(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分散性ポリウレタンによって結合された無機ナノ多孔質粒子を含む物品であって、全物品体積に基づいて７５体積％以上の無機ナノ多孔質粒子を含み、０．１４グラム毎立方センチメートル以下の密度及び２５ミリワット毎メートル・ケルビン以下の熱伝導率を有し、少なくとも０．５センチメートルの厚さを有し、さらに、前記無機ナノ多孔質粒子が、有機成分を有さず、かつ、当該粒子の外側にコーティングを有さず、前記物品は、中空の非多孔質粒子、層状シリケート及び粘土鉱物を有しないことにより特徴付けられる物品。
【請求項２】
前記無機ナノ多孔質粒子が、当該粒子を水浴に３０分間さらし、当該粒子を８０℃の強制通風炉内で３時間乾燥させ、当該粒子に残留する水の量を求めることにより決定した場合に１５質量％未満の含水量により定義される十分な疎水性を有する細孔壁を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
以下の工程：（ａ）水分散性ポリウレタンの水性分散液中に無機ナノ多孔質粒子を分散させて充填剤入りの分散液を形成する工程、（ｂ）前記充填剤入りの分散液を型に入れる工程、及び（ｃ）乾燥させて請求項１又は２に記載の物品を形成する工程を含む、請求項１又は２に記載の物品の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の物品の使用方法であって、一構造体の形態にある前記物品を、温度が異なることがある２つの領域の間に配置することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品、物品の製造方法及び物品の使用方法に関する。当該物品は、水分散性ポリウレタンバインダーにより結合された無機ナノ多孔質粒子を含む。
【背景技術】
【０００２】
例えばエーロゲル材料などの無機ナノ多孔質材料は非常に高い熱絶縁性を提供する。しかし、エーロゲル材料は、コストと繊細な機械的特性のために、建築及び建設用途において現在のところ有用でない。建設用サイズの単一厚板状のエーロゲル材料を作製することは、現在のところ、実現可能でなく、従来の絶縁フォーム板及び厚板のコスト範囲内に確実に入らない。エーロゲルの製造プロセスの一部は、典型的には、オートクレーブ内で超臨界二酸化炭素により抽出することによって、または他の条件の厳しい乾燥方法によって、ナノ細孔構造から溶媒を大量に除去する必要がある。かかるプロセスは、建設用サイズの単一厚板を得ることに対しては困難である。エーロゲルは脆く、建設現場で取扱い中によく生じる摩擦力の下で容易に砕けて粉末になる傾向がある。従って、単一厚板を注型するよりも低コストであり、単一エーロゲル厚板よりも脆くないエーロゲル様材料の厚板を開発することが望ましい。
【０００３】
単一エーロゲル厚板よりも建設用途に適しているエーロゲル含有絶縁材料を作製する多くの試みがなされてきた。例えば、エーロゲル成分を含むポリマーフォームマトリックスを組み合わせた組成物がある。米国特許出願公開第２００８／０２８７５６１号明細書には、ポリマーマトリックス中に分散されたエーロゲル粒子を含有するポリマーフォームが記載されている。このエーロゲル粒子は、エーロゲル材料の細孔にポリマーが浸透するのを防止するためのコーティングを必要とする。米国特許第６，１３６，２１６号明細書には、エーロゲルと発泡されたゼラチンとの組成物が記載されている。この組成物は、様々な形状に成形可能である。米国特許第５，１３７，９２７号明細書には、エーロゲル粒子を含むポリスチレンフォームであって、ポリスチレンフォーム中にエーロゲル粒子が分散されたものが記載されている。国際公開第２００７／１４６９４５（Ａ２）号には、可撓性連続気泡フォーム／エーロゲル複合材料が記載されている。これらの文献の各々において、フォームバインダーはエーロゲル粒子を含む。
【０００４】
