水ガラスと水のみを用いた低コストな疎水性シリカエアロゲルの調製法
Low-Cost Preparation of Hydrophobic Silica Aerogels from Water Glass Using Water as the Sole Solvent
本研究では、従来のシリカエアロゲルの調製における有機溶媒、高価なシリコン前駆体、複雑なプロセスへの依存を克服するため、ケイ酸ナトリウム水溶液(水ガラス)をシリコン源とし、水のみを溶媒とする環境に優しく低コストな水性ルートを開発した。前駆体濃度、pH、温度、触媒量を調整する直交実験によりゾルゲルプロセスを最適化し、安定した三次元シリカネットワークを形成させた。最適条件下で得られた未修飾シリカエアロゲルは、低密度、高多孔性、典型的なメソポーラス構造を示し、比表面積は707.87 m2/g、平均細孔径は5.75 nm、熱伝導率は0.0408 W/(m·K)であった。HMDS蒸気相修飾後、エアロゲル表面に疎水性のメチル基が導入され、水接触角は132.3°に増加した。修飾サンプルの中でS3は最も低い熱伝導率0.0360 W/(m·K)を示し、良好な断熱性能を示した。本研究は、コスト効率の良い水性プロセスによる疎水性シリカエアロゲルの調製のための実行可能な戦略を提供し、シリカエアロゲル材料のより環境に優しく大規模な生産の可能性を示唆している。
- 水ガラス(ケイ酸ナトリウム水溶液)と水のみを用いた疎水性シリカエアロゲルの低コスト調製法を開発し、比表面積707.87 m2/g、熱伝導率0.0408 W/(m·K)を達成
- HMDS蒸気相修飾により水接触角132.3°の疎水性表面を実現し、最良サンプルで熱伝導率0.0360 W/(m·K)の断熱性能を示した
低コスト・環境配慮型のシリカエアロゲル製造プロセスは、断熱材市場でのコスト障壁が大きな課題となっている中で、実用化・量産化への重要な進展。水ガラスと水のみを使用することで原料費とプロセスコストを大幅に削減できる可能性があり、建材断熱や産業用断熱分野での採用拡大につながる余地がある。熱伝導率0.036-0.041 W/(m·K)という性能も維持されており、コストと性能の両立を示した点が投資判断上注目に値する。