(57)【要約】  本発明は、エアロゲル複合材料、前記複合材料を製造するための方法および組成物、ならびにさらに前記複合材料の使用に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合剤およびナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジルを含む複合材料であって、前記結合剤は遊離イソシアネート基を有する水乳化性ポリウレタン系プレポリマーと水溶液系、より詳細には水との反応生成物である複合材料。
【請求項２】
前記プレポリマーは、ａ）イソシアネート、好ましくはジイソシアネートを、ｂ）少なくとも１つのポリオール、場合により、ｃ）乳化補助剤または界面活性剤の存在下で反応させる工程によって入手可能である、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記プレポリマーは、各場合において少なくとも
ｂ）イソシアネートと
ｂ１）それにより前記プレポリマーが乳化補助剤を使用せずに水乳化性であるポリオールＢ１との、または
ｂ２）それにより前記プレポリマーが界面活性剤もしくは乳化補助剤を使用せずに水乳化性ではなく、この場合には、前記プレポリマーは界面活性剤もしくは乳化補助剤を用いて乳化されるポリオールＢ２との、または
ｂ３）ポリオールＢ１およびＢ２の混合物であって、好ましくは５：９５〜９５：５の範囲内の重量比にある、より詳細にはそれにより前記プレポリマーが水中に乳化性である量のＢ１を備える混合物との反応によって入手できる、請求項２に記載の複合材料。
【請求項４】
前記ポリオールは、２００〜６，０００ｇ／ｍｏｌの分子量（Ｍｎ）を有するポリエチレングリコール、および／または２００〜２，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するアルキルポリエチレングリコールである、請求項１に記載の複合材料。
【請求項５】
前記ポリオールは、ポリプロピレングリコールもしくはポリブチレングリコール、多価アルコール上へのアルキレンオキシドおよびより詳細にはプロピレンオキシドもしくはブチレンオキシドの添加生成物、Ｆｎ２〜８のスターター分子上へのアルキレンオキシドおよびより詳細にはプロピレンオキシドの付加生成物、または脂肪酸のヒドロキシル含有グリセリドである、請求項１に記載の複合材料。
【請求項６】
使用される前記界面活性剤もしくは乳化補助剤は、ポリエーテル改質シロキサンまたはシリコーン非含有界面活性剤である、請求項２に記載の複合材料。
【請求項７】
前記イソシアネートは、芳香族イソシアネート、より詳細にはＭＤＩもしくはポリマーＭＤＩである、請求項１に記載の複合材料。
【請求項８】
前記イソシアネートは、脂肪族イソシアネート、より詳細にはＨＤＩもしくはポリマーＨＤＩである、請求項１に記載の複合材料。
【請求項９】
使用される前記イソシアネート反応性化合物は、少なくとも１つのポリアルキレングリコールおよびアルコキシル化ポリアルキレングリコールの混合物である、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１０】
前記粒子は、場合により有機改質ＳｉＯ２エアロゲルである、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１１】
前記改質エアロゲルは、疎水性である請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１２】
前記複合材料は、被覆されたプレートまたは被覆された繊維状不織布の形態で存在する、および／または前記複合材料は、１３〜３０ｍＷ／ｍＫの熱伝導率を有する、および／または前記複合材料の表面は、コーティングで被覆されている、および／または前記複合材料の表面は、積層されている、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１３】
ナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジル、イソシアネート基を含むプレポリマーおよび水ガラスを含む、請求項１に記載の複合材料を製造するための組成物。
【請求項１４】
イソシアネート基を有するプレポリマーとナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジルとを、添加された水の存在下で前記プレポリマーと前記添加された水を反応させるために混合する工程を含む、請求項１に記載の複合材料を製造するための方法。
【請求項１５】
断熱または防音のための、請求項１に記載の複合材料を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合剤およびナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジルを含む複合材料、該複合材料を製造するための方法および組成物、ならびに該複合材料の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアロゲルは、それらの体積の主要部分が孔からなる高度に多孔性の固形物である。エアロゲルは、例えば、ケイ酸塩、金属酸化物だけではなく、さらにまたプラスチック、炭素、または有機−無機ハイブリッドをベースとしてもよい。エアロゲル孔の直径は、ナノメートル範囲内にある。それらの高い孔容積および狭いチャネル構造のために、エアロゲルは、顕著な断熱特性と低密度とを結合している断熱材として特に有用である。エアロゲルは、最初は粒子、粉末、顆粒もしくはモノリスとして存在しており、例えば圧縮する工程によってパネルを形成するために、結合剤を用いて成形工程を受けさせることができる。
【０００３】
該エアロゲルの成形工程は、ゾル−ゲル転換中に終了する。いったん固体ゲル構造が構築されると、外形は、粉砕、例えば研削によってしか変化させることができない。本発明の状況におけるエアロゲルは、さらにまたキセロゲルおよびクリオゲルも包含している。
【０００４】
欧州特許第０３４０７０７号明細書は、有機もしくは無機結合剤を一緒に使用してシリカエアロゲル粒子を付着させることによって得られる、優れた断熱能力および十分に高い圧縮強度を備える密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３の断熱材料について開示している。セメント、ジプサム、石灰または水ガラスが適切な無機結合剤の例として言及されている。
【０００５】
欧州特許第４８９３１９号明細書は、シリカエアロゲル粒子およびスチレンポリマー発泡体をベースとする複合発泡体を開示している。米国特許第６１２１３３６号明細書は、シリカエアロゲルの組み込みによりポリウレタンフォームの特性を改良する工程について開示している。独国特許第４４４１５６７号明細書は、エアロゲルおよび無機結合剤からの複合材料であって、該エアロゲル粒子が０．５ｍｍ未満の微粒子径を有する複合材料について開示している。欧州特許第６７２６３５号明細書は、追加してシート状ケイ酸塩または粘土鉱物を利用する、シリカエアロゲルおよび結合剤からの造形品について開示している。米国特許第６１４３４００号明細書は、０．５ｍｍ未満の径を有するエアロゲル粒子を利用する、エアロゲル粒子および接着剤からの複合材料について開示している。独国特許第１０５３３５６４号明細書は、エアロゲル粒子、結合剤および繊維剤を含む複合材料について開示している。国際公開第２００７／０１１９８８号パンフレットは、いわゆるハイブリッドエアロゲル粒子および結合剤を備える組成物であって、該エアロゲル粒子が該結合剤との共有結合を形成できる組成物について開示している。