他の技術は、エーロゲル粒子を接着させるために非発泡バインダーを使用する。米国特許出願公開第２０１０／００８０９４９号明細書には、バインダーにより共有結合的に結合されたポリマー／シリカ混成エーロゲル粒子を使用してエーロゲル複合材料を製造することが記載されている。この発明のエーロゲル粒子は、無機材料と有機材料の混成物である。米国特許第５，６５６，１９５号明細書には、破断強度を向上させるために、エーロゲルの質量に基づいて０．５〜１０質量％の層状シリケート及び／又は粘土鉱物を必要とするエーロゲル成形物が記載されている。米国特許出願公開第２００４／００７７７３８号明細書には、エーロゲルを構成する成分と、水性バインダーと、おそらく物品の密度を低下させるための中空の非多孔質粒子とを含む層状熱絶縁物品が記載されている。
絶縁材料を輸送、取扱い及び適用する際に様々な形状に合わせる必要があることがある特に建築及び建設絶縁用途向けでは、エーロゲル構造体に、低密度と熱絶縁性に加えて、可撓性が望ましい。米国航空宇宙局は、エーロゲル構造体上に重合し化学結合したコーティングを含む可撓性の架橋エーロゲルモノリシック物品についての最近の発展を報告した（０４−０６−０９日付の刊行物ＬＥＷ−１８２６５−１を参照）。ジイソシアネート分子により架橋されたアミン変性エーロゲルモノリスの物品においてある程度の可撓性もうかがわれる（Capadona他, Polymer 47 (2006) 5754-5761参照）。これらの方法は両方とも、単一のエーロゲルモノリシック架橋構造体を注型すること、すなわち建設用サイズの絶縁物品を得るのに大変な作業であるプロセスを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２８７５６１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１３６，２１６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，１３７，９２７号明細書
【特許文献４】国際公開第２００７／１４６９４５（Ａ２）号
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１０／００８０９４９号明細書
【特許文献６】米国特許第５，６５６，１９５号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００４／００７７７３８号明細書
【０００６】
主にナノ多孔質粒子、例えばバインダーにより結合されたエーロゲル粒子を含むが、無機ナノ多孔質粒子上に機能性コーティングを有しない熱絶縁性構造体、特に可撓性の熱絶縁性構造体が望ましい。さらに望ましいものは、低密度、可撓性及び強度を達成するために、無機ナノ多孔質粒子上にコーティングを必要とせず、中空非多孔質粒子の存在を必要とせず、あるいは層状シリケート又は粘土鉱物の存在を必要としないというものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一実施形態の１つの目的は、主に無機ナノ多孔質粒子から製造されたものであるが、可撓性であることができ、しかも、可撓性及び強度を達成するために、無機ナノ多孔質粒子上に機能性コーティングを必要とせず、中空非多孔質粒子の存在を必要とせず、あるいは層状シリケート又は粘土鉱物の存在を必要としない低密度の熱絶縁材料を提供することである。本発明の一実施形態の１つの目的は、非発泡バインダーにより上記の目的を達成することである。
【０００８】
驚くべきことに、本発明は、無機ナノ多孔質粒子のためのバインダーとして水分散性ポリウレタンを使用して無機ナノ多孔質粒子の物品を形成することによって、この目的に対する解決法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の態様において、本発明は、水分散性ポリウレタンによって結合された無機ナノ多孔質粒子を含む物品であって、全物品体積に基づいて７５体積％以上の無機ナノ多孔質粒子を含み、０．１４グラム毎立方センチメートル以下の密度及び２５ミリワット毎メートル・ケルビン以下の熱伝導率を有し、少なくとも０．５センチメートルの厚さを有する物品である。
【００１０】
