(57)【要約】【課題】水性環境で好ましい性能を有し、好ましい燃焼及び自己加熱の性質をまた有する、耐久性があって扱いが容易なエアロゲル組成物を提供する。【解決手段】本開示は、耐久性があり扱いが容易であり、水性環境で好ましい性能を有し、及び好ましい燃焼及び自己加熱の性質をまた有する、エアロゲル組成物を提供する。また提供されるのは、耐久性があり扱いが容易であり、水性環境で好ましい性能を有し、及び好ましい燃焼及び自己加熱の性質を有する、エアロゲル組成物を調製する方法である。さらに提供されるのは、エアロゲル組成物の疎水性、液水吸収、燃焼熱、又は熱分解開始点の温度を改善する方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）シリカゲル前駆体材料及び溶媒を含む前駆体溶液を提供する工程と、
ｂ）前記前駆体溶液を繊維強化材料と組み合わせる工程と、
ｃ）前記前駆体溶液中の前記シリカゲル前駆体材料をゲル組成物に遷移させて、繊維強化シリカ系ゲル複合体を形成する工程と、
ｄ）前記繊維強化シリカ系ゲル複合体から溶媒の少なくとも一部を抽出して、第１繊維強化シリカ系エアロゲル複合体を得る工程と、
ｅ）前記第１繊維強化シリカ系エアロゲル複合体を、５００〜７００℃の温度で減酸素雰囲気中で１つ又は複数の熱処理にさらして、第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体を得る工程と
を含み、工程ｅ）の前に、少なくとも１つの疎水結合ケイ素を前記第１繊維強化シリカ系エアロゲル複合体に組み入れることをさらに含み、
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が、４０ｗｔ％以下の液水吸収を有する、方法。
【請求項２】
少なくとも１つの疎水結合ケイ素を含む第１繊維強化シリカ系エアロゲル複合体を、５００〜７００℃の温度で減酸素雰囲気中で１つ又は複数の熱処理にさらして、第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体を得ることを含む方法であって、前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が、以下の性質、ｉ）４０ｗｔ％以下の液水吸収と、ｉｉ）５００℃以上の疎水性有機材料の熱分解開始点とを有する、方法。
【請求項３】
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が以下の性質、ｉｉｉ）７１７ｃａｌ／ｇ以下の燃焼熱と、ｉｖ）１５ｍＷ／Ｍ・Ｋ〜４０ｍＷ／Ｍ・Ｋの熱伝導度とを有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記繊維強化材料がシート状の繊維強化材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
あらゆるエアロゲル複合体の減酸素雰囲気中でのあらゆる熱処理が、７００℃未満の温度に制限される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が、１ｗｔ％〜１５ｗｔ％の疎水性有機含有量を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が、前記第１繊維強化シリカ系エアロゲル複合体に比べて低い液水吸収を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が４０ｗｔ％以下の液水吸収を有し、以下の性質、ｉｉ）５００℃〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点、又はｉｉｉ）２６５ｃａｌ／ｇ〜７１７ｃａｌ／ｇの燃焼熱のうち１つ又は複数を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が４０ｗｔ％以下の液水吸収を有し、以下の性質、ｉｉ）５２５℃〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点、又はｉｉｉ）２６５ｃａｌ／ｇ〜６００ｃａｌ／ｇの燃焼熱のうち１つ又は複数を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が４０ｗｔ％以下の液水吸収を有し、以下の性質、ｉｉ）５５０℃〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点、又はｉｉｉ）２６５ｃａｌ／ｇ〜５５０ｃａｌ／ｇの燃焼熱のうち１つ又は複数を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が４０ｗｔ％以下の液水吸収を有し、以下の性質、ｉｉ）５７５℃〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点、又はｉｉｉ）２６５ｃａｌ／ｇ〜５００ｃａｌ／ｇの燃焼熱のうち１つ又は複数を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
シリカ系骨格を含む繊維強化エアロゲル複合体であって、モノリス型エアロゲル材料を含み、以下の性質、ｉ）４０ｗｔ％以下の液水吸収と、ｉｉ）５００℃以上の疎水性有機材料の熱分解開始点とを有する、繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項１３】
以下の性質、ｉｉｉ）７１７ｃａｌ／ｇ以下の燃焼熱を有する、請求項１２に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項１４】
シート状の繊維強化材料を含む、請求項１２又は１３に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項１５】
以下の性質、ｉ）４０ｗｔ％以下の液水吸収と、ｉｉ）５００℃〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点と、ｉｉｉ）２６５ｃａｌ／ｇ〜７１７ｃａｌ／ｇの燃焼熱と、ｉｖ）１５ｍＷ／Ｍ・Ｋ〜４０ｍＷ／Ｍ・Ｋの熱伝導度とを有する、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項１６】
以下の性質、ｉｉ）５２５℃〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点、又はｉｉｉ）２６５ｃａｌ／ｇ〜６００ｃａｌ／ｇの燃焼熱のうち１つ又は複数を有する、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項１７】
以下の性質、ｉｉ）５５０℃〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点、又はｉｉｉ）２６５ｃａｌ／ｇ〜５５０ｃａｌ／ｇの燃焼熱のうち１つ又は複数を有する、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項１８】
以下の性質、ｉｉ）５７５℃〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点、又はｉｉｉ）２６５ｃａｌ／ｇ〜５００ｃａｌ／ｇの燃焼熱のうち１つ又は複数を有する、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項１９】
前記繊維強化エアロゲル複合体中の疎水性有機含有量が１ｗｔ％〜１５ｗｔ％である、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項２０】
前記シリカゲル前駆体材料が、トリメチルメトキシシラン［ＴＭＳ］、ジメチルジメトキシシラン［ＤＭＳ］、メチルトリメトキシシラン［ＭＴＭＳ］、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン［ＤＭＤＳ］、メチルトリエトキシシラン［ＭＴＥＳ］、エチルトリエトキシシラン［ＥＴＥＳ］、ジエチルジエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン及びヘキサエチルジシラザンから選択される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記シリカゲル前駆体材料が、トリメチルメトキシシラン［ＴＭＳ］、ジメチルジメトキシシラン［ＤＭＳ］、メチルトリメトキシシラン［ＭＴＭＳ］、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン［ＤＭＤＳ］、メチルトリエトキシシラン［ＭＴＥＳ］、エチルトリエトキシシラン［ＥＴＥＳ］、ジエチルジエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン及びヘキサエチルジシラザンから選択される、請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【請求項２２】
前記第２繊維強化シリカ系エアロゲル複合体が添加剤を含む、請求項１〜１１及び２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
添加剤をさらに含む、請求項１２〜１９及び２１のいずれか１項に記載の繊維強化エアロゲル複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願への相互参照］
本出願は、２０１４年１０月３日に出願した米国仮特許出願第６２／０５９５５５号、２０１５年２月２０日に出願した同第６２／１１８８６４号、及び２０１５年９月２５日に出願した同第６２／２３２９４５号からの優先権の利益を主張し、これらの全ては、本出願中の用語の任意の定義を管理したまま、参照することによりその全てが本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
低密度のエアロゲル材料は、利用可能である最良な固体絶縁体であると広く考えられている。エアロゲルは、伝導（低い構造密度が固体骨格を通じてエネルギー伝達のための蛇行した経路（ｔｏｒｔｕｏｕｓ  ｐａｔｈ）をもたらす）、対流（大きな孔容積と極めて小さな孔サイズが最小の対流をもたらす）、及び放射（ＩＲ吸収又は散乱ドーパントが、エアロゲルマトリックスにわたって容易に分散する）を最小化することにより、主に絶縁体として機能する。エアロゲルは、加熱及び冷却絶縁、音響絶縁、電子誘電体、航空宇宙、エネルギー保存及び製造、並びに濾過を含む、広い範囲の用途で使用することができる。さらに、エアロゲル材料は、それらを様々な絶縁及び非絶縁用途で十分に有用にさせる、多くの他の興味深い音響的、光学的、機械的、及び化学的性質を示す。
【発明の概要】
【０００３】
１つの一般的態様において、本開示は、水性環境で好ましい性能を有し、好ましい燃焼及び自己加熱の性質をまた有する、耐久性があって扱いが容易なエアロゲル組成物を提供することができる。幾つかの実施形態において、本開示は、水性環境で好ましい性能を有し、好ましい燃焼及び自己加熱の性質をまた有する、柔軟で弾性があり自己支持性がある強化エアロゲル組成物であるエアロゲル組成物を示す。
【０００４】
別の一般的態様において、本開示は、シリカ系骨格を含み、以下の性質、ａ）０．６０ｇ／ｃｍ3以下の密度、ｂ）５０ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下の熱伝導度、及びｃ）４０ｗｔ％以下の液水吸収を有するエアロゲル組成物を提供することができる。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、７１７ｃａｌ／ｇ未満の燃焼熱を有する。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、３００℃〜７００℃の疎水性有機材料の熱分解開始点の温度を有する。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、０．５０ｇ／ｃｍ3以下、０．４０ｇ／ｃｍ3以下、０．３０ｇ／ｃｍ3以下、０．２５ｇ／ｃｍ3以下、又は０．２０ｇ／ｃｍ3以下の密度を有する。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、４５ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下、４０ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下、３５ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下、３０ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下、２５ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下、２０ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下の熱伝導度、又は５ｍＷ／Ｍ・Ｋ〜５０ｍＷ／Ｍ・Ｋの熱伝導度を有する。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、３５ｗｔ％以下、３０ｗｔ％以下、２５ｗｔ％以下、２０ｗｔ％以下、１５ｗｔ％以下、又は１０ｗｔ％以下の液水吸収を有する。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、６５０ｃａｌ／ｇ以下、６００ｃａｌ／ｇ以下、５５０ｃａｌ／ｇ以下、５００ｃａｌ／ｇ以下、４５０ｃａｌ／ｇ以下、４００ｃａｌ／ｇ以下の燃焼熱、又は２５０ｃａｌ／ｇ〜７１７ｃａｌ／ｇの燃焼熱を有する。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、４００℃以上、４５０℃以上、４７５℃以上、５００℃以上、５２５℃以上、５５０℃以上、５７５℃以上、６００℃以上の疎水性有機材料の熱分解開始点の温度、又は４００℃〜７００℃の疎水性有機材料の熱分解開始点の温度を有する。好ましい実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、以下の性質、ａ）０．４０ｇ／ｃｍ3以下の密度、ｂ）４０ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下の熱伝導度、ｃ）４０ｗｔ％以下の液水吸収、ｄ）１４０ｃａｌ／ｇ〜６００ｃａｌ／ｇの燃焼熱、及びｅ）５２５℃〜７００℃の熱分解開始点の温度を有する。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、０．０１〜０．５のＴ1-2−Ｔ3シリカ種の比、及び／又は０．１〜１．５のＱ2-3：Ｑ4シリカ種の比を有する。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、強化エアロゲル組成物、繊維強化エアロゲル組成物、又はエアロゲルブランケット組成物である。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル組成物は、約１ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、約１ｗｔ％〜約２５ｗｔ％、約１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、約１ｗｔ％〜約１５ｗｔ％、約１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、又は約１ｗｔ％〜約５ｗｔ％の疎水性有機含有量を有する。
【０００５】