【０００６】
欧州特許第６６７３７０号明細書は、１０体積％〜９０体積％のＳｉＯ２エアロゲル粒子および９０体積％〜１０体積％の好ましくはポリウレタンおよび／またはポリオレフィンフォームを含む複合発泡体について開示している。この発泡体は、エアロゲル粒子床を該ポリマー発泡体によって取り囲むことによって得られる。
【０００７】
米国特許出願第２００９／００２９１４７号明細書は、最初にオープンセル・ポリウレタンフォームを製造する工程、および加水分解テトラエトキシシリケート、水およびエタノールをベースとするエアロゲル前駆体を該ポリウレタンフォームに加える工程によって得られるエアロゲル−ポリウレタン複合材料について開示している。
【０００８】
しかし、このタイプの造形品を製造する工程は、しばしば高度の結合剤含量の使用を必要とする。さらに、多数の性能特性、例えば熱伝導率または破壊強度は、依然として改良を必要とする。造形品の製造に関してはさらに問題が頻回に生じる。極めて多数の有機結合剤は、それらが高粘性であるという理由から使用できない。低粘性分散液の使用は、水性溶媒を用いた過度の希釈度を必要とすることが多く、これは該分散液中の結合剤が、概して疎水性のシリカエアロゲル粒子とはエアロゲル表面に湿潤が存在しないために全く結合しないという不利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許第０３４０７０７号明細書
【特許文献２】欧州特許第４８９３１９号明細書
【特許文献３】米国特許第６１２１３３６号明細書
【特許文献４】独国特許第４４４１５６７号明細書
【特許文献５】欧州特許第６７２６３５号明細書
【特許文献６】米国特許第６１４３４００号明細書
【特許文献７】独国特許第１０５３３５６４号明細書
【特許文献８】国際公開第２００７／０１１９８８号パンフレット
【特許文献９】欧州特許第６６７３７０号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第２００９／００２９１４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このため本発明が解決しようとする課題は、比較的に少ない結合剤含量と改良された低い熱伝導率および低い密度を兼ね備えることのできる複合材料を提供することであった。本複合材料は、さらにまた例えば有機結合剤の改良された有用性によって単純な方法で入手できるはずである。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、より詳細には少ない結合剤含量と改良された低い熱伝導率、機械的安定性および低い密度を兼ね備える造形品を提供することであった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、結合剤およびナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジルを含む複合材料であって、該結合剤が水乳化性ポリウレタン系プレポリマーと水溶液系、より詳細には水との反応生成物である複合材料を提供する。該水溶液系は、好ましい実施形態では水からなる。また別の構成成分、より詳細には、
−イソシアネートと反応しない添加物、
−イソシアネートと反応する添加物であって、これらの添加物はより詳細にはポリオールおよびポリアミンである添加物
が存在してよい。
【００１３】
本発明は、複合材料を製造するための方法であって、前記方法が、イソシアネートおよびイソシアネート反応性化合物Ｐをベースとするプレポリマーであって、該プレポリマーはイソシアネート基を有するプレポリマーをナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジルと、添加された水の存在下で、該プレポリマーが該添加された水と反応することを保証する条件下で混合する工程を含む方法をさらに提供する。
【００１４】
１つの好ましい実施形態では、該粒子は、該複合材料内で均質分布を形成する。
【００１５】
本発明は、本発明に従っている複合材料を製造するための組成物であって、該組成物がナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルもしくはエアロジル、イソシアネート基を含むプレポリマーおよび水を含む組成物をさらに提供するが、このときこれらの構成成分は、キットの空間的に分離した形態で存在してもよい。
【００１６】
本発明の状況では、他に言及しない限り、使用する用語は以下の通りに規定されており、言及したパラメータは以下のように測定する：
粒子：粒子は、モノリシック、つまりワンピースからなるか、または本質的に微粒子の径より小さな径を有する、任意で適切な結合剤によって一緒に接着されている、またはより大きな微粒子を形成するために圧縮することによって一緒に結合されているいずれかの微粒子である。
【００１７】
多孔率：窒素吸着・脱着法（＜１００ｎｍ）ならびに水銀ポロシメータ法（＞１００ｎｍ）によって測定される、空隙体積対全体積の比率。
【００１８】
疎水性：本発明の物質における疎水性物質は、室温で９０°より大きい水との接触角を有するような物質である。
【００１９】
ナノ多孔質：粒子内の孔が０．１〜５００ｎｍ、より詳細には＜２００ｎｍおよびより好ましくは＜１００ｎｍ（ｄ５０）の範囲内のサイズを有することを意味すると理解すべきであり、多孔率は、５０〜９９、より詳細には７０〜９９およびより好ましくは８０〜９９である。
【００２０】
顆粒状：微粒子が０．１μｍ〜１００ｍｍおよび好ましくは１μｍ〜３０ｍｍ（ｄ５０）のサイズで存在することを意味すると理解すべきであり、粒子の最長軸対最短軸の比率は、好ましくは４：１〜１：１の範囲内にある。
【００２１】
発熱性シリカ：発熱性シリカは、好ましくは凝集して三次粒子を形成する、一緒に溶融されて枝分かれした鎖様の三次元二次粒子を形成している非晶質の二酸化ケイ素（シリカ）の微視的液滴からなる。結果として生じる粉末は、極度に低いバルク密度および大きな表面積を有する。一次粒子は、５〜５０ｎｍ（ｄ５０）のサイズを有する。それらは無孔であり、５０〜６００ｍ２／ｇの表面積および２．２ｇ／ｃｍ３の密度を有する。発熱性シリカは、四塩化ケイ素の火炎熱分解または３，０００℃での電気アーク内で蒸発させたケイ砂から入手される。
【００２２】
分子量：報告された分子量は、他に明記しない限り、数平均Ｍｎ（ｇ／ｍｏｌ）に基づいている。
【００２３】
プレポリマー：イソシアネート基を含み、イソシアネートをイソシアネート反応性化合物Ｐ、より詳細には酸性水素原子を有する化合物およびより好ましくはポリオールと反応させる工程によって入手できるポリマーであって、該イソシアネートは、該プレポリマーが遊離イソシアネート基を有するように過剰で使用されるポリマー。
【００２４】
ｄ５０値：粒子の５０％がそれより大きく、５０％がそれより小さいサイズ。
【００２５】