第１の態様の実施形態は、以下のさらなる特徴のうちの任意の１つ又は１より多くの組み合わせを含むことができる：無機ナノ多孔質粒子は、潜在的共有結合反応性を有する有機成分を機能的に有さず、かつ、当該粒子の外側に機能性コーティングを機能的に有さず、当該物品は、中空の非多孔質粒子、層状シリケート及び粘土鉱物を機能的に有さず；全物品体積に基づいて９０体積％以上の濃度で存在する無機ナノ多孔質粒子を有し；厚さと、巨視的な破壊又は崩壊なしに当該物品の上記厚さに等しい直径を有するマンドレルの周りに少なくとも９０度で厚さ方向に対して垂直な平面に曲がるのに十分な可撓性を有し；水分散性ポリウレタンが熱可塑性脂肪族ポリウレタンであり；水分散性ポリウレタンがジメチロールプロピオン酸の一形態を含み；水分散性ポリウレタンが発泡されておらず；水分散性ポリウレタンが架橋されており；無機ナノ多孔質粒子が二酸化ケイ素を含むエーロゲル粒子を含み；無機ナノ多孔質粒子は、粒子の多孔質構造の全体にわたって水の吸収が起こらないようにするのに十分に疎水性である細孔壁を有し；無機ナノ多孔質物品は、少なくとも厚さ２センチメートル、幅１５センチメートル及び長さ１５センチメートルである厚板の形態にあり；当該物品の少なくとも１つの表面上にフェイサー（facer）を含む。
【００１１】
第２の態様において、本発明は、以下の工程を含む上記第１の態様の物品の製造方法である：（ａ）水分散性ポリウレタンの水性分散液中に無機ナノ多孔質粒子を分散させて充填剤入りの分散液を形成する工程、（ｂ）充填剤入りの分散液を型に入れる工程、及び（ｃ）乾燥させて第１の態様の物品を形成する工程。
【００１２】
第２の態様の実施形態は、さらに、以下の特徴のうちの任意の１つ又は１つより多くの任意の組み合わせを含むことができる：無機ナノ多孔質粒子が、最終的な物品の体積の９０体積％以上の物品体積をもたらすのに十分な濃度で充填剤入り分散液中に存在し；水分散性ポリウレタンが脂肪族ポリウレタンであり；水分散性ポリウレタンがジメチロールプロピオン酸の一形態を含み；工程（ｂ）における充填剤入り分散液が発泡されておらず；工程（ｃ）の後の水分散性ポリウレタンが架橋されており、この架橋は工程（ｃ）の前、間又は後の任意の１つ又は複数の時点で誘発され；無機ナノ多孔質粒子が、粒子の多孔質構造の全体にわたって水の吸収が起こらないようにするのに十分に疎水性である細孔壁を有する。
【００１３】
第３の態様において、本発明は、第１の態様の物品を使用する方法であり、当該使用方法は、一構造体の形態にある第１の態様の物品を温度が異なることがある２つの領域の間に配置することを含む。
【００１４】
本発明の方法は、本発明の物品の製造に有用である。本発明の物品は、熱絶縁材料として、特に可撓性及び低い熱伝導率を有する絶縁が必要とされる用途で熱絶縁材料として有用であることに加え、音響絶縁（音響減弱）用途で有用である。本発明の物品の具体的用途としては、例えばアプライアンスパネル及び建築物の絶縁などの用途での管及びタンクの絶縁及び音響減衰（音響絶縁）が挙げられる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
試験法は、試験法の番号に日付が示されていない限り本願の優先日当時直近の試験法を指す。試験法への言及は、試験団体と試験法の番号への言及の両方を含む。以下の試験法の略語を本明細書で使用する：ＡＳＴＭは米国材料試験協会を指し、ＥＮは欧州規格を指し、ＤＩＮはドイツ工業規格を指し、ＩＳＯは国際標準化機構を指す。
「複数」とは、２つ以上を意味する。「及び／又は」は、「及び、又は代わりとして」を意味する。特に断らない限り、すべての範囲は端点を含む。
「長さ」、「幅」及び「厚さ」は、物品の互いに垂直な３つの寸法である。長さは、長さ、幅及び厚さのうちで最も大きい寸法に等しい大きさを有する寸法である。厚さは、長さ、幅及び厚さのうちで最も小さい大きさに等しい大きさを有する。幅は、長さ、厚さ、長さと厚さの両方、又は長さと厚さの間のいずれかの大きさに等しい大きさを有する。
「機能的に有しない（functionally free）」とは、もし存在する場合に、本明細書に具体的に定義されていない限り、濃度が、本発明の物品の物理的特性に対して実質的な影響を及ぼすであろう濃度未満であることを意味する。例えば、コーティングを機能的に有しない無機ナノ多孔質粒子は、無機ナノ多孔質粒子を含む本発明の物品の物理的特性に対して実質的な影響がないことを意味する。「機能的に有しない」の定義の範囲内には「有しない」（存在しないを意味する）が含まれる。
