(57)【要約】  本発明は、バリア膜および５０ｋｇ／ｍ３から３５０ｋｇ／ｍ３の範囲の密度を有するコア材料を含む真空断熱パネルであって、コア材料が、    Ａ）１０００セル／ｍｍから１０００００セル／ｍｍの範囲のセル数を有するナノ多孔質ポリマー粒子であり、その少なくとも６０質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において１００μｍ未満の粒子サイズを有するナノ多孔質ポリマー粒子３０質量パーセントから１００質量パーセントと、    Ｂ）焼成シリカまたは沈降シリカ０質量パーセントから７０質量パーセントとの混合物を含む真空断熱パネルに関し、それらを製造するための方法にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリア膜および５０ｋｇ／ｍ３から３５０ｋｇ／ｍ３の範囲の密度を有するコア材料を含む真空断熱パネルであって、コア材料が、
Ａ）１０００セル／ｍｍから１０００００セル／ｍｍの範囲のセル数を有するナノ多孔質ポリマー粒子であり、その少なくとも６０質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において１００μｍ未満の粒子サイズを有するナノ多孔質ポリマー粒子３０質量パーセントから１００質量パーセントと、
Ｂ）焼成シリカまたは沈降シリカ０質量パーセントから７０質量パーセントと
を含む混合物を含む、真空断熱パネル。
【請求項２】
ナノ多孔質ポリマー粒子の少なくとも５０質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において６３μｍ未満の粒子サイズを有する、請求項１に記載の真空断熱パネル。
【請求項３】
コア材料が、
Ａ）ナノ多孔質ポリマーフォーム粒子２５質量パーセントから９５質量パーセントと、
Ｂ）焼成シリカまたは沈降シリカ５質量パーセントから７５質量パーセントと
の混合物からなる、請求項１または２に記載の真空断熱パネル。
【請求項４】
コア材料が０．１質量％から５質量％の範囲の含水量を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の真空断熱パネル。
【請求項５】
ナノ多孔質ポリマー粒子が、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、スチレン−アクリロニトリルコポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリウレタン、ポリ尿素、メラミン−、フェノール−、レゾルシノール−、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、またはそれらの混合物を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の真空断熱パネル。
【請求項６】
バリア膜が金属化ポリマー膜からなる、請求項１から５のいずれか一項に記載の真空断熱パネル。
【請求項７】
バリア膜が１０μｍから５００μｍの範囲の厚さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の真空断熱パネル。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の真空断熱パネルを製造するための方法であって、構成成分Ａ）と構成成分Ｂ）との混合物をバリア膜に導入し、続いてバリア膜を排気および溶着閉鎖する、方法。
【請求項９】
ＢＥＴ方法によって決定される比表面積が９０ｍ２／ｇから５００ｍ２／ｇでありおよび平均一次粒子サイズが５ｎｍから３０ｎｍの範囲である焼成シリカが、構成成分Ｂ）として使用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
車両建造における断熱のための、請求項１から７のいずれか一項に記載のバリア膜の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ多孔質ポリマー粒子をコア材料として含む真空断熱パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空断熱パネル（ＶＩＰ）は、高効率の断熱材料として知られている。コア材料および減圧に依存して、それらは約４ｍＷ／ｍＫから８ｍＷ／ｍＫの熱伝導率、およびしたがって従来の断熱系より８倍から１５倍良好な断熱作用を有する。
【０００３】
しかしながら、良好な断熱特性は、これらの真空断熱パネルが損傷によって通気される場合に失われる。断熱作用は、次いで、使用されるコア材料の断熱作用だけに相当する。寿命は、バリア膜またはエンベロープを介する真空パネル中への環境ガスの拡散によって制限される。今日の真空断熱パネルのさらなる不利点は、中程度の圧力および約１５０ｇ／Ｌの低密度での低熱伝導率の不足である。
【０００４】
こうした断熱エレメントは、例えば、冷蔵機器および冷凍庫に使用される。しかしながら、建物のための断熱としての使用も、すでに提案されている。ＤＥ１０２００８０２３８７０Ａ１は、最初に記載された型であるとともにエンベロープの２つの主な表面がガラス、特にガラスプレートによって形成されている建物の断熱用の真空断熱エレメントを開示している。ガラスエンベロープを有するこうした真空断熱エレメントは、プラスチックと比較してガラスのより高い熱伝導率のために多くの用途に対して十分効果的な断熱を呈するものではない。
