(57)【要約】本発明は、水性バインダー、疎水性エーロゲル粒子及び中空の無孔性粒子とを含んで成るエーロゲル−中空粒子バインダー組成物と、そのエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んで成る絶縁複合材料、並びに前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物及び絶縁複合材料の製造方法を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性バインダー、エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子を含んで成るエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項２】
前記疎水性エーロゲル粒子が約０．１〜３ｍｍの平均粒子径（質量平均）を有することを特徴とする請求項１に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項３】
前記疎水性エーロゲル粒子が約０．５〜２ｍｍの平均粒子径（質量平均）を有することを特徴とする請求項２に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項４】
前記疎水性エーロゲル粒子の少なくとも約９５％（質量％）が約０．５〜２ｍｍの粒子径を有することを特徴とする請求項３に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項５】
前記疎水性エーロゲル粒子が不透明化剤を含んで成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項６】
前記不透明化剤がチタニア、カーボンブラック又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項５に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項７】
前記エーロゲル粒子が繊維を含んで成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項８】
前記疎水性エーロゲル粒子がほぼ球形であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項９】
前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物が、疎水性エーロゲル粒子と中空の非多孔性粒子とを約５〜９９容量％の合計量で含んで成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１０】
前記疎水性エーロゲル粒子がシリカを含んで成ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１１】
前記中空の非多孔性粒子が約１ｍｍ未満の平均粒子径（質量平均）を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１２】
前記中空の非多孔性粒子の少なくとも約９５％（質量％）が約１ｍｍ未満の粒子径を有することを特徴とする請求項１１に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１３】
前記中空の非多孔性粒子の平均粒子径が前記エーロゲルの平均粒子径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１４】
前記中空の非多孔性粒子がガラスを含んで成ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１５】
さらに発泡剤を含んで成ることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１６】
前記水性バインダーが発泡したバインダーであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１７】
前記水性バインダーがアクリル系バインダー、シリコーン含有バインダー、フェノール系バインダー又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１８】
前記水性バインダーがアクリル系バインダーであることを特徴とする請求項１７に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項１９】
さらに難燃剤を含んで成ることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項２０】
前記組成物が霧化可能なものであることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項２１】
前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物が、乾燥後に約４５ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導度を有することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項２２】
前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物が、乾燥後に約０．５ｇ／ｃｍ3 以下の密度を有することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物。
【請求項２３】
（ａ）請求項１〜２２のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んで成る絶縁ベースコートと
（ｂ）保護バインダーを含んで成る保護層、
とを含んで成る絶縁複合材料。
【請求項２４】
前記絶縁ベース層の厚さが約１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項２３に記載の絶縁複合材料。
【請求項２５】
前記保護バインダーがアクリル系バインダー、シリコーン含有バインダー、フェノール系バインダー又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の絶縁複合材料。
【請求項２６】
前記保護バインダーがアクリル系バインダーであることを特徴とする請求項２５に記載の絶縁複合材料。
【請求項２７】
前記保護バインダーが架橋したバインダーであることを特徴とする請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の絶縁複合材料。
【請求項２８】
前記保護層がさらに沈降防止剤を含んで成ることを特徴とする請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の絶縁複合材料。
【請求項２９】
前記保護層がさらに赤外線反射剤を含んで成ることを特徴とする請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の絶縁複合材料。
【請求項３０】
前記赤外線反射剤が金属粒子を含んで成ることを特徴とする請求項２９に記載の絶縁複合材料。
【請求項３１】
前記金属粒子がアルミニウム粒子であることを特徴とする請求項３０に記載の絶縁複合材料。
【請求項３２】
前記保護層がさらに難燃剤を含んで成ることを特徴とする請求項２３〜３１のいずれか一項に記載の絶縁複合材料。
【請求項３３】
前記保護層がさらに補強繊維を含んで成ることを特徴とする請求項２３〜３２のいずれか一項に記載の絶縁複合材料。
【請求項３４】
前記保護層の厚さが約１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２３〜３３のいずれか一項に記載の絶縁複合材料。
【請求項３５】
前記保護層が疎水性エーロゲル粒子を実質的に含まないものであることを特徴とする請求項２３〜３４のいずれか一項に記載の絶縁複合材料。
【請求項３６】
前記絶縁複合材料が耐熱性であることを特徴とする請求項２３〜３５のいずれか一項に記載の絶縁複合材料。
【請求項３７】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んで成る基材。
【請求項３８】
請求項２３〜３６のいずれか一項に記載の絶縁複合材料を含んで成る基材。
【請求項３９】
前記基材が、原動機付きの乗り物又は装置の部品であることを特徴とする請求項３７又は３８に記載の基材。
【請求項４０】
前記基材が、原動機付きの乗り物又はその一部の底部であることを特徴とする請求項３９に記載の基材。
【請求項４１】
（ａ）水性バインダー及び発泡剤を含んで成るバインダー組成物を用意し、
（ｂ）前記バインダー組成物を攪拌して発泡したバインダー組成物を用意し、
