(57)【要約】  発泡性配合物を準備すること、前記配合物を発泡させること、および発泡された配合物を硬化させることを含む、ジオポリマーフォームの製造方法が提案される。前記発泡性配合物は、潜在水硬性結合材、ポゾラン結合材およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの無機結合材；  アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのアルカリ刺激剤；  少なくとも１つの界面活性剤；  ナノセルロース、および水を含む。フォームの機械的特性は、ナノセルロースを組み込むことによって改善される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジオポリマーフォームの製造方法であって、
（ｉ）  以下を含む発泡性配合物を準備すること：
ａ）  潜在水硬性結合材、ポゾラン結合材およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの無機結合材、
ｂ）  アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのアルカリ刺激剤、
ｃ）  アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの界面活性剤、
ｄ）  前記配合物の質量に対して０．１〜５質量％のナノセルロース、および
ｅ）  水、
（ｉｉ）  前記配合物を発泡させること、および
（ｉｉｉ）  発泡された配合物を硬化させること
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記無機結合材は、高炉スラグ、マイクロシリカ、メタカオリン、アルミノケイ酸塩、フライアッシュおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記無機結合材がメタカオリンを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記アルカリ刺激剤が、式ＭＯＨのアルカリ金属水酸化物、および式ｍＳｉＯ2・ｎＭ2Ｏのアルカリ金属ケイ酸塩から選択され、前記式中、Ｍはアルカリ金属、好ましくはＬｉ、ＮａまたはＫ、またはそれらの混合物であり、且つ、モル比ｍ：ｎは、≦４．０、好ましくは≦３．０、さらに好ましくは≦２．０、特に≦１．７０、および非常に特に好ましくは≦１．２０である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記アルカリ刺激剤が、アルカリ金属水酸化物およびアルカリ金属ケイ酸塩の混合物を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記界面活性剤が、非イオン性の界面活性剤、好ましくはアルキルポリグルコシドである、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記アルキルポリグルコシドが、式Ｈ−（Ｃ6Ｈ10Ｏ5）m−Ｏ−Ｒ1を有し、前記式中、（Ｃ6Ｈ10Ｏ5）がグルコース単位であり、Ｒ1がＣ8〜Ｃ12−アルキル基であり、ｍが１〜５である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノセルロースが、セルロースナノ結晶、セルロースナノフィブリおよび被嚢類のセルロースナノ結晶から選択される、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ナノセルロースが、セルロースナノ結晶である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノセルロースが、２５〜４０００ｎｍ、好ましくは５０〜１０００ｎｍ、特に７０〜５００ｎｍの範囲の長さを有する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノセルロースが、２〜７０ｎｍ、好ましくは３〜６０ｎｍ、特に３〜５０ｎｍの範囲の幅を有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノセルロースが、４０〜９０％、好ましくは５０〜９０％の結晶化度を有する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法によって得られるジオポリマーフォーム。
【請求項１４】
ジオポリマーの固体膜によって分離されたガス領域を含むジオポリマーフォームであって、ジオポリマーがその中に分散されたナノセルロースを有する、前記ジオポリマーフォーム。
【請求項１５】
ジオポリマーフォームを製造するための発泡性配合物であって、
ａ）  潜在水硬性結合材、ポゾラン結合材およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの無機結合材、
ｂ）  アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのアルカリ刺激剤、
ｃ）  アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの界面活性剤、
ｄ）  前記配合物の質量に対して０．１〜５質量％のナノセルロース、および
ｅ）  水、
を含む、前記発泡性配合物。
【請求項１６】
水で再構成して請求項１５に記載の発泡性配合物を形成するために適合された乾燥配合物。
【請求項１７】
耐炎性、吸音性、断熱性のジオポリマーフォーム部材を製造するための、請求項１３または１４に記載のジオポリマーフォームの使用、または請求項１５に記載の発泡性配合物の使用。
【請求項１８】
請求項１３または１４に記載のジオポリマーフォームを含む、耐炎性、吸音性、断熱性のジオポリマーフォーム部材。
【請求項１９】
シートまたはボードの形態の、請求項１８に記載のジオポリマーフォーム部材。
【請求項２０】
空洞充填のための、請求項１５に記載の発泡性配合物の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジオポリマーフォームの製造方法、前記方法により得られるジオポリマーフォーム、ジオポリマーフォームを製造するための発泡性配合物、および耐炎性、吸音性、断熱性のジオポリマーフォーム部材を製造するための前記ジオポリマーフォームの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内音響は建築上のパラメータに大々的に依存する。室内音響を決定する変数は、多かれ少なかれ、適切な室内の設計を介して影響され得る。室内音響における重要な課題は、単純なノイズの低減と共に、室内の音響特性を意図される目的に適合させることである。室内の音場は、外界におけるものとは違って拡散し、なぜなら、それらは直接音および反射音によって生成されるからである。それらは適切な音響出力の低減を介して制御され得る。ここで、目標とする吸収および反射を可能にする技術的な吸音材が使用される。
【０００３】
原理的に、技術的な吸収材を、その稼働方式に基づいた２つの群、つまり、共鳴器と多孔質吸収剤とに分けることが可能である。共鳴器の稼働方式は、非常に一般的には、顕著な吸音最大値を有する音響ばね質量システムを含む。それらの吸音材の例は、シート共鳴器、ヘルムホルツ共鳴器および微細穿孔吸収材である。
【０００４】