【０００５】
したがって、真空範囲を超える圧力および特に大気圧で好都合な断熱特性を有し、同時に低密度を有する材料を見出す必要がある。
【０００６】
真空断熱パネル用のコア材料として、オープンセル化されたマイクロセルまたはナノセルの材料を使用することが可能であり、ナノセルコア材料は、例えば損傷が起きた際にエンベロープへの水蒸気および酸素の浸透の結果として圧力が増加する場合に、熱伝導率における有意により低い変化を呈する。これにより、有効寿命を増加させ、膜材料と比較してより低い感度を与える。
【０００７】
ナノセルのコア材料として、例えばＵＳ５，４８０，６９６に記載されている通り、現在のところ圧倒的にナノ多孔質シリカが使用されている。これらの材料の不利点は、それらの親水性である。コア材料としての使用のため、粉状シリカはしたがって、複雑な方式で疎水化または乾燥のいずれかをしなければならない。
【０００８】
ポリウレタン、ポリ尿素またはメラミン樹脂に基づくナノセルポリマー材料も同様に適当である（ＷＯ２００８／１３８９７８）。特にメラミン樹脂の場合においてそれらの親水性はあまり際立っていないが、それでもなお乾燥させることが必要である。加えて、ゾルゲル法を介する合成は複雑であり、コストがかかる。
【０００９】
ＵＳ２００９／０１４８６６５は、シミュレーション算出から予想される１０ｎｍから５００ｎｍの平均孔サイズおよび２４０〜６００ｋｇ／ｍ３の範囲の密度を有するナノセルのポリマーフォームの特性、および断熱用のサンドイッチパネルまたは構造成分におけるそれらの可能な使用を記載している。しかしながら、コンポジットの熱伝導率は追加構成成分によって増加される。
【００１０】
ＵＳ２００７／０２５９９７９は、ポリウレタンおよび無機エアロゲル充填剤、例えばシリカエアロゲルに基づく有機エアロゲルマトリックスから構成されるコンポジットを記載している。該コンポジットは、有機ゲル前駆体および無機エアロゲル充填剤を含有する混合物から、ゾルゲル法および超臨界条件下での後続の乾燥によって得られる。
【００１１】
ナノ多孔質熱可塑性ポリマーフォームを含む真空断熱パネルが、ＷＯ２０１１／１４４７２８に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＤＥ１０２００８０２３８７０Ａ１
【特許文献２】ＵＳ５，４８０，６９６
【特許文献３】ＷＯ２００８／１３８９７８
【特許文献４】ＵＳ２００９／０１４８６６５
【特許文献５】ＵＳ２００７／０２５９９７９
【特許文献６】ＷＯ２０１１／１４４７２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、真空断熱パネルおよび特に真空断熱パネル用コア材料、ならびにさらに、上述されている不利点を有していないとともに特に複雑な乾燥がなく単純および安価に製造することができる方法を発見することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、我々は、５０ｋｇ／ｍ３から３５０ｋｇ／ｍ３の範囲の密度を有するコア材料を含む真空断熱パネルであって、コア材料が、
Ａ）１０００セル／ｍｍから１０００００セル／ｍｍの範囲のセル数を有するナノ多孔質ポリマー粒子であり、その少なくとも６０質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において１００μｍ未満の粒子サイズを有するナノ多孔質ポリマー粒子３０質量パーセントから１００質量パーセントと、
Ｂ）焼成シリカまたは沈降シリカ０質量パーセントから７０質量パーセントと
の混合物を含む、真空断熱パネルを見い出した。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
コア材料
該コア材料は、表示されている質量割合における構成成分を含む。それは、好ましくは、構成成分Ａ）およびＢ）からなる。
【００１６】
コア材料は、好ましくは、
Ａ）ナノ多孔質ポリマーフォーム粒子２５質量パーセントから９５質量パーセント、好ましくは３０質量パーセントから７０質量パーセントと、
Ｂ）焼成シリカまたは沈降シリカ５質量パーセントから７５質量パーセント、好ましくは３０質量パーセントから７０質量パーセントと
の混合物からなる。
【００１７】
真空断熱パネルのコア材料の密度は、５０ｋｇ／ｍ３から３５０ｋｇ／ｍ３の範囲、好ましくは７０ｋｇ／ｍ３から３００ｋｇ／ｍ３の範囲、特に好ましくは８０ｋｇ／ｍ３から２５０ｋｇ／ｍ３の範囲である。
【００１８】
該コア材料は、好ましくは、０．１質量％から１質量％の範囲、特に好ましくは０．１質量％から０．５質量％の範囲の含水量を有する。
【００１９】
構成成分Ａ）
本発明によると、ナノ多孔質ポリマー粒子の少なくとも６０質量パーセント、好ましくは少なくとも９５質量パーセント、特に好ましくは少なくとも９９質量パーセントは、ＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において１００μｍ未満の粒子サイズを有する。
【００２０】
優先されるのは、ナノ多孔質ポリマー粒子（構成成分Ａ）の少なくとも５０質量パーセント、好ましくは少なくとも９５質量パーセント、特に好ましくは少なくとも９９質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において６３μｍ未満の粒子サイズを有する真空断熱パネルである。
