(57)【要約】  煙被害領域の煙レベルを減少させ、火災により生じた有害化合物のレベルを減少させ、火災鎮圧、および難燃性を増加させる方法。とりわけ、本発明による方法はナノ結晶性粒子を煙被害領域に分散し火災により生じた煙微粒子および有害化合物を吸着することを含む。ナノ結晶性粒子はまた火災鎮圧および難燃化の方法に用いても有効である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
煙被害領域から煙を取り除く方法で、前記煙被害領域に少なくとも煙の一部を吸収するためにある量のナノ結晶性粒子を分散することを含む、煙を取り除く方法。
【請求項２】
前記ナノ結晶性粒子が金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン、無機リン化合物、ホウ素化合物、アンチモン化合物、モリブデン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、スルファミン酸塩、硫酸塩、臭素化合物、塩素化合物、およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ナノ結晶性粒子がMg、Sr、Ba、Ca、Ti、Zr、Fe、V、Mn、Ni、Cu、Al、Si、Zn、Ag、Mo、Sb、およびこれらの混合物の金属酸化物ならびに金属水酸化物から成る群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法が前記領域の不透明度を１５％減少させる時間が、前記方法を実施しなかった場合に同様の不透明度の減少を達成するであろう時間の約８０％未満となる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記煙被害領域の少なくとも一部の不透明度が前記ナノ結晶性粒子を分散する前には少なくとも約９５％である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記分散工程が前記領域内に前記ナノ結晶性粒子を少なくとも約０．１ｇ／ｍ３分散することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記分散工程が前記ナノ結晶性粒子を加圧容器から前記領域内に噴霧することから構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノ結晶性粒子が約２０〜３０００ｐｓｉの間の圧力で分散される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記容器が搬送ガスで加圧されている、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノ結晶性粒子の空気力学的幾何平均径（GMD）が約１〜３０μｍの間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノ結晶性粒子の沈降速度が約０．００１〜５ｃｍ／秒の間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノ結晶性粒子の形状が粉末および／または顆粒状である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノ結晶性粒子の微結晶粒度が約２５ｎｍ未満で表面積が少なくとも約１５ｍ２／ｇである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノ結晶性粒子が非加圧の容器から手動で分散される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
火災により形成された有害物質を領域から除去する方法で、前記火災により形成された少なくとも１種類の有害物質を吸着するためにある量のナノ結晶性粒子を前記領域に分散することを含む、火災により形成された有害物質を領域から除去する方法。
【請求項１６】
前記ナノ結晶性粒子が金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン、無機リン化合物、ホウ素化合物、アンチモン化合物、モリブデン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、スルファミン酸塩、硫酸塩、臭素化合物、塩素化合物、およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記分散工程が少なくとも約０．１ｇ／ｍ３の前記ナノ結晶性粒子を前記領域の少なくとも一部に分散することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記分散工程が加圧した容器から前記ナノ結晶性粒子を前記領域に噴霧することで構成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ナノ結晶性粒子が約２０〜３０００ｐｓｉの間の圧力で分散される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記容器が搬送ガスで加圧されている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノ結晶性粒子の空気力学的幾何平均径（GMD）が約１〜３０μｍの間にある、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記ナノ結晶性粒子の沈降速度が約０．００１〜５ｃｍ／秒の間にある、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナノ結晶性粒子の形状が粉体および／または顆粒状である、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記有害物質が、前記火災により形成された煙と混合している、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記有害物質がアクロレイン、トルエンジイソシアネート、ホルムアルデヒド、イソシアネート類、HCN、CO、NO、HF、HCl、およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
火災を鎮静する方法で、ある量のナノ結晶性粒子を火災に向けて使用する手順を含む、火災を鎮静する方法。
【請求項２７】
前記ナノ結晶性粒子が金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン、無機リン化合物、ホウ素化合物、アンチモン化合物、モリブデン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、スルファミン酸塩、硫酸塩、臭素化合物、塩素化合物、およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記使用手順が前記ナノ結晶性粒子を前記火災に加圧容器から噴霧することで構成される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記ナノ結晶性粒子が前記加圧容器から約２０〜３０００ｐｓｉの間の圧力で投入されることを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記容器が搬送ガスで加圧される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記ナノ結晶性粒子の空気力学的幾何平均径（GMD）が約１〜３０μｍの間にある、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記ナノ結晶性粒子の沈降速度が約０．００１〜５ｃｍ／秒の間にある、請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記ナノ結晶性粒子の形状が粉体および／または顆粒状である、請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記ナノ結晶性粒子が非加圧の容器から手動で分散される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
物品の難燃性を向上させる方法で、前記物品にある量の難燃性ナノ結晶性粒子を塗布および／または組み込むことを含む、物品の難燃性を向上させる方法。
【請求項３６】
前記ナノ結晶性粒子が金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン、無機リン化合物、ホウ素化合物、アンチモン化合物、モリブデン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、スルファミン酸塩、硫酸塩、臭素化合物、塩素化合物、およびこれらの混合物から成る群から選択されている、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記ナノ結晶性物質が物品内にその製造過程で組み込まれる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記ナノ結晶性物質が前記物品に完成後に塗布される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記ナノ結晶性物質が前記物品の少なくとも外表面の一部に塗布される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記ナノ結晶性粒子の微結晶粒度が約２５ｎｍ未満で表面積が少なくとも約１５ｍ２／ｇである、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