別の一般的態様において、本開示は、ａ）シリカゲル前駆体材料と、溶媒と、任意選択で触媒とを含む前駆体溶液を提供する工程と、ｂ）前駆体溶液中のシリカゲル前駆体材料をゲル材料又は組成物に遷移させる工程と、ｃ）ゲル材料又は組成物から溶媒の少なくとも一部を抽出して、エアロゲル材料又は組成物を得る工程と、ｄ）少なくとも１つの疎水結合ケイ素を、ｉ）前駆体組成物中に、少なくとも１つの疎水基を有する少なくとも１つのシリカゲル前駆体材料を含めること、又はｉｉ）前駆体溶液、ゲル組成物、又はエアロゲル組成物を疎水剤にさらすことのうち１つ又は両方によって、エアロゲル材料又は組成物中に組み入れる工程と、ｅ）エアロゲル材料又は組成物を、３００℃超の温度で減酸素雰囲気にさらすことによって、エアロゲル材料又は組成物を熱処理する工程とを含む、エアロゲル組成物を調製する方法を提供することができる。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、エアロゲル組成物を、約３０秒間〜約２００分間の時間、３００℃〜６５０℃の温度で減酸素雰囲気にさらして、処理されたエアロゲル組成物を得ることを含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、前駆体溶液中のシリカゲル前駆体材料がゲル組成物に遷移する前又は遷移する際のいずれかに、強化材料を前駆体溶液と組み合わせることによって、強化材料をエアロゲル組成物に組み入れることを含む。好ましい実施形態において、強化材料は、連続シート状の繊維強化材料を含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、８５０℃未満の温度に制限されたエアロゲル組成物の熱処理の温度にさらすことを含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、３０時間以下の時間内である、前駆体溶液中の少なくとも１つのゲル前駆体をゲル材料に変えるための合計時間を含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、０．１容積％〜５容積％の酸素を含む減酸素雰囲気を含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、約１ｗｔ％〜約２５ｗｔ％のエアロゲル組成物中の疎水性有機含有量を提供するエアロゲル組成物中に、少なくとも１つの疎水結合ケイ素を組み入れる工程を含む。好ましい実施形態において、本開示の方法は、エアロゲル組成物を製造する。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、以下の性質、ａ）０．６０ｇ／ｃｍ3以下の密度、ｂ）５０ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下の熱伝導度、ｃ）４０ｗｔ％以下の液水吸収、ｄ）１５０ｃａｌ／ｇ〜７１７ｃａｌ／ｇの燃焼熱、及びｅ）３００℃〜７００℃の疎水性有機材料の熱分解開始点の温度を有するエアロゲル組成物を製造する。
【０００６】
別の一般的態様において、本開示は、ａ）少なくとも１つの疎水結合ケイ素を含む第１エアロゲル組成物を製造する工程と、ｂ）第１エアロゲル組成物を、３００℃超の温度で減酸素雰囲気にさらす工程とを含む、エアロゲル組成物を調製する方法を提供することができる。別の一般的態様において、本開示は、少なくとも１つの疎水結合ケイ素を含む第１エアロゲル組成物を、３００℃超の温度で減酸素雰囲気にさらして、第２エアロゲル組成物を得ることを含む方法を提供することができる。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、エアロゲル材料又は組成物を、約３０秒間〜約２００分間の時間、３００℃〜６５０℃の温度で減酸素雰囲気にさらして、処理されたエアロゲル材料又は組成物を得ることを含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、８５０℃未満の温度に制限された、エアロゲル材料又は組成物の熱処理の温度にさらすことを含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、シリカ系エアロゲル材料であるエアロゲル組成物を含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、強化エアロゲル組成物であるエアロゲル組成物を含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、０．１容積％〜５容積％の酸素を含む減酸素雰囲気を含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、約１ｗｔ％〜約２５ｗｔ％の疎水性有機含有量を有するエアロゲル組成物を含む。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、処理方法の前のエアロゲル組成物に比べて疎水性が改善された、処理されたエアロゲル組成物を製造する。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、処理方法の前のエアロゲル組成物に比べて少ない液水吸収を有する処理されたエアロゲル組成物を製造する。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、処理方法の前のエアロゲル組成物に比べて少ない燃焼熱を有する処理されたエアロゲル組成物を製造する。幾つかの実施形態において、本開示の方法は、処理方法の前のエアロゲル組成物に比べて高い熱分解開始点の温度を有する処理されたエアロゲル組成物を製造する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示のエアロゲル組成物の例についての、29Ｓｉ固体状態ＮＭＲスペクトルである。
【図２】本開示のエアロゲル組成物の例についての、ＴＧＡ／ＤＳＣ分析を描いたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
エアロゲルは、骨格内で統合した孔の関連ネットワークを持つ、相互接続構造の骨格と、空気のようなガスで主に構成された孔のネットワーク内の間隙相とを含む連続気泡を持つ多孔質材料の分類である。エアロゲルは、典型的に、低い密度、高い多孔率、大きい表面積、及び小さい孔サイズによって特徴付けられる。エアロゲルは、それらの物理的及び構造的性質によって他の多孔質材料から区別することができる。
【０００９】
本開示の内容の範囲内において、「エアロゲル」又は「エアロゲル材料」という用語は、骨格内で統合した相互接続孔の関連ネットワークを持つ、相互接続構造の骨格を含み、分散された間隙媒体として空気のようなガスを含有するゲルを言い表し、それは、エアロゲルに起因する、以下の物理的及び構造的性質（窒素ポロシメトリー試験に従う）、（ａ）約２ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の平均孔径、（ｂ）少なくとも８０％以上の多孔率、及び（ｃ）約２０ｍ2／ｇ以上の表面積、によって特徴づけられる。
【００１０】
したがって、本開示のエアロゲル材料は、前の段落で説明された定義要素を満たす任意のエアロゲル又は他の連続気泡化合物を含み、そうでない場合は、キセロゲル、クリオゲル、アンビゲル、微多孔材料などとして分類される場合がある化合物を含む。
【００１１】
エアロゲル材料はまた、（ｄ）約２．０ｍＬ／ｇ以上、好ましくは約３．０ｍＬ／ｇ以上の孔容積、（ｅ）約０．５０ｇ／ｃｃ以下、好ましくは０．２５ｇ／ｃｃの密度、及び（ｆ）５０％以上の、２〜５０ｎｍの孔径を有する孔を含む合計孔容積を含む、追加の物理的性質によってさらに特徴付けることができるが、エアロゲル材料として化合物を特徴づけるために、これらの追加の性質を満たすことは要求されない。
【００１２】
本開示の内容の範囲内において、「革新的な処理及び抽出技術」という用語は、ゲルの骨格構造に低い孔崩壊及び低い収縮をもたらすように、ウェットゲル材料中の液体間隙相を空気のようなガスで置き換える方法を言い表す。大気圧蒸発のような乾燥技術により、しばしば、蒸発されるべき又は除去されるべき間隙相の液体−蒸気界面で、強い毛管圧及び他の物質移動制限がもたらされる。液体の蒸発又は除去により作り出された強い毛管力によって、ゲル材料内で大きい孔収縮及び骨格崩壊が引き起こされる場合がある。液体間隙相の抽出の際に革新的な処理及び抽出技術を使用することで、液相抽出の際の孔及びゲルの骨格への毛管力の好ましくない影響が低減される。
【００１３】
幾つかの実施形態において、革新的な処理及び抽出技術は、近臨界若しくは超臨界流体、又は近臨界若しくは超臨界条件を使用して、ウェットゲル材料から液体間隙相を抽出する。これは、液体又は液体の混合物の臨界点の近く又は臨界点の上で、ゲルから液体間隙相を除去することにより達成することができる。共溶媒又は溶媒交換は、近臨界又は超臨界流体の抽出プロセスを最適化するために使用することができる。
【００１４】
幾つかの実施形態において、革新的な処理及び抽出技術は、液体−蒸気界面での毛管圧及び他の物質移動制限の不可逆効果を低減するためにゲル骨格を変更することを含む。この実施形態は、疎水剤又は他の機能剤でゲル骨格を処理することを含み、それにより、ゲル骨格が、液体空隙層の臨界点未満で行われる液相抽出の際に、いかなる崩壊力に耐えるか又はいかなる崩壊力から回復することが可能となる。この実施形態はまた、液体空隙相の臨界点未満で行われる液相抽出の際、崩壊力に耐えるか又は崩壊力から回復するのに十分に高い骨格率を提供する官能基又は骨格要素を組み込むことを含むことができる。
【００１５】
本開示の内容の範囲内において、「骨格」又は「骨格構造」という用語は、ゲル又はエアロゲルの立体構造を形成する相互接続オリゴマー、ポリマー又はコロイダル粒子のネットワークを言い表す。骨格構造を作り上げるポリマー又は粒子は、典型的に、約１００オングストロームの径を有する。しかしながら、本開示の骨格構造はまた、ゲル又はエアロゲル内に立体構造を形成する全ての径サイズの相互接続オリゴマー、ポリマー又はコロイダル粒子のネットワークを含むことができる。さらに、「シリカ系エアロゲル」又は「シリカ系骨格」という用語は、シリカが、ゲル又はエアロゲル内に固体骨格構造を形成する、５０ｗｔ％以上のオリゴマー、ポリマー又はコロイダル粒子を含むエアロゲル骨格を言い表す。
【００１６】
本開示の内容の範囲内において、「エアロゲル組成物」という用語は、複合体の成分としてエアロゲル材料を含む任意の複合体材料を言い表す。エアロゲル組成物の例としては、限定されないが、繊維強化エアロゲル複合体；乳白剤のような添加剤要素を含むエアロゲル複合体；エアロゲル発泡体複合体；エアロゲルポリマー複合体；及びエアロゲルの粒状物、粒子、顆粒、ビーズ、又は紛体を、固形物又は半固形物材料（例えば、バインダ、レジン、セメント、発泡体、ポリマー、又は類似の固形物材料）中に組み入れた複合体材料が挙げられる。
【００１７】
本開示の内容の範囲内において、「モノリス型」という用語は、エアロゲル材料又は組成物中に含まれる５０ｗｔ％超のエアロゲルが、単一相互接続エアロゲルナノ構造の形態であるエアロゲル材料を言い表す。モノリス型エアロゲル材料は、最初に単一相互接続ゲル又はエアロゲルナノ構造を有するように形成されるが、その後に割れる、砕ける、又は分裂して非単一エアロゲルナノ構造になるエアロゲル材料を含む。モノリス型エアロゲル材料は、粒状エアロゲル材料から区別される。「粒状エアロゲル材料」という用語は、エアロゲル材料中に含まれる５０ｗｔ％超のエアロゲルが、共に組み合わさるか又は圧縮される場合があるが、個々の粒子間で相互接続エアロゲルナノ構造が不足している、粒状物、粒子、顆粒、ビーズ、又は紛体の形態であるエアロゲル材料を言い表す。
【００１８】
本開示の内容の範囲内において、「強化エアロゲル組成物」という用語は、エアロゲル材料内にエアロゲル骨格の部分でない強化相を含むエアロゲル組成物を言い表す。強化相は、増加した柔軟性、弾性、適合性又は構造安定性をエアロゲル材料に提供する任意の材料であることができる。よく知られた強化材料の例としては、限定されないが、連続気泡発泡体強化材料、独立気泡発泡体強化材料、連続気泡膜、ハチの巣強化材料、ポリマー強化材料、及び繊維強化材料（例えば、離散繊維、織布材料、不織布材料、綿（ｂａｔｔｉｎｇｓ）、ウェブ、マット、及びフェルト）が挙げられる。追加的に、繊維系強化は、１つ又は複数のその他の強化材料と組み合わせることができ、組成物の限定された好ましい部分にわたって又はその中で連続的に配向させることができる。
【００１９】
本開示の内容の範囲内において、「繊維強化エアロゲル組成物」という用語は、強化相として繊維強化材料を含む強化エアロゲル組成物を言い表す。繊維強化材料の例としては、限定されないが、離散繊維、織布材料、不織布材料、綿、ウェブ、マット、フェルト、又はそれらの組み合わせが挙げられる。繊維強化材料は、限定されないが、ポリエステル、ポリオレフィンテレフタレート、ポリ（エチレン）ナフタレート、ポリカーボネート（例えば、レーヨン、ナイロン）、綿（例えば、ＤｕＰｏｎｔ製のライクラ）、炭素（例えば、グラファイト）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、酸化ＰＡＮ、未炭化熱処理ＰＡＮｓ（例えば、ＳＧＬ  ｃａｒｂｏｎ製のもの）、繊維ガラス系材料（例えば、Ｓガラス、９０１ガラス、９０２ガラス、４７５ガラス、Ｅガラス）、石英のようなシリカ系繊維（例えば、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ製のＱｕａｒｔｚｅｌ）、Ｑフェルト（Ｊｏｈｎｓ  Ｍａｎｖｉｌｌｅ製）、Ｓａｆｆｉｌ（Ｓａｆｆｉｌ製）、Ｄｕｒａｂｌａｎｋｅｔ（Ｕｎｉｆｒａｘ製）及び他のシリカ繊維、Ｄｕｒａｂａｃｋ（Ｃａｒｂｏｒｕｎｄｕｍ製）、Ｋｅｖｌａｒ、Ｎｏｍｅｘ、Ｓｏｎｔｅｒａ（全てＤｕＰｏｎｔ製）のようなポリアラミド繊維、Ｃｏｎｅｘ（Ｔａｉｊｉｎ製）、Ｔｙｖｅｋ（ＤｕＰｏｎｔ製）のようなポリオレフィン、Ｄｙｎｅｅｍａ（ＤＳＭ製）、Ｓｐｅｃｔｒａ（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ製）、Ｔｙｐｅｒ、Ｘａｖａｎ（両方ＤｕＰｏｎｔ製）のような他のポリプロピレン繊維、Ｔｅｆｌｏｎ（ＤｕＰｏｎｔ製）として商標名を持つＰＴＦＥのようなフルオロポリマー、Ｇｏｒｅｔｅｘ（Ｗ．Ｌ．ＧＯＲＥ製）、Ｎｉｃａｌｏｎ（ＣＯＩ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ製）のような炭化ケイ素繊維、Ｎｅｘｔｅｌ（３Ｍ製）のようなセラミック繊維、アクリルポリマー、綿、絹、麻、皮革、スエードの繊維、ＰＢＯ−Ｚｙｌｏｎ繊維（Ｔｙｏｂｏ製）、Ｖｅｃｔａｎ（Ｈｏｅｃｈｓｔ製）のような液晶材料、Ｃａｍｂｒｅｌｌｅ繊維（ＤｕＰｏｎｔ製)、ポリウレタン、ポリアミド、木質繊維、ホウ素、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼繊維、及び他の熱可塑性材料、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＥＩ、ＰＥＫ、ＰＰＳを含む、様々な範囲の材料を含むことができる。
【００２０】
本開示の内容の範囲内において、「エアロゲルブランケット」又は「エアロゲルブランケット組成物」という用語は、連続シート状の強化材料で強化されたエアロゲル組成物を言い表す。エアロゲルブランケット組成物は、非連続的な繊維又は発泡ネットワーク、例えば、繊維材料の分離凝集体又は塊で強化された他の強化エアロゲル組成物から区別することができる。エアロゲルブランケット組成物は、それらが極めて適合性があり、単純又は複雑な形状の表面を覆うようなブランケットのように使用することができるため、柔軟性を要求し、またエアロゲルの優れた熱絶縁性質を維持する用途に対して特に有用である。エアロゲルブランケット組成物及び類似の繊維強化エアロゲル組成物は、公開されたＵＳ特許出願公開第２００２／００９４４２６号（段落１２〜１６、２５〜２７、３８〜５８、６０〜８８）で説明され、それは、個別に述べられた節及び段落に従って、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２１】
本開示の内容の範囲内において、「ウェットゲル」という用語は、相互接続孔のネットワーク内の移動間隙相が、従来の溶媒のような液相、液体二酸化炭素のような液化ガス、又はそれらの組み合わせで主に構成されるゲルを言い表す。エアロゲルは、典型的に、ウェットゲルの初期の製造を要求し、その後、ゲル中の移動間隙液相を空気で置き換えるような革新的な処理及び抽出を行う。ウェットゲルの例としては、限定されないが、アルコゲル、ハイドロゲル、ケトゲル（ｋｅｔｇｅｌ）、カーボンゲル、及び当業者に公知の任意の他のウェットゲルが挙げられる。
【００２２】