（ｃ）前記発泡したバインダー組成物を疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子と組み合わせてエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供すること、
を含む、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の製造方法。
【請求項４２】
（ａ）水性バインダーを含んで成るバインダー組成物を用意し、
（ｂ）疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子を用意し、
（ｃ）前記バインダー組成物、疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子を基材に同時に適用し、それにより前記バインダー組成物を前記疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子と混合してエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供すること、
を含む、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の製造方法。
【請求項４３】
前記疎水性エーロゲル粒子が約０．１〜３ｍｍの平均粒子径（重量平均）を有することを特徴とする請求項４１又は４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記疎水性エーロゲル粒子が約０．５〜２ｍｍの平均粒子径（重量平均）を有することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記疎水性エーロゲル粒子の少なくとも約９５％（質量％）が約０．５〜２ｍｍの粒子径を有することを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記疎水性エーロゲル粒子がほぼ球形であることを特徴とする請求項４１〜４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記疎水性エーロゲル粒子がシリカを含んで成ることを特徴とする請求項４１〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記中空の非多孔性粒子が約１ｍｍ未満の平均粒子径（質量平均）を有することを特徴とする請求項４１〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記疎水性エーロゲル粒子の少なくとも約９５％（質量％）が約１ｍｍ未満の粒子径を有することを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記中空の非多孔性粒子の平均粒子径が前記エーロゲル粒子の平均粒子径よりも小さいことを特徴とする請求項４１〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記中空の非多孔性粒子がシリカを含んで成ることを特徴とする請求項４１〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物が、疎水性エーロゲル粒子と中空の非多孔性粒子とを約５〜９９容量％の合計量で含んで成ることを特徴とする請求項４１〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物が０．１〜５質量％の発泡剤を含んで成ることを特徴とする請求項４１〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記疎水性エーロゲル粒子が不透明化剤を含んで成ることを特徴とする請求項４１〜５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記不透明化剤がチタニア又はカーボンブラックであることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記エーロゲル粒子が繊維を含んで成ることを特徴とする請求項４１〜５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記水性バインダーがアクリル系バインダー、シリコーン系バインダー、尿素−ホルムアルデヒド系バインダー又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項４１〜５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記水性バインダーがアクリル系バインダーであることを特徴とする請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物が、乾燥後に約４５ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導度を有することを特徴とする請求項４１〜５８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物が、乾燥後に約０．５ｇ／ｃｍ3 以下の密度を有することを特徴とする請求項４１〜５９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
（ａ）請求項１〜２２のいずれか一項に記載のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んで成る絶縁ベース層を基材上に供給し、
（ｂ）前記絶縁ベース層の表面に、保護バインダーを含んで成る保護層を適用すること、
を含む絶縁複合材料の製造方法。
【請求項６２】
エーロゲル−中空粒子バインダーが請求項４１〜６０のいずれか一項に記載の方法により製造されることを特徴とする請求項６１記載の方法。
【請求項６３】
前記絶縁ベース層が吹き付けにより基材に適用されることを特徴とする請求項６１又は６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記保護層が、吹き付けにより前記絶縁ベース層の表面に適用されることを特徴とする請求項６１〜６３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
前記保護層が、前記絶縁ベース層が湿っている間に当該絶縁ベース層の表面に適用されることを特徴とする請求項６１〜６４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
前記絶縁ベース層の厚さが約１〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項６１〜６５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
前記保護層がアクリル系バインダー、シリコーン含有バインダー、フェノール系バインダー又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項６１〜６６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
前記保護バインダーがアクリル系バインダーであることを特徴とする請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記保護バインダーが架橋したバインダーであることを特徴とする請求項６１〜６８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７０】
前記保護層がさらに沈降防止剤を含んで成ることを特徴とする請求項６１〜６９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７１】
前記保護層がさらに赤外線反射剤を含んで成ることを特徴とする請求項６１〜７０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７２】
前記赤外線反射剤が金属粒子を含んで成ることを特徴とする請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記金属粒子がアルミニウム粒子であることを特徴とする請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記保護層がさらに難燃剤を含んで成ることを特徴とする請求項６１〜７３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７５】
前記保護層の厚さが約１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６１〜７４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７６】
前記保護層がさらに補強繊維を含んで成ることを特徴とする請求項６１〜７５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７７】
