JP7320664B2 - エアロゲルブランケットの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明のエアロゲルブランケットの製造方法において、前記ステップ1)は、エアロゲルブランケットを形成するために準備を行うステップであって、ブランケット用基材に触媒化したゾルを含浸させる過程が行われる。
ステップ2)では、前記触媒化したゾルをゲル化させて湿潤ゲル-ブランケット複合体を製造する過程が行われる。
前記ステップA)では、前記ステップ2)のゲル化させるステップの後、未含浸の触媒化したゾルを回収し、溶媒を投入して希釈させ、回収されたゾルのゲル化を停止させる過程が行われる。
前記ステップB)では、前記ゲル化が停止した回収されたゾルを、触媒化したゾルの製造ステップで再使用する過程が行われる。
ボビンは、ブランケットをロール形態に巻き取るためのものであり、ブランケットがロール形態に巻き取られる巻き取り棒と、前記巻き取り棒の両端部にそれぞれ結合し、前記巻き取り棒に巻き取られたブランケットの側部を支持する支持板とを含む。
本体は、ボビンを収容するゲル化タンクが設置されるものであり、ゲル化タンクと、前記ゲル化タンクが設置される第1設置部材220とを含む。
駆動部材は、前記ゲル化タンクに収容されたボビンを回転させるためのものであり、前記ゲル化タンクに備えられた他の一つの回転部材と動力伝達可能に連結される。すなわち、駆動部材は、回転部材を回転させると、回転部材と連動して、ゲル化タンクに収容されたボビンを回転させることができる。
触媒化したゾル供給部材は、ゲル化タンクにシリカゾルを注入し、ボビンに巻き取られたブランケットを含浸させることによってブランケットをゲル化させるためのものであり、前記設置台に設置され、触媒化したゾルをゲル化タンクの流入部を通じてゲル化室に供給する。
熟成部材は、ゲル化タンクに熟成溶液を注入し、ボビンに巻き取られたブランケットを熟成するためのものであり、前記設置台に設置され、熟成溶液をゲル化タンクの流入部を通じてゲル化室に供給する。
表面改質部材は、ゲル化タンクに表面改質剤を注入し、ボビンに巻き取られたブランケットの表面を改質するためのものであり、前記設置台に設置され、表面改質剤をゲル化タンクの流入部を通じてゲル化室に供給する。
乾燥部材は、ゲル化タンクに高温の熱風を供給し、ボビンに巻き取られたブランケットを乾燥するためのものであり、前記設置台に設置されてゲル化タンクの温度を上昇させてゲル化タンクに収容されたブランケットを乾燥する。
テトラエチルオルトシリケート(TEOS)と水を1:4のモル比で混合し、TEOSと1:1の重量比を有するエタノールを添加して、シリカゾル前駆体を製造した。加水分解を促進するために、シリカゾルのpHが3以下になるように塩酸を添加し、2時間以上撹拌して、水和したテトラエチルオルトシリケート溶液を製造した。水和したテトラエチルオルトシリケート溶液にエタノールを1:4の重量比になるように添加して、シリカゾルを製造した。シリカゾル100重量部に対して、0.2重量部の不透明化剤であるTiO2と、0.2重量部の難燃剤であるUltracarb(LKAB社製)を混合し、30分間撹拌してシリカゾルを製造し、これとは別に、1体積%のアンモニアエタノール溶液(塩基触媒溶液)を製造した。前記シリカゾルと塩基触媒溶液を9:1の体積比で混合し、触媒化したゾルを製造した。
前記製造例1で製造された水和したテトラエチルオルトシリケート溶液にエタノールを1:4の重量比になるように添加した後、テトラエチルオルトシリケートと同じモル数のトリメチルエトキシシランを添加し、シリカゾルを製造した。以降、前記製造例1と同じ過程により触媒化したゾルを製造した。
(1)第1ゲル化装置の反応容器に10T(10mm)ガラス繊維(Glass fiber)が巻かれたボビンを固定した。前記製造例1で製造された触媒化したゾル45L(ガラス繊維の体積の150%)を反応容器に投入し、ガラス繊維が巻かれたボビンを回転させながらゲル化を行い、この際、触媒化したゾルの投入速度を調節して、ゲル化が完了する前に触媒化したゾルがすべて投入されるようにした。繊維が十分に含浸されこれ以上反応容器内の液位が変化しないと、残っている未含浸のゾル(15L)を反応容器に結合したドレン弁を開いて回収した。
未含浸のゾルの回収時に、15Lではなく、7.5Lのみ回収した以外は、前記実施例1と同じ過程を行って、シリカエアロゲルブランケットを製造した。
未含浸のゾルの回収時に、15Lではなく、5Lのみ回収した以外は、前記実施例1と同じ過程を行って、シリカエアロゲルブランケットを製造した。
製造例1で製造された触媒化したゾルの代わりに、製造例2で製造された触媒化したゾルを使用し、回収された未含浸のゾルを用いて触媒化したゾルの製造時に、テトラエチルオルトシリケートと同じモル数のトリメチルエトキシシランを使用した以外は、実施例1と同様に、前記(1)~(4)の過程を繰り返した。
未含浸のゾルの回収時に、15Lではなく、2.5Lのみ回収した以外は、前記実施例1と同じ過程を行って、シリカエアロゲルブランケットを製造した。
触媒化したゾルを45L(ガラス繊維の体積の150%)ではなく、51L(ガラス繊維の体積の170%)使用および製造し、未含浸のゾルの回収時に、15Lではなく、21Lを回収した以外は、前記実施例1と同じ過程を行って、シリカエアロゲルブランケットを製造した。
(1)コンベアベルトの前端に設置された含浸槽に前記製造例1で製造された触媒化したゾル45Lを一定の流量1.32L/minで導入しながら10T(10mm)ガラス繊維(Glass fiber)が、0.15m/minの一定の速度でコンベアベルトに乗って移動しながら含浸槽で2分間ゾルに含浸されるようにした。含浸槽から出た繊維は、ベルトに乗って移動しながらゲル化が行われ、ベルトの端部でゲル化が完了した繊維をボビンにロール形態に巻き取った。45Lのゾルがすべて投入された後、含浸槽に残っている未含浸のゾル5Lを回収した。
未含浸のゾルの回収時に、15Lではなく、1.5Lのみ回収した以外は、前記実施例1と同じ過程を行って、シリカエアロゲルブランケットを製造した。
触媒化したゾルを45L(ガラス繊維の体積の150%)ではなく、66L(ガラス繊維の体積の220%)使用および製造し、未含浸のゾルの回収時に、15Lではなく、36Lを回収した以外は、前記実施例1と同じ過程を行って、シリカエアロゲルブランケットを製造した。