【００２１】
特に優先されるのは、ナノ多孔質ポリマー粒子（構成成分Ａ）の少なくとも６０質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において１００μｍ未満の粒子サイズを有すると同時に、ナノ多孔質ポリマー粒子の少なくとも５０質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において６３μｍ未満の粒子サイズを有するナノ多孔質ポリマー粒子を使用することである。
【００２２】
ナノ多孔質ポリマー粒子として、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、スチレン−アクリロニトリルコポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリウレタン、メラミン−、フェノール−、レゾルシノール−、尿素−ホルムアルデヒド樹脂またはそれらの混合物を含む粒子を使用することが可能である。優先されるのは、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリルコポリマーまたはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で構成されるナノ多孔質ポリマー粒子を使用することである。
【００２３】
ナノ多孔質ポリマー粒子は、１０００セル／ｍｍから１０００００セル／ｍｍ、好ましくは２０００セル／ｍｍから５００００セル／ｍｍおよび特に好ましくは５０００セル／ｍｍから５００００セル／ｍｍの範囲の平均セル数を有する。フォーム密度は、通常、５０ｋｇ／ｍ３から３５０ｋｇ／ｍ３の範囲、好ましくは５０ｋｇ／ｍ３から３００ｋｇ／ｍ３の範囲、特に好ましくは１０ｋｇ／ｍ３から２５０ｋｇ／ｍ３の範囲である。
【００２４】
本発明によると、「ナノ多孔質」という用語は、５ナノメートルから１０００ナノメートルの範囲の孔サイズを含む。
【００２５】
本発明によると、「平均セル数」という用語は、１ｍｍ当たりのセルの数を指す。それは、代表的な電子顕微鏡写真上での少なくとも１０個の実セル面積の評価によって決定することができるように、典型的頻度／サイズ曲線における実セルと同等の断面積を有する円形フォームセルの平均直径から決定することができる。
【００２６】
本発明によると、「フォーム密度」または「密度」という用語は、フォーム化ナノ多孔質成形組成物の質量対体積比を指し、これは、浮力法によって決定することができるか、または成形体の体積に対する質量の比から算出される。
【００２７】
本発明によると、「成形組成物」または「ポリマー溶融」という用語は、純粋なホモポリマーおよびコポリマーの両方ならびにさらにポリマーの混合物を含む。さらに、該用語は、ポリマーおよび様々な添加剤に基づく処方物も包含する。例として本明細書において挙げることができるのは、安定剤、流動化剤、着色剤、抗酸化剤、および当業者に知られている同様の添加剤などのプロセス添加剤である。
【００２８】
該フォームはクローズドセル化することができるが、好ましくはオープンセル化される。
【００２９】
「クローズドセル化」は、不連続気相および連続ポリマー相が存在することを意味する。
【００３０】
「オープンセル化」は、気相およびポリマー相が各々連続相であり、２つの相が貫通している二連続系が関与することを意味する。
【００３１】
ナノ多孔質ポリマー粒子は、４０％超、好ましくは５０％超、特に好ましくは７５％超の（ＤＩＮ  ＩＳＯ  ４５９０に従った）オープンセルの割合を有する。理想的な場合において、該セルのうち全部ではないが少なくとも９０％はオープンであり、すなわち、フォーム枠組は支柱のみからなる。
【００３２】
本発明に従って使用されるナノ多孔質ポリマー粒子は、例えば、下に記載されている通りに製造することができる。
【００３３】
ナノ多孔質ポリマーフォーム粒子を製造するための好ましい方法は、
ａ）熱可塑性ポリマーで構成されているポリマー溶融物を発泡剤とともに、加圧下および発泡剤が超臨界状態で存在する温度で装填する工程と
ｂ）装填ポリマー溶融物を、純粋なポリマーのガラス転移点周囲の−４０℃から＋４０℃の範囲の温度にする工程と、
ｃ）工程ａ）で装填されたポリマー溶融物を、１５０００ＭＰａ／秒から２００００００ＭＰａ／秒の範囲の減圧速度で減圧する工程と、
ｄ）工程ｃ）で得られたナノ多孔質ポリマーフォームを粉砕することで、５０μｍから５００μｍの範囲の平均粒子径を有するフォーム粒子を得る工程と
を含む。
【００３４】
装填ポリマー溶融物の温度は、好ましくは、工程ａ）において、フォーム化時の温度が、非装填ポリマー溶融物のガラス転移点周囲の−２０℃から＋３５℃の範囲であるようなやり方で制御される。特に優先されるのは、純粋なポリマーのガラス転移点から０℃から＋３０℃異なる温度範囲である。
【００３５】
ガラス転移点は、測定可能なガラス転移点である。ガラス転移点は、ＤＳＣの手段によってＤＩＮ  ＩＳＯ  １１３５７−２に従って２０Ｋ／分の加熱速度で測定することができる。
【００３６】
第１の工程（工程ａ）において、ポリマー成形組成物（ポリマー溶融物）は、発泡剤としてガスまたは流体とともに、発泡剤が超臨界状態となる圧力下および温度で装填される。
【００３７】