前記保護層が疎水性エーロゲル粒子を実質的に含まないものであることを特徴とする請求項６１〜７６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エーロゲルと中空粒子バインダーの組成物、エーロゲルと中空粒子の絶縁複合材料、及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エーロゲルは、優れた熱及び音響絶縁性を提供することが知られている。エーロゲル絶縁材料は、乾燥した粒状エーロゲル組成物を圧縮することによって、又はエーロゲル粒子をバインダーと組み合わせることによって、凝集性粒状塊とすることにより製造されてきた。しかしながら、エーロゲル材料は、他の絶縁材料よりも製造及び使用するのが困難な場合があるため、より高価である。また、エーロゲル−バインダー組成物は、良好な熱及び音響絶縁性を提供する一方で、高温条件では摩耗や熱劣化に対する抵抗性をほとんど提供しない傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのため、エーロゲル絶縁複合材料の長所（例えば、良好な熱及び／又は音響絶縁性）の多くを提供し、より低いコストでより耐久性及び耐熱性を高めた絶縁物品を得ることが都合よいであろう。本発明は、そのような物品と、そのような物品の製造方法を提供する。本発明のこれら及び他の利点、並びにさらなる本発明の特徴は、以下に記載の本発明に関する説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、水性バインダー、疎水性エーロゲル粒子、中空の非多孔性粒子、及び、任意選択的に発泡剤、を含んで成る、から実質的に成る又はから成るエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供する。本発明は、また、（ａ）前記エーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んで成る、から実質的に成る又はから成る絶縁ベース層と、（ｂ）保護バインダー、及び、任意選択的に赤外線反射剤及び／又は補強繊維、を含んで成る、から実質的に成る又はから成る保護層、を含んで成る、から実質的に成る又はから成る絶縁複合材料を提供する。エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の製造方法も提供する。この方法は、（ａ）水性バインダー及び発泡剤を含んで成る、から実質的に成る又はから成るバインダー組成物を用意し、（ｂ）前記バインダー組成物を攪拌して発泡したバインダー組成物を用意し、（ｃ）前記発泡したバインダー組成物を疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子と組み合わせてエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供すること、を含む、から実質的に成る又はから成る。また、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の製造方法も提供する。この方法は、（ａ）水性バインダー、及び、任意選択的に発泡剤、を含んで成る、から実質的に成る又はから成るバインダー組成物を用意し、（ｂ）疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子を用意し、（ｃ）前記バインダー組成物、疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子を同時に基材に適用し、それにより前記バインダー組成物を前記疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子と混合してエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を形成すること、を含む、から実質的に成る又はから成る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
上記、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、水性バインダー、疎水性エーロゲル粒子、中空の非多孔性粒子、及び、任意選択的に発泡剤、を含んで成る、から実質的に成る又はから成る。
【０００６】
いかなる好適な疎水性エーロゲル粒子も本発明に対して使用できる。好適なエーロゲル粒子としては、有機エーロゲル粒子、例えばレソルシノール−ホルムアルデヒド又はメラミン−ホルムアルデヒドエーロゲル粒子、および無機エーロゲル粒子、例えば金属酸化物エーロゲル粒子（例えば、シリカ、チタニア及びアルミナのエーロゲル）が挙げられる。金属酸化物エーロゲル粒子、特にシリカエーロゲル粒子が好ましい。好適な疎水性エーロゲル粒子は市販されており、好適なエーロゲル粒子の製造方法も公知である（例えば、ＷＯ９９／３６３５５Ａ２、ＷＯ９９／３６３５６Ａ２、ＷＯ９９／３６４７９Ａ１、ＷＯ９８／４５２１０Ａ２、ＷＯ９８／４５０３５Ａ１、ＷＯ９８／４５０３２Ａ１、ＷＯ９６／１８４５６Ａ２参照）。
【０００７】
疎水性エーロゲル粒子は、当該疎水性エーロゲル粒子の熱伝導度を減少させる不透明化剤を含んで成ることが望ましい。いかなる好適な不透明化剤も使用でき、好適な不透明化剤としては、カーボンブラック、炭素繊維、チタニア、又は、例えばＷＯ９６／１８４５６Ａ２に記載されているような変性された炭素質成分が挙げられ、これらに限定されない。疎水性エーロゲル粒子は、繊維を含んでもよい。好適な繊維としては、以下の欄で述べるものが挙げられる。
【０００８】
使用される疎水性エーロゲル粒子のサイズは、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物を基材に適用（例えば、以下の欄で説明するような、絶縁複合材料の絶縁ベース層として）する際の望ましい厚さに幾分依存する。本発明の目的のために、用語「粒子サイズ」及び「粒子径」は同義的に用いる。一般的に、より大きなエーロゲル粒子ほど、より高い熱絶縁性を提供する。しかしながら、エーロゲル粒子は、水性バインダーが疎水性エーロゲル粒子を取り囲んでマトリックスを形成するように、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の層（例えば、絶縁複合材料の絶縁ベース層）の厚さよりも相対的に小さいことが必要である。ほとんどの用途で、約５ｍｍ以下（例えば、約０．０１〜５ｍｍ）の平均粒子径（質量平均）を有する疎水性エーロゲル粒子を使用することが適切である。好ましくは、疎水性エーロゲル粒子は、約３ｍｍ以下（例えば、約０．１〜３ｍｍ）又は約２ｍｍ以下（例えば、約０．５〜２ｍｍ又は約１〜１．５ｍｍ）の平均粒子径（質量平均）の平均粒子径（質量平均）を有する。本発明に対して使用される疎水性エーロゲル粒子は狭い粒子サイズ分布を有する。そのため、例えば、疎水性エーロゲル粒子の少なくとも約９５％（質量％）が約５ｍｍ以下（例えば、約０．０１〜５ｍｍ）、好ましくは約３ｍｍ以下（例えば、約０．０１〜３ｍｍ）、あるいは約２ｍｍ以下（例えば、約０．５〜２ｍｍ又は約１〜１．５ｍｍ）の粒子径を有することが好ましい。疎水性エーロゲル粒子がほぼ球形の形状を有することが望ましい。疎水性エーロゲル粒子の粒子径及び／又は形状は、当該粒子を、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物のその他の成分と組み合わせたときに、混合プロセス又は他の要因（例えば疎水性エーロゲル粒子が破壊され得ること）により変化し得る。従って、上記の全ての粒子サイズ及び形状は、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物のその他の成分と組み合わされる前の疎水性エーロゲル粒子の粒子サイズ及び形状を意味する。疎水性エーロゲル粒子が、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物のその他の成分と組み合わされた後に、そのように（すなわち、上記のように）組み合わせる前の疎水性エーロゲル絶縁粒子のサイズとほぼ同じ粒子サイズを有することが望ましい。
【０００９】
