JP-2026077063-A - ジオポリマー硬化体、及び、蓄電装置

Abstract

【課題】より優れた断熱性を有するジオポリマー硬化体；及び、該ジオポリマー硬化体を備える蓄電装置；を提供する。 【解決手段】当該ジオポリマー硬化体は、ジオポリマーと、エアロゲルと、赤外線吸収フィラーとを含み、前記赤外線吸収フィラーは、炭素含有無機フィラー、金属酸化物、及び金属無機塩から選択される１種以上である。 【選択図】なし

Inventors

• 笹澤 和也

Assignees

• 株式会社イノアック技術研究所

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (3)

1. ジオポリマーと、エアロゲルと、赤外線吸収フィラーとを含み、 前記赤外線吸収フィラーは、炭素含有無機フィラー、金属酸化物、及び、金属無機塩から選択される1種以上である、ジオポリマー硬化体。
2. 前記赤外線吸収フィラーの含有量が、１０質量％以下である、請求項１記載のジオポリマー硬化体。
3. 請求項１記載のジオポリマー硬化体を備える、蓄電装置。

Description

本発明は、ジオポリマー硬化体、及び、蓄電装置に関する。 一般的に、電子部品、移動体（車両、航空機等）等に使用される断熱材としては、例えば、ポリウレタン系発泡体からなる断熱材（特許文献１）等が知られている。 特開２０１３－１２４６７７号公報 本明細書中、数値範囲の説明における「ａ～ｂ」との表記は、特に断らない限り、ａ以上ｂ以下であることを表す。 本明細書において、複数の上限値と複数の下限値とが別々に記載されている場合、これらの上限値と下限値とを自由に組み合わせて設定可能な全ての数値範囲が本明細書に記載されているものとする。 本明細書において、「粉粒体」は「粉」または「粒子」の集合体をいう。 粉または粒子の平均粒子径｛メディアン粒径Ｄ５０（体積基準）｝は、レーザ回折式粒度分布測定装置によって測定することができる。 特に断らない限り、各種測定は、環境温度を室温（２５℃）として実施する。 １．ジオポリマー製造用組成物 本実施形態のジオポリマー製造用組成物は、アルミノケイ酸塩と、エアロゲルと、赤外線吸収フィラーと、酸性活性化剤と、水と、を含むことが好ましい。又、上記成分以外に、フィラーを含んでいてもよい。 ジオポリマー製造用組成物を硬化させることにより、後述するジオポリマー硬化体を得ることができる。すなわち、ジオポリマー製造用組成物は、ジオポリマー硬化体の前駆体である。 本実施形態では、ジオポリマー製造用組成物の活性化剤として、酸性活性化剤を用いる例を示すが、アルカリ活性化剤を用いても、後述するジオポリマー硬化体を得ることができる。酸性活性化剤を用いることで、機械物性や耐熱性により優れるジオポリマー硬化体を得ることができる。 ジオポリマーとは、アルミニウムやケイ素等を主成分とする材料の非晶質の重合体（ポリマー）をいい、後述するアルミノケイ酸塩及び酸性活性化剤等の反応によって得られる。 本実施形態のジオポリマー製造用組成物の粘度は、５，０００ｍＰａ・ｓ以上、１０，０００ｍＰａ・ｓ以上、１５，０００ｍＰａ・ｓ以上等であることが好ましく、５０，０００ｍＰａ・ｓ以下、４０，０００ｍＰａ・ｓ以下、３５，０００ｍＰａ・ｓ以下等であることが好ましい。粘度を上記範囲内とすると、本実施形態のジポリマー製造用組成物の各成分を混合する際に、エアロゲル及び赤外線吸収フィラーが均一に分散されやすい。 ここで粘度は、ＪＩＳ Ｚ８８０３：２０１１「液体の粘度測定方法」に準拠して測定したＢ型粘度である。粘度の測定は、単一円筒形回転粘度計（低粘度用スピンドルＬＶ－４、回転数：１２ｒｐｍ）を用いて実施する。 以下、本実施形態のジオポリマー製造用組成物を構成する各成分について、詳述する。 １－１．アルミノケイ酸塩 本実施形態のアルミノケイ酸塩（ｘＭ２Ｏ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ、Ｍはアルカリ金属）は、ケイ酸塩中にあるケイ素原子の一部をアルミニウム原子に置き換えた構造を持つ化合物である。 １－１－１．成分 本実施形態のアルミノケイ酸塩としては、例えば、イライト、束沸石、カオリナイト、パイロフィライト、アンダルサイト、ベントナイト、カイヤナイト、ミラナイト、グロベナイト、アメサイト、コージェライト、長石、アロフェン等の天然アルミノケイ酸塩鉱物；イモゴライト、メタカオリン等の焼成天然アルミノケイ酸塩鉱物；石炭の燃焼から得られるフライアッシュ；高炉内で鉄鉱石を鋳鉄に変換するときに得られる高炉スラグ；等から選択される１種または２種以上の混合物が挙げられる。