ポリマー溶融物のための熱可塑性ポリマーとして、例えば、スチレンポリマー、ポリアミド（ＰＡ）、ポリオレフィン、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）もしくはポリエチレン−プロピレンコポリマーなど、ポリアクリレート、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）もしくはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）など、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミドもしくはポリエーテルスルフィド（ＰＥＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、またはそれらの混合物を使用することが可能である。特に優先されるのは、ポリスチレンもしくはスチレン−アクリロニトリルコポリマーなどのスチレンポリマー、またはポリメチルメタクリレートなどのポリアクリレートを使用することである。
【００３８】
特に適当なポリマーは、３％以下（ＤＳＣによって決定される）の結晶性物質割合を有する熱可塑的に加工可能な非晶質ポリマーである。
【００３９】
適当な発泡剤は、二酸化炭素、窒素、空気、希ガス、例えばヘリウムまたはアルゴンなど、脂肪族炭化水素、例えばプロパン、ブタンなど、部分ハロゲン化または過ハロゲン化脂肪族炭化水素、例えばフッ素化炭化水素、クロロフルオロカーボン、ジフルオロエタンなど、脂肪族アルコールまたは酸化二窒素（亜酸化窒素）などの固体、気体または液体の発泡剤であり、二酸化炭素、亜酸化窒素および／または窒素が好ましい。非常に特に優先されるのは、二酸化炭素である。
【００４０】
発泡剤は、超臨界状態で直接に導入および／もしくは注入することができるか、または注入すべきポリマーのプロセスパラメータは、注入の時点で、発泡剤がこれらの条件下で超臨界になるような範囲であってよい。例えばＣＯ２の場合において、臨界点は約３１．１℃および７．３７５ＭＰａであり、例えばＮ２Ｏの場合において、臨界点は約３６．４℃および７．２４５ＭＰａである。
【００４１】
発泡剤とのポリマー成形組成物または溶融物の装填は、本発明によると、圧力チャンバ、例えばオートクレーブ内、または成形型キャビティ内もしくは押出機内で実施することができる。本発明によると、ポリマー成形組成物の正確な温度はこの工程において重要ではないが、発泡剤の臨界温度およびポリマー成形組成物のガラス転移点を超える温度がこの第１の装填工程に有利であり、というのは、拡散プロセスによる発泡剤の取込みがポリマー成形組成物のガラス転移点を超える温度で加速され、より短い装填時間がしたがって可能であるからである。
【００４２】
装填工程のため、発泡剤の臨界圧力を超える圧力、好ましくは１０ＭＰａを超える圧力、特に好ましくは２０ＭＰａを超える圧力が設定される。この装填圧力は、ポリマー成形組成物中で非常に高いガス濃度を発生させるために重要であり、今日の圧力容器の工学的可能性内で、最大２００ＭＰａまでの値に設定することができる。
【００４３】
一変形において、装填は押出機内で実施することができる。有利な変形において、発泡剤注入の領域におけるポリマー成形組成物の温度は、成形組成物のガラス転移点を超えるので、発泡剤が溶融物中に非常によくおよび迅速に分布および溶解され得る。注入圧力は一般に、この範囲の溶融圧力より高い値に設定される。特に有利な実施形態において、注入圧力は、圧力調節バルブの手段によって一定の高い値に設定される。本発明によると、ポリマー成形組成物の質量流量に基づいて１質量％から６０質量％、特に５質量％から５０質量％であってよい発泡剤質量流量が本発明において設定される。発泡剤装填量の上限は、ダイの上流の装填溶融物のパラメータの圧力および温度で達成することができる飽和濃度であり、これは、方法において実験的にまたは重量測定方法の手段によってのいずれか決定することができる。
【００４４】
該方法の第２の工程（工程ｂ）において、装填ポリマー成形組成物は次いで、１０ＭＰａより大きい、好ましくは２０ＭＰａより大きい装填圧力を維持しながら、ＤＳＣの手段によってＤＩＮ−ＩＳＯ  １１３５７−２に従って２０Ｋ／分の加熱速度で決定することができる非装填ポリマー成形組成物のガラス転移点周囲の−４０℃から＋４０℃、好ましくは−２０℃から＋３５℃、特に好ましくは０℃から３０℃の範囲の温度に冷却される。
【００４５】
オートクレーブ内における方法の一実施形態において、ポリマー成形組成物の温度のこの適応は、装填圧力の適用後に実施することができる。代替として、この温度は、装填圧力の適用前に設定することもできる。いずれの方法の変形においても、温度の均質化のための充分な時間が、殊にキャビティへの冷発泡剤の注入後に確保されなければならない。さらに、これらの方法の変形において、拡散によって飽和濃度を達成するための充分な時間が、殊にポリマー成形組成物の相対的に大きい体積の場合において確保されなければならない。
【００４６】
