纤维彼此之间的聚合度显著减少，无法维持作为片材的形态，因此不优选。
作为有机系纤维，从绝热性、化学稳定性的观点考虑，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)。对于聚丙烯、聚乙烯、纤维素等有机系纤维，如果对纤维直径、纤维长度进行优化，则绝热性不存在问题，但化学稳定性(这时为耐酸性)不足，因此不优选。如后所述，含有二氧化硅干凝胶101的绝热片的制造工序具有将无纺布浸渍到盐酸中的工序，对无纺布而言要求耐酸性。然而，聚丙烯、聚乙烯、纤维素等有机系纤维不具有耐酸性，因此不好。
(含有二氧化硅干凝胶101的绝热片的制造方法)
对于含有二氧化硅干凝胶101的绝热片的制造方法的概要，使用图2的流程图进行说明。绝热片的制造方法包含图2的(1)～(7)这7个工序。
(1)向作为原料的水玻璃或高摩尔硅酸钠中添加催化剂，制备溶胶的溶胶制备工序。
(2)使溶胶含浸于无纺布的工序。
(3)使溶胶在无纺布中凝胶化的工序。
(4)强化二氧化硅骨架的熟化工序。
(5)将凝胶片浸渍于酸性水溶液中工序(使凝胶片与具有反应性有机官能基104的硅烷偶联剂103进行反应的疏水化工序)。
(6)除去溶剂并进行干燥的工序。
(7)通过加热聚合使反应性有机官能基104与无纺布纤维102化学键合的聚合工序这7个工序。
以下分别进行说明。
(1)溶胶制备工序
在溶胶制备工序中，有使用水玻璃作为原料的情况和使用高摩尔硅酸水溶液作为原料的情况。
在使用水玻璃时，通过离子交换树脂或电渗析法除去水玻璃中的钠，使其呈酸性，形成溶胶，然后，添加作为催化剂的碱进行缩聚，形成水凝胶。
在使用高摩尔硅酸钠时，向高摩尔硅酸水溶液中加入作为催化剂的酸进行缩聚，形成水凝胶。
<水玻璃>
水玻璃被称为硅酸钠水溶液或硅酸钠水溶液，是SiO2(无水硅酸)和Na2O(氧化钠)以各种比率溶解于H2O中的液体。水玻璃的分子式由Na2O·nSiO2·mH2O表示，该n被称为摩尔比，其表示Na2O与SiO2的混合比率。日本工业标准(JISK1408)中规定的水玻璃的种类有1、2、3号，各自的摩尔比为2、2.5、3。由于本发明中作为原料使用的水玻璃用纯水进行稀释来使用，因此不存在特别适合的摩尔比，可以使用通常使用的摩尔比为2～3的水玻璃。
<高摩尔硅酸水溶液>
高摩尔硅酸水溶液是将在水凝胶的构建中不需要的钠从水玻璃中除去后，在碱性环境下进行稳定化的原料。高摩尔硅酸水溶液不是水玻璃，也不是胶体二氧化硅。在此，所谓胶体二氧化硅，是指在SiO2或其水合物的胶体中，通常具有粒径为10～300nm的一定结构的材料。
水玻璃是硅酸钠的浓水溶液，是指将硅酸钠溶于水中进行加热而得到的糖稀状的液体。另一方面，高摩尔硅酸水溶液是指从该水玻璃中除去钠后，将二氧化硅浓度浓缩至8％以上的材料。该高摩尔硅酸水溶液的特征是溶胶的粒径处于水玻璃和胶体二氧化硅的中间尺寸(1～10nm)。
高摩尔硅酸水溶液中的硅酸粒径优选为1～10nm。如果粒径小于1nm，则由于粒径小，不会成为核生长的起点，有时无法获得缩短熟化时间的效果。如果粒径大于10nm，则硅酸粒子本身的活性降低，而且无法形成均匀的二氧化硅粒子网络，因此有时水凝胶的强度变得不足。
实施方式中使用的高摩尔硅酸水溶液的硅酸浓度优选为13～20％。
当高摩尔硅酸水溶液的硅酸浓度小于13％时，在将水玻璃调节至所希望的pH时，需要添加更大量的高摩尔硅酸水溶液。因此，应成为二氧化硅粒子生长起点的胶体二氧化硅数量减少，有时二氧化硅网络的构建无法有效进行。
如果高摩尔硅酸水溶液的硅酸浓度大于20％，则存在原料本身的贮存期变短的问题。也就是说，即使在常温下放置，粘度也会上升而凝胶化。
(2)含浸工序