前記ナノ結晶性粒子が物品全体の重量の約０．０１〜２５％を構成する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記ナノ結晶性粒子が前記物品に加圧容器からスプレーにより塗布される、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は２００４年１０月１８日出願の米国仮出願明細書第６０／６１９８３０号および２００４年１０月２０日出願の米国仮出願明細書第６０／６２０５１７号による利益を主張すると共に、両者を本願に引用して本明細書とする。
【０００２】
本発明は、火災により生じた煙および有害化合物の除去、一般の火災鎮火、および難燃性の方法に広く関連する。より具体的には、本発明による方法はこれらの目的を達成するために、ナノ結晶性物質を単独または他の適当な物質と共に使用することを伴う。
【背景技術】
【０００３】
火災により生ずる火、煙、および有害物質に関連する人間および動物の生命および健康に対する危険はよく知られている。ほとんどの火災において、煙に含まれる有害ガスを吸入することが第１の死亡原因である。火災は複合的、動的、物理化学的な現象でこれは激しい化学反応の結果で煙、熱、炎および光を発生する。それぞれの火災は燃焼物質および環境条件による個別の特性を示す。煙は特定の物質の複合体であると同時に、火災大気中に分散した種々の目に見えない燃焼ガスおよび蒸気である。相互に連携した火、煙、および有害化合物はまた乏しい視界を作りだしこのことにより軍や民間の地上作戦の行為を妨げる（すなわち、戦場作戦、捜索および救出作戦、航空機作戦、他）。
【０００４】
消防界の内部においては火災の煙による健康被害は主にそのCO含有量に因るものと長い間受け入れられてきた。最近では、このシナリオにシアン化水素（HCN）も含む様になってきている。イソシアネート類もポリウレタン類の製造に用いられ、しばしば接着剤やラッカーを製造するのに用いられることからまた注目の的になっている。イソシアネート類は比較的少量でも曝された人々にぜんそくを引き起こすことが知られている。NIOSH（米国国立労働安全衛生研究所）はIDLH（濃度限界値）として２，４−ジイソシアネートは２．５ｐｐｍ、メチルイソシアネートは３．０ｐｐｍと規定しているが、因みにHCNは５０ｐｐｍ、COは１２００ｐｐｍのIDLH規定である。ガラスウール断熱材、無機ウール断熱材、ならびに窒素含有（尿素ベース）バインダー類および木繊維類を使用した製品は燃焼した際に相当量のイソシアネート類（イソシアン酸およびメチルイソシアネート）を放出することが見いだされている。
【０００５】
さらに、煙および有害な化学物質はかなりの工業工程でも作り出される。より新しい環境基準では工業燃焼排気ガスからこれらの物質を大気中に放出する前に削減することを求めている。
【０００６】
従来からある火災鎮静用のドライケミカル方式は加圧容器の使用を伴ない、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸カルシウム、ケイ酸アルミン酸マグネシウム、モノリン酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、および白雲母の様な種々の粉末化合物を内蔵している。しかしながら、これらの方式はせいぜい煙の除去にわずかに効果があるだけで火災により生じる有害化合物の危険は処理しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって技術的に、煙除去、火災鎮静、難燃性ならびに火災および工業工程によって生じる有害化学物質の吸着に対する本当の、かつ満たされていない、必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上の諸問題を解決するために火災鎮静、煙除去、難燃性および火災により生じた有害物質の除去の方法を提供する。一つの態様において本発明は、煙被害領域の視界を高める方法を提供し、これは煙被害領域に少なくとも煙の一部を吸着するためのある量のナノ結晶性粒子を分散する工程から成る、または本質的（実質的）にこの工程から成ることで構成される。
【０００９】
別の態様において本発明は、火災により生じた有害物質を領域から除去する方法を提供し、これは火災により生じた少なくとも１種類の有害物質を吸着するためにある量のナノ結晶性粒子をその領域に分散することから成る、または本質的にこのことから成ることで構成される。
【００１０】
さらに別の態様において本発明は、火災鎮静の方法を提供し、これは火災に向けてある量のナノ結晶性粒子を使用する工程から成る、または本質的にこの工程から成ることで構成される。
さらにまた別の態様において本発明は、物品の難燃性を改善する方法を提供し、これは物品にある量の難燃性ナノ結晶性粒子を塗布および／または組み込む工程から成る、または本質的にこの工程から成ることで構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は火災により生じた種々の化合物および物質のレベルを下げることおよび火災そのものを鎮静化するために比較的表面積の大きなナノ結晶性粒子を用いる。火災により生じる煙は炭素質煙粒子に加え、アクロレイン、トルエンジイソシアネート、ホルムアルデヒド、イソシアネート類、HCN、CO、NO、HF、およびHClの様な種々の有害な化合物を含む可能性がある。本発明は領域の視界を改善するための、および領域に存在する有害物質のレベルも下げるための煙除去方法に関係する。本発明による方法はまた火災を鎮静するためにも有効で、これには煙および有害化合物をつくり出しているすべてのくすぶっている燃えさしまたは物質も含まれる。これらの方法は閉鎖環境（例えば、閉じた部屋、チャンバー、航空機の客室、など）は元より、戸外環境にも適用できる。
【００１２】
さて本発明による第１の実施態様に転じると、煙被害領域から煙を除去する方法は一般にある量のナノ結晶性粒子を煙被害領域に分散する工程から構成され、これにより少なくとも煙の一部、とりわけ視界を不明瞭にする炭素質の煙微粒子を吸着させる。本発明において（すべての局面で）使用する好ましいナノ結晶性粒子は、金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン、無機リン化合物、ホウ素化合物、アンチモン化合物、モリブデン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、スルファミン酸塩、硫酸塩、臭素化合物、塩素化合物、およびこれらの混合物から成る群から選択される。Mg、Sr、Ba、Ca、Ti、Zr、Fe、V、Mn、Ni、Cu、Al、Si、Zn、Ag、Mo、Sb、およびこれらの混合物の金属酸化物および金属水酸化物は最も好ましいナノ結晶性物質である。ナトリウム、アルミニウム、マグネシウムおよびカルシウムの水酸化物、炭酸塩、および重炭酸塩もまたとりわけ好ましい。ナノ結晶性粒子は微結晶寸法が約２５ｎｍ未満の粒子であることが好ましく、約１〜２０ｎｍの間がより好ましく、約２〜１０ｎｍの間が最も好ましい。ナノ結晶性粒子の好ましいBrunauer-Emmett-Teller（BET）の多点表面積は少なくとも約１５ｍ２／ｇ、より好ましくは少なくとも約７０ｍ２／ｇ、最も好ましくは約２００〜８５０ｍ２／ｇを示す。
【００１３】
本発明による方法は煙被害領域の視界を改善する上で、例え当該領域内にナノ結晶性粒子を分散する前の不透明度が少なくとも約９５％を示していても非常に効果的である。好ましくは、ここに記載した方法により領域の不透明度を１５％低減するのに、この独創的な煙除去活動が行われなかった場合の約８０％未満の時間で同等の低減を達成する結果となる。例えば、不透明度が１００％の領域が放置され、１０分間で不透明度が８５％まで改善されたとすると、本発明による方法で好ましくは同一領域の８５％不透明度を８分以下で達成できるということである。より好ましくは、１５％の不透明度低減が他方で自然にそうなるであろう時間の約７０％未満で起こり、さらにより好ましくは不透明度の低減がこの時間の約５０％未満で起こり、最も好ましくは不透明度の低減がこの時間の約４０％未満で起こる。
【００１４】
本発明によるとりわけ好ましい実施態様において、不透明度が約９５〜１００％の間の領域は、領域内にナノ結晶性粒子を分散して約５分以内で不透明度が８５％未満に、より好ましくは約３分以内で、そして最も好ましくは約２分以内で低減できる。以下の実施例で説明するとおり、煙除去速度を決定する因子は関係する煙の種類および用いるナノ結晶性粒子の種類である。
【００１５】
煙除去の有効性は領域内に投入したナノ結晶性粒子の量（すなわち、ナノ粒子の質量濃度）、粒子の空気力学的幾何平均径（GMD）、および粒子の沈降速度にも影響される。十分な量のナノ結晶性粒子を領域内に投入すべきで、粒子を少なくとも約０．１ｇ／ｍ３の質量濃度で供給することが好ましく、約０．５〜１０ｇ／ｍ３の間がより好ましく、約１〜５ｇ／ｍ３の間が最も好ましい。
【００１６】
