(57)【要約】【課題】エアロゲル粒子を原料として、高い断熱性と高い強度とを併せ持つ断熱材を製造することができる製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る製造方法では、エアロゲル粒子１を密集させることで密集体４を形成する。前記密集体４を圧縮しながら、前記密集体４に前記接着剤２を浸透させる。前記密集体４内の前記接着剤２を固化又は硬化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゲル粒子を接着剤で結合することで断熱材を製造する方法であって、
前記エアロゲル粒子を密集させることで密集体を形成し、
前記密集体を圧縮しながら、前記密集体に前記接着剤を浸透させ、
前記密集体内の前記接着剤を固化又は硬化させることを特徴とする断熱材の製造方法。
【請求項２】
前記接着剤に前記密集体へ向けて荷重をかけることで、前記密集体に前記接着剤を浸透させると共に前記接着剤のうちの過剰分を前記密集体から押し出して排出する請求項１に記載の断熱材の製造方法。
【請求項３】
前記密集体に、前記エアロゲル粒子以外の多孔質粒子を含有させる請求項１又は２に記載の断熱材の製造方法。
【請求項４】
前記密集体に、熱硬化性の粉末状接着剤を含有させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の断熱材の製造方法。
【請求項５】
前記密集体にシート材を重ねた状態で、前記密集体内の前記接着剤を固化又は硬化させる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の断熱材の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の製造方法で製造された断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゲル粒子を原料とする断熱材の製造方法及びこの方法によって製造される断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
断熱材の材料として、常圧でも熱伝導率が空気より小さい微細多孔質シリカの集合体（いわゆるシリカエアロゲル）が知られている。シリカエアロゲルは、例えば、特許文献１〜３に開示されているような方法で製造される。これらの方法によれば、原料としてアルコキシシランを用いて、シリカエアロゲルを作製することができる。具体的には、アルコキシシランを溶媒の存在下で加水分解させて縮重合して得られるシリカ骨格からなる湿潤状態のゲル状化合物を、溶媒の臨界点以上の超臨界条件で乾燥することによって、シリカエアロゲルを得ることができる。溶媒としては、例えば、アルコールまたは液化二酸化炭素等が用いられる。
【０００３】
粒子状のエアロゲル（エアロゲル粒子）は、熱伝導率が空気よりも低いため、断熱材の原料として有用である。エアロゲル粒子は脆い材料であるため、エアロゲル粒子から断熱材を形成するためには、エアロゲル粒子を接着剤で結合する必要がある。
【０００４】
しかし、接着剤の熱伝導率はエアロゲルよりも高いため、接着剤が断熱材の断熱性能を損なうおそれがある。一方、高い断熱性能を維持するために接着剤の使用量を減らすと、エアロゲル粒子同士が強固に結合されず、このため断熱材の強度が低下してしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４４０２９２７号明細書
【特許文献２】米国特許第４４３２９５６号明細書
【特許文献３】米国特許第４６１０８６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来、エアロゲル粒子を原料とする断熱材の断熱性能を高く維持しながら、その強度も高く維持することは、非常に困難であった。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、エアロゲル粒子を原料として、高い断熱性と高い強度とを併せ持つ断熱材を製造することができる製造方法、並びに高い断熱性と高い強度とを併せ持つ断熱材を提供することを、課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る断熱材の製造方法は、エアロゲル粒子を接着剤で結合することで断熱材を製造する方法であって、
前記エアロゲル粒子を密集させることで密集体を形成し、
前記密集体を圧縮しながら、前記密集体に前記接着剤を浸透させ、