【００１６】
本発明において使用される無機ナノ多孔質粒子としては、エーロゲル、キセロゲル、クライオゲル、ゼオライト、乾燥アルコゲル及びメソ構造気泡材料（mesostructured cellular materials）が挙げられる。ナノ多孔質粒子は、粒子内に平均断面直径が１ミクロン未満である細孔を規定している粒子である。望ましくは、本発明において使用されるナノ多孔質粒子は、５００ナノメートル（ｎｍ）以下、好ましくは２５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１００ｎｍ以下、よりいっそう好ましくは７０ｎｍ以下の平均細孔断面直径を有する。典型的には、ナノ多孔質粒子の平均細孔断面直径は５ｎｍ以上である。Barrett-Joyner-Hendaの方法（K.S.W. Sing他、Pure & Appl. Chem., Vol. 57, No. 4, pp. 603-619 (1985)参照）を使用して集められた脱着曲線データを使用し、Brunauer-Emmett-Teller (BET)法に従う計算式を使用してナノ多孔質の平均細孔断面積直径を求めた。細孔サイズと等温分類はＩＵＰＡＣ基準に従う。
【００１７】
本発明の無機ナノ多孔質粒子は潜在的共有結合反応性（共有結合形成しやすい反応性）を有する有機成分を含まず、しかも、望ましくは有機成分を全く含まないため、本発明の無機ナノ多孔質粒子は、米国特許出願第２０１０／００８０９４９号明細書に開示されているもののような有機−無機混成エーロゲル粒子と区別される。
【００１８】
本発明における無機ナノ多孔質粒子は、ポリウレタンバインダーにより結合された「粒子」の形態にある。本明細書において「粒子」とは、任意の形状の物体を指す。本発明において使用される無機ナノ多孔質材料の粒子は、典型的には、５マイクロメートル〜５ミリメートルの範囲内にある最大寸法を有する。望ましくは、最大粒子寸法は５０マイクロメートル以上であり、さらに好ましくは２００マイクロメートル以上である。同時に、望ましくは、最大粒子寸法は４ミリメートル以下、好ましくは２ミリメートル以下である。特に望ましい実施形態は、狭い粒度分布で達成されるものよりも粒子のより密な充填を達成するために、広い粒度分布又は多峰性（例えば二峰性又は三峰性）の粒度分布を有する粒子を使用する。
【００１９】
無機ナノ多孔質粒子は、本発明の物品の体積の大部分を占める。典型的には、無機ナノ多孔質粒子は物品の７５体積％（ｖｏｌ％）以上を占める。望ましくは、無機ナノ多孔質粒子は８５ｖｏｌ％以上、好ましくは９０ｖｏｌ％以上、さらに好ましくは９５ｖｏｌ％以上の濃度で本発明の物品中に存在し、９８ｖｏｌ％体積の濃度で存在することができる。典型的には、本発明の物品におけるナノ多孔質粒子の濃度は、粒子を接着するのに十分な体積となるように、９９ｖｏｌ％以下である。
【００２０】
無機エーロゲル材料は恐らく本発明における使用に好適な最もよく知られたナノ多孔質材料である。無機エーロゲル材料としては、ゾル−ゲル法から調製される金属酸化物、例えばシリカ、アルミナ、チタニア及びセリアなどから製造されたものが挙げられる。ケイ素（Ｓｉ）又はアルミニウム（Ａｌ）に基づくエーロゲル複合材料は、２種のそのようなより一般的に使用されている材料である。本発明のナノ多孔質粒子として使用するのに一般的な及び特に望ましいエーロゲル材料は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）エーロゲルである。一実施形態において、ナノ多孔質粒子は、本発明において使用される水分散性ポリウレタンバインダーとの水素結合を受けることができる表面を有する。
【００２１】