空気力学的幾何平均径は、粒子の重量を基準としてエアロゾル（エーロゾル）の粒子が半分に分けられる空気力学的直径を指す。重量で５０パーセントの粒子がメディアン径より大きく、５０パーセントの粒子がメディアン径より小さい。メディアン径およびその幾何標準偏差は粒子の重量および径に基づくエアロゾルの粒径分布を統計的に表現するのに用いられる。幾つかの好ましいナノ結晶性粒子に関しては、空気力学的幾何平均径はその本来の径よりかなり大きい。このことはナノ結晶性粒子が分散後に凝集する傾向があることを示唆する。ナノ結晶性粒子は約１〜３０μｍの間の空気力学的幾何平均径を示すことが好ましく、約２〜２５μｍの間がより好ましく、約４〜２０μｍの間が最も好ましい。ナノ結晶性粒子の粒度分布は衝突および沈降の結果として時間と共に変化することがある。したがって、粒子の空気力学的幾何平均径は分散後最初の３０〜６０秒以内に算定することが好ましい。
【００１７】
特定のナノ結晶性粒子の沈降速度は少なくとも部分的にはその空気力学的幾何平均径の値に関係する。一般に粒子が大きいほど粒子の沈降速度は高い。本発明にしたがって用いられるナノ結晶性粒子の沈降速度は好ましくは約０．００１〜５ｃｍ／秒の間、より好ましくは約０．１〜４．５ｃｍ／秒の間、そして最も好ましくは約０．５〜３ｃｍ／秒の間である。もしも粒子の沈降速度が低すぎると粒子が空中に分散し続けがちとなり実際にそれが分散された領域の不明瞭さに寄与するかまたは高めてしまう。もしも粒子の沈降速度が高すぎると煙微粒子と効果的に接触し吸着するだけ粒子が空中に長く分散し続けない。したがって、上記の範囲の沈降速度の粒子を選択することが煙除去作業の有効性を高めることになる。
【００１８】
煙被害領域内にナノ結晶性粒子を搬送することは同業者が周知している数ある分散手段のどれによってでも達成することが可能である。しかしながら、粒子を分散するとりわけ好ましい１つの手段は加圧容器からの分散である。好ましくは、ナノ結晶性粒子は加圧容器から約２０〜３０００ｐｓｉの間、より好ましくは約５０〜５００ｐｓｉの間、そして最も好ましくは約１００〜３００ｐｓｉの間の圧力で投入される。容器は高圧ガスまたは搬送ガスで加圧してもよい。好ましい搬送ガスには窒素、アルゴン、空気、二酸化炭素、およびヘリウムが含まれ、なかでも窒素がとりわけ好まれる。圧力容器は粒子を分散する間の目詰まりに対抗できる適切なノズルを含まねばならない。好ましい搬送システムとして、カンザス州マンハッタンのNanoScale Materials社からFAST ACTTMの名称で流通している製品を例示することができる。ナノ結晶性粒子はまた顆粒状に形成して適宜投入することもできる。これら顆粒の大きさは約１２５〜５００μｍの間を示すことが好ましく、より好ましくは約１４０〜４００μｍの間、そして最も好ましくは約１８０〜２５０μｍの間である。
【００１９】
ナノ結晶性粒子はまた被害領域に手動分散により非加圧容器から搬送することもできる。例えば、ナノ結晶性粒子を煙被害領域内に振りかけまたは散布により分散することもできる。
【００２０】
本発明による別の実施態様において前述のナノ結晶性粒子は、火災により生じた少なくとも１種類の有害物質を吸着するために使用することができる。この様な有害物質はアクロレイン、トルエンジイソシアネート、ホルムアルデヒド、イソシアネート類、HCN、CO、NO、HF、HCl、無水アンモニア、塩素、アルコキシド類（例えば酸化エチレン）、二酸化窒素、二酸化硫黄、メルカプタン類（例えばメチルメルカプタン）、およびこれらの混合物を含む。多くの場合、有害化合物はこれも火災により生じた煙と混ざっている場合がある。ナノ結晶性粒子は先に記載したどの様なナノ結晶性粒子の形状でもよく、かつ前述のどの様な散布または使用手段で分散されてもよい。
【００２１】
本発明によるさらにまた別の実施態様において先に述べたナノ結晶性粒子は、火災鎮静に用いることもできる。ここに用いた様に、「火災鎮静」という用語は裸火および／または実際の炎を出していてもいなくとも燻っている物質を鎮静および／または消火することを含む。ナノ結晶性粒子は先に記載した上記の何れのナノ結晶性粒子の形状でもよく、かつ前述のどの様な散布または使用手段で分散されてもよい。さらに、本ナノ粒子はリン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸カルシウム、ケイ酸アルミン酸マグネシウム、および第１リン酸アンモンの様な無機化学薬品を含む在来のドライケミカル消火システムと組み合わせることもできる。当該ナノ結晶性粒子はこれら在来の乾式火災鎮静成分と重量で約１〜９０％の量、より好ましくは重量で約１０〜８０％、そして最も好ましくは重量で約３０〜７０％の間で組み合わせることができる。
【００２２】
本発明によるさらにまた別の実施態様によると、先に述べたナノ結晶性粒子を物品の難燃性を向上させるのに用いることもできる。物品は天然物（すなわち、原材料または比較的未処理材料）、製造物品（例えば繊維類（衣類、家具地）、プラスチック、断熱材、塗料、紙、ゴム）、またはこれらのあらゆる組合せであってもよい。ナノ結晶性粒子は当該物品の外表面に塗布したり、製造中に製品内に組み込んだり、そうでなければ粒子が物品の外表面を貫通しこれと密接に結合する様に用いられる。
【００２３】
上に述べたナノ結晶性粒子の他に、難燃性を向上させるために用いる他の好ましいナノ結晶性粒子は金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン、無機リン化合物、ホウ素化合物、アンチモン化合物、モリブデン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、スルファミン酸塩、硫酸塩、臭素化合物、塩素化合物、およびこれらの化合物がある。とりわけ好ましい物質には水酸化アルミニウム（アルミナ三水和物）、水酸化マグネシウム、三酸化アンチモン、オキシ塩化アンチモン、三塩化アンチモン、五酸化アンチモン、アンチモン酸ナトリウム、赤リン、ポリリン酸アンモニウム、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム（ホウ砂）、ホウ酸亜鉛、スズ酸亜鉛、ヒドロキシスズ酸亜鉛、スルファミン酸アンモニウム（NH4SONH2）、臭化アンモニウム、ボリ臭素化ジフェニルエーテル、メラミン（およびその塩類）、メラミンシアヌレート、およびグアニジンが含まれる。
【００２４】
当該ナノ結晶性粒子は先にここで記載したものと同じ範囲の物理的特性を示し、とりわけ微結晶寸法および表面積においてそうである。物品に組み込んだり表面に塗布する場合、ナノ結晶性粒子は物品全体の重量の約０．０１〜２５％を構成することが好ましく、重量で約０．０５〜１０％がより好ましく、そして重量で約０．１〜５％が最も好ましい。
【実施例】
【００２５】
以下の実施例は本発明による好ましい方法について述べる。しかし当然ながら、これらの実施例は実例を示すためのものであり、その内容のいかなるものも発明全体の適用範囲を制約するものではない。
【００２６】
＜実施例１＞
本実施例においては、紫外−可視分光法実験を実施し燃焼煙の吸着運動速度の測定および異なるナノ粒子金属酸化物粉の吸着選択性の調査をおこなった。これらの定性的な調査実験は円柱フラスコ付のアスピレータを用いて実施した。
【００２７】
紫外−可視分光法実験：この研究は紫外−可視分光法の技法を用いて実施した。カンザス州マンハッタンのNanoScale Materials社から入手できる１０種類のNanoActiveTM素材について試験した。これらの素材は本質的にナノ結晶で比較的高い表面積を示す。これらの材料の基本的特性評価を表１に与えてあるが、NanoScale Materials社から入手したそれぞれの素材の完全な特性評価付の製品情報シートを本明細書に引用して包含する。「NanoActiveTM」素材は便宜上ここでは「ＮＡ」の名称でも言及する。
【００２８】
【表１】
2008516695.tif 000002
【００２９】
紙を燃やして作った煙の成分をヘキサンに溶解し幾つかの成分は２２２および２７４ｎｍで紫外−可視分光帯域を示した。相対反応性は接触時間０から１５分の吸光度の変化から測定した。これはΔA0-15で表現される。吸光度の変化は時間ゼロの吸光度と１５分の吸光度との差であり、または簡単に：
【００３０】
【数１】
2008516695.tif 000003
【００３１】
吸光度の差が大きいほど素材の反応性が高い。表１に示す通り、両帯域で最も顕著な差がある素材はNanoActiveTM Al2O3 Plus、NanoActiveTM MgO、NanoActiveTM TiO2、およびNanoActiveTM Plus MgOであった。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
煙削減視認実験は円筒状フラスコ内で実施した。紙燃焼による燃焼煙をアスピレータで引き入れ煙の削減をNanoActiveTM素材を用いて実行した。それぞれの試みで用いた量は０．６０ｇでこれをフラスコの壁に塗布した。アスピレータを用いて燃焼煙を実験フラスコ（NanoActiveTM素材が入ったフラスコ）およびコントロールフラスコ（NanoActiveTM素材なし）に同時に導入した。それぞれのフラスコで１０分間煙の消失を観察した。全体として、最初の４分間の間は実験フラスコ中の煙の消失はコントロールのそれに比べ約２分先行していると判定された。表２に燃焼煙を除去する素材の序列を示しているがNanoActiveTM TiO2-07、NanoActiveTM MgO、およびNanoActiveTM Al2O3 Plusが最高の結果を達成している。
【００３４】
【表３】
2008516695.tif 000005
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【００３５】
＜実施例２＞
本実施例においては、煙除去実験を小チャンバー内で異なる種類の煙を用いて実施し、煙消去の運動速度をNanoActiveTM素材を用いて判定した。