いかなる好適なタイプの中空の非多孔性粒子も本発明に対して使用でき、そのような中空の非多孔性粒子としては、微小球（microspheres）、マイクロバブル（microbubbles）、マイクロバルーン（microballoons）、セノスフェア（cenospheres）、及び当該技術で慣用されている用語で呼ばれているものが挙げられる。「非多孔性」なる用語は、本発明に関して用いられる場合、中空粒子の壁部が、当該粒子の内部空間にマトリックスバインダーを相当な程度まで入り込ませないことを意味する。「相当な程度」とは、中空の非多孔性粒子又は絶縁複合材料の熱伝導度を増加させる量を意味する。中空の非多孔性粒子は、有機及び無機材料を包含する任意の好適な材料から製造されたものであってよく、好ましくは比較的低い熱伝導度を有する材料から製造されたものである。有機材料としては、例えば、塩化ビニリデン／アクリロニトリル材料、フェノール系材料、尿素−ホルムアルデヒド材料、ポリスチレン材料、又は熱可塑性樹脂が挙げられる。無機材料としては、例えば、ガラス、シリカ、チタニア、アルミナ、石英、フライアッシュ、及びセラミック材料が挙げられる。さらに、上記の耐熱性の絶縁複合材料は、上記のタイプの中空非多孔性粒子のうちの任意のもの（例えば、無機及び有機の中空非多孔性粒子）の混合物を含んで成ることができる。中空粒子の内部空間は典型的には空気などの気体を含む（すなわち、中空粒子は、気体を封入した非多孔性材料の殻から成ることができる）。好適な中空の非多孔性粒子は市販されている。好適な中空の非多孔性粒子の例としては、Scotchlite（商標）ガラス微小球及びZeeospheres（商標）セラミック微小球（両方とも3M, Inc.製）が挙げられる。好適な中空の非多孔性粒子としては、気体を封入した熱可塑性樹脂の外殻から成るEXPANCEL（商標）（Akzo Nobel製）も挙げられる。
【００１０】
中空の非多孔性粒子のサイズは、当該エーロゲル−中空粒子バインダー組成物を使用する個々の用途（例えば、当該組成物を基材に適用する際の厚さ）に幾分依存する。本発明の目的のために、用語「粒子サイズ」及び「粒子径」は同義的に用いる。好ましくは、中空の非多孔性粒子は、当該中空の非多孔性粒子がエーロゲル粒子間の空間を埋めることができるように、疎水性エーロゲル粒子の平均粒子径よりも小さい平均粒子径（質量平均）を有する。エーロゲル粒子間の空間は、中空の非多孔性粒子以外にもバインダー又は他の固体材料で充填されるであろう。エーロゲル粒子間の固体材料（例えば、バインダー）を中空の非多孔性粒子で置き換えることによって、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物（例えば、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んで成る絶縁複合材料）の熱伝導度を、中空の非多孔性粒子が存在しない同一組成物よりも減少させることができる。ほとんどの用途で、約１ｍｍ以下（例えば、約０．０１〜１ｍｍ）の平均粒子径（質量平均）、例えば約０．５ｍｍ以下（例えば、約０．０１〜５ｍｍ、約０．０１５〜５ｍｍ、又は約０．０２〜０．５ｍｍ）の平均粒子径（質量平均）を有する中空の非多孔性粒子を使用することが好適である。典型的には、中空の非多孔性粒子は、約０．００１ｍｍ以上（例えば、約０．００５ｍｍ以上、又は約０．０１ｍｍ以上）の平均粒子径（質量平均）を有する。用途によっては、中空非多孔性粒子の平均粒子径に対する疎水性エーロゲル粒子の平均粒子径の比が少なくとも約８：１、例えば少なくとも約１０：１、あるいは少なくとも約１２：１であることが望ましい。
【００１１】
本発明に対して使用される中空の非多孔性粒子は狭い粒子サイズ分布を有することが望ましい。そのため、中空の非多孔性粒子の少なくとも約９５％（質量％）が、約１ｍｍ以下（例えば、約０．０１〜１ｍｍ）、あるいは約０．５ｍｍ以下（例えば、約０．０１５〜５ｍｍ、又は約０．０２〜０．５ｍｍ）の平均粒子径（質量平均）を有する中空の非多孔性粒子を使用することが好ましい。
【００１２】
任意の量の疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子をエーロゲル−中空粒子バインダー組成物において使用できる。たとえば、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、疎水性エーロゲル粒子と中空の非多孔性粒子とを、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の全液体／固体容量を基準として約５〜９９容量％の合計量で含むことができる。エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の全液体／固体容量は、絶縁ベース層の組み合わされた液体及び固体成分（例えば、疎水性エーロゲル粒子、中空の非多孔性粒子、バインダー、発泡剤など）の容量を測定することにより求められる。エーロゲル−中空粒子バインダー組成物（例えば、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物のバインダー）を発泡させるべき場合には、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の全液体／固体容量は、発泡前の絶縁ベース層の組み合わされた液体及び固体成分の容量に等しい。当然のことながら、疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子の割合が増加するにつれて、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の熱伝導度は減少し、そのため、より高い熱絶縁性能が得られる。しかしながら、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の機械的強度及び結合性は、疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子の割合が増大するにつれて、使用される水性バインダーの相対量が減少するために、減少する。そのため、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物において、エーロゲル粒子及び中空非多孔性粒子を合計約５０〜９５容量％、より好ましくは約７５〜９０容量％使用することが往々にして望ましい。
【００１３】
エーロゲル−中空粒子バインダー組成物において使用される中空の非多孔性粒子及び疎水性エーロゲル粒子の相対量は、最終製品に望まれる特性に応じて調節できる。当該組成物中に存在する疎水性エーロゲル粒子の量が、存在する中空の非多孔性粒子の量に対して増加するにつれて、熱伝導度は減少し、当該組成物の熱絶縁性能が向上する。しかしながら、エーロゲル材料は中空の非多孔性粒子よりも高価であり、かつ、耐久性が低いので、材料にかかる費用が増大し、材料の機械的強度及び耐久性が減少すると予想される。ほとんどの用途に対して、ほぼ等量（質量で）の中空の非多孔性粒子及び疎水性エーロゲル粒子（例えば、中空の非多孔性粒子に対する疎水性エーロゲル粒子の比で約８０：２０〜約２０：８０、又は約６０：４０〜４０：６０、例えば約５０：５０）を使用することが好適である。
【００１４】
いかなる好適な水性バインダーも本発明において使用できる。水性バインダーなる用語は、本明細書で用いる場合に、乾燥される前に、水分散性又は水溶性であるバインダーを意味する。従って、水性バインダーなる用語は、湿潤又は乾燥状態にある水性バインダー（例えば、水性バインダーを乾燥もしくは硬化させる前又は乾燥もしくは硬化させた後の状態、その状態では、当該バインダーはもはや水を含まない場合がある）を指すために用いるけれども、当該水性バインダーが乾燥又は硬化した後では、当該水性バインダーは、水に分散性又は水溶性のものでないことができる。選択された特定の水性バインダーは、相当な程度まで疎水性エーロゲル粒子の表面に浸入しないものであるべきである。好ましい水性バインダーは、乾燥後に耐水性バインダー組成物を提供するものである。好適な水性バインダーとしては、例えば、アクリル系バインダー、シリコーン含有バインダー、フェノール系バインダー、酢酸ビニルバインダー、エチレン−酢酸ビニルバインダー、スチレン−アクリレートバインダー、スチレン−ブタジエンバインダー、ポリビニルアルコールバインダー、及びポリ塩化ビニルバインダー、並びにアクリルアミドバインダー、さらには、これらの混合物及びコポリマーが挙げられる。バインダーは、単独で、又は好適な架橋剤と組み合わせて使用できる。好ましい水性バインダーは水性アクリル系バインダーである。
【００１５】
エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は任意の量の水性バインダーを含むことができる。例えば、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、絶縁ベース層の全液体／固体容量を基準として１〜９５容量％の水性バインダーを含むことができる。当然のことながら、水性バインダーの割合が増加するにつれて、エーロゲル粒子及び中空非多孔性粒子の割合は必然的に減少し、その結果、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の熱伝導度は増加する。そのため、望ましい程度の機械的強度を達成するために、必要最低限の水性バインダーを使用することが望ましい。ほとんどの用途に対して、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、約１〜５０容量％の水性バインダー、又は５〜２５容量％の水性バインダー、あるいは約５〜１０容量％の水性バインダーを含む。