無機ナノ多孔質粒子は、機能性コーティングを機能的に有さず、機能性コーティングを全く有しないことができる。機能性コーティングは、無機ナノ多孔質粒子上にコヒーレント層を形成するか、又は無機ナノ多孔質粒子を被包し、その表面に、予めコーティングされた粒子表面の化学的及び物理的性質及び特徴とは異なる少なくとも１つの化学的又は物理的性質又は特徴を付与する。例えば、米国特許出願公開第２００８／０２８７５６１号明細書には、ポリマーマトリックス中にエーロゲル粒子を含むポリマーフォームが記載されているが、エーロゲル粒子は、粒子の外表面上に凝集性のバリアー層を形成する機能性コーティングを含み、それによりエーロゲル粒子の細孔にポリマーが浸透するのを妨げる。従って、米国特許出願公開第２００８／０２８７５６１号明細書に記載のエーロゲル粒子は機能性コーティングを機能的に有しないものではない。
【００２２】
望ましくは、無機ナノ多孔質粒子の細孔壁は、粒子の多孔質構造の全体にわたって水の吸収が起こらないようにするのに十分に疎水性表面を有する。粒子の細孔壁の親水性が高すぎる場合、バインダー組成物からの水が粒子の細孔壁にしみ込むことがあり、最終製品の乾燥が困難になり、細孔ネットワークから出て行く水の毛細管力のために乾燥中に粒子の崩壊がもたらされることがある。これは、米国特許第２００８／０２８７５６１号で必要とされるような、粒子自体の外表面に対するコーティング又は処理を必ずしも必要としないが、むしろ粒子中の細孔壁の特徴である。粒子群を水浴に３０分間さらし、粒子を８０℃の強制通風炉内で３時間乾燥させ、粒子に残留する水の量を求めることによって、無機ナノ多孔質粒子がかかる十分な疎水性の表面を有しているかを決定する。乾燥した粒子の質量の１５％未満、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満、さらに好ましくは２％未満が水に相当する場合、粒子の細孔壁は十分な疎水性の表面を有する。
【００２３】
本発明の物品は、水分散性ポリウレタンバインダーを使用して結合されたナノ多孔質粒子を有する。典型的には、ポリウレタンバインダーとナノ多孔質粒子の間にいかなる共有結合も存在しない。「水分散性ポリウレタンバインダー」は、必ずしも水中に再分散可能ではなく、むしろ、その名称は、乾燥前の特定のタイプのポリウレタンのタイプを指す。従って、本発明の物品の構成における水分散性ポリウレタンバインダーへの言及は、典型的には、バインダーの分散又は再分散性の形態とは対照的に、バインダーの合体した形態を指す。本発明の方法の構成における乾燥前の水分散性ポリウレタンへの言及は、水中に分散可能又は水中に分散したポリウレタンの形態を指すことがある（文脈が示すとおり）。水分散性ポリウレタンバインダーは、典型的には、本発明の方法及び物品において発泡されない。
【００２４】
水分散性ポリウレタンは、水中へのポリマーの分散を可能にする官能基が存在するために、他の形態のポリウレタンから区別される。特に望ましい形態の水分散性ポリウレタンは、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）プロパン酸（ビス−ＭＰＡ）としても知られているジメチロールプロピオン酸（ＤＭＰＡ）の一形態を含む。ＤＭＰＡは、酸性の形態又はアニオン性の形態で存在することができる。アニオン性の形態が最も望ましい。ＤＭＰＡは、水分散性ポリウレタン固形分の全質量に基づいて、０．２質量％以上、好ましくは０．５質量％以上の濃度でポリウレタン中に存在することができ、１質量％、４質量％以上、さらには５質量％以上の濃度で存在することができる。同時に、ＤＭＰＡの濃度は、典型的には、水分散性ポリウレタン固形分の全質量に基づいて１０質量％以下の濃度で存在することができる。
【００２５】
質量スペクトルにイソブテンの断片である２−メチル−２−プロプレン−１−オール及びメタクリル酸を探すことによって、熱分解ガスクロマトグラフィー−質量分析法（熱分解ＧＣ−ＭＳ）を使用してＤＭＰＡの存在を決定する。かかる分析についての例示的なガイドライン条件は、空気乾燥させた試料を６５０℃で１２秒間で熱分解するためにＦｒｏｎｔｉｅｒ  Ｌａｂｓ  ２０２ｉＤを使用し、次に、Ｓｕｐｅｌｃｏ（ＳＬＢ−５ｍｓ，２８７４６−Ｕ）分離カラムを備えたＡｇｉｌｅｎｔ  ６８９０ガスクロマトグラフを使用し、以下のパラメーターを使用して揮発性の熱分解生成物を分離するというものである：温度を４０℃に１分間設定、毎分８℃の上昇速度で４０℃から３２０℃、３２０℃で１５分間、カラム流量を０．