(57)【要約】【課題】水性ゲルから水を除くには、大量の溶媒を必要とした。また、蒸留により脱水を行う際には、ゲルが収縮するという課題があった。【解決手段】水ガラスを原料として得られる水性ゲルを、ゲル体積の２倍に相当する水溶性のブチルセロソルブに浸漬して、さらにトリメチルクロロシランを加えることで疎水化を行った。引き続き、加熱蒸留することにより、水を選択的に留去した後、乾燥を完了して乾燥ゲルを得た。ゲルの収縮は抑制され、少量の脱水溶媒を用いるだけで、低密度の乾燥ゲルを得ることができた。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を含む湿潤ゲルに親水性の脱水溶媒を加え、蒸留により前記水を除き脱水ゲルを得る湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項２】
湿潤ゲル内の溶媒と脱水溶媒とが単一の液相を形成するように、加える前記脱水溶媒の量を調整する請求項１に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項３】
水の脱水溶媒への溶解度が２０ｗｔ％以上である請求項１に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項４】
脱水溶媒の水への溶解度が１０ｗｔ％以上である請求項１に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項５】
脱水溶媒が水と共沸混合物を形成し、前記共沸混合物中の水の割合が８０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１および４に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項６】
共沸混合物中の水の割合が９５ｗｔ％以上である請求項５に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項７】
水との共沸混合物を形成する脱水溶媒が、エチレングリコールのエーテルまたはジエチレングリコールのエーテルである請求項６に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項８】
エチレングリコールのエーテルがブチルセロソルブであることを特徴とする請求項７に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項９】
脱水溶媒が水と共沸混合物を形成せず、沸点が１５０℃以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項１０】
蒸留により蒸留された水と脱水溶媒とを含む混合液体に、非水溶性溶媒を加えることで、前記水が蒸留されて形成される水層から前記脱水溶媒を分離回収する請求項１〜９のいずれか１項に記載の湿潤ゲルの脱水方法。
【請求項１１】
疎水化され水を含んだ湿潤ゲルを、前記湿潤ゲルの脱水方法により脱水ゲルを得た後に、または脱水ゲルを得ながら乾燥して乾燥ゲルを得る湿潤ゲルの乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱材、吸音材、触媒担体、ＬＳＩ等に用いられる層間絶縁材料、超音波等の音波の送受波器の音響整合層等に用いられる低密度の乾燥ゲルの原料となる湿潤ゲルの脱水方法およびその乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低密度の乾燥ゲルは、その低い密度、大きな比表面積、微細な細孔構造のために断熱材、吸音材、触媒担体、ＬＳＩ等の層間絶縁材料、超音波の送受波器の音響整合層等に用いられる。
【０００３】
例えば、断熱材としては、低密度であるために固体熱伝導が低減される。また、気体の平均自由工程より微細な細孔構造を有するために気体熱伝導も抑制され、優れた断熱性能を発揮する。また、減圧した容器内に封じ込めることにより、さらに高い断熱性能を発揮する。断熱材は、例えば熱家電機器や住宅等の断熱のために用いられる。
【０００４】