【００１６】
エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は好ましくは発泡剤を含む。特定の理論に縛られるわけではないが、発泡剤は疎水性エーロゲル粒子及び／又は中空非多孔性粒子と水性バインダーとの間の接着性を高めると考えられる。また、発泡剤は、水性バインダーの流動学的特性を改善し（例えば、霧化可能なものとして利用する場合）、特に、疎水性エーロゲル粒子及び／又は中空の非多孔性粒子の導入の前又は後にバインダーと発泡剤の組み合わせたものを攪拌又は混合（例えば、起泡）することによって発泡させることができる。けれども、バインダーを発泡させずに発泡剤を使用してもよい。さらに、発泡したバインダーは、非発泡組成物よりも低い密度を有する発泡エーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供するために都合よく使用できる。
【００１７】
発泡剤を使用すると、攪拌又は混合によりバインダーを発泡させることができるが、当然のことながら、発泡剤を使用して又は使用せずに他の方法を用いてバインダーを発泡させることができる。例えば、圧縮ガス又は噴射剤を使用してバインダーを発泡させることができ、あるいは、バインダーをノズル（例えば、高せん断又は乱流を生じるノズル）に通すことにより発泡させることができる。
【００１８】
いかなる好適な発泡剤をエーロゲル−中空粒子バインダー組成物において使用できる。好適な発泡剤としては、発泡を促進する界面活性剤（例えば、非イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤及び両性イオン界面活性剤）、並びに他の市販の発泡促進剤、又はそれらの混合物が挙げられ、これらに限定されない。そのような発泡が望ましい場合には、発泡剤は、水性バインダーを発泡させることができるのに十分な量で存在すべきである。好ましくは約０．１〜５質量％、例えば、約０．５〜２質量％の発泡剤が使用される。
【００１９】
乾燥後のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物の熱伝導度は、絶縁ベース層を提供するために使用される個々の配合に幾分依存する。好ましくは、絶縁ベース層は、乾燥後に約４５ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導度を有するように配合され、より好ましくは約４２ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以下、あるいは約４０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以下（例えば、約３５ｍＷ／（ｍ・Ｋ））の熱伝導度を有するように配合される。
【００２０】
同様に、乾燥後のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物の密度は、使用される個々の配合に幾分依存する。好ましくは、絶縁ベース層は、乾燥後に、約０．５ｇ／ｃｍ3 以下、好ましくは約０．３ｇ／ｃｍ3 以下、例えば約０．２ｇ／ｃｍ3 以下、あるいは約０．１ｇ／ｃｍ3 以下（例えば、約０．０５ｇ／ｃｍ3 以下）の密度を有するように配合される。
【００２１】
エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、補強繊維を含んでもよい。補強繊維は、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物にさらなる機械的強度を与えることができ、それ故、当該バインダー組成物を含んでなる耐熱性絶縁複合材料にさらなる機械的強度を与えることができる。いかなる好適なタイプの繊維も使用でき、例えば、ガラス繊維、アルミナ、リン酸カルシウムミネラルウール、ウォラストナイト、セラミック、セルロース、カーボン、綿、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリアラミド、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＥＥＫ、ポリプロピレン、及び他のタイプのポリオレフィン、又はこれらの混合物を使用できる。好ましい繊維は、熱及び火炎に対して抵抗性であり、呼吸により吸い込み得る破片を有しない繊維も好ましい。繊維は、赤外線を反射するタイプのもの、例えば炭素繊維、金属化繊維、又は他の好適な赤外線反射性材料の繊維であることができる。繊維は任意の好適な長さの個別のストランドの形態にあることができ、例えば、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の他の成分と共に繊維を基材上に吹き付けることによって（例えば、吹き付け前に繊維をエーロゲル−中空粒子バインダーのその他の成分のうちの１種以上と混合することによって、あるいは別々に繊維を基材に吹き付けることによって）、繊維を適用できる。代わりに、繊維は、ウェブ又は網状であってもよく、これを例えば基材に適用し、そしてエーロゲル−中空粒子バインダー組成物のその他の成分を、そのウェブ又は網状物の上に吹き付け、塗布、あるいは他の方法で適用することができる。繊維は、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物を使用しようとする個々の用途にとって望ましい量の機械的強度を得るのに十分な任意の量で使用できる。典型的には、繊維は、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の質量を基準として約０．１〜５０質量％、望ましくは約１〜２０質量％、例えば約２〜１０質量％の量で存在する。
【００２２】
絶縁複合材料
本発明の絶縁複合材料は、（ａ）上記のようなエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んで成る、から実質的に成る又はから成る絶縁ベース層と、（ｂ）保護バインダー、及び、任意選択的に赤外線反射剤及び／又は補強繊維、を含んで成る、から実質的に成る又はから成る保護層、を含んで成る、から実質的に成る又はから成る。
【００２３】
この絶縁ベース層は、いかなる望ましい厚さを有していてもよい。より厚い絶縁ベース層を含んで成る絶縁複合材料ほどより高い熱及び／音響絶縁特性を有する。しかしながら、本発明の絶縁複合材料は比較的薄い絶縁ベース層の使用を可能にすると同時に優れた熱及び／又は音響絶縁特性も提供する。ほとんどの用途に対し、厚さ約１〜１５ｍｍ、例えば厚さ約２〜６ｍｍの絶縁ベース層は、適切な絶縁を提供する。
【００２４】
保護層は、絶縁複合材料に高度の機械的強度を付与し、及び／又は１つ以上の環境要因（例えば、熱、湿度、摩耗、衝撃など）による劣化から絶縁ベース層を守る。保護バインダーは、絶縁複合材料が曝されるであろう特定の条件に対して耐性があるいかなる好適なバインダーであってもよい。従って、バインダーの選択は、絶縁複合材料に望まれる特定の特性に幾分依存する。保護バインダーは、絶縁ベース層の水性バインダーと同じものであっても異なるものであってもよい。好適なバインダーとしては、水性及び非水性の天然及び合成バインダーが挙げられる。そのようなバインダーの例としては、本明細書中で先に述べたような絶縁ベース層において使用するのに好適な水性バインダーの任意のもの、並びに非水性バインダーが挙げられる。好ましいバインダーは、水性バインダー、例えば水性アクリル系バインダーである。特に好ましいものは、自己架橋性のバインダー、例えば自己架橋性のアクリル系バインダーである。保護層は、中空の非多孔性粒子を実質的に又は完全に含まないものであることができ、好ましくはエーロゲル粒子を実質的に又は完全に含まない。エーロゲル粒子及び／又は中空の非多孔性粒子を実質的に含まないとは、保護層が約２０容量％以下、例えば約１０容量％以下、あるいは約５容量％以下（例えば、１容量％以下）のエーロゲル粒子及び／又は中空の非多孔性粒子を含むことを意味する。
【００２５】
赤外線反射剤は、赤外線を反射するかさもなくば遮断するいかなる化合物又は組成物であってもよく、そのような化合物又は組成物としては、不透明化剤、例えばカーボンブラック、炭素繊維、チタニア（ルチル）、及び金属及び非金属の粒子、繊維、顔料、並びにこれらの混合物が挙げられる。好ましい赤外線反射剤としては、金属の粒子、顔料及びペースト、例えばアルミニウム、ステンレススチール、銅／亜鉛合金、及び銅／クロム合金が挙げられる。アルミニウム粒子、顔料及びペーストが特に好ましい。赤外線反射剤が保護バインダー中で沈降するのを防ぐために、保護層は沈降防止剤を含むと都合よい。好適な沈降防止剤としては、市販されているヒュームド金属酸化物、クレー、及び有機沈殿防止剤が挙げられる。好ましい沈降防止剤はヒュームド金属酸化物、例えばヒュームドシリカ、及びクレー、例えばヘクトライトである。保護層は、湿潤剤、例えば非発泡性界面活性剤を含んでもよい。
