(57)【要約】      （修正有）【課題】エアロゲルシートと繊維シートを積層して接合性および耐久性を高め、さらに製造コストを著しく低減することができる、エアロゲルシートを含む複合シートの製造方法の提供。【解決手段】繊維シート１０を準備するステップと、繊維シート１０の両面にエアロゲルシート３０をそれぞれ積層するステップと、エアロゲルシート３０と繊維シート１０を熱および圧力によって接合することで、複合シート４０を製造するステップと、を含む、エアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維シート（１０）を準備するステップ（Ｓ１０）と、
前記繊維シート（１０）の両面にエアロゲルシート（３０）をそれぞれ積層するステップ（Ｓ２０）と、
前記積層されたエアロゲルシート（３０）と前記繊維シート（１０）を熱および圧力によって接合することで、前記エアロゲルシート（３０）、前記繊維シート（１０）、および前記エアロゲルシート（３０）が積層された複合シート（４０）を製造するステップ（Ｓ３０）と、を含む、エアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項２】
前記Ｓ２０ステップと前記Ｓ３０ステップとの間に、
前記エアロゲルシート（３０）を乾燥するステップ（Ｓ２５）をさらに含む、請求項１に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項３】
前記Ｓ２０ステップと前記Ｓ３０ステップとの間に、
積層されたエアロゲルシート（３０）と繊維シート（１０）をニードリングして仮固定するステップ（Ｓ２６）を含む、請求項１に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項４】
前記Ｓ３０ステップの後に、前記複合シート（４０）を所定のサイズに切断して複合パッド（５０）を製造するステップ（Ｓ４０）をさらに含む、請求項１に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項５】
前記Ｓ２０ステップは、
（ａ）シリカゾル（２）を製造するステップと、
（ｂ）ゲル化用触媒（３）を製造するステップと、
（ｃ）繊維シート（１）の表面に、前記（ａ）ステップで製造したシリカゾル（２）を噴射して前記シリカゾル（２）を含浸させるステップと、
（ｄ）前記シリカゾル（２）が含浸された繊維シート（１）の表面に、前記（ｂ）ステップで製造したゲル化用触媒（３）を噴射することで、前記シリカゾルがゲル化したゲルシート（２０）を製造するステップと、
（ｅ）前記シリカゾルがゲル化したゲルシート（２０）をエージングするステップと、
（ｆ）前記エージングされたゲルシート（２０）にコーティング液を投入して前記ゲルシート（２０）の表面を改質するステップと、
（ｇ）前記表面が改質されたゲルシート（２０）を乾燥することで、エアロゲルシート（３０）を製造するステップと、を含む、請求項１に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項６】
前記（ａ）ステップにおいて、前記シリカゾル（２）は、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｌｙ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とエタノールを混合して製造する、請求項５に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項７】
前記ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｌｙ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）は、加水分解されたＴＥＯＳを含む、請求項６に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項８】
前記（ｂ）ステップにおいて、前記ゲル化用触媒（３）は、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）を混合して製造する、請求項５に記載のエアロゲルシートを含む複合シー
トの製造方法。
【請求項９】
前記（ｃ）ステップおよび前記（ｄ）ステップは、前記繊維シート（１）を一側から他
側に搬送するコンベアベルト内で行う、請求項５に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１０】
前記（ｄ）ステップにおいて、前記繊維シート（１）の表面に前記ゲル化用触媒（３）を０．０３５〜０．０１２Ｌ／ｍｉｎの速度で噴射し、８〜１２分間放置することで前記シリカゾルをゲル化させる、請求項５に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１１】
前記（ｅ）ステップにおいて、前記シリカゾルがゲル化したゲルシート（２０）を７０℃の高温で５０分間エージングする、請求項５に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１２】
前記（ｆ）ステップにおいて、前記コーティング液は、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）を混合して製造する、請求項５に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの
製造方法。
【請求項１３】
前記（ｆ）ステップにおいて、前記コーティング液を前記繊維シート（１）の表面に含浸されたシリカゾル（２）の１．６倍の量で注入し、７０℃の高温で１時間エージングしてＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）を用いて前記繊維シート（１０）の表面を改質する、請求項１２に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１４】
前記（ｇ）ステップは、
表面改質されたゲルシート（２０）を、２８℃および７０ｂａｒの環境で二酸化炭素を１０分間７０Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する一次乾燥ステップと、
１時間２０分間５０℃に昇温させて乾燥する二次乾燥ステップと、
さらに５０℃および１５０ｂａｒの環境で二酸化炭素を２０分間０．７Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する三次乾燥ステップと、
２０分間休止した後、二酸化炭素を２０分間０．７Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する四次乾燥ステップと、
を含む、請求項５に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１５】
前記（ｇ）ステップにおいて、三次乾燥ステップでは、二酸化炭素を注入する間に、表面が改質されたゲルシート（２０）から発生したエタノールを回収する、請求項１４に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１６】
前記（ｇ）ステップは、四次乾燥ステップの後に、二酸化炭素を２時間排出する排出ステップをさらに含む、請求項１４に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１７】
前記（ｅ）、（ｆ）、および（ｇ）ステップは、ゲルシートを収容する反応容器内で行う、請求項１５に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１８】
繊維シート（１０）を準備するステップ（Ｓ１０）と、
前記繊維シート（１０）の両面にエアロゲルシート（３０）をそれぞれ積層するステップ（Ｓ２０）と、
前記積層されたエアロゲルシート（３０）と繊維シート（１０）を熱および圧力によって接合することで、前記エアロゲルシート（３０）、前記繊維シート（１０）、および前記エアロゲルシート（３０）が積層された複合シート（４０）を製造するステップ（Ｓ３０）と、を含む、エアロゲルシートを含む複合シートの製造方法であって、
前記エアロゲルシートを準備するステップ（Ｓ１０）において、前記エアロゲルシート（３０）は、エアロゲルマトリックスおよび強化構造物を含む複合物からなり、
前記エアロゲルマトリックスは前記強化構造物を介して連続的（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）であり、前記強化構造物はロフティ繊維バットであって、ここで、繊維は３つの全ての軸に沿って配向されており、前記バットはシート形態であるため、前記複合物は弾力性および耐久性を有する軽量の絶縁製品であり、前記ロフティ繊維バットは、厚さの少なくとも５０％まで圧縮可能であって、５秒間の圧縮後には元の厚さの少なくとも７０％まで回復し、前記ロフティ繊維バットの密度は０．００１〜０．２６ｇ／ｃｍ3であり、前記複