向0.05～1.0mm厚度的无纺布中注入无纺布重量的6.5～10倍量的(1)中制备的溶胶溶液，用手辊使溶胶溶液含浸于无纺布。这时，溶胶溶液的粘度优选为1～10mPa·s(20℃)，从加快含浸速度的观点考虑，更优选为1～5mPa·s。
此外，当无纺布为无机系纤维时，可以使用玻璃棉、石棉。当其为有机系纤维时，可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)。
然而，为了提高润湿性，在含浸溶胶溶液前，可以预先对无纺布纤维102实施UV臭氧清洗、大气压等离子体清洗，也可以使无纺布中预先含有表面活性剂。
此外，在含浸溶胶溶液时，优选在制备溶胶后于室温下在5分钟以内进行含浸。如果经过了5分钟以上，则溶胶溶液的粘度提高至10mPa·s以上，含浸速度急剧变慢。
(3)凝胶化工序
<凝胶化温度>
在(2)之后，使溶胶凝胶化。溶胶的凝胶化温度优选为20～90℃。
如果凝胶化温度低于20℃，则必要的热量无法传导至作为反应活性种的硅酸单体。因此，无法促进二氧化硅粒子的生长。结果，到溶胶的凝胶化充分进行需要花费时间。而且，生成的凝胶(水凝胶)的强度低，在干燥时有时会产生较大的收缩，并且有时无法获得所希望强度的水凝胶。
此外，如果凝胶化温度高于90℃，则显著促进了二氧化硅粒子的生长。结果，急速地产生了水的挥发，可以观察到水和水凝胶分离的现象。由此得到的水凝胶的体积减小，有时无法获得所希望的二氧化硅干凝胶101。
<凝胶化时间>
另外，凝胶化时间根据凝胶化温度、后述的凝胶化后的熟化时间而不同，对凝胶化时间和后述的熟化时间进行合计，其优选为0.5～12小时，从兼顾性能(导热系数)和生产节拍的观点考虑，进一步优选为1～6小时。
当凝胶化时间小于0.5小时时，无法充分强化二氧化硅粒子的网络，因此干燥时凝胶收缩，体积密度提高。
当凝胶化时间长于12小时时，虽然可以充分进行二氧化硅网络的强化，但熟化更为耗时时，则不仅损害了生产率，而且产生了凝胶的收缩，体积密度提高，因此存在导热系数上升的问题。
当凝胶化时间为1～6小时时，通过进行凝胶化和熟化，可以确保生产率，并且充分地强化二氧化硅粒子的网络。
<总结>
如上所述，通过进行凝胶化和熟化，水凝胶壁的强度、刚性提高，可以得到在干燥时不易收缩的水凝胶。
(4)熟化工序
熟化工序是在凝胶化后使二氧化硅骨架成为强化了的骨架强化水凝胶的工序。
<熟化温度>
熟化温度优选为50～100℃。
当熟化温度低于50℃时，由于脱水缩合反应相对变慢，因此在考虑生产率时的目标节拍时间内难以使二氧化硅网络充分强化。
当熟化温度高于100℃时，由于凝胶中的水分显著蒸发，因此产生凝胶的收缩、干燥，导热系数上升。
<熟化时间>
熟化时间优选为0.1～12小时，从兼顾性能(导热系数)和生产节拍的观点考虑，更优选为0.5～6小时。
当熟化时间小于0.1小时时，无法充分强化二氧化硅粒子的网络，因此干燥时凝胶收缩，体积密度提高。
当熟化时间长于12小时时，虽然可以充分进行二氧化硅网络的强化，但熟化更为耗时时，则不仅损害了生产率，而且产生了凝胶的收缩，体积密度提高，因此存在有导热系数上升的问题。
通过在熟化时间为0.5～6小时的范围内进行熟化，可以确保生产率，并且充分地强化二氧化硅粒子的网络。
<控制>
为了增大干凝胶的孔容，或者增大平均细孔径，优选在上述范围内提高凝胶化温度、熟化温度，或在上述范围内增加凝胶化时间和熟化时间的合计时间。
此外，为了减小干凝胶的孔容，或者减小平均细孔径，优选在上述范围内降低凝胶化温度、熟化温度，或在上述范围内缩短凝胶化时间和熟化时间的合计时间。
(5)酸性水溶液浸渍工序
使熟化后的水凝胶(含水的凝胶)与硅烷化剂反应，进行疏水化，形成表面修饰凝胶。因此，将熟化后的片材浸渍于酸性水溶液中。作为酸性水溶液，没有特别限制，可以适当使用盐酸水溶液、硫酸水溶液、乙酸水溶液、甲酸水溶液等。
