(57)【要約】  1〜95wt％のセラミック酸化物、1〜30wt％の無機結合剤を含み、約1000℃未満の温度で処理された断熱材、該断熱材の製造方法及びその使用は提供される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）1〜95wt％のセラミック酸化物、
（ｂ）5〜30wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｃ）1000℃未満の温度で処理された、断熱材。
【請求項２】
5〜90wt％のセラミック酸化物を含む、請求項１記載の断熱材。
【請求項３】
10〜80wt％のセラミック酸化物を含む、請求項２記載の断熱材。
【請求項４】
前記セラミック酸化物は平均粒子サイズが350μm未満である、請求項１〜３のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項５】
前記セラミック酸化物は平均粒子サイズが30〜300μmである、請求項４記載の断熱材。
【請求項６】
前記セラミック酸化物は酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、アルミナ、シリカ、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ジルコニウム、アルミン酸ニッケル、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、ジルコン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１〜５のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項７】
5〜30wt％の無機結合剤を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項８】
5〜25wt％の無機結合剤を含む、請求項７記載の断熱材。
【請求項９】
前記無機結合剤は平均粒子サイズが350μm未満である、請求項１〜８のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１０】
前記無機結合剤は平均粒子サイズが30〜300μmである、請求項９記載の断熱材。
【請求項１１】
前記無機結合剤はオルトリン酸カルシウム、オルトリン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１〜１０のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１２】
10〜80wt％のフライアッシュをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１３】
10〜80wt％の粘土をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１４】
添加剤をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１５】
前記添加剤は着色剤、繊維、分散剤、界面活性剤、焼結助剤、ステアリン酸塩潤滑剤、非酸化物セラミック又はそれらの任意の組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１４記載の断熱材。
【請求項１６】
建築材料、レンガ、タイル、パネル、ロッド、シリンダー、ブロック、ボード、プレート、ラミネート、フォーム、ペイント、ペースト、スラリーもしくは分散体又はそれらの組み合わせの形態である、請求項１〜１５のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１７】
セラミック酸化物ナノコーティングをさらに含む、請求項１〜１６のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１８】
前記ナノコーティングは平均厚さが500nm未満である、請求項１７記載の断熱材。
【請求項１９】
前記ナノコーティングはシリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、部分安定化ジルコニア又はそれらの組み合わせを含む、請求項１７又は請求項１８記載の断熱材。
【請求項２０】
前記ナノコーティングは平均粒子サイズが300nm未満である、請求項１７〜２０のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項２１】
（ａ）20〜80wt％のフライアッシュ、
（ｂ）10〜80wt％の粘土、
（ｃ）1〜40wt％のセラミック酸化物、
（ｄ）5〜30wt％の無機結合剤、
を含み、そして、
（ｅ）1000℃未満の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２２】
（ａ）75wt％のセラミック酸化物、
（ｂ）25wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｃ）20℃〜1000℃の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２３】
（ａ）18wt％のフライアッシュ、
（ｂ）36wt％の粘土、
（ｃ）18wt％のセラミック酸化物、