これに対し、多孔質の吸収剤は孔壁での摩擦を介して、主として音響エネルギーを吸収し、ここで、それが熱エネルギーに変換される。これは、適切な多孔度を備えた開孔構造を必要とする。吸音が主に消散を介して達成されるので、多孔質吸音材の吸音スペクトルは、共鳴器のものとは著しく異なる。共鳴器の場合、周波数に依存する吸音係数が、理想的には高周波数に向かってｓ字型で定常的に上昇して、漸近的に最大値に近づく。多孔質吸収材は、様々な構造を有することができる。ここで、多くの異なる材料を使用できる。
【０００５】
フォーム製品は一般に２相系であり、ここで、一方の相は気体状であり、且つ他方は固体または液体である。ここで、気相は、固体または液体のセル壁によって境界が定められる微細な気泡からなる。セル壁は、結節点で互いに交わり、骨格を形成する。
【０００６】
吸音特性を有するフォームは、大半が連続気泡フォームである。ここで、境界を定める壁の間の薄い隔壁は、少なくともある程度、中断されており、且つセルの間に少なくともいくつかの接続部がある。従って、その材料は多孔質吸収材として作用する。非常に多くの異なる材料が、連続気泡フォームのセル壁のために使用される。それらは金属から無機材料および有機ポリマーにまで及び、現在、有機ポリマーが産業用途において圧倒的に多い割合を構成し、フォームとの用語は一般にそれらに適用される。有機ポリマーフォームは、それらの硬さに基づき軟質フォームと硬質フォームとに分けられる。その中の泡の形成は、多くの場合、化学反応を介して現場で製造される吹き込みガスによって達成されるか、有機マトリックス内に溶解され且つ低温で沸騰または分解してガス状生成物をもたらす化合物によって達成される。フォームは、機械的な混合によりガスを組み込むことを介して、相分離を伴う溶液中での重合を介して、または硬化工程後に材料から溶出されるフィラーの使用を介して、製造できる。
【０００７】
文献には、連続気泡ＰＵＲフォームについて多く記載されている。それらは通常、イソシアネート含有化合物とポリオールとから製造される。発泡は主に、沸点が低いことに起因する物理的作用を有する吹き込みガスを使用する。物理的作用を有する吹き込みガスと、発泡工程の間にイソシアネート基と水との化学反応を介して生成される二酸化炭素との、特定の周知の吹き込みガスの組み合わせもある。水とイソシアネートとの反応の間、ポリオールとの反応とは違って、二酸化炭素と共にウレア基が生成されて、セル構造の形成に寄与する。メラミンフォームは他の選択肢をもたらす。
【０００８】
有機ポリマーフォームの決定的な欠点は、それらが可燃性であること、または換言すれば、熱安定性が限定的であることである。有機ポリマーフォームが「低燃焼性」を有するとして分類されたとしても、燃焼に際して有毒なガスを放出し、燃焼する滴下物を生成し得る。それらは、特定の方法で製造され且つ特定の組成を有する場合、屋内領域で有害なフューム、例えばホルムアルデヒドを放出することもある。従って、不燃性の無機フォームの需要があった。
【０００９】
独国特許出願公開第１０２００４００６５６３号明細書(DE102004006563A1)は、無機と有機とのハイブリッドフォームの製造方法であって、ａ）石状の材料を形成する少なくとも１つの無機の反応性成分と、アルカリ条件下で前記少なくとも１つの無機の反応性成分の硬化反応を引き起こす少なくとも１つの水性硬化剤と、少なくとも１つの発泡剤と、少なくとも１つの有機ケイ素化合物と、少なくとも１つの界面活性剤とを混合する段階、およびｂ）前記混合物を少なくとも部分的に硬化させる段階による前記方法を記載している。しかしながら、純粋に無機のフォームはここでは形成されていない。
【００１０】
独国特許出願公開第４３０１７４９号明細書(DE4301749A1)は、多孔質材料製の少なくとも１つの吸音体を備えた、内燃機関からの排気ガスの経路のための音響減衰材を記載している。最良の可能な音響減衰を達成するために、単純な製造と共に、材料がジオポリマーに基づくことが提案されている。しかしながら、ここでは、ジオポリマーの組成はより詳細には説明されていない。
【００１１】
国際公開第２０１１／１０６８１５号(WO2011/106815A1)は、水ガラス、少なくとも１つのケイ酸アルミニウム、少なくとも１つの水酸化物、およびＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3を含む群からの少なくとも１つの酸化物成分を含む、またはそれらからなる、防火鉱物フォームの製造用の配合物であって、前記水ガラスが、１０質量部〜５０質量部の範囲から選択される割合で存在し、前記ケイ酸アルミニウムが、Ａｌ2Ｏ3の割合が８質量部〜５５質量部であるような割合で存在し、前記水酸化物が、ＯＨの割合が０．５質量部〜４質量部であるような割合で存在し、且つ前記酸化物成分が、５質量部〜５５質量部の割合で存在する、前記配合物を記載しており、前記文献は、鉱物フォームおよび前記鉱物フォームの製造方法も記載している。
【００１２】
前記の文献は、好ましいケイ酸アルミニウムとして、アルカリ条件下で活性化可能なケイ酸アルミニウム、特に火成のケイ酸アルミニウム、好ましくは玄武岩、松脂岩、黒曜石、響岩および／またはメタカオリンを提案しており、それぞれＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3が好ましい酸化物成分として提案されている。国際公開第２０１１／１０６８１５号は発明の実施例を提供していないのだが、それらの成分の使用は、硬化されたジオポリマーフォームのためには不適当な初期強度値および最終強度値しか達成できないことが判明している。従って、適切な初期強度および最終強度を有する不燃性の無機フォームの需要があった。
【００１３】
米国特許第８２７３１７４号明細書(US8273174)（および米国特許第８２９３００３号明細書(US8293003)）は、セメント質マトリックス、クラフトセルロースパルプ繊維およびナノ結晶セルロースを含み、両者が前記マトリックスにわたって分散されている、繊維セメント板を開示している。前記セメント板は、曲げ強さおよび破壊エネルギーを犠牲にすることなく、良好な弾性率を有する。
【００１４】
国際公開第２０１３／１２６３２１号(WO2013/126321)は、ナノ結晶セルロース、水、フィラー、結合材および増粘剤としてのラテックスを含む継目コンパウンドを開示している。ナノ結晶セルロースは、乾燥に際する継目コンパウンドのクラック耐性を改善するために有効な量で使用される。
【００１５】
米国特許出願公開第２０１３／００００５２３号明細書(US2013/0000523)は、セメントと、ナノまたはミクロフィブリル化セルロースカルボキシアルキルセルロース、セルロースアルキルスルホン酸、リン酸化セルロースまたは硫酸化セルロースを含む、硬化されたセメント質構造物を開示している。
【００１６】
国際公開第２０１１／０３９４２３号(WO2011/039423)は、ミクロフィブリル化セルロースおよび／またはそれらの誘導体、および／または不安定型の化学変性セルロースパルプ、または混和材の使用の間にミクロフィブリル化セルロースを形成するセルロース原料を含むセメントセメント混和材を開示している。前記混和材は、コンクリート配合物におけるセグリゲーションおよびブリーディングの問題を解決すると言われている。
【００１７】