押出機内におけるさらなる変形において、装填成形組成物は連続的に冷却される。本発明において、冷却押出機から任意の数および組合せにおけるミキサーおよびクーラーまで、当業者に知られている全ての装置を使用することが可能である。装填成形組成物の圧力を維持するために、溶融ポンプを使用することで圧力を増加させることができ、これらは同様に、該方法において任意の数および位置で設置することができる。これは、本発明による実施形態の利点、すなわち、プロセス系統のセグメントされた構造は、局所パラメータ圧力および温度に対する良好な制御を与え、加圧下での装填成形組成物の急速および均質の冷却を可能にすることももたらす。しかしながら、条件は、発泡剤分子の均質分布が、充分な滞留時間および混合の手段によって達成されること、ならびに発泡剤がポリマー成形組成物中に完全に溶解され得ることである。
【００４７】
第３の工程（工程ｃ）における、装填されるとともに温度制御されたポリマー成形組成物の急速な減圧は、低密度を有する安定なナノ多孔質ポリマーフォームにつながる。
【００４８】
第３の工程（工程ｃ）において、工程ａ）で発泡剤を装填され、工程ｂ）で適切な温度にされたポリマー溶融物は、１５０００ＭＰａ／秒から２００００００ＭＰａ／秒の範囲の減圧速度で減圧される。減圧速度は、フォーム化する前に１秒の時間内で行われる圧力変化に基づく。本発明における圧力降下は少なくとも１０ＭＰａである。
【００４９】
減圧前の圧力は、圧力センサの手段によって決定することができる。減圧は通常、大気圧まで実施される。しかしながら、わずかに超大気または準大気の圧力も適用することができる。一般に、圧力の減少は０．１ｍｓから１０ｍｓ内で突然生じる。減圧速度は、例えば圧力−温度グラフにおける最も大きな圧力減少の領域で接線を引くことによって決定することができる。
【００５０】
押出機の手段による連続的な実施形態において、減圧速度は通常、ダイの形状を介して設定される。一般に、好ましくは１ｍｍから５ｍｍの長さおよび０．１〜２５ｍｍ２の横断面を有する少なくとも１つのダイ断面を有するダイがこの目的で使用される。
【００５１】
減圧速度を１５０００ＭＰａ／ｓから２００００００ＭＰａ／ｓの範囲に、好ましくは３００００ＭＰａ／ｓから１００００００ＭＰａ／ｓの範囲に、特に好ましくは４００００ＭＰａ／ｓから５０００００ＭＰａ／ｓの範囲に設定することで、非常に高い発泡剤濃度およびしたがって非装填成形組成物のガラス転移点を超える均質フォーム化温度でも低い粘度を有するポリマー成形組成物から、有意により低いフォーム密度と組み合わされたナノ多孔質フォーム形態を製造することを可能にする。一部の場合において、最大２０００００ＭＰａ／ｓまでの減圧速度が充分であり得ることがわかった。これらの場合において、該方法は、単純化されたやり方で実施することができる。
【００５２】
この第３の工程（工程ｃ）は、様々な方法の変形において異なるやり方で実現することができる。オートクレーブにおける一変形において、本発明による減圧速度は、バルブを迅速に切り替える手段、または減圧装置、例えば破裂ディスクの作動制御の手段のいずれかによって確保することができる。金型キャビティにおける本発明の一変形において、減圧は、キャビティを急速に拡大することによって達成することができる。
【００５３】
押出機における好ましい実施形態において、減圧速度は、押出機の輸送力およびダイ形状によって確保される。
【００５４】
さらに、本発明は、本発明による適切な温度になったポリマー成形組成物の本発明による上記の急速な減圧の手段によってこうしたナノ多孔質ポリマーフォームを製造するのに当業者が精通している他の工業的に実行可能な装置および方法に関する。
【００５５】
使用されるダイ形状に依存して、殊に押出プロセスにおいて様々な形状のフォーム構造および最終的にポリマーフォームを製造することが可能である。本発明の方法の好ましい実施形態において、固体外形、例えばプレート、または中空外形が製造される。
【００５６】
該方法の同様に好ましい実施形態において、ポリマーフォームは、フォーム化されたポリマーの粒子、ペレットまたは粉末の形態で形状化体を製造するためのさらなるプロセス工程（任意選択の工程ｄ）において、例えば切り離しディスク、ペレタイザー、ブレード、チョッピングナイフまたはミルの手段によって粉砕される。粉砕工程は、好ましくは、減圧の直ぐ後に続くことができるが、その後のある時点で別々に実施することもできる。本発明において、例えば氷水、ドライアイスまたは液体窒素の手段によってポリマーフォームを冷却することが有利であり得る。
【００５７】
工程ｄ）における粉砕は、１つまたは複数の段階で、後者の場合には１つの装置または複数の異なる装置内で実施することができる。例えば、ナノ多孔質ポリマーフォームは、最初に前粉砕および引き続いて後粉砕にかけることができる。後粉砕は、有利には、カッターミルまたは流動床対向ジェットミルにおいて実施することができる。粉砕後のフォーム粒子は、好ましくは、１０μｍから１０ｍｍの範囲、特に好ましくは５０μｍから０．５ｍｍの範囲の平均粒子径を有する。
【００５８】
粉砕化に使用できる装置は、特に、スクリュー粉砕機、回転せん断機、シングルシャフトおよびマルチシャフト粉砕機、ロールミル、ファインミル、ファインミルユニット、衝撃ディスクミル、ハンマーミルおよび流動床対向ジェットミルである。
【００５９】
有機材料の粉砕のための方法および装置は、当業者に広く知られている。当業者は、粉砕すべき量、所望のスループット、達成すべき粒子径、および使用される材料の脆性に従って適当な装置を選択する。
【００６０】
後の使用において、ルース材料の流れおよび加圧された状態におけるナノ多孔質ポリマーフォームの低密度は、大きな利点である。ルース材料のさらなる利点は、制御方法において粉砕方法の選択によって設定することができる粒子径およびそのサイズ分布である。