上記の断熱材の他に、超音波送受波器の音響整合層、吸音材、触媒担体、ＬＳＩ等の層間絶縁材料に用いられる場合、使用の形態としては、乾燥ゲル以外の成分を含まないブロック状あるいは膜状の乾燥ゲルとして、必要な部分に挿入されるか、直接形成されることで用いられる。また、粉体や粒体状の多孔体として容器等に充填して用いられる。粉体や粒体を有機、無機のバインダーで成型することでブロック状にして用いることもできる。さらに、これらのブロック体、粉体成型体には、強度補強のために繊維体等のフィラーが添加されることがある。
【０００５】
上記の断熱材、吸音材、触媒担体、ＬＳＩ等の層間絶縁材料、超音波の送受波器の音響整合層等に適用される場合、吸湿により対応する性能が低下することがある。したがって、吸湿を防ぐために、乾燥ゲルが疎水性を有していることが好ましい。従来、骨格が金属酸化物からなる多孔体で、吸湿を防ぐために表面を有機シリル基で修飾して疎水化されたものが知られている。これは、例えば、特開平７−１３８３７５号公報、ジャーナル　オブ　クリスタライン　ソリッド　１８６巻、１０４−１１２頁、１９９５年等に記載されている。
【０００６】
一方、一般的に、ゾルゲル法から作製される湿潤ゲルは水を含んでいる。しかし、乾燥時にゲル中に水が含まれると、水の高い表面張力のためにゲルの収縮が進行する。この収縮を抑制するために、ゲルからの脱水が必要になる。
【０００７】
湿潤ゲルからの脱水方法として、水と共沸する溶媒を湿潤ゲルに加え、加熱することで、溶媒とともに水を留去する方法が知られていた。例えば、特開平８−５９２２４等に記載されているように、トルエン等を用いて共沸により水が除かれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の湿潤ゲルの脱水方法には、脱水時に湿潤ゲルが収縮しやすいという課題があった。このため、湿潤ゲルを乾燥して得られる乾燥ゲルの密度が上昇し、断熱材、吸音材、触媒担体、ＬＳＩ等の層間絶縁材料、超音波の送受波器の音響整合層等として用いた場合に、対応する特性が低下するという課題があった。
【０００９】
上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、脱水時の収縮を押さえ、低密度な乾燥ゲルが得られる湿潤ゲルの脱水方法と、乾燥方法とを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の湿潤ゲルの脱水方法は、水を含む湿潤ゲルの脱水方法であって、前記ゲルに親水性の脱水溶媒を加え、蒸留により前記水を除き脱水ゲルを得ることから構成される。
【００１１】
また、湿潤ゲル内の溶媒と脱水溶媒とが単一の液相を形成するように、加える前記脱水溶媒の量を調整することが好ましい。
【００１２】
また、水の前記脱水溶媒への溶解度が２０ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００１３】
また、前記脱水溶媒の水への溶解度が１０ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００１４】
また、前記脱水溶媒が水と共沸混合物を形成し、前記共沸混合物中の水の割合が８０ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００１５】
さらに、前記共沸混合物中の水の割合が９５ｗｔ％以上であることが好ましい。
【００１６】
また、前記水との共沸混合物を形成する脱水溶媒が、エチレングリコールのエーテルあるいはジエチレングリコールのエーテルであることが好ましい。
【００１７】
また、前記エチレングリコールのエーテルがブチルセロソルブであることが好ましい。
【００１８】
また、脱水溶媒が水と共沸混合物を形成せず、沸点が１５０℃以上であることが好ましい。
【００１９】
また、前記蒸留により蒸留された水と脱水溶媒とを含む混合液体に、非水溶性溶媒を加えることで、前記水が蒸留されて形成される水層から前記脱水溶媒を分離回収することが好ましい。
【００２０】
一方、本発明の湿潤ゲルの乾燥方法は、疎水化され水を含んだ湿潤ゲルを、前記湿潤ゲルの脱水方法により脱水ゲルを得た後に、あるいは脱水ゲルを得ながら乾燥して乾燥ゲルを得ることで構成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