合物の横断面において識別可能な繊維の横断面積は、全横断面積の１０％未満である、エアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１９】
前記ロフティ繊維バットは、前記エアロゲルマトリックスを形成するためにゲル形成液体を添加した後に、元の厚さの少なくとも５０％を維持する、請求項１８に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項２０】
前記ロフティ繊維バットは、元の厚さの少なくとも６５％まで圧縮可能であって、５秒間の圧縮後に元の厚さの少なくとも７５％まで回復する弾性を有する、請求項１８に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項２１】
前記複合物の横断面において識別可能な前記ロフティ繊維バットの繊維の横断面積は、全横断面積の８％未満である、請求項１８に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項２２】
ゲルシート（２０）を製造するゲルシート製造機（１００）と、
前記ゲルシート製造機（１００）により製造されたゲルシート（２０）をエージングさせ、表面改質させ、および乾燥することでエアロゲルシート（３０）を製造する反応容器（２００）と、
前記反応容器（２００）により製造されたエアロゲルシート（３０）と繊維シート（１０）を接合することで複合シート（４０）を製造する複合シート製造機（３００）と、を含む、エアロゲルシートを含む複合シートの製造装置であって、
前記複合シート製造機（３００）は、
前記エアロゲルシート（３０）を供給する複数のエアロゲルシート供給ローラ（３１０）と、
前記繊維シート（１０）が前記エアロゲルシート（３０）の間に介在されるように前記繊維シート（１０）を供給する繊維シート供給ローラ（３２０）と、
前記エアロゲルシート（３０）の間に前記繊維シート（１０）が介在された状態で、熱および圧力によって圧着することで複合シート（４０）を製造する加熱圧着機（３３０）と、を含む、エアロゲルシートを含む複合シートの製造装置。
【請求項２３】
前記複合シート製造機（３００）は、
前記エアロゲルシート供給ローラ（３１０）から供給されるエアロゲルシート（３０）を乾燥する乾燥部材（３４０）と、
前記繊維シート（１０）が介在された前記エアロゲルシート（３０）をニードリングして前記エアロゲルシート（３０）と前記繊維シート（１０）とを仮接合するニードリング部材（３５０）と、をさらに含む、請求項２２に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造装置。
【請求項２４】
前記ゲルシート製造機（１００）は、
繊維シート（１）が巻回された巻き取りローラ（１１０）と、
前記巻き取りローラ（１１０）に巻回された繊維シート（１）を一側から他側に搬送す
るコンベアベルト（１２０）と、
前記コンベアベルト（１２０）上に位置した前記繊維シート（１）の表面にシリカゾル（２）を噴射して前記シリカゾル（２）を含浸させるシリカゾル供給部材（１３０）と、
前記コンベアベルト（１２０）に位置した前記繊維シート（１）の表面にゲル化用触媒（３）を噴射することで、前記シリカゾルがゲル化したゲルシート（２０）を製造する触媒供給部材（１４０）と、
前記コンベアベルト（１２０）によって他側まで搬送された前記ゲルシート（２０）をロール状に巻回して回収する回収ローラ（１５０）と、を含む、請求項２２に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１６年２月１７日付けの韓国特許出願第１０‐２０１６‐００１８６４３号および２０１６年７月２７日付けの韓国特許出願第１０‐２０１６‐００９５２５５号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
【０００２】
本発明は、エアロゲルシートを含む複合シートの製造方法および製造装置に関し、特に、断熱性および耐久性に優れており、厚さが均一なエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、エアロゲルシートは、現在まで知られた固体の中でも、９０％以上、最大９９％程度の高い気孔率を有する高多孔性物質であって、シリカ前駆体溶液をゾル−ゲル重合反応させてゲルを形成した後、超臨界条件若しくは常圧条件の下で乾燥することで得ることができる。すなわち、エアロゲルシートは、空気が満ちている気孔構造を有している。
【０００４】
かかるエアロゲルシートは、内部空間の９０〜９９％が空いている独特の気孔構造により、軽いながらも断熱性、吸音性などの物性を有し、中でも最も大きい利点は、従来のスタイロフォームなどの有機断熱材の熱伝導度である３６ｍＷ／ｍ．ｋよりも著しく低い３０ｍＷ／ｍ．ｋ以下の熱伝導率を示す高断熱性を有するということである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術によるエアロゲルシートは、優れた熱伝導度にもかかわらず、原料費と製造コストが高く、特に、製造方法の限界のため、厚さを増大させるのに限界があった。すなわち、エアロゲルシートを多数重ねて積層する場合、エアロゲルシートの間の不完全な接合によって空気層が生じ、これにより、熱伝導度および耐久性が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、エアロゲルシートと繊維シートを積層して接合性および耐久性を高め、特に、製造コストを著しく低減することができるエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような目的を達成するための本発明の第１実施形態によるエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法は、繊維シート１０を準備するステップ（Ｓ１０）と、前記繊維シート１０の両面にエアロゲルシート３０をそれぞれ積層するステップ（Ｓ２０）と、前記積層されたエアロゲルシート３０と繊維シート１０を熱および圧力によって接合することで、エアロゲルシート３０、繊維シート１０、およびエアロゲルシート３０が積層された複合シート４０を製造するステップ（Ｓ３０）と、を含むことができる。
【０００８】
前記Ｓ２０ステップと前記Ｓ３０ステップとの間に、前記エアロゲルシート３０を乾燥するステップ（Ｓ２５）をさらに含むことができる。
【０００９】
前記Ｓ２０ステップと前記Ｓ３０ステップとの間に、積層されたエアロゲルシート３０と繊維シート１０をニードリングして仮固定するステップ（Ｓ２６）を含むことができる
。
【００１０】
前記Ｓ３０ステップの後に、前記複合シート４０を所定のサイズに切断して複合パッド５０を製造するステップ（Ｓ４０）をさらに含むことができる。
【００１１】
前記Ｓ２０ステップは、（ａ）シリカゾル２を製造するステップと、（ｂ）ゲル化用触媒３を製造するステップと、（ｃ）繊維シート１の表面に、前記（ａ）ステップで製造したシリカゾル２を噴射して含浸させるステップと、（ｄ）シリカゾル２が含浸された繊維シート１の表面に、前記（ｂ）ステップで製造したゲル化用触媒３を噴射することで、シリカゾルがゲル化したゲルシート２０を製造するステップと、（ｅ）前記シリカゾルがゲル化したゲルシート２０をエージングするステップと、（ｆ）前記エージングされたゲルシート２０にコーティング液を投入して表面を改質するステップと、（ｇ）前記表面が改質されたゲルシート２０を乾燥することで、エアロゲルシート３０を製造するステップと、を含むことができる。
【００１２】
前記（ａ）ステップにおいて、シリカゾル２は、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｌｙ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とエタノールを混合して製造することができる。
【００１３】
前記ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｌｙ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）は、加水分解されたＴＥＯＳを含んでもよい。
【００１４】
前記（ｂ）ステップにおいて、ゲル化用触媒３は、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4