水性アルカリケイ酸塩：本発明の水性ケイ酸塩は、好ましくはアルカリ金属もしくはアンモニウムケイ酸塩、より好ましくはアンモニウム、リチウム、ナトリウムもしくはカリウム水ガラス、またはそれらの組み合わせであり、４．０〜０．２、好ましくは４．０〜１．０のＳｉＯ２対Ｍ２Ｏのモル比（式中、Ｍは一価カチオンである）によって規定される（シリカ）係数を備える。水性ケイ酸塩は、１０〜７０重量％、好ましくは３０〜５５重量％の固体含量および／またはＳｉＯ２として計算される、１２〜３２重量％および好ましくは１８〜３２重量％のケイ酸塩含量を有する。ナトリウム水ガラスおよびカリウム水ガラスが特に好ましい。水ガラスの粘度は、０．２〜１．０Ｐａ＊ｓの範囲内でなければならない。粘度がより高い場合は、適切な水性アルカリ溶液を加えることによって低下させなければならない。
【００２６】
以下では本発明に従って使用すべき好ましい成分を列挙するが、それらの組み合わせは、詳細に列挙されていない場合でさえ本発明の一部を形成すると見なすべきである。
【００２７】
イソシアネート
有用な有機イソシアネートには、一般に公知の芳香族、脂肪族、脂環式および／または芳香脂肪族イソシアネート、好ましくはジイソシアネート、例えば２，２’−、２，４’−および／または４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリマーＭＤＩ、１，５−ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、２，４−および／または２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、３，３’−ジメチルビフェニルジイソシアネート、１，２−ジフェニルエタンジイソシアネートおよび／またはフェニレンジイソシアネート、トリ−、テトラ−、ペンタ−、ヘキサ−、ヘプタ−および／またはオクタメチレンジイソシアネート、２−メチルペンタメチレン１，５−ジイソシアネート、２−エチルブチレン１，４−ジイソシアネート、ペンタメチレン１，５−ジイソシアネート、ブチレン１，４−ジイソシアネート、１−イソシアナト−３，３，５−トリメチル−５−イソシアナトメチルシクロヘキサン（イソホロンジイソシアネート、ＩＰＤＩ）、１，４−および／または１，３−ビス（イソシアナトメチル）−シクロヘキサン（ＨＸＤＩ）、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、１−メチル−２，４−および／または−２，６−シクロヘキサンジイソシアネートおよび／または４，４’−、２，４’−および２，２’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）、好ましくは２，２’−、２，４’−および／または４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリマーＭＤＩ、１，５−ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、２，４−および／または２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、４，４’−、２，４’−および２，２’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）および／またはＩＰＤＩ、より詳細には４，４’−ＭＤＩおよび／またはヘキサメチレンジイソシアネートが含まれる。
【００２８】
特に好ましいイソシアネートは、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、より詳細にはＤＩＮ５３０１８に従って２５℃で測定された１０〜１０，０００ｍＰａｓ、より詳細には２０〜５，０００ｍＰａｓの粘度を備えるポリマーＭＤＩである。極めて好ましいタイプは、５０〜１，０００ｍＰａｓの粘度を有する。
【００２９】
特に好ましいイソシアネートは、ＨＤＩおよびＩＰＤＩ、特にこれらのイソシアネートの低揮発性誘導体、例えば三量体、二量体、ビウレットおよびアロファネートなどである。
【００３０】
イソシアネート反応性化合物
有用なイソシアネート反応性化合物（Ｐ）には、一般に公知のイソシアネート反応性化合物、例えば、典型的には用語「ポリオール」の下にさらに包含される、１０６〜１２，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは１００〜１０，０００ｇ／ｍｏｌ、より詳細には２００〜８，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量（Ｍｎ）および１４〜１，８３９ｍｇ  ＫＯＨ／ｇ、より詳細には２８〜６００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇのヒドロキシル値ならびに２〜８、好ましくは２〜３、より詳細には２の官能価を備えるポリエステロール、ポリエーテロール、ポリエーテルアミンおよび／またはポリカーボネートジオールが含まれる。
【００３１】
特に好ましい実施形態は、例えばイソシアネート反応性化合物（Ｐ）としてポリアルキレングリコール、より詳細にはポリテトラヒドロフラン（ＰＴＨＦ）、ポリブチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールならびにエチレンオキシド、ブチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの添加反応によって得られたコポリマーを利用する。これらのコポリマーは、ブロックまたは混合構造を有していてよい。特に好ましいポリプロピレングリコールおよびポリブチレングリコールは、４００〜１０，０００ｇ／ｍｏｌ、より詳細には６００〜８，０００ｇ／ｍｏｌの分子量ならびに好ましくは２〜８およびより好ましくは２〜３の官能価を有する。
【００３２】
特に好ましいポリエチレングリコールは、６１〜８，０００ｇ／ｍｏｌおよびより詳細には２００〜６，０００ｇ／ｍｏｌの分子量ならびに好ましくは２〜８およびより好ましくは２〜３の官能価を有する。
【００３３】
本発明のまた別の実施形態は、ポリエチレンオキシドを含むポリマーと混合された水乳化性プレポリマーを利用する。上述したポリエチレングリコールは、この目的のために使用できる。以下の構造：
ＲＯ（ＣＨ２−ＣＨ２Ｏ）ｎＨ
（式中、
Ｒは、より詳細には１〜４個の炭素原子のアルキル非含有ラジカルである、
ｎは、３〜５０の数である）のポリエチレンオキシドポリマーを使用することもまた可能である。
【００３４】
そのような成分の典型的な例は、２００〜２，０００ｇ／ｍｏｌおよび好ましくは３００〜１，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を備えるメトキシポリエチレングリコールである。アルキルポリエチレングリコールを備えるプレポリマーは、英国特許第１５２８６１２号明細書から公知である。
【００３５】
本発明のまた別の実施形態では、イソシアネート系プレポリマーの乳化性は、該プレポリマーをイオン化可能な基、例えばアミノシラン（国際公開第２０１０／１１２１５５号パンフレットを参照）および／またはイオン性基、例えばカルボン酸塩、リン酸塩および硫酸塩（独国特許出願公開第２３５９６０６号明細書を参照）を用いて修飾することによって改良される。このアプローチは、水性アルカリケイ酸塩および／またはコロイド状シリカゾルが使用される場合に特に適合する。