６ｍL／分に設定、２．８ポンド／平方インチに加圧。分離された成分を、国立標準技術研究所のデータベースからのマススペクトルとの比較によって、サーモエレクトロン（ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｏｎ）ＤＳＱ四重極型質量分析計を使用して同定した。以下のパラメーターを使用した：毎秒２回の走査という走査速度；走査モードは質量走査範囲：１４〜６００；電子イオン化（ＥＩ体積）；検出器のゲイン−２Ｘｅ５；ＭＳ取り込み時間＝１分間；エミッション電流＝７０マイクロアンペア；及びソース電流は３２５マイクロアンペアに等しい。当業者は、それらの装置及び条件に合わせて必要に応じてこれらのガイドラインのパラメーターを最適化することができる。
【００２６】
水分散性ポリウレタンは、水性ポリウレタン分散体または「ＰＵＤ」として入手可能である。ＰＵＤは水性担体中に水分散性ポリウレタンを含む。熱可塑性の水分散性ポリウレタンを含むものや、架橋性ポリウレタン粒子（粒子中に二成分系又は一成分系粒子の潜在的な架橋部分を有する１成分系のいずれか）を含む熱硬化性水分散性ポリウレタンなどの多くのタイプのＰＵＤ系が存在する。本発明は、その最も広い範囲で、特定のタイプの水分散性ポリウレタンに限定されない。しかし、熱可塑性の水分散性ポリウレタンは、本発明の物品、特に本発明の可撓性物品を製造することに対して最も望ましい。最終的な物品における機械的保全性を高めるために、特に、特に低いガラス転移温度を有するポリウレタンを使用した場合に、あるレベルの架橋を誘発させることが有利なことがある。しかし、バインダーにおける過度の架橋は、最終的な物品の可撓性を低下させる。熱硬化性ポリマーバインダーは架橋されるため、特に、高い架橋レベルで、熱可塑性ポリマーバインダーよりも低い可撓性の物品を生じる傾向がある。ＵＶ硬化及び化学架橋剤の使用などの公知の方法によって、ＰＵＤの乾燥の前、間又は後に架橋が起こり得る。脂肪族の水分散性ポリウレタンが特に望ましい。水分散性ポリウレタンは、水分散性を高めるために、アニオン性のものであることができる。
【００２７】
水分散性ポリウレタンバインダーは、本発明の物品の体積で少量成分である。典型的には、水分散性ポリウレタンバインダーは、乾燥した物品の全体積を基準にして２５ｖｏｌ％以下、好ましくは２０ｖｏｌ％以下、より好ましくは１５ｖｏｌ％以下、さらに好ましくは１０ｖｏｌ％以下、最も好ましくは５ｖｏｌ％以下の濃度で存在し、２ｖｏｌ％以下の濃度で存在することができる。望ましくは、水分散性ポリウレタンバインダーは、物品の機械的保全性を確保するために、乾燥した物品の全体積に基づいて、少なくとも１ｖｏｌ％の濃度で存在する。
【００２８】
本発明の物品は次の添加剤のうちの任意の１つ又は１つより多くの任意の組み合わせを含むことができる：繊維、着色剤、難燃剤（例えば、ハロゲン化有機化合物、リン化合物、及び／又は無機化合物）、赤外線減衰剤（例えば、カーボンブラック及びグラファイト、二酸化チタン）、炭化ホウ素、珪藻土、マンガンフェライト、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化銀、酸化ビスマス、炭化チタン、炭化タングステン、酸化鉄チタン、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化鉄（Ｉ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、二酸化マンガン、二酸化マンガン、鉄、酸化鉄チタン（チタン鉄鉱）、酸化クロム、炭化ケイ素、殺虫剤、殺菌剤、殺生物剤、殺カビ剤及び殺藻剤。本発明の物品は、また、上記添加剤のうちの任意の１つ又は１つより多くの任意の組み合わせを有しないものであることができる。例えば、本発明の物品は、繊維を有しない、又は特にポリエチレンテレフタレート繊維を有しないものであることができる。添加剤は、一般的に、全物品体積を基準にして５ｖｏｌ％以下、２ｖｏｌ％以下、１ｖｏｌ％以下または０ｖｏｌ％（存在しない）の濃度で存在する。
【００２９】