1)常温の熱伝導度の測定(mW/mK)
各実施例および比較例で製造したエアロゲルブランケットにおいて、30cm×30cmのサイズを有するサンプルを各ブランケット当たり5個ずつ準備し、サンプルに対して、NETZSCH社製のHFM 436 Lambda装置を用いて、常温(23±5℃)熱伝導度を測定した。この際、5個のサンプルは、各実施例および比較例で製造したエアロゲルブランケットロールの最内側から最外側まで50cmの一定の間隔で裁断し、取得した。5個のサンプルの熱伝導度をそれぞれ測定した後、その値を比較して、熱伝導度の最高値および最低値を示した。
各実施例および比較例でゲル化にかかった時間を測定し、実施例1および比較例1のゾル再使用回収によるゲル化時間を表2に示した。
回収されたゾルの粘度が15mPa・s(cp)である時に、エタノールを添加して前記回収されたゾルを希釈し、ゲル化が停止されるようにした以外は、実施例1と同じ過程を行って、シリカエアロゲルブランケットを製造した。
110 巻き取り棒
120 支持板
200 本体
210 ゲル化タンク
212 排出部
213 流入部
214 蓋
215 回転部材
216 回転ハンドル
220 第1設置部材
230 第2設置部材
231 底片
232 設置台
233 階段
300 駆動部材
400 触媒化したゾル供給部材
Claims (15)
- 1)ブランケット用基材にゾル及び塩基触媒を含む触媒化したゾルを含浸させるステップと、
2)前記触媒化したゾルをゲル化させて湿潤ゲル-ブランケット複合体を製造するステップとを含むエアロゲルブランケットの製造方法であって、
A)前記含浸させるステップの後、未含浸の触媒化したゾルを回収し、溶媒を投入して希釈させ、回収されたゾルのゲル化を停止させるステップと、
B)前記ゲル化が停止した回収されたゾルを触媒化したゾルの製造ステップで再使用するステップとを含み、
前記ステップB)により製造された触媒化したゾルは、前記ゲル化が停止した回収されたゾルを5~50重量%含む、エアロゲルブランケットの製造方法 。 - 前記ステップA)において、溶媒の投入は、前記回収されたゾルの粘度が2~10mPa・s(cp)である時に行われる、請求項1に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記ステップA)において、溶媒による希釈後の回収されたゾルは、1mPa・s(cp)~5mPa・s(cp)の粘度を有する、請求項1に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記ステップB)により製造された触媒化したゾルは、前記ゲル化が停止した回収されたゾルを7~40重量%含む、請求項1~3のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記触媒化したゾルは、ブランケット用基材の体積基準で100%~170%の体積になるように投入される、請求項1~4のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記ステップ1)の完了の前に、前記ステップ2)が行われ始める、請求項1~5のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 3)前記ゲル化した湿潤ゲル-ブランケット複合体を熟成するステップと、
4)前記ゲル化した湿潤ゲル-ブランケット複合体を表面改質するステップとをさらに含む、請求項1~6のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。 - 5)前記湿潤ゲル-ブランケット複合体を乾燥するステップをさらに含み、
前記乾燥は、超臨界乾燥、または1±0.3atmの圧力および70℃~200℃の温度での常圧乾燥工程により行われる、請求項1~7のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。 - 前記ステップ1)において、含浸は、前記ブランケット用基材を回転させながら行われる、請求項1~8のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記ブランケット用基材の回転は、1rpm~300rpmの回転速度で行われる、請求項9に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記ステップ1)は、
前記ブランケット用基材をボビンに巻いた状態で反応容器に投入した後、
前記ボビンを回転させて前記ブランケット用基材を回転させながら前記触媒化したゾルを含浸させる過程により行われる、請求項1~10のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。 - 前記ステップ1)は、反応容器にブランケット用基材を投入した後、触媒化したゾルを投入する方法、反応容器に触媒化したゾルを投入した後、ブランケット用基材を投入する方法、および反応容器に触媒化したゾルを投入しながらブランケット用基材を投入する方法のいずれか一つの方法により行われる、請求項11に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記ステップ2)において、ゲル化は、前記触媒化したゾルが含浸されたブランケット用基材を回転させながら行われる、請求項1~12のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記ステップB)で製造された触媒化したゾルを別のブランケット用基材に含浸させ、 前記触媒化したゾルが含浸されたブランケット用基材を回転させながらゲル化させるステップをさらに含む、請求項1~13のいずれかに記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
- 前記熟成および表面改質は、前記ステップ2)で製造された湿潤ゲル-ブランケット複合体を回転させながら行われる、請求項7に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
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