【００３６】
本発明に従って使用すべきイソシアネート反応性化合物Ｐと反応させられるイソシアネートは、特に１０６〜４，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するポリエチレングリコールおよび／または２００〜２，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するアルキルポリエチレングリコールを使用する場合は、水分散性である。
【００３７】
本発明のまた別の実施形態では、イソシアネート系プレポリマーの乳化性は、界面活性剤および／または界面活性物質の使用によって達成される。そのような界面活性物質には、広範囲の湿潤剤および界面活性剤が含まれ、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ、第４版、第６２７９〜６３３１頁に記載されているように、水中でのポリウレタンプレポリマーの分散性を改良する際に有効である。乳化補助剤には、以下の：ポリアルコキシレート、ポリアルキレングリコール、ポリウレア、ポリグリコシドおよび脂肪アルコールエステルが含まれるがそれらに限定されない。
【００３８】
プレポリマーの分散液は、好ましくは水を用いて調製されるが、それは水がプレポリマーの粘度を劇的に低下させ、エアロゲル孔内には浸透せず、イソシアネートと反応してウレアを形成するからである。場合により、水ガラスまたは（水溶性）シリカゾルもまた水の代わりに使用することができる。これらの分散媒を使用することによって、該複合材料内の無機化合物の比率を増加させることができる。さらに、エアロゲルの湿潤化を改良する成分を水に加えることができる。該ゲルの孔内への水の浸透は一般には問題ではないが、それはエアロゲルが強度の水拒絶特性を有するからである。エアロゲルの湿潤化を改良する成分を水に加えることができる。
【００３９】
ナノ多孔質粒子
好ましいナノ多孔質粒子は、顆粒状である。また別の好ましい実施形態におけるナノ多孔質粒子は、好ましくは発熱性シリカであるエアロゲルもしくはエアロジルである。これらは、有機、無機または有機−無機であってよい。
【００４０】
エアロゲル
本発明の複合材料のために適するエアロゲルは、より詳細には酸化物をベースとする、より詳細には二酸化ケイ素および金属酸化物、より詳細にはアルミナ、チタニアおよびジルコニアをベースとするエアロゲル、または有機物質、例えばメラミン−ホルムアルデヒド凝縮物（米国特許第５０８６０８５号明細書）、レゾルシノール−ホルムアルデヒド凝縮物（米国特許第４８７３２１８号明細書）をベースとするエアロゲル、およびさらにフェノールノボラック樹脂を用いたフルフラールの重合によって入手できるエアロゲルである。特に適合するのは、ゾルゲルテクノロジーのために適切な化合物（例えば、国際公開第９７／１０１８８号パンフレット、第７頁第１段落を参照）、例えばシリコンまたはアルミニウム化合物である。しかし、それらはさらに上述した材料の混合物をベースとすることもできる。好ましいのは、シリコン化合物を含むエアロゲルを使用することである。特に好ましいのは、ＳｉＯ２を含むエアロゲル、およびより詳細には場合により有機修飾されているＳｉＯ２エアロゲルである。
【００４１】
好ましいエアロゲルは、以下のパラメータを有する。
【００４２】
多孔率：５０〜９９％、特別には７０〜９９％、より好ましくは８０〜９９％
密度：３０〜３００ｇ／Ｌ、好ましくは≦１５０ｇ／Ｌ
粒径：０．００１〜１００ｍｍ、好ましくは０．０１〜１０ｍｍ（ｄ５０）
孔径：０．１〜５００ｎｍ、特別には＜２００ｎｍ、より好ましくは＜１００ｎｍ、特に１〜１００、好ましくは１０〜５０ｎｍ。
【００４３】
さらに、エアロゲルの熱伝導率は、多孔率の増加および０．１ｇ／ｃｍ３の領域内の密度への密度の低下に伴って低下する。顆粒状エアロゲルの熱伝導率は、好ましくは４０ｍＷ／ｍ＊Ｋ未満およびより好ましくは２５ｍＷ／ｍ＊Ｋ未満でなければならない。
【００４４】
特に好ましいエアロゲルは、本質的に非晶質二酸化ケイ素からなるシリカエアロゲルであるが、それらの製造方法に依存して、また別の有機化合物を含むことができる。
【００４５】
シリカエアロゲル粒子は、シリカヒドロゲル、溶媒交換およびその後の超臨界的乾燥の段階を経由して水ガラス溶液から公知の方法で入手できる。一般に存在するビーズ形は、特殊設計ダイからスプレーされる急速ゲル化シリカゾルおよび飛行中にゲル化する液滴の結果である。これについてのさらなる詳細は、独国特許第２１０３２４３号明細書に記載されている。ヒドロゲル水と二酸化ケイ素に関して化学的に不活性である他の液体との交換は、例えば、米国特許第２０９３４５４号明細書、同第３９７７９９３号明細書および特開昭５３−０２５２９５号公報に記載されている。
【００４６】
該エアロゲル粒子は、単峰性、二峰性または多峰性分布で使用できる。
【００４７】
１つの好ましい実施形態では、該エアロゲル粒子は、表面上に疎水性基を有する。恒久的疎水性化のために適合する基は、例えば、一般式−Ｓｉ（Ｒ）３の三置換シリル基、好ましくはトリアルキル−および／またはトリアリールシリル基（各Ｒは、独立して非反応性有機部分、例えばＣ１−Ｃ１８アルキルもしくはＣ６−Ｃ１４アリール、好ましくはＣ１−Ｃ６アルキルもしくはフェニル、より詳細にはメチル、エチル、シクロヘキシルもしくはフェニルであり、該部分は追加して官能基と置換されてよい）である。トリメチルシリル基の使用は、該エアロゲルを恒久的疎水性化するために特に有益である。これらの基を導入する工程は、該エアロゲルと、例えば活性化トリアルキルシラン誘導体、例えば、クロロトリアルキルシランもしくはヘキサアルキルジシラザンとの間の気相反応によって実施できる。
【００４８】
ナノ多孔質粒子の官能化
ナノ多孔質粒子、より詳細にはエアロゲルは、発泡体内に固定することができる。メラミン樹脂発泡体内への該ナノ多孔質粒子の固定は、該ナノ構造内への反応性基の導入または少量の結合剤を組み込むことによって強化できる。
【００４９】
官能化化学化合物、例えばアルコキシシラン、例えば３−アミノプロピルトリエトキシシランもしくは３−アミノプロピルトリメトキシシランは、例えば、該ナノ構造を化学的に官能化するために有用である。これらの反応性基は、第１工程においてエアロゲルにシラン単位を介して接着させられ、および第２工程では該アミノ基は、メラミン樹脂発泡体の表面上に残留している反応性基への化学的付着を可能にする。
【００５０】
官能化のために適切な系は、国際公開第２００５１０３１０７号パンフレット、第９頁１８行〜第１５頁第４行に極めて長く記載されており、参照により本出願に明示的に組み込まれる。
【００５１】