ＯＨ）を混合して製造することができる。
【００１５】
前記（ｃ）ステップおよび前記（ｄ）ステップは、前記繊維シート１を一側から他側に搬送するコンベアベルト内で行うことができる。
【００１６】
前記（ｄ）ステップにおいて、前記繊維シート１の表面に前記ゲル化用触媒３を０．０３５〜０．０１２Ｌ／ｍｉｎの速度で噴射し、８〜１２分間放置することでシリカゾルをゲル化させることができる。
【００１７】
前記（ｅ）ステップにおいて、前記シリカゾルがゲル化したゲルシート２０を７０℃の高温で５０分間エージングすることができる。
【００１８】
前記（ｆ）ステップにおいて、コーティング液は、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4
ＯＨ）を混合して製造することができる。
【００１９】
前記（ｆ）ステップにおいて、前記コーティング液を前記繊維シート１の表面に含浸されたシリカゾル２の１．６倍の量で注入し、７０℃の高温で１時間エージングしてＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）を用いて表面を改質することができる。
【００２０】
前記（ｇ）ステップは、表面改質されたゲルシート２０を、２８℃および７０ｂａｒの環境で二酸化炭素を１０分間７０Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する一次乾燥ステップと、１時間２０分間５０℃に昇温させて乾燥する二次乾燥ステップと、さらに５０℃および１５０ｂａｒの環境で二酸化炭素を２０分間０．７Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する三次乾燥ステップと、２０分間休止した後、二酸化炭素を２０分間０．７Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する四次乾燥ステップと、を含むことができる。
【００２１】
前記（ｇ）ステップにおいて、三次乾燥ステップでは、二酸化炭素を注入する間に、表
面が改質されたゲルシート２０から発生したエタノールを回収することができる。
【００２２】
前記（ｇ）ステップは、四次乾燥ステップの後に、二酸化炭素を２時間排出する排出ステップをさらに含むことができる。
【００２３】
前記（ｅ）、（ｆ）、および（ｇ）ステップは、ゲルシートを収容する反応容器内で行うことができる。
【００２４】
このような本発明の第１実施形態によるエアロゲルシートの製造方法を行うための製造装置は、ゲルシート２０を製造するゲルシート製造機１００と、前記ゲルシート製造機１００により製造されたゲルシート２０をエージングさせ、表面改質させ、および乾燥することでエアロゲルシート３０を製造する反応容器２００と、前記反応容器２００により製造されたエアロゲルシート３０と繊維シート１０を接合することで複合シート４０を製造する複合シート製造機３００と、を含み、前記複合シート製造機３００は、前記エアロゲルシート３０を供給する複数のエアロゲルシート供給ローラ３１０と、前記エアロゲルシート３０の間に介在されるように前記繊維シート１０を供給する繊維シート供給ローラ３２０と、前記エアロゲルシート３０の間に繊維シート１０が介在された状態で、熱および圧力によって圧着することで複合シート４０を製造する加熱圧着機３３０と、を含むことができる。
【００２５】
前記複合シート製造機３００は、前記エアロゲルシート供給ローラ３１０および前記繊維シート供給ローラ３２０から供給されるエアロゲルシート３０および繊維シート１０を乾燥する乾燥部材３４０と、前記繊維シート１０が介在された前記エアロゲルシート３０をニードリングして仮接合するニードリング部材３５０と、をさらに含むことができる。
【００２６】
前記ゲルシート製造機１００は、繊維シート１が巻回された巻き取りローラ１１０と、前記巻き取りローラ１１０に巻回された繊維シート１を一側から他側に搬送するコンベアベルト１２０と、前記コンベアベルト１２０上に位置した前記繊維シート１の表面にシリカゾル２を噴射して含浸させるシリカゾル供給部材１３０と、前記コンベアベルト１２０上に位置した前記繊維シート１の表面にゲル化用触媒３を噴射することで、シリカゾルがゲル化したゲルシート２０を製造する触媒供給部材１４０と、前記コンベアベルト１２０によって他側まで搬送された前記ゲルシート２０をロール状に巻回して回収する回収ローラ１５０と、を含むことができる。
【００２７】
本発明の第２実施形態による複合シートの製造方法は、繊維シート１０を準備するステップ（Ｓ１０）と、前記繊維シート１０の両面にエアロゲルシート３０をそれぞれ積層するステップ（Ｓ２０）と、前記積層されたエアロゲルシート３０と繊維シート１０を熱および圧力によって接合することで、エアロゲルシート３０、繊維シート１０、およびエアロゲルシート３０が積層された複合シート４０を製造するステップ（Ｓ３０）と、を含み、前記エアロゲルシートを準備するステップ（Ｓ１０）において、前記エアロゲルシート３０は、エアロゲルマトリックスおよび強化構造物を含む複合物を含み、前記エアロゲルマトリックスは前記強化構造物を介して連続的（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）であり、前記強化構造物はロフティ繊維バットであって、ここで、繊維は３つの全ての軸に沿って配向されており、前記バットはシート形態であるため、前記複合物は弾力性および耐久性を有する軽量の絶縁製品であり、ロフティ繊維バットは、厚さの少なくとも５０％まで圧縮可能であって、５秒間の圧縮後には元の厚さの少なくとも７０％まで回復し、ロフティ繊維バットの密度は０．００１〜０．２６ｇ／ｃｍ3であり、前記複合物の横断面において識別
可能な繊維の横断面積は、全横断面積の１０％未満であることができる。
【００２８】
前記ロフティ繊維バットは、前記エアロゲルマトリックスを形成するためにゲル形成液
体を添加した後に、元の厚さの少なくとも５０％を維持することができる。
【００２９】
前記ロフティ繊維バットは、元の厚さの少なくとも６５％まで圧縮可能であって、５秒間の圧縮後に元の厚さの少なくとも７５％まで回復する弾性を有することができる。
【００３０】
前記複合物の横断面において識別可能な前記ロフティ繊維バットの繊維の横断面積は、全横断面積の８％未満であることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、下記のような効果を奏する。
【００３２】
第一に、本発明によるエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法は、エアロゲルシートと繊維シートを積層して複合シートを製造することで、接合性および耐久性を高めるとともに、製造コストを著しく低めることができ、特に、安定して厚さを増大させることができる。
【００３３】
第二に、本発明は、複数のエアロゲルシートの間に繊維シートを介在することで、外殻の高級感を維持しながらも、厚さを増大させることができる。
【００３４】
第三に、本発明は、エアロゲルシートの製造方法を用いることで、断熱性および耐久性に優れ、特に、厚さが均一なエアロゲルシートを製造することができる。
【００３５】
第四に、本発明によるエアロゲルシートの製造方法では、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｌｙ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とエタノールを混合することで、高品質のシリカゾルを得ることができる。
【００３６】
第五に、本発明によるエアロゲルシートの製造方法では、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）を混合することで、高品質のゲル化用触媒を得ることができる。
【００３７】
第六に、本発明によるエアロゲルシートの製造方法では、繊維シートを一側から他側に搬送するコンベアベルトを用いることで、作業の連続性および工程の単純化を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態によるエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法を示したフローチャートである。
【図２】本発明の第１実施形態によるエアロゲルシートの製造方法を示したフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態によるエアロゲルシートの製造装置を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態による反応容器を用いたエージングステップを示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態による反応容器を用いた表面改質ステップを示した図である。