【００２６】
保護層の好ましい配合物は補強繊維を含む。補強繊維は、保護層の機械的強度をさらに高めることができ、そのため、耐熱性絶縁複合材料の機械的強度をさらに高めることができる。いかなる好適なタイプの繊維も使用でき、例えば、ガラス繊維、アルミナ、リン酸カルシウム、ミネラルウール、ウォラストナイト、セラミック、セルロース、カーボン、綿、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリアラミド、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、ＰＥＥＫ、ポリプロピレン、及び他のタイプのポリオレフィン、又はこれらの混合物を使用できる。好ましい繊維は、熱及び火炎に対して抵抗性であり、呼吸により吸い込み得る破片を有しない繊維も好ましい。繊維は、赤外線を反射するタイプのものであることができ、先に述べた赤外線反射剤に加えて、あるいは赤外線反射剤の代わりに使用できる。例えば炭素繊維又は金属化繊維を使用でき、これらは両方とも補強と赤外線反射性を提供する。繊維は任意の好適な長さの個別のストランドの形態にあることができ、例えば、保護層のその他の成分とともに繊維を絶縁ベース層上に吹き付けることによって（例えば、吹き付け前に繊維を保護層のその他の成分のうちの１種以上と混合することによって、あるいは別に繊維を絶縁ベース層上に吹き付けることによって）、繊維を適用できる。代わりに、繊維は、ウェブ又は網状であってもよく、これを例えば絶縁ベース層に適用することができ、そして保護層のその他の成分を、そのウェブ又は網状物の上に吹き付け、塗布、あるいは他の方法で適用することができる。繊維は、絶縁複合材料を使用しようとする個々の用途にとって望ましい量の機械的強度を得るのに十分な任意の量で使用できる。典型的には、繊維は、保護層と赤外線反射剤の質量を基準として約０．１〜５０質量％、望ましくは約１〜２０質量％、例えば約２〜１０質量％の量で存在する。
【００２７】
保護層の厚さは、望まれる保護と強度の程度に幾分依存する。保護層はいかなる厚さを有していてもよいが、絶縁複合材料の厚さを最低限に保ち、それにより保護層の厚さを個々の用途に対して適切な量の保護を提供するのに必要な最低限の量に薄くすることが往々にして望ましい。一般的に、適切な保護は、厚さ約１ｍｍ以下の保護層により提供できる。
【００２８】
絶縁複合材料の熱伝導度は、絶縁ベース層の個々の配合に基本的に依存するが、保護層の配合もいくらかの効果を有する場合がある。好ましくは、絶縁複合材料は、乾燥後に約４５ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導度を有するように配合され、より好ましくは約４２ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以下、あるいは約４０ｍＷ／（ｍ・Ｋ）以下（例えば、約３５ｍＷ／（ｍ・Ｋ））の熱伝導度を有するように配合される。
【００２９】
本発明により提供される絶縁複合材料は、耐熱性であることが望ましい。「耐熱性」なる用語は、本発明の絶縁複合材料を説明するために用いる場合に、絶縁複合材料が高温条件下で実質的に劣化しないことを意味する。絶縁複合材料が本発明の範囲内で耐熱性であると見なされるのは、高温条件に１時間曝された後、絶縁複合材料がその元の質量の少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％、さらに好ましくは少なくとも約９８％、あるいは全てを保持する場合である。具体的には、この高温条件は、トンネルを形成するように周りに配置された薄いアルミニウム板を用いて熱風送風機（ドイツ国のSteinel GmbH製のHG3002 LCD）に接続された２５０Ｗ加熱要素（ドイツ国のEdmund Buhler GmbH製のIRB）を使用して提供されるようなものである。絶縁複合材料は、この加熱要素から約２０ｍｍの距離で高温条件（保護層が発熱要素と対向する）に曝され、熱風送風機（最高送風設定及び最低加熱設定）は、加熱要素と絶縁複合材料との間の空気の連続流をもたらす。絶縁複合材料がそのような条件下で視覚的に劣化しないことが望ましい。
【００３０】
特定の燃焼性分類の条件下で絶縁複合材料を使用しようとする場合、例えば、絶縁複合材料が直火又は極度に高温の条件に曝されるおそれのある場合には、絶縁複合材料が好適な難燃剤を含むことが望ましい。難燃剤は、当該絶縁複合材料の絶縁ベース層及び／又は保護層中に含めることができる。好適な難燃剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ポリリン酸アンモニウム及び様々なリン含有物質、並びに他の市販の難燃剤及び膨張剤が挙げられる。
【００３１】
エーロゲル−中空粒子バインダー組成物又は絶縁複合材料（例えば、絶縁複合材料の絶縁ベース層及び／又は保護層）は、他の成分、例えば当該技術分野で知られている様々な添加剤のうちの任意のものをさらに含んでもよい。そのような添加剤の例としては、流動性調節剤及び増粘剤、例えばヒュームドシリカ、ポリアクリレート、ポリカルボン酸、セルロースポリマー、並びに天然ガム類、スターチ類及びデキストリン類が挙げられる。他の添加剤としては、バインダー系を疎水性エーロゲル粒子中に相当な程度に浸入させないような量で使用されることを条件として、必要に応じて、溶剤及び補助溶剤、並びにワックス類、界面活性剤、並びに硬化剤及び架橋剤が挙げられる。
【００３２】
エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、どのような好適な方法によっても提供できる。例えば、疎水性エーロゲル粒子、中空の非多孔性粒子及び水性バインダーを、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物を形成する任意の好適な方法によって組み合わせることができ、次いでエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を、例えばエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を基材上に塗布する、押出す又は吹き付けることによって、基材に適用することができる。
【００３３】
しかしながら、好ましくは、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、本発明の別の方法によっても提供できる。特に、本発明のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物の製造方法は、（ａ）水性バインダー及び発泡剤を含んで成る、から実質的に成る又はから成るバインダー組成物を用意し、（ｂ）前記バインダー組成物を攪拌して発泡したバインダー組成物を用意し、（ｃ）前記発泡したバインダー組成物を疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子と組み合わせてエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供すること、を含む、から実質的に成る又はから成る。このように製造されたエーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、次いで基材に適用できる。
【００３４】
代わりに、本発明の別の態様によると、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、（ａ）水性バインダー、及び、任意選択的に発泡剤、を含んで成る、から実質的に成る又はから成るバインダー組成物を用意し、（ｂ）疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子を用意し、（ｃ）前記バインダー組成物、疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子を同時に基材に適用し、それにより前記バインダー組成物を前記疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子と混合してエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供すること、を含む、から実質的に成る又はから成る方法により提供できる。
【００３５】