有用な結合剤には、ポリマー物質、例えばメラミン−ホルムアルデヒド樹脂が含まれる。適切なポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂またはエポキシ樹脂は、当業者には公知である。そのような樹脂は、例えば、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｕｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｗｉｌｅｙ社）の中の下記の章：ａ）ポリエステル、不飽和、第３版、第１１巻、２００４年、第４１〜６４頁；ｂ）ポリウレタン、第３版、第４巻、２００３年、第２６〜７２頁およびｃ）エポキシ樹脂：第３版、第９巻、２００４年、第６７８〜８０４頁の下に見いだされる。さらに、Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（Ｗｉｌｅｙ社）は、下記の章：ａ）ポリエステル樹脂、不飽和：第６版、第２８巻、２００３年、第６５〜７４頁；ｂ）ポリウレタン、第６版、第２８巻、２００３年、第６６７〜７２２頁およびｃ）エポキシ樹脂：第６版、第１２巻、２００３年、第２８５〜３０３頁を含んでいる。さらに、アミノ−もしくはヒドロキシル−官能化ポリマー、より詳細にはポリビニルアミンもしくはポリビニルアルコールを使用することも可能である。メラミンおよびフェノール樹脂およびさらにアクリルアミドをベースとする例は、欧州特許第０４５１５３５号明細書および独国特許出願公開第１９６４９７９６号明細書に記載されている。
【００５２】
該ナノ多孔質粒子は、含浸させる工程の前に接着剤結合補助剤で、または該発泡体構造内で直接的に含浸させることができる。
【００５３】
該エアロゲル粒子は、単峰性、二峰性または多峰性分布で使用できる。該材料を製造する工程は、様々なサイズを有する微粒子を生成する。粒径は、０．１μｍ〜１００ｍｍまで様々であってよい。微粒子は、様々な細孔サイズを用いてふるいにかけることによって分粒できる。該微粒子は、いわゆるふるい分率に分離できる。特に好ましいのは、１０ｍｍまでの径を有する微粒子である。
【００５４】
特に好ましいエアロゲルは、Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ社（米国ボストン）によって市販されている、製造業者のデータによると下記の特性：
熱伝導率：９〜２０ｍＷ／ｍ＊Ｋ
多孔率：＞９０％
バルク密度：６５〜８５ｋｇ／ｍ３
粒子密度：１２０〜１８０ｋｇ／ｍ３
孔径：１０〜４０ｎｍ
表面積：約６００〜８００ｍ２／ｇ
粒径：７μｍ〜４ｍｍ（ｄ５０）
表面特性：疎水性
不透過性：半透明
を備える、ＳｉＯ２をベースとするＡｅｒｏｇｅｌ（登録商標）ＴＬＤ  ３０２である。
【００５５】
１つの特に好ましい複合材料では、該プレポリマーは、ａ）イソシアネート、好ましくはジイソシアネートをｂ）少なくとも１つのポリオールと、場合によりｃ）乳化補助剤または界面活性剤の存在下で反応させることによって入手可能である。
【００５６】
特に好ましい実施形態では、該プレポリマーは、各場合において少なくとも
ａ）イソシアネート、特にジイソシアネートと
ｂ１）それにより該プレポリマーが界面活性剤もしくは乳化補助剤を使用せずに水乳化性であるポリオールＢ１との、
ｂ２）それにより該プレポリマーが界面活性剤もしくは乳化補助剤を使用せずに水乳化性ではなく、この場合には、該プレポリマーは界面活性剤もしくは乳化補助剤を用いて乳化されるポリオールＢ２との、または
ｂ３）ポリオールＢ１およびＢ２の混合物であって、好ましくは５：９５〜９５：５の範囲内の重量比にある、より詳細にはそれにより該プレポリマーが水中に乳化性である量のＢ１を備える混合物との反応によって入手できる。
【００５７】
１つの好ましい実施形態では、該ポリオールＢ１は、詳細には２００〜６，０００ｇ／ｍｏｌを有するポリエチレングリコール、および／または２００〜２，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するアルキルポリエチレングリコールである。
【００５８】
さらに別の特に好ましい実施形態では、該ポリオールＢ２は、ポリプロピレングリコール、アルキレンオキシドの付加生成物、より詳細には多価アルコール、より詳細には１，２−プロパンジオールおよびグリセロール上のプロピレンオキシド、アルキレンオキシドの付加生成物およびより詳細には２〜８の官能価Ｆｎを備える少なくとも１つのスターター分子上のプロピレンオキシド、または脂肪酸のヒドロキシル基含有グリセリド、または本質的にそのようなグリセリドを含む組成物、例えば特にヒマシ油などである。
【００５９】
好ましい実施形態は、以下の物質を乳化補助剤および界面活性剤として利用する：ポリグリコシド、脂肪アルコールエステル、ポリシロキサン、より詳細にはポリエーテル基で修飾されたポリシロキサン、およびさらにシリコーン非含有界面活性剤および／またはイオン性基を含む添加物、例えばカルボン酸塩、リン酸塩および硫酸塩。例として、本明細書では、ＢＡＳＦ  Ｓ．Ｅ．社（独国ルードヴィヒスハーフェン）によってＬｕｔｅｎｓｏｌ（登録商標）、Ｐｌｕｒａｆａｃ（登録商標）、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ（登録商標）、Ｅｍｕｌａｎ（登録商標）、Ｅｍｕｌｐｈｏｒ（登録商標）およびＬｕｔｅｎｓｉｔ（登録商標）の商標名を付して市販されている界面活性剤を挙げることができる。
【００６０】
追加の反応性成分
本発明の１つの実施形態では、従来型鎖延長剤および／または架橋剤をイソシアネート基とイソシアネート反応性基との反応において使用できる。有用な鎖延長剤には、好ましくは６０〜４９０ｇ／ｍｏｌの分子量を備えるジオール、より詳細にはブタンジオールが含まれる。１つの好ましい実施形態では、イソシアネートは、イソシアネート反応性化合物と酸または酸分離化合物，より詳細にはジグリコールビスクロロホルメート（ＤＩＢＩＳ）の存在下で反応させられる。さらに、この反応は、それ自体は公知である触媒を使用して触媒されてよいが、触媒は、一般には芳香族イソシアネートを用いる場合は必要とされない。１つの実施形態は、水ガラスおよび／またはシリカゾルを利用する。水ガラスは、その基本的性質のために触媒作用を有する。
【００６１】
添加物
該複合体は、有効量のさらに別の添加剤、例えば染料、顔料、充填剤、難燃剤、難燃剤の共力剤、耐電防止剤、安定剤、可塑剤、発泡剤、界面活性剤（例、シリコーン）およびＩＲ不透過剤を含むことができる。
【００６２】
熱伝導率への放射線の寄与を低下させるために、該複合材料は、ＩＲ不透過剤、例えば、カーボンブラック、膨張性黒鉛、二酸化チタン、酸化鉄もしくは二酸化ジルコンおよびさらにそれらの混合物を含むことができ、これは特に高温で使用するために有益である。
【００６３】
亀裂および破断強度に関して、該複合材料は、繊維を含むのがさらに有益な場合がある。繊維材料としては、有機繊維、例えばセルロース、セルロースエステル、ポリアクリロニトリルおよびそれらのコポリマー、ならびにさらにポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロンもしくはメラミン−ホルムアルデヒド繊維および／または無機繊維、例えばガラス、鉱物およびさらにＳｉＣ繊維および／または炭素繊維を使用できる。
【００６４】
乾燥後に得られる該複合材料の燃焼クラスは、エアロゲルおよび無機結合剤の燃焼クラス、およびさらに場合によっては任意選択の繊維材料の燃焼クラスによって決定される。該複合材料にとって極めて好都合の燃焼クラス（低可燃性もしくは不燃性）を達成するためには、繊維は、不燃性材料、例えば鉱物、ガラスまたはＳｉＣ繊維から成らなければならない。
【００６５】
加えられた繊維に起因する熱伝導率の上昇を回避するために