物品は、好ましくは、中空の非多孔質充填剤、層状シリケート及び粘土鉱物を機能的に有さず、完全に有しないものであることができる。中空の非多孔質充填剤を「機能的に有しない」とは、中空の非多孔質充填剤が存在しない場合の物品の密度と比べて、中空の非多孔質充填剤の存在のために本発明の物品の密度が０．０１グラム毎立方センチメートル（ｇ／ｃｍ３）未満、好ましくは０．００５ｇ／ｃｍ３未満、より好ましくは０．００１ｇ／ｃｍ３影響を受けることを意味する。層状シリケート及び粘土鉱物を機能的に有しないとは、物品が、無機ナノ多孔質粒子の質量と比べて、０．５質量％（ｗｔ％）未満、好ましくは０．１ｗｔ％未満の層状シリケート及び粘土鉱物を含み、層状シリケート及び粘土鉱物を全く有しないものであることができることを意味する。層状シリケート及び粘土鉱物は、米国特許第５，６５６，１９５号明細書（参照により本明細書に援用する）からの意味を帯び、モンモリロナイト、カオリナイト及び／又はアタパルジャイトを包含する。
【００３０】
本発明の物品は、０．１４ｇ／ｃｍ３で以下、好ましくは０．１２ｇ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは０．１０ｇ／ｃｍ３以下の密度を有する。一般的に、当該物品は、所望の機械的耐久性を確保するために、０．０１ｇ／ｃｍ３以上の密度を有する。ＡＳＴＭ  Ｄ１６２２に従って物品の密度を求める。
【００３１】
熱伝導率は、本発明の物品の重要な特性である。当該物品は、高体積の無機ナノ多孔質粒子のために、有利に低い伝導特性を有する。本発明の物品は、２５ミリワット毎メートル・ケルビン（ｍＷ／ｍ・Ｋ）以下、好ましくは２４ｍＷ／ｍ・Ｋ以下、さらに好ましくは２３ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有し、２２ｍＷ／ｍ・Ｋ以下、さらには２１ｍＷ／ｍ・Ｋ以下であることができる。ＡＳＴＭ  Ｃ５１８に従って物品の熱伝導率を求める。
【００３２】
本発明の特に望ましい実施形態は可撓性である。本発明の「可撓性」の物品は、破壊せずに可逆的に曲げる、圧縮する、又は押込むことができる。可撓性は、無機ナノ多孔質物品では並外れている。例えばエーロゲルなどの無機ナノ多孔質材料の欠点の一つは、それらが硬くて砕けやすい傾向があるということである。これらの特性は、無機ナノ多孔質材料を、例えば繊維バット（fiber batt）などの可撓性絶縁物が歴史的に望まれてきた建築用途での使用に望ましくないものにしている。しかし、水分散性ポリウレタンバインダーの使用は、巨視的な損傷を与えずに、本発明の実施形態を、曲げる、圧縮する、及び押込むことが可能なものにする。実際に、本発明の物品の望ましい実施形態は、当該物品の厚さ寸法に垂直な当該物品の平面が、当該物品の巨視的な崩壊又は破壊なしに、当該物品の厚さに等しい直径を有するマンドレルの周りに少なくとも９０度で厚さ寸法に対して垂直な平面に曲がるように曲がることができる。この可撓性の程度は、Capadona他（Polymer 47 (2006) 5754-5761）の１３０度の角度（５０度の曲げに相当する）をはるかに超える。この論文は、ジイソシアネート分子により架橋されたアミン官能エーロゲルを使用した可撓性の架橋シリカエーロゲルモノリスを開示している。可撓性は、本発明の物品を、管及びタンク絶縁用途における管及びタンクに適合させること並びにキャビティ絶縁用途におけるキャビティに適合させることに特に望ましいものにする。
【００３３】
本発明の物品は、同じ寸法でエーロゲル物品を作製しようと試みることに伴う不利益なしに建物及び建設で使用するのに適する寸法で効率的な生産が可能である。エーロゲル物品の製造とは異なり、本発明の物品を製造することは、無機ナノ多孔質構造体から大容量の溶媒の除去を含まない。本発明の物品は、０．５センチメートル（ｃｍ）以上、好ましくは０．７５ｃｍ以上、さらに好ましくは１ｃｍ以上、よりいっそう好ましくは１．２５ｃｍ以上の厚さを有することができ、２．５ｃｍ以上の厚さを有することもできる。同時に、これらの厚さを有する物品は、１５ｃｍ以上である長さ及び幅寸法を有することができる。
【００３４】