（ｄ）28wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｅ）20℃〜1000℃の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２４】
（ａ）30wt％の粘土、
（ｂ）40wt％のセラミック酸化物、
（ｃ）30wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｄ）20℃〜1000℃の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２５】
（ａ）50wt％のフライアッシュ、
（ｂ）15wt％の粘土、
（ｃ）5wt％のセラミック酸化物、
（ｄ）30wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｅ）20℃〜1000℃の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２６】
（ａ）1〜95wt％のセラミック酸化物、1〜30wt％の無機結合剤及び水を混合してスラリーを形成すること、
（ｂ）前記スラリーを成形体に成形すること、及び、
（ｃ）前記成形体を1000℃未満の温度で処理して断熱製品を製造すること、
を含む、断熱製品の製造方法。
【請求項２７】
前記セラミック酸化物は平均粒子サイズが350μm未満である、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記セラミック酸化物は酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、アルミナ、シリカ、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ジルコニウム、アルミン酸ニッケル、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、ジルコン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項２６又は２７記載の方法。
【請求項２９】
工程（ａ）は5〜30wt％の無機結合剤を混合することを含む、請求項２６〜２８のいずれか１項記載の方法。
【請求項３０】
前記無機結合剤は平均粒子サイズが350μm未満である、請求項２６〜２９のいずれか１項記載の方法。
【請求項３１】
前記無機結合剤はオルトリン酸カルシウム、オルトリン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項２６〜３０のいずれか１項記載の方法。
【請求項３２】
工程（ａ）は10〜80wt％のフライアッシュを混合することをさらに含む、請求項２６〜３１のいずれか１項記載の方法。
【請求項３３】
工程（ａ）は10〜80wt％の粘土を混合することをさらに含む、請求項１〜３２のいずれか１項記載の方法。
【請求項３４】
工程（ａ）は添加剤を混合することをさらに含む、請求項２６〜３３のいずれか１項記載の方法。
【請求項３５】
前記添加剤は着色剤、繊維、分散剤、界面活性剤、焼結助剤、ステアリン酸塩潤滑剤、非酸化物セラミック及びそれらの任意の組み合わせからなる群より選ばれる、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記製品は建築材料、レンガ、タイル、パネル、ロッド、シリンダー、ブロック、ボード、プレート、ラミネート、フォーム、ペイント、ペースト、スラリーもしくは分散体又はそれらの組み合わせである、請求項２６〜３５のいずれか１項記載の方法。
【請求項３７】
工程（ｂ）はキャスティング、注入、噴霧、射出、モールド成形、押出、詰め込み又はプレス加工を含む、請求項２６〜３６のいずれか１項記載の方法。
【請求項３８】
工程（ｃ）は室温で乾燥することを含む、請求項２６〜３７のいずれか１項記載の方法。
【請求項３９】
前記断熱製品をセラミック酸化物ナノコーティングでコーティングすることをさらに含む、請求項２６〜３８のいずれか１項記載の方法。
【請求項４０】
前記ナノコーティングは平均厚さが500nm未満である、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記ナノコーティングはシリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、部分安定化ジルコニア又はそれらの組み合わせを含む、請求項３９又は請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
請求項２６〜４１のいずれか１項記載の方法によって製造される断熱製品。
【請求項４３】
請求項１〜２５のいずれか１項記載の断熱材で物品を少なくとも部分的にコーティングすることを含む、物品の耐熱性を改善する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は2015年5月31日に出願された「ナノコートされた、軽量断熱材及び構造の製造」という発明の名称の豪州仮特許出願第2015902025号の利益を主張し、その開示の全体を参照により本明細書中に明示的に取り込む。
【０００２】
分野
この技術は断熱材及びその用途に関する。より詳細には、この技術はセラミック酸化物及び無機結合剤を含む材料、その材料を製造するための方法及びその使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