ａ）繊維の体積分率は０．１〜３０％および好ましくは１〜１０％でなければならない、および
ｂ）繊維材料の熱伝導率は、好ましくは＜１Ｗ／ｍ＊Ｋでなければならない。
【００６６】
繊維径および／または材料の適切な選択は、熱伝導率への放射線の寄与を低下させ、機械的強度を増加させる。このため、繊維径は、好ましくは０．１〜３０μｍの範囲内でなければならない。
【００６７】
熱伝導率への放射線の寄与は、特に、炭素繊維または炭素含有繊維を使用した場合に減少させることができる。
【００６８】
機械的強度は、さらに該複合材料内の繊維の長さおよび分布によって影響を受ける可能性がある。好ましいのは、長さが０．５〜１０ｃｍの繊維を使用することである。繊維から織られた織物もまたプレート状製品のために使用できる。
【００６９】
該複合体は、その製造方法において使用される、および／またはその製造方法で形成される添加剤、例えば圧縮成形のためのスリップ剤、例えばステアリン酸亜鉛、または樹脂を使用する場合の酸性もしくは酸分離硬化促進剤の反応生成物をさらに含むことができる。
【００７０】
該複合材料の燃焼クラスは、エアロゲル、繊維および結合剤、およびさらに場合により存在するまた別の物質の燃焼クラスによって決定される。該複合材料にとって極めて好都合の燃焼クラスを達成するためには、不燃性タイプの繊維、例えばガラスもしくは鉱物繊維、または低可燃性タイプの繊維、例えばＴＲＥＶＩＲＡ  Ｃ（登録商標）もしくはメラミン樹脂繊維、無機物およびより好ましくはＳｉＯ２をベースとするエアロゲル、および低可燃性結合剤、例えば無機結合剤またはウレア−もしくはメラミン−ホルムアルデヒド樹脂、シリコーン樹脂接着剤、ポリイミド樹脂およびポリベンズイミダゾール樹脂を使用するのが好ましい。
【００７１】
該複合材料は、添加剤として難燃剤、例えばポリリン酸アンモニウム（ＡＰＰ）、三水酸化アルミニウムまたは当業者には公知の他の適切な難燃剤をさらに含むことができる。
【００７２】
加工処理
該材料がシート体、例えばプレートもしくはマットの形態で使用される場合は、該材料は少なくとも片側に、該表面の特性を改良できるように、例えば頑丈性を増加させ、それを蒸気障壁に変換させるため、または汚染し易さから保護するために少なくとも１つの被覆層が積層されていてよい。該被覆層は、該複合成形の機械的安定性をさらに改良することができる。被覆層を用いたコーティングは、さらにより詳細には該プレートもしくはマットが、例えば外部素子への接着に有害作用を有する可能性があるほこりで汚染する可能性を防ぐことができる。被覆層が両面上で使用される場合、これらの被覆層は、同一であっても相違していてもよい。
【００７３】
有用な被覆層には、当業者に公知の任意の材料が含まれる。それらは無孔性であってよく、このため、蒸気障壁として機能することができ、例えばポリマー箔、好ましくは熱放射を反射する金属箔もしくは金属化ポリマー箔であってよい。しかしさらに空気が該材料内に貫入することを可能にし、このため優れた防音をもたらす多孔質被覆層を使用することもまた可能であり、例は多孔質の箔、紙、織布もしくは不織布である。
【００７４】
該複合材料の表面は、さらにまた燃え易さを、例えば膨張層を用いて低下させるための材料を用いてコーティングすることができる。
【００７５】
適用された層は、さらに他の基質、例えばコンクリートへの接着を改良することができる。吸湿は、適切な層を適用することによって低下させることができる。そのような層は、さらにまた反応性系、例えば場合によりスプレー法、ブレードコーティング法、キャスティング法またはブラッシング法などによって適用できるエポキシ樹脂もしくはポリウレタンから成ってよい。
【００７６】
該被覆層は、それら自体が２つ以上の層から成ってもよい。該被覆層は、それを用いて繊維およびエアロゲル粒子がそれに、および相互の間で接着させられる結合剤を用いて固定することができるが、さらにまた他の何らかの接着剤を使用することも可能である。
【００７７】
該複合材料の表面は、表面層内に少なくとも１つの適切な材料を組み込むことによって閉鎖して硬化させることができる。有用な材料には、例えば、熱可塑性ポリマー、例えばポリエチレンもしくはポリプロピレン、または樹脂、例えばメラミン−ホルムアルデヒド樹脂が含まれる。
【００７８】
本発明の複合材料は、１０〜１００ｍＷ／ｍ＊Ｋ、好ましくは１０〜５０ｍＷ／ｍ＊Ｋの範囲内およびより好ましくは１３〜３０ｍＷ／ｍ＊Ｋの範囲内にある熱伝導率を有する。
【００７９】
使用
本発明の複合材料は、抜群の機械的特性（例えば強化された破壊強度）および断熱特性（一般に０．０２５Ｗ／ｍ＊Ｋ未満の熱伝導率を達成できる）を有するので、広範囲の分野において使用できる。
【００８０】
それらの例は、建築物、燃料ボイラー、冷却電化製品、ベーキングオーブン（欧州特許第０４７５２８５号明細書を参照）、暖房用パイプ、地域暖房ライン、液体ガス容器、夜間貯蔵オーブンの断熱ならびにさらに様々な種類の技術的電化製品における真空断熱である。
【００８１】
より詳細には、本発明の複合材料は、低エネルギー基準を達成するための内部断熱のため、場合によりセメント質および無機接着剤と結び付けられた外部断熱のため、およびさらに下塗り材、補強用モルタルおよび上塗り材の組み合わせの一部として、屋根断熱のため、ならびにさらに冷蔵庫、輸送箱、サンドイッチ素子、パイプ断熱および工業用発泡材における技術的用途においても有用である。
【実施例】
【００８２】
以下の成分を本発明の実施例および比較例において使用した：
【００８３】
【表１】
2014502305.tif 000002
【００８４】
【表２】
2014502305.tif 000003
【００８５】
【表３】
2014502305.tif 000004
【実施例１】
【００８６】
スターラーを装備した１Ｌのガラスフラスコ内で絶え間なく撹拌しながら、２８９．５ｇのイソシアネート１を６０℃へ加熱し、０．０５ｇのジグリコールビスクロロホルメート（ＤＩＢＩＳ）と混合した。その後、１９５．５ｇのポリオール１と１５ｇのポリオール２の混合物を徐々に加えた。温度は、４時間にわたり８０℃で一定に保持した。これは、ＮＣＯ含量１６％を有する５００ｇの透明プレポリマーを生じさせた。１６０ｇのイソシアネートプレポリマーを１６０ｇの水と混合し、薄い乳状の均質エマルジョンを形成した。このエマルジョンは、ブレードスターラーを用いて撹拌することによって８０ｇのエアロゲルと混合した。このようにして得られた塊を５０℃に加熱し、ポリエチレンの薄膜でライニングした金属金型内に導入した。金型の寸法は２０ｃｍ×２０ｃｍ×２０ｃｍであり、それを用いて閉鎖できる可動蓋を有する。この蓋を閉鎖すると、過剰なエマルジョンが締め出された。１時間後、該複合材料を離型させ、６０℃の加熱キャビネット内に一晩保存した。このプレートを引き続いて恒量へ８０℃で乾燥させた。プレートを物理的測定にかけ、その結果を表２に要約した。
【実施例２】
【００８７】