前記密集体内の前記接着剤を固化又は硬化させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る断熱材の製造方法では、第１の態様において、前記接着剤に前記密集体へ向けて荷重をかけることで、前記密集体に前記接着剤を浸透させると共に前記接着剤のうちの過剰分を前記密集体から押し出して排出する。
【００１０】
本発明の第３の態様に係る断熱材の製造方法では、第１又は第２の態様において、前記密集体に、前記エアロゲル粒子以外の多孔質粒子を含有させる。
【００１１】
本発明の第４の態様に係る断熱材の製造方法では、第１乃至第３のいずれか一の態様において、前記密集体に、熱硬化性の粉末状接着剤を含有させる。
【００１２】
本発明の第５の態様に係る断熱材の製造方法では、第１乃至第４のいずれか一の態様において、前記密集体にシート材を重ねた状態で、前記密集体内の前記接着剤を固化又は硬化させる。
【００１３】
本発明の第６の態様に係る断熱材は、第１乃至第５のいずれか一の態様に係る製造方法で製造される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、断熱材中の接着剤の割合を低減することで断熱材の断熱性能を向上すると共に、エアロゲル粒子同士を接着剤で強固に結合することで断熱材の強度も向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略の断面図である。
【図２】前記実施形態により製造される断熱材を示す概略の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、エアロゲル粒子の一例の模式図である。
【図４】エアロゲル粒子の電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施形態に係る製造方法では、エアロゲル粒子１を接着剤２で結合することで、断熱材３を製造する。そのために、本実施形態では、エアロゲル粒子１を密集させることで密集体４を形成し、この密集体４を圧縮しながら、密集体４に接着剤２を浸透させ、密集体４内の接着剤２を固化又は硬化させる。尚、本明細書において、密集体４は、密集した粒子の集まりのことをいう。密集体４は、エアロゲル粒子１のみを含有してもよく、エアロゲル粒子１と、エアロゲル粒子１以外の粒子とを含有してもよい。
【００１７】
このため、本実施形態では、断熱材３中の接着剤２の割合が低減することで断熱材３の断熱性能が向上すると共に、エアロゲル粒子１同士が接着剤２で強固に結合されることで断熱材３の強度も向上する。
【００１８】
本実施形態では、接着剤２に密集体４へ向けて荷重をかけることで、密集体４に接着剤２を浸透させると共に接着剤２のうちの過剰分を密集体４から押し出して排出する。このため、密集体４内に接着剤２が充分に浸透し、密集体４内に接着剤２の未充填が生じにくくなる。その結果、断熱材３の高い強度が維持される。
【００１９】
本実施形態では、密集体４に、エアロゲル粒子１以外の多孔質粒子を含有させてもよい。この場合、多孔質粒子によって、断熱材３の強度等の特性が向上しうる。
【００２０】
本実施形態では、密集体４に、熱硬化性の粉末状接着剤７を含有させる。このため、密集体４内でエアロゲル粒子１同士が粉末状接着剤７で接着されることで、密集体４内でのエアロゲル粒子１の位置が変動しにくくなる。このため、断熱材３の均質性が高くなり、断熱材３が、その全体に亘って高い断熱性能を発揮することができる。
【００２１】
本実施形態では、密集体４にシート材６１，６２を重ねた状態で、密集体４内の接着剤２を固化又は硬化させる。このため、断熱材３が形成されると同時にこの断熱材３にシート材６１，６２が接合される。このため、シート材６１，６２が設けられている断熱材３が、効率良く製造される。断熱材３にシート材６１，６２が設けられていることで、断熱材３の強度が向上する。
【００２２】
図１を参照して、本実施形態に係る製造方法を、更に詳しく説明する。本実施形態では、断熱材３の製造のために、成形器５が用いられる。成形器５は、型５１と、プランジャ５２とを備える。
【００２３】
型５１は、筒状体５３と、この筒状体５３の内側にこの筒状体５３の軸方向に並んで配置されている第一及び第二の板体５４，５５とを備える。筒状体５３、第一の板体５４及び第二の板体５５は、適宜の材料から形成されうる。例えば筒状体５３、第一の板体５４及び第二の板体５５が、金属製であってよい。
【００２４】
筒状体５３は、その軸が鉛直方向に沿うように配置される。筒状体５３には、この筒状体５３を加熱するように構成されたヒータが設けられる。
【００２５】