天然資源の急速な枯渇とそれに伴う環境への影響により、エネルギー保全は世界的に注目されてきている。これらの懸念に対応して、住宅用及び商業用の両方の建物における断熱材の使用が増加している。
【０００４】
断熱材は、断熱が重要である様々な他の用途、例えば、調理器具、建築材料（例えば、レンガ及びタイル）、工業プロセス、危険廃棄物封じ込め及び保護コーティング又は電子機器にも有用である。多くのこれらの用途において特に懸念されるのは、高温への曝露の可能性を理由とする断熱材の耐火性である。
【０００５】
典型的な建築用断熱材としては、壁又は天井のキャビティのための充填材が挙げられる。このようなキャビティにセルロース、ポリスチレン又はロックウールなどの材料は敷設され又は吹き込まれ、大気温度で断熱を提供する。しかし、これらの材料は建築火災の間に経験されるような高温で分解することが知られている。さらに、これらの材料は、しばしば、製造及び設置に費用及び煩わしさがあり、構造用建築材料又は保護コーティングを含む広範囲の用途に不適当である。
【０００６】
多くの他の断熱製品はバーミキュライト、パーライト又はシリカを含む材料を使用するが、これらの構成要素は製造及び輸送中に多くの環境問題を引き起こす。例えば、バーミキュライトの広範な採掘は世界供給を著しく枯渇させ、この天然資源の利用可能性が限られているため、代替材料が必要となっている。殆んどの現在の断熱材は、繊維系材料を使用し、それらは多くの取扱い及び健康上の問題を呈する。１つの例は、石英ガラス繊維系材料であり、繊維のサイズが小さいために、製造及び取り扱い中の吸入及び潜在的な発癌物質作用の有意な危険性を示す。
【０００７】
セラミックは、伝統的に、その強度、硬度及び耐久性のために、魅力的な構造断熱材（例えば、タイル）である。しかしながら、伝統的なセラミックは、材料を融着又は結合するために高温（例えば、>1000℃）での焼成（又は焼結）を必要とするので、製造の時間、コスト及び/又は困難性に有意な影響を及ぼしうる。例えば、アルミナタイルは、典型的には、約1600℃での焼成を必要とし、これは、有意なエネルギー需要及び安全性の懸念を課す。高い焼成温度はまた、これらの材料を、カードボード又は木材などの可燃性材料とともに使用するのに不適当なものにする。さらに、焼成はセラミック材料に有意な寸法変化を引き起こさせ、この変化は原料中での制御が困難な場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、環境に与える悪影響を最小限に抑え又は低減しながら、汎用性があり、安価であり、生産効率がよく、そして使用が容易である断熱材が必要とされている。本発明の発明者は多くの用途に適した断熱材を開発した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の態様において、
（a）約1〜約95wt%のセラミック酸化物、
（b）約1〜約30wt%の無機結合剤、
を含み、
（c）約1000℃未満の温度で処理される、断熱材料が提供される。
【００１０】
幾つかの実施形態において、断熱材は約5〜約90wt%のセラミック酸化物を含むことができる。断熱材は約10〜約80wt%のセラミック酸化物を含むことができる。断熱材料は約10〜約95wt％又は約10〜約85wt％又は約5〜約80wt％又は約20〜約85wt％又は約20〜約90wt％又は約1〜約75wt％又は約15〜約85wt％のセラミック酸化物を含むことができる。
【００１１】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は約350μm未満の平均粒子サイズを有することができる。平均粒子サイズは約30〜約300μmであることができる。平均粒子サイズは約1〜約350μm又は約10〜約350μm又は約10〜約300μm又は約10〜約250μm又は約50〜約300μmであることができる。平均粒子サイズは、約1, 10, 20, 30, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300又は350μmであることができる。幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は約1000nm未満の平均粒子サイズを有することができる。平均粒子サイズは約1〜約1000nm又は約1〜約500nm又は約10〜約300nm、約10〜約200nm、約30〜約300nm、約10〜約150nm又は約50〜約300nmであることができる。
【００１２】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物はアルミニウム、バリウム、ベリリウム、カルシウム、クロム、コバルト、銅、鉄、リチウム、マグネシウム、マンガン、リン、ケイ素、ストロンチウム、タンタル、スズ、チタン、タングステン、イットリウム、亜鉛、ジルコニウム又はそれらの組み合わせの酸化物であることができる。セラミック酸化物は酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、アルミナ、シリカ、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ジルコニウム、アルミン酸ニッケル、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、ジルコン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム又はそれらの組み合わせ選ぶことができる。