まず、本発明の湿潤ゲルの脱水方法に関して説明する。
【００２３】
本発明では、従来のトルエン等の非水溶性溶媒との共沸により脱水する方法で、課題となっていた脱水時のゲルの収縮を解決するために、脱水溶媒として親水性の溶媒を用いたことが特徴である。親水溶媒とは水への溶解度が５ｗｔ％以上のものを指すものとする。
【００２４】
具体的な操作としては、湿潤ゲルをゲル体積に対して過剰の脱水溶媒に浸漬し、これを加熱して蒸留を行う。蒸留により脱水溶媒と水が留去され、ゲル中の水は除かれて脱水溶媒に置換される。蒸留操作中には、ゲルが乾燥しないように、脱水溶媒の量は、蒸留される水と脱水溶媒との割合から必要とされる量に対して過剰量加えておくか、蒸留操作中に連続してあるいは断続的に加えて行く必要がある。
【００２５】
図１に従来の共沸による脱水法を模式的に示す。脱水溶媒としてトルエンのように水との相溶性の低い溶媒を用いて蒸留・脱水を行った場合、ゲル内にトルエンと水との界面が形成され、その界面から沸騰が起こる。この結果、ゲル内に大きな表面張力を有する水の液面が形成され、毛管力が増大してゲルの収縮が進行する。これに対して、本発明では、親水性の溶媒を脱水溶媒として用いるため、トルエン層と水層に分離した場合でも、水層に脱水溶媒が５％以上溶解する。このため、水層の表面張力が低下し、対応する毛管力が低減されてゲルの収縮か抑制される。
【００２６】
この結果、脱水時の収縮が押さえられ、乾燥により５００ｋｇ／ｍ３以下の低密度な乾燥ゲルが得られる効果がある。
【００２７】
さらに脱水溶媒としては、水への溶解度が１０ｗｔ％以上であることが好ましい。水への溶解度が上昇することで、水層の毛管力が低減されて収縮が抑制される結果、乾燥により３００ｋｇ／ｍ３以下の低密度乾燥ゲルが得られる効果がある。
【００２８】
これを満たす溶媒として、プロパノール、メチルエチルケトン、エチレングリコールのモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールのモノアルキルルエーテル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ホルムアミド等がある。
【００２９】
また、本発明の水を含む湿潤ゲルは、各種ゲル原料にゲル化触媒を添加することで、ゲル化を進行させることで得られる。
【００３０】
ゲル原料としては、ゾルーゲル法に用いられる一般的な原料が用いられる。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン等の酸化物微粒子や対応するアルコキシド等がある。この中でも金属としてケイ素を含有する化合物が、入手の容易性から好ましい。例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシランおよびトリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン等のケイ素アルコキシドやそのオリゴマー、コロイダルシリカ、水ガラス、水ガラスから電気透析により得られるケイ酸水溶液等が用いられる。金属アルコキシドおよびそのオリゴマーはゲル化時に加水分解、脱水重合を進行させつつゲル化させるため、得られる湿潤ゲル内には水が含まれる。また、コロイダルシリカ、水ガラス、水ガラスから電気透析により得られるケイ酸水溶液等は、原料の溶媒が水であるため、得られる湿潤ゲル内にも大量の水が含まれる。
【００３１】
また、ゲル化触媒としては、一般的な有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基が用いられる。有機酸として、酢酸、クエン酸、無機酸として、硫酸、塩酸、硝酸、有機塩基として、ピペリジン、無機塩基として、アンモニア等がある。
【００３２】
上記原料のうち、価格が低く、入手が容易であることから、水ガラス、電気透析により得られるケイ酸水溶液等が特に好ましい。また、これらは大量の水を含有しており得られる湿潤ゲル中の水の量が多い。従って、本発明の湿潤ゲルの脱水方法を適用した場合の効果も大きくなる。
【００３３】
次に、本発明の湿潤ゲルの脱水方法を用いた乾燥ゲルの製造方法に関して説明する。
【００３４】