中でも、焼成天然アルミノケイ酸塩鉱物が好ましく、特にメタカオリンがより好ましい。 これらの物質は市販のものを使用することができ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて使用することができる。また、アルミノケイ酸塩は、粉粒体で用いられ、適宜、粉砕分級して特定の画分を用いることにより、所望の粒径のアルミノケイ酸塩に調整することができる。 本実施形態のアルミノケイ酸塩として特に好ましいメタカオリンは、化学式Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２で表される化合物である。アルミノケイ酸塩の全質量に対するメタカオリンの含有量が５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましく、８０質量％以上であることがさらに好ましく、９０質量％以上であることが特に好ましい。アルミノケイ酸塩全質量に対するメタカオリンの含有量が上記範囲であると、強度に優れたジオポリマー硬化体を安定して得ることができる。 １－１－２．物性／性質 （平均粒子径） 本実施形態のアルミノケイ酸塩の粉粒体は、平均粒子径が０．１～５０μｍであることが好ましく、０．３～３０μｍであることがより好ましく、０．５～１０μｍ以下であることがさらに好ましい。当該粉粒体の平均粒子径がこの範囲であると、製造されたジオポリマー硬化体の断熱性をより向上させることができる。 １－１－３．含有量 本実施形態のアルミノケイ酸塩の含有量は、ジオポリマー製造用組成物の全質量に対して１質量％以上、３質量％以上、４質量％以上等であることが好ましく、６０質量％以下、５５質量％以下、５０質量％以下等であることが好ましい。アルミノケイ酸塩の含有量を上記範囲とすることにより、ジオポリマー硬化体の強度を高めやすい。 １－２．エアロゲル 本実施形態のエアロゲルは、特に限定されず、例えば、低密度の乾燥ゲル等が挙げられる。具体例としては、超臨界流体乾燥法を用いて得られたエアロゲル、通常の乾燥過程によるキセロゲル、凍結乾燥によるクライオゲル等が挙げられる。 １－２－１．成分 本実施形態のエアロゲルとしては、任意の好適なエアロゲル成分を使用することができる。例えば、シリカエアロゲル、アルミナエアロゲル等の無機エアロゲル、レゾルシノール・ホルムアルデヒド・エアロゲル（ＲＦエアロゲル）、セルロースナノファイバー・エアロゲル（ＣＮＦエアロゲル）等の有機エアロゲル、炭素エアロゲル、及び、それらの混合物から選択することができる。中でも、シリカ（ＳｉＯ２）を含有するシリカエアロゲルであることが好ましい。 １－２－２．物性／性質 （平均粒子径） 本実施形態のエアロゲルの平均粒子径は、０．０１ｍｍ以上、０．０２ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以上、０．０８ｍｍ以上等が好ましく、５．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下、２．０ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下等が好ましい。エアロゲルの平均粒子径を上記範囲内とすることで、断熱性により優れるジオポリマー硬化体を得ることができる。 （細孔径） 本実施形態のエアロゲルの細孔径は、３０ｎｍ以下が好ましく、２５ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下がさらに好ましい。ここで、「細孔径」は、ＪＩＳ Ｚ８８３１－２「粉体（固体）の細孔径分布及び細孔特性－第２部：ガス吸着によるメソ細孔及びマクロ細孔の測定方法」に準拠して、細孔分布測定装置（例えば、マイクロトラック・ベル社製：ＢＥＬＳＯＲＰ ＭＩＮＩ）を用いて測定した値である。かかる範囲にある場合には、断熱性により優れるジオポリマー硬化体を得ることができる。 （空隙率） 本実施形態のエアロゲルの空隙率は、９０％超、９５％以上、９６％以上等が好ましい。上限値は特に限定されず、例えば、９９％以下、９８％以下、９７％以下等が好ましい。エアロゲルの空隙率を上記範囲内とすることで、断熱性により優れるジオポリマー硬化体を得ることができる。 （密度） 本実施形態のエアロゲルの密度は、５０ｋｇ／ｍ３以上、６０ｋｇ／ｍ３以上、７０ｋｇ／ｍ３以上、８０ｋｇ／ｍ３以上、９０ｋｇ／ｍ３以上、１００ｋｇ／ｍ３以上、１１０ｋｇ／ｍ３以上等が好ましく、また、２７５ｋｇ／ｍ３以下、２５０ｋｇ／ｍ３以下、２４０ｋｇ／ｍ３以下、２３０ｋｇ／ｍ３以下、２２０ｋｇ／ｍ３以下、２１０ｋｇ／ｍ３以下、２００ｋｇ／ｍ３以下等が好ましい。 密度は、ＪＩＳ Ｋ７２２２：２００５「発泡プラスチック及びゴム－見掛け密度の求め方」に従って測定される。 （嵩密度） 本実施形態のエアロゲルの嵩密度は、１ｋｇ／ｍ３以上、１０ｋｇ／ｍ３以上、２０ｋｇ／ｍ３以上、３０ｋｇ／ｍ３以上、４０ｋｇ／ｍ３以上、５０ｋｇ／ｍ３以上、６０ｋｇ／ｍ３以上等が好ましく、また、１７５ｋｇ／ｍ３以下、１５０ｋｇ／ｍ３以下、１４０ｋｇ／ｍ３以下、１３０ｋｇ／ｍ３以下、１２０ｋｇ／ｍ３以下、１１０ｋｇ／ｍ３以下、１００ｋｇ／ｍ３以下等が好ましい。 嵩密度は、タップ法（ＩＳＯ７８７－１１）によって測定することができる。すなわち、対象物を２５０ｍＬのメスシリンダーに投入し、１２５０回タッピングした後の容積値をもって嵩密度が算出される。 １－２－３．含有量 本実施形態のエアロゲルの含有量は、ジオポリマー製造用組成物の全質量に対して０質量％超、３質量％以上、５質量％以上、７質量％以上等であることが好ましく、３０質量％以下、２０質量％以下、１５質量％以下等であることが好ましい。エアロゲルの含有量を上記範囲とすることにより、ジオポリマー硬化体の断熱性をより向上させることができる。 １－３．赤外線吸収フィラー １－３－１．成分 本実施形態の赤外線吸収フィラーは、上述したアルミノケイ酸塩、及び、エアロゲル以外の成分であり、赤外線吸収機能を有するフィラーである。赤外線吸収フィラーは、炭素含有無機フィラー、金属酸化物、及び、金属無機塩から選択される１種以上であることが好ましい。赤外線吸収フィラーを含有することで、後述するジオポリマー硬化体の断熱性をより向上させることができる。 炭素含有無機フィラーは、炭素由来のフィラーであれば、特に限定されず、例えば、カーボンブラック、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭素短繊維、グラフェン、グラフェンオキシド、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラファイトオキシド、ダイヤモンド等が挙げられる。 金属酸化物は、公知の金属酸化物であれば、特に限定されず、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、スピネル、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化アンチモン、酸化スズ、酸化鉛、酸化クロム、酸化コバルト、酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化パラジウム、酸化銅、等が挙げられる。 金属無機塩は、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸カリウム、炭酸ニッケル、炭酸マグネシウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等が挙げられる。 本実施形態の赤外線吸収フィラーは、上述した中でも、特に、カーボンブラック、炭化ケイ素、酸化チタンから選択される１種以上を含有することが好ましく、炭化ケイ素を含有することがより好ましい。上述した赤外線吸収フィラーの中でも炭化ケイ素は、赤外線を吸収又は反射し、赤外線の透過を抑制するため、ジオポリマー硬化体の断熱性をより向上させることができる。 １－３－２．形状／構造 本実施形態の赤外線吸収フィラーの形状は、特に限定されず、球状、不定形、鱗片状であってもよく、球状が好ましい。赤外線吸収フィラーを球状とすることで、配合後のジオポリマー製造用組成物の流動性を高めることができる。赤外線吸収フィラーの構造は、特に限定されず、中実のものでも中空のものでもよい。中空とは、外殻に包囲された空洞を内部に有する構造をいう。内部の空洞は、密閉されていてもよく、その一部が外部と連通していてもよい。 １－３－３．物性／性質 （平均粒子径） 本実施形態の赤外線吸収フィラーの平均粒子径は、０．０５～５０．０μｍ、０．０５～２５．０μｍ、０．０５～１０．０μｍ、０．０５～５．０μｍ、０．１０～５．０μｍ、０．１５～３．０μｍ等の範囲が特に好ましい。赤外線吸収フィラーの平均粒子径を上記範囲とすることで、赤外線吸収