【００３６】
Ａ．劇場煙
これらの実験は２７x２７x２８インチの金属チャンバー内で実施した。規定濃度の劇場煙をチャンバー内に霧発生器を用いて導入した。次いでNanoActiveTM素材を８０ｐｓｉに加圧したキャニスターを用いてチャンバー内に搬送した。約３０ｇの素材をキャニスター内に充填した。およそ５〜１０ｇを搬送した。次いで時間経過に対する光の透過率を測定した。それから透過率の値をベースライン実験の透過率の値と比較した。
【００３７】
NanoActiveTM素材は１５％透過率（t*15率）により順序づけした。１５％透過率を用いた理由はこれが視覚的に除去が起こる値だからである。t*15率は単に実験透過率が１５％透過率に達するのに要する時間（t実験と称す）を煙自身のベースラインが１５％に達するのに要する時間（tヘ゛ースラインと称す）で割ったものである。式は次の様になる。
【００３８】
【数２】
2008516695.tif 000007
【００３９】
t*15率＜１なら、煙の削減が生じていた。t*15率＞１なら、不明瞭さが増大していた。t*15率＝１なら、素材は煙に対し何の効力もなかった。t*15率の値が小さいほど、煙の削減に関してその素材がより効率的である。
【００４０】
最初の一連のテストにおいては、劇場煙をコントロールとして用いNanoActiveTM素材に曝さない場合の煙の消失を評価した。これをNanoActiveTM素材を煙に曝した実験に対するベースラインとして用いた。
【００４１】
第２の一連のテストにおいては、NanoActiveTM素材単独による不明瞭さの減少実績をテストしNanoActiveTM素材が持つ不明瞭さを測定した。このテストはNanoActiveTM素材の煙に対する相対的な不明瞭さに関する情報をもたらした。
【００４２】
第３の一連のテストにおいては、煙（劇場の）およびNanoActiveTM素材の両方による不明瞭さの減少を試験しNanoActiveTM素材の暴露による煙消失の速度を判定した。実験対象による透過率増加の速度がベースラインコントロールより大きい場合には煙の削減があった。実験対象による透過率増加の速度がベースラインコントロールより小さい場合には煙の削減がなかった。図１に劇場煙およびNanoActiveTM TiO2-07を用いて実施した実験をまとめてある。図１に示す通り、実験対象（塗りつぶした菱形で表示）にはベースラインコントロール（中抜きの菱形で表示）に比べて顕著な透過率の増加があった。実際、実験でコントロールが６分かかって到達した透過率（％Ｔ＝１５）に実験対象の方は１５秒で同じ値（同様に、％Ｔ＝１５）になった。したがって、NanoActiveTM TiO2-07は約５分４５秒の不明瞭さ減少を有する。これは与えられた透過率値のベースライン（煙）の時間と実験の時間との差から計算される。
【００４３】
NanoActiveTM TiO2-07について計算したt*15は０．０４であった。劇場煙の削減を同様に調査したNanoActiveTM Al2O3 Plusは３．３のt*15となり、NanoActiveTM Al2O3 Plusは煙除去の助けというより不明瞭化剤として作用したことを示している。
【００４４】
Ｂ．燃焼煙
これらの実験は２７x２８．５x２７インチの金属チャンバー内で実施した。規定濃度の紙燃焼による燃焼煙をチャンバー内に誘導し１．９％までの落下で低下させ、次いで劇場煙の場合と同様に加圧したキャニスターを用いてNanoActiveTM素材をチャンバー内に投入した。およそ５から１０ｇを搬送した。次いで時間経過と共に透過率値を測定し、それからベースライン実験の透過率値と比較した。１５％透過率速度（t*15速度）に基づきNanoActiveTM素材の順位付けをした。結果を表３に示す。
【００４５】
【表４】
2008516695.tif 000008
「#」のマークはNanoActiveTM素材が燃焼煙と接触した際に温度上昇が生じたことを意味する。
燃焼煙を削減する最良の素材はNanoActiveTM TiO2-07および NanoActiveTM MgO Plusであった。NanoActiveTM TiO2-07は１０分後に煙を削減した（図２）。NanoActiveTM Plus MgOはおよそ１２分後に煙を削減した（図３）。
【００４６】
調査した２種類のTiO2サンプルの内、一方が他方より良好に作用したことは、煙の削減が単なる化学的相互作用以上のものであることを暗示している。物理的な特性も同様に役割を果たしている可能性が極めて高い。素材の物理特性でその素材の煙削減能力に影響するものは素材の沈降速度および素材の投入方法である。
【００４７】
Ｃ．ディーゼル霧
これらの実験は燃焼煙の実験と同様にして実施された。規定濃度の噴霧ディーゼル油を劇場と同様の流儀で霧状油発生機を用いて導入した。透過率が約２．１％になるまで霧をチャンバー内へ導入し、次いでNanoActiveTM素材を加圧キャニスターを用いてチャンバー内に投入した。それぞれの実験で搬送された量を表４に示すが、これは素材の形態のせいで変動している。
【００４８】
【表５】
2008516695.tif 000009
【００４９】
ディーゼル霧煙を削減する最良の素材はNanoActiveTM TiO2-07およびNanoActiveTM MgO Plusであった。NanoActiveTM TiO2-07は１分間で煙を削減した（図４）。NanoActiveTM Plus MgOはおよそ９分後に煙を削減した（図５）。
今までの実験に基づくと、劇場煙、燃焼煙、およびディーゼル油霧に対して最良に作用した素材はNanoActiveTM TiO2-07およびNanoActiveTM Plus MgOであった。
上の実験はナノ粒子をチャンバー内に搬送するために加圧キャニスターを用いた一方で、流動層搬送システムを用いてナノ性粒子の凝集を壊しこれをチャンバー内に搬送することもできる。
【００５０】
＜実施例３＞
本実施例では、寸法が0.61m x 0.61m x 1.22m(2 ft x 2 ft x 4 ft)のチャンバーを構築し選ばれた反応性ナノ粒子（「RNPs」）を試験するのに用いた。RNPおよび煙の粒径分布および質量濃度はカスケードインパクター（Thermo Electron社のモデルSE-298K）を用いて３０から６０秒間、２Ｌ／分の設計サンプリング流速で操作して測定した。サンプリングロスを最小にするため、インパクターはチャンバー内に設置した。このカスケードインパクターは粒子質量濃度を空気力学的直径で次の粒径範囲：<0.52、0.52から0.93、1.55から3.5、3.5から6.0、6.0から9.8、9.8から14.8、14.8から21.3、および>21.3μｍで測定する。平均空気力学的幾何平均径（GMD）の範囲は４．２μｍ（NanoActiveTM MgOの場合）から１８．１μｍ（NanoActiveTM TiO2の場合）であった。RNPsの初期粒度に比べて大きな空気力学的粒度はこれらのRNPsが凝集する傾向があることを示唆している。
【００５１】
同じチャンバーを使用してグリコール煙を除去するためのRNPsおよび他の薬剤の有効性を評価した。チャンバーを通過する可視光の透過率をスペクトル感度が４００から７００ｎｍである透過率計により測定した。概して、煙が充満したチャンバーを通しての不透明度はチャンバー内にRNPを分散した後に低下した。チャンバーを通過する光の透過率の改善または不透明度の低減をおこなう薬剤の有効性の尺度として、次のパラメータを検討した：
【００５２】
【数３】
2008516695.tif 000010
【００５３】
低いt*90およびt*80の値（つまり、＜＜１．０）は有効な煙削減を示し、高い値（例えば、＞１）は反対に、可視波長内で有効な不明瞭化を示す。表６に異なるRNPsおよび他の煙削減剤または煙削減方法に関するt*90およびt*80の計算値を要約している。NanoActiveTM TiO2（TiO2-07および-12共に）およびMgO Plusが概してチャンバーを通過する光の透過を改善する上で最も有効であった。試験したRNPsの中で、NanoActiveTM MgOおよびジェットミル処理したAl2O3 Plusが最も効果がなかった。実際には、これら両方のRNPsは不明瞭化剤として作用した。ジェットミル処理した粒子はNanoActiveTM素材をジェットミルに通して物理的に改質し均一な粒径分布を持つ非凝集状態を創り出した。評価した他の市販されている粉体（RNPsを除く）には表５に記載されているものが含まれる。
【００５４】
【表６】
2008516695.tif 000011
【００５５】
【表７】
2008516695.tif 000012
【００５６】
先に述べた通り、RNPsはチャンバー内に分散した後に大きな空気力学的直径を持つ傾向があり、これらが凝集する傾向があることを示唆している。有効な煙削減剤となるためには次の条件を満たすことが前提とされた：（１）RNPsは煙の成分を吸着、吸収できるかまたはこれと化学的に反応できなくてはならない；（２）これらはかなりの量で存在しなくてはならず、その理由は分散されたRNPsおよび煙粒子の間の相互作用は衝突に大きく依存するからある；および（３）凝集物はそれが急速に沈降できる程に大きくなくてはならない・・小さすぎたり煙粒子と同じぐらいの大きさだと急速には沈降せず不明瞭化剤として作用してしまい、大きすぎると煙粒子と有効な衝突および交互作用を達成するためには多量のRNPsが必要となってしまう。
【００５７】