国際公開第２０１５／０６２８６０号(WO2015/062860)は、不燃性、吸音性、断熱性のジオポリマーフォーム部材のための、ジオポリマーフォーム配合物を開示している。前記配合物は、潜在水硬性結合材、ポゾラン結合材およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの無機結合材と、少なくとも１つのアルカリ刺激剤と、少なくとも１つの界面活性剤と、気相と水とを含む。前記ジオポリマーフォーム配合物は例えば、国際公開第２０１５／０６３０２２号(WO2015/063022)内に開示されるとおり、吸音材としてのフォームを含む、鉄筋コンクリート部材を製造するために有用である。
【００１８】
国際公開第２０１４／１８３０８２号(WO2014/183082)は、セメント、水およびセルロースナノ結晶（ＣＮＣ）を含む、セメントペースト組成物を開示する。前記組成物は、曲げ強さが向上したセメント組成物へと硬化することができる。等温熱量測定法および熱重量分析は、ＣＮＣが使用された場合に前記セメントペーストの水和度（ＤＯＨ）が上昇することを示す。ＤＯＨの上昇は、生じる硬化セメントペーストの曲げ強さを高める。セメント組成物、例えばポルトランドセメント（ＰＣ）の硬化が、ケイ酸カルシウムの二ケイ酸カルシウム水和物および石灰Ｃａ（ＯＨ）2への単純な水和によって生じる一方で、ジオポリマー組成物の凝結は、オリゴ（シアレート−シロキソ）部分がポリ（シアレート−シロキソ）架橋ネットワークになる、一般にアルカリ溶液によって開始される重縮合を必要とする。硬化機構が異なるので、セメントペースト中でのＣＮＣの公知の使用は、ジオポリマー配合物中でのＣＮＣの使用には関係していない。さらに、米国特許第８２９３００３号明細書（Ｔｈｏｍｓｏｎら）に記載される先行技術文献の議論において、国際公開第２０１４／１８３０８２号は、「添加される界面活性剤は強度に対して有害であると考えられる」と述べることによって、界面活性剤の使用には否定的である。
【００１９】
先行技術文献において開示された鉱物フォームにおいて、乾燥および硬化の間の収縮は、機械的特性、吸音特性および遮断特性に関する性能を損なうマイクロクラックの形成ゆえに困難な課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４００６５６３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４３０１７４９号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１１／１０６８１５号
【特許文献４】米国特許第８２７３１７４号明細書
【特許文献５】米国特許第８２９３００３号明細書
【特許文献６】国際公開第２０１３／１２６３２１号
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１３／００００５２３号明細書
【特許文献８】国際公開第２０１１／０３９４２３号
【特許文献９】国際公開第２０１５／０６２８６０号
【特許文献１０】国際公開第２０１５／０６３０２２号
【特許文献１１】国際公開第２０１４／１８３０８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従って、本発明の基礎となる課題は、改善された機械的特性、吸音特性、断熱特性を有する耐炎性ジオポリマーフォームの製造方法を提供することである。機械的特性に関し、フォームは、適切な初期強度および最終強度を有して、良好な実用上の取り扱い特性を確実にすべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この課題は、
（ｉ）  以下を含む発泡性配合物を準備すること：
ａ）  潜在水硬性結合材、ポゾラン結合材およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの無機結合材、
ｂ）  アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属アルミン酸塩、アルカリ金属ケイ酸塩およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つのアルカリ刺激剤、
ｃ）  アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤およびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１つの界面活性剤、
ｄ）  前記配合物の質量に対して０．１〜５質量％のナノセルロース、および
ｅ）  水、
（ｉｉ）  前記配合物を発泡させること、および
（ｉｉｉ）  発泡された配合物を硬化させることを含む、ジオポリマーフォームの製造方法によって解決される。
【００２３】
さらなる態様において、本発明は上述の発泡性配合物に関する。
【００２４】
なおもさらなる態様において、本発明は、水で再構成して上述の発泡性の配合物を形成するために適合された乾燥配合物に関する。
【００２５】
なおもさらなる態様において、本発明は、上記の方法によって得られたジオポリマーフォームに関する。
【００２６】
前記ジオポリマーフォームは、ジオポリマーの固体膜によって分離されたガス領域を含み、前記ジオポリマーはその中に分散されたナノセルロースを有する。前記ジオポリマーは、本願内で定義される少なくとも１つのアルカリ刺激剤によって誘導される、本願内で定義される少なくとも１つの無機結合材の重縮合生成物である。好ましくは、前記ナノセルロースは、ジオポリマーの固形分に対して０．１５〜８．５質量％、特に０．８５〜５．０質量％の量で存在する。
【００２７】
本発明について、「含む」との用語は、「からなる」との用語を含むことが意図されているが、それと同義ではない。さらに、各々の実際の場合において、本発明の配合物の特定の成分および特定されない成分の全てのパーセンテージの合計は常に１００％であることが意図されている。従って、全てのパーセンテージは配合物の総質量に対するものである。
【００２８】
無機結合材系が、水性のアルカリ環境下で硬化する、Ａｌ2Ｏ3と共にＳｉＯ2に基づく反応性の非水溶性化合物に基づき得ることが周知である。この種の結合材系は、とりわけ「ジオポリマー」と称され、且つ、例えば米国特許第４３４９３８６号明細書(US4349386)、国際公開第８５／０３６９９号(WO85/03699)および米国特許第４４７２１９９号明細書(US4472199)内に記載されている。反応性酸化物または反応性酸化物混合物としてここで使用できる材料は、とりわけ、マイクロシリカ、メタカオリン、アルミノケイ酸塩、フライアッシュ、活性白土、ポゾランまたはそれらの混合物である。結合材を刺激するために使用されるアルカリ環境は通常、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アルミン酸塩および／またはアルカリ金属ケイ酸塩、例えば可溶性の水ガラスの水溶液を含む。ジオポリマーは、ポルトランドセメントよりもコストが低く且つより堅牢であることができ、且つ、より有利なＣＯ2排出バランスを有することができる。
【００２９】
純粋なジオポリマーは、上述の酸化物を使用するので、一般に低いカルシウム含有率を有する。米国特許第８４６０４５９号明細書(US8460459B2)は、１２〜２５質量％のＣａＯを含み、化学的な腐食に耐性のある建設用化学製品の製造を可能にする、無機結合材系を記載している。（しかしながら、前記文献は、いかなるジオポリマーフォーム配合物も示しておらず、且つジオポリマーフォーム部材も提供していないか、またはそれについてのいかなる考慮ももたらしていない）。