本開示の内容の範囲内において、「添加剤」又は「添加剤要素」という用語は、エアロゲルの製造前、製造中、又は製造後にエアロゲル組成物に加えることができる材料を言い表す。添加剤は、エアロゲルにおける望ましい性質を改変若しくは改善するために、又はエアロゲルにおける望ましくない性質に対抗するために、加えることができる。添加剤は、典型的に、ゲル化する前又はゲル化中のいずれかにエアロゲル材料に加えられる。添加剤の例としては、限定されないが、マイクロ繊維、充填材、強化剤、安定剤、増粘剤、弾性化合物、乳白剤、着色化合物又は色素化合物、放射線吸収化合物、放射線反射化合物、腐食防止剤、熱伝導成分、相変換材料、ｐＨ調整剤、酸化還元調整剤、ＨＣＮ緩和剤、オフガス緩和剤、導電性化合物、誘電化合物、磁性化合物、レーダー防止成分、硬化剤、収縮防止剤、及び当業者に公知な他のエアロゲル添加剤が挙げられる。添加剤の他の例としては、煙抑制剤及び火炎抑制剤が挙げられる。公開された米国特許出願公開第２００７０２７２９０２号（Ａ１）（段落［０００８］及び［００１０］〜［００３９］）では、煙抑制剤及び火炎抑制剤の教示を含み、それらは、個別に述べられた段落に従って、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２３】
本開示の内容の範囲内において、「柔軟」及び「柔軟性」という用語は、エアロゲル材料又は組成物がマクロ構造の破壊なく湾曲又は屈曲される能力を言い表す。好ましくは、本開示のエアロゲル組成物は、微視的な破壊なく、５°以上、２５°以上、４５°以上、６５°以上、又は８５°以上で曲がることができる、及び／又は、微視的な破壊なく、４フィート未満、２フィート未満、１フィート未満、６インチ未満、３インチ未満、２インチ未満、１インチ未満、又は１／２インチ未満の湾曲半径を有する。同様に、「高度に柔軟」又は「高度な柔軟性」という用語は、微視的な破壊なく、９０°以上に曲がることができる、及び／又は１／２未満の湾曲半径を有するエアロゲル材料又は組成物を言い表す。さらに、「分類された柔軟」及び「柔軟と分類する」という用語は、ＡＳＴＭ分類標準Ｃ１１０１（ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）に従って柔軟と分類することができるエアロゲル材料又は組成物を言い表す。
【００２４】
本開示のエアロゲル材料又は組成物は、柔軟である、高度に柔軟である、及び／又は分類された柔軟であることができる。本開示のエアロゲル材料又は組成物はまた、ドレープ性であることができる。本開示の内容の範囲内において、「ドレープ性の」及び「ドレープ性」という用語は、エアロゲル材料又は組成物が、微視的な破壊なく、約４インチ以下の湾曲半径を持ち、９０°以上で湾曲又は屈曲される能力を言い表す。本開示のエアロゲル材料又は組成物は、組成物が非剛体であり、３次元の表面又は対象物に適用及び適合するか、又は様々な形状及び構成に事前形成されて、導入及び適用を容易にすることができるように、柔軟であることが好ましい。
【００２５】
本開示の内容の範囲内において、「弾性のある」及び「弾性」という用語は、圧縮、屈曲、又は湾曲を通じた変形の後に初期の形態又は寸法に少なくとも部分的に回復する、エアロゲル材料又は組成物の能力を言い表す。弾性は完全又は部分的であることができ、それは回復の割合によって表すことができる。本開示のエアロゲル材料又は組成物は、好ましくは、変形の後に初期の形態及び寸法に対して、２５％超、５０％超、６０％超、７０％超、７５％超、８０％超、８５％超、９０％超、又は９５％超の回復をする弾性を有する。同様に、「分類された弾性のある」及び「弾性のあると分類する」という用語は、ＡＳＴＭ分類標準Ｃ１１０１（ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）に従って弾性があると分類することができる本開示のエアロゲル材料又は組成物を言い表す。
【００２６】
本開示の内容の範囲内において、「自己支持性」という用語は、エアロゲル及びエアロゲル組成物中の任意の強化相の物理的性質に主に基づいて、柔軟である及び／又は弾性のある、エアロゲル材料又は組成物の能力を言い表す。本開示の自己支持性エアロゲル材料又は組成物は、柔軟性及び／又は弾性を材料に提供するための下地基材に依存する他のエアロゲル材料、例えば被膜と区別することができる。
【００２７】
本開示の内容の範囲内において、「収縮」という用語は、２）ゾルゲル前駆体溶液中の固形物含有量から計算された目標密度に対する、１）乾燥エアロゲル材料又は組成物の測定された最終密度と、ゾルゲル前駆体溶液中の固形物含有量から計算された目標密度との間の差、の比を言い表す。収縮は、以下の等式、収縮＝［最終密度（ｇ／ｃｍ3）−目標密度（ｇ／ｃｍ3）］／［目標密度（ｇ／ｃｍ3）］によって計算することができる。好ましくは、本開示のエアロゲル材料の収縮は、好ましくは、５０％以下、２５％以下、１０％以下、８％以下、６％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、１％以下、０．１％以下、約０．０１％以下、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲である。
【００２８】
本開示の内容の範囲内において、「熱伝導度」及び「ＴＣ」という用語は、２つの表面間で温度差を持つ材料又は組成物の両側での２つの表面間で伝熱する、材料又は組成物の能力の測定値を言い表す。熱伝導度は、具体的に、単位時間あたりかつ単位表面積あたりに伝達した熱エネルギーを温度差で割ったものとして測定される。それは、典型的に、ｍＷ／Ｍ・Ｋ（ミリワット毎メートル＊ケルビン）としてＳＩ単位で記録される。材料の熱伝導度は、限定されないが、熱流計装置による安定状態の伝熱性に対する試験方法（ＡＳＴＭ  Ｃ５１８，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）；保護熱板装置による安定状態の熱フラックス測定及び伝熱性に対する試験方法（ＡＳＴＭ  Ｃ１７７，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）；パイプ絶縁体の安定状態の伝熱性に対する試験方法（ＡＳＴＭ  Ｃ３３５，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）；薄いヒーターの伝熱性試験（ＡＳＴＭ  Ｃ１１１４，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）；保護熱板及び熱流計方法による熱抵抗の決定（ＥＮ１２６６７，Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ）；又は安定状態の熱抵抗及び関連する性質−保護熱板装置（ＩＳＯ８２０３，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）を含む、当技術分野で公知な方法によって決定することができる。本開示の内容の範囲内において、別段の記載がない限り、熱伝導度の測定は、約３７．５℃の温度、大気圧、及び約２ｐｓｉの圧縮で、ＡＳＴＭ  Ｃ１７７標準に従って得られる。好ましくは、本開示のエアロゲル材料又は組成物は、約５０ｍＷ／ｍＫ以下、約４０ｍＷ／ｍＫ以下、約３０ｍＷ／ｍＫ以下、約２５ｍＷ／ｍＫ以下、約２０ｍＷ／ｍＫ以下、約１８ｍＷ／ｍＫ以下、約１６ｍＷ／ｍＫ以下、約１４ｍＷ／ｍＫ以下、約１２ｍＷ／ｍＫ以下、約１０ｍＷ／ｍＫ以下、約５ｍＷ／ｍＫ以下、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲の熱伝導度を有する。
【００２９】
本開示の内容の範囲内において、「密度」という用語は、エアロゲル材料又は組成物の単位体積あたりの質量の測定値を言い表す。「密度」という用語は、一般的に、エアロゲル材料の真の密度、並びにエアロゲル組成物のバルク密度を言い表す。密度は、典型的に、ｋｇ／ｍ3又はｇ／ｃｃとして記録される。エアロゲル材料又は組成物の密度は、限定されないが、事前形成されたブロック及びボードタイプの熱絶縁体の寸法及び密度に対する標準試験方法（ＡＳＴＭ  Ｃ３０３，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）；ブランケット又はバット熱絶縁体の厚さ及び密度に対する標準試験方法（ＡＳＴＭ  Ｃ１６７，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）；又は事前形成されたパイプ絶縁体の見かけ密度の決定（ＩＳＯ１８０９８，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）を含む、当技術分野で公知な方法によって決定することができる。本開示の内容の範囲内において、密度の測定は、別段の記載がない限り、ＡＳＴＭ  Ｃ１６７標準に従って得られる。好ましくは、本開示のエアロゲル材料又は組成物は、約０．６０ｇ／ｃｃ以下、約０．５０ｇ／ｃｃ以下、約０．４０ｇ／ｃｃ以下、約０．３０ｇ／ｃｃ以下、約０．２５ｇ／ｃｃ以下、約０．２０ｇ／ｃｃ以下、約０．１８ｇ／ｃｃ以下、約０．１６ｇ／ｃｃ以下、約０．１４ｇ／ｃｃ以下、約０．１２ｇ／ｃｃ以下、約０．１０ｇ／ｃｃ以下、約０．０５ｇ／ｃｃ以下、約０．０１ｇ／ｃｃ以下、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲の密度を有する。
【００３０】
本開示の内容の範囲内において、「疎水性」という用語は、水に反発するエアロゲル材料又は組成物の能力の測定値を言い表す。
【００３１】
エアロゲル材料又は組成物の疎水性は、液水吸収に従って表すことができる。本開示の内容の範囲内において、「液水吸収」という用語は、エアロゲル材料又は組成物の液水を吸収する又はそうでなければ保持する潜在力の測定値を言い表す。液水吸収は、幾つかの測定条件下で液水にさらされた場合、エアロゲル材料又は組成物によって吸収された又はそうでなければ保持された水の割合（質量又は体積）として表すことができる。エアロゲル材料又は組成物の液水吸収は、限定されないが、繊維状ガラス絶縁体の保水（撥水性）特性を決定するため標準試験方法（ＡＳＴＭ  Ｃ１５１１，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）；熱絶縁体材料の浸水による水吸収に対する標準試験方法（ＡＳＴＭ  Ｃ１７６３，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）；アプリケーションを構築するための熱絶縁体生成物、部分的浸水による短時間の水吸収の決定（ＥＮ１６０９，Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ）を含む、当技術分野で公知な方法によって決定することができる。本開示の内容の範囲内において、液水吸収の測定は、別段の記載がない限り、周辺圧力かつ温度下で、ＡＳＴＭ  Ｃ１５１１標準に従って得られる。好ましくは、本開示のエアロゲル材料又は組成物は、約１００ｗｔ％以下、約８０ｗｔ％以下、約６０ｗｔ％以下、約５０ｗｔ％以下、約４０ｗｔ％以下、約３０ｗｔ％以下、約２０ｗｔ％以下、約１５ｗｔ％以下、約１０ｗｔ％以下、約８ｗｔ％以下、約３ｗｔ％以下、約２ｗｔ％以下、約１ｗｔ％以下、約０．１ｗｔ％以下、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲の、ＡＳＴＭ  Ｃ１５１１に従った液水吸収を有することができる。本開示のエアロゲル材料又は組成物は、約１００ｗｔ％以下、約８０ｗｔ％以下、約６０ｗｔ％以下、約５０ｗｔ％以下、約４０ｗｔ％以下、約３０ｗｔ％以下、約２０ｗｔ％以下、約１５ｗｔ％以下、約１０ｗｔ％以下、約８ｗｔ％以下、約３ｗｔ％以下、約２ｗｔ％以下、約１ｗｔ％以下、約０．１ｗｔ％以下、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲の、ＡＳＴＭ  Ｃ１７６３に従った液水吸収を有することができる。別のエアロゲル材料又は組成物に対して液水吸収が改善されたエアロゲル材料又は組成物は、参照エアロゲル材料又は組成物に比べて低い割合の液水吸収／保持を有する。
【００３２】
エアロゲル材料又は組成物の疎水性は、水蒸気吸収に従って表すことができる。本開示の内容の範囲内において、「水蒸気吸収」という用語は、水蒸気を吸収するエアロゲル材料又は組成物の潜在性の測定値を言い表す。水蒸気吸収は、幾つかの測定条件下で水蒸気にさらされた場合、エアロゲル材料又は組成物によって吸収された又はそうでなければ保持された水の割合（質量）として表すことができる。エアロゲル材料又は組成物の水蒸気吸収は、限定されないが、結晶面の無い鉱物繊維絶縁体の水蒸気吸着を決定するための標準試験方法（ＡＳＴＭ  Ｃ１１０４，ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｗｅｓｔ  Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）を含む、当技術分野で公知な方法によって決定することができる。本開示の内容の範囲内において、水蒸気吸収の測定は、別段の記載がない限り、周辺圧力及び温度下で、ＡＳＴＭ  Ｃ１１０４標準に従って得られる。好ましくは、本開示のエアロゲル材料又は組成物は、約５０ｗｔ％以下、約４０ｗｔ％以下、約３０ｗｔ％以下、約２０ｗｔ％以下、約１５ｗｔ％以下、約１０ｗｔ％以下、約８ｗｔ％以下、約３ｗｔ％以下、約２ｗｔ％以下、約１ｗｔ％以下、約０．１ｗｔ％以下、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲の水蒸気吸収を有することができる。別のエアロゲル材料又は組成物に対して水蒸気吸収が改善されたエアロゲル材料又は組成物は、参照エアロゲル材料又は組成物に比べて低い割合の水蒸気吸収／保持を有する。
【００３３】
エアロゲル材料又は組成物の疎水性は、材料の表面との界面で水滴の平衡接触角を測定することによって表すことができる。本開示のエアロゲル材料又は組成物は、約９０°以上、約１２０°以上、約１３０°以上、約１４０°以上、約１５０°以上、約１６０°以上、約１７０°以上、約１７５°以上、又はこれらの値の任意の２つの間の水接触角を有することができる。
【００３４】
本開示の内容の範囲内において、「燃焼熱」及び「ＨＯＣ」という用語は、エアロゲル材料又は組成物の燃焼で解放される熱エネルギーの量の測定値を言い表す。燃焼熱は、典型的に、エアロゲル材料又は組成物のグラムあたりの開放された熱エネルギーのカロリー（ｃａｌ／ｇ）で、又はエアロゲル材料又は組成物のキログラムあたりの解放された熱エネルギーのメガジュール（ＭＪ／ｋｇ）で記録される。材料又は組成物の燃焼熱は、限定されないが、生成物に対する燃焼試験の反応−合計の燃焼熱（発熱量）の決定（ＩＳＯ１７１６，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）を含む、当技術分野で公知な方法によって決定することができる。本開示の内容の範囲内において、燃焼熱の測定は、別段の記載がない限り、ＩＳＯ１７１６標準と一致する条件に従って得られる。好ましくは、本開示のエアロゲル組成物は、約７５０ｃａｌ／ｇ以下、約７１７ｃａｌ／ｇ以下、約７００ｃａｌ／ｇ以下、約６５０ｃａｌ／ｇ以下、約６００ｃａｌ／ｇ以下、約５７５ｃａｌ／ｇ以下、約５５０ｃａｌ／ｇ以下、約５００ｃａｌ／ｇ以下、約４５０ｃａｌ／ｇ以下、約４００ｃａｌ／ｇ以下、約３５０ｃａｌ／ｇ以下、約３００ｃａｌ／ｇ以下、約２５０ｃａｌ／ｇ以下、約２００ｃａｌ／ｇ以下、約１５０ｃａｌ／ｇ以下、約１００ｃａｌ／ｇ以下、約５０ｃａｌ／ｇ以下、約２５ｃａｌ／ｇ以下、約１０ｃａｌ／ｇ以下、又はこれらの値の任意の２つの間の燃焼熱を有することができる。別のエアロゲル組成物に対して燃焼熱が改善されたエアロゲル組成物は、参照エアロゲル組成物と比べて低い熱燃焼値を有する。
【００３５】
本開示の内容の範囲内において、「疎水性有機材料の熱分解開始点」、「熱分解開始点」及び「Ｔd」という用語は、疎水性有機材料の分解からの急激な発熱反応が材料又は組成物内で現れる環境熱の最低温度の測定値を言い表す。材料又は組成物の熱分解開始点は、熱重量分析（ＴＧＡ）を使用して測定することができる。材料のＴＧＡ曲線は、周囲の温度の増加にさらされた際の材料の質量損失（重量％）を示す。材料の熱分解開始点は、以下のＴＧＡ曲線の接線、ＴＧＡ曲線の基線に接する線、及び疎水性有機材料の分解に関する急激な分解事象の間の最大の傾きの点でのＴＧＡ曲線に接する線の接線、の接点と相関する場合がある。本開示の内容の範囲内において、疎水性有機材料の熱分解開始点の測定は、別段の記載がない限り、この段落で提供されたようなＴＧＡ分析を使用して得られる。