【図６】本発明の第１実施形態による反応容器を用いた乾燥ステップを示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるエアロゲルシートを含む複合シートの製造装置を示した図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるエアロゲルシートを含む複合シートにおいて、エアロゲル複合物を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は様々な他の形態に実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略しており、明細書全体にわたって類似の部分には類似の図面符号を付す。
【００４０】
本発明の第１実施形態によるエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法は、図１に示されているように、エアロゲルシート３０、繊維シート１０、およびエアロゲルシート３０が積層された複合シート４０を製造するための方法であって、繊維シート準備ステップ（Ｓ１０）と、エアロゲルシート積層ステップ（Ｓ２０）と、複合シート製造ステップ（Ｓ３０）と、を含む。
【００４１】
［繊維シート準備ステップ］
繊維シート準備ステップ（Ｓ１０）は、図７に示されているように、複合シートの製造時における厚さの増大およびエアロゲルシートの接合性の向上のためのステップであって、ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）などのような繊維シート１０を準備する。そして、準備した繊維シート１０を繊維シート供給ローラ３２０に装着し、繊維シートを供給できるように準備する。
【００４２】
［エアロゲルシート積層ステップ］
エアロゲルシート積層ステップ（Ｓ２０）は、エアロゲルシート３０を製造した後、繊維シート１０の両面にエアロゲルシート３０をそれぞれ積層するステップである。ここで、エアロゲルシート３０は、断熱性および耐久性に優れており、特に、均一な厚さを有する。
【００４３】
すなわち、エアロゲルシートの製造方法は、図２に示されているように、断熱性および耐久性に優れ、特に、均一な厚さを有するエアロゲルシートを製造するための方法であって、（ａ）シリカゾル２を製造するステップと、（ｂ）ゲル化用触媒３を製造するステップと、（ｃ）繊維シート１の表面に、前記（ａ）ステップで製造したシリカゾル２を噴射して含浸させるステップと、（ｄ）シリカゾルが含浸された繊維シート１の表面に、前記（ｂ）ステップで製造したゲル化用触媒３を噴射することで、シリカゾルがゲル化したゲルシート２０を製造するステップと、（ｅ）前記シリカゾルがゲル化したゲルシート２０をエージングするステップと、（ｆ）前記エージングされたゲルシート２０にコーティング液を投入して表面を改質するステップと、（ｇ）前記表面が改質されたゲルシート２０を乾燥してエアロゲルシート３０を製造するステップと、を含む。
【００４４】
以下、エアロゲルシート準備ステップ（Ｓ１０）についてより詳細に説明する。
【００４５】
（ａ）シリカゾル製造ステップ
（ａ）シリカゾル製造ステップは、シリカゾルを得るためのステップであって、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とエタノールを混合してシリカゾル２を製造する。すなわち、反応槽（不図示）にＴＥＯＳ１．２ｋｇとエタノール２．７ｋｇを含ませてシリカゾル２を製造する。
【００４６】
一方、ＴＥＯＳは水との反応性に優れた溶媒であって、加水分解されたものを用いる。これにより、反応性をさらに高めることができる。すなわち、加水分解されたＴＥＯＳとエタノールを混合することで、反応性に優れたシリカゾルを得ることができる。
【００４７】
（ｂ）ゲル化用触媒製造ステップ
（ｂ）ゲル化用触媒製造ステップは、ゲル化用触媒を得るためのステップであって、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）を混合してゲル化用触媒３を製造する。すなわち
、反応槽（不図示）でエタノール０．５ｋｇとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）３０ｍｌを混
合してゲル化用触媒３を製造する。
【００４８】
一方、本発明の第１実施形態による複合シート製造装置は、ゲルシート２０を製造するゲルシート製造機１００と、ゲルシート２０を用いてエアロゲルシートを製造する反応容器２００と、エアロゲルシート３０を用いて複合シート４０を製造する複合シート製造機３００と、を含む。
【００４９】
ゲルシート製造機
ここで、（ｃ）シリカゾル噴射ステップおよび（ｄ）ゲル化用触媒噴射ステップはゲルシート製造機１００を用いて行う。したがって、ゲルシート製造機１００について詳細に説明する。
【００５０】
すなわち、ゲルシート製造機１００は、図２に示されているように、繊維シート１がロール状に巻回された巻き取りローラ１１０と、巻き取りローラ１１０に巻回された繊維シート１を一側から他側に搬送するコンベアベルト１２０と、コンベアベルト１２０に位置した繊維シート１の表面に、（ａ）ステップで製造したシリカゾル２を噴射して含浸させるシリカゾル供給部材１３０と、コンベアベルト１２０に位置した繊維シート１の表面に、（ｂ）ステップで製造したゲル化用触媒３を噴射することで、シリカゾルがゲル化したゲルシート２０を製造する触媒供給部材１４０と、コンベアベルト１２０によって他側まで搬送されたゲルシート２０をロール状に巻回して回収する回収ローラ１５０と、を含む。
【００５１】
このようなゲルシート製造機１００は、巻き取りローラ１１０に繊維シート１が準備されると、コンベアベルト１２０が、巻き取りローラ１１０に巻回された繊維シート１を一側から他側まで搬送する。この際、シリカゾル供給部材１３０は、コンベアベルト１２０によって搬送される繊維シート１の表面に、（ａ）ステップで製造したシリカゾル２を噴射してシリカゾルを含浸させ、また、触媒供給部材１４０は、シリカゾルが含浸された繊維シート１の表面にゲル化用触媒３を噴射することで、シリカゾルがゲル化したゲルシート２０を製造する。そして、コンベアベルト１２０の他側まで搬送されたゲルシート２０は回収ローラ１５０によってさらに巻回されながら回収される。
【００５２】
ここで、コンベアベルト１２０には、繊維シート１に噴射されたシリカゾル２およびゲル化用触媒３の厚さを均一に調節するスクレーパ１６０が含まれる。すなわち、スクレーパ１６０は、繊維シート１の表面に噴射されたシリカゾル２の厚さを調節する第１スクレーパ１６１と、繊維シート１の表面に噴射されたゲル化用触媒３の厚さを調節する第２スクレーパ１６２と、を含む。
【００５３】
すなわち、第１スクレーパ１６１と第２スクレーパ１６２は同一の形態を有し、コンベアベルト１２０の上面に上下方向に高さ調節可能に設けられて、シリカゾル２およびゲル化用触媒３の厚さを均一に調節する。これにより、均一な品質のゲルシート２０を得ることができる。
【００５４】
以下、エアロゲル製造機１００を用いた（ｃ）シリカゾル噴射ステップおよび（ｄ）ゲル化用触媒噴射ステップを詳細に説明する。
【００５５】
（ｃ）シリカゾル噴射ステップ
（ｃ）シリカゾル噴射ステップでは、繊維シートの表面に、（ａ）ステップで製造したシリカゾル２を噴射して含浸させる。すなわち、（ａ）ステップで製造したシリカゾル２をシリカゾル供給部材１３０に注入して貯蔵する。次に、繊維シート１がコンベアベルト１２０によってシリカゾル供給部材１３０の下部まで搬送されると、シリカゾル供給部材１３０を介してシリカゾル２を噴射して繊維シート１の表面に含浸させる。
【００５６】
この際、繊維シート１に噴射されたシリカゾル２は、コンベアベルト１２０に設けられた第１スクレーパ１６１を通過しながら均一な厚さを有することになる。すなわち、第１スクレーパ１６１は、所定厚さ以上のシリカゾル２は通過しないように遮断することで、シリカゾル２の厚さを均一に調節することができる。
【００５７】
（ｄ）ゲル化用触媒噴射ステップ
（ｄ）ゲル化用触媒噴射ステップでは、（ｃ）ステップによりシリカゾルが含浸された繊維シート１の表面にゲル化用触媒３を噴射することで、シリカゾルをゲル化させる。すなわち、（ｂ）ステップで製造したゲル化用触媒３を触媒供給部材１４０に注入して貯蔵する。次に、シリカゾルが含浸された繊維シート１がコンベアベルト１２０によって触媒供給部材１４０の下部まで搬送されると、触媒供給部材１４０を介してゲル化用触媒３を繊維シート１の表面に噴射してシリカゾルをゲル化させる。これにより、シリカゾルがゲル化したゲルシート２０を得ることができる。
