(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料によって発生するかまたは材料を通過する物体音および／または衝撃音を減衰させるための方法であって、
エアロゲル粒子を前記材料に適用または充填することを含んでなり、
前記エアロゲル粒子の粒径が５０μｍ〜１０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記エアロゲル粒子がＳｉＯ２エアロゲルである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エアロゲル粒子が永続的疎水性の表面基を有する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記エアロゲル粒子が６０％超える多孔度と０.６g/cm3未満の密度を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記物体音および／または衝撃音が１２ｄＢ以上減衰される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は物体音および／または衝撃音の減衰のためにエアロゲルを使用する方法に関するものである。
【０００２】
本明細書の範囲内において、物体音とは固体材料中を拡散する音響を言う。衝撃音とは、例えば敷物の上を歩く際にまたはイスの移動に際に物体音として発生し部分的に空気音として放射される音響を言う（リノリット消音材株式会社のリポート；技術情報：１５０建築技術(Bauphysik)6/96；並びに音響技術の基礎：アカデミー出版社、ライプチッヒ；1968参照）。
【０００３】
ポリスチロールおよびポリウレタンをベースとする通常の物体音および衝撃音減衰材は、例えばＦＣＫＷのＣＯ２またはペンタンなどの推進薬を使用して製造される。推進薬によって生じる発泡材料中の細胞構造が高度の物体音および衝撃音減衰性を生じる。しかしこのような推進薬は徐々に大気中に拡散するので、環境に対して負担となる。
【０００４】
無機ウールまたはガラスウールをベースとするその他の物体音および衝撃音減衰材は、その製造中、敷設中、または取り外ずし中、並びにその使用期間中に繊維または繊維断片を放出する可能性がある。これは、このような材料によって包囲されまたは露出される環境および人間に対して負担を生じる。
【０００５】
エアロゲル、特に６０％以上の多孔度と、０．６g/cm3以下の密度を有するエアロゲルは極度に低い伝熱性を示す。従ってこの種のエアロゲルは、例えばEP-A-0,171,722に記載のように断熱材として使用される。さらにエアロゲル中の音響速度が固体と比較して非常に低い値をとるので、このことが空気音響減衰材の製造のために利用される。
【０００６】
広い意味でのエアロゲル、すなわち「分散媒体として空気を使用するゲル」は適当なゲルの乾燥によって製造される。この広い意味での「エアロゲル」の範囲内に狭い意味でのエアロゲル、例えばキセロゲルおよびクリオゲルが入る。ゲル中の流体が臨界温度以上の温度でまた臨界圧以上の圧力によって十分に除去されるならば、乾燥されたゲルは狭い意味のエアロゲルと呼ばれる。これに反して、ゲルの流体が臨界圧力以下において、例えば流体−蒸気境界相の形成圧力以下で除去されれば、発生したゲルはしばしばキセロゲルと呼ばれる。
【０００７】
本明細書において用語「エアロゲル」を使用する場合、これは広い意味でのエアロゲル、すなわち「分散媒体として空気を使用するゲル」を意味するものとする。
【０００８】
超臨界温度乾燥または臨界温度下乾燥によってエアロゲルを製造するための種々の方法が例えばEP-A-0,396,076、WO 92/03378、WO 94/25149、WO 92/20623およびEP-A-0,658,513において開示されている。
【０００９】
超臨界温度乾燥によって得られたエアロゲルは一般に親水性でありまたは短時間のみ疎水性であるのに対して、臨界温度下で乾燥されたエアロゲルはその製造方法（一般に乾燥前のシリル化）の故に継続的に疎水性である。
【００１０】
さらにエアロゲルは基本的に無機エアロゲルと有機エアロゲルとに分類され、この場合、無機エアロゲルは１９３１年以来公知であり（S.S.キスター、ネイチャー、1931、127、741）、これに対して、各種の原材料、例えばメラミンホルムアルデヒドから形成される有機エアロゲルはようやく数年前に開発されたにすぎない（R.W.ペカラ、J.メイター、Sci．1989、24、3221）。