上記バインダー組成物、疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子は、任意の好適な方法により、例えばこれら構成成分を基材上に塗布する又は好ましくは吹き付けることにより本発明に従って（例えば、一緒に又は別々に）基材に適用することができる。「同時に適用する」とは、バインダー組成物、疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子を同時に基材に別々に供給することを意味し、その際、それらの構成成分は、供給プロセスの間に混合される（例えば、流路内又は基材表面上で混合される）。これは、例えば、疎水性エーロゲル粒子、中空の非多孔性粒子及びバインダー組成物を基材上に同時に吹き付けることにより達成できる。その際、バインダー組成物、疎水性エーロゲル粒子および中空の非多孔性粒子は別々の流路を通じて供給される。組み合わされたエーロゲル−中空粒子バインダー組成物が基材に供給されるように吹き付け装置内で流路を合流させても、あるいは疎水性エーロゲル粒子及び中空非多孔性粒子が、それら各組成物が基材に達するまでバインダー組成物と組み合わされないように流路を完全に分けてもよい。
【００３６】
この点について、本発明は、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の製造方法及びその方法により製造される組成物を提供する。本発明により製造される組成物は、絶縁複合材料の絶縁ベース層を提供するために使用することも、あるいは他の目的のために使用することもできる。疎水性エーロゲル粒子及び中空の非多孔性粒子をそれらのプロセス工程に従ってバインダー組成物と組み合わせることによって、独特ではないにしても望ましい特性を有するエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供できる。このエーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、本発明のさらなる態様である。特に、特定の理論に縛られるわけではないが、本発明に従って製造されるエーロゲル−中空粒子バインダー組成物はエーロゲル粒子及び／又は中空の非多孔性粒子を濡らす傾向が小さく、それによりエーロゲル粒子及び／又は中空の非多孔性粒子が組成物から分離する傾向を抑える。また、本発明の方法は、バインダーに対してエーロゲル及び中空非多孔性粒子を高い比で使用することを可能にする。これによりエーロゲル−中空粒子バインダー組成物の熱的性能は向上し、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の密度は減少する。さらに、本発明の方法は、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物の用途及び利用に融通性を持たせることを可能にする吹き付け可能なエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を提供する。疎水性エーロゲル粒子、中空の非多孔性粒子、バインダー組成物、及び発泡剤は、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物及び絶縁複合材料に関して先に述べたようなものである。
【００３７】
バインダーは、単独で又は発泡剤との組み合わせで、好ましくは攪拌又は混合により発泡され、他の発泡剤を使用することができる。例えば、圧縮ガス又は噴射剤を使用してバインダーを発泡させることができ、あるいは、バインダーをノズル（高せん断又は乱流を生じるノズル）に通すことによりバインダーを発泡させることができる。
【００３８】
本発明は、（ａ）本明細書で先に述べたようなエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んで成る、から実質的に成る又はから成る絶縁ベース層を基材上に提供し、（ｂ）保護バインダー、及び、任意選択的に赤外線反射剤及び／又は補強繊維、を含んで成る、から実質的に成る又はから成る保護層を絶縁ベース層の表面に適用すること、を含んで成る、から実質的に成る又はから成る、絶縁複合材料の製造方法も提供する。保護層の構成成分は本明細書で先に述べたようなものである。好ましくは、保護層の構成成分は、混合によって組み合わされると保護コーティング組成物を提供し、この組成物は、次いで、任意の好適な方法、例えば、塗布又は吹き付けによって絶縁ベース層の表面に適用される。
【００３９】
保護層を絶縁ベース層に接着させるために接着剤又はカップリング剤を使用してもよいが、絶縁ベース層又は保護層中のバインダーが望ましい接着性を提供することができるため、本発明によればそのような接着剤は必要でない。保護層は、絶縁ベース層が湿っている間に絶縁ベース層に適用されることが好ましいが、絶縁ベース層が乾燥した後に適用されてもよい。絶縁複合材料（例えば、絶縁複合材料の絶縁ベース層及び／又は保護層）又はエーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、周囲条件下又は加熱により、例えばオーブン内での加熱により乾燥できる。
【００４０】
利用及び最終用途
本発明の絶縁複合材料及びエーロゲル−中空粒子バインダー組成物並びにそれらの製造方法は、当然のことながら、いかなる適切な目的に対しても使用できる。しかしながら、本発明の絶縁複合材料及びエーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、熱安定性、機械的強度及び／又は利用形態の融通性を備えた絶縁を必要とする用途に特に適している。例えば、好ましい配合、特に吹き付け可能な配合の絶縁複合材料及びエーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、表面を高温から絶縁するのに有用であり、従来の方法では保護するのが困難であるかあるいは費用がかかるであろう表面に容易に適用できる。そのような用途の例としては、原動機付きの乗り物又は装置の様々な部品、例えば、エンジンコンパートメント、防火壁、燃料タンク、ステアリングコラム、オイルパン、トランク、及びスペアタイヤ、あるいは原動機付きの乗り物又は装置の他の部品が挙げられる。絶縁複合材料は、原動機付きの乗り物の底部を絶縁するのに特に適し、排気系付近の部品用のシールドとして特に適する。当然のことながら、本発明の絶縁複合材料及びエーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、多くの他の用途で絶縁を提供するために使用できる。例えば、絶縁複合材料及びエーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、パイプ、壁面、及び加熱又は冷却ダクトを絶縁することに使用できる。絶縁複合材料及びエーロゲル−中空粒子バインダー組成物の好ましい配合物は吹き付け可能な配合物であるが、絶縁複合材料及びエーロゲル−中空粒子バインダー組成物は、タイル、パネル又は様々な造形品などの絶縁製品を提供するために、押出又は成形することもできる。この点に関し、本発明は、本発明の絶縁複合材料又はエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んでなる基材、例えば先に述べたもののいずれか、並びに当該絶縁複合材料、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物のいずれかを使用することを含む基材を絶縁する方法、又はそれらの製造もしくは使用方法も提供する。
【００４１】
以下の実施例により本発明をさらに説明するが、当然のことながら、決して本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきでない。
【実施例】
【００４２】
実施例１
この例は、本発明のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物の製造及び性能を示すものである。
【００４３】
２００ｇの水性アクリルバインダー（ドイツ国所在のLefatex Chemie GmbH製のLEFASOL（商標）168/1）、１．７ｇの発泡剤（ドイツ国所在のClariant GmbH製のHOSTAPUR（商標）OSB）及び３０ｇのポリリン酸アンモニウム難燃剤（ドイツ国所在のClariant GmbH製のEXOLIT（商標）AP420）を通常のミキサー内で組み合わせることによりバインダー組成物を製造した。このバインダー組成物を、３ｄｍ3 の発泡したバインダー組成物が得られるまで混合した。その後、５０ｇの不透明な疎水性エーロゲルビーズ（ドイツ国所在のCabot Nanogel GmbH製のNANOGEL（商標）ビーズ）及び５０ｇのガラス微小球（ミネソタ州所在の3M, Inc.製のB23/500）を、容量を３ｄｍ3 に保つために混合しながら徐々に加えることにより、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物（試料１Ａ）を用意した。
【００４４】