【００６１】
ナノ多孔質ポリマー粒子は、そのままで、または断熱材料としてのさらなる機能性構成成分との添加混合物で使用することができる。断熱材料は、したがって、ナノ多孔質ポリマーフォームを含む混合物である。追加構成成分としての適当な機能性構成成分の選択は、使用分野に依存する。
【００６２】
本発明は、ナノ多孔質ポリマーフォームを含む真空断熱パネル、およびさらに断熱のためのナノ多孔質ポリマーフォームの使用を提供する。得ることができる材料は、好ましくは、保温のため、殊に建物において、または保冷のため、特に移動、物流もしくは静止の分野において、例えば冷蔵機器において、または移動用途のために使用される。
【００６３】
これらの断熱材料のための可能なさらなる構成成分は、例えば、赤外線範囲の、特に３μｍから１０μｍの波長領域における熱放射を吸収、散乱および／または反射することができる化合物である。それらは一般に、赤外線乳白剤と称される。これらの粒子の粒子サイズは、好ましくは０．５ミクロンから１５ミクロンである。こうした物質の例は、特に、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタン鉄鉱、チタン酸鉄、酸化鉄、ケイ酸ジルコニウム、炭化ケイ素、酸化マンガン、黒鉛およびカーボンブラックである。
【００６４】
材料を機械的に補強するため、添加剤として繊維を使用することが可能である。これらの繊維は、無機または有機由来であってよい。無機繊維の例は、好ましくは、ガラス羊毛、ロックウール、玄武岩繊維、スラグ羊毛、酸化アルミニウムおよび／または二酸化ケイ素の溶融物ならびにその上さらなる無機金属酸化物を含むセラミック繊維、ならびに純粋な二酸化ケイ素繊維、例えばシリカ繊維である。有機繊維は、好ましくは、例えばセルロース繊維、織物繊維またはポリマー繊維である。以下の寸法：直径：好ましくは１〜１２ミクロン、特に６〜９ミクロン；長さ：好ましくは１〜２５ｍｍ、特に３〜１０ｍｍが用いられる。
【００６５】
構成成分Ｂ）
技術および経済的理由により、無機充填剤が該混合物に添加され得る。優先されるのは、二酸化ケイ素の様々な合成的に製造される修飾物、例えば焼成シリカ、沈降シリカ、電気アークシリカ、ケイ素またはケイ素鉄の電気化学的製造における揮発性一酸化ケイ素の酸化によって形成されるＳｉＯ２含ハエ粉剤、その上カルシウムシリケート、マグネシウムシリケートおよび橄欖石（マグネシウム鉄シリケート）と酸などの混合シリケートなどのシリケートの浸出によって製造されるシリカを使用することである。珪藻土およびキーゼルグールなどの自然発生型ＳｉＯ２含化合物を使用することも可能である。好ましくはパーライトおよびバーミキュライトなどの熱膨張鉱物を使用することが同様に可能である。要求に依存して好ましくは酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化鉄などの微粉化金属酸化物が好ましくは添加され得る。
【００６６】
優先されるのは、９０ｍ２／ｇから５００ｍ２／ｇのＢＥＴ方法によって決定される比表面積および構成成分Ｂ）として５ｎｍから３０ｎｍの範囲の平均一次粒子サイズを有する焼成シリカを使用することである。
【００６７】
焼成シリカは、好ましくは０．１質量％から１質量％の範囲、特に好ましくは０．１質量％から０．５質量％の範囲の含水量を有する。
【００６８】
真空断熱パネルの製造
本発明は、上記の真空断熱パネルを製造するための方法であって、構成成分Ａ）および任意選択によりＢ）ならびにコア材料のさらなる構成要素の混合物をエンベロープに導入し、続いて、充填されたエンベロープを排気し、溶着する方法を提供する。エンベロープとして、優先されるのは、金属コーティング、特に好ましくは金属化ポリエチレンテレフタレート膜を有するポリマー膜を使用することである。
【００６９】
コア材料のための構成成分Ａ）およびＢ）ならびに任意選択によりさらなる構成成分の混合は、一般に、様々な混合装置内で行うことができる。しかしながら、プラネタリーミキサーまたはタンブルミキサーが好ましくは用いられる。本発明において、繊維の完全分離を確実にするために、マスターバッチの型として、繊維と第２の混合構成成分の一部とを予備混合することが第一に有利である。繊維の分離後、混合構成成分の大部分が添加される。
【００７０】
混合プロセスが完了した後、混合物のかさ密度は、構成成分の型および量に依存して、好ましくは４０〜１８０ｋｇ／ｍ３、好ましくは４０〜１２０ｋｇ／ｍ３であり得る。その結果として得られる多孔質混合物は非常によく流れるので、それは均質におよび問題なく加圧されてボードを形成することができ、例えば、中空の建築ブロックの中空の空間に導入および加圧することもできる。ボードを形成するための加圧において、断熱材料の密度およびその結果としての熱伝導率も、質量を介して、特別なボード厚を設定することによって実質的に影響を及ぼされ得る。
【００７１】
真空断熱パネルにおけるコア断熱材料としてのナノ多孔質ポリマーフォームの使用で、パラメータのセルサイズおよびフォーム密度の関数としての低圧力、寿命および低密度での熱伝導率と、さらに粒子サイズおよび粒子サイズ分布セットとの最適な組合せを設定することを可能にする。コア材料として、ナノ多孔質ポリマーフォームは、ルース材料としてまたは加圧成形物として直接使用することができる。
【００７２】