スターラーを装備した１Ｌのガラスフラスコ内で絶え間なく撹拌しながら、２８９．５ｇのイソシアネート２を６０℃へ加熱し、０．０５ｇのジグリコールビスクロロホルメート（ＤＩＢＩＳ）と混合した。その後、１９５．５ｇのポリオール１と１５ｇのポリオール２の混合物を徐々に加えた。温度は、４時間にわたり８０℃で一定に保持した。これは、ＮＣＯ含量１６％を有するわずかに濁った５００ｇの透明プレポリマーを生じさせた。９６ｇのイソシアネートプレポリマーを２２４ｇの水と混合し、乳状の均質エマルジョンを形成した。このエマルジョンは、ブレードスターラーを用いて撹拌することによって８０ｇのエアロゲルと混合した。このようにして得られた塊を５０℃に加熱し、ポリエチレンの薄膜でライニングした金属金型内に導入した。金型の寸法は２０ｃｍ×２０ｃｍであり、それを用いて閉鎖できる可動蓋を有する。この蓋を閉鎖すると、過剰なエマルジョンが締め出された。１時間後、該複合材料を離型させ、６０℃の加熱キャビネット内で一晩保存した。このプレートを引き続いて恒量へ８０℃で乾燥させた。プレートを物理的測定にかけ、その結果を表２に要約した。
【実施例３】
【００８８】
スターラーを装備した１Ｌのガラスフラスコ内で絶え間なく撹拌しながら、２９３．８ｇのイソシアネート２を６０℃へ加熱し、０．０５ｇのジグリコールビスクロロホルメート（ＤＩＢＩＳ）と混合した。その後、１５６．２ｇのポリオール１と５０ｇのポリオール２の混合物を徐々に加えた。温度は、４時間にわたり８０℃で一定に保持した。これは、ＮＣＯ含量１６％を有する５００ｇの透明プレポリマーを生じさせた。２２ｇのイソシアネートプレポリマーを２２ｇの水と混合し、乳状の均質エマルジョンを形成した。このエマルジョンは、ブレードスターラーを用いて撹拌することによって８８ｇのエアロゲルと混合した。このようにして得られた塊を６０℃に加熱し、ポリエチレンの薄膜でライニングした金属金型内に導入した。金型の寸法は２０ｃｍ×２０ｃｍ×２０ｃｍであり、それを用いて閉鎖できる可動蓋を有する。１時間後、該複合材料を離型させ、６０℃の加熱キャビネット内に一晩保存した。このプレートを引き続いて恒量へ８０℃で乾燥させた。プレートを物理的測定にかけ、その結果を表２に要約した。
【実施例４】
【００８９】
スターラーを装備した１Ｌのガラスフラスコ内で絶え間なく撹拌しながら、２９３．８ｇのイソシアネート２を６０℃へ加熱し、０．０５ｇのジグリコールビスクロロホルメート（ＤＩＢＩＳ）と混合した。その後、１５６．２ｇのポリオール１と５０ｇのポリオール２の混合物を徐々に加えた。温度は、４時間にわたり８０℃で一定に保持した。これは、ＮＣＯ含量１６％を有する５００ｇの透明プレポリマーを生じさせた。２５ｇのイソシアネートプレポリマーを７５ｇの水と混合し、乳状の均質エマルジョンを形成した。このエマルジョンは、ブレードスターラーを用いて撹拌することによって１００ｇのエアロゲルと混合した。このようにして得られた塊を６０℃に加熱し、ポリエチレンの薄膜でライニングした金属金型内に導入した。金型の寸法は２０ｃｍ×２０ｃｍ×２０ｃｍであり、それを用いて閉鎖できる可動蓋を有する。１時間後、該複合材料を離型させ、６０℃の加熱キャビネット内に一晩保存した。このプレートを引き続いて恒量へ８０℃で乾燥させた。プレートを物理的測定にかけ、その結果を表２に要約した。
【実施例５】
【００９０】
スターラーを装備した３Ｌのガラスフラスコ内で絶え間なく撹拌しながら、１，５２０ｇのイソシアネート２を６０℃へ加熱し、０．１ｇのジグリコールビスクロロホルメート（ＤＩＢＩＳ）と混合した。その後、４３３ｇのポリオール３と４７ｇのポリオール２の混合物を徐々に加えた。このプレポリマーは、２０．２％のＮＣＯ含量および２３℃で９，３７０ｍＰａｓの粘度を有した。このようにして得られた９６．３ｇのプレポリマーを４．８ｇの安定剤１とともに９００ｒｐｍで２０秒間撹拌した。３００ｇの水を加え、次に９００ｒｐｍで２０秒間新たに撹拌した。１５０ｇのエアロゲルを加え、スパチュラを用いて２分間混合した。この塊を金型内に圧縮し、金型を閉鎖して５０℃で７０分間保存した。該複合材料から形成されたプレートを離型させ、５０℃で１５時間にわたり乾燥させた。プレートを物理的測定にかけ、その結果を表２に要約した。
【実施例６】
【００９１】
１３．９％のＮＣＯ含量を有するプレポリマーは、２２６ｇのイソシアネート４と２４ｇのポリオール３との４５ｍｇのジブチルスズジラウレートの存在下での反応によって得られた。このようにして得られた２４．６ｇのプレポリマーを１．４ｇの安定剤１とともに９００ｒｐｍで２０秒間撹拌した。７８．５ｇの水を３．５ｇの水ガラスおよび３０ｍｇの触媒１と混合し、９００ｒｐｍで５分間撹拌した。このようにして得られた２つの成分を相互に９００ｒｐｍで３０秒間混合した。８２ｇのエアロゲルを加え、スパチュラを用いて混合した。この塊を３０秒間にわたりＢｒａｕｎ  Ｍｕｌｔｉｍｉｘ  Ｍ８３０  Ｔｒｉｏ手動式スターラーを用いて約６３０ｒｐｍで混合し、次に上部が開いている金型（２３ｃｍ×２３ｃｍ）内へ軽く押し入れ、５０℃で１６時間にわたり乾燥させた。このプレートを物理的測定にかけ、その結果を表２に要約した。
【実施例７】
【００９２】
スターラーを装備した１Ｌのガラスフラスコ内で、９３４．５ｇのイソシアネート１を絶え間なく撹拌しながら６０℃へ加熱した。その後、６５．５ｇのポリオール８を徐々に加えた。このプレポリマーは、２８％のＮＣＯ含量および２５℃で６７０ｍＰａｓの粘度を有した。
【００９３】
このようにして得られた７９．８４ｇのプレポリマーを７．９７ｇの安定剤１、１４９．５６ｇの水ガラスおよび２０６．５２ｇの水とともに２０秒間にわたりＢｒａｕｎ  Ｍｕｌｔｉｍｉｘ  Ｍ８３０  Ｔｒｉｏ手動式スターラーを用いて約９００ｒｐｍで撹拌した。
【００９４】
１３３．７９ｇのエアロゲルを加え、その後にＢｒａｕｎ  Ｍｕｌｔｉｍｉｘ  Ｍ８３０  Ｔｒｉｏ手動式スターラーを用いて約６５０ｒｐｍで１分間撹拌した。この塊を金型内に圧縮し、金型を閉鎖して５０℃で７０分間保存した。該複合材料から形成されたプレートを離型させ、５０℃で２４時間にわたり乾燥させた。このプレートを物理的測定にかけ、その結果を表２に要約した。
【実施例８】
【００９５】
２３％のＮＣＯ含量を有するプレポリマーは、８２０ｇのイソシアネート１と１８０ｇのポリオール９との反応によって得られた。
【００９６】
このようにして得られた１４８．５ｇのプレポリマーを１４．８６ｇの安定剤５および４８８．３８ｇの水ガラス１とともに２０秒間にわたりＢｒａｕｎ  Ｍｕｌｔｉｍｉｘ  Ｍ８３０  Ｔｒｉｏ手動式スターラーを用いて約９００ｒｐｍで撹拌した。
【００９７】
２４８．８２ｇのエアロゲルを加え、その後にＢｒａｕｎ  Ｍｕｌｔｉｍｉｘ  Ｍ８３０  Ｔｒｉｏ手動式スターラーを用いて約６５０ｒｐｍで１分間撹拌した。この塊を金型内に圧縮し、金型を閉鎖して５０℃で７０分間保存した。該複合材料から形成されたプレートを離型させ、８０℃で２４時間にわたり乾燥させた。プレートを物理的測定にかけ、その結果を表２に要約した。
【００９８】
表２
該アエロゲル質量分率は、金型内に測り入れたエアロゲルの質量と乾燥複合材料の全質量の商として計算した。
【００９９】
【表４】
2014502305.tif 000005
【０１００】
ＩＩＩ．比較例
[比較例１]
エアロゲルは、様々な有機溶媒（メタノール、エタノール、２−プロパノール、アセトンおよびヘキサン）と混合した。これらの粒子は、常に特定溶媒で充填されることが観察された。同一のことは様々なスターター分子ならびにプロピレンオキシドとエチレンオキシドの様々な比率に基づいたポリオールの添加で観察された。水だけは、それらの強度の疎水性のために該粒子内に浸透することができない。
【０１０１】
[比較例２]