【００３６】
材料の熱分解開始点はまた、示差走査熱量（ＤＳＣ）分析を使用して測定することができる。材料のＤＳＣ曲線は、周囲温度の漸増にさらされた際の材料によって解放された熱エネルギー（ｍＷ／ｍｇ）を示す。材料の熱分解開始点の温度は、ΔｍＷ／ｍｇ（熱エネルギー出力の変化）が最大に増加した、したがって、エアロゲル材料からの発熱の熱生成を示している、ＤＳＣ曲線中の点と相関する場合がある。本開示の内容の範囲内において、ＤＳＣを使用した熱分解開始点の測定は、別段の記載がない限り、２０℃／分以下の温度ランプ速度を使用して得られる。
【００３７】
好ましくは、本開示のエアロゲル材料又は組成物は、約１００℃以上、約１５０℃以上、約２００℃以上、約２５０℃以上、約３００℃以上、約３５０℃以上、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約５５０℃以上、約６００℃以上、約６５０℃以上、約７００℃以上、約７５０℃以上、約８００℃以上、又はこれらの値の任意の２つの間の熱分解開始点を有する。別のエアロゲル材料又は組成物に対して熱分解開始点が改善されたエアロゲル材料又は組成物は、参照エアロゲル材料又は組成物と比べて高い熱分解開始点の温度を有する。
【００３８】
本開示の内容の範囲内において、「自己加熱温度」という用語は、発熱反応が絶縁系、例えば、エアロゲル材料又は組成物を含む絶縁系内で特殊な測定条件下において現れる環境熱の最低温度の測定値を言い表す。本開示の内容の範囲内において、絶縁系の自己加熱温度の測定は、別段の記載がない限り、以下の手順、ａ）各辺で２０ｍｍの寸法を持つ幾何学的立方体である絶縁系を提供すること、ｂ）絶縁系の中心に熱電対測定デバイスを設置すること、及びｃ）自己加熱発熱事象が起こるまで、絶縁系を一連の増加温度にさらすこと、に従って測定され、それは、絶縁系内で自己加熱発熱事象を示すのに十分有意な量で試料の外部さらし温度を超える、熱電対測定デバイスの温度によって示される。好ましくは、本開示のエアロゲル材料又は組成物は、約１００℃以上、約１５０℃以上、約２００℃以上、約２５０℃以上、約３００℃以上、約３５０℃以上、約４００℃以上、約４５０℃以上、約５００℃以上、約５５０℃以上、約６００℃以上、約６５０℃以上、約７００℃以上、約７５０℃以上、約８００℃以上、又はこれらの値の任意の２つの間の自己加熱温度を有する。別のエアロゲル材料又は組成物に対して自己加熱温度が改善されたエアロゲル材料又は組成物は、参照エアロゲル材料又は組成物に比べて高い自己加熱温度を有する。
【００３９】
エアロゲルは、最も一般的に、相互接続オリゴマー、ポリマー又はコロイダル粒子で構成される相互接続構造の骨格として説明される。エアロゲル骨格は、無機前駆体材料（例えば、シリカ系エアロゲルの製造で使用される前駆体）、有機前駆体材料（例えば、炭素系エアロゲルの製造で使用される前駆体）、有機／無機混成前駆体材料、及びそれらの組み合わせを含む、様々な範囲の前駆体材料から作ることができる。本開示の内容の範囲内において、「アマルガムエアロゲル」という用語は、２つ以上の異なるゲル前駆体の組み合わせから製造されたエアロゲルを言い表す。
【００４０】
無機エアロゲルは、一般的に、金属酸化物又は金属アルコキシド材料から形成される。金属酸化物又は金属アルコキシド材料は、酸化物か又は酸化物を形成することができる任意の金属のアルコキシドかに基づくことができる。そのような金属としては、限定されないが、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム、バナジウム、セリウムなどが挙げられる。無機シリカエアロゲルは、伝統的に、シリカ系アルコキシド（例えば、テトラエトキシルシラン）の加水分解及び縮合を通じてか、又はケイ酸又は水ガラスのゲル化を通じて作られる。シリカ系エアロゲル合成物のための他の関連する無機前駆体材料としては、限定されないが、金属ケイ酸塩、例えば、ケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウム、アルコキシシラン、部分的に加水分解したアルコキシシラン、テトラエトキシルシラン（ＴＥＯＳ）、部分的に加水分解したＴＥＯＳ、ＴＥＯＳの縮合ポリマー、テトラメトキシルシラン（ＴＭＯＳ）、部分的に加水分解したＴＭＯＳ、ＴＭＯＳの縮合ポリマー、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、部分的に加水分解したテトラ−ｎ−プロポキシシラン及び／又はテトラ−ｎ−プロポキシシランの縮合ポリマー、ポリエチルシリケート、部分的に加水分解したポリエチルシリケート、モノマーアルキルアルコキシシラン、ビス−トリアルコキシアルキル若しくはアリールシラン、多面体シルセスキオキサン、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【００４１】
本開示の幾つかの実施形態において、約１．９〜２の水／シリカ比で加水分解された、事前に加水分解したＴＥＯＳ、例えば、ＳｉｌｂｏｎｄＨ−５（ＳＢＨ５，Ｓｉｌｂｏｎｄ  Ｃｏｒｐ）を、商業的に利用可能であるとして使用することができるか、又はゲル化プロセスに組み入れる前にさらに加水分解することができる。部分的に加水分解したＴＥＯＳ又はＴＭＯＳ、例えば、ポリエチルシリケート（Ｓｉｌｂｏｎｄ４０）又はポリメチルシリケートを、商業的に利用可能であるとして使用することができるか、又はゲル化プロセスに組み入れる前にさらに加水分解することができる。
【００４２】
無機エアロゲルはまた、少なくとも１つの疎水基、例えば、アルキル金属アルコキシド、シクロアルキル金属アルコキシド、及びアリール金属アルコキシドを含むゲル前駆体を含むことができ、それは、安定性及び疎水性のようなゲル中の幾つかの性質を付与するか又は改善することができる。無機シリカエアロゲルは、具体的に、アルキルシラン又はアリールシランのような疎水性前駆体を含むことができる。疎水性ゲル前駆体は、ゲル材料の骨格を形成するための一次前駆体材料として使用することができる。しかしながら、疎水性ゲル前駆体は、より一般的には、アマルガムエアロゲルの形成において、単純な金属アルコキシドと組み合わせて共前駆体として使用される。シリカ系エアロゲル合成物のための疎水性無機前駆体材料としては、限定されないが、トリメチルメトキシシラン［ＴＭＳ］、ジメチルジメトキシシラン［ＤＭＳ］、メチルトリメトキシシラン［ＭＴＭＳ］、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン［ＤＭＤＳ］、メチルトリエトキシシラン［ＭＴＥＳ］、エチルトリエトキシシラン［ＥＴＥＳ］、ジエチルジエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン［ＰｈＴＥＳ］、ヘキサメチルジシラザン及びヘキサエチルジシラザンなどが挙げられる。
【００４３】
エアロゲルはまた、疎水性を付与する又は改善するために処理されることができる。疎水処理は、ゾルゲル溶液、液相抽出前のウェットゲル、又は液相抽出後のエアロゲルに適用することができる。疎水処理は、特に、金属酸化物エアロゲル、例えば、シリカエアロゲルの製造において一般的である。ゲルの疎水処理の例は、特にシリカウェットゲルを処理する内容において、以下でより詳細に議論される。しかしながら、本明細書で提供される具体例及び例示は、本開示の範囲を、いかなる具体的な種類の疎水処理手順又はエアロゲル基材に限定することを意図するものでない。本開示は、当業者に公知ないかなるゲル又はエアロゲル、並びに、ウェットゲル形態又は乾燥エアロゲル形態のいずれかのエアロゲル、の疎水処理の関連方法を含むことができる。
【００４４】
疎水処理は、ゲル上のヒドロキシ部分、例えば、シリカゲルの骨格上に存在するシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）が疎水剤の官能基と反応することによって行われる。得られた反応は、シラノール基と疎水剤とをシリカゲルの骨格上で疎水基に変える。疎水剤化合物は、以下の反応、ＲNＭＸ4-N（疎水剤）＋ＭＯＨ（シラノール）→ＭＯＭＲN（疎水基）＋ＨＸ、に従ってゲル上のヒドロキシル基と反応することができる。疎水処理は、シリカゲルの外部マクロ表面上、並びにゲルの孔ネットワーク内の内部孔表面上の両方で起こることができる。
【００４５】
ゲルは、疎水剤と、任意選択の疎水処理溶媒との混合物中に浸されることができ、疎水剤は可溶であり、それはまた、ウェットゲル中でゲル溶媒に混和である。広い範囲の疎水処理溶媒、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、キシレン、トルエン、ベンゼン、ジメチルホルムアミド、及びヘキサン、を使用することができる。液体又はガス形態の疎水剤をまた、疎水性を付与するためにゲルと直接接触させることができる。
【００４６】
疎水処理プロセスは、疎水剤がウェットゲルに浸透するのを助けるために、混合又は撹拌を含むことができる。疎水処理プロセスはまた、温度及びｐＨのような他の条件を変えて、処理反応をさらに促進し最適化することを含むことができる。反応が完了した後、ウェットゲルは未反応物及び反応副産物を除去するために洗浄される。
【００４７】
エアロゲルの疎水処理のための疎水剤は、一般的に、式：ＲNＭＸ4-Nの化合物であり、式中、Ｍは金属であり、Ｒは疎水基、例えば、ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、Ｃ6Ｈ6、又は類似の疎水アルキル、シクロアルキル、若しくはアリール部分であり、Ｘはハロゲン、通常Ｃｌである。疎水剤の具体例としては、限定されないが、トリメチルクロロシラン［ＴＭＣＳ］、トリエチルクロロシラン［ＴＥＣＳ］、トリフェニルクロロシラン［ＴＰＣＳ］、ジメチルクロロシラン［ＤＭＣＳ］、ジメチルジクロロシラン［ＤＭＤＣＳ］などが挙げられる。疎水剤はまた、式：Ｙ（Ｒ3Ｍ）2であることができ、式中、Ｍは金属であり、Ｙは架橋基、例えば、ＮＨ又はＯであり、Ｒは疎水基、例えば、ＣＨ3、ＣＨ2ＣＨ3、Ｃ6Ｈ6、又は類似の疎水アルキル、シクロアルキル、若しくはアリール部分である。そのような疎水剤の具体例は、限定されないが、ヘキサメチルジシラザン［ＨＭＤＺ］及びヘキサメチルジシロキサン［ＨＭＤＳＯ］が挙げられる。疎水剤は、式：ＲNＭＶ4-Nの化合物をさらに含むことができ、式中、Ｖはハロゲン以外の反応基又は脱離基である。そのような疎水剤の具体例としては、限定されないが、ビニルトリエトキシシラン及びビニルトリメトキシシランが挙げられる。
【００４８】
本開示の内容の範囲内において「疎水結合ケイ素」という用語は、ケイ素原子と共有結合した少なくとも１つの疎水基を含むゲル又はエアロゲルの骨格内のケイ素原子を言い表す。疎水結合ケイ素の例としては、限定されないが、少なくとも１つの疎水基（例えば、ＭＴＥＳ又はＤＭＤＳ）を含むゲル前駆体から形成されたゲル骨格内のシリカ基におけるケイ素元素が挙げられる。疎水結合ケイ素はまた、限定されないが、追加の疎水基を組成物中に組み入れることによって疎水性を付与する又は改善するために、疎水剤（例えば、ＨＭＤＺ）で処理されたゲル骨格中又はゲルの表面上のケイ素原子を含むことができる。本開示の疎水基は、限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔブチル基、オクチル基、フェニル基、又は当業者に公知な他の置換又は未置換の疎水性有機基が挙げられる。本開示の内容の範囲内において、「疎水基」、「疎水性有機材料」及び「疎水性有機含有量」という用語は、具体的に、有機溶媒とシラノール基の間の反応の生成物であるゲル材料の骨格上の、容易に加水分解する有機ケイ素結合アルコキシ基を除外する。
【００４９】
本開示の内容の範囲内において、「脂肪族疎水基」、「脂肪族疎水性有機材料」及び「脂肪族疎水性有機含有量」という用語は、限定されないが、飽和又は不飽和（芳香族を除く）であることができ、直鎖状、分枝状、環状部分（例えば、融解、架橋、及びスピロ融解ポリ環状）又はそれらの組み合わせ、例えば、アルキル、アルケニル、アルキニル、（シクロアルキル）アルキル、（シクロアルケニル）アルキル、又は（シクロアルキル）アルケニル部分、及びヘテロ脂肪族部分（１つ又は複数の炭素原子が、独立して、酸素、硫黄、窒素、又はリンからなる群より選択される１つ又は複数の原子によって置換された）を含むことができる、１〜４０個の炭素原子を含有する炭化水素部分を含む脂肪族炭化水素に限定される疎水結合ケイ素上の疎水基を説明する。本開示の幾つかの実施形態において、エアロゲル組成物中の５０％以上の疎水性有機材料は脂肪族疎水基を含む。
【００５０】
エアロゲル中に含有する疎水結合ケイ素の量は、ＮＭＲ分光、例えば、ＣＰ／ＭＡＳ29Ｓｉ固体状態ＮＭＲを使用して分析することができる。エアロゲルのＮＭＲ分析は、Ｍタイプの疎水結合ケイ素（単官能性シリカ、例えばＴＭＳ誘導体）；Ｄタイプの疎水結合ケイ素（二官能性シリカ、例えば、ＤＭＤＳ誘導体）；Ｔタイプの疎水結合ケイ素（三官能性シリカ、例えばＭＴＥＳ誘導体）；及びＱタイプのケイ素（四官能性シリカ、例えばＴＥＯＳ誘導体）の特徴づけ及び相対的な定量化を可能とする。ＮＭＲ分析はまた、特定タイプの疎水結合ケイ素をサブタイプに分類（例えば、Ｔタイプの疎水結合ケイ素をＴ1種、Ｔ2種、及びＴ3種に分類）することを可能とすることによって、エアロゲル中に含有する疎水結合ケイ素の化学結合を分析するために使用することができる。シリカ材料のＮＭＲ分析に関する具体的な詳細は、Ｇｅｐｐｉらによる文献「有機／無機複数成分材料の研究への固体状態ＮＭＲの適用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  ＮＭＲ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ／Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｍｕｌｉｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」中で、具体的には７〜９ページ（Ａｐｐｌ．Ｓｐｅｃ．Ｒｅｖ．（２００８），４４−１：１−８９）で確認することができ、それは、具体的に述べたページに従って、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５１】
ＣＰ／ＭＡＳ29ＳｉＮＭＲ分析における疎水結合ケイ素の特徴づけは、以下の化学シフトピーク：Ｍ1（３０から１０ｐｐｍ）；Ｄ1（１０から−１０ｐｐｍ）、Ｄ2（−１０から−２０ｐｐｍ）；Ｔ1（−３０から−４０ｐｐｍ）、Ｔ2（−４０から−５０ｐｐｍ）、Ｔ3（−５０から−７０ｐｐｍ）；Ｑ2（−７０から−８５ｐｐｍ）、Ｑ3（−８５から−９５ｐｐｍ）、Ｑ4（−９５から−１１０ｐｐｍ）に基づくことができる。これらの化学シフトピークは、おおよそでありかつ例示であり、制限される又は限定的であることが意図されない。材料内の様々なケイ素種に起因する正確な化学シフトピークは、材料の特定の化学成分に依存し、一般的に、当業者による日々の実験及び分析を通じて解釈することができる。
【００５２】
本開示のエアロゲル材料は、約０．０１〜約０．５、約０．０１〜約０．３、又は約０．１〜約０．３のＴ1-2：Ｔ3の比を有することができる。Ｔ1-2：Ｔ3の比は、Ｔ3種に対するＴ1種とＴ2種との組み合わせの比を示す。Ｔ1、Ｔ2及びＴ3の量は、前に規定したように、29Ｓｉ  ＮＭＲ分析におけるＴ1種、Ｔ2種、又はＴ3種にそれぞれ関連する個々の化学シフトピークの合計によって定量化することができる。本開示のエアロゲル材料は、約０．１〜２．５、約０．１〜２．０、約０．１〜１．５、約０．１〜１．０、又は約０．５〜１．０のＱ2-3：Ｑ4の比を有することができる。Ｑ2-3：Ｑ4の比は、Ｑ4種に対するＱ2種とＱ3種との組み合わせの比を示す。Ｑ2、Ｑ3、及びＱ4の量は、前に規定したように、29Ｓｉ  ＮＭＲ分析におけるＱ2種、Ｑ3種、又はＱ4種にそれぞれ関連する個々の化学シフトピークの合計によって定量化することができる。
【００５３】