【００１１】
低伝熱性の故に断熱材として使用されているエアロゲル結合物が公知である。この種の結合物は例えばEP-A-0,340,707、EP-A-0,667,370、WO 96/12683、WO 96/15997、WO 96/15998、DE-A-44,30,642およびDE-A-44,30,669において開示されている。
【００１２】
さらにDE-A-44,30,642、DE-A-44,30,669、WO 96/19607およびドイツ特願第195,33,564.3号において、エアロゲル結合物の空気音響減衰反応が開示されている。
【００１３】
すぐれた断熱特性のほかに同時にすぐれた物体音および／または衝撃音減衰特性を備える物質は非常に有利であろう。
【００１４】
これは特に建築技術における断熱作業について言えることである。一例として床構造の衝撃音減衰の場合を挙げる。この場合、この種の消音物質が使用されれば、これによって断熱高さの低下、従ってスペースの高さの利得が得られるであろう。同一のスペース高さにおいて、多層建築の建築材料および建造高さが低減されるであろう。さらにこの種の消音材料は従来の消音構造よりも低い密度を有するので、これは建物全体がより軽量に構築されるので全体静力学に対して肯定的な作用が与えられる。この種の消音物質を含むシステムは外部の天候とは無関係に組立てまたは加工することができ乾燥または凝結時間をまったく必要とせずまたは少ししか必要としないので、これは建物全体の建設に際して大きな時間的およびコスト的節約をもたらす。
【００１５】
またこの種の消音材料のさらに他の使用領域は、機械類の基礎または相互に分離して建設された建設物またはその各部の基礎などの個々の基礎間の遮断にある。
【００１６】
従って本発明の基本的課題は、一方においては、物体音および／または衝撃音の減衰に適し、簡単に任意の形状に製造することができ、また使用箇所においてその大きさが変動可能である新規な材料を開発するにあり、他方においてエアロゲルの新しい用途を探求するにある。
【００１７】
この課題は物体音および／または衝撃音減衰のためにエアロゲル粒子を使用することによって解決される。
【００１８】
一般に使用されるエアロゲルにおいては、これらのエアロゲルは、例えばＳｉまたはＡｌ化合物などのようなゾル−ゲル技術に適した金属酸化物（C.J.ブリンカー、G.W.シェーラー、ゾル−ゲル科学、1990、第２章および第３章）をベースとし、またはメラミンホルムアルデヒド凝縮物(US-A-5,086,085)またはレゾルシンホルムアルデヒド(US-A-4,873,218)などのゾル−ゲル技術に適した有機材料をベースとする。前記の材料の混合物を使用することもできる。好ましくは、Ｓｉ化合物および特にＳｉＯ２エアロゲルを含むエアロゲルが使用される。
【００１９】
特にこの実施態様において、エアロゲル粒子は永続的な疎水性表面基を示す。永続的疎水性化に適した基は例えば一般式−Ｓｉ(Ｒ)ｎのシリル基（ここにｎ＝１，２または３）、好ましくは三置換シリル基（ここに残基Ｒは、一般に相互に無関係の、同等のまたは相異なる水素または非反応性、有機、線形、枝分かれ、環式、芳香族またはヘテロ芳香族残基）、好ましくはＣ１−Ｃ１８−アルキルまたはＣ６−Ｃ１４−アリール、特に好ましくはＣ１−Ｃ６アルキル、シクロヘキシルまたはフェニル、特にメチルまたはエチルである。エアロゲルの永続的疎水性化に特に有利なのは、トリメチルシリル基の使用である。この基の導入は、例えばWO 94/25149またはドイツ特願第196,48,798.6号に記載のように実施され、あるいはエアロゲルと例えばクロルトリアルキルシランまたはヘキサアルキルジシラザンなどのトリアルキルシラン誘導体（R.イラー、シリカの化学、Wiley & Sons、1979を参照）との間のガス相反応によって実施することができる。ＯＨ基と比較して、このように製造された疎水性表面基は誘電損失率と誘電定数をはるかに低減させる。
【００２０】
親水性表面基を含むエアロゲル粒子は空気の湿度に従って水を吸収するので、誘電定数と誘電損失率が空気の湿度と共に変動する可能性がある。これは電子的用途においてはしばしば望ましくない。疎水性表面基を有するエアロゲル粒子を使用すれば、水が吸収されないのでこのような変動を防止する。また残基の選択は代表的な使用温度によって決定される。