本発明の湿潤ゲルの脱水方法により得られた脱水ゲルは、乾燥して脱水溶媒を除くことにより、乾燥ゲルとなり、断熱材、吸音材、触媒担体、ＬＳＩ等に用いられる層間絶縁材料、超音波等の音波の送受波器の音響整合層等に用いられる。この場合、水の吸収により対応する性能の劣化が進行しやすいため、多くの場合、疎水化処理が施される。
【００３５】
上記の疎水化は、シリル化剤を湿潤ゲル表面の水酸基と反応させることで、湿潤ゲル表面に疎水性の有機シリル基を導入することで行われる。シリル化剤として、クロロシラン化合物、シラザン化合物、アルコキシシラン化合物等が用いられる。
【００３６】
クロロシラン化合物として、トリメチルクロロシラン、メチルトリクロロシランおよびジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、エチルメチルジクロロシラン、シラザン化合物としてはヘキサメチルジシラザン、アルコキシシラン化合物としてはメトキシトリメチルシラン、エトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシランおよびジエトキシジメチルシランなどがある。これらの中でも、ケイ素原子に結合する有機部位がメチル基であるものが好ましい。これは、有機部位が小さいために、疎水化時の反応性が高いと同時に、得られる多孔体の疎水化による密度上昇が小さくなり低密度の乾燥ゲルが得られやすいためである。
【００３７】
疎水化処理は、本発明の湿潤ゲルの脱水方法による脱水の前あるいは後に行われ、各々の場合、乾燥ゲルを得るまでの流れは以下のようになる。
（Ａ）湿潤ゲル形成　→　疎水化　→　脱水　→　乾燥
（Ｂ）湿潤ゲルの形成　→　脱水　→　疎水化　→　乾燥
このうち、（Ａ）の場合は、疎水化時に水が存在するため、疎水化剤が加水分解してシラノールとなった後に、ゲル表面との良好な反応性を有するアルコキシシラン及びシラザン化合物が好適に用いられる。クロロシラン化合物の適用はもちろん可能であるが、水との反応により反応性が低下し、水が無い場合より大量の疎水化剤が必要となる。
【００３８】
一方、（Ｂ）の場合は、加水分解しない状態で高い反応性を持つクロロシラン化合物、シラザン化合物が好適に用いられる。
【００３９】
本発明により得られる乾燥ゲルは、断熱材、超音波送受波器の音響整合層、吸音材等に用いることを念頭に置けば、低密度であることが好ましく、その密度は５０〜５００ｋｇ／ｍ３である。低密度であるために、断熱材や吸音材としては固体による熱及び音波の伝導が減少し、超音波送受波器の音響整合層として空気と圧電体との音響インピーダンスのマッチングがとれることで音波の送受信の効率が高くなる。
【００４０】
疎水化時の溶媒は、疎水化剤を溶解すれば良いが、（Ａ）の場合は、特に水が残っているため水溶性の溶媒が好ましい。また、（Ｂ）の場合は水が残っていないため、水溶性、非水溶性のいずれでも良いが、脱水溶媒をそのまま使用することがコスト削減の観点から好ましい。
【００４１】
また、湿潤ゲルから溶媒を除く乾燥方法としては以下の３つの方法がある。
（１）加熱乾燥法、（２）超臨界乾燥法、（３）凍結乾燥法
加熱乾燥法は、最も一般的な乾燥法であり、溶媒を含む湿潤ゲルを加熱することで、溶媒を気化させて除去するものである。乾燥時に、ゲル中の溶媒の表面張力に比例する毛管力が働きゲルが収縮することで密度が上昇することがある。このため、乾燥時の溶媒は沸点での表面張力が小さい炭化水素系の溶媒が好ましく、特に安価なヘキサン、ペンタンあるいはその混合物が好ましい。
【００４２】
超臨界乾燥法は、溶媒除去時の溶媒の表面張力を下げるために、表面張力が０である超臨界流体を用いるものである。乾燥に用いられる超臨界流体として、水、アルコール、二酸化炭素等の超臨界状態があるが、最も低温で超臨界状態が得られ、しかも無害である二酸化炭素が好適に用いられる。具体的には、まず耐圧容器中に液化二酸化炭素を導入することで、耐圧容器中の湿潤ゲル中の溶媒を液化二酸化炭素に置換する。次に、圧力と温度を臨界点以上に上げることで超臨界状態とし、温度を保ったまま徐々に二酸化炭素を放出して乾燥を完了させる。
【００４３】
凍結乾燥法は、湿潤ゲル中の溶媒を凍結させた後に、昇華により溶媒を除く乾燥方法である。液体状態を経ず、ゲル中に気液界面を生じず毛管力が働かないために乾燥時のゲルの収縮を抑制することができる。