１４８．４ｇのポリオール４を０．４ｇの触媒２と混合し、次に８３．５ｇのイソシアネート５および５５．７ｇのイソシアネート３の混合物とともにＳｐｅｅｄｍｉｘｅｒ（登録商標）内で２，０００ｒｐｍで１分間撹拌した。この反応系をスパチュラで４０ｇのエアロゲルと混合し、２０ｃｍ×２０ｃｍ×１ｃｍの寸法の金型内へ押し入れ、４５℃へ加熱した。３０分後、まだ軟質のプレートを離型させ、室温で一晩硬化させた。これは極めて硬質の材料を生じさせたが、このとき該ナノゲル粒子はポリウレタンで充填されたので、得られた材料はほぼ緻密で、およそ１，０００ｇ／Ｌの密度および発泡材料についての通常の方法による決定のためには大き過ぎる、しかし８０ｍＷ／ｍ＊Ｋより高い任意の速度で熱伝導率を有した。
【０１０２】
[比較例３]
以下に記載する変形ａ）〜ｃ）に従ってエアロゲルおよび典型的なポリウレタン硬質発泡体反応性系から複合材料を生成する試みを企てたが、このとき該ポリウレタン反応性系は以下の組成（重量部）を有していた：
成分Ａ：ポリオール６：６１．４
ポリオール７：３１．７
安定剤４：２．０１
水：４．７７
触媒４：０．０３
触媒５：０．１０
触媒６：０．０５
成分Ｂ：１００％のイソシアネート３
混合比：１００重量部のＡ対１６２重量部のＢ
【０１０３】
【表５】
2014502305.tif 000006
【０１０４】
全変形ａ）〜ｃ）は、圧縮されたが発泡ポリウレタンによって浸透も付着さえされなかった、ほとんど発泡湿潤していない、完全に非付着ナノゲル粒子を生じさせた。よって、有用な複合材料は、これらの場合のいずれにおいても得られなかった。
【０１０５】
[比較例３ｄ]
１０．４ｇのポリオール５、３．２ｇのポリオール６、２．４ｇの安定剤２、３．２ｇの水、０．１６ｇの安定剤３、０．３２ｇの触媒３および０．０４６ｇの触媒４の混合物を１９．２ｇのイソシアネート３と混合し、サイズが２０ｃｍ×２０ｃｍ×４ｃｍの金型内に配置し、上部まで１２８ｇのエアロゲルを充填した。１０分後、超高密度のポリウレタンフォームの薄層を該ナノゲル上にゆるく置くことによって得られたが、これは該発泡体が後者に浸透できないためであった。該ポリウレタンには極めて小数の粒子だけが弱く付着した。
【０１０６】
これらの比較例は、ポリウレタンフォームのエアロゲルへの付着が複合材料を得るためには低過ぎることを証明している。それに反して、液体有機反応成分が該ナノゲルと接触させられると、該粒子はそれで充填されるが、これは該ナノゲルの密度および熱伝導率に関する特殊特性が失われることを意味する。
【０１０７】
驚くべきことに、水中のプレポリマーのエマルジョンの使用は、ポリウレタン成分のナノゲル粒子内への浸透を防止する。
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月17日(2012.8.17)
【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】
結合剤およびエアロゲルもしくはエアロジルを含む複合材料であって、前記結合剤は遊離イソシアネート基を有する水乳化性ポリウレタン系プレポリマーと水溶液系、より詳細には水との反応生成物であることを特徴とする複合材料。
【請求項２】
前記プレポリマーは、ａ）イソシアネート、好ましくはジイソシアネートをｂ）少なくとも一種のポリオールと、任意にｃ）乳化補助剤または界面活性剤の存在下で反応させる工程によって得られる請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記プレポリマーは、
ａ）イソシアネートに、少なくとも
ｂ１）前記プレポリマーが乳化補助剤を用いずとも水乳化性であるポリオールＢ１、
ｂ２）前記プレポリマーが界面活性剤もしくは乳化補助剤を用いないと水乳化性を示さず、この場合には、前記プレポリマーは界面活性剤もしくは乳化補助剤を用いて乳化されるポリオールＢ２、または
ｂ３）ポリオールＢ１およびＢ２を好ましくは５：９５〜９５：５の範囲内の質量比で混合した混合物であって、より詳細にはＢ１は前記プレポリマーが水中に乳化性を示す量が含まれている混合物を反応させて得られる請求項２に記載の複合材料。
【請求項４】
前記ポリオールは、２００〜６，０００ｇ／ｍｏｌの分子量（Ｍｎ）を有するポリエチレングリコール、および／または２００〜２，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するアルキルポリエチレングリコールである、請求項１から３のいずれかに記載の複合材料。
【請求項５】
前記ポリオールは、ポリプロピレングリコールもしくはポリブチレングリコール、多価アルコールへのアルキレンオキシドおよびより詳細にはプロピレンオキシドもしくはブチレンオキシドの付加物、Ｆｎ２〜８のスターター分子へのアルキレンオキシドおよびより詳細にはプロピレンオキシドの付加生成物、または脂肪酸のヒドロキシル含有グリセリドである、請求項１から４のいずれかに記載の複合材料。
【請求項６】
使用される前記界面活性剤もしくは乳化補助剤は、ポリエーテル改質シロキサンまたはシリコーン非含有界面活性剤である、請求項２に記載の複合材料。
【請求項７】
前記イソシアネートは、芳香族イソシアネート、より詳細にはＭＤＩもしくはポリマーＭＤＩである、請求項１から６のいずれかに記載の複合材料。
【請求項８】
前記イソシアネートは、脂肪族イソシアネート、より詳細にはＨＤＩもしくはポリマーＨＤＩである、請求項１から７のいずれかに記載の複合材料。
【請求項９】
使用される前記イソシアネート反応性化合物は、少なくとも一種のポリアルキレングリコールおよびアルコキシル化ポリアルキレングリコールの混合物である、請求項１から８のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１０】
前記粒子は、任意に有機改質ＳｉＯ２エアロゲルである、請求項１から９のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１１】
前記改質エアロゲルは、疎水性である請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１２】
前記複合材料は、被覆されたプレートまたは被覆された繊維状不織布の形態で存在する、および／または前記複合材料は、１３〜３０ｍＷ／ｍＫの熱伝導率を有する、および／または前記複合材料の表面は、コーティングで被覆されている、および／または前記複合材料の表面は、積層されている、請求項１から１１のいずれかに記載の複合材料。
【請求項１３】
エアロゲルもしくはエアロジル、イソシアネート基を含むプレポリマーおよび水ガラスを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の複合材料を製造するための組成物。
【請求項１４】
イソシアネート基を有するプレポリマーとエアロゲルもしくはエアロジルとを、添加された水の存在下で前記プレポリマーと前記添加された水を反応させるために混合する工程を含む、請求項１から１３のいずれかに記載の複合材料を製造するための方法。
【請求項１５】
断熱または防音のための、請求項１から１４のいずれかに記載の複合材料を使用する方法。
【国際調査報告】
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