筒状体５３内で、第二の板体５５は、第一の板体５４よりも上方に配置される。第一及び第二の板体５４，５５の各々は、筒状体５３の内部を、筒状体５３の軸と直交する方向に遮蔽するように形成されている。
【００２６】
第一の板体５４は、筒状体５３の内部に固定されている。第一の板体５４には、この第一の板体５４を貫通する複数の通孔５６が形成されている。通孔５６の径は、エアロゲル粒子１の径よりも小さいことが好ましい。特に通孔５６の径が、０．１〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００２７】
第二の板体５５は、筒状体５３に対して着脱可能に構成されている。第二の板体５５の、筒状体５３の軸方向に沿った固定位置は、変更可能である。例えば第二の板体５５に留め金等が設けられることで、第二の板体５５が、筒状体５３内でその軸方向に沿った任意の位置に固定されるように構成される。第二の板体５５にも、この第二の板体５５を貫通する複数の通孔５７が形成されている。通孔５７の径は、エアロゲル粒子１の径よりも小さいことが好ましい。特に通孔５７の径が、０．１〜１ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００２８】
プランジャ５２は、筒状体５３の内部空間の形状に適合する形状を有する押圧部５８を備える。プランジャ５２は、その押圧部５８が筒状体５３の内部空間に配置された状態で、筒状体５３の軸方向に往復移動するように構成されている。
【００２９】
断熱材３を製造するにあたり、本実施形態では、まず筒状体５３内に第二の板体５５並びにプランジャ５２が配置されていない状態で、第一の板体５４上に、多孔質のシート材６１（第一のシート材６１）を配置する。シート材６１の例としては、繊維から構成される織布及び不織布が挙げられる。シート材６１を構成する繊維は、例えばガラス繊維、金属繊維、炭素繊維などの無機繊維、並びにポリエステル繊維、カイノール（ノボロイド）繊維などの有機繊維から選ばれる。
【００３０】
次に、筒状体５３内にエアロゲル粒子１が充填される。このため、筒状体５３内のシート材６１上でエアロゲル粒子１が密集し、密集体４が形成される。密集体４は、エアロゲル粒子１のみから構成されてもよいが、本実施形態では、密集体４は、エアロゲル粒子１と粉末状接着剤７とを含有する。
【００３１】
エアロゲル粒子１と粉末状接着剤７とは、適宜の方法によって混合される。例えばエアロゲル粒子１と粉末状接着剤７が適宜の容器に入れられ、この容器が、密封されてから振とうされることで、エアロゲル粒子１と粉末状接着剤７とが混合される。これにより得られた混合物が、筒状体５３内に充填されることで、筒状体５３内のシート材６１上に、エアロゲル粒子１と粉末状接着剤７とを含有する密集体４が、形成される。
【００３２】
尚、図１中では、便宜上、エアロゲル粒子１と粉末状接着剤７の大きさが、型５の大きさと比べて、極端に大きく描かれている。つまり、図１中のエアロゲル粒子１と粉末状接着剤７の、型５に対する大きさは、現実のエアロゲル粒子と粉末状接着剤の大きさを反映していない。図２についても同様である。
【００３３】
エアロゲル粒子１としては、公知の方法で製造されたシリカエアロゲル粒子等が使用されうる。エアロゲル粒子１の詳細については、後述する。
【００３４】
粉末状接着剤７は、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂から形成される。粉末状接着剤７の粒径は、エアロゲル粒子１の粒径よりも小さいことが好ましい。
【００３５】
特にエアロゲル粒子１の平均粒径が０．１〜５ｍｍの範囲内であり、粉末状接着剤７の平均粒径が、１〜５００μｍの範囲内であることが好ましい。エアロゲル粒子１の平均粒径に対する粉末状接着剤７の平均粒径の比の値は、１／１０〜１／５の範囲内であることも好ましい。これらの条件のうち、少なくとも一つが満たされれば好ましいが、全てが満たされるならば特に好ましい。尚、粉末状接着剤７の平均粒径は、Ｘ線ＣＴによって得られる粉末状接着剤７の断面積から求められる。例えば、粉末状接着剤７の平均粒径は、１００個の粉末状接着剤７の各々の断面積を真円換算して導出される径の、平均値である。エアロゲル粒子１の平均粒径も、Ｘ線ＣＴによって得られるエアロゲル粒子１の断面積から求められる。例えば、エアロゲル粒子１の平均粒径は、１００個のエアロゲル粒子１の各々の断面積を真円換算して導出される径の、平均値である。
【００３６】
密集体４中でのエアロゲル粒子１に対する粉末状接着剤７の割合は、１〜３質量％の範囲内であることが好ましい。
【００３７】