【００５８】
ここで、触媒供給部材１４０は、貯蔵されたゲル化用触媒３を設定された速度で噴射し、設定された時間放置することで、シリカゾルを安定してゲル化させる。すなわち、触媒供給部材１４０は、繊維シート１の表面にゲル化用触媒３を０．０３５〜０．０１２Ｌ／ｍｉｎの速度で噴射し、８〜１２分間放置することで、シリカゾルを徐々にゲル化させる。
【００５９】
特に、触媒供給部材１４０は、繊維シート１に含浸されたシリカゾル２の密度に応じて、ゲル化用触媒３の噴射速度を異ならせてシリカゾルのゲル化を均一に調節することができる。
【００６０】
すなわち、（１）シリカゾルの密度が４０ｋｇ／ｍ3である場合には、ゲル化用触媒３
の噴射速度は０．０３５Ｌ／ｍｉｎに調節する。この際、繊維シート１に含浸されたシリカゾル２の含量は３０ｗｔ％であり、熱伝導度は１４．９ｍＷ／ｍＫである。
【００６１】
（２）シリカゾルの密度が６０ｋｇ／ｍ3である場合には、ゲル化用触媒３の噴射速度
は０．０１７Ｌ／ｍｉｎに調節する。この際、繊維シート１に含浸されたシリカゾル２の含量は３８ｗｔ％であり、熱伝導度は１４．１ｍＷ／ｍＫである。
【００６２】
（３）シリカゾルの密度が８０ｋｇ／ｍ3である場合には、ゲル化用触媒３の噴射速度
は０．０１４Ｌ／ｍｉｎに調節する。この際、繊維シート１に含浸されたシリカゾル２の含量は３８ｗｔ％であり、熱伝導度は１３．６ｍＷ／ｍＫである。
【００６３】
（４）シリカゾルの密度が１００ｋｇ／ｍ3である場合には、ゲル化用触媒３の噴射速
度は０．０１２Ｌ／ｍｉｎに調節する。この際、繊維シート１に含浸されたシリカゾル２の含量は５５ｗｔ％であり、熱伝導度は１３．０ｍＷ／ｍＫである。
【００６４】
このように、シリカゾルの密度が増加するほど、ゲル化用触媒の噴射速度を減少させる。これにより、シリカゾルの安定したゲル化を誘導することができる。
【００６５】
一方、上記のように製造されたゲルシート２０は回収ローラ１５０によってロール状に
巻回されながら回収され、回収されたゲルシート２０が反応容器２００で（ｅ）ゲルシートエージングステップ、（ｆ）ゲルシート表面改質ステップ、および（ｇ）ゲルシート乾燥ステップを経ることで、エアロゲルシート３０が製造されることができる。
【００６６】
反応容器
ここで、反応容器２００は、図４〜図６に示されているように、ロール状に回収されたゲルシート２０を密閉されるように収容する収容空間２１０を有し、一端に前記収容空間と連結される注入口２２０が形成され、他端に前記収容空間２１０と連結される排出口２３０が形成される。
【００６７】
以下、反応容器２００を用いて、（ｅ）ゲルシートエージングステップ、（ｆ）ゲルシート表面改質ステップ、および（ｇ）ゲルシート乾燥ステップを説明する。
【００６８】
（ｅ）ゲルシートエージングステップ
（ｅ）ゲルシートエージングステップでは、図４に示されているように、ゲルシート２０をエージングする。すなわち、（ｄ）ステップで回収したゲルシート２０を反応容器２００の収容空間２１０に収容する。次に、反応容器２００の収容空間２１０を７０℃まで加熱した状態で５０分間エージングすることで、ゲルシート２０の組織を均一化させる。
【００６９】
ここで、（ｅ）ゲルシートエージングステップでは、反応容器２００でエージングする前に、常温（または２５℃）で１０分間放置してからエージングを行う。すなわち、シリカゾル２の安定したゲル化を誘導してからエージングを行うことで、ゲルシート２０の組織をさらに均一化することができる。
【００７０】
（ｆ）ゲルシート表面改質ステップ
（ｆ）ゲルシート表面改質ステップでは、図５に示されているように、エージングされたゲルシート２０にコーティング液を噴射して表面を改質する。すなわち、（ｆ）ゲルシート表面改質ステップでは、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）を混合してコーテ
ィング液を製造する。次に、ゲルシート２０が挿入されている反応容器２００の注入口２２０を介してコーティング液を収容空間２１０に注入してゲルシート２０の表面を改質する。この際、コーティング液は、（ｃ）ステップで繊維シートの表面に含浸されたシリカゾルの１．６倍の量で噴射し、反応容器２００は７０℃の高温で１時間エージングしてＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）を用いてゲルシート２０の表面を改質する。
【００７１】
一方、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）は、ゲルシート２０の表面を疎水性に変化させるために用いる。
【００７２】
（ｇ）ゲルシート乾燥ステップ
（ｇ）ゲルシート乾燥ステップでは、図６に示されているように、表面が改質されたゲルシート２０を乾燥してエアロゲルシート３０を完成する。この際、（ｇ）ゲルシート乾燥ステップでは、反応容器２００にゲルシート２０が収容された状態で、超臨界乾燥を行う。すなわち、（ｇ）ゲルシート乾燥ステップは、表面改質されたゲルシート２０を、２８℃および７０ｂａｒの環境で二酸化炭素を１０分間７０Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する一次乾燥ステップと、１時間２０分間５０℃に昇温させて乾燥する二次乾燥ステップと、さらに５０℃および１５０ｂａｒの環境で二酸化炭素を２０分間０．７Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する三次乾燥ステップと、２０分間休止した後、二酸化炭素を２０分間０．７Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する四次乾燥ステップと、を含む。このような乾燥ステップを行うことで、ゲルシート２０の乾燥率を高めることができる。
【００７３】
一方、（ｇ）ゲルシート乾燥ステップの三次乾燥では、二酸化炭素とゲルシート２０の化学反応によって反応容器２００内にエタノールが発生し、この反応容器２００に発生したエタノールは、排出口２３０を介して排出させて回収する。
【００７４】
そして、（ｇ）ゲルシート乾燥ステップは、四次乾燥の後、二酸化炭素を２時間排出する排出ステップを含み、これにより、ゲルシート２０に緩やかな環境変化を誘導してゲルシート２０の組織を均一化する。
【００７５】
このようなエアロゲルシート３０が製造されると、エアロゲルシート３０を繊維シート１０の両面にそれぞれ積層させて作業を完了する。そして、積層されたエアロゲルシート３０と繊維シート１０を接合することで複合シート４０を製造するステップを行う。
【００７６】
［複合シートの製造方法］
複合シートの製造方法（Ｓ３０）では、積層されたエアロゲルシート３０、繊維シート１０、およびエアロゲルシート３０を熱および圧力によって接合することで、複合シート４０を製造する。この際、複合シート製造機を用いる。
【００７７】
複合シート製造機
本発明の第１実施形態による複合シート製造機３００は、図７に示されているように、エアロゲルシート３０を供給する複数のエアロゲルシート供給ローラ３１０と、エアロゲルシート３０の間に介在されるように繊維シート１０を供給する繊維シート供給ローラ３２０と、エアロゲルシート３０の間に繊維シート１０が介在された状態で、熱および圧力によって圧着することで複合シート４０を製造する加熱圧着機３３０と、を含み、加熱圧着機３３０を通過しながら複合シート４０が得られる。
【００７８】
ここで、本発明の第１実施形態による複合シート製造機３００は、エアロゲルシート供給ローラ３１０から供給されるエアロゲルシート３０を乾燥する乾燥部材３４０をさらに含む。乾燥部材３４０は、エアロゲルシート３０の乾燥率をさらに高めることで、繊維シート１０との接合性を高める。
【００７９】
また、本発明の第１実施形態による複合シート製造機３００は、繊維シート１０が介在されたエアロゲルシート３０をニードリングして仮接合するニードリング部材３５０をさらに含む。ニードリング部材３５０は、エアロゲルシート３０と繊維シート１０を仮接合することで、不規則な接合が発生することを予め防止する。
【００８０】
一方、本発明の第１実施形態による複合シート製造機３００は、複合シート４０を所定のサイズに切断して複合パッド５０として加工する切断部材３６０をさらに含む。切断部材３６０は、使用および保管の効率性を高めるために、複合シート４０を切断して複合パッド５０として加工する。
【００８１】
このような構成を有する本発明の第１実施形態による複合シート製造機３００を用いた複合シート製造ステップ（Ｓ３０）を説明する。
【００８２】
複合シート製造ステップ
繊維シート準備ステップ（Ｓ１０）およびエアロゲルシート積層ステップ（Ｓ２０）により、エアロゲルシート３０、繊維シート１０、およびエアロゲルシート３０の積層が完了されると、積層されたエアロゲルシート３０、繊維シート１０、およびエアロゲルシート３０を熱および圧力によって接合することで複合シート４０を製造する。