真空断熱パネル（ＶＩＰ）は、一般に、コア材料および気密エンベロープとしてのバリア膜を含む。使用されるエンベロープは、非常に高い気密性を有していなければならない。本発明の真空断熱パネルはしたがって一般に、バリア膜として、プラスチックまたは金属で構成される１種または複数の膜、特に１種または複数の蒸着金属層が備わっているポリマー膜にエンベロープされている。適当なポリマー膜は、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリビニルアルコールおよび／またはポリプロピレンの層を有する積層膜または共押出膜である。相対的に高い気密性のために、バリア膜として優先されるのは、金属化ポリマー膜、特にアルミニウム複合膜である。バリア膜は、好ましくは、１０μｍから５００μｍの範囲、好ましくは５０μｍから２００μｍの範囲の厚さを有する。金属層の厚さは、好ましくは０．１μｍから１５μｍの範囲、特に好ましくは５μｍから１０μｍの範囲である。
【００７３】
本発明の真空断熱パネルを製造するため、構成成分Ａ）およびＢ）は、例えば、一方の側がオープンであり、振動または加圧することによって所望の形状にされ、排気され、密閉されるバリア膜で構成されるバッグに導入することができる。
【００７４】
本発明の真空断熱パネルは、車両建造における断熱に特に適当である。例えば、車両建造のための好都合な断熱特性を有するシート様内装トリム構成成分を製造することが可能である。この目的のため本発明による粉状材料を使用することが特に有利であることもわかったが、というのは、対応するビヒクル構成成分が複合体形状の点でまたは複合体構造の点で要求要件を満たさなければならないからである。
【００７５】
このやり方で製造される真空パネルは、特に、空間理由のため、例えば自動車部門において、冷蔵庫部門においてまたは建物の改装において、低い断熱厚さだけが可能である場合に非常に重要である。
【００７６】
実施例
出発原料：
ＰＭＭＡ  ６Ｎ：約１０２℃のガラス転移点（ＤＳＣによってＩＳＯ  １１３５７−２に従って、加熱速度：２０Ｋ／分で測定される）を有するＥｖｏｎｉｋ  Ｒｏｈｍ  ＧｍｂＨからのＰＭＭＡ  Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ  ６Ｎ
焼成シリカ：Ｅｖｏｎｉｋ  Ｄｅｇｕｓｓａ  ＧｍｂＨからのＡｅｒｏｓｉｌ  ３００（比表面積：３００±３０ｍ２／ｇ（ＢＥＴ）、および平均一次粒子サイズ：７ｎｍ）
【００７７】
ＰＭＭＡに基づくナノ多孔質ポリマーフォームの製造
低密度を有するナノ多孔質ポリマーフォームを、連続的な押出プロセスによって製造した。
【００７８】
Ｅｖｏｎｉｋ  Ｒｏｈｍ  ＧｍｂＨからのＰＭＭＡ  Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ  ６Ｎを、本発明におけるポリマー成形組成物として送達されたまま使用した。工程１において、ポリマー成形組成物を押出機（Ｌｅｉｓｔｒｉｔｚ  １８ｍｍ）内にて２．２６ｋｇ／ｈのスループットで溶融および均質化した。ポリマー成形組成物の可塑化後直ちに、約４７５バールの圧力で超臨界のＣＯ２を、成形組成物中に約２２０℃の溶融温度で注入した。この目的のため、ＣＯ２の約０．７８０ｋｇ／ｈの質量流量を設定し、ポリマーの質量に基づいて約３４．５質量％の装填量を与えた。
【００７９】
次いで、装填成形組成物を次いで、ダイの前に混合および冷却エレメントの手段によって約１０３℃の温度にした。発泡剤注入後のプロセスセクション項に沿った圧力を３５０バールの最小値に、溶融ポンプの使用によって保持した。
【００８０】
この圧力下でこの総質量流れにおいて、０．５ｍｍの直径および１．８ｍｍの長さを有する丸ダイを通して装填成形組成物を押出すると、設定すべき本発明による適切な温度としたポリマー成形組成物の本発明による減圧速度を約８００００ＭＰａ／ｓとすることができた。
【００８１】
約２００ｋｇ／ｍ３の平均フォーム密度および約１００ｎｍの平均セル径を有する、連続的に押出された光学的に均質の半透明ナノ多孔質ポリマーフォームを、このプロセスで得た。ポリマーフォームは、反射光においては青みがかった外観を有し、透過光においてはわずかに赤みがかっているように見えた。
【００８２】
粉末化
その結果として得られた、ＰＭＭＡに基づくナノ多孔質ポリマーフォーム押出物を、流動床対向ジェットミル（Ｈｏｓｏｋａｗａ  Ａｌｐｉｎｅから、モデルＡＦＧ  ２００）の手段による粉末化により粉末にした。材料の脆化なく周囲温度で粉末化を実施した。
【００８３】
粉末化ＰＭＭＡフォームの特徴付けを、Ｒｈｅｗｕｍ  ＬＰＣ  ２００  ＬＣ（Ｖ＝４０ｍ３／ｈ、ｎ＝２０ｒｐｍ、イオナイザー１０ｋＶ）篩い分け機を使用する光ビーム篩い分けによって実施した。この目的に重要な篩い分け点を、６３μｍおよび１００μｍに設定した。篩分析をＤＩＮ  ６６１６５に従って実施した。６０００分−１の回転速度で、以下の粒子サイズ分布が得られた。
【００８４】
粒子サイズ画分              質量割合
＜６３μｍ                  ５３％
６３μｍ〜１００μｍ        １４％
＞１００μｍ                ３３％
【００８５】
混合
粉末化ナノ多孔質ポリマーフォームと焼成シリカとの混合物を、Ｊ．Ｅｎｇｅｌｓｍａｎｎ  ＡＧからのタンブルミキサーモデルＲＲＭ  ２００の手段によって６時間の混合時間で、粉末化媒体を使用して製造した。