本開示の内容の範囲内において、「疎水性有機含有量」という用語は、エアロゲル材料又は組成物中の骨格に結合した疎水性有機材料の量を言い表す。エアロゲル材料又は組成物の疎水性有機含有量は、エアロゲル材料又は組成物中の材料の全体量に対するエアロゲル骨格上の疎水性有機材料の量の質量割合として表すことができる。疎水性有機含有量は、エアロゲル材料又は組成物を製造するのに使用される材料の性質及び相対濃度に基づいて、当業者が計算することができる。疎水性有機含有量はまた、不活性雰囲気中で熱重量分析（ＴＧＡ）を使用して測定することができる。具体的には、エアロゲル中の疎水性有機材料の割合は、ＴＧＡ分析中の燃焼熱の温度にさらされた場合の、ＴＧＡ分析中の湿度の損失、残留溶媒の損失、及び容易に加水分解するアルコキシ基の損失に対してなされる調整を含む、疎水性エアロゲル材料又は組成物における質量損失の割合に相関する場合がある。
【００５４】
本開示のエアロゲル材料又は組成物は、５０ｗｔ％以下、４０ｗｔ％以下、３０ｗｔ％以下、２５ｗｔ％以下、２０ｗｔ％以下、１５ｗｔ％以下、１０ｗｔ％以下、８ｗｔ％以下、６ｗｔ％以下、５ｗｔ％以下、４ｗｔ％以下、３ｗｔ％以下、２ｗｔ％以下、１ｗｔ％以下、又はこれらの値の任意の２つの間の疎水性有機含有量を有することができる。
【００５５】
「燃料含有量」という用語は、エアロゲル材料又は組成物中の燃焼可能な材料の全体量を言い表し、それは、ＴＧＡ分析又はＴＧ−ＤＳＣ分析中に燃焼熱の温度にさらされた場合の、湿度の損失に対してなされた調整を含む、エアロゲル材料又は組成物における質量損失の全体の割合に相関する場合がある。エアロゲル材料又は組成物の燃料含有量は、疎水性有機含有量、並びに他の燃焼可能な材料、例えば、残留アルコール溶媒、充填材材料、強化材料、及び容易に加水分解するアルコキシ基を含むことができる。
【００５６】
有機エアロゲルは、一般的に、炭素系ポリマー前駆体から形成される。そのようなポリマー材料としては、限定されないが、レゾルシノールホルムアルデヒド（ＲＦ）、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、アクリレートオリゴマー、ポリオキシアルキレン、ポリウレタン、ポリフェノール、ポリブタジエン、トリアルコキシシリル末端ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリフルフラル、メラミン−ホルムアルデヒド、クレゾールホルムアルデヒド、フェノールフルフラル、ポリエーテル、ポリオール、ポリイソシアネート、ポリヒドロキシベンゼン、ポリビニルアルコールジアルデヒド、ポリシアヌレート、ポリアクリルアミド、様々なエポキシ、寒天、アガロース、キトサン、及びそれらの組み合わせが挙げられる。１つの例として、有機ＲＦエアロゲルは、典型的に、アルカリ条件下で、ホルムアルデヒドでレゾルシノール又はメラミンをゾルゲルポリマー化することで作られる。
【００５７】
有機／無機混成エアロゲルは、オルモシル（ｏｒｍｏｓｉｌ）（有機的に改質されたシリカ）エアロゲルで主に構成される。これらのオルモシル材料は、シリカネットワークと共有結合した有機成分を含む。オルモシルは、典型的に、伝統的なアルコキシド前駆体Ｙ（ＯＸ）4で有機的に改質されたシランＲ−−Ｓｉ（ＯＸ）3の加水分解及び縮合を通じて形成される。これらの式中で、Ｘは、例えば、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、Ｃ3Ｈ7、Ｃ4Ｈ9を示すことができ、Ｙは、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、又はＡｌを示すことができ、Ｒは任意の有機断片、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル、メタクリレート、アクリレート、ビニル、エポキシドなどであることができる。オルモシルエアロゲル中の有機成分はまた、シリカネットワークにわたって分散するか又はシリカネットワークと化学結合することができる。
【００５８】
本開示の内容の範囲内において、「オルモシル」という用語は、前述の材料並びに他の有機的に改質されたセラミックスを包含し、時々「オルモサー（ｏｒｍｏｃｅｒ）」と言い表される。オルモシルは、しばしば、例えば、ゾルゲルプロセスを通じてオルモシル膜を基材材料上に流涎した被膜として使用される。本開示の他の有機−無機混成エアロゲルの例としては、限定されないが、シリカ−ポリエーテル、シリカ−ＰＭＭＡ、シリカ−キトサン、炭化物、ニトリド、並びに前述した有機及び無機エアロゲル形成化合物の他の組み合わせが挙げられる。公開された米国特許出願公開第２００５０１９２３６７（段落［００２２］〜［００３８］及び［００４４］〜［００５８］）では、そのような有機−無機混成材料の教示を含み、それは、個別に述べられた節及び段落に従って、参照により本明細書に組み込まれる。
【００５９】
本開示のエアロゲルは、好ましくは、ケイ素アルコキシドから形成された加水分解シリケートエステルのアルコール溶液から主に形成された無機シリカエアロゲルである。しかしながら、本開示は、全体として、当業者に公知のいかなる他のエアロゲル組成物で実施することができ、いかなる１つの前駆体材料又は前駆体材料のアマルガム混合物に限定されない。
【００６０】
エアロゲルの製造は、一般的に、以下の工程、ｉ）ゾルゲル溶液を形成すること、ｉｉ）ゾルゲル溶液からゲルを形成すること、及びｉｉｉ）革新的な処理及び抽出を通じてゲル材料から溶媒を抽出して、乾燥エアロゲル材料を得ることを含む。このプロセスは、以下でより詳細に、具体的には、シリカエアロゲルのような無機エアロゲルを形成する内容において議論される。しかしながら、本明細書で提供される具体例及び例示は、本開示をいずれの特定タイプのエアロゲル及び／又は調製方法に限定することを意図しない。本開示は、当業者に公知のあらゆる関連する調製方法によって形成されたあらゆるエアロゲルを含むことができる。
【００６１】
無機エアロゲルを形成する第１工程は、一般的に、アルコール系溶媒中での金属アルコキシド前駆体の加水分解及び縮合を通じての、ゾルゲル溶液の形成である。無機エアロゲルの形成における主な変数としては、ゾルゲル溶液中に含まれるアルコキシド前駆体のタイプ、溶媒の性質、処理温度、及びゾルゲル溶液のｐＨ（酸又は塩基の追加によって変えることができる）、並びにゾルゲル溶液中の前駆体／溶媒／水の比が挙げられる。ゾルゲル溶液の形成におけるこれらの変数の制御は、「ゾル」状態から「ゲル」状態へのゲル材料のその後の変換の際に、ゲル骨格の成長及び凝集の制御を可能とすることができる。得られたエアロゲルの性質は、前駆体溶液のｐＨ及び反応物のモル比によって影響を受けるが、ゲルの形成を可能とする任意のｐＨ及び任意のモル比が、本開示中で使用されることがある。
【００６２】
ゾルゲル溶液は、少なくとも１つのゲル前駆体を溶媒と組み合わせることによって形成される。ゾルゲル溶液を形成するのに使用するための適切な溶媒は、１〜６個、好ましくは２〜４個の炭素原子を持つ低級アルコールを含むが、他の溶媒を当業者に公知であるものとして使用することができる。有用な溶媒の例としては、限定されないが、メタノール、エタノール、イソプロパノール、酢酸エチル、アセト酢酸エチル、アセトン、ジクロロメタン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。複数の溶媒をまた、所望のレベルの分散を得るために又はゲル材料の性質を最適化するために組み合わせることができる。したがって、ゾルゲル及びゲルの形成工程のための任意選択の溶媒の選択は、ゾルゲル溶液中に組み入れられた特定の前駆体、充填材及び添加剤、並びに、ゲル化及び液相抽出のための目標処理条件、及び最終エアロゲル材料の所望の性質に依存する。
【００６３】
水はまた、前駆体−溶媒溶液の中に存在することができる。水は、金属アルコキシド前駆体を金属ヒドロキシド前駆体に加水分解するために作用する。加水分解反応は、（例として、エタノール溶媒中でＴＥＯＳを使用して）Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4＋４Ｈ2Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）4＋４（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）であることができる。得られた加水分解された金属ヒドロキシド前駆体は、個々の分子として又は小さいポリマー化した（若しくはオリゴマー化した）分子のコロイド状クラスタとして、「ゾル」状態の溶媒溶液中で懸濁されたままである。例えば、Ｓｉ（ＯＨ）4前駆体のポリマー化／縮合は、以下、２Ｓｉ（ＯＨ）4＝（ＯＨ）3Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＯＨ）3＋Ｈ2Ｏのように起こる場合がある。このポリマー化は、ポリマー化した（オリゴマー化した）ＳｉＯ2（シリカ）分子のコロイド状クラスタが形成されるまで続く場合がある。
【００６４】
酸及び塩基を、溶液のｐＨを制御するために、及び前駆体材料の加水分解及び縮合反応に触媒作用を及ぼすために、ゾルゲル溶液中に組み入れることができる。いずれの酸を、前駆体反応に触媒作用を及ぼすために、及びより低いｐＨ溶液を得るために使用することができるが、好ましい酸としては、ＨＣｌ、Ｈ2ＳＯ4、Ｈ3ＰＯ4、シュウ酸及び酢酸が挙げられる。同様に、いずれの塩基を、前駆体反応に触媒作用を及ぼすために、及びより高いｐＨ溶液を得るために使用することができるが、好ましい塩基はＮＨ4ＯＨを含む。
【００６５】
ゾルゲル溶液は、追加の共ゲル化前駆体、並びに充填材材料及び他の添加剤を含むことができる。充填材材料及び他の添加剤を、ゲルの形成前又は形成中のあらゆる時点でゾルゲル溶液中に分散することができる。充填材材料及び他の添加剤をまた、当業者に公知な様々な技術を通じて、ゲル化後にゲル材料中に組み入れることができる。好ましくは、ゲル化前駆体、溶媒、触媒、水、充填材材料及び他の添加剤を含むゾルゲル溶液は、適切な条件下で効率的なゲル形成を可能とする均一溶液である。
【００６６】
ゾルゲル溶液が形成され最適化された後、ゾルゲル中のゲル形成成分はゲル材料に変換されることができる。ゲル形成成分をゲル材料に変換するプロセスは、ゲル材料のゲル点までゲルが固体化する初期ゲル形成工程を含む。ゲル材料のゲル点は、ゲル化溶液が流れ抵抗を示す及び／又はその容積にわたって実質的に連続なポリマー骨格を形成する点として理解することができる。ゲル形成技術の範囲は当業者に公知である。例としては、限定されないが、混合物を十分な時間静止状態に維持すること、溶液のｐＨを調整すること、溶液の温度を調整すること、ある形態のエネルギー（紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、超音波、粒子線、電磁気）を混合物に与えること、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【００６７】
ゲル形成成分をゲル材料に変換するプロセスはまた、液相抽出の前にエージング工程（硬化とも言い表される）を含むことができる。ゲル材料がそのゲル点に達した後のゲル材料のエージングは、ネットワーク内の架橋の数を増加せることによってゲル骨格をさらに強化することができる。ゲルエージングの時間は、得られるエアロゲル材料内の様々な性質を制御するために調整することができる。このエージング手順は、液相抽出中の潜在的な容積減少及び収縮を阻止するのに有用であることができる。エージングは、（抽出の前に）延長された時間、ゲルを静止状態で維持すること、上昇した温度でゲルを維持すること、架橋促進化合物を追加すること、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。エージングのための好ましい温度は、通常、約１０℃〜約１００℃である。ゲル材料のエージングは、典型的に、ウェットゲル材料の液相抽出まで続く。
【００６８】
ゲル形成材料をゲル材料に変換するための時間は、初期ゲル形成の時間（ゲル化開始からゲル点まで）、並びに、液相抽出前のゲル材料の任意のその後の硬化及びエージングの時間（ゲル点から液相抽出開始まで）の両方を含む。ゲル形成材料をゲル材料に変換するための全体の時間は、典型的に、約１分間〜７日間、好ましくは約３０時間以下、約２４時間以下、約１５時間以下、約１０時間以下、約６時間以下、約４時間以下、約２時間以下、約１時間以下、約３０分間以下、又は約１５分間以下である。
【００６９】
得られたゲル材料は、ウェットゲル中に存在する一次反応溶媒を置き換えるために、適切な二次溶媒中で洗浄することができる。そのような二次溶媒は、１つ又は複数の脂肪族炭素原子を持つ直鎖状１価アルコール、２つ以上の炭素原子を持つ２価アルコール、分枝状アルコール、環状アルコール、脂環式アルコール、芳香族アルコール、多価アルコール、エーテル、ケトン、環状エーテル又はそれらの誘導体であることができる。
【００７０】
ゲル材料が形成され処理された後、次いで、ゲルの液相は、革新的な処理及び抽出技術を含む、抽出方法を使用してウェットゲルから少なくとも部分的に抽出されて、エアロゲル材料を形成することができる。他の要因の中で、液相抽出は、エアロゲルの特性、例えば、多孔率及び密度、並びに熱伝導度のような関連する性質を操作する重要な役割を担う。一般的に、エアロゲルは、低い収縮性をウェットゲルの孔ネットワーク及び骨格にもたらす方法で、液相がゲルから抽出された場合に得られる。
【００７１】
エアロゲルは、一般的に、液体移動相の臨界点の近く又はその上の温度及び圧力で、ゲル材料から液体移動相を除去することで形成される。臨界点に達する（略臨界）又臨界点を超える（超臨界）（すなわち、系の圧力及び温度が、それぞれ臨界圧力及び臨界温度であるか又はそれより大きい）と、新しい超臨界相が、液相又は蒸気相と異なる流体において現れる。次いで、溶媒を、液体−蒸気界面、毛管圧、又は液体−蒸気の境界に典型的に関連する、任意の関連する物質移動制限を導くことなく、除去することができる。追加的に、一般に、超臨界相は、有機溶媒により混和性があり、したがって、より良い抽出に対する潜在性を有する。共溶媒及び溶媒交換はまた、一般的に、超臨界流体の乾燥プロセスを最適化するために使用される。
【００７２】
蒸発又は抽出が、超臨界点より下で起こった場合、液体蒸発によって作り出された毛管力により、ゲル材料内で収縮及び孔崩壊が引き起こされる場合がある。溶媒抽出プロセス中に臨界圧力及び温度の近く又はその上で移動相を維持することは、そのような毛管力の好ましくない影響を減らす。本開示の幾つかの実施形態において、溶媒系の臨界点のちょうど下の略臨界条件を使用することで、十分に低い収縮を持つエアロゲル材料又は組成物を製造すること、したがって、商業的に実行可能な最終生成物を製造することが可能となることがある。
【００７３】
幾つかの追加のエアロゲル抽出技術は当技術分野で公知であり、エアロゲルを乾燥するのに超臨界流体を使用する際の様々な範囲の異なるアプローチを含む。例えば、Ｋｉｓｔｌｅｒ（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．（１９３２）３６：５２−６４）は、ゲル溶媒がその臨界圧力及び温度の上で維持され、それによって、蒸発毛管力を減らし、ゲルネットワークの構造的完全性を維持する、単純な超臨界抽出プロセスを説明する。米国特許第４６１０８６３号明細書では、ゲル溶媒が液体二酸化炭素で交換され、その後に二酸化炭素が超臨界状態になる条件で抽出される抽出プロセスを説明する。米国特許第６６７０４０２号明細書では、実質的に超臨界条件以上に事前加熱及び事前加圧された抽出器中に、（液体というよりむしろ）超臨界二酸化炭素を注入することによって、急激な溶媒交換を通じてゲルから液相を抽出し、それによってエアロゲルを製造することを教示する。米国特許第５９６２５３９号明細書では、ポリマー分解の温度未満の臨界温度を有する流体に対して有機溶媒を交換することによって、及び超臨界的に流体／ゾルゲルを抽出することによって、有機溶媒中でゾルゲル形態であるポリマー材料からエアロゲルを得るためのプロセスを説明する。米国特許第６３１５９７１号明細書では、ゲル固形物と乾燥剤とを含むウェットゲルを乾燥して、乾燥中にゲルの収縮を減らすのに十分な乾燥条件下で乾燥材を除去すること、を含むゲルを製造するためのプロセスを説明する。米国特許第５４２０１６８号明細書では、レゾルシノール／ホルムアルデヒドエアロゲルを、単純な空気乾燥手順を使用して製造することができるプロセスを説明する。米国特許第５５６５１４２号明細書では、ゲル骨格及び孔が、周辺乾燥又は亜臨界抽出中に崩壊に耐えることができるように、ゲル表面をより強く、より疎水性に改質する乾燥技術を説明する。エアロゲル材料から液相を抽出する他の例は、米国特許第５２７５７９６号及び同第５３９５８０５号明細書において確認することができる。