<溶液的pH>
作为酸性水溶液的pH，优选为4.5以下。
当pH大于4.5时，烷氧基硅烷的水解反应显著变慢。
如果pH为4.5以下，则在常压、常温的条件下，可以毫无问题地发生水解反应。
<硅烷化剂>
作为实施方式中疏水化处理的硅烷化剂，可以使用硅烷偶联剂103。虽然没有限定，但可以将具有至少1种反应性有机官能基104的由YnSi(OR)4-n所表示的烷氧基硅烷作为出发原料。使用该硅烷偶联剂103，在酸性条件下与水凝胶表面的硅烷醇基发生脱水缩合。
在此，由YnSi(OR)4-n表示的硅烷偶联剂103中，作为反应性有机官能基104的Y可以为环氧丙氧基丙基、3,4-环氧环己基乙基、苯乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸甲酯基、乙烯基及其衍生物、巯丙基、氨基丙基。可以适当选择光反应、热反应或它们的组合等反应引发方法。
此外，可以将这些官能基的2种以上并用。特别是巯丙基、氨基丙基，由于可以使环氧丙氧基丙基聚合，因此可以适当地与环氧丙氧基丙基混合使用。
作为环氧丙氧基丙基，可以使用3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。
例如，可以使用3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷，在酸性条件下与水凝胶表面的硅烷醇基进行脱水缩合而疏水化。图3中表示此时化学键状态的变化。
R没有限定，其可以为碳数为1～3的烷基，具体而言可以列举甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、丙氧基硅烷等。其中，从容易发生水解，容易控制反应等观点考虑，优选甲氧基硅烷和乙氧基硅烷。
<硅烷化剂的加入量>
硅烷化剂的加入量，相对于骨架强化水凝胶的孔容，优选为100～800％，进一步优选为100～300％。
当硅烷化剂少于孔容的100％时，难以将水凝胶物理性地浸渍于硅烷化剂。结果，存在于骨架强化水凝胶的表面和内部的硅烷醇(Si-OH)有时直接以未反应的状态残留下来。
这时，因干燥时溶剂的毛细管力而使硅烷醇物理性地接触，从而发生脱水缩合反应，有时会导致凝胶的收缩和高密度化。
<硅烷化剂的比例>
当硅烷化剂多于孔容的800％时，与应和硅烷醇反应的最低限度的硅烷化剂量相比，有时会大大过剩。这时，损害了经济性和生产率。
如果硅烷化剂的加入量为孔容的100～300％，则可以将水凝胶物理性地浸渍于硅烷化剂。因此，可以毫无问题地进行硅烷化反应，并且不会大量使用硅烷化剂。结果，不会因反应浴槽的尺寸增加以及硅烷化剂的使用量增加而产生较高成本。
此外，硅烷化剂的加入量以骨架强化水凝胶的孔容为基准。例如，当硅烷化剂的加入量为孔容的150％时，相对于骨架强化水凝胶的孔容，加入1.5倍的硅烷化剂。
<骨架强化水凝胶的孔容>
骨架强化水凝胶的孔容是由高摩尔硅酸水溶液每单位重量的容积减去SiO2每单位重量的体积所得的值，其通过下式计算。
骨架强化水凝胶的孔容(凝胶中水的体积)＝高摩尔硅酸水溶液的体积－SiO2的体积····(式1)
高摩尔硅酸水溶液的体积＝高摩尔硅酸水溶液的重量x[g]÷高摩尔硅酸水溶液的密度(1.1)[cm3/g]···(式2)
SiO2的体积＝(高摩尔硅酸水溶液重量x[g]×硅酸浓度)÷SiO2的密度(2.2)[cm3/g]···(式3)
<其他的硅烷化剂>
除了具有反应性有机官能基104的硅烷偶联剂103以外，作为硅烷化剂，还可以混合使用1种以上R3SiO(SiR2O)nSiR3所表示的硅氧烷系溶剂(n为0～2)。优选使用HMDSO(六甲基二硅氧烷)、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷。