尚、密集体４が、エアロゲル粒子１以外の多孔質粒子を含有してもよい。この場合、多孔質粒子によって、断熱材３の強度等の特性が改善されうる。多孔質粒子の例として、メソポーラスシリカ粒子等の多孔質シリカ粒子が挙げられる。多孔質粒子が使用される場合、その使用量に制限はないが、特にエアロゲル粒子１に対する多孔質粒子の質量比の値が、１／３以下であることが好ましい。
【００３８】
次に、筒状体５３内の密集体４上に、多孔質のシート材６２（第二のシート材６２）を配置する。シート材６２の例としては、繊維から構成される織布及び不織布が挙げられる。シート材６２を構成する繊維は、例えばガラス繊維、金属繊維、炭素繊維などの無機繊維、並びにポリエステル繊維、カイノール（ノボロイド）繊維などの有機繊維から選ばれる。
【００３９】
次に、筒状体５３内に、第二の板体５５を配置する。この第二の板体５５は、第二の板体５５がシート材６２上に接触する。この状態で、第二の板体５５が、シート材６２を介して密集体４へ押圧力をかける。このとき、例えば第二の板体５５が自重によって密集体４へ押圧力をかけてもよく、プレス装置等の機器が第二の板体５５を押圧することで第二の板体５５が密集体４へ押圧力をかけてもよい。このように第二の板体５５がシート材６２上に接触すると共にこのシート材６２を介して密集体４へ押圧力をかけている状態で、第二の板体５５が筒状体５３内に固定される。これにより、密集体４に継続的に押圧力がかけられて、密集体４が、筒状体５３の軸方向に圧縮される。このため、密集体４の体積が減少し、それに伴って密集体４内の空隙の割合が減少する。密集体４が圧縮されても、密集体４内のエアロゲル粒子１が破壊されないことが好ましい。そのためには、密集体４にかけられる押圧力は、０．１〜１５ｋｇ／ｃｍ2（０．００９８〜１．４７ＭＰａ）の範囲内であることが好ましい。
【００４０】
次に、密集体４が圧縮されている状態で、ヒータが筒状体５３を加熱することで、密集体４が加熱される。これにより、密集体４内の粉末状接着剤７が溶融してから硬化する。これにより、エアロゲル粒子１同士が、粉末状接着剤７で接着される。尚、粉末状接着剤７が使用されない場合には、この工程は不要である。
【００４１】
次に、筒状体５３内の第二の板体５５上に、液状に調製された接着剤２が配置される。接着剤２は、常温で液状であってもよいし、加熱されて溶融することで液状になっていてもよい。続いて、筒状体５３内の、接着剤２の上方に、プランジャ５２の押圧部５８が配置される。このプランジャ５２が密集体４へ向けて移動することで、プランジャ５２が接着剤２に、密集体４へ向かう荷重をかける。このため、接着剤２が、第二の板体５５の通孔５７を通過して、第二のシート材６２に浸透し、更に密集体４に浸透する。接着剤２は、更に第一のシート材６１にも浸透する。更に、接着剤２には前記のように荷重がかけられているため、接着剤２の量が過剰である場合には、密集体４に浸透した接着剤２のうちの過剰分が、密集体４から押し出されて、第一の板体５４の通孔５６を通じて型５１の外へ排出される。
【００４２】
次に、密集体４内の接着剤２を固化又は硬化させる。例えば接着剤２が熱硬化性である場合には、ヒータが筒状体５３を加熱することで、密集体４が加熱され、これにより接着剤２が熱硬化する。接着剤２が熱可塑性である場合には、密集体４が冷却されることで、接着剤２が固化する。
【００４３】
尚、本実施形態で使用される接着剤２に、特に制限はない。熱硬化性の接着剤２の例としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂及びエポキシ樹脂が、挙げられる。熱可塑性の接着剤２の例としては、エチレン−アクリレート共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂及びポリエステル樹脂が、挙げられる。
【００４４】
上記のように接着剤２が固化又は硬化することで、エアロゲル粒子１が接着剤２で結合されて、断熱材３が形成される。更に、本実施形態では、第一のシート材６１及び第二のシート材６２が、断熱材３に、接着剤２で接合される。これにより、図２に示すように、シート材６１，６２が設けられた断熱材３が得られる。続いて、筒状体５３からプランジャ５２及び第二の板体５５が取り外されてから、筒状体５３から断熱材３が取り出される。
【００４５】
本実施形態による製造方法では、圧縮されることで空隙の割合が低減された状態にある密集体４に、接着剤２が浸透するため、断熱材３全体に対するエアロゲル粒子１の割合が高くなり、接着剤２の割合が低くなる。このように、エアロゲル粒子１よりも熱伝導率の高い接着剤２の割合が、低くなることで、断熱材３の断熱性が向上する。
【００４６】