本発明の物品の少なくとも１つの表面に、フェイサー、例えば金属のシート、フィルム若しくは箔、紙フェイサー、不織シートフェイサー、繊維フェイサーシート、又は他のフェイサーなどを組み合わせることは本発明の範囲内である本発明。従って、本発明の物品は、１つ又は２つ以上の表面上に１つ又は２つ以上のフェイサーを含むことができる、一つの具体的な実施形態において、本発明の物品は、互いに反対側の表面上にありサンドイッチ型構造を形成しているフェイサーを含む。本発明の物品は，また、１つ又は２つ以上の表面に１つ又は２つ以上のパネル又は厚板の外装を含むこともできる。好適な外装の例としては、ポリマーフォームボード、延伸ストランドボード、プラスターボード及び石膏ボードが挙げられる。
【００３５】
水分散性ポリウレタンの水性分散液中に無機ナノ多孔質粒子を分散させて充填剤入り分散液を形成し、その充填剤入り分散液を型に入れ、乾燥させて本発明の物品を形成することによって、本発明の物品を製造する。無機ナノ多孔質粒子及び水分散性ポリウレタンは、本発明の物品について記載したとおりである。充填剤入り分散液を、型に入れて発泡させても、発泡させなくてもよく、ポリエチレンテレフタレート繊維を有しないものであることができる。
【００３６】
本発明の物品の１つの望ましい使用方法は、熱絶縁材料として使用するというものである。この方法の一実施形態では、物品を、一構造体で、温度が異なることがある２つの領域の間に配置する。物品は、これらの領域の一方から他方への熱流を妨げる働きをし、それによって熱絶縁性を提供する。温度が異なることがある領域の例としては、冷蔵庫の内側と外側、建築構造物（住宅、オフィスビル、店舗など）の内側と外側、管の内側と外側、及び宇宙船又は他の輸送乗り物の内側と外側が挙げられる。
【００３７】
本発明の物品は、例えば、絶縁用冷蔵庫パネル、フレキシブルパイプの絶縁、建築及び建設用途のための絶縁外装材、並びに構造用パネルの絶縁としての有用性を有する。本発明の物品は、熱絶縁体、音響絶縁体又は熱と音響の両方の絶縁体として絶縁性能を提供する。
【実施例】
【００３８】
ビーカー内で６０ミリリットルの固形分３８．０〜４２．０パーセントのＰＲＩＭＡＬ（登録商標）バインダーＵ９１脂肪族ポリウレタン分散液（ＰＲＩＭＡＬは、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標であり、固形分質量に基づいて約４質量％のＤＭＰＡを含む）と３９．６グラムのＮａｎｏｇｅｌ（登録商標）ＳｉＯ２エーロゲル粒子（Ｎａｎｏｇｅｌは、Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの登録商標である）とを、上記ポリウレタン分散液に上記エーロゲルを徐々に加えることにより組み合わせた。エーロゲル粒子は０．７〜１．２ミリメートルの平均サイズと２０〜４０ナノメートルの平均細孔サイズを有し、潜在的な共有結合反応性を有する有機成分及び機能性コーティングを機能的に有していなかった。約２０分間混合物を撹拌した後、幅１５ｃｍ、長さ１５ｃｍ及び深さ２．５ｃｍであるポリテトラフルオロエチレン被覆型枠に混合物を注ぎ入れた。型枠と混合物を８０℃のオーブンに約３時間入れた乾燥させた。
【００３９】
得られた物品は、寸法が１５ｃｍ×１５ｃｍ×２．５ｃｍである本発明の一例である。この物品は、その１５ｃｍ×１５ｃｍの面で、巨視的な破壊又は崩壊なしに直径２．５ｃｍのマンドレルの周りを９０℃曲がることができた。この物品は、０．０８７ｇ／ｃｍ３の密度及び２０．８ｍＷ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有していた。エーロゲル粒子は、最終的な乾燥した物品の約９５．８ｖｏｌ％を占め、一方、バインダーは最終的な乾燥した物品の４．２ｖｏｌ％を占めた。この物品は中空の非多孔質粒子も層状シリケートも有していなかった。バインダーは発泡されなかった。
【００４０】
Ｎａｎｏｇｅｌ（登録商標）ＳｉＯ２エーロゲル粒子は、粒子を水槽に３０分間さらし、粒子を８０℃で強制通風炉内で３時間乾燥させ、粒子に残留する水の量を求めた後に、最高で乾燥粒子の１．４質量％の水を含んでいた。