【００８６】
真空断熱パネルの製造
真空断熱パネルを製造するため、様々なナノセル粉末を市販の多重金属化されたＰＥＴバリア膜に導入し、引き続いて２０分間排気し、バリア膜を溶着閉鎖することで気密にした。正確に同じ膜、同じ排気機械（Ｔｈｅ  ｖａｃ  ｃｏｍｐａｎｙ（登録商標）から）および同じ排気条件を全ての実験に設定した。
【００８７】
真空パネルの寸法は各場合において２０×２０×１．５ｃｍであった。熱伝導率の測定を１０℃でＤＩＮ  ５２６１２に従って実施した。
【００８８】
含水量を、再秤量することによって決定した。ＶＩＰを熱伝導率測定後に開き、コア材料を秤量した。コアを次いで、１１０℃にて真空乾燥炉内で３時間の間乾燥させ、再秤量した。ＶＩＰにおける含水量は、０．３質量％の高精度で質量差異から決定することができる。
【００８９】
以下のナノセル粉末を真空断熱パネルのための充填物として使用した。
【００９０】
Ｐ１：乾燥させていない焼成シリカＡｅｒｏｓｉｌ  ３００
Ｐ２：乾燥させた焼成シリカＡｅｒｏｓｉｌ  ３００
Ｐ３  上記されている通りに製造された、ＰＭＭＡに基づく粉末化ナノ多孔質ポリマーフォーム押出物
Ｐ４  上記されている通りに製造された、ＰＭＭＡに基づく粉末化ナノ多孔質ポリマーフォーム押出物（Ｐ３）５０質量％と、未乾燥焼成シリカ（Ｐ１）５０質量％との混合物
【００９１】
【表１】
2014529715.tif 000002
【００９２】
焼成シリカからの水の蒸発およびその結果として得られるパネル内圧力増加により、比較例１は高い熱伝導率（ＴＣ）を示す。
【００９３】
実施例４は、粉末化ナノ多孔質ポリマーフォーム押出物の最大５０％の質量割合まで、粉末化ナノ多孔質ポリマーフォーム押出物と未乾燥焼成シリカとの粉末混合物の乾燥は必要でないことを示す。
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月20日(2012.9.20)
【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】
バリア膜および５０ｋｇ／ｍ３から３５０ｋｇ／ｍ３の範囲の密度を有するコア材料を含む真空断熱パネルであって、コア材料が、
Ａ）１０００セル／ｍｍから１０００００セル／ｍｍの範囲のセル数を有するナノ多孔質ポリマー粒子であり、その少なくとも６０質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において１００μｍ未満の粒子サイズを有するナノ多孔質ポリマー粒子３０質量パーセントから１００質量パーセントと、
Ｂ）焼成シリカまたは沈降シリカ０質量パーセントから７０質量パーセントと
を含む混合物を含む、真空断熱パネル。
【請求項２】
ナノ多孔質ポリマー粒子の少なくとも５０質量パーセントがＤＩＮ  ６６１６５に従った篩分析において６３μｍ未満の粒子サイズを有する、請求項１に記載の真空断熱パネル。
【請求項３】
コア材料が、
Ａ）ナノ多孔質ポリマーフォーム粒子２５質量パーセントから９５質量パーセントと、
Ｂ）焼成シリカまたは沈降シリカ５質量パーセントから７５質量パーセントと
の混合物からなる、請求項１または２に記載の真空断熱パネル。
【請求項４】
コア材料が０．１質量％から５質量％の範囲の含水量を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の真空断熱パネル。
【請求項５】
ナノ多孔質ポリマー粒子が、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、スチレン−アクリロニトリルコポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリウレタン、ポリ尿素、メラミン−、フェノール−、レゾルシノール−、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、またはそれらの混合物を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の真空断熱パネル。
【請求項６】
バリア膜が金属化ポリマー膜からなる、請求項１から５のいずれか一項に記載の真空断熱パネル。
【請求項７】
バリア膜が１０μｍから５００μｍの範囲の厚さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の真空断熱パネル。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の真空断熱パネルを製造するための方法であって、構成成分Ａ）と構成成分Ｂ）との混合物をバリア膜に導入し、続いてバリア膜を排気および溶着閉鎖する、方法。
【請求項９】
ＢＥＴ方法によって決定される比表面積が９０ｍ２／ｇから５００ｍ２／ｇでありおよび平均一次粒子サイズが５ｎｍから３０ｎｍの範囲である焼成シリカが、構成成分Ｂ）として使用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
車両建造における断熱のための、請求項１から７のいずれか一項に記載の真空断熱パネルの使用。
【国際調査報告】
2014529715.tif 000003
2014529715.tif 000004
2014529715.tif 000005
2014529715.tif 000006