【００３０】
本発明について、「潜在水硬性結合材」とは、好ましくは（ＣａＯ＋ＭｇＯ）：ＳｉＯ2のモル比が０．８〜２．５、特に１．０〜２．０である結合材である。一般的には上述の潜在水硬性結合材は、工業および／または合成スラグから、特に高炉スラグ、電熱リンスラグ、製鋼スラグおよびそれらの混合物から選択でき、且つ、「ポゾラン結合材」は一般に、アモルファスシリカ、好ましくは沈降シリカ、フュームドシリカおよびマイクロシリカ、粉末ガラス、メタカオリン、アルミノケイ酸塩、フライアッシュ、好ましくは褐炭フライアッシュおよび無煙炭フライアッシュ、天然ポゾラン、例えば凝灰岩、火山土および火山灰、天然ゼオライトおよび合成ゼオライト、およびそれらの混合物から選択できる。
【００３１】
前記スラグは、工業スラグ、即ち、工業的なプロセスからの廃棄物、または合成スラグのいずれかであることができる。後者が有利であることができ、なぜなら、工業スラグは常に一定の量および品質で利用可能なわけではないからである。
【００３２】
高炉スラグ（ＢＦＳ）は、高炉プロセスの廃棄物である。他の材料は高炉水砕スラグ（ＧＢＦＳ）、および高炉水砕スラグが微粉化された高炉スラグ微粉末（ＧＧＢＦＳ）である。高炉スラグ微粉末は、微粉度および粒径分布の点で、起源および処理方法に依存して変化し、且つここで微粉度は反応性に影響を及ぼす。ブレーン値が微粉度についてのパラメータとして使用され、且つ典型的には、２００〜１０００ｍ2／ｋｇ、好ましくは３００〜５００ｍ2／ｋｇのオーダーである。微細な粉砕ほど、高い反応性をもたらす。
【００３３】
しかしながら、本発明について「高炉スラグ」との表現は、上述の全ての水準の処理、粉砕および品質から得られる材料（つまり、ＢＦＳ、ＧＢＦＳおよびＧＧＢＦＳ）を含むことが意図されている。高炉スラグは一般に、３０〜４５質量％のＣａＯ、約４〜１７質量％のＭｇＯ、約３０〜４５質量％のＳｉＯ2、および約５〜１５質量％のＡｌ2Ｏ3、典型的には約４０質量％のＣａＯ、約１０質量％のＭｇＯ、約３５質量％のＳｉＯ2および約１２質量％のＡｌ2Ｏ3を含む。
【００３４】
電熱リンスラグは、電熱的なリン製造の廃棄物である。それは高炉スラグよりも反応性が低く、且つ、約４５〜５０質量％のＣａＯ、約０．５〜３質量％のＭｇＯ、約３８〜４３質量％のＳｉＯ2、約２〜５質量％のＡｌ2Ｏ3、および約０．２〜３質量％のＦｅ2Ｏ3およびフッ化物およびリン酸塩を含む。製鋼スラグは、多様な組成を有する様々な鋼の製造方法の廃棄物である。
【００３５】
アモルファスシリカは好ましくはＸ線でアモルファスであるシリカ、つまり、粉末回折法で結晶性を示さないシリカである。本発明のアモルファスシリカ内のＳｉＯ2含有率は、有利には少なくとも８０質量％、好ましくは少なくとも９０質量％である。沈降シリカは、水ガラスから出発する沈降法によって、工業規模で得られる。いくつかの製造方法からの沈降シリカは、シリカゲルとも称される。
【００３６】
フュームドシリカは、クロロシラン、例えば四塩化ケイ素を水素／酸素火炎中で反応させることによって製造される。フュームドシリカは、比表面積５０〜６００ｍ2／ｇを有する粒径５〜５０ｎｍのアモルファスＳｉＯ2の粉末である。
【００３７】
マイクロシリカはケイ素の製造またはフェロシリコンの製造の副生成物であり、同様に大部分がアモルファスＳｉＯ2粉末からなる。その粒子は０．１μｍの規模のオーダーの直径を有する。比表面積は１５〜３０ｍ2／ｇの規模のオーダーである。
【００３８】
これに対し、市販のケイ砂は結晶性であり且つ比較的大きな粒子および比較的小さな比表面積を有する。これが、本発明における不活性フィラーとして役立つ。
【００３９】
フライアッシュはとりわけ、発電所における石炭の燃焼の間に製造される。国際公開第０８／０１２４３８号(WO08/012438)によれば、クラスＣのフライアッシュ（褐炭フライアッシュ）は、約１０質量％のＣａＯを含む一方で、クラスＦのフライアッシュ（無煙炭フライアッシュ）は、８質量％未満、好ましくは４質量％未満、典型的には約２質量％のＣａＯを含む。
【００４０】
カオリンが脱水されると、メタカオリンが製造される。１００〜２００℃で、カオリンは物理的に結合された水を放出する一方で、５００〜８００℃で、脱ヒドロキシルが生じ、格子構造が崩壊し且つメタカオリン（Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ7）が形成される。従って、純粋なメタカオリンは約５４質量％のＳｉＯ2および約４６質量％のＡｌ2Ｏ3を含む。
【００４１】
本発明について、アルミノケイ酸塩は、Ａｌ2Ｏ3と共にＳｉＯ2に基づき、水性のアルカリ環境中で硬化する上述の反応性化合物である。ここで当然、例えばＡｌ2Ｓｉ2Ｏ7である場合のように、ケイ素とアルミニウムとが酸化された形態で存在することは必須ではない。しかしながら、アルミノケイ酸塩の定量的な化学分析のために、ケイ素とアルミニウムとの割合を酸化された形態で（つまり、「ＳｉＯ2」および「Ａｌ2Ｏ3」として）述べることが一般的である。
【００４２】
ジオポリマーについての適した原料の概論は、例えば、Ｃａｉｊｕｎ  Ｓｈｉ，  Ｐａｖｅｌ  Ｖ．Ｋｒｉｖｅｎｋｏ，  Ｄｅｌｌａ  Ｒｏｙ，  Ａｌｋａｌｉ−Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｃｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ，  Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ，  Ｌｏｎｄｏｎ＆Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ２００６，  ｐｐ．６〜６３内で見つけられる。
【００４３】
しかしながら、本発明の発泡性配合物のために特に適した材料は、高炉スラグ、マイクロシリカ、メタカオリン、アルミノケイ酸塩、フライアッシュおよびそれらの混合物からなる群からの無機結合材であることが立証されている。メタカオリンが特に良好な発泡結果をもたらす一方で、高炉スラグは、特にマイクロシリカと組み合わせると、得られるジオポリマーの高い初期強度値および最終強度値をもたらすことにおいて有利である。
【００４４】
本発明の配合物の１つの実施態様において、無機結合材はメタカオリンを含む。本発明の配合物の他の実施態様において、無機結合材は高炉スラグを含む。
【００４５】
本発明の好ましい実施態様において、無機結合材は、メタカオリンおよび／またはマイクロシリカを、高炉スラグに追加して含む。本発明の特に好ましい１つの実施態様の基本は、無機結合材が、マイクロシリカとメタカオリンとを、高炉スラグに追加して含むことである。
【００４６】
アルカリ刺激剤を、式ＭＯＨのアルカリ金属水酸化物、および式ｍＳｉＯ2・ｎＭ2Ｏのアルカリ金属ケイ酸塩から選択するのが好ましく、前記式中、Ｍはアルカリ金属、好ましくはＬｉ、ＮａまたはＫ、またはそれらの混合物であり、且つ、モル比ｍ：ｎは、≦４．０、好ましくは≦３．０、さらに好ましくは≦２．０、特に≦１．７０、および非常に特に好ましくは≦１．２０である。
【００４７】