更に、本実施形態では、密集体４中のエアロゲル粒子１が粉末状接着剤７で接着されているため、密集体４に接着剤２が浸透する際に、接着剤２からエアロゲル粒子１に応力がかけられても、密集体４内でのエアロゲル粒子１の位置が変動しにくくなる。このため、接着剤２からの応力によってエアロゲル粒子１が押しのけられることでエアロゲル粒子１間の空隙が拡大するような事態が、起こりにくくなる。このため、断熱材３中に、部分的な接着剤２の割合の上昇が起こりにくくなり、その結果、断熱材３の均質性が高くなる。つまり、断熱材３に、部分的な断熱性の低下が生じにくくなり、断熱材３が、その全体に亘って高い断熱性能を発揮することができる。
【００４７】
尚、本実施形態において、粉末状接着剤７が使用されなくてもよい。その場合でも、充分に断熱性の高い断熱材３が得られる。
【００４８】
更に、圧縮されている密集体４内では空隙が小さくなるため、空隙に接着剤２が侵入しにくくなるが、本実施形態では、接着剤２に密集体４へ向かう荷重がかけられることで、密集体４への接着剤２の浸透が促進されるため、空隙が接着剤２で充分に満たされる。更に、このように接着剤２に荷重がかけられるため、密集体４内に接着剤２が充分に浸透したら、接着剤２のうちの過剰分は、密集体４から押し出されて外部へ排出される。このため、密集体４内には、接着剤２の未充填が生じにくくなる。このため、断熱材３における接着剤２の割合が低いにもかかわらず、エアロゲル粒子１同士は、接着剤２によって強固に結合される。その結果、断熱材３の高い強度が維持される。
【００４９】
尚、接着剤２に密集体４へ向かう荷重をかける方法は、本実施形態のようなプランジャ５２を用いる方法に限られない。例えば、密集体４への接着剤２の浸透性が高い場合には、密集体４の上方に接着剤２を配置すれば、プランジャ５２を用いなくても、接着剤２に自重による密集体４へ向かう荷重をかけることができる。接着剤２に遠心力によって密集体４へ向かう荷重をかけてもよい。
【００５０】
本実施形態では、断熱材３にシート材６１，６２が接合されているため、断熱材３の強度が更に向上する。しかも、本実施形態では、密集体４にシート材６１，６２が重ねられた状態で、密集体４及びシート材６１，６２に接着剤２が浸透し、続いてこの接着剤２が固化又は硬化するため、断熱材３が形成されると同時にこの断熱材３にシート材６１，６２が接合される。このため、シート材６１，６２を備える断熱材３が、効率良く製造される。尚、本実施形態において、シート材６１，６２が使用されなくてもよい。その場合、シート材６１，６２が設けられていない断熱材３が得られる。
【００５１】
断熱材３中の接着剤２の体積割合は、１〜３％の範囲内であることが好ましい。この接着剤２の体積割合が３％以下であると、断熱材３の断熱性能が特に向上し、この体積割合が１％以上であると、断熱材３の強度が充分に高く維持される。
【００５２】
断熱材３は、例えば建材として使用されやすい板状に形成される。これに限らず、断熱材３は、使用目的に応じた任意の形状に形成されうる。断熱材３の厚みは、所望の断熱性能、使用目的等に応じて適宜設定可能であるが、例えば、０．１〜１００ｍｍの範囲内である。
【００５３】
本実施形態で使用可能なエアロゲル粒子の詳細について説明する。
【００５４】
エアロゲル（ａｅｒｏｇｅｌ）は、ゲル中に含まれる溶媒を乾燥により気体に置換した多孔性の物質（多孔質体）である。粒子状のエアロゲルをエアロゲル粒子という。エアロゲルとしては、シリカエアロゲル、カーボンエアロゲル、アルミナエアロゲルなどが知られているが、このうちシリカエアロゲルを好ましく用いることができる。シリカエアロゲルは、断熱性に優れ、製造が容易であり、コストも安く、他のエアロゲルよりも容易に得ることができる。なお、ゲル中の溶媒が蒸発などにより失われて、空隙を持つ網目構造となったものをキセロゲル（ｘｅｒｏｇｅｌ）ということもある。本明細書におけるエアロゲルは、キセロゲルを含んでもよい。
【００５５】
図３に、エアロゲル粒子の一例の模式図を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、このエアロゲル粒子（符号Ａ）はシリカエアロゲル粒子であり、数１０ナノオーダー（例えば２０〜４０ｎｍの範囲内）の気孔を有するシリカ（ＳｉＯ2）構造体である。このようなエアロゲル粒子は超臨界乾燥などによって得ることができる。エアロゲル粒子は、エアロゲル粒子を構成する微粒子（符号Ｐ、シリカ微粒子）が三次元の網目状に連結することにより形成されている。シリカ微粒子１個の大きさは例えば１〜２ｎｍ程度である。図３（ｃ）に示すように、エアロゲル粒子の数１０ナノオーダーの気孔には気体（符号Ｇ）が入り込むことができる。