【００８３】
この際、Ｓ２０ステップとＳ３０ステップとの間に、準備したエアロゲルシート３０を
乾燥するステップ（Ｓ２５）をさらに含む。
【００８４】
すなわち、乾燥ステップ（Ｓ２５）では、エアロゲルシート３０を乾燥部材３４０によって高温の熱で乾燥させることで水分を蒸発させる。これにより、エアロゲルシート３０の乾燥率を高める。
【００８５】
また、Ｓ２０ステップとＳ３０ステップとの間に、積層されたエアロゲルシート３０と繊維シート１０をニードリングして仮固定するステップ（Ｓ２６）を含む。
【００８６】
すなわち、仮固定ステップ（Ｓ２６）では、積層されたエアロゲルシート３０と繊維シート１０の圧着時に動くことを防止するために、エアロゲルシート３０と繊維シート１０をニードリングして仮固定する。
【００８７】
このように乾燥ステップおよび仮固定ステップをさらに行うことにより、均一な品質の複合シート４０を得ることができる。
【００８８】
ここで、本発明の第１実施形態では、エアロゲルシート３０、繊維シート１０、およびエアロゲルシート３０が積層された複合シート４０を一実施形態として説明したが、適用に応じて、１つ以上のエアロゲルシート３０と１つ以上の繊維シート１０が積層される複合シート４０も製造可能である。
【００８９】
一方、上記のように製造された複合シート４０を所定のサイズに切断することで、複合パッド５０を得ることができる。すなわち、複合シート４０を切断部材３６０で所定の大きさに切断することで、複合パッド５０を得ることができる。
【００９０】
このような構成および方法を有するエアロゲルを含む複合シートの製造方法および装置を用いることで、接合性および耐久性が高く、製造コストが低いとともに、特に、均一な厚さを有する複合シートおよび複合パッドを安定して得ることができる。
【００９１】
以下、本発明による第２実施形態を説明するにあたり、上述の第１実施形態と同一の構成には同一の構成符号を用い、重複説明は省略する。
【００９２】
本発明の第２実施形態による複合シートの製造方法は、上述の第１実施形態による複合シートの製造方法におけるエアロゲルシート積層ステップ（Ｓ２０）において、エアロゲルシートを製造する他の実施形態を示したものである。
【００９３】
すなわち、本発明の第２実施形態による複合シートの製造方法は、図１を参照すると、繊維シート１０を準備するステップ（Ｓ１０）と、繊維シート１０の両面にエアロゲルシート３０をそれぞれ積層するステップ（Ｓ２０）と、積層されたエアロゲルシート３０と繊維シート１０を熱および圧力によって接合することで、エアロゲルシート３０、繊維シート１０、およびエアロゲルシート３０が積層された複合シート４０を製造するステップ（Ｓ３０）と、を含む。
【００９４】
ここで、エアロゲルシート積層ステップ（Ｓ２０）において、エアロゲルシート３０は、図８に示されているように、エアロゲルマトリックスと強化構造物２１を含む複合物２０として製造する。
【００９５】
前記エアロゲル複合物２０は２つの相で構成される。１つの相は低密度エアロゲルマトリックスであり、他の相は強化相（ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ  ｐｈａｓｅ）である。前記強化相は、一次的に、ロフティ繊維状物質、好ましくはロフティバット、および著しく異
なる厚さ、長さまたはアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ）の１つ以上の繊維状物質の混合物で構成される。前記２つの繊維状物質系の好適な混合物は、ロフティ繊維バット（他の繊維状物質）に侵透する連続的（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）なエアロゲルマトリックスの全体に、短くて高いアスペクト比の微細繊維（１つの繊維状物質）が分散される際に形成される。
【００９６】
そして、前記エアロゲルマトリックスは、前記強化構造物２１を介して連続的（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）であり、前記強化構造物２１はロフティ繊維バットであって、ここで、繊維は３つの全ての軸に沿って配向されており、前記ロフティ繊維バットはシート形態であるため、前記複合物２０は、弾力性および耐久性を有する軽量の絶縁製品である。また、ロフティ繊維バットは、厚さの少なくとも５０％まで圧縮可能であって、５秒間の圧縮後には元の厚さの少なくとも７０％まで回復し、ロフティ繊維バットの密度は０．００１〜０．２６ｇ／ｃｍ3である。また、前記複合物２０の横断面において識別可能な繊維の
横断面積は、全横断面積の１０％未満であってもよい。
【００９７】
すなわち、エアロゲルマトリックスは、有機エアロゲル、無機エアロゲル、またはこれらの混合物であってもよい。
【００９８】
前記有機エアロゲルは、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリフルフラールアルコール、フェニルフルフリルアルコール、メラミンホルムアルデヒド、レゾルシノールホルムアルデヒド、クレゾールホルムアルデヒド、フェノールホルムアルデヒド、ポリビニルアルコールジアルデヒド、ポリシアヌレート、ポリアクリルアミド、種々のエポキシ、アガ、アガロースの１つまたは２つ以上の混合物からなる群から選択されるものであってもよい（Ｃ．Ｓ．Ａｓｈｌｅｙ，Ｃ．Ｊ．Ｂｒｉｎｋｅｒ  ａｎｄ  Ｄ．Ｍ．Ｓｍｉｔｈ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｏｌｉｄ，Ｖｏｌｕｍｅ  ２８５，  ２００１）。
【００９９】
そして、無機エアロゲルの生産の主な合成ルートは、好適な金属アルコキシドの加水分解および凝縮である。最も好適な金属アルコキシドは、各アルキル基中に１〜６個の炭素原子、好ましくは１〜４個の炭素原子を有するものなどである。かかる化合物の特異的な具体例としては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラ‐ｎ‐プロポキシシラン、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムｓｅｃ‐ブトキシド、セリウムイソプロポキシド、ハフニウムｔｅｒｔ‐ブトキシド、マグネシウムアルミニウムイソプロポキシド、イットリウムイソプロポキシド、チタンイソプロポキシド、ジルコニウムイソプロポキシドなどが挙げられる。シリカ前駆体の場合、これらの物質は、部分的に加水分解させ、低いｐＨでポリケイ酸エステルの重合体、例えば、ポリジエトキシシロキサンに安定化させることができる。これらの物質はアルコール溶液として商業的に入手可能である（例えば、Ｓｉｌｂｏｎｄ（登録商標）４０、４０％シリカ含量、Ｓｉｌｂｏｎｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。プレ重合されたシリカ前駆体が、本発明のエアロゲル複合物２０として特に好適である。
【０１００】
低温で用いられるエアロゲルを生産するにおいて好適な物質は、オキシド‐形成金属ベースの非‐耐火性の金属アルコキシドである。かかる金属としては、シリコン、マグネシウム、これらの混合物が好適である。高温に好適なアルコキシドとしては、一般に、酸化物を形成できる耐火性の金属アルコキシド、例えば、ジルコニア、イットリア、ハフニア、アルミナ、チタニア、セリアなど、およびジルコニアとイットリアなどのこれらの混合物が挙げられる。非‐耐火性金属と耐火性金属、例えば、シリコンおよび／またはマグネシウムとアルミニウムの混合物を用いてもよい。エアロゲルの構造に、１つ以上の金属オキシドマトリックス物質を用いることの利点は、広範囲な波長で放射を吸収する化学的官能基を提供することで達成される、ＩＲ混濁化の強化である。
【０１０１】
微細に分散されたドーパント、例えば、カーボンブラック、チタニア、鉄酸化物、シリコン、カーバイド、モリブデン、シリサイド、マンガン酸化物、ポリジアルキルシロキサン（ここで、アルキル基は１〜４個の炭素原子を有する）などは、ＩＲ伝達（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に対するエアロゲルの不透明度（ｏｐａｃｉｔｙ）を増加させることで、高温における熱性能を向上させるために添加されることができる。このようなドーパントの適量は、通常、最終複合物の重量の１〜２０ｗｔ％、好ましくは２〜１０％である。
【０１０２】
ロフティ繊維バットは、バルク特性および相当な弾性（完全なバルク回復領域部）を示す繊維状物質と定義される。好適な形態は柔らかいウェブである。ロフティバット強化物質を用いることにより、支持されないエアロゲルの嵩を最小化させ、且つエアロゲルの熱性能の実質的な退歩を避ける。好適には、バットは、ライニング蓋、綿や容器、または熱絶縁用ブランケットに用いられる繊維状物質の層やシートを意味する。