アルカリ金属ケイ酸塩は好ましくは、水ガラス、特に好ましくは水性の水ガラス、および特にナトリウム水ガラスまたはカリウム水ガラスである。しかしながら、リチウム水ガラスまたはアンモニウム水ガラス、または上述の水ガラスの混合物を使用することも可能である。上記のｍ：ｎの比（「係数」とも称する）は、好ましくは過剰であるべきではなく、なぜなら、そうでなければ成分の反応が不完全になり得るからである。遙かに低い係数、例えば約０．２を使用することも可能である。より高い係数を有する水ガラスは、使用前に適した水性のアルカリ金属水酸化物を使用することによって、本発明の範囲内の係数に合わせるべきである。
【００４８】
有利な係数の範囲内のカリウム水ガラスは、非常に吸湿性であるために、主に水溶液として市販されており、有利な係数の範囲内のナトリウム水ガラスはまた、固体として購入できる。水ガラス水溶液の固体含有率は一般に、２０質量％〜６０質量％、好ましくは３０〜５０質量％である。
【００４９】
水ガラスは、ケイ砂を適切なアルカリ金属炭酸塩と共に溶融することによって工業的に製造できる。しかしながら、反応性シリカと適切な水性アルカリ金属水酸化物との混合物からそれらを難なく得ることもできる。従って、本発明において、アルカリ金属ケイ酸塩の少なくともいくらかを、反応性シリカおよび適切なアルカリ金属水酸化物の混合物で置き換えることが可能である。
【００５０】
従って、本発明の１つの好ましい実施態様において、アルカリ刺激剤は、アルカリ金属水酸化物およびアルカリ金属ケイ酸塩の混合物を含む。
【００５１】
本発明におけるアルカリ刺激剤の好ましい存在量は、発泡性配合物に対して、１〜５５質量％、特に２０〜５０質量％であり、ここで、該データはアルカリ刺激剤の固体含分に対するものである。
【００５２】
界面活性剤は、配合物を発泡性にすることが求められる。界面活性剤と水との存在下で、発泡された配合物中に気泡の形態で存在する気相が安定化することによって、ジオポリマーフォームを得ることが可能である。
【００５３】
多くの場合、水ガラスと潜在水硬性結合材および／またはポゾラン結合材を含む高アルカリのジオポリマーフォーム配合物において、全ての界面活性剤が等しく有効なわけではない。非イオン性界面活性剤、好ましくはアルキルポリグルコシドが、気相、ひいてはフォームを安定化させるために、最良の適性を有することが判明している。
【００５４】
アルキルポリグルコシドは一般に、式Ｈ−（Ｃ6Ｈ10Ｏ5）m−Ｏ−Ｒ1を有し、前記式中、（Ｃ6Ｈ10Ｏ5）はグルコース単位であり、且つＲ1はＣ6〜Ｃ22−アルキル基、好ましくはＣ8〜Ｃ16−アルキル基、特にＣ8〜Ｃ12−アルキル基であり、且つｍは１〜５である。
【００５５】
界面活性剤のいくらか、好ましくは３０質量％未満を、鹸化されたバルサム樹脂およびトール樹脂で置き換えることができる。例えば、ここで、ＢＡＳＦ  ＳＥのＶｉｎａｐｏｒ（登録商標）ＭＴＺ／Ｋ５０を使用することが可能であり、それは微粉状の噴霧乾燥された変性および鹸化されたバルサム樹脂およびトール樹脂であり、通常、空気で満たされた孔を形成するため使用される。
【００５６】
本発明の発泡性配合物に対する界面活性剤の割合は、配合物の固形分の総質量に対して、有利には０．１〜２．５質量％、および特に０．５〜１．５質量％であってよい。
【００５７】
ナノセルロースは、任意のセルロース原料、例えば木および他の植物、藻類、細菌、被嚢類から得られる生成物である。ナノセルロースは、使用されるセルロース材料および抽出方法に依存して互いに異なり得る。本願内で使用される「ナノセルロース」との用語は、ナノスケールにおける少なくとも１つの寸法を有する全てのセルロースナノ材料を含む。セルロースナノ材料およびそれらの製造は、例えば、Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  Ｒｅｖ．，  ２０１１，  ４０，  ３９４１〜３９９４；  Ｃｈｅｍ．  Ｒｅｖ．  ２０１０，  １１０，  ３４７９〜３５００および国際公開第２０１４／１８３０８２号内に記載されており、前記文献はその全文が本願内に含まれるものとする。ナノセルロースは、その結晶化度および寸法により、セルロースに対して区別される。セルロース繊維は、ナノスケールの寸法を有さない。それらの長さは一般に５００μｍを上回る。ナノセルロースは下記の寸法を有する粒子の形を成している。
【００５８】
好ましくは、本願内で使用されるナノセルロースは、約２５〜約４０００ｎｍ、好ましくは約５０〜約１０００ｎｍ、および特に約７０〜約５００ｎｍの範囲の長さ、および約２〜約７０ｎｍ、好ましくは約３〜約６０ｎｍ、および特に約３〜約５０ｎｍの範囲の幅を有する。１つの実施態様において、ナノセルロースは、約４０〜約９０％、好ましくは約５０〜約９０％の範囲の結晶化度を有する。適したナノセルロースは以下のとおりである：
【００５９】
セルロースナノ結晶（ＣＮＣ）（ナノウィスカーと称されることもある）は、一般に、長さ約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、好ましくは約８０ｎｍ〜約３００ｎｍ、および幅約３ｎｍ〜約５０ｎｍ、好ましくは約４〜約４０ｎｍを有するロッド状粒子であり、且つ、それらが正方形または長方形の断面を有する場合には、高さ約２〜約３０ｎｍである。それらの結晶化度は、約５０〜約９０％、好ましくは約６０〜約９０％である。ＣＮＣは、酸、例えば硫酸での処理によってセルロースから得ることができる。それらは例えば、メイン大学、プロセス開発センター(The Process Development Center)，  ５７３７  Ｊｅｎｎｅｓｓ  Ｈａｌｌ，  Ｏｒｏｎｏ，  ＭＥ０４４６９から、またはＣｅｌｌｕｌｏｓｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，  ＳＵＮＹ−ＥＳＦ，  ３０７  Ｓｔａｄｉｕｍ  Ｐｌａｃｅ，  Ｓｙｒａｃｕｓｅ，  Ｎ．Ｙから市販されている。
【００６０】
セルロースの原繊維であるセルロースナノフィブリル（ナノフィブリル化セルロース）は、長さ約５００ｎｍ〜約２０００ｎｍ、および幅約４ｎｍ〜約２０ｎｍを有する。それらは、Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  Ｒｅｖ．，  ２０１１，  ４０，  ３９４１〜３９９４内に開示されるとおりに製造でき、且つ、例えばメイン大学のプロセス開発センターまたは他のところから市販されている。
【００６１】
被嚢類のセルロースナノ結晶は、被嚢類の酸加水分解により製造される粒子である（Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  Ｒｅｖ．，  ２０１１，  ４０，  ３９４１〜３９９４参照）。それらは、高さ約８ｎｍ、長さ約１００ｎｍ〜約４０００ｎｍおよび幅約２０〜約３０ｎｍを有するリボン状の形状を有する。
【００６２】
ナノセルロースは、本発明の発泡性配合物中で０．１〜５質量％、好ましくは０．５〜３質量％の量で含有される。
【００６３】
さらには、発泡性配合物は、有利には２０〜６０質量％、好ましくは２５〜５０質量％の水を含むことを特徴とする。
【００６４】
他の言葉で表すなら、水の結合材に対する質量比（ｗ／ｂ値）は、アルカリ刺激剤の固形分が結合材と共に計算されなければならず且つアルカリ刺激剤の含水率が水と共に計算されなければならない場合には、０．２５〜１．５、特に０．３３〜１．０である。セメント質の系における有利なｗ／ｚ値が０．４〜０．６である一方で、ここではｗ／ｂ値は、いくぶん高い側にある。このことは、界面活性剤が、場合により、より高い含水率を有する系において、気相をより容易に安定化できるという利点を有する。