図６および７はグリコール煙に相関する、それぞれt*90およびt*80の値とRNPsの空気力学的粒度を関連づけている。結果はより大きなRNP凝集物（すなわちNanoActiveTM TiO2 および MgO Plus）がより小さなRNP凝集物（すなわちNanoActiveTM MgO）に比べてより有効な煙削減剤である傾向があることを示唆している。RNPsの寸法分布は衝突および沈降の結果として時間と共に変化することは特筆すべきで、ここで用いる空気力学的寸法はチャンバー内にRNPを分散した後の最初の３０から６０秒の間の幾何平均直径である。
【００５８】
＜実施例４＞
粒子寸法の影響はジェットミル処理および「正規」のRNPsを比べても見ることができる；これらの素材は粒度を除いて反応性という見地からは同一である。一般に、「正規」のRNPに比べて空気力学的および物理的に小さいジェットミル処理したRNPsは、対応する「正規」のRNPsより効力が少なかった（図８）。
【００５９】
＜実施例５＞
この実施例においては、分散したRNP量の影響を判定した。煙の削減はRNPsと煙粒子の衝突を伴う。この様な衝突はRNPの（数）濃度または分散した量に影響される。３種類の異なる量のNanoActiveTM TiO2-07を煙で満ちたチャンバー内に分散し不透明度の削減をモニターした。異なる量の素材の分散は、キャニスター内に異なる量（すなわち、５．０、１０．０、および１５．０ｇ）のTiO2-07を充填し、全内容物を８０ｐｓｉの圧力でチャンバー内に排出することで達成した。実際に分散した素材の量は測定の結果それぞれ２．９、７．４、および１１．５ｇであった。チャンバーの外側に位置する３７ｍｍフィルターサンプラーを用いて測定した対応する質量濃度は、それぞれ２．２、２．５、および２．４ｇ／ｍ３であった。予期した通り、TiO2-07分散量を増加することで煙の削減がより速くなる結果となった（図９）。重炭酸ナトリウムを用いた比較データも示しているが分散量が増加しても有効性がほとんど変わらないことを例証している。
【００６０】
＜実施例６＞
この実施例においては、グリコール煙の除去に当たって選定した素材の有効性について分散する粒子の量の影響を判定した。実験は小スケールのチャンバー（2 ft x 2 ft x 4 ft）で実施しグリコール煙を除去するために分散したNanoActiveTM TiO2-07およびNaHCO3-FEの量の影響を判定した。実験はグリコール／水の溶液を加熱しその蒸気をオリフィスを通じて供給する煙発生機を用いた煙の発生、加圧キャニスターを用いた粒子のチャンバー内への導入、および透過率計による光透過率のモニタリングを伴った。
【００６１】
煙を除去する素材の有効性はt*10およびt*20値として表現した。これらの値は煙の自然除去に相関する光透過率がそれぞれ１０％および２０％に達した時間に対応する。より低いt*10およびt*20の値がよりよい煙除去を意味する。結果は分散する粒子の量を増加することが（NanoActiveTM TiO2-07およびNaHCO3-FEに関しては）グリコール煙の除去の有効性を高める傾向があることを示唆している。
【００６２】
実験はまた本チャンバーを用いたグリコール煙除去においてNanoActiveTM TiO2-07およびNaHCO3-FEの有効性に対する送り込み圧力の影響を判定するためのものも実施した。粒子は４０、６０、または８０ｐｓｉまで加圧したキャニスターを用いてチャンバー内に分散した。分散量１４から２１ｇのNaHCO3-FEに関しては、搬送圧力（４０から８０ｐｓｉ）によるグリコール煙除去に対するその有効性への影響は限定されたものであった。一方分散量が１４から２１ｇのNanoActiveTM TiO2-07に関しては、搬送速度を４０から８０ｐｓｉに上昇することでグリコール煙に対する除去の有効性を高める傾向があった（図１０）。
【００６３】
＜実施例７＞
本実施例においては、NanoActiveTM素材の煙除去の有効性に対する質量濃度の影響を加圧円筒搬送システムを用いて試験した。加圧円筒を用いたのは加圧キャニスターに伴う素材の払い出しに関するある問題のためである。表７に示す様に、加圧キャニスターに素材が１０ｇ装填されて素材が完全に排出されたならチャンバー内の予定濃度は３２ｇ／ｍ３であった。表７に載せたすべての素材の払い出しデータを比較すると、NanoActiveTM TiO2-07およびNanoActiveTM MgO Plusは２４〜２６ｇ／ｍ３の範囲でNanoActiveTM TiO2-12およびNanoActiveTM MgOは８〜１０ｇ／ｍ３の間で搬送されていた。それぞれの素材の払い出しに大きな不一致があるため、既知量の素材がチャンバー内に分散することができる様に加圧円筒を用いることに決めた。チャンバー内に搬送された４種類の異なる粒径範囲（２５０〜４２５μｍ、１８０〜２５０μｍ、１５０〜１８０μｍ、１２５〜１５０μｍ）の顆粒状NanoActiveTM TiO2-12およびNanoActiveTM MgOの質量濃度についても表７に示してある。結果は同じ素材の粉末状に比べてより多くの量の顆粒状素材がチャンバー内に搬送されたことが示している。
【００６４】
【表８】
2008516695.tif 000013
【００６５】
燃焼煙の削減に関する濃度の影響を判定する実験をNanoActiveTM TiO2-07、NanoActiveTM MgO Plus、およびNanoActiveTM TiO2-12について質量１、５、１０、および２０グラムで繰り返し実施した。加圧円筒システムが既知の量の素材を小チャンバー（２．２５ｆｔ ｘ ２．２５ｆｔ ｘ ２．３３ｆｔ、容積１１．７ｆｔ３つまり０．３２ｍ３）に搬送するのを助ける。素材は加圧円筒を介してチャンバー内に、チューブを通して素材をチャンバー内に押し込む８０ｐｓｉの窒素ガスで搬送した。煙削減効力は次の式に基づき計算し、ここにt*が１より小さい場合には煙が削減したことを表す。
【００６６】
【数４】
2008516695.tif 000014
【００６７】
図１１では質量の作用として、燃焼煙の削減有効性はNanoActiveTM TiO2-07に関しては質量が増加するに連れて増加し、一方NanoActiveTM TiO2-12およびNanoActiveTM MgO Plusに関しては質量が増加すると削減効率は減少することが目立っている。NanoActiveTM TiO2-12は、t*15値に関しては１ｇの方が５ｇより良好な煙除去の有効性がある。NanoActiveTM TiO2-12（幾何平均粒径、GMD：８．１μｍ）の空気力学的直径の方がNanoActiveTM TiO2-07（GMD：１８．１μｍ）より小さいという事実を踏まえると、このこともまた空気力学的粒径分布が煙を除去することにおいて重要な要因になり得ることを示している。この故に搬送方法、空気力学的直径およびチャンバー内に搬送される素材の量が煙削減に大きな影響がある。
【００６８】
＜実施例８＞
本実施例においては煙除去に関する有効性について、小チャンバー内に搬送されているNanoActiveTM素材の空気力学的直径の影響を調べた。図１２〜１５に示す通り、NanoActiveTM TiO2-07およびNanoActiveTM MgO Plusは約３．５から１５μｍの範囲の大きめの粒径分布を持ち、NanoActiveTM TiO2-12は約０．９から３．５μｍの範囲の小さめの粒径分布を持ち、NanoActiveTM MgOは小さいものは０．２５μｍから大きいものは２１ｎｍの範囲まで最も均一な粒径分布を持つ。NanoActiveTM TiO2-07およびNanoActiveTM TiO2-12の間の煙除去効率の相違は少なくとも部分的には粒径分布に大きな差があるためと理論づけられている。
【００６９】
かくして、粒径分布が小さめの素材は遅めの沈降速度を持つことにより素材がより長い間分散し続け、粒径分布が大きめの素材は速めの沈降速度を持ちそして煙をより速やかに除去するのかも知れない。
【００７０】
＜実施例９＞
この実施例においては、沈降速度および空気力学的直径の計算値の間の関連性を調べた。９種類のNanoActiveTM素材について粒径分布を粒径分析器（Scirocco 2000と連結したMastersizer 2000、両者ともMalvern Instruments社製）を用いて実験により入手した。全ての場合で乾燥粉末サンプルを空中に分散した。粒径分布は種々のNanoActiveTM素材の間で非常に異なった。
【００７１】
粒径分布を使用してストークス領域内にある小粒子に有効な近似式を用いて空気力学的粒度分布を得た（C. D. CooperおよびF. C. Alley著、大気汚染規制−設計的アプローチ、第２版、イリノイ州プロスペクトハイツ：Waveland Press社、１９９４年）。
【００７２】
【数５】
2008516695.tif 000015
【００７３】
ここにdAは空気力学的直径、dpは粒径、およびρpはg/cm3で表した粒子密度である。上の近似式において、粒子密度は容易に測定できる見掛け粉体密度に等しいと仮定した。図１６に９種類のNanoActiveTM金属酸化物について空気力学的粒径分布計算値および沈降速度（上部水平軸）を示す。
【００７４】