そして、この気孔が空気の成分である窒素や酸素の移動を阻害することにより、熱伝導率を空気よりも低いレベルに低下させることができる。例えば、従来の断熱材における空気が熱伝導率ＷＬＦλ  ３５〜４５ｍＷ／ｍ・Ｋの範囲内であったところ、エアロゲル粒子により熱伝導率ＷＬＦλ  ９〜１２ｍＷ／ｍ・Ｋの範囲内のレベルまで熱伝導率を低下させることができる。なお、エアロゲル粒子は、一般的に、疎水性の性質を有する。例えば、図３（ｂ）に示すシリカエアロゲル粒子では、アルキル基（メチル基：ＣＨ3）がケイ素（Ｓｉ）に結合しており、ケイ素に結合した水酸基（ＯＨ）は少ない。したがって、表面の極性は低い。
【００５６】
図４は、シリカエアロゲル粒子の電子顕微鏡写真である。このシリカエアロゲル粒子は超臨界乾燥法によって得られた。シリカエアロゲル粒子が三次元の立体網目構造をとることはこの写真からも理解される。なお、エアロゲル粒子は、一般的に１０ｎｍ未満の大きさのシリカ微粒子が線状に連結して網目構造が形成されるが、微粒子の境目が曖昧になったり、シリカ構造（−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−）が線状に延びたりして網目構造が形成されていてもよい。
【００５７】
エアロゲル粒子は、特に限定されず、一般的な製造方法によって得られる。代表的なエアロゲル粒子として、超臨界乾燥法によって得られるエアロゲル粒子と、水ガラスを利用して得られるエアロゲル粒子とがある。
【００５８】
超臨界乾燥法によって得られるシリカエアロゲル粒子は、液相反応であるゾル−ゲル法によって重合させてシリカ粒子を作製し、溶媒を超臨界乾燥によって除去することにより得ることができる。原料としては、例えば、アルコキシシラン（シリコンアルコキシド又はアルキルシリケートともいう）を用いる。そして、このアルコキシシランを溶媒の存在下で加水分解させて縮重合して得られるシリカ骨格からなる湿潤状態のゲル状化合物を、溶媒の臨界点以上の超臨界条件で乾燥する。溶媒としては、例えば、アルコールまたは液化二酸化炭素などを用いることができる。このように超臨界条件によって乾燥されることにより、ゲルの網目構造を保持したまま溶媒が除去されて、エアロゲルを得ることができる。エアロゲルが粒子状となったエアロゲル粒子は、溶媒を含むゲルを粉砕して粒子化し、この溶媒を含んだ粒子状のゲルを超臨界乾燥することにより得ることができる。あるいは、エアロゲル粒子は、超臨界乾燥によって得られたエアロゲルのバルク体を粉砕することにより得ることができる。
【００５９】
エアロゲル粒子の原料となるアルコキシシランとしては、特に限定されないが、２官能、３官能又は４官能のアルコキシシランを単独で又は複数種を混合して用いることができる。２官能アルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン等が挙げられる。３官能アルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が挙げられる。４官能アルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等が挙げられる。また、アルコシシシランとして、ビストリメチルシリルメタン、ビストリメチルシリルエタン、ビストリメチルシリルヘキサン、ビニルトリメトキシシランなどを用いることもできる。また、アルコキシシランの部分加水分解物を原料に用いてもよい。
【００６０】
アルコキシシランの加水分解と縮重合は、水の存在下で行うことが好ましく、さらに水との相溶性を有し、且つアルコキシシランを溶解する有機溶媒と、水との混合液を用いて行うことが好ましい。このような混合液を溶媒として用いた場合、加水分解工程と縮重合工程を連続して行うことができ、効率よくゲルを得ることができる。その際、生成するポリマーは、上記溶媒を分散媒とするゲル化物（湿潤ゲル）として得られる。水との相溶性を有し、且つアルコキシシランを溶解する溶媒としては、特に限定はされないが、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコールや、アセトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等が挙げられる。これらは一種のみを用いても良いし、二種以上を併用してもよい。
【００６１】
また、アルコキシシランの加水分解と縮重合は、アルコキシシランのアルコキシ基を脱離させて縮合反応を起こさせることが可能な触媒の存在下で行うことが好ましい。このような触媒としては、酸性触媒、塩基性触媒等が挙げられる。具体的には、酸性触媒としては、例えば、塩酸、クエン酸、硝酸、硫酸、フッ化アンモニウム等が挙げられる。また、塩基性触媒としては、例えば、アンモニア、ピペリジン等が挙げられる。