【００７４】
ウェットゲルから液相を抽出する１つの好ましい実施形態は、例えば、最初にゲルの孔ネットワーク中に存在する一次溶媒を液体二酸化炭素に実質的に交換すること、並びに、次いで、二酸化炭素の臨界温度（約３１．０６℃）超に、（典型的にはオートクレーブ中で）ウェットゲルを加熱すること、及び系の圧力を二酸化炭素の臨界圧力（約１０７０ｐｓｉｇ）超の圧力に増加させることを含む、二酸化炭素の超臨界条件を使用する。ゲル材料周辺の圧力を、ゲルから超臨界二酸化炭素流体を除去するのを容易にするためにわずかに変動させることができる。ウェットゲルから一次溶媒を連続的に除去するのを容易にするために、抽出システムを通じて、二酸化炭素を再循環させることができる。最後に、温度及び圧力を周辺条件にゆっくり戻して、乾燥エアロゲル材料を製造する。二酸化炭素はまた、抽出チャンバーに注入される前に、超臨界状態に事前処理することができる。
【００７５】
エアロゲルを形成する代替的方法の１つの例としては、水中で塩基性金属酸化物前駆体（例えば、ケイ酸ナトリウム）を酸性化してハイドロゲルを作ることが挙げられる。塩副産物は、イオン交換によって及び／又は形成されたゲルをその後に水で洗浄することによって、ケイ酸前駆体から除去することができる。ゲルの孔から水を除去することを、極性有機溶媒、例えば、エタノール、メタノール、又はアセトンとの交換によって行うことができる。次いで、ゲル中の液相は、革新的な処理及び抽出技術を使用して、少なくとも部分的に抽出される。
【００７６】
エアロゲルを形成する代替的方法の別の例としては、表面ヒドロキシル基の疎水性トリメチルシリルエーテルへの変換を通じてウェットゲル状態のマトリックス材料を化学的に改質することによって、溶媒／孔界面での有害な毛管圧の力を減らし、それによって、溶媒の臨界点未満の温度及び圧力でゲル材料から液相抽出を可能とすることが挙げられる。
【００７７】
エアロゲル材料又は組成物の大量製造は、大規模にゲル材料を連続的に形成することに関する困難性、並びに、革新的な処理及び抽出技術を使用して、大量にゲル材料から液相抽出することに関する困難性によって複雑化される場合がある。本開示のエアロゲル材料又は組成物は、大規模に製造するのに適合することが好ましい。幾つかの実施形態において、本開示のゲル材料は、連続成形及びゲル化プロセスを通じて大規模で製造することができる。幾つかの実施形態において、本開示のエアロゲル材料又は組成物は、大規模な抽出容器の使用を要する、大規模で製造される。本開示の大規模な抽出容器は、約０．１ｍ3以上、約０．２５ｍ3以上、約０．５ｍ3以上、又は約０．７５ｍ3以上の容積を有する抽出容器を含むことができる。
【００７８】
本開示のエアロゲル組成物は、１５ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、又は１ｍｍ以下の厚さを有することができる。
【００７９】
乾燥エアロゲル材料又は組成物は、エアロゲル材料又は組成物の目標性質を最適化するために、さらに処理することができる。幾つかの実施形態において、乾燥エアロゲル組成物を、１つ又は複数の熱処理、例えば、熱分解にさらして、熱処理されたエアロゲル組成物を製造することができる。注意深く制御された熱処理を使用して、エアロゲル材料又は組成物の炭化水素燃料含有量を減らす又は安定化することができ、それにより、エアロゲル材料又は組成物の関連するＨＯＣ及びＴd性質を改善することができる。幾つかの実施形態において、乾燥エアロゲル組成物の熱処理は、様々な範囲の温度、圧力、時間、及び大気圧条件下で起こることができる。
【００８０】
本開示の幾つかの実施形態において、乾燥エアロゲル組成物を、２００℃以上、２５０℃以上、３００℃以上、３５０℃以上、４００℃以上、４５０℃以上、５００℃以上、５５０℃以上、６００℃以上、６５０℃以上、７００℃以上、７５０℃以上、８００℃以上、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲の処理温度にさらすことができる。
【００８１】
本開示の幾つかの実施形態において、乾燥エアロゲル組成物を、３時間以上、１０秒間〜３時間、１０秒間〜２時間、１０秒間〜１時間、１０秒間〜４５分間、１０秒間〜３０分間、１０秒間〜１５分間、１０秒間〜５分間、１０秒間〜１分間、１分間〜３時間、１分間〜１時間、１分間〜４５分間、１分間〜３０分間、１分間〜１５分間、１分間〜５分間、１０分間〜３時間、１０分間〜１時間、１０分間〜４５分間、１０分間〜３０分間、１０分間〜１５分間、３０分間〜３時間、３０分間〜１時間、３０分間〜４５分間、４５分間〜３時間、４５分間〜９０分間、４５分間〜６０分間、１時間〜３時間、１時間〜２時間、１時間〜９０分間、又はこれらの値の任意の２つの間の範囲の時間で、１つ又は複数の熱処理にさらすことができる。
【００８２】
本開示の幾つかの実施形態において、乾燥エアロゲル組成物を２００℃〜７５０℃の処理温度に、１０秒間〜３時間の時間で熱処理にさらすことができる。
【００８３】
エアロゲル材料又は組成物の熱処理は、減酸素環境において起こることができる。本発明の内容の範囲内において、「減酸素環境」という用語は、１０容積％以下の酸素（標準条件での周辺空気中の酸素の量未満である）の容積の濃度を含む雰囲気を言い表す。減酸素環境は、（限定されないが、）窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、アルゴン、及びキセノンを含む不活性ガスの濃度が上昇された陽圧雰囲気を含むことができる。減酸素環境はまた、真空及び部分真空を含む、酸素の濃度が減少した真空雰囲気を含むことができる。減酸素環境は、制限された燃焼により密閉された雰囲気中の酸素含有量の一部が消費された密閉された容器中に含まれる雰囲気をさらに含むことができる。減酸素環境は、１０容積％以下の酸素、８容積％以下の酸素、６容積％以下の酸素、５容積％以下の酸素、４容積％以下の酸素、３容積％以下の酸素、２容積％以下の酸素、又は１容積％以下の酸素、を含むことができる。減酸素環境は、０．１〜１０容積％の酸素、０．１〜５容積％の酸素、０．１〜３容積％の酸素、０．１〜２容積％の酸素、又は０．１〜１容積％の酸素を含むことができる。本開示の１つの実施形態において、疎水性エアロゲル材料又は組成物は、約８５％〜約９９．９％の不活性ガス（例えば、窒素）を含む減酸素雰囲気中で熱処理される。本開示の好ましい実施形態において、乾燥疎水性エアロゲル組成物は、約２００℃〜約８００℃の温度で、約１分間〜約３時間の時間、約９５％〜約９９．９％の不活性ガス（例えば、窒素）を含む減酸素雰囲気中で熱処理される。
【００８４】
エアロゲル材料又は組成物の熱処理は、幾つかのエアロゲル材料の様々な性質に大きく悪影響を与える場合がある。例えば、Ｒａｏら（Ｊ．Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，２００４，３０：１４１−１４７）は、３１０℃超の温度にさらされた場合に疎水性を全て失う疎水性を提供するために、共ゲル化及び表面誘導体化の両方を通じて加えられた様々な疎水反応剤（例えば、ＭＴＭＳ、ＭＴＥＳ、ＴＭＥＳ、ＰｈＴＥＳ、ＥＴＥＳ、ＤＭＣＳ、ＴＭＣＳ及びＨＭＤＺ）で、ＴＥＯＳ前駆体から作られたエアロゲルを教示し（３９０℃まで安定であるＤＭＣＳ共ゲル、及び５２０℃まで安定であるＰｈＴＥＳ共ゲルを除く）、Ｌｉｕら（Ｊ．Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，２０１２，６２：１２６−１３３）は、標準雰囲気中で４３０℃超の温度にさらされた場合にその疎水性を失う疎水性を提供するために、ＨＭＤＺで処理されたケイ酸ナトリウム前駆体から作られたエアロゲル材料を教示し、Ｚｈｏｕら（Ｉｎｏｒｇ．Ｍａｔ．，２００８，４４−９：９７６−９７９）は、標準雰囲気中で５００℃超の温度にさらされた場合にその疎水性を失う疎水性を提供するために、ＴＭＣＳで処理されたＴＥＯＳ前駆体から作られたエアロゲル材料を教示する。１つの実施形態において、本開示のエアロゲル材料又は組成物の熱処理は、９５０℃未満、９００℃未満、８５０℃未満、８００℃未満、７５０℃未満、７００℃未満、６５０℃未満、又は６００℃未満での温度さらしに限定される。
【００８５】
幾つかの実施形態において、本開示は、エアロゲル材料、組成物、及び、制御された熱処理によりエアロゲル材料の炭化水素燃料含有量を減らす又は安定化する（それによって、ＨＯＣ及びＴdのようなエアロゲル材料の関連する性質を改善する）ことが可能となる処理方法を提供し、それにより、エアロゲル材料が、約５５０℃以上の温度へのさらし、及び約６５０℃以上の温度へのさらしを含む、高温での疎水性の機能レベルを維持することが可能となる。
【００８６】
本開示の実施形態は、本明細書で議論されたいずれの処理、抽出及び処理技術、並びに、本明細書で規定されたようなエアロゲル、エアロゲル系材料、及びエアロゲル組成物を製造するための、当業者に公知な他の処理、抽出及び処理技術を使用して、行うことができる。
【００８７】
エアロゲル組成物は、より柔軟で、耐性があり、適合性がある複合体生成物を得るために、様々な繊維強化材料で繊維強化することができる。繊維強化剤を、ゲル化プロセス中のあらゆる時点でゲルに加え、ウェットな繊維状ゲル組成物を製造することができる。次いで、ウェットゲル組成物を乾燥して繊維強化エアロゲル組成物を製造することができる。繊維強化材料は、離散繊維、織布材料、不織布材料、綿、ウェブ、マット、及びフェルトの形態であることができる。繊維強化は、有機繊維状材料、無機繊維状材料、又はそれらの組み合わせから作ることができる。
【００８８】
好ましい実施形態において、不織布繊維強化材料は、相互接続又は交絡繊維強化材料の連続シートとして、エアロゲル組成物中に組み入れられる。プロセスは、ゲル前駆体溶液を、連続シートに状の相互接続又は交絡繊維強化材料に成形する又は含浸することで、連続シート状の繊維強化ゲルを最初に製造することを含む。次いで、液相は、繊維強化ゲルシートから少なくとも部分的に抽出されてシート状の繊維強化エアロゲル組成物を製造することができる。
【００８９】
エアロゲル組成物はまた、伝熱の放射性成分を減らすために、乳白剤を含むことができる。ゲル形成の前のあらゆる時点で、不透明化化合物又はそれらの前駆体を、ゲル前駆体を含む混合物中に分散させることができる。不透明化化合物の例としては、限定されないが、炭化ホウ素［Ｂ4Ｃ］、珪藻土、マンガンフェライト、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ、Ａｇ2Ｏ、Ｂｉ2Ｏ3、カーボンブラック、酸化チタン、鉄チタン酸化物、酸化アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化鉄（ＩＩ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、二酸化マンガン、鉄チタン酸化物（イルメナイト）、酸化クロム、炭化物（例えば、ＳｉＣ、ＴｉＣ又はＷＣ）、又はそれらの混合物が挙げられる。不透明化化合物前駆体の例としては、限定されないが、ＴｉＯＳＯ4又はＴｉＯＣｌ2が挙げられる。
【００９０】
本開示のエアロゲル材料及び組成物は、絶縁材料として極めて効果的であることが示されてきた。しかしながら、本開示の方法及び材料の適用が、絶縁に関する用途に限定されることは意図されない。本開示の方法及び材料は、本開示の材料及び方法によって提供される性質又は手順の一意の組み合わせから利益を得る任意の系又は用途に適用することができる。
【００９１】
以下の例は、本開示の非限定的な実施形態及び性質を提供する。
【実施例】
【００９２】
例１
Ｋグレードのケイ酸ナトリウムを前駆体として使用し、それは、質量で２．８８のＳｉＯ2：Ｎａ2Ｏ比を含み、３１．７ｗｔ％のＳｉＯ2と、１１ｗｔ％のＮａ2Ｏとを含有していた。ナトリウムメチルシリコネートは水中で３０％のＮａＳｉＯ3ＣＨ3として利用可能であった。ケイ酸ナトリウムとナトリウムメチルシリコネートとを組み合わせて、得られた３１．４％のエアロゲル塊が、エアロゲル材料内で７．０ｗｔ％の期待疎水性有機含有量を持つナトリウムメチルシリコネートから生じた（ＮａＳｉＯ3ＣＨ3からのＳｉＯ1.5ＣＨ3）。
【００９３】
この組み合わせを、酸性化ゾル中に９．６８ｗｔ％のシリカ固形物（６．６４ｗｔ％のＳｉＯ2と３．０４ｗｔ％のＳｉＯ1.5ＣＨ3）が存在するように、３２％のＨ2ＳＯ4に加える前に希釈した。Ｈ2ＳＯ4とＮａ2ＳｉＯ3との両方を氷浴中で１０℃に冷却した。Ｎａ2ＳｉＯ3を高速撹拌しながらＨ2ＳＯ4にゆっくり加えた。ゲル化を避けるために温度が１２度を超えないような速度で、この発熱性の追加を行った。ゾルを４℃に冷却して、いくらかのＮａ2ＳＯ4・１０Ｈ2Ｏの沈殿を促進した。溶液の温度を４℃で維持した。硫酸ナトリウムをさらに沈殿させるために、エタノールを水性ゾルの容積の６８．７％に等しい量で加えて、ゾル中の成分のモル比を１：０．４０９：２．３４：６．９７：０．１５６のＳｉ（水ガラスから）：Ｓｉ（メチルシリコネートから）：ＥｔＯＨ：Ｈ2Ｏ：Ｈ2ＳＯ4にした。Ｎａ2ＳＯ4を真空濾過により速やかに除去した。
【００９４】
ゲルを、触媒としての希釈水酸化アンモニウム（水中で１０容積％の２８％ＮＨ4ＯＨ）を追加することで０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃの目標エアロゲル密度で成形した。８５容積％のゾルと、５容積％のＥｔＯＨと、１０容積％の触媒流とを使用した（数秒にわたって加えた）。触媒を加えた後、ゾルを３００ｒｐｍで３０秒間撹拌して、次いで、繊維強化相に流し込み、ゲルを得た。約１時間の硬化の後、エアロゲル材料を、３：１のＥｔＯＨ：ゲルの容積比を持つＥｔＯＨ浴に入れて、エージングの前に水含有量を減らした。次いで、それらを、３：１の流体：ゲル比で、０．８ｗｔ／容積％のＮＨ3を含有するエタノールエージング流体中において６８℃で１４時間エージングした。試験片を、超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【００９５】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【００９６】
例２
ＥｔＯＨ及びＨ2Ｏ中で酸性触媒を用いてＴＥＯＳとＭＴＥＳとを共加水分解することで、ゾルを作った。ゾル材料のモル比を調整して、エアロゲル材料内において約７．０ｗｔ％の有機含有量を持つエアロゲルを得た。ゾルを６０℃で４時間撹拌して、次いで、室温に冷却した。加水分解中にゾルの容積が約３％減少し、ＥｔＯＨを加えてゾルをその元の容積に戻した。
【００９７】
０．５ＭのＮＨ4ＯＨを、０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃの目標エアロゲル密度を持つ複合ゾルに加えた。ゾルを繊維強化相に流し込み、ゲルを得た。約１時間の硬化の後、エアロゲル材料を、３：１の流体：ゲル比で、０．８ｗｔ／容積％のＮＨ3を含有するエタノールエージング流体中において６８℃で約１６時間エージングした。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【００９８】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【００９９】
例３
ＥｔＯＨ及びＨ2Ｏ中で酸性触媒を用いてＴＥＯＳとＭＴＥＳとを共加水分解することで、ゾルを作った。ゾル材料のモル比を調整して、エアロゲル材料内において約７．０ｗｔ％の有機含有量を持つエアロゲルを得た。ゾルを６０℃で４時間撹拌して、次いで、室温に冷却した。炭化ホウ素［Ｂ4Ｃ］、カーボンブラック、二酸化マンガン、酸化チタン、又はケイ酸ジルコニウムを、複合ゾルの別のバッチに組み入れて、次いで、それを１時間以上撹拌した。
【０１００】