NanoActiveTM素材の沈降速度計算値は０．００１〜０．０１ｃｍ／秒（NanoActiveTM Al2O3）から１０〜１００ｃｍ／秒（NanoActiveTM CeO2の粒径分布の一部）まで幅広く変動した。種々の調合物の沈降速度および煙除去性能の間には関連がある様に思われる。小チャンバー内でおこなった実験は最良の煙除去能力を表したのがNanoActive TiO2-07で、次いでNanoActive MgO PlusおよびNanoActive TiO2-12であることを示した。NanoActiveTM MgOは効率よく煙を除去することが見いだされず、代わりに不明瞭さを作りだした。類似の傾向が沈降速度についても観察できた。最良の煙除去調合物、NanoActiveTM TiO2-07は１ｃｍ／秒に近い最も有望な沈降速度を持ち、これは試験したすべての酸化物中で最高値であった。中位の煙除去能力を持つ２種類の調合物、NanoActiveTM MgO PlusおよびNanoActive TiO2-12は０．０７〜０．３ｃｍ／秒の範囲の有望な沈降速度であった。試験した中で最も効果の少ない煙除去素材、NanoActiveTM MgOは０．０１ｃｍ／秒という最も小さな平均沈降速度であった。このデータは比較的狭い粒径分布で多分１０〜３０μｍの粒径を持つ調合物が最良の煙除去能力を持ち得ることを示唆している。空気力学的直径および沈降速度は燃焼煙を除去するために素材にとって重要である。
【００７５】
＜実施例１０＞
本実施例においては、NanoActiveTM TiO2-12およびNanoActiveTM MgOの顆粒について燃焼煙の削減に対する有効性を試験した。４種類の異なる粒径の顆粒：２５０〜４２５μｍ、１８０〜２５０μｍ、１５０〜１８０μｍ、および１２５〜１５０μｍについて試験した。表７に実験用チャンバー内に分散した異なる量のそれぞれ顆粒化したNanoActiveTM素材を粉体のNanoActiveTM素材と比較してｇ／ｍ３で示した。計算は０．３２ｍ３であるチャンバーの容積を基準に実施した。すべての顆粒寸法について搬送された両方のNanoActiveTM素材の質量はかなり安定していた。
【００７６】
燃焼煙が充満したチャンバー内にNanoActiveTM素材を搬送した後パーセント（％）透過率の変化を記録した。４種類の顆粒化NanoActiveTM TiO2-12の内、２５０＞ｘ＞１８０μｍの寸法の顆粒化NanoActiveTM TiO2-12のt*値が最も低かった。したがって、これが煙を削減するために最も効果的であった。さらに、顆粒寸法４２５＞ｘ＞２５０および２５０＞ｘ＞１８０μｍのNanoActiveTM TiO2-12は実験の初期（t*10）に急激な煙削減を示す正規のNanoActiveTM TiO2-07と同じt*10〜t*15〜t*20パターンに沿っている。しかしながら、顆粒寸法１８０＞ｘ＞１５０μｍおよび１５０＞ｘ＞１２５μｍのNanoActiveTM TiO2-12は正規のNanoActiveTM TiO2-12と同じパターンに沿い始め、このことは実験の初期段階における不明瞭さおよび実験の後半における煙削減を示している。結果は寸法が４２５＞ｘ＞２５０μｍの顆粒化したNanoActiveTM TiO2-12は粉末NanoActiveTM TiO2-12よりも良好に機能したことを示している。
【００７７】
＜実施例１１＞
本実施例においてはより高い濃度の、２５０＞ｘ＞１８０μｍの範囲のNanoActiveTM TiO2-12顆粒による煙除去効率に対する影響を調べた。燃焼煙の削減のために小スケールのチャンバー内に分散したNanoActiveTM TiO2-12顆粒（粒径２５０＞ｘ＞１８０μｍ）の濃度による影響は、異なる量（１５、２０、２５、および３０ｇ）の素材をキャニスター内に入れて異なる分散量を達成して検討した。チャンバー内の最終粒子濃度は分散した素材の量をチャンバーの容積で割ることにより計算した。図１７にt*10およびt*20を濃度の関数として表示している。
【００７８】
異なる量のNanoActiveTM-G TiO2-12を用いて得たt*値は大部分で非常に近似していて、そのほとんどが０．８および１．００附近にあった。これに対する例外は低い濃度において見うけられた。低濃度は煙の削減を助長する傾向が見られ、一方で高濃度は不明瞭さを増加する傾向が見られた。データはまた低濃度のt*10はt*20より高く煙の削減が初期により急激に起こっていたことを意味する。したがって、低濃度は高濃度の粒子よりも煙の削減をより速く改善する可能性がある。
【００７９】
＜実施例１２＞
本実施例においては、チャンバー内の燃焼煙を除去するNanoActiveTM素材を搬送する圧力の影響を調べた。およそ１０ｇの選定したNanoActiveTM素材を充填したキャニスターを加圧し、チャンバーに搬送された質量および煙削減効率をt*値を介して測定することにより３種類の圧力（４０、８０、１２０ｐｓｉ）を試験した。表８にそれぞれのNanoActiveTM素材のチャンバー内に分散した異なる量をｇ／ｍ３で示しているが、計算は０．３２ｍ３であるチャンバーの容積に基づいた。それぞれのNanoActiveTM素材のチャンバー内搬送量のバラツキは主として素材により、そして程度は少ないが搬送圧力による。
【００８０】
【表９】
2008516695.tif 000016
【００８１】
燃焼煙を充満したチャンバー内にNanoActiveTM素材を分散した後の、時間に対するパーセント透過率変化を記録した。NanoActiveTM TiO2-07、NanoActiveTM TiO2-12、およびNanoActiveTM MgO Plusに対する燃焼煙削減効率をt*(透過率１０、１５、２０パーセントの)に換算して図１８に表している。
４０ｐｓｉの搬送圧力においては検討した３種類すべての素材が燃焼煙を削減した。一方他の２種類の圧力（８０および１２０ｐｓｉ）では、NanoActiveTM TiO2-12およびNanoActiveTM MgO Plusは煙を削減せずむしろ不明瞭さを創り出した。NanoActiveTM TiO2-07の煙削減能力はNanoActiveTM TiO2-12およびNanoActiveTM MgO Plus程には搬送圧力に影響されなかった。
【００８２】
＜実施例１３＞
本実施例においては、チャンバー内の燃焼煙を除去するためのNanoActiveTM素材搬送に加圧用ガスを用いる影響について調べた。およそ１０ｇの選定したNanoActiveTM素材を充填したキャニスターに加圧し、チャンバーに搬送された質量および煙削減効率をt*.を介して測定することにより３種類のガス（N2、He、および Ar）について検討した。表９にチャンバー内に分散されたそれぞれのNanoActiveTM素材の異なる量をｇ／ｍ３に換算して表示しているが、計算はチャンバーの容積、つまり０．３２ｍ３に基づいている。それぞれのNanoActiveTM素材のチャンバー内搬送量のバラツキは主として素材によるものであるが、程度は少ないが、搬送ガスにもよる。
【００８３】
【表１０】
2008516695.tif 000017
【００８４】
燃焼煙を充満したチャンバー内にNanoActiveTM素材を分散した後の時間に対するパーセント透過率の変化を記録した。NanoActiveTM TiO2-07、NanoActive.RTM. TiO2-12、およびNanoActiveTM MgO Plusに対する燃焼煙削減効率をt*（透過率１０、１５、および２０パーセントの）に換算して図１９に表している。
窒素ガスを用いた場合には検討した３種類すべての素材が燃焼煙を削減した。アルゴンを用いた場合にはNanoActiveTM TiO2-12は煙を削減せずむしろ不明瞭さを創り出した。全体として、NanoActiveTM TiO2-07およびNanoActiveTM MgO Plusの煙削減能力はNanoActiveTM TiO2-12程には搬送ガスにより影響されなかった。
【００８５】
＜実施例１４＞
本実施例においては、幾つかの素材の煙除去の有効性を部屋スケールのチャンバーを用いて試験した。寸法が８ｆｔｘ ８ｆｔ ｘ １２ｆｔの部屋スケールのチャンバーを構築し種々の粒子測定器（すなわち、８段階カスケートインパクター、透過率計、光ファイバースペクトロメーター、テーパーエレメント振動微量天秤、光学式パーティクルカウンター、重量式フィルターサンプラー、および粒子析出板）を装備した。先ず実験の実施要項を明らかにし部屋スケールチャンバーの予備的検討を実施した。実験は次のステップを伴った：（ａ）グリコール／水の溶液および／またはディーゼル油を加熱しオリフィスを通して供給する煙発生機を用いてグリコールまたはディーゼル霧油の煙をチャンバー内に誘導し；（ｂ）１００％の不透明度または光透過率０％が達成され次第、粒子をチャンバー内に加圧キャニスターを用いて分散し；そして（ｃ）光透過率および微粒子の質量濃度をモニターする。以下の計器を使用した：（ａ）部屋スケールチャンバー（経路長さ１２ｆｔ）を通過する可視光の透過率を測定する透過率計、（ｂ）空中浮遊微粒子の質量濃度を測定するフィルターサンプラー、および（ｃ）リアルタイムで空中浮遊微粒子の質量濃度を測定するテーパーエレメント振動微量天秤（TEOM）。小スケールチャンバーによる検討と同様に、素材の煙除去有効性はt*10およびt*20に換算して表現した。
【００８６】
実施要項の確立に続き、部屋スケールチャンバー内のグリコール煙の除去について種々の素材（すなわち、NanoActiveTM MgO plus、NA TiO2-07、NA TiO2-12、NA MgO、NaHCO3-FE、Ca(OH)2）の有効性を評価した。それぞれの素材はグリコール煙で満ちた部屋スケールチャンバー内に加圧キャニスターを８０ｐｓｉで用いて分散した。結果は煙が充満した部屋を通して視界を改善する速さという観点（低いt*10値で示されている）からNanoActiveTM MgO Plusが煙除去剤として最良であることを示唆した（図２０および２１）。例えば、およそ５０ｇのNanoActiveTM MgO Plusをグリコール煙が満ちた８ｆｔｘ８ｆｔ ｘ １２ｆｔの部屋に分散すると、１０％光透過率を約２から４分で達成し、２０％光透過率は約４から６分であった。対照的に、グリコール煙単独では１０％光透過率を２５分以上かかって達成した。他の粒子（すなわちCa(OH)2, NaHCO3-FE、およびNanoActiveTM MgO）も有効な煙除去剤であることが判明したが、NanoActiveTM MgO Plus程に有効ではなかった。