【００６２】
また、アルコキシシランの反応液中には、適宜の成分を添加してもよい。例えば、界面活性剤、官能基導入剤、などが挙げられる。このような添加成分により、エアロゲル粒子に適宜の機能性を付与することができる。
【００６３】
そして、得られた湿潤ゲルを超臨界乾燥することにより、エアロゲルを得ることができる。その際、湿潤ゲルを切断や粉砕などによってあらかじめ粒子化して、溶媒を含んだ粒子状のゲルを作製し、この粒子状のゲルを超臨界乾燥することが好ましい。それにより、エアロゲル構造を破壊することなく粒子化及び乾燥を行うことができ、エアロゲル粒子を容易に得ることができる。この場合、粒子状のゲルの大きさを揃えておくことにより、エアロゲル粒子の大きさを整えることができる。また、エアロゲルをバルクで得た後に、エアロゲルのバルク体を粉砕機により粉砕することにより、エアロゲル粒子を得るようにしてもよい。なお、得られたエアロゲル粒子はふるいや分級などによって、粒子の大きさをさらに揃えることができる。エアロゲル粒子の大きさが整うと、取扱い性を高めることができるとともに、安定な成形物を得やすくすることができる。
【００６４】
水ガラスを利用して得られるエアロゲル粒子は、例えば、シリカゾルの作製、シリカゾルのゲル化、熟成、ゲルの粉砕、溶媒置換、疎水化処理、乾燥という工程を順番に行う常圧乾燥法により製造することができる。水ガラスは、一般的にケイ酸ナトリウムなどのケイ酸金属塩の高濃度の水溶液である。例えば、ケイ酸金属塩を水に溶かして加熱することで得られる。
【００６５】
シリカゾル作製の原料としては、ケイ酸アルコキシド、ケイ酸アルカリ金属塩等を使用することができる。ケイ酸アルコキシドとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等が挙げられる。また、ケイ酸アルコキシドとして、上記超臨界乾燥法で説明した各種のアルコキシシランを用いてもよい。また、ケイ酸アルカリ金属塩としては、ケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウム等が挙げられる。このうち、安価な点でケイ酸アルカリ金属塩を好適に用いることができ、更には入手が容易であるケイ酸ナトリウムをより好適に用いることができる。
【００６６】
ケイ酸アルカリ金属塩を用いる場合には、塩酸、硫酸等の無機酸により中和する方法か、あるいは対イオンがＨ＋とされている陽イオン交換樹脂を用いる方法により、シリカゾルを作製することができる。これらの方法のうちでも、陽イオン交換樹脂を用いることが好ましい。
【００６７】
酸型の陽イオン交換樹脂を用いてシリカゾルを作製するには、陽イオン交換樹脂を充填した充填層に適切な濃度のケイ酸アルカリ金属塩の溶液を通過させることにより行うことができる。あるいは、シリカゾルの作製は、ケイ酸アルカリ金属塩の溶液に、陽イオン交換樹脂を添加、混合し、アルカリ金属を除去した後に濾別するなどして陽イオン交換樹脂を分離することにより行うことができる。その際、陽イオン交換樹脂の量は、溶液に含まれるアルカリ金属を交換可能な量以上であることが好ましい。陽イオン交換樹脂により溶液の脱アルカリ（脱金属）が行われる。
【００６８】
酸型の陽イオン交換樹脂としては、例えば、スチレン系、アクリル系、メタクリル系等で、イオン交換性基としてスルフォン酸基やカルボキシル基が置換されたものを用いることができる。このうち、スルフォン酸基を有する、いわゆる強酸型の陽イオン交換樹脂を好適に用いることができる。なお、陽イオン交換樹脂は、アルカリ金属の交換に使用した後に、硫酸や塩酸を通過させることで、再生処理を行うことができる。
【００６９】
シリカゾルの作製後、シリカゾルをゲル化させ、次いでその熟成を行う。ゲル化及び熟成においては、ｐＨを調整することが好ましい。すなわち、通常、陽イオン交換樹脂によりイオン交換されたシリカゾルのｐＨは低く、例えば３以下である。このようなシリカゾルを中和して弱酸性から中性のｐＨ領域とすることによりシリカゾルがゲル化する。例えば、シリカゾルのｐＨを５．０〜５．８の範囲内、好ましくは５．３〜５．７の範囲内とすることによってゲル化させることができる。ｐＨの調整は塩基及び酸の添加により行うことができる。塩基としては、アンモニア水、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ケイ酸アルカリ金属塩などを用いることができる。酸としては、塩酸、クエン酸、硝酸、硫酸などを用いることができる。ｐＨ調整後、ゲルを静置して熟成を行う。熟成は、例えば、４０〜８０℃の範囲内の温度条件で、４〜２４時間の範囲内程度であってもよい。