０．５ＭのＮＨ4ＯＨを、０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃの目標エアロゲル密度を持つ複合ゾルに加えた。ゾルを繊維強化相に流し込み、ゲルを得た。約１時間の硬化の後、エアロゲル材料を、３：１の流体：ゲル比で、０．８ｗｔ／容積％のＮＨ3を含有するエタノールエージング流体中において６８℃で約１６時間エージングした。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【０１０１】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【０１０２】
例４
ＥｔＯＨ及びＨ2Ｏ中で酸性触媒を用いてＴＥＯＳを加水分解することで、ポリエチルシリケートゾルを製造し、次いで、６時間以上周辺温度で撹拌した。ＥｔＯＨ及びＨ2Ｏ中で酸性触媒を用いてＭＴＥＳを加水分解することで、ポリメチルシルセスキオキサンゾルを製造し、次いで、６時間以上周辺温度で撹拌した。ポリエチルシリケート（ＴＥＯＳ）ゾルとポリメチルシルセスキオキサン（ＭＴＥＳ）ゾルとを組み合わせて、約１０〜１１ｗｔ％の有機含有量を持つエアロゲルを得た。炭化ケイ素粉末（Ｆ１２００グリット）又は二酸化チタン粉末を、約１５：１のゾル：粉末の質量比を持つ、別バッチの複合ゾルに組み入れた。複合ゾルを１時間以上撹拌した。
【０１０３】
０．５ＭのＮＨ4ＯＨを、０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃの最終エアロゲルの目標密度を持つ、複合ゾルに加えた。ゾルを、不織布のガラス繊維強化相に流し込み、ゲルを得た。エアロゲル材料を、０．５ｗｔ／容積％のＮＨ3を含有するエタノールエージング流体中で、１０時間以上エージングした。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、約１８０℃で従来法の加熱で乾燥した。
【０１０４】
得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【０１０５】
例５
ＥｔＯＨ及びＨ2Ｏ中で酸性触媒を用いてＴＥＯＳを加水分解することで、ポリエチルシリケートゾルを製造し、６時間以上周辺温度で撹拌した。ＥｔＯＨ及びＨ2Ｏ中で酸性触媒を用いてＭＴＥＳを加水分解することで、ポリメチルシルセスキオキサンゾルを製造し、次いで、６時間以上周辺温度で撹拌した。ポリエチルシリケート（ＴＥＯＳ）ゾルとポリメチルシルセスキオキサン（ＭＴＥＳ）ゾルとを組み合わせて、約１０〜１１ｗｔ％の有機含有量を持つエアロゲルを得た。酸化鉄、炭化チタン、珪藻土、マンガンフェライト又は鉄チタン酸化物を、別のバッチの複合ゾルに組み入れた。複合ゾルを１時間以上撹拌した。
【０１０６】
０．５ＭのＮＨ4ＯＨを、０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃの最終エアロゲルの目標密度を持つ、複合ゾルに加えた。ゾルを、不織布のガラス繊維強化相に流し込み、ゲルを得た。エアロゲル材料を、０．５ｗｔ／容積％のＮＨ3を含有するエタノールエージング流体中で、１０時間以上エージングした。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、約１８０℃で従来法の加熱で乾燥した。
【０１０７】
得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【０１０８】
例６
ＥｔＯＨ及び１ｍＭのシュウ酸水溶液中で、ＴＥＯＳと有機シラン疎水性物質とを共加水分解することで、ゾルを得た。有機シラン疎水性物質の共前駆体を、以下、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）、トリメチルエトキシシラン（ＴＭＥＳ）、エチルトリエトキシシラン（ＥＴＥＳ）、及びフェニルトリエトキシシラン（ＰｈＴＥＳ）から選択することができる。この例では、ＰｈＴＥＳを有機シラン疎水性物質として使用した。ＥｔＯＨ：Ｈ2Ｏ：シュウ酸のモル比を、１ｍＭのシュウ酸として水と共に導入されたシュウ酸で、５：７：１．２６×１０-4で一定に保った。ＴＥＯＳとＰｈＴＥＳとのモル比を提供して、それぞれの場合において、８．０ｗｔ％と９．０ｗｔ％の疎水性有機含有量と、目標密度は０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃであったとを持つエアロゲルを得た。これらの２つの配合物についてのゾル成分のモル比は、それぞれ、０．０７１９：１：８．９８：１２．５７：２．２６×１０-4及び０．０８２５：１：９．１８：１２．８５：２．３１×１０-4のＰｈＴＥＳ：ＴＥＯＳ：ＥｔＯＨ：Ｈ2Ｏ：シュウ酸であった。
【０１０９】
ゾルを１５分間撹拌して、次いで、繊維強化相に流し込み、６０℃のオーブンでゲルを得た。６０℃で２１〜３３時間の硬化の後、エアロゲル材料を、３：１の流体：ゲル比で、０．８ｗｔ／容積％のＮＨ3を含有するエタノールエージング流体中において６８℃で２２時間エージングした。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【０１１０】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【０１１１】
例７
１ｍＭのシュウ酸水溶液の触媒で、ＭｅＯＨ中でＴＥＯＳとＰｈＴＥＳとを共加水分解することで、ゾルを作った。ＭｅＯＨ：Ｈ2Ｏ：シュウ酸のモル比を、１ｍＭのシュウ酸として水と共に導入されたシュウ酸で、６６：７：１．２６×１０-4で一定に保った。全ての配合物について、目標密度は０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃであった。ＰｈＴＥＳ含有量を変えて、７．０、１１．０、又は１９．０ｗｔ％の目標有機含有量を持つエアロゲルを得た。これらの配合物についてのゾル成分のモル比は、それぞれ、１：０．０６２：１６．５７：１．７６：３．１６×１０-5、１：０．１０５：１８．１５：１．９３：３．４７×１０-5、及び１：０．２１７：２２．１８：２．３５：４．２４×１０-5のＴＥＯＳ：ＰｈＴＥＳ：ＭｅＯＨ：Ｈ2Ｏ：シュウ酸であった。ゾルを２８℃で２４時間撹拌した。
【０１１２】
加水分解したゾルをゲル化するために、前工程中の１モルごとのＨ2Ｏに対して追加の１モルのＨ2Ｏを加える量で、１ＭのＮＨ4ＯＨを加えた。これは、７．０、１１．０、及び１９．０ｗｔ％の有機配合物について、それぞれ、ＴＥＯＳ１モルあたり０．０３１６、０．０３４７、又は０．０４２４モルのＮＨ4ＯＨをもたらす。ゾルを３分間撹拌して、次いで、繊維強化相に流し込み、２８度でゲルを得た。ゲルを２日間室温で硬化して、次いで、２４時間ごとに新しいエタノールで４日間エタノール浴に浸した。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【０１１３】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【０１１４】
例８
ＭｅＯＨ中で、８６ｍＭのＮＨ4ＯＨ触媒を用いてテトラメチルオルソシリケート（ＴＭＯＳ）とＰｈＴＥＳとを共加水分解することで、ゾルを作った。溶媒と触媒との間のモル比を、８６ｍＭのＮＨ4ＯＨとして水と共に導入されたＮＨ4ＯＨで、１１：５：３．７×１０-3のＭｅＯＨ：Ｈ2Ｏ：ＮＨ4ＯＨで一定に保った。全ての配合物について、目標密度は０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃであった。ＰｈＴＥＳ含有量を変えて、７．０、１１．０、又は１９．０ｗｔ％の目標有機含有量を持つエアロゲルを得た。これらの配合物についてのゾル成分のモル比は、それぞれ、１：０．０６２：１６．６１：７．５５：５．５９×１０-3、１：０．１０５：１８．０４：８．２０：６．０７×１０-3、及び１：０．２１７：２１．７８：９．９０：７．３３×１０-3のＴＭＯＳ：ＰｈＴＥＳ：ＭｅＯＨ：Ｈ2Ｏ：ＮＨ4ＯＨであった。
【０１１５】
ゾルを１５分間撹拌して、次いで、繊維強化相に流し込み、ゲルを得た。ゲルを３日間室温で硬化して、次いで、２４時間ごとに新しいエタノールで４日間エタノール浴に浸した。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【０１１６】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【０１１７】
例９
ＥｔＯＨ及びＨ2Ｏ中で、１ＭのＨＣｌ触媒を用いてＴＥＯＳと１，２−ビス（トリエトキシリル）エタン（ＢＴＥＳＥ）とを共加水分解することで、ゾルを作った。７．０、８．０、又は９．０ｗｔ％の有機含有量を持つエアロゲルを、それぞれ、１：０．２２３：１３．８４：３．４６：２．４２×１０-3、１：０．２７５：１５．０４：３．７６：２．６３×１０-3、及び１：０．３３４：１６．２４：４．０６：２．８４×１０-3のＴＥＯＳ：ＢＴＥＳＥ：ＥｔＯＨ：Ｈ2Ｏ：ＨＣｌのモル比を使用することで得た。それぞれの場合において、ＢＴＥＳＥ含有量を変えつつ、溶媒と触媒との間の比を８：２：１．４×１０-3のＥｔＯＨ：Ｈ2Ｏ：ＨＣｌで一定に保った。ゾルを６０℃で４時間撹拌して、次いで、室温に冷却した。加水分解中にゾルの容積が約３％減少し、ＥｔＯＨを加えてゾルをその元の容積に戻した。
【０１１８】
加水分解したゾルをゲル化するために、最終成形ゲルが８．０容積％の０．５ＭのＮＨ4ＯＨを含有し、最終エアロゲルの目標密度が０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃであるように、希釈したＮＨ4ＯＨを加えた。ゾルを繊維強化相に流し込み、ゲルを得た。約１時間の硬化の後、エアロゲル材料を、３：１の流体：ゲル比で、０．８ｗｔ／容積％のＮＨ3を含有するエタノールエージング流体中において６８℃で約１６時間エージングした。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【０１１９】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【０１２０】
例１０
Ｋグレードのケイ酸ナトリウムを前駆体として使用して、それは質量で２．８８のＳｉＯ2：Ｎａ2Ｏ比を含み、３１．７ｗｔ％のＳｉＯ2と１１ｗｔ％のＮａ2Ｏとを含有していた。ケイ酸ナトリウム前駆体を、最初に水で希釈して、次いで、３２％のＨ2ＳＯ4に加えた。得られた溶液は、酸性化ゾル中に１０．３４ｗｔ％のＳｉＯ2と、１．３４ＭのＮａ+と、１．５０ＭのＨ+とを含んでいた。Ｈ2ＳＯ4とＮａ2ＳｉＯ3との両方を氷浴中で１０℃に冷却して、次いで、Ｎａ2ＳｉＯ3を高速撹拌しながらＨ2ＳＯ4溶液にゆっくり加えた。ゲル化を避けるために温度が１２度を超えないような速度で、この発熱性の追加を行った。ゾルを４℃に冷却して、いくらかのＮａ2ＳＯ4・１０Ｈ2Ｏの沈殿を促進した。溶液の温度を４℃に維持した。
【０１２１】
ＴＨＦを、６．７２ｗｔ％のＳｉＯ2が最終ゾル内に含まれるまでの量で加えて、それによってＮａ2ＳＯ4をさらに沈殿させた。沈殿したＮａ2ＳＯ4を真空濾過で素早く除去して、ＮａＣｌを、ゾルが飽和するまで、濾過されたゾル溶液に加えた。ＮａＣｌは、水性相と有機相との分離を引き起こす。９５％のＨ2Ｏを有機相から除去し、１００％のＳｉＯ2を有機相に分配した。約０．１８ｇＳｉＯ2／ｍＬの期待固形物含有量で、有機相を隔離した。ゾル中の成分のモル比が１（Ｓｉ）：６．２５６（ＥｔＯＨ）：０．９７５（Ｈ2Ｏ）：４．１１５（ＴＨＦ）であるように、エタノールをＴＨＦ層の容積の１０４％に等しい量で加えた。
【０１２２】
ＭＴＥＳ前駆体ゾル溶液を調製して、それは、２．７のＨ2Ｏ：Ｓｉ（モル比）を持つ６９．４ｗｔ％のＭＴＥＳと、ＥｔＯＨで希釈した７０ｍＭの酢酸（９９．７％）とを含み、それは２６ｗｔ％の期待固形物含有量［ＳｉＯ1.5（ＣＨ3）］を提供した。ＭＴＥＳ：ＥｔＯＨ：Ｈ2Ｏ：ＨＯＡｃのモル比は、１：０．６２４：２．７０３：０．０１９９であった。ゾルを魔法瓶中で５時間撹拌し、次いで、冷却により急冷した。
【０１２３】
８５．９容積％のケイ酸ゾル（１ａ）と１４．１容積％のＭＴＥＳ（１ｂ）とを組み合わせて２時間撹拌して、７．０ｗｔ％の期待疎水性有機含有量を持つ、３１．４ｗｔ％の期待最終エアロゲル塊が疎水成分から生じた（ＭＴＥＳからのＳｉＯ1.5ＣＨ3）。
【０１２４】
触媒としての希釈水酸化アンモニウム（水中で２．５容積％の２８％ＮＨ4ＯＨ）及びＥｔＯＨを加えることで、ゲルを０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃの目標密度で成形した。６７容積％のゾル溶液と、２１容積％のＥｔＯＨと、１２容積％の触媒流とを使用した（数秒間にわたって加えた）。触媒を追加した後、ゾルを３００ｒｐｍで３０秒間撹拌して、次いで、繊維強化相に流し込み、ゲルを得た。約１時間の硬化の後、エアロゲル材料を、３：１の流体：ゲル比で、０．８ｗｔ／容積％のＮＨ3を含有するエタノールエージング流体中において６８℃で約１６時間エージングした。試験片を超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【０１２５】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与えた）。
【０１２６】
例１１
Ｋグレードのケイ酸ナトリウムを使用して、それは質量で２．８８のＳｉＯ2：Ｎａ2Ｏを有し、３１．７ｗｔ％のＳｉＯ2と１１ｗｔ％のＮａ2Ｏとを含有し、１．４８ｇ／ｍＬの密度を有した。それを、希釈された溶液が２２．１ｗｔ％の元の水ガラス（７．０ｗｔ％のＳｉＯ2）を含有するように、最初に水で希釈した。希釈ケイ酸ナトリウムを、アンバーライトＮａ+樹脂を通すことでイオン交換を行った。次いで、得られたケイ酸を、Ｈ2Ｏと１ＭのＮＨ4ＯＨとを追加することでゲル化して、希釈液Ｈ2Ｏと触媒流とを、それぞれ、最終ハイドロゾルの６．９容積％と０．４容積％とに分配した。ゾルを、３００ｒｐｍで３０秒間撹拌して、繊維強化相に流し込みゲル化した。Ｓｉ：Ｈ2Ｏ：ＮＨ3のモル比は１：４７．８：０．００１６であり、目標シリカエアロゲルの密度は０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃであった。ゲルを５０℃で３時間エージングした。エタノールとの溶媒交換を３６時間で３回行い、次いで、エタノールを３６時間で３回ヘキサンと交換した。
【０１２７】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与え、疎水処理を含まない）。
【０１２８】
以下の疎水性シリル化剤：メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）、ビニルトリメトキシシラン（ＶＴＭＳ）、フェニルトリメトキシシラン（ＰｈＴＭＳ）、フェニルトリエトキシシラン（ＰｈＴＥＳ）、又はジメチルジメトキシシラン（ＤＭＤＭＳ）のうちの１つで、ウェットゲルの疎水処理を行った。ゲルのシラン化を、４：１の流体：ゲル比を使用して、２０容積％の疎水性物質を含有するヘキサン浴中において５０℃で２４時間行った。流体中の疎水性物質とゲル中のＳｉとのモル比は、どの疎水性物質を使用したかに応じて、２．８〜５．０の範囲であった。ゲルを２４時間で２回ヘキサンを用いて洗浄して、次いで、超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【０１２９】
例１２
シュウ酸触媒の存在下で、ＥｔＯＨで希釈して、ＴＥＯＳの加水分解及び縮合によってシリカゲルを調製した。ＴＥＯＳ：ＥｔＯＨ：Ｈ2Ｏ：シュウ酸のモル比は、１ｍＭのシュウ酸として水と共に導入されたシュウ酸で、１：７．６０：１０．６４：１．９２×１０-4であった。目標シリカエアロゲルの密度は０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃであった。ゾルを１５分間撹拌して、次いで、繊維強化相に流し込み、６０℃のオーブン中でゲルを得た。
【０１３０】
繊維強化相は、９ミクロン径の繊維を持ち、約３．８オンス／平方フィートの密度を持つ約１０ｍｍ厚のシリカＰＤ綿であった。得られたエアロゲル材料は、約４５ｗｔ％のエアロゲルと、５５ｗｔ％の繊維とであり、約０．１６〜０．２０ｇ／ｃｃの期待材料密度を得た（０．０７〜０．０８ｇ／ｃｃのエアロゲル密度を与え、疎水処理を含まない）。
【０１３１】