【００６５】
従って、本発明の全体の発泡性配合物は、配合物の質量に対して、
１５〜７０質量％の無機結合材、
１〜５５質量％のアルカリ刺激剤（固形分として計算）、
２０〜６０質量％の水（全体量）、
０．１〜５質量％のナノセルロース、
およびさらに界面活性剤、および任意に他の添加剤
を含み得る。
【００６６】
１つの好ましい実施態様において、本発明の発泡性配合物は、配合物の質量に対して、
１５〜４０質量％の無機結合材、
２０〜５０質量％のアルカリ刺激剤（固形分として計算）、
２０〜４０質量％の水（全体量），
０．５〜３質量％のナノセルロース
およびさらに界面活性剤、および任意に他の添加剤
を含み得る。
【００６７】
本発明の配合物中で有利であることが証明されているケイ素原子対アルミニウム原子の比は、１０：１〜１：１であり、ここで好ましい比は６：１〜１．５：１、および特に１．８：１〜２．２：１、および４．７：１〜５．３：１である。
【００６８】
本発明の発泡配合物の固化挙動または硬化時間は、セメントを添加することによって有利に影響を及ぼすことができる。ここで、特に適した材料は、ポルトランドセメント、アルミン酸カルシウムセメント、またはそれらの混合物である。ここで、（特に薄い色を有する）アルミン酸カルシウムセメントが特に好ましい。ＣＥＭ  ＩＩＶおよびＣＥＭ  Ｘの分類の複合セメントを使用することも可能である。
【００６９】
ポルトランドセメントは、約７０質量％のＣａＯ＋ＭｇＯ、約２０質量％のＳｉＯ2、および約１０質量％のＡｌ2Ｏ3＋Ｆｅ2Ｏ3を含む。アルミン酸カルシウムセメントは、約２０〜４０質量％のＣａＯ、約５質量％までのＳｉＯ2、約４０〜８０質量％のＡｌ2Ｏ3、および約２０質量％までのＦｅ2Ｏ3を含む。それらのセメントは先行技術において周知である（ＤＩＮ  ＥＮ  １９７参照）。
【００７０】
発泡性配合物中のセメントの割合は、少なくとも１質量％、好ましくは少なくとも２質量％、および特に少なくとも３質量％であることが好ましい。硬化時間も、Ｃａ（ＯＨ）2の添加によって制御できる。本発明の発泡性配合物に対するＣａ（ＯＨ）2の割合は、１〜１５質量％、特に３〜１０質量％であってよい。本発明の配合物中のセメントの割合は、最高で２０質量％、好ましくは最高で１０質量％、および特に最高で５質量％であるべきである。上述のとおり、ここで、本発明の配合物の特定の成分および特定されない成分の全てのパーセンテージの合計は常に１００％でなければならない。
【００７１】
多くの他の添加剤が、本発明の発泡性配合物中に存在し得る。前記配合物は、フォームの安定化、収縮の低減、柔軟化、疎水化または分散のための少なくとも１つの添加剤、（長さ５００μｍ以上を有する）繊維およびフィラーまたはそれらの混合物も含み得る。
【００７２】
フォームの安定化のために、フュームドシリカ、タンパク質、レオロジー変性剤、例えばデンプン（とりわけキサンタンガム）、化工デンプン、スルホ基および／または四級化アンモニウム基を有するポリ（メタ）アクリレートおよびポリ（メタ）アクリルアミド、およびそれらの混合物からなる群からの添加剤を使用することが可能である。
【００７３】
スルホ基を有する、および／または四級化アンモニウム基を有する、ポリ（メタ）アクリレートおよびポリ（メタ）アクリルアミドは、例えば国際公開第２００８／１５１８７８号(WO2008/151878A1)、国際公開第２００７／０１７２８６号(WO2007/017286A1)、国際公開第２００５／０９０４２４号(WO2005/090424A1)、および国際公開第０２／１０２２９号(WO02/10229A1)内に記載されている。この種の（コ）ポリマーは、超吸収ポリマー（ＳＡＰ）または塩不感応性超吸収ポリマー（ＳＩＳＡ）とも称される。ここで必要とされる材料は、一般に、それぞれレオロジー変性剤および増粘剤である。ここで、ＳＩＳＡは、特にここで考慮される発泡性配合物の高いアルカリ度、および付随する高い塩負荷ゆえに、増粘剤として非常に適している。
【００７４】
意外なことに、フォームの加工性を、超吸収体の添加によって改善できることが判明した。塩不感応性の超吸収ポリマーの添加は、剛性を著しく高めることができ、且つシリケートフォームの流動性を高める方向へのいかなる傾向も回避できる。
【００７５】
収縮の低減のために、アミン、ラクタム、アルカノールアミン、ベタイン、グリコール、ポリオール、中空アルミノケイ酸塩ビーズ、中空ガラスビーズ、発泡ガラスおよびそれらの混合物からなる群からの添加剤を使用することが可能である。この文脈において、中空アルミノケイ酸塩ビーズは、収縮低減のための添加剤としてのみならず、ポゾラン結合材としてみなすこともできる。最大で１００μｍの粒径を有する中空のアルミノケイ酸塩ビーズが好ましい。本発明の発泡性配合物中の中空マイクロビーズの割合は、好ましくは最大３０質量％である。
【００７６】
柔軟化のために、再分散性ポリマー粉末、ポリイソシアネート、ポリイソシアネートプレポリマー、エポキシ樹脂化合物、（フィルム形成）アクリレート分散液およびそれらの混合物からなる群からの添加剤を使用することが可能である。
【００７７】
好ましい実施態様において、本発明の発泡性配合物は、エポキシ樹脂を含む。これは、機械的特性を、特にクラック形成、曲げにおける引張強さ、および硬化したフォームの触感特性について改善できる。発泡性配合物中のエポキシ樹脂の割合は、特に、０．５〜１０質量％であってよい。硬化されたフォームに必要とされる不燃性に関して特に有利であることが証明されている割合は、１〜５質量％である。
【００７８】
他の好ましい実施態様において、本発明の発泡性配合物は、水乳化性エポキシ化合物および／または少なくとも１つの自己乳化性エポキシエマルションを含む。エポキシ樹脂は、発泡された配合物の硬化をもたらし、上述の利点だけでなく、初期の機械的安定性をもたらし、ひいては、硬化したジオポリマーフォームを型枠からより早く除去することを可能にする。エポキシが添加される場合、さらには、＋５℃ですら硬化を達成することが可能である。エポキシ化合物は、樹脂および硬化剤、または、樹脂と硬化剤と反応性希釈剤との組み合わせを含み得る。エポキシは好ましくは、ビスフェノールＡ／Ｆ混合物および硬化剤を含み、好ましくはポリアミド付加物を含む。好ましく使用される反応性希釈剤は、アルコキシル化脂肪族アルコールのポリグリシジルエーテルである。
【００７９】
さらに好ましい実施態様において、エポキシ樹脂を反応性希釈剤と、６０：４０〜４０：６０質量部の割合で混合し、およびさらに好ましくは、１４０〜１６０質量部の硬化剤がこの混合物に添加される。使用されるエポキシ樹脂は特に、自己分散性エポキシ樹脂エマルションであってよく、且つ、これは好ましくは０．９：１〜１．１：１の化学量論組成比で、ポリアミノアミド付加物と共に使用される。使用できる市販の自己分散性エポキシ樹脂エマルションの例は、Ｗａｔｅｒｐｏｘｙ（登録商標）１４２２、Ｗａｔｅｒｐｏｘｙ（登録商標）１４３９、Ｗａｔｅｒｐｏｘｙ（登録商標）１４６６、および硬化剤Ｗａｔｅｒｐｏｘｙ（登録商標）７５１、Ｗａｔｅｒｐｏｘｙ（登録商標）７６０、Ｗａｔｅｒｐｏｘｙ（登録商標）８０１である。Ｗａｔｅｒｐｏｘｙ（登録商標）１４２２とＷａｔｅｒｐｏｘｙ（登録商標）７６０との混合物を使用することが好ましい。上述のエポキシ樹脂エマルションは、ＢＡＳＦ  ＳＥの製品である。