【００７０】
熟成工程に引き続き、ゲルを粉砕することが好ましい。このゲルの粉砕により、目的とするエアロゲル粒子を容易に得ることが可能になる。ゲルの粉砕は、例えばヘンシャル型のミキサーにゲルを入れるか、あるいはミキサー内でゲル化させ、ミキサーを適度な回転数と時間で運転することにより行うことができる。
【００７１】
粉砕工程に引き続き、好ましくは、溶媒置換が行われる。この溶媒置換とは、ゲルを乾燥するに際し、乾燥収縮を起こさないよう、ゲルの作製に用いた水などの溶媒を、表面張力の小さな溶媒に置き換えることである。直接水を表面張力の小さな溶媒に置き換えることは困難なため、通常はこの溶媒置換は、複数の段階、好ましくは２段階で行われる。１段目に用いる溶媒の選定基準としては、水、及び２段目の溶媒置換に用いられる溶媒に対して馴染みが良いことが挙げられる。１段目は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン等を用いることができ、好適には、エタノールを用いることができる。また２段目に用いる溶媒の選定基準としては、引き続き行われる疎水化処理に用いられる処理剤と反応しないこと、乾燥収縮を起こさないために表面張力が小さいことが挙げられる。２段目に用いる溶媒としては、ヘキサン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン等を用いることができ、好適にはヘキサンを用いることができる。もちろん、必要に応じて、上記１段目の溶媒置換と２段目の溶媒置換との間に、更なる溶媒置換を行っても構わない。
【００７２】
溶媒置換の後に、疎水化処理を行うことが好ましい。疎水化処理に用いる処理剤としては、アルキルアルコキシシランやハロゲン化アルキルシランなどを用いることができる。例えば、ジアルキルジクロロシラン、モノアルキルトリクロロシランを好ましく用いることができ、原料コストや反応性を考慮するとジメチルジクロロシランを特に好適に用いることができる。なお、疎水化処理は、溶媒置換の前に行ってもよい。
【００７３】
そして、疎水化処理の後に、濾別して溶媒とゲルとを分離する。次いで、未反応の処理剤を取り除くためにゲルを溶媒で洗浄する。その後、ゲルを乾燥する。乾燥は常圧であってよい。また、加温したり温風を吹き込んだりしてもよい。乾燥は、不活性ガス（例えば窒素）の雰囲気下で行うことが好ましい。これにより、ゲル中の溶媒がゲルからとり除かれ、エアロゲル粒子を得ることできる。
【００７４】
臨界乾燥法によって得たエアロゲル粒子と、水ガラスを利用して得たエアロゲル粒子とは、基本的に同じ構造を有する。すなわち、シリカ微粒子が連結し、三次元の網目状となった粒子構造となる。
【００７５】
エアロゲル粒子の形状は、特に限定されず、種々の形状であってよい。上記で説明した方法でエアロゲル粒子を得た場合、粒子化するために粉砕等を行っているため、通常、エアロゲル粒子の形状は不定形の形状となる。いわば表面がごつごつした岩状の粒子となる。もちろん、球状やラグビーボール状などの粒子でもよい。また、パネル状、フレーク状、繊維状であってもよい。また、成形に用いる原料中では、種々の大きさのエアロゲル粒子が混在していてもよい。成形物においては、エアロゲル粒子が接着して一体化されるため、エアロゲル粒子の大きさが揃っていなくてもよい。例えばエアロゲル粒子の最長の長さが１μｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内であってよい。ただし、強度、取扱い性や成形容易性の観点からは、大きすぎる粒子や小さすぎる粒子が少ない方が好ましい。例えば、エアロゲル粒子の最長の長さが１μｍ以上２ｍｍ未満の範囲内のミクロンオーダーの粒子が多く存在する方が好ましい。エアロゲル粒子の最長の長さが、５００μｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内であることも好ましい。
【符号の説明】
【００７６】
１    エアロゲル粒子
２    接着剤
３    断熱材
４    密集体
６１  シート材（第一のシート材）
６２  シート材（第二のシート材）
７    粉末状接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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