【００２１】
さらにエアロゲルの伝熱性は多孔性の増大と密度の減少と共に減少すると言われる。従って好ましくはエアロゲルは６０％以上の多孔度と０.６g/cm3以下の密度とを有することが好ましい。特に０.２g/cm3以下の密度を有するエアロゲルが好ましい。
【００２２】
好ましい実施態様においては、結合物の形のエアロゲル粒子が使用されるが、この際に原則的に先行技術から公知のすべてのエアロゲル含有結合物が適当である。
【００２３】
特に５〜９７容量％のエアロゲル粒子と少なくとも１つの結合剤とを含有する結合物が好ましい。
【００２４】
結合剤はマトリックスを形成し、このマトリックスがエアロゲル粒子を結合しまたは包囲し、結合物全体を通して貫通相として延在する。
【００２５】
組成の５容量％より著しく低いエアロゲル粒子含有量においては、このような組成中のエアロゲル粒子の低い割合の故に、その肯定的な特性が大幅に失われる。このような組成はもはやすぐれた物体音および／または衝撃音減衰作用を示さないであろう。
【００２６】
９７容量％より著しく高いエアロゲル粒子の含有量は３容量％以下の結合剤含有量となるであろ。この場合、結合剤含有量は、エアロゲル粒子の十分な相互的結合と機械的圧縮−曲げ強さを保証するには低すぎる。
【００２７】
１０〜９７容量％の範囲内、特に４０〜９５容量％の範囲内のエアロゲル粒子の割合が好ましい。
【００２８】
結合物中のエアロゲル粒子の特に高い割合は、粒径の適当な分布を使用することによって達成される。
【００２９】
その一例は、粒径の対数的正規分布を示すエアロゲル粒子の使用である。
【００３０】
また最大限可能に高い充填度を得るためには、エアロゲル粒子が構成部分の全体厚さより小であることが望ましい。さらに機械的損傷に対抗するためには大粒径のエアロゲル粒子が望ましい。この故に、５０μｍ〜１０ｍｍ、最も好ましくは２００μｍ〜５ｍｍの範囲内のエアロゲル粒子粒径が好ましい。
【００３１】
基本的には、結合物形成用のすべての公知の有機および無機結合剤が適当である。この場合、その結合剤が無定型であるか、半結晶であるか、また／あるいは結晶体であるかは重要でない。結合剤は流動形、すなわち流体、融成物、溶液、分散液または懸濁液として使用することができ、あるいは固体粉末として使用することができる。
【００３２】
結合剤は物理的または化学的に硬化する単一成分系および２もしくは２以上または多成分系として、あるいはその混合物として使用することができる。結合剤はまた泡状とすることができる。
【００３３】
流体、融成物、溶液、分散液、懸濁液または固体粉末として使用することのできる結合剤の例は、アクリレート、リン酸アルミニウム、シアナクリレート、シクロオレフィン共重合体、エポキシド樹脂、エチレンビニルアセタート共重合体、ホルムアルデヒド凝縮物、尿素樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、メタクリレート、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンワックス、ポリイミド、ポリスチロール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、レゾルシン樹脂、シリコーンおよびケイ素樹脂である。
【００３４】
結合剤は一般に結合物の３〜９５容量％、好ましくは３〜９０容量％、特に好ましくは５〜６０容量％の量で使用される。結合剤の選択は、結合物の所望の機械的および熱的特性に依存する。
【００３５】
さらに結合剤の選択に際して、好ましくは本質的にエアロゲル粒子の内部に進入しない生成物が選択される。エアロゲル粒子の内部への結合剤の進入は結合剤の選択のみならず、例えば圧力、温度および処理時間などの種々のパラメータによって影響されるうる。
【００３６】
さらに結合剤は８５容量％まで填材を含有することができる。機械的特性の改良のため、特に繊維、羊毛、織布、フェルトその残滓または砕片を装入することができる。またこの目的からホイルの断片また／あるいはホイル残滓を使用することができる。
【００３７】
さらに結合剤はその他の填材、例えば着色用填材、特別の装飾効果を与えるための填材、表面に対する接着剤の付着用填材を含有することができる。
【００３８】