【００８７】
＜実施例１５＞
本実施例においては、除去する煙のタイプによる影響を調べた。グリコール煙と同様の実施要項にしたがい、部屋スケールチャンバー内のディーゼル霧を除去するためのNanoActiveTM MgO Plusの有効性を評価する実験を実施した。２種類の量のNanoActiveTM MgO Plus（すなわち、２２．９ｇおよび４８．０ｇ）をディーゼル煙で満ちたチャンバー内に分散しチャンバーを通過する光透過率の変化を透過率計を用いてモニターした。NanoActiveTM MgO Plusはまたディーゼル／霧−油煙を除去する上でも有効であった（表１０）。しかしながら、ディーゼル／霧−油煙ではグリコール煙に比べて同レベルの煙除去の有効性を達成するためにはより多くの量のNanoActiveTM MgO Plusを必要とすることを示唆している。これはディーゼル／霧−油煙の粒子がグリコール煙の粒子に比べて小さいためであるかも知れない。８段階カスケードインパクターによる煙粒子の粒径分布の測定ではディーゼル／霧−油煙の幾何平均径は１μｍ未満であったが一方グリコール煙はおよそ２．５μｍであった。
【００８８】
【表１１】
2008516695.tif 000018
【００８９】
＜実施例１６＞
本実施例においては、煙除去の有効性に対する粒径の影響を調べた。NanoActiveTM MgO PlusおよびNaHCO3-FEのバルクサンプルを篩い分けして、目開き２５μｍの篩を通過したもの（＜２５μｍ）、および５３−μｍ篩を通過し２５−μｍ篩で捉えられたもの（２５〜５３μｍ）との２つの寸法範囲に寸法分別した。それぞれの粒径範囲のサンプルを８０ｐｓｉまで加圧したキャニスターを用いて煙が充満したチャンバー内に分散し、対応する煙除去の有効性を透過率計を用いてモニターした。
【００９０】
表１１にt*10およびt*20値ならびに分散した量を纏めてある。結果はNanoActiveTM MgO plusの小さめのナノ凝集体（２５μｍを通過したもの）の方が大きめのナノ凝集体（２５μｍで捕捉されたもの）に比べてグリコール煙を除去するのにより効果的であることを示しているが、分散量は小さめの粒子の方が大きめの粒子より幾分多かった（８．２対７．１ｇ）。さらに、小さめのナノ凝集物と篩い分けしていないサンプルの比較では小さめのナノ凝集物の方が篩い分けしていないサンプルよりも煙除去の有効性が幾分（顕著な差はないが）は良いことを示した。NaHCO3-FEの傾向は概してNanoActiveTM MgO Plusと類似し、２５μｍの篩を通過した粒子は２５μｍの篩で捕捉されたものに比べて煙除去の有効性がよかった。しかしながら、NanoActiveTM MgO Plusとは対照的に、NaHCO3-FEの篩い分けしていないサンプルの方が小さめの粒子よりも煙除去の有効性がよかった。
【００９１】
【表１２】
2008516695.tif 000019
【００９２】
＜実施例１７＞
本実施例においては、グリコール煙の除去において選定した素材の有効性に対する搬送方法の影響を調べた。消火器装置（または加圧キャニスター）を別の瞬間散方法である加圧円筒と同じ８０ｐｓｉの圧力で比較した。図２２に２つの分散方法をNanoActiveTM MgO plusについて除去の有効性（t*10）に基づいて比較している。NanoActiveTM MgO plusは加圧キャニスターの方で加圧円筒よりも良好に作動する傾向がある。
【００９３】
追加的試験を加圧キャニスター（消化器装置）でおこない、グリコール煙除去に対するCa(OH)2, NaHCO3-FE、NanoActiveTM MgO Plus、および NA MgOの有効性についてノズルタイプによる影響を判定した。２つのタイプのノズルについて考慮した。ノズル１はくびれ部がありほとんどの煙削減実験で用いられ、一方ノズル２は全くくびれ部がない。すべての試験は部屋スケールチャンバー用の実施要項にしたがった。結果からグリコール煙を除去する上でノズルのタイプは素材の有効性に限定的な影響しか与えなかったことを示唆している。
【００９４】
＜実施例１８＞
本実施例においては、顆粒状NanoActiveTM-G TiO2-12(-60,+80メッシュ；250>x>180μｍ)およびNanoActiveTM TiO2-12粉体を用いて部屋スケールチャンバー内のグリコール煙除去に対する有効性を調べた。NanoActiveTM-G TiO2-12の顆粒（寸法１８０〜２５０マイクロメートル）について質量濃度を変えて３回繰り返して実施した。粉体は４０ｇの量から始め２回繰り返して実施した。質量濃度は小スケールチャンバーでおこなったのと同じ様にして計算した。図２３はt*10およびt*20を濃度の関数として示している。顆粒の方が概して粉体素材より良好な有効性を示している。
【００９５】
＜実施例１９＞
本実施例においては、部屋スケールチャンバーを用いて先に試験した素材の不明瞭さの程度を評価した。異なるNanoActiveTM素材（すなわち、MgO plus、MgO、TiO2-12、TiO2-07、MgO Plus顆粒）および他の素材（すなわち、NaHCO3-FE, Ca(OH)2）が提供する電磁スペクトルの可視領域範囲内の不明瞭さの程度を評価した。それぞれの素材を部屋スケールチャンバー内に加圧キャニスターを８０ｐｓｉで用いて分散した。チャンバー内の不明瞭さの程度は透過率計を用いてモニターした。空中浮遊微粒子質量濃度も重量測定フィルターサンプラーで測定した。結果は検討した量について、量および素材のタイプによってはNanoActiveTM粒子および他の素材も可視領域でいくらか不明瞭さをもたらすことを示した。しかしながら、検討した素材の何れもグリコール煙またはディーゼル霧ほど多くの不明瞭さはもたらさなかった（図２４）。
【００９６】
付加的な実験をおこない、何れかのNanoActiveTM素材でサーマルカメラを不明瞭にできるかどうかを判定した。これらの実験は部屋スケールチャンバーを用いて実施した。目的はNanoActiveTM素材を用いて高温体をサーマルイメージングカメラ（MID IR 2〜5.4μｍ）から不明瞭にすることであった。高温体（熱水が循環している箱）を環境室内に置きチャンバーの高温体と向かい側のプレキシガラスの壁に覗き孔を設けた。中距離用サーマルイメージングカメラを高温物体が見える様に覗き孔に据えた。加圧キャニスターからNanoActiveTM素材（NanoActiveTM MgO、NanoActiveTM Al2O3およびNanoActiveTM Al2O3 plus）をチャンバー内にスプレーした。素材がスプレーされると同時にカメラにより与えられる高温体の温度が約３〜１０℃低下した。温度降下は３０秒から３分という非常に短い時間しか持続せず、その後カメラにより与えられる温度は正常に戻った。
【００９７】
＜実施例２０＞
本実施例においては、NanoActiveTM TiO2 と NanoActiveTM MgOの混合物（NanoScale Materials社からFAST ACTTMとして入手可能）によるHFおよびHCN（火災により発生する２種類のよくある有害物質）の吸着に対する有効性を調べた。およそ５０ｇのナノ結晶性物質をHCNに曝し、続いて分析してナノ結晶性物質によるHCNの吸着を示すHCNの分解物の存在の判定をおこなった。HCNに曝した後、ナノ結晶性物質を溶媒抽出およびGC-MS分析試験にかけた。このデータはナノ結晶性物質がHCNをOCN中間体に酸化しこれがさらに加水分解されて副産物になり室温でナノ結晶性物質により安定化されることを明らかにする。HCNに特有の特徴的な分解生成物はＮ，Ｎ−ビス−ヒドロキシメチルホルムアミド（メタノール抽出で目に見える）であった。
【００９８】
同様の試験をHFを用いて実施した。しかしながら、溶媒抽出およびGC-MSでは特徴的な分解生成物を識別することはできなかった。このことはHFがナノ結晶性物質、とりわけMgOにより化学的に分解され非常に安定したイオン性化合物でどの様な溶媒にも簡単には抽出できないフッ化マグネシウムを形成したことを示す。この様に、結果はこれらナノ結晶性物質がHCNおよびHFを吸着するために非常に効果があることを示している。
【００９９】
＜実施例２１＞
本実施例においては、実施例２０で用いたナノ結晶性混合物の有効性を無水アンモニア、塩素、酸化エチレン、塩化水素、二酸化窒素、および亜硫酸ガスの様な火災により形成し放出される蒸気災害の除去に対する有効性について試験した。ガスの吸着はFT-IR分光法および重量測定法により判定した。塩素は対称分子であるため、IR分光法を採用することはできなかった。したがって、吸着された塩素の量は塩素ガスに曝したナノ結晶性物質の重量増加に基づいて計算した。
２分および１０分で除去された危険物質のパーセントを表１２に示す。
【０１００】
【表１３】
2008516695.tif 000020
【０１０１】
これらのガスは非常に速やかに吸着され、１０分のデータに示されているとおり、粉体から脱ガスしそうにはない。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】NA TiO2-07を用いた劇場煙の消失速度のグラフである。
【図２】NA TiO2-07を用いた紙燃焼による燃焼煙の消失速度を示すグラフである。
【図３】NA MgO Plusを用いた紙燃焼による燃焼煙の消失速度を示すグラフである。