或者为通式R1 3SiCl或R1 nSi(OR2)4-n(式中，R1和R2彼此无关，为C1～C6的直链状烷基、环状烷基或苯基)所表示的硅烷，六甲基二硅氮烷(以下HMDS)也是适合的。
作为R1 3SiCl，优选使用三甲基氯硅烷(以下TMCS)，作为R1 nSi(OR2)4-n，优选使用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)。
<疏水化反应的温度>
如果疏水化反应是必需的，则在溶剂中进行，通常在20～100℃下实施。
当反应温度低于20℃时，硅烷化剂的扩散不充分，有时疏水化无法充分进行。
当反应温度超过100℃时，硅烷化剂本身挥发，有时无法将反应所需的硅烷化剂供给至骨架强化水凝胶的外部和内部。
<溶剂>
使用的溶剂优选为甲醇、乙醇、2-丙醇、叔丁醇、乙二醇等醇类、丙酮、甲乙酮等酮类、戊烷、己烷、庚烷等直链脂肪族烃类。
骨架强化水凝胶是固体、亲水性的。另一方面，由于硅烷化剂是液体、疏水性的，因此两者无法混合在一起。而且，由于为固液不均匀系反应，因此为了使作为活性种的硅烷化剂与骨架强化水凝胶有效地进行反应，优选使用作为两亲性溶剂的醇类或酮类，更优选醇类。
(6)干燥工序
在干燥工序中，为了使前工序中得到的表面修饰凝胶中的液体溶剂挥发，作为使用的干燥方法，只要是公知的干燥方法就没有特别限制，可以是超临界干燥法和非超临界干燥法(常压干燥法、冷冻干燥法)中的任意一种。
但是，使用作为非超临界干燥法的常压干燥，从量产性、安全性、经济性的观点考虑是优选的。
干燥温度根据硅烷偶联剂103的反应性有机官能基104的种类而不同，优选为80℃以下。
在高于80℃的温度下进行干燥时，溶剂的挥发和反应性有机官能基104的开环聚合同时发生，有时二氧化硅干凝胶101与无纺布纤维102的交联无法充分进行。
在80℃以下的情况下，从以较短时间进行干燥的观点考虑，干燥时的压力优选为常压以下。
(7)交联工序
交联工序是使前工序中得到的干燥后的表面修饰凝胶的反应性有机官能基104开环聚合，从而在二氧化硅干凝胶101与无纺布纤维102之间形成共价键的工序。交联工序可以通过加热或光照射来促进交联反应。将这时的化学键状态示于图4。
通过硅烷偶联剂103在二氧化硅干凝胶101和无纺布纤维102之间进行连接。通过硅烷偶联剂103的反应性有机官能基104，硅烷偶联剂103与无纺布纤维102键合。二氧化硅干凝胶101牢固地附着在无纺布纤维102上，防止了二氧化硅干凝胶101的粉末脱落。
作为加热温度，其取决于无纺布纤维102的材质。当无纺布纤维102为高耐热性的无机系纤维(玻璃棉、石棉等)时，优选为100～200℃。
当其为有机纤维(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)等)时，从耐热性的观点考虑，优选为100～150℃。
此外，可以根据需要对无纺布片进行加压，在上述温度范围内进行交联反应。这时，作为加压范围，优选为1～20MPa。
当小于1MPa时，反应性有机官能基104和无纺布纤维102的距离远，有时反应无法充分进行。
在大于20MPa的压力下，有时会物理性地破坏二氧化硅干凝胶101，结果即使进行交联反应，有时二氧化硅干凝胶101也会从无纺布纤维102上剥离或脱落。
此外，这时的反应性有机官能基104还与二氧化硅干凝胶101反应。这时的化学键示于图5。二氧化硅干凝胶101彼此之间通过硅烷偶联剂103键合。二氧化硅干凝胶101彼此也键合，防止了二氧化硅干凝胶101的粉末脱落。
图5的状态和图1的状态合在一起形成图6。在图6中，二氧化硅干凝胶101和无纺布纤维102成为整体而键合。