組成物が、エーロゲル粒子を含まない１００ｇのガラス微小球を含んでいたこと（試料１Ｂ）、あるいはガラス微小球を含まない１００ｇの不透明なエーロゲル粒子を含んでいたこと（試料１Ｃ）を除き、試料１Ａと同様にさらに２つの組成物を製造した。これら試料の各々を、スパチュラを用いて１．５ｃｍの深さを有する２５ｃｍ×２５ｃｍの枠に適用した。枠にアルミニウム箔を裏打ちした。組成物を１３０℃で２時間乾燥させた。組成物を冷却した後、２０ｃｍ×２０ｃｍの試料を枠から切り出し、LAMBDA CONTROL（商標）A50熱伝導度測定器（ドイツ国所在のHesto Elektronik GmbH製）を使用して、上側プラテン温度を３６℃とし、下側プラテン温度を１０℃として、各試料の熱伝導度を測定した。試料の密度は、各試料の質量をその大きさで割ることにより求めた。これらの結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2005525454.tif 000002
【００４６】
これらの結果から、本発明に従って、良好な熱伝導度及び低い密度を有するエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を製造できることが判る。
【００４７】
実施例２
この例は、本発明のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物の製造及び性能を示すものである。
【００４８】
２００ｇの水性アクリルバインダー（ドイツ国所在のWorlee Chemie GmbH製のWORLEECRYL（商標）1218）、１．２ｇの発泡剤（ドイツ国所在のClariant GmbH製のHOSTAPUR（商標）OSB）及び１０ｇの水を、Oakes発泡機（ニューヨーク州ハウパウジ（Hauppauge）所在のE.T. Oakes Corporationから入手可能）内で、１０００ｒｐｍのロータ−ステータ速度、キャパシティ約２５％のポンプ速度及び約２．４ｄｍ3 ／分の空気流を用いて組み合わせることによりバインダー組成物を製造した。その後、８０ｇの不透明な疎水性エーロゲルビーズ（ドイツ国所在のCabot Nanogel GmbH製のNANOGEL（商標）ビーズ）及び５ｇの熱可塑性樹脂微小球（Akzo Nobel製のEXPANCEL（商標）091 DE 40 d30微小球）を、混合物の容量を保つために通常の混合機を使用して徐々に加えることにより、エーロゲル−中空粒子バインダー組成物（試料２Ａ）を用意した。
【００４９】
異なる中空非多孔性粒子組成物を使用したことを除き、試料２Ａと同様にさらに３つの組成物を製造した。具体的には、試料２Ｂの中空非多孔性粒子は３３．３ｇのEXPANCEL（商標）551 WE 40 d36微小球（これもAkzo Nobel製）及び８０ｇの不透明な疎水性エーロゲルビーズから成っていた。試料２Ｃの中空非多孔性粒子は、５ｇのEXPANCEL（商標）091 DE 40 d30微小球、４０ｇのNANOGEL（商標）ビーズ及び４５ｇのＢ２３／５００ガラス微小球（ミネソタ州所在の3M, Inc.製）から成っていた。最後に、試料２Ｄの中空非多孔性粒子は、３３．３ｇのEXPANCEL（商標）551 WE 40 d36微小球、４０ｇのNANOGEL（商標）ビーズ及び４５ｇのＢ２３／５００ガラス微小球から成っていた。これら試料の各々を、スパチュラを用いて１．５ｃｍの深さを有する２５ｃｍ×２５ｃｍの枠に適用した。枠にアルミニウム箔を裏打ちした。組成物を１３０℃で２時間乾燥させた。組成物を冷却した後、２０ｃｍ×２０ｃｍの試料を枠から切り出し、LAMBDA CONTROL（商標）A50熱伝導度測定器（ドイツ国所在のHesto Elektronik GmbH製）を使用して、上側プラテン温度を３６℃とし、下側プラテン温度を１０℃として、各試料の熱伝導度を測定した。試料の密度は、各試料の質量をその大きさで割ることにより求めた。これらの結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
これらの結果から、異なる中空非多孔性粒子の混合物を使用して、本発明のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物が得られることが判る。これら組成物により形成された基材は低い熱伝導度及び低い密度を示す。
【００５２】
実施例３
この例は、保護層と、絶縁ベース層としての本発明のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物とを含んで成る絶縁複合材料の耐熱性を示すものである。
【００５３】
５８ｇの水性アクリルバインダー（ドイツ国所在のWorlee Chemie GmbH製のWORLEECRYL（商標）1218）と２２．６ｇのヒュームドシリカ沈降防止剤（マサチューセッツ州所在のCabot Corporation製のCAB-O-SPERSE（商標））及び赤外線反射剤としての１９．４ｇのアルミニウム顔料ペースト（ドイツ国所在のEckart GmbH製のSTAPA（商標）Hydroxal WH 24 n.l.）を組み合わせることによりコーティング組成物を製造した。磁気攪拌機を使用して混合物を穏やかに混合した。次に、コーティング組成物を実施例２のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物（試料２Ａ〜２Ｄ）に厚さが約１ｍｍになるよう適用し、絶縁複合材料（それぞれ試料３Ａ〜３Ｄ）を得た。
【００５４】
それら絶縁複合材料の各々を、次に、絶縁複合材料の耐熱性を求めるように設計された装置内に入れた。具体的には、この装置は、熱風送風機（ドイツ国所在のSteinel GmbH製のHG3002 LCD）に接続された２５０Ｗの加熱要素（ドイツ国所在のEdmund Buhler GmbH製のIRB）を具備し、薄いアルミニウムパネルを、トンネルを形成するように装置の周囲に配置した。絶縁複合材料を、上記加熱要素から約２０ｍｍの距離で高温条件に約３０分間曝し（保護層を加熱要素に対向させた）、熱風送風機（最高送風設定、かつ、最低加熱設定）により加熱要素と絶縁複合材料の間に空気の連続流を供給した。絶縁複合材料の裏側の温度を試験中に追跡し、最大持続温度を求めた。これらの測定の結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
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【００５６】
これらの結果から、保護層及び本発明のエーロゲル−中空粒子バインダー組成物を含んでなる絶縁複合材料が耐熱性であり、高温条件下で良好な絶縁特性を示すことが判る。
【００５７】
本明細書で引用した、刊行物、特許出願及び特許を含む全ての参考文献は、あたかも各参考文献が引用により含まれていると個別にかつ具体的に示され、また、その全体が本明細書に記載されているかのと同じ程度に、引用により本明細書に含まれていることにする。
【００５８】
「１つ」及び「前記」なる用語及び本発明を説明する文脈中（特に、特許請求の範囲の文脈中）での同様な指示対象の使用は、本明細書で特に断らない限り又は文脈と明らかに矛盾しない限り、単数及び複数の両方を包含すると解釈されたい。「含んで成る」、「有する」、「包含する」及び「含有する」なる用語は、特に断らない限り、無制限の用語（すなわち、「…が挙げられ、これらに限定されない」ことを意味する）として解釈されるべきである。本明細書に記載の数値範囲の詳細は、本明細書で特に断らない限り、その範囲に含まれる各個々の値を個別に指すための簡便な方法として機能することをたんに意図したものであり、各個々の値は、あたかも個別に本明細書に記されているかのように、本明細書に含まれている。本明細書に記載した全ての方法は、本明細書で特に断らない限り又は文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実施できる。本明細書に記載のありとあらゆる例又は例示的言葉遣い（例えば、「例えば〜などの」）は、本発明をよりはっきりと説明することを単に意図したものであり、特許請求の範囲に特に断らない限り本発明の範囲に対する制限をもたらすものではない。本明細書中にない言葉遣いは、本発明の実施化に必須のものとしては特許請求の範囲に記載されていない要素を示すと解釈されるべきである。
【００５９】
発明を実施することに関して本発明者に知られた最良の形態を包含する本発明の好ましい態様は、本明細書に記載されている。これらの好ましい態様のバリエーションは、上記の説明を読めば、当業者に明らかになるであろう。本発明者は、当業者がそのようなバリエーションを必要に応じて用いることを予想し、また、本発明者は、本明細書に具体的に説明したものとは別のやり方で本発明を実施することも意図している。従って、本発明は、適用可能な法律によって許されたものとして、添付の特許請求の範囲に記載の主題の全ての変更な態様及び等価な態様を含む。さらに、本発明は、本明細書で特に断らない限り又は文脈と明らかに矛盾しない限り、全ての可能なバリエーションで上記要素のいかなる組み合わせも包含する。
【国際調査報告】
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