【０１０３】
本発明の第２実施形態で用いられる強化繊維状物質は、１つまたは複数のロフティ繊維バット層である。ロフティバット強化物質を用いることにより、支持されないエアロゲルの嵩を最小化させ、且つエアロゲルの熱性能の実質的な退歩を避ける。
【０１０４】
通常、「バット」は、シート形態であって、繊維の柔らかいウェブを形成する梳綿（ｃａｒｄｉｎｇ）やガーネッティング（Ｇａｒｎｅｔｔｉｎｇ）繊維から作られる産物であるが、本発明における「バット」には、「ロフティ」が可能な程度に十分に開放された非‐シート形態のウェブ、例えば、Ａｌｂａｎｙ  ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌのＰｒｉｍａｌｏｆｔ（登録商標）製品が含まれる。通常、バットは、ライニング蓋、綿や容器、または熱絶縁用ブランケットに用いられる繊維状物質の層やシートを意味する。バットの生産に好適な繊維は、相対的に細く、１５以下、好ましくは１０以下のデニールを有する。ウェブの柔らかさは、繊維ウェブを作るのに用いられる相対的に細く且つ多くの方向に配向された繊維の副産物である。
【０１０５】
本発明の第２実施形態では、バットが、同一物質の非‐強化エアロゲルに比べて、強化された複合物２０の熱特性を著しく変化させない程度の少ない数の個別的な繊糸（または繊維）を有する場合に「ロフティ」であるという。これは、最終エアロゲル複合物２０の横断面において、繊維の横断領域が横断面の全横断領域の１０％未満、好ましくは８％未満、最も好ましくは５％未満であることを意味する。好適には、ロフティバットは、低い熱伝導度のエアロゲル複合物２０の形成を促進する室温と圧力で、５０ｍＷ／ｍ‐Ｋ以下の熱伝導度を有する。
【０１０６】
本発明の第２実施形態において、バットが十分にロフティであるかを確認する他の方法は、その圧縮性と弾性を測定することである。この場合、ロフティバットは、（ｉ）元の厚さの少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６５％、最も好ましくは少なくとも８０％まで圧縮可能であって、数秒間の圧縮後に、元の厚さの少なくとも７０％、好ましくは少なくとも７５％、最も好ましくは少なくとも８０％まで回復する。このような定義によって、ロフティバットは、圧縮の状態で空気（バルク）を除去すると、実質的に元のサイズと形態に回復することができる。例えば、ＨｏｌｏｆｉｌＴＭバットは、元の厚さ（１．５’’）から最小０．２’’に圧縮されることができ、負荷が除去されると元の厚さに回復する。前記バットは、１．３’’空気（バルク）と０．２’’繊維を有するとみなすことができる。これは、８７％まで圧縮可能であって、元の厚さの略１００％まで回復する。家庭用絶縁に用いられるガラス繊維バットは、類似の程度に圧縮され、その速度は遅いが、元の厚さの略８０％まで回復することができる。
【０１０７】
本発明の第２実施形態で用いられるバットは、繊維状マットと実質的に異なる。繊維状
マット（ｍａｔ）は、「密に編まれたまたは厚く縺れた固まり」、換言すれば、隣接する繊維の間に最小の開放された空間を有する、密集していて相対的に硬直した繊維状構造である。マットは、２．５ｌｂｓ／ｆｔ３（０．４１ｇ／ｃｃ）の密度を有するのに対し、本発明で用いられるロフティバットは、著しく小さい密度、すなわち、０．１〜１６ｌｂｓ／ｆｔ３（０．００１‐０．２６ｇ／ｃｃ）、好ましくは２．４〜６．１ｌｂｓ／ｆｔ３（０．０４‐０．１ｇ／ｃｃ）である。通常、マットは、２０％未満に圧縮可能であって、弾性を殆ど有しない。マット強化物質からなるエアロゲル複合物２０において、マット繊維の横断領域は、全横断領域の最大３０〜５０％を占める。
【０１０８】
好適には、バットは、ゲル形成液体が注入された後に少なくとも５０％の厚さを維持する。
【０１０９】
本発明の第２実施形態で用いられる繊維強化物質の開放性の必要性を理解する方法は、図８を参照して、ｚ軸（熱の流れ方向）に進行する繊維強化物質が熱導管として作用し、生成複合物の熱伝導度を著しく増加させるということを認識することである。
【０１１０】
特に、ｘ‐ｙ水平面において、略一直線の（縮れていない）繊維を有るバットは、曲げられたまたは縮れた繊維が３つの全ての軸に進行する同一密度の典型的なロフティバットに比べてより硬直する。ｚ方向における熱の流れを最小化するために（殆どの絶縁物質で求められる）、バットはｚ軸（熱の流れ方向）に少ない熱の流れを示すべできある。
【０１１１】
したがって、好適なバットは、絶縁複合物の絶縁特性を弱化させない程度の十分な量の繊維がｚ軸に配向される。ｚ軸の繊維は、ｘとｙ軸とは異なる物質（好ましくは、より低い熱伝導度を有する物質）で構成されてもよい。ｚ軸の繊維は、熱伝導にさらに捩れた通路を提供するために、ｘ‐ｙ方向の繊維に比べてより曲げられるように形成されてもよい。バットの全体に同じ繊維材料および方法を用いて全ての軸における熱伝導を最小化させることができるが、多くの絶縁製品では、熱の流れが特定方向に処理されるため、このような材料および方法を用いることは、生成された複合物の弾力性を弱化させ得る。理想的なロフティバットは、複合物２０の全体に均一に分散された微細で且つ縮くれている繊維を有する。
【０１１２】
本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは、後述の特許請求の範囲により明らかになり、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導出される様々な実施形態が可能である。
【図１】
2020078937.tif 000003
【図２】
2020078937.tif 000004
【図３】
2020078937.tif 000005
【図４】
2020078937.tif 000006
【図５】
2020078937.tif 000007
【図６】
2020078937.tif 000008
【図７】
2020078937.tif 000009
【図８】
2020078937.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月22日(2020.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維シート（１０）を準備するステップ（Ｓ１０）と、
前記繊維シート（１０）の両面にエアロゲルシート（３０）をそれぞれ積層するステップ（Ｓ２０）と、
前記積層されたエアロゲルシート（３０）と前記繊維シート（１０）を熱および圧力によって接合することで、前記エアロゲルシート（３０）、前記繊維シート（１０）、および前記エアロゲルシート（３０）が積層された複合シート（４０）を製造するステップ（Ｓ３０）と、を含む、エアロゲルシートを含む複合シートの製造方法であって、
前記Ｓ２０ステップは、（ａ）シリカゾル（２）を製造するステップと、（ｂ）ゲル化用触媒（３）を製造するステップと、（ｃ）繊維シート（１）の表面に、前記（ａ）ステップで製造したシリカゾル（２）を噴射して前記シリカゾル（２）を含浸させるステップと、（ｄ）前記シリカゾル（２）が含浸された繊維シート（１）の表面に、前記（ｂ）ステップで製造したゲル化用触媒（３）を噴射することで、前記シリカゾルがゲル化したゲルシート（２０）を製造するステップと、（ｅ）前記シリカゾルがゲル化したゲルシート（２０）をエージングするステップと、（ｆ）前記エージングされたゲルシート（２０）にコーティング液を投入して前記ゲルシート（２０）の表面を改質するステップと、（ｇ）前記表面が改質されたゲルシート（２０）を乾燥することで、エアロゲルシート（３０）を製造するステップと、を含み、
前記（ｃ）ステップおよび前記（ｄ）ステップは、前記繊維シート（１）を一側から他側に搬送するコンベアベルト内で行われ、
前記コンベアベルトには、繊維シート１の表面に噴射されたシリカゾル２の厚さを調節する第１スクレーパ１６１と、繊維シート１の表面に噴射されたゲル化用触媒３の厚さを調節する第２スクレーパ１６２と、を含む、エアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項２】
前記Ｓ２０ステップと前記Ｓ３０ステップとの間に、
前記エアロゲルシート（３０）を乾燥するステップ（Ｓ２５）をさらに含む、請求項１に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項３】
前記Ｓ２０ステップと前記Ｓ３０ステップとの間に、