【００４４】
凍結乾燥法に用いられる溶媒は、凝固点での蒸気圧が高いものが好ましく、第三ブタノール、グリセリン、シクロヘキサン、シクロヘキサノール、パラ−キシレン、ベンゼン、フェノールなどがあげられる。これらのなかでも、融点における蒸気圧が高いという点から、特に第三ブタノール、シクロヘキサンが好ましい。
【００４５】
凍結乾燥時には、湿潤ゲル中の溶媒を、上記の凝固点での蒸気圧が高い溶媒に置換しておくことが効果的である。また、ゲル化時に用いる溶媒を、凝固点での蒸気圧が高い溶媒にしておけば、溶媒置換を省略して効率的な製造が可能となるためより好ましい。
【００４６】
（実施の形態１）
実施の形態１で示す脱水方法は、湿潤ゲル内の溶媒と脱水溶媒とが単一の液相を形成するように、加える脱水溶媒の量を調整することが特徴である。
【００４７】
蒸留脱水時の収縮が、図１のように、例えば水とトルエン層とに別れ、その界面から沸騰が起こることに起因するため、これらが単一の液相を形成するようにすれば、ゲルる内での沸騰は起こらず、毛管力も発生しない。
【００４８】
具体的には、脱水時に加える脱水溶媒の量を調整して、ゲル中の水が脱水溶媒に溶解するようにする。この場合、なるべく脱水溶媒の使用量を少なくするために、水の脱水溶媒への溶解度が、２０ｗｔ％以上であることが好ましい。この場合、ゲル中に含まれる水の約３倍の重量の脱水溶媒を用いれば、水が脱水溶媒に溶解して単一の液相を形成する。
【００４９】
このような脱水方法を用いることで、脱水時の収縮を抑制し、乾燥により３００Ｋｇ／ｍ３以下の低密度な乾燥ゲルを得られる効果がある。
【００５０】
水の脱水溶媒への溶解度が、２０ｗｔ％以上であるような溶媒として、メチルエチルケトン、ｎ−ブタノール、イソブタノールの他、エチレングリコールのモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールのモノアルキルルエーテル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ホルムアミド等がある。
【００５１】
また、脱水の後に、上記で述べた疎水化、乾燥の工程を経ることで、乾燥ゲルが得られる。
【００５２】
（実施の形態２）
実施の形態２で示す脱水方法は、高い沸点の溶媒を用いることにより、脱水時に水のみを選択的に蒸留、留去することが特徴である。このことにより、使用する脱水溶媒の量を削減できる効果がある。ここでいう水の選択的な留去と、蒸留される液体の５０ｗｔ％以上が水であることを意味する。
【００５３】
水性を有し、高沸点で蒸留時に水の割合が５０Ｗｔ％以上となるものは、多価アルコール誘導体が好ましい。エーテル、エステル、一価アルコールでは、分子量が大きくなって沸点が高くなると、疎水性が増し親水性が低下して、共沸時の収縮に繋がる。これに対し、多価アルコール誘導体は、沸点が高い割には、親水性が高いために脱水時の収縮が起こりにくく好ましい。具体的には、エチレングリコールの炭素数４以下のアルキルエーテル、ジエチレングリコールの炭素数４以下のアルキルエーテル、プロピレングリコールの炭素数４以下のアルキルエーテル、ジプロピレングリコールの炭素数４以下のアルキルエーテル等がある。
【００５４】
図２に示すように、脱水溶媒をゲルに加えて蒸留すると、水と脱水溶媒が蒸留される。蒸留された脱水溶媒は、蒸留された水層に一部溶け込み廃棄される（ｂ）。また、蒸留時に蒸気として一部系外に放出されて失われる（ａ）。本実施の形態では、水が選択的に蒸留され、蒸留される脱水溶媒が少ないために、（ａ）、（ｂ）による損失も低減される効果がある。
【００５５】
脱水時に水のみをより選択的に蒸留するための脱水溶媒の条件は、脱水溶媒が水と共沸混合物を形成する場合と、そうでない場合とで異なってくる。
【００５６】
脱水溶媒が、水と共沸混合物を形成する場合、共沸混合物中の水の割合が８０％以上であることが好ましい。これを満たす溶媒として、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等がある。これらの中でも、さらに共沸混合物中の水の割合が９５％以上であることが好ましく、これを満たすものとしてエチレングリコールモノブチルエーテルがある。
【００５７】