【００８０】
疎水化のために、トリグリセリド、パラフィン、ポリシロキサン、ヒドロシラン、アルコキシシラン、ナトリウムメチルシリコネートおよびそれらの混合物からなる群からの添加剤を使用することが可能である。ポリシロキサンは一般に、シリコーンオイルの形態で使用される。粘度３００〜１０００ｍＰａ・ｓを有するシリコーンオイルを好ましく使用できる。市販の適した製品の例は、Ｗａｃｋｅｒ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＡＧ  製のＡＫ  ５００シリコーンオイルである。
【００８１】
分散のために、ナフタレンスルホネート、リグノスルホン酸塩、櫛形ポリマー、例えばポリカルボン酸エーテル、櫛形多環式芳香族エーテル、櫛形カチオンコポリマーおよびそれらの混合物からなる群からの添加剤を使用することが可能である。この種の分散剤は、先行技術において周知である。ケイ酸塩含有ジオポリマー系の流動性を高めるために特に良好な適性を有する櫛形多環式芳香族エーテルは、例えば、我々の国際公開第２０１３／１５２９６３号(WO2013/152963A1)に記載されている。高アルカリジオポリマー系の流動性を高めるために特に良好な適性を有する櫛形カチオン性コポリマーは、例えば、欧州特許出願公開第１３１８６４３８号明細書(EP13186438)に記載されている。
【００８２】
上述の繊維を、岩石繊維（例えばバサルト繊維）、ガラス繊維、カーボン繊維、任意に変性された有機繊維（ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＡ、ＰＡＮ、ポリエステル、ポリアミドおよびその種のもの）、セルロース繊維（長さ５００μｍ以上を有する）、リグノセルロース繊維、金属繊維（例えば鉄、鋼およびその種のもの）およびそれらの混合物からなる群から選択できる。セルロース繊維はあまり好ましくない。特に、該組成物はセルロース繊維を含有しない。繊維の存在割合は、好ましくは３質量％までであってよい。これは、硬化したフォームの機械的安定性を改善できる。それらは好ましくは最長１２０ｍｍ、特に最長６ｍｍの長さを有する。
【００８３】
導入部で言及したフィラーを、ケイ砂または粉末化石英、炭酸カルシウム、岩粉、低密度フィラー（例えばバーミキュライト、パーライト、珪藻土、マイカ、タルク粉末、酸化マグネシウム、発泡ガラス、中空球、発泡砂）、顔料（例えば二酸化チタン）、高密度フィラー（例えば硫酸バリウム）、金属塩（例えば亜鉛塩、カルシウム塩等）およびそれらの混合物からなる群から選択できる。ここで適した粒径は、特に、１ｍｍまでである。発泡ガラスの使用が好ましい。発泡ガラスの平均粒径が５０〜３００μｍであることが特に好ましい。しかしながら、凝結遅緩剤、急結剤、錯化剤およびその種のものが発泡性配合物中に存在することも可能である。
【００８４】
本発明の発泡性配合物中で、全ての成分が単独の成分として一緒に存在することが可能である。単独の成分の実施態様は、仕上げられたジオポリマーフォーム部材の現場での製造のために主に適している。他の実施態様は、水（または水性液体）で再構成して発泡性配合物を形成するために適合された乾燥配合物である。乾燥配合物は多くの場合、粉末または顆粒として使用される。その際、それらの乾燥混合物を、規定された量の水を添加して、現場で単純に混合し、引き続き加工することができる。乾燥配合物の実施態様は商業的に見込みがある。
【００８５】
「発泡」は、発泡性配合物中に気泡が導入されることを意味する。様々な実施態様において、フォームは、混合、叩解(beating)、撹拌、通気、泡立て、注入または他の機械的作用によって、発泡性配合物中に気泡を導入することによって形成され得る。そのような実施態様について、ガスは、限定されずに、空気、窒素、ヘリウム、水素、アルゴン、二酸化炭素、ガス状炭化水素または他の不活性ガスを含み得る。機械的作用の厳しさ、例えば混合時間、速度および温度を、所望のフォームの密度およびフォームの安定性に依存して適合させることができる。このプロセスを、ステーター・ロータープロセスを用いて、または振動プロセスを用いて、または機械的な撹拌によって、行うことができる。選択的に、化学的プロセス、例えばＨ2Ｏ2の分解または他の過酸化物の分解、または窒素含有化合物の分解を介して、配合物中に気相を導入できる。
【００８６】
１つの特定の実施態様において、本発明の発泡性配合物の成分は、例えば、建設現場で使用される種類の市販のミキサーを使用して互いに混合される。ここで、１０００〜１２００ｇ／リットルの密度の懸濁液を形成することが好ましい。この懸濁液を次に、ステーター・ローター稼働の原理に従って構築された混合ヘッド内で発泡させることができる。ここで、適した装置の例は、Ｈｅｉｔｅｃ  Ａｕｅｒｂａｃｈ  ＧｍｂＨ製のＭｕｅｇｒｏｍｉｘ＋モデルである。振動プロセスのために特に適した装置は、「ｂｅｂａ  Ｓｃｈａｕｍｍｉｓｃｈｅｒ」として、ｂｅｂａ  Ｍｉｓｃｈｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨから市販されている。
【００８７】
発泡された配合物は最初は流体であるので、型枠内に注入できるか、あるいは成形できる。その後、配合物を０℃〜１００℃、好ましくは２０℃〜８０℃の範囲の温度に供することによって硬化させる。
【００８８】
フォームの湿潤エンベロープ密度が、１００〜８００ｇ／リットル、特に１５０〜６００ｇ／リットルであることが好ましい。
【００８９】
発泡された配合物を硬化させる。一般に、発泡された配合物を、２０〜３４℃の範囲の温度、好ましくは室温で、少なくとも２４時間硬化させて、本発明のジオポリマーフォームが得られる。アルカリ刺激剤の存在下で、無機結合材からのアルミノケイ酸塩は、溶解および重縮合反応を経て、ジオポリマーネットワークを形成する。このジオポリマーネットワークが、フォームに所望の機械的特性をもたらす。存在する場合、通常のポルトランドセメントは同時に水と反応し、ポルトランドセメント中に存在するケイ酸三カルシウムおよびケイ酸二カルシウムの水和に起因して、ケイ酸カルシウム水和物ゲルを形成する。この水和反応は、アルカリ刺激剤によってもたらされる高いアルカリ度によって強化される。
【００９０】
本発明の方法はさらに、ジオポリマーフォームが好ましくは２０〜３０℃の温度、および少なくとも６５％の相対湿度で乾燥されることをもたらす。型枠からの取り外しを、２４〜４８時間後（エポキシが添加される場合には、１２時間という短時間後）に行うことができる。
【００９１】
約５質量％の残留含水率まで乾燥された硬化ジオポリマーフォームの密度（つまり「乾燥エンベロープ密度」）は、好ましくは２００〜４００ｋｇ／ｍ3、特に好ましくは２４０〜３５０ｋｇ／ｍ3、および特に最高３００ｋｇ／ｍ3である。該フォームは、付着による、プラグを使用することによる、爪による、および／またはねじ山による取り付けのための非常に良好な適性を有するが、他の可能性においては、キャスティング、噴霧および／または圧延によって本発明の発泡された配合物の形態に適用され、次いでそれが硬化および乾燥される。
【００９２】
本発明によれば、大部分の連続気泡、例えば約９５％の連続気泡と５％の独立気泡を有するフォームが得られる。連続気泡の、独立気泡に対する比率を、ナノセルロースの量によって制御できる。少量、例えば０．１〜１質量％のナノセルロースであっても、より高い割合の独立気泡対連続気泡の比率をもたらす。多量の連続気泡を有するフォームは吸音材として特に有用である一方で、多量の独立気泡を有するフォームは断熱のために特に有用である。