積層されたエアロゲルシート（３０）と繊維シート（１０）をニードリングして仮固定するステップ（Ｓ２６）を含む、請求項１または２に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項４】
前記Ｓ３０ステップの後に、前記複合シート（４０）を所定のサイズに切断して複合パッド（５０）を製造するステップ（Ｓ４０）をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項５】
前記（ａ）ステップにおいて、前記シリカゾル（２）は、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とエタノールを混合して製造する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項６】
前記ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）は、加水分解されたＴＥＯＳを含む、請求項５に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項７】
前記（ｂ）ステップにおいて、前記ゲル化用触媒（３）は、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）を混合して製造する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項８】
前記（ｄ）ステップにおいて、前記繊維シート（１）の表面に前記ゲル化用触媒（３）を０．０３５〜０．０１２Ｌ／ｍｉｎの速度で噴射し、８〜１２分間放置することで前記シリカゾルをゲル化させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項９】
前記（ｅ）ステップにおいて、前記シリカゾルがゲル化したゲルシート（２０）を７０℃の高温で５０分間エージングする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１０】
前記（ｆ）ステップにおいて、前記コーティング液は、エタノールとアンモニア水（ＮＨ4ＯＨ）を混合して製造する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１１】
前記（ｆ）ステップにおいて、前記コーティング液を前記繊維シート（１）の表面に含浸されたシリカゾル（２）の１．６倍の量で注入し、７０℃の高温で１時間エージングしてＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）を用いて前記繊維シート（１０）の表面を改質する、請求項１０に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１２】
前記（ｇ）ステップは、
表面改質されたゲルシート（２０）を、２８℃および７０ｂａｒの環境で二酸化炭素を１０分間７０Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する一次乾燥ステップと、
１時間２０分間５０℃に昇温させて乾燥する二次乾燥ステップと、
さらに５０℃および１５０ｂａｒの環境で二酸化炭素を２０分間０．７Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する三次乾燥ステップと、
２０分間休止した後、二酸化炭素を２０分間０．７Ｌ／ｍｉｎの速度で注入して乾燥する四次乾燥ステップと、
を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１３】
前記（ｇ）ステップにおいて、三次乾燥ステップでは、二酸化炭素を注入する間に、表面が改質されたゲルシート（２０）から発生したエタノールを回収する、請求項１２に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１４】
前記（ｇ）ステップは、四次乾燥ステップの後に、二酸化炭素を２時間排出する排出ステップをさらに含む、請求項１２または１３に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１５】
前記（ｅ）、（ｆ）、および（ｇ）ステップは、ゲルシートを収容する反応容器内で行う、請求項１３または１４に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１６】
前記エアロゲルシートを準備するステップ（Ｓ１０）において、前記エアロゲルシート（３０）は、エアロゲルマトリックスおよび強化構造物を含む複合物からなり、
前記エアロゲルマトリックスは前記強化構造物を介して連続的（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）であり、前記強化構造物はロフティ繊維バットであって、ここで、繊維は３つの全ての軸に沿って配向されており、前記バットはシート形態であるため、前記複合物は弾力性および耐久性を有する軽量の絶縁製品であり、前記ロフティ繊維バットは、厚さの少なくとも５０％まで圧縮可能であって、５秒間の圧縮後には元の厚さの少なくとも７０％まで回復し、前記ロフティ繊維バットの密度は０．００１〜０．２６ｇ／ｃｍ3であり、前記複合物の横断面において識別可能な繊維の横断面積は、全横断面積の１０％未満である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１７】
前記ロフティ繊維バットは、前記エアロゲルマトリックスを形成するためにゲル形成液体を添加した後に、元の厚さの少なくとも５０％を維持する、請求項１６に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１８】
前記ロフティ繊維バットは、元の厚さの少なくとも６５％まで圧縮可能であって、５秒間の圧縮後に元の厚さの少なくとも７５％まで回復する弾性を有する、請求項１６または１７に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項１９】
前記複合物の横断面において識別可能な前記ロフティ繊維バットの繊維の横断面積は、全横断面積の８％未満である、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造方法。
【請求項２０】
ゲルシート（２０）を製造するゲルシート製造機（１００）と、
前記ゲルシート製造機（１００）により製造されたゲルシート（２０）をエージングさせ、表面改質させ、および乾燥することでエアロゲルシート（３０）を製造する反応容器（２００）と、
前記反応容器（２００）により製造されたエアロゲルシート（３０）と繊維シート（１０）を接合することで複合シート（４０）を製造する複合シート製造機（３００）と、を含む、エアロゲルシートを含む複合シートの製造装置であって、
前記複合シート製造機（３００）は、
前記エアロゲルシート（３０）を供給する複数のエアロゲルシート供給ローラ（３１０）と、
前記繊維シート（１０）が前記エアロゲルシート（３０）の間に介在されるように前記繊維シート（１０）を供給する繊維シート供給ローラ（３２０）と、
前記エアロゲルシート（３０）の間に前記繊維シート（１０）が介在された状態で、熱および圧力によって圧着することで複合シート（４０）を製造する加熱圧着機（３３０）と、を含む、エアロゲルシートを含み、
前記ゲルシート製造機（１００）は、
繊維シート（１）が巻回された巻き取りローラ（１１０）と、
前記巻き取りローラ（１１０）に巻回された繊維シート（１）を一側から他側に搬送するコンベアベルト（１２０）と、
前記コンベアベルト（１２０）上に位置した前記繊維シート（１）の表面にシリカゾル（２）を噴射して前記シリカゾル（２）を含浸させるシリカゾル供給部材（１３０）と、
前記コンベアベルト（１２０）に位置した前記繊維シート（１）の表面にゲル化用触媒（３）を噴射することで、前記シリカゾルがゲル化したゲルシート（２０）を製造する触媒供給部材（１４０）と、
前記コンベアベルト（１２０）によって他側まで搬送された前記ゲルシート（２０）をロール状に巻回して回収する回収ローラ（１５０）と、を含み、
前記コンベアベルトには、繊維シート１の表面に噴射されたシリカゾル２の厚さを調節する第１スクレーパ１６１と、繊維シート１の表面に噴射されたゲル化用触媒３の厚さを調節する第２スクレーパ１６２と、を含む、
複合シートの製造装置。
【請求項２１】
前記複合シート製造機（３００）は、
前記エアロゲルシート供給ローラ（３１０）から供給されるエアロゲルシート（３０）を乾燥する乾燥部材（３４０）と、
前記繊維シート（１０）が介在された前記エアロゲルシート（３０）をニードリングして前記エアロゲルシート（３０）と前記繊維シート（１０）とを仮接合するニードリング部材（３５０）と、をさらに含む、請求項２０に記載のエアロゲルシートを含む複合シートの製造装置。