ゲルをメタノール中で２０容積％の疎水性反応剤を含有する浴に移動して、４：１の流体：ゲル比を使用して４５℃で２４時間加熱した。疎水性反応剤は、以下、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＳ）、メチルトリエトキシシラン（ＭＴＥＳ）、エチルトリエトキシシラン（ＥＴＥＳ）、又はフェニルトリエトキシシラン（ＰｈＴＥＳ）のうちの１つである。流体中の疎水性物質とゲル中のＳｉとのモル比は、どの疎水性物質を使用したかに応じて２．８〜４．８の範囲であった。次いで、ゲルを４５℃で６時間おきに、３回ＥｔＯＨで洗浄して、次いで、超臨界ＣＯ2で溶媒抽出して、次いで、１１０℃で２時間乾燥した。
【０１３２】
例１３
例１、２、６、７、８、及び９では、各例において期待されたエアロゲル材料（３．０〜５．０ｗｔ％の複合体）中に約７．０〜９．０ｗｔ％の疎水性有機含有量を持つエアロゲル組成物を製造した。例４では、エアロゲル材料（４．０〜６．０ｗｔ％の複合体）中に約９．０〜１１．０ｗｔ％の疎水性有機含有量を持つエアロゲル組成物を製造した。例７及び８ではまた、エアロゲル材料（６．０〜９．０ｗｔ％の複合体）中に約１１．０〜１９．０ｗｔ％のＰｈＴＥＳ疎水性有機含有量を持つエアロゲル組成物を製造した。例３及び５では、調整された製造条件（疎水性材料の量、時間、温度など）下で、エアロゲル材料中に約９．０〜１１．０ｗｔ％の疎水性有機含有量を持つエアロゲル組成物を製造することができる。例１０〜１２では、調整された製造条件（疎水性材料の量、時間、温度など）下で、エアロゲル材料中に約７．０〜９．０ｗｔ％の疎水性有機含有量を持つエアロゲル組成物を製造することができる。
【０１３３】
例１、２、６、７、８及び９において製造された試料、並びに、炭化ケイ素粉末を含む例４において製造された試料を、２００℃〜７００℃の範囲の処理温度の選択値に達するまで１０℃／分の温度ランプ速度で、Ｎ2下において管状炉中で熱処理した。処理時間が完了した後、炉を５℃／分の冷却ランプで冷却することができ、試料を除去した。
【０１３４】
処理された試料は、例２からの７％のＭＴＥＳ試料；例１からのＮａＳｉＯ3ＣＨ3試料；例９からの７％、８％及び９％のＢＴＥＳＥ試料；例６からの８％及び９％のＰｈＴＥＳ試料；例７からの１１％及び１９％のＰｈＴＥＳ試料；並びに例８からの７％、１１％及び１９％のＰｈＴＥＳ試料を含んでいた。試料を、２００℃〜７００℃の範囲の様々な温度下で、１０秒間〜１時間の範囲の時間熱処理した。４７５℃で１０分間及び５２５℃で１０分間処理した試料を追加の試験のために選択した。
【０１３５】
ステンレス鋼フォイルバッグ中の各バッチから試料試験片を密閉し、４５０℃〜８００℃の様々な温度で、６０分間以下の時間で事前加熱された不活性炉中にバッグを入れることによって、二酸化チタン粉末を含む例４において製造された試料を熱処理した。
【０１３６】
例４からの処理された試料（二酸化チタン粉末又は炭化ケイ素粉末）は、粉末材料によって（Ｓ＝炭化ケイ素、Ｔ＝二酸化チタン）、熱処理温度によって（４５０〜８００）、及び処理時間によって（０〜６０）、本開示中で特定される。
【０１３７】
７％、８％及び９％のＢＴＥＳＥからの試料の熱処理は、約４７５℃で開始した分解の兆候を示した。ＰｈＴＥＳからの試料の熱処理は全て、４００℃超の高い温度での不安定なフェニル種の兆候を示した。
【０１３８】
例１４
表１は例１３からの処理されたエアロゲル複合体試料の密度の測定値を示す。密度の測定はＡＳＴＭ  Ｃ１６７に従って行った。全ての複合体のエアロゲル試料は０．２１６ｇ／ｃｃ未満の密度が測定された。
【０１３９】
例１５
表１は、例１３からの処理されたエアロゲル複合体試料についての熱伝導度（ＴＣ）の測定値を示す。ＴＣの測定は、ＡＳＴＭ  Ｃ１７７に従って、約３７．５℃の温度、及び２ｐｓｉの圧縮（８×８試料）又は８ｐｓｉの圧縮（４×４試料）で行った。
【０１４０】
全ての処理されたエアロゲル複合体試料は、３１．６ｍＷ／ｍＫ以下の熱伝導度の測定値を有した。
【０１４１】
例１６
約７．０〜８．０ｗｔ％の疎水性有機含有量を持つエアロゲル組成物は、典型的に、製造の際に親水性であると予測され、約３５０ｗｔ％以上のＣ１５１１の期待水吸収値（周辺条件で１５分間の浸水下）を持つ。
【０１４２】
表１は、例１３からの処理されたエアロゲル複合体試料についての、減酸素熱処理前後の両方での液水吸収の測定値を示す。全ての測定を、ＡＳＴＭ  Ｃ１５１１に従って行った（周辺条件で１５分間の浸水下）。
【０１４３】
７％のＭＴＥＳと７％のＮａＳｉＯ3ＣＨ3との両方についての処理前試料は、４００ｗｔ％水吸収超の液水吸収の測定値を有した。７％、８％及び９％のＢＴＥＳＥの全てについての処理前試料は、３４０ｗｔ％水吸収超の液水吸収の測定値を有した。ＰｈＴＥＳ材料全てについての処理前試料は、２８０％液水吸収超の測定値を有した。
【０１４４】
７％のＭＴＥＳについての処理後試料は、約０．０ｗｔ％水吸収の液水吸収の測定値を有し、それは７％のＭＴＥＳについての処理前試料より低かった。７％のＮａＳｉＯ3ＣＨ3についての処理後試料は、（４７５℃で１０分間熱処理したサンプルに対して）約８１ｗｔ％水吸収の液水吸収の測定値を有した。ＢＴＥＳＥについての全ての処理後試料は、２９０ｗｔ％水吸収超の液水吸収の測定値を有した。ＰｈＴＥＳについての全ての処理後試料は、約２７５ｗｔ％水吸収の液水吸収の測定値を有した。
【０１４５】
例１７
表１は、例１３からの処理されたエアロゲル複合体試料についての、減酸素熱処理前後の両方での燃焼熱（ＨＯＣ）の測定値を示す。ＨＯＣ測定は、ＩＳＯ１７１６測定標準に一致した条件に従って行った。
【０１４６】
７％のＭＴＥＳについての処理前試料は約６００ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有し、処理後試料（５２５℃で１０分間熱処理された）は約４２５ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有した。７％のＮａＳｉＯ3ＣＨ3についての処理前試料は約４１５ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有し、処理後試料（５２５℃で１０分間熱処理された）は約１４０ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有した。９％のＢＴＥＳＥについての処理前試料は約７８０ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有し、９％のＢＴＥＳＥについての処理後試料（５２５℃で１０分間熱処理された）は約２８５ｃａｌ／ｇＨＯＣの測定値を有した。９％のＰｈＴＥＳ（例３−１からの）についての処理前試料は約４３７ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有し、処理後試料（５２５℃で１０分間熱処理された）は約１４４ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有した。７％のＰｈＴＥＳ（例３−３からの）についての処理前試料は約３５１ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有し、処理後試料（４００℃で１０分間熱処理された）は約１２０ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有した。１１％のＰｈＴＥＳ（例３−３からの）についての処理前試料は約４０３ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有し、処理後試料（４００℃で１０分間熱処理された）は約１１０ｃａｌ／ｇのＨＯＣの測定値を有した。
【０１４７】
例１８
図１は、例１３からの７％のＭＴＥＳ試料についての、５２５℃で１０分間の減酸素熱処理前後の両方でのＣＰ／ＭＡＳ29Ｓｉ固体状態ＮＭＲ分析を示す。
【０１４８】
７％のＭＴＥＳについての処理前試料は約０．４６３のＴ1-2：Ｔ3比と、約１．９６１のＱ2-3：Ｑ4比とを示した。７％のＭＴＥＳについての処理後試料は約０．２７２のＴ1-2：Ｔ3比と、約０．８４２のＱ2-3：Ｑ4比とを示した。重なったピークは、個々に比を得るために、統合されたピークを畳み込みを解いて得た(デコンボリューションした)。
【０１４９】
例１９
図２は、例１３からの７％のＭＴＥＳ試料と、７％のＮａＳｉＯ3ＣＨ3試料と、９％のＢＴＥＳＥ試料と、９％のＰｈＴＥＳ（例３−１）試料とについての、５２５℃で１０分間の減酸素熱処理前後のＴＧＡ／ＤＳＣ分析を示す。ＴＧＡ／ＤＳＣ分析を、２０℃／分のランプ速度で、周辺温度から１０００℃までの範囲の温度について行った。
【０１５０】
表１は、図２に示されたＴＧＡ／ＤＳＣ分析のプロットに基づいて、処理前試料についての熱分解開始点の温度（℃）を示す。
【０１５１】
７％のＭＴＥＳについての処理後試料（５２５℃で１０分間熱処理された）は約５４５℃のＴdの測定値を有した。７％のＮａＳｉＯ3ＣＨ3についての処理後試料（５２５℃で１０分間熱処理された）は約６００℃のＴdの測定値を有した。９％のＢＴＥＳＥについての処理後試料（５２５℃で１０分間熱処理された）は約４６０℃のＴdの測定値を有した。９％のＰｈＴＥＳについての処理後試料（５２５℃で１０分間熱処理された）は約５９５℃のＴdの測定値を有した。
【０１５２】
【表１】
2019089707.tif 000003
【０１５３】
本明細書で使用される場合、別段の記載がない限り、接続詞「及び（ａｎｄ）」は包括的であることが意図され、接続詞「又は（ｏｒ）」は排他的であることが意図されない。例えば、語句「又は、代替的に（ｏｒ，ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｌｙ）」は排他的であることが意図される。
【０１５４】
本開示で記載している内容において（特に、特許請求の範囲の内容において）、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」という用語、又は類似の指示対象は、別段の記載がないか又は文脈により明確に否定されない限り、単数及び複数の両方を含むと解されるべきである。
【０１５５】
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、別段の記載がない限り、制限のない用語（すなわち、「含むが、限定されない」を意味する）として解されるべきである。
【０１５６】
本明細書で使用される場合、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、示したような特定の性質、組成物、量、値又はパラメータついて典型的である変位、例えば、実験誤差、測定誤差、近似誤差、計算誤差、平均値からの標準偏差、日々の微調整に基づく変位の程度を言い表す。
【０１５７】
本明細書中の値の範囲の記述は、別段の記載がない限り、その範囲内にあるそれぞれの別個の値を個々に言い表す省略方法として提供されることが単に意図され、それぞれの別個の値は、それが本明細書に個々に示されるように、本明細書中に組み込まれる。
【図１】
2019089707.tif 000004
【図２】
2019089707.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月6日(2019.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ系骨格と、強化材料と、少なくとも１つの疎水結合ケイ素とを含む強化エアロゲル組成物であって、以下の性質：
ｉ）４０ｗｔ％以下の液水吸収と、
ｉｉ）５００℃以上の疎水性有機材料の熱分解開始点と、
ｉｉｉ）７１７ｃａｌ／ｇ以下の燃焼熱と、
ｉｖ）４０ｍＷ／Ｍ・Ｋ以下の熱伝導度と
を有する、強化エアロゲル組成物。
【請求項２】
シリカ系骨格と、強化材料と、少なくとも１つの疎水結合ケイ素とを含む強化エアロゲル組成物であって、以下の性質：ｉ）４０ｗｔ％以下の液水吸収と、ｉｉ）４５０ｃａｌ／ｇ以下の燃焼熱とを有する、強化エアロゲル組成物。
【請求項３】
シリカ系骨格と、強化材料と、少なくとも１つの疎水結合ケイ素とを含む強化エアロゲル組成物であって、以下の性質：ｉ）４０ｗｔ％以下の液水吸収と、ｉｉ）５００℃以上の疎水性有機材料の熱分解開始点とを有する、強化エアロゲル組成物。
【請求項４】
前記強化材料が繊維強化材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項５】
前記強化材料がシート状の繊維強化材料を含む、請求項４に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項６】
前記強化材料が繊維強化材料以外の材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項７】
前記強化材料がシート状の繊維強化材料以外のシート状の材料を含む、請求項６に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項８】
以下の性質：
ｉ）５００〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点と、
ｉｉ）２６５〜７１７ｃａｌ／ｇの燃焼熱と、
ｉｉｉ）１５〜４０ｍＷ／Ｍ・Ｋの熱伝導度と
を有する、請求項１及び３〜７のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項９】
０．４０ｇ／ｃｍ3以下の密度を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１０】
１５〜３０ｍＷ／Ｍ・Ｋの熱伝導度を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１１】
２６５〜６００ｃａｌ／ｇの燃焼熱を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１２】
２６５〜５５０ｃａｌ／ｇの燃焼熱を有する、請求項１１に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１３】
２６５〜５００ｃａｌ／ｇの燃焼熱を有する、請求項１２に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１４】
２６５〜４５０ｃａｌ／ｇの燃焼熱を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１５】
５００〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１６】
５５０〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点を有する、請求項１５に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１７】
５７５〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点を有する、請求項１６に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１８】
６００〜６３５℃の疎水性有機材料の熱分解開始点を有する、請求項１７に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項１９】
前記エアロゲル組成物中の疎水性有機含有量が２ｗｔ％〜１０ｗｔ％である、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項２０】
前記エアロゲル組成物中の疎水性有機含有量が２ｗｔ％〜８ｗｔ％である、請求項１９に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項２１】
前記エアロゲル組成物中の疎水性有機含有量が２ｗｔ％〜６ｗｔ％である、請求項２０に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項２２】
０．０１〜０．５のＴ1-2：Ｔ3の比及び０．１〜１．５のＱ2-3：Ｑ4の比を有する、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。
【請求項２３】
前記強化エアロゲル組成物がエアロゲルブランケット組成物である、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の強化エアロゲル組成物。