結合物上に展張される填材の割合は７０％以下、特に好ましくは０〜５０容量％の範囲内とする。
【００３９】
疎水性結合剤と結合された疎水性表面基を有するエアロゲル粒子が使用されれば、疎水性結合物が得られる。
【００４０】
結合物が使用された結合剤の結果としてまた／あるいは親水性エアロゲル粒子の使用の結果として親水性であれば、場合によってはこの結合物に疎水性特性を与えるための追加処理を実施することができる。そのためには、結合物に対して疎水性表面を与える目的に適した当業者公知の任意の材料、例えばカール、ホイル、シリル化物質、ケイ素樹脂、並びに無機および／または有機の結合剤を使用することができる。
【００４１】
さらに接着のために、いわゆる「カップリング剤」を装入することができる。このカップリング剤は結合剤とエアロゲル粒子の表面との接触を改良し、さらにエアロゲル粒子並びに結合剤または場合によっては填材との強固な結合を生じることができる。
【００４２】
本発明によりエアロゲル顆粒から製造された成形物は好ましくは０.６g/cm3以下の密度と１２ｄＢ以上の物体音または衝撃音減衰率の改良を示す。特に好ましくは、物体音または衝撃音減衰率の改良率は１４ｄＢ以上である。
【００４３】
結合物の防火性は使用されるエアロゲルと結合剤の防火性によって決定される。結合物の最適防火性（難燃性または不燃性）を得るためには、結合物を適当材料、例えばケイ素樹脂接着剤によって被覆することができる。その他の業界公知の防火剤を使用することができる。
【００４４】
さらに、例えば汚染防止性および／または疎水性の業界公知のコーティングを使用することができる。
【００４５】
エアロゲルと結合剤とを混合し、所望の形状に成し、硬化することによってエアロゲル含有結合物を製造することができる。
【００４６】
結合物の製造に際して、エアロゲル粒子が少なくとも１つの結合剤によって相互に連結される。この際に、個々の粒子の相互的結合はほとんど点的に生じる。このような表面被覆は例えばエアロゲル粒子を結合剤と共に（例えば、溶液、融成物、懸濁液または分散液として）吹き付けることによって実施することができる。このようにして塗布された粒子が例えば成形物に圧縮され次に硬化される。
【００４７】
好ましい実施態様において、追加的に個々の粒子間の楔状スペースが全部または部分的に結合剤によって充填される。このような組成は、例えばエアロゲル粒子を粉末状結合剤と混合し所望形状に成し次に乾燥することによって製造される。
【００４８】
この混合は考えられる任意の方法で実施することができる。すなわち一方では少なくとも２種類の成分を同時的に混合装置中に投入することができるが、他方では一方の成分を先に投入し次に他方の成分を追加することができる。
【００４９】
また混合に必要な混合装置は全然制限されない。この目的に適した業界公知の任意の混合装置を使用することができる。混合工程は、組成中にエアロゲル粒子のほぼ均質な分布が得られるまで継続される。この場合、混合工程は継続時間によって、または混合装置の速度によって制御することができる。
【００５０】
その混合物の成形と硬化が実施され、この作業は結合剤の種類に応じて、使用された溶液および／または分散剤の加熱および／または蒸発により、または融成物の使用に際しては結合剤をその融点以下に冷却することにより、または単数または複数の結合剤の化学的反応によって実施される。
【００５１】
好ましい実施態様においては、混合物が圧縮される。その際に、それぞれの使用目的に対応して当業者は適当なプレスと適当な圧縮工具を選択することは可能である。空気を含有する圧縮物の高い空気含有量の故に、真空プレスの導入が望ましい。１つの好ましい実施態様において、空気を含有する圧縮物がプラテンに対して押圧される。圧縮物の加圧工具、例えば圧縮ラムに対する焼き付きを防止するため、プレス工程の末期に空気含有混合物を分離用紙または分離用ホイルによって加圧工具から分離することができる。エアロゲル含有プラテンの機械的強度はプラテンの上側面に織布、ホイルまたは樹脂繊維板を積層することによって改良される。これらの織布、ホイルまたは樹脂繊維板は追加的にまたは結合物の製造中にエアロゲル含有プラテン上に被着される。後者の方法が好ましく、これは１つの加工段階として、織布、ホイル、樹脂ホイルまたは樹脂繊維板をプレスダイスの中に挿入し、圧縮されるエアロゲル含有圧縮物の上に配置し、次に加圧と加熱のもとにエアロゲル含有結合プレート状に圧縮することによって実施される。