【図４】NA TiO2-07を用いたディーゼル霧煙の削減を示すグラフである。
【図５】NA MgO Plusを用いたディーゼル霧煙の削減を示すグラフである。
【図６】相対的な空気力学的粒度に対する幾つかのRNPsの煙除去の有効性（９０％不倒明度に至る時間）を示すグラフである。
【図７】相対的な空気力学的粒度に対する幾つかのRNPsの煙除去の有効性（８０％不倒明度に至る時間）を示すグラフである。
【図８】ジェットミル処理したものと「正規の」RNPsの煙除去の有効性を比較したグラフである。
【図９】分散した素材の量に影響される煙除去の有効性を示したグラフである。
【図１０】グリコール煙を除去する上でNA TiO2-07およびNaHCO3-FEの有効性に対する搬送圧力の影響のグラフである。
【図１１】幾つかの質量濃度において種々のナノ物質の煙除去効果を比較したチャートである。
【図１２】NA TiO2-07の空気力学的直径の相対分布を描いたチャートである。
【図１３】NA MgO Plusの空気力学的直径の相対分布を描いたチャートである。
【図１４】NA TiO2-12の空気力学的直径の相対分布を描いたチャートである。
【図１５】NA MgOの空気力学的直径の相対分布を描いたチャートである。
【図１６】種々のナノ物質の計算による空気力学的粒径および沈降速度を比較したグラフである。
【図１７】NA TiO2-12の煙削減に対する濃度の影響を比較したグラフである。
【図１８】異なる圧力で搬送された種々のナノ物質の煙削減効率を比較したチャートである。
【図１９】異なる搬送ガスで搬送された種々のナノ物質の煙削減効率を比較したチャートである。
【図２０】分散した量により影響された異なるナノ物質に対するグリコール煙除去の有効性のプロットである。
【図２１】空中浮遊微粒子の質量濃度により影響された異なるナノ物質に対するグリコール煙除去の有効性のプロットである。
【図２２】加圧キャニスターおよび加圧円筒で搬送されたNA MgO Plusに対するグリコール煙除去の有効性を比較したプロットである。
【図２３】煙除去の有効性に対するNA TiO2-12粉末および顆粒の濃度の影響を比較したプロットである。
【図２４】加圧キャニスターを８０ｐｓｉで用いて部屋スケールチャンバー内に選択された素材を分散した場合の不明瞭さの程度（％不透明度で表示）を比較したプロットである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１７】
2008516695.tif 000031
【図１８】
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【図１９】
2008516695.tif 000033
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月26日(2007.6.26)
【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】
煙被害領域に分散した煙微粒子を吸着する方法で、前記の煙微粒子とある量のナノ結晶性粒子を接触させる手順を含む煙微粒子を吸着する方法。
【請求項２】
前記ナノ結晶性粒子が金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン、無機リン化合物、ホウ素化合物、アンチモン化合物、モリブデン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、スルファミン酸塩、硫酸塩、臭素化合物、塩素化合物、およびこれらの混合物から成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ナノ結晶性粒子がMg、Sr、Ba、Ca、Ti、Zr,、Fe、V、Mn、Ni、Cu、Al、Si、Zn、Ag、Mo、Sb、およびこれらの混合物の金属酸化物ならびに金属水酸化物から成る群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法が前記領域の不透明度を１５％減少させる時間が、前記方法を実施しなかった場合に同様の不透明度の減少を達成するであろう時間の約８０％未満となる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記煙被害領域の少なくとも一部の不透明度が前記ナノ結晶性粒子を分散する前には少なくとも約９５％である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ナノ結晶性粒子が前記煙被害領域内に少なくとも約０．１ｇ／ｍ３のレベルで分散されることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記分散工程が前記ナノ結晶性粒子を加圧容器から前記領域内に噴霧することから構成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノ結晶性粒子が約２０〜３０００ｐｓｉの間の圧力で分散される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記容器が搬送ガスで加圧されている、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノ結晶性粒子の空気力学的幾何平均径（GMD）が約１〜３０μｍの間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ナノ結晶性粒子の沈降速度が約０．００１〜５ｃｍ／秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノ結晶性粒子の形状が粉末および／または顆粒状である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノ結晶性粒子の微結晶粒度が約２５ｎｍ未満で表面積が少なくとも約１５ｍ２／ｇである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノ結晶性粒子が前記煙被害領域内に非加圧の容器から手動で分散される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記煙被害領域が、火災により形成された少なくとも１つの有害化学物質を含み、前記方法がさらに前記の少なくとも１種類の有害化学物質とこれを吸着するための前記ナノ結晶性粒子との接触を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記有害化学物質がアクロレイン、トルエンジイソシアネート、ホルムアルデヒド、イソシアネート類、HCN、CO、NO、HF、HCl、グリコールおよびこれらの混合物から成る群から選択されている、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記の方法で、さらに前記のナノ結晶性粒子を直接火災に向けて使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法が加圧した容器から前記ナノ結晶性粒子を前記火災に向けて噴霧することで構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ナノ結晶性粒子が非加圧の容器から前記火災に向けて手動で分散される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記の煙微粒子が炭素質煙微粒子から構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
物品の難燃性を向上させる方法で、前記物品にある量の難燃性ナノ結晶性粒子を塗布および／または組み込むことを含む、物品の難燃性を向上させる方法。
【請求項２２】
前記ナノ結晶性粒子が金属酸化物、金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、リン、無機リン化合物、ホウ素化合物、アンチモン化合物、モリブデン化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物、亜鉛化合物、スルファミン酸塩、硫酸塩、臭素化合物、塩素化合物、およびこれらの混合物から成る群から選択されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナノ結晶性物質が物品内にその製造過程で組み込まれる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ナノ結晶性物質が前記物品に完成後に塗布される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナノ結晶性物質が前記物品の少なくとも外表面の一部に塗布される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記ナノ結晶性粒子の微結晶粒度が約２５ｎｍ未満で表面積が少なくとも約１５ｍ２／ｇである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記ナノ結晶性粒子が物品全体の重量の約０．０１〜２５％を構成する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノ結晶性粒子が前記物品に加圧容器からスプレーにより塗布される、請求項２１に記載の方法。
【国際調査報告】
2008516695.tif 000045
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