脱水溶媒が、水と共沸混合物を形成しない場合、沸点が１５０℃以上であることが好ましい。蒸留される脱水溶媒の量を、全体の２０ｗｔ％程度以下にするためには、１００℃での脱水溶媒の蒸気圧を水の蒸気圧の２０％（１５０ｍｍＨｇ〜７６０ｍｍ×０．２）程度以下にする必要があり、そのためには沸点が１５０℃程度以上であることが必要である。
【００５８】
また、沸点が２００℃になると、１００℃での蒸気圧が５０ｍｍＨｇ程度になり、これは蒸留脱水時に水の蒸気圧の５〜１０ｗｔ％程度に相当するため、蒸留される割合もこれに従って低減されるため好ましい。これを満たす溶媒としては、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等がある。
【００５９】
また、脱水時の蒸留される水の割合を増やすには、蒸留時の圧力調整をすることが効果的である。例えば、水よりも沸点の高いエチレングリコールモノエチルエーテルを脱水溶媒として用いる場合、蒸留の圧力を下げることで、水の蒸気圧が相対的に大きく下がるため、大気圧下では水の割合が７３ｗｔ％程度であるが、２００ｍｍＨｇの圧力以下では、８５％と水の割合が高くなる。
【００６０】
（実施の形態３）
実施の形態３で示す脱水方法の特徴を図３を用いて説明する。
【００６１】
脱水時の収縮を押さえるために水への溶解度の高い脱水溶媒を用いると、蒸留され水層に溶け込んで廃棄される脱水溶媒が増加する。そこで実施の形態３では、蒸留された溶媒に非水溶性溶媒を加えることにより、水層に溶け込んだ脱水溶媒を水層から抽出回収する。水層を廃棄したのち、脱水溶媒と非水溶性溶媒とを蒸留により分けて、脱水溶媒を分離回収して再び脱水に用いる。このことによって、脱水溶媒の損失が減少し、少量の脱水溶媒にて効率的な脱水が可能となる効果がある。この時、非水溶性溶媒は、蒸留により脱水溶媒と分離が容易になるように、沸点が離れていることが好ましい。脱水溶媒が１２０℃以上の高沸点の場合は、ヘキサン等の低沸点の非水溶性溶媒が好ましい。また、脱水溶媒の沸点が１００℃程度以下の場合は、沸点２００℃以上の炭化水素やシリコンオイル等が用いられる。
【００６２】
ここで用いる脱水溶媒としては、特に水への溶解度の大きい脱水溶媒に関して効果がある。例えば、メチルエチルケトン、イソプロパノール、プロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール等に対して効果が大きい。
【００６３】
以下に、具体的な実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は、以下の内容例えば、ゲル原料、疎水化剤等に必ずしも制限されるものではない。
【００６４】
【実施例】
（実施例１および比較例１）
本実施例では、脱水溶媒として酢酸エチル、ｎ−ブタノ−ル、イソプロパノール、メチルエチルケトンを用いた。各々の水への溶媒度は順に、約４ｗｔ％、約８ｗｔ％、任意の割合で溶解、約２５ｗｔ％であった。
【００６５】
まず、ＳｉＯ２濃度１４ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ濃度０．６ｗｔ％のケイ酸水溶液に２Ｎ硫酸を加えてｐＨを６〜８に調整することで、ゲル化を進行させ湿潤ゲルを形成した。引き続き、上記の湿潤ゲルを、０．２Ｎ硫酸に浸漬することで湿潤ゲルに残存したナトリウムを硫酸ナトリウムとし、さらにイオン交換水で洗浄することで、大半の硫酸ナトリウムを除去した。
【００６６】
この湿潤ゲルを、ゲル重量の２倍の上記各脱水溶媒に浸漬し、ゲルが脱水溶媒に浸らなくなる直前まで、加熱蒸留を行った。再び、初期のゲル重量の２倍の脱水溶媒を加えて、同様に蒸留を行った。この操作を、蒸気温度が一定になるまで繰り返し行った。
【００６７】
次に、ゲル重量の５倍の、トリメチルクロロシラン５ｗｔ％含む各脱水溶媒溶液を湿潤ゲルに加えて、室温で２０時間放置することで疎水化処理を行った。これを、大気圧下で加熱乾燥して、各脱水溶媒からの乾燥ゲルを得た（実施例１）。
【００６８】
比較のために、トルエン、メチルイソブチルケトンを用いて、実施例と同様にして蒸留により脱水、疎水化、乾燥を行って乾燥ゲルを作製した（比較例１）。
【００６９】