【００５２】
圧縮は使用される結合剤に対応して一般に１〜１０００バールの圧力で任意の形状に実施される。硬化のため、混合物は圧縮工程中に、０℃〜３００℃の温度に加熱される。しかしまた硬化に使用される温度より著しく低い温度で混合物を圧縮し、次に圧力を加えることなく硬化させることができる。
【００５３】
エアロゲル粒子の特に高い容量％を有しこれに対応して低い伝熱性を有する結合物の場合、適当な放射線源によってプラテンの中に熱を導入することができる。使用される結合剤がポリビニルブチラールの場合のようにマイクロ波と結合する場合には、このような放射線溶液が好ましい。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明を実施例について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５５】
エアロゲルはDE-A-43,42,548において公開された方法と同様にして製造された。
【００５６】
エアロゲル顆粒の伝熱性は熱線法（O.ニールセン、G.ルッシェンペーラ、J.グロッス、J.フリッケ、高温−高圧、Vol.21，267-274(1989)）によって測定された。成形物の伝熱性はDIN 52612によって測定された。物体音または衝撃音減衰の改良の尺度として、衝撃音改良度がDIN 52210によって測定された。
【００５７】
実施例１
５０容量％のエアロゲルと５０容量％のポリビニルブチラールとから成る成形物
５０容量％の疎水性エアロゲル顆粒（固体密度１３０kg/m3）と５０容量％のポリビニルブチラール（固体密度１１００kg/m3）とを密接に混合した。容量パーセントは成形物の目標パーセントに関連する。疎水性エアロゲル顆粒は６５０ｍｍ以上の粒径と、６４０m2/gのＢＥＴ表面と、１１mW/mKの伝熱率とを有する。ポリビニルブチラールとしては、５０mmのMowital（商標）（ポリマーＦ）(ヘキストAG)が使用される。  
プレスダイスの底面には分離紙が敷設される。その上にエアロゲル含有圧縮物を均等に分布し、その全体を分離紙によって被覆する。圧縮物は２２０℃において３０分間、１８mmの厚さまで圧縮される。  
得られた成形物は２８０kg/m3の密度と、４０mW/mKの伝熱率とを有する。衝撃音減衰改良度は１９dBに達する。
【００５８】
実施例２
８０容量％のエアロゲル、１８容量％のポリビニルブチラールおよび２体積％のポリエチレンテレフタラート繊維から成る成形物
８０容量％の疎水性エアロゲル顆粒（固体密度１３０kg/m3）と、１８容量％のポリビニルブチラール（固体密度１１００kg/m3）と、２体積％のポリエチレンテレフタラート繊維とを密接に混合した。この場合、容量パーセントは成形物の目標パーセントに関連する。疎水性エアロゲル顆粒は６５０mm以上の粒径と、６４０m2/gのＢＥＴ表面と、１１mW/mKの伝熱率とを有する。ポリビニルブチラールとしては、５０mmのMowital（商標）（ポリマーＦ）(ヘキストAG)が使用される。  
プレスダイスの底面には分離紙が敷設される。その上にエアロゲル含有圧縮物を均等に分布し、その全体を分離紙によって被覆する。圧縮物は２２０℃において３０分間、１８mmの厚さまで圧縮される。  
得られた成形物は２５０kg/m3の密度と、２５mW/mKの伝熱率とを有する。衝撃音減衰改良度は２２dBに達する。
【００５９】
実施例３
９０容量％のエアロゲルと１０容量％の分散接着剤とから成る成形物
９０容量％の疎水性エアロゲル顆粒（固体密度１３０kg/m3）を１０容量％のMowilith（商標）−分散ＶＤＭ１３４０と共にミキサの中に吹込む。この場合、容量パーセントは成形物の目標パーセントに関連する。疎水性エアロゲル顆粒は６５０ｍｍ以上の粒径と、６４０m2/gのＢＥＴ表面と、１１ｍＷ／ｍＫの伝熱率とを有する。分散接着剤としては、Mowilith（商標）−分散ＶＤＭ１３４０(ヘキストAG)が使用される。  
プレスダイスの底面には分離紙が敷設される。その上にエアロゲル含有圧縮物を均等に分布し、その全体を分離紙によって被覆する。圧縮物は１９０℃において１５分間、１８mmの厚さまで圧縮される。  
得られた成形物は２００kg/m3の密度と、２９mW/mKの伝熱率とを有する。衝撃音減衰改良度は２４dBに達する。