【００９３】
本発明の１つの好ましい実施態様において、気相は、ジオポリマーフォームの２０〜９５、または２０〜９０体積パーセント、特に５０〜９０、または５０〜６０体積パーセントを構成する（発泡の度合い；  残りは配合物の固形分である）。音響効果のために、フォームの空気含有率が５０〜６０体積パーセントであるべきことが特に好ましい。
【００９４】
本発明はさらに、不燃性、吸音性および／または断熱性のジオポリマーフォーム部材を製造するための、本発明のジオポリマーフォームの使用を提供する。本発明はさらに、空洞を充填して、そのような空洞を含む物品、例えば空胴れんがの吸音および／または断熱特性を改善するための、本発明のジオポリマーフォームの使用を提供する。
【００９５】
本発明はさらに、本発明のジオポリマーフォームを含む、不燃性、吸音および／または断熱ジオポリマーフォーム部材を提供する。
【００９６】
本発明のこのジオポリマーフォーム部材が、厚さ１ｃｍ〜２０ｃｍ、好ましくは４ｃｍ〜８ｃｍ、および辺長２０ｃｍ〜２００ｃｍ、好ましくは約６０ｃｍを有するシートまたはボードの形態であることが好ましい。例えば、そのシートまたはボードは、厚さ１ｃｍ〜２０ｃｍ、および面積２０ｃｍ×２０ｃｍ〜１５０ｃｍ×２００ｃｍを有することができる。
【００９７】
本発明の硬化されたジオポリマーフォームはとりわけ、不燃性でない場合、それらは高度に耐炎性であり、さらには、いくつかの他のフォーム、例えばメラミン樹脂フォームとは異なり、ホルムアルデヒドを放出し得ないという実質的な利点を有する。有機添加剤を使用する場合、特に、エポキシ樹脂の存在下であっても、非常に良好な結果が達成される。接炎の間、燃焼する材料の煙または滴下物が生成されない（ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １１９２５−２）。特に、本発明のジオポリマーフォームは、ＤＩＮ  １３５０１−１に準拠するＡ２またはＡ１の燃焼挙動を示す。
【００９８】
さらに、本発明のジオポリマーフォームは、それが容易且つ低コストで、且つ硬化された形態で製造可能であり、良好な断熱特性を有するという利点を有する。
【００９９】
意外なことに、本発明のフォームが、ナノセルロースを使用せずに製造されたフォームと比較して少ないマイクロクラックを示すことが判明した。さらには、フォームは、改善された吸音および遮断効果を有する。本発明は、約３０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）に至るまでのラムダ値の達成を可能にする。ラムダ値は、例えば８０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）から４０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）に著しく改善される。本発明のジオポリマーフォーム部材の断熱値は、４０〜８０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）の範囲である。
【０１００】
本発明のジオポリマーフォームについての吸音曲線（乾燥エンベロープ密度２７０ｋｇ／ｍ3および厚さ４０ｍｍを有し、クーント管内で音の垂直入射での例３による）を図１に示す。測定は、それぞれＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ３５４（２００３）およびＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １１６５４（１９９７）に準拠して、Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ−ＧｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔのＩＢＰ  ｉｎｓｔｉｔｕｔｅによって行われた。２４０〜３５０ｋｇ／ｍ3の乾燥エンベロープ密度は、吸音のために特に適している。
【０１０１】
本発明のジオポリマーフォーム部材についての圧縮強度値は組成に依存し、且つ、２３〜２５℃且つ相対湿度６５％で７日間の硬化後に０．１〜１．４ＭＰａであり、ここで、試料は、それらが型枠から取り外されるまで箔で覆われており、導入部で述べられた課題に従い、より高い値が自然にもたらされることが好ましい。これは、μ−ＣＴ検査（マイクロコンピューター断層撮影法）と一致する。μ−ＣＴを使用した欠陥分析は、ナノセルロースを使用しないで製造されたフォームが、７０％を上回る気孔を含む一方で、ナノセルロースを用いて製造されたフォームは、７０％未満の気孔を含むことを示す。気孔の存在は、フォームの機械的安定性を損なう。例えば、ナノセルロースを用いないで製造されたフォームは、機械的安定性を損なう気孔を７６％有する材料をもたらした。対照的に、１質量％、３質量％のセルロースナノ結晶、または３質量％のセルロースナノフィブリルを使用して製造されたフォームは、それぞれ、６６％、５１％または５７％の気孔しか含まない。
【０１０２】
さらには、本発明のジオポリマーフォーム部材のシートに外装材をもたらすことも可能であるが、ここで、部材の吸音特性に実質的な損失がないことを確実にするように注意しなければならない。ここで特に適した材料は、音を透過させられる開孔構造を備えた不織のウールファブリック、左官材、塗料およびテキスタイルである。特に、テキスタイルは着色または印刷されたパターンを有することができる。
【０１０３】
ここで、下記の限定されない例および添付の図面は、本発明のさらなる説明を提供する。
【実施例】
【０１０４】
例１：  メタカオリンからのジオポリマーフォームの製造
表１に挙げられた成分を、手動のミキサーを使用して混合した。
【表１】
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【０１０５】
前記成分を混合し、最終的に体積約６ｄｍ3に発泡させた。フォームの空気量は約９０体積％であった。空気量は、ＤＩＮ  ＥＮ  １０１５−６に基づく方法により、発泡されていない懸濁液と比較した体積の変化によって測定された。
【０１０６】
フォームを１６×４×４ｃｍの角柱に成形し、且つ、温度２５℃且つ相対湿度１００％で２４時間硬化させ、その後、２５℃、相対湿度６５％で６日間硬化させ、次いで、その角柱を、ＤＩＮ  ＥＮ  １９６−１に準拠して圧力および曲げ試験に供した。結果を以下の表２に示す。
【０１０７】
例２
配合物中で、固形分１質量％のナノセルロースの水性スラリー（１１．８質量％のＣＮＣ含有率）および固形分１質量％のセルロースナノフィブリ（ＮＦＣ、３．４質量％のＮＦＣ含有率）の水性スラリーを使用して例１を繰り返した。その圧力および曲げ試験の結果も表２に示す。
【表２】
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【０１０８】
理解できるとおり、ＣＮＣまたはＮＦＣを使用することによって製造されたフォームの機械的特性は、ナノセルロースを有さないフォームと比較して著しく改善されている。
【国際調査報告】
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