得られた乾燥ゲルの密度は、脱水溶媒毎に、酢酸エチル　４２０ｋｇ／ｍ３、ｎ−ブタノ−ル　３１０ｋｇ／ｍ３、イソプロパノール　２２０ｋｇ／ｍ３、メチルエチルケトン　２１０ｇ／ｍ３、トルエン　８５０ｋｇ／ｍ３、メチルイソブチルケトン６９０ｋｇ／ｍ３であった。
【００７０】
このように、比較例で、乾燥ゲルの密度が高くなったのは、脱水溶媒の水への溶解度が小さいため脱水時のゲル中に大きな毛管力が働き収縮が起こったためと考えられる。これに対し、実施例では、脱水溶媒の水への溶解度が５ｗｔ％を越え水層に発生する毛管力が低減されて５００ｋｇ／ｍ３以下の密度となり、その中でも、イソプロパノール、メチルエチルケトンでは２５ｗｔ％以上と大きくなったために、密度が３００ｋｇ／ｍ３と低いものが得られたものと考えられる。
【００７１】
（実施例２）
本実施例では、脱水溶媒としてｎ−ブタノ−ルを用い、蒸留時に脱水溶媒の量を調整することにより、湿潤ゲル内の水と加えた脱水溶媒とが単一の液相を形成するようにして蒸留を行った。
【００７２】
蒸留時に、ゲル重量の４倍のｎ−ブタノールを加えた他は、実施例と同様にして蒸留を行い、その後の疎水化、乾燥も同様に行って乾燥ゲルを得た。
【００７３】
蒸留時、脱水溶媒を加えた際に、ゲル外の溶媒中の水量をガスクロマトグラムで調べたが、２０〜２５ｗｔ％の水が検出され、ほぼ均一な溶液となっていることが確認された。
【００７４】
得られた、乾燥ゲルの密度は２５０ｋｇ／ｍ３であり、実施例１に比較して低くなった。これは、脱水時にｎ−ブタノールに２５ｗｔ％程度以上の水が溶解するため、４倍重量のｎ−ブタノールを加えたことで、水がｎ−ブタノールに完全に溶解して単一な液相を形成し、ゲル内での沸騰が抑制され毛管力が低減されたためと考えられる。
【００７５】
（実施例３）
本実施例では、脱水溶媒として、沸点が高く、共沸混合物中の水の割合が９５％以上と極めて高い、エチレングリコールモノブチルエーテルを用いた。
【００７６】
実施例１と同様にして、湿潤ゲルを作製し、湿潤ゲルの２倍重量のエチレングリコールモノブチルエーテルを加えて、加熱蒸留した。蒸留操作を１回終えることで、蒸気温度はほぼ一定となった。蒸留された水層中の脱水溶媒の量は、ガスクロマトグラムによる分析の結果、５ｗｔ％以下であった。
【００７７】
比較のために、実施例１の脱水溶媒としてｎ−ブタノールを用いた場合の、蒸留された水層中のｎ−ブタノールは、水層の３２ｗｔ％であった。
【００７８】
また本実施れいでは、２００ｋｇ／ｍ３の低密度乾燥ゲルが得られた。
【００７９】
このように、水層中に溶解して失われる脱水溶媒の量が少なくなるのは、溶媒の沸点が高く、共沸混合物中の水の割合が非常に少なくなり、ほとんど脱水溶媒が蒸留されないためであると考えられる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明の湿潤ゲルの脱水方法は、脱水溶媒として親水性の溶媒を用いることが特徴であり、このことにより湿潤ゲルの収縮が抑制される効果がある。
【００８１】
また、本発明の湿潤ゲルの脱水方法は、脱水溶媒として、高沸点のもの、あるいは水との共沸混合物中の水の割合が高いものを用いることが特徴であり、このことにより脱水溶媒の使用量を低減できる効果がある。特にエチレングリコールモノブチルエーテルを脱水溶媒として用いることでの使用量低減の効果が大きい。
【００８２】
また、本発明の湿潤ゲルの脱水方法では、蒸留された水層に非水溶性溶媒を加えて、水層から脱水溶媒を分離回収することが特徴であり、このことにより、使用する脱水溶媒の量を削減できる効果がある。
【００８３】
一方、本発明の湿潤ゲルの乾燥方法は、上記の脱水方法で脱水し、乾燥することが特徴であり、このことにより、低密度の乾燥ゲルが、少量の脱水溶媒の使用により得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の脱水時の、湿潤ゲル収縮の要因を表した模式図
【図２】本発明の脱水時における水と脱水溶媒の流れと、損失を表した模式図
【図３】本発明の第三の実施形態として示した、脱水溶媒の分離回収を表した模式図
【図１】
2004008928.tif 000002
【図２】
2004008928.tif 000003
【図３】
2004008928.tif 000004