二氧化硅干凝胶101和无纺布纤维102以网眼的形式键合，可以防止二氧化硅干凝胶101的粉末脱落。
(效果)
如上所述，通过使用与以往不同的制造方法，其特征在于在使用具有反应性有机官能基104的硅烷偶联剂103进行二氧化硅干凝胶101的疏水化反应后，通过反应性有机官能基104的开环聚合，在无纺布纤维102与二氧化硅干凝胶101之间形成共价键，由此能够制造机械强度高，并且导热系数小、以二氧化硅干凝胶101为基材的绝热片。
该绝热片即使在长时间的使用中也不会产生二氧化硅干凝胶101从无纺布纤维102上剥离或脱落，因此能够在不允许绝热性能下降和颗粒混入的电子机器中使用。
产业上的可利用性
本发明的目的在于提供一种机械强度高，绝热性优良的片材，其通过使用具有反应性有机官能基104的硅烷偶联剂103，使导热系数低的二氧化硅干凝胶101与无纺布纤维102化学键合，由此防止了二氧化硅干凝胶101的剥离或脱落。这些绝热材料可以优选用于家电制品、汽车部件、建筑领域、工业生产设备等用途。
符号说明
101二氧化硅干凝胶
102无纺布纤维
103硅烷偶联剂
104反应性有机官能基

Claims (9)

1.一种绝热片，其含有二氧化硅干凝胶和无纺布，所述二氧化硅干凝胶和所述无纺布通过具有反应性有机官能基的硅烷偶联剂化学交联。
2.根据权利要求1所述的绝热片，多个所述二氧化硅干凝胶彼此通过所述硅烷偶联剂化学交联。
3.根据权利要求1或2所述的绝热片，所述硅烷偶联剂是由YnSi(OR)4-n表示的化合物。
4.根据权利要求1所述的绝热片，所述硅烷偶联剂是YnSi(OR)4-n、R3SiO(SiR2O)nSiR3、R3SiCl、R1 nSi(OR2)4-n中的任意一种以上。
5.根据权利要求3所述的绝热片，所述Y是环氧丙氧基丙基、3,4-环氧环己基乙基、苯乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸甲酯基、乙烯基及其衍生物、巯丙基、氨基丙基中的任意一种以上。
6.根据权利要求3所述的绝热片，所述R为甲基、乙基、丙基中的任意一种。
7.一种绝热片的制造方法，包括：
制备工序，以具有作为水玻璃和胶体二氧化硅的中间尺寸的1～10nm的粒子尺寸的高摩尔硅酸水溶液为原料，向其中添加酸制备溶胶，或者
制备工序，以水玻璃为原料，通过离子交换从所述水玻璃除去钠后，添加碱制备溶胶溶液；
含浸工序，使所述溶胶含浸于无纺布；
脱水缩合工序，在50～100℃下通过脱水缩合进行聚合反应，得到水凝胶；
疏水化工序，使用由YnSi(OR)4-n表示的具有反应性有机官能基的硅烷偶联剂使所述水凝胶表面疏水化；
干燥工序，使所述疏水化后的所述水凝胶干燥；以及
聚合工序，加热至100℃以上，使作为所述反应性有机官能基的所述Y开环聚合，从而使二氧化硅干凝胶与所述无纺布键合，
所述由YnSi(OR)4-n表示的硅烷偶联剂中，
作为反应性有机官能基的Y是环氧丙氧基丙基、3,4-环氧环己基乙基、苯乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸甲酯基、乙烯基及其衍生物、巯丙基、氨基丙基中的任意一种，
所述R为甲基、乙基、丙基中的任意一种，
所述n为1～3。
8.根据权利要求7所述的绝热片的制造方法，在所述疏水化工序中，作为所述反应性有机官能基的Y为环氧丙氧基丙基。
9.根据权利要求7所述的绝热片的制造方法，在所述疏水化工序中，所述YnSi(OR)4-n使用3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
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