【００１３】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は断熱材に使用する前に約1000℃までの温度で処理することができる。セラミック酸化物は断熱材に使用する前に約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃に加熱することによって処理することができる。
【００１４】
幾つかの実施形態において、断熱材は約5〜約30wt％の無機結合剤を含むことができる。断熱材は約5〜約25wt％の無機結合剤を含むことができる。断熱材は約1〜約30wt％又は約1〜約25wt％又は約10〜約30wt％又は約5〜約25wt％又は約5〜約20wt％の無機結合剤を含むことができる。
【００１５】
幾つかの実施形態において、無機結合剤は約350μm未満の平均粒子サイズを有することができる。平均粒子サイズは約30〜約300μmであることができる。平均粒子サイズは、約1〜約350μm又は約10〜約350μm又は約10〜約300μm又は約30〜約300μm又は約10〜約250μm又は約50〜約300μmであることができる。
【００１６】
幾つかの実施形態において、無機結合剤はリン酸塩又はケイ酸塩結合剤であることができる。無機結合剤はオルトリン酸カルシウム、オルトリン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム又はそれらの組み合わせから選択することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、無機結合剤は断熱材に使用する前に処理することができる。無機結合剤は断熱材に使用する前に約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃に加熱されることができる。
【００１８】
幾つかの実施形態において、処理は、断熱材の乾燥、仮焼、焼結及び/又は焼成を含むことができる。処理は約1000℃までの加熱を含むことができる。処理は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約150℃又は約100℃又は約50℃又は約30℃又は約25℃又は約20℃までの加熱を含むことができる。
【００１９】
幾つかの実施形態において、断熱材はフライアッシュをさらに含むことができる。断熱材は約10〜約80wt%のフライアッシュを含むことができる。断熱材は約10〜約70wt％又は約20〜約80wt％又は約20〜約70wt％のフライアッシュを含むことができる。フライアッシュは石炭火力発電所から得ることができる。幾つかの実施形態において、フライアッシュは断熱材に使用する前に処理することができる。フライアッシュは約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃に加熱することによって処理することができる。
【００２０】
幾つかの実施形態において、断熱材は粘土をさらに含むことができる。断熱材は約10〜約80wt%の粘土を含むことができる。断熱材は約10〜約70wt％又は約20〜約80wt％又は約20〜約70wt％又は約15〜約85wt％の粘土を含むことができる。
【００２１】
幾つかの実施形態において、粘土はカオリナイト、ハリサイト、イライト、スメクタイト、白雲母、ベントナイト及びアタパルジャイト、又は、それらの任意の組み合わせでありうる。粘土は、市販のカオリナイトクレー、ボールクレー、チャイナクレー、ストーンウエア、テラコッタ又は耐火性クレーであってもよい。幾つかの実施形態において、粘土は、断熱材に使用する前に処理されてもよい。粘土は、断熱材に使用する前に約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃の温度に加熱することによって処理することができる。
【００２２】
幾つかの実施形態において、断熱材は添加剤をさらに含むことができる。添加剤は着色剤、繊維、分散剤、界面活性剤、焼結助剤、ステアリン酸塩潤滑剤、非酸化物セラミック又はそれらの任意の組み合わせから選ぶことができる。
【００２３】
幾つかの実施形態において、断熱材は建築材料、レンガ、タイル、パネル、ロッド、シリンダー、ブロック、ボード、プレート、ラミネート、フォーム、ペイント、ペースト、スラリー又は分散体の形態であることができる。幾つかの実施形態において、断熱材はセラミック酸化物ナノコーティングをさらに含むことができる。セラミック酸化物ナノコーティングは約500nm未満の平均厚さを有することができる。セラミック酸化物ナノコーティングは約450nm未満又は約400nm未満又は約350nm未満又は約300nm未満又は約250nm未満又は約200nm未満又は約150nm未満又は約100nm未満又は約50nm未満の平均厚さを有することができる。セラミック酸化物ナノコーティングはシリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、ジルコニア、部分安定化ジルコニア又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００２４】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物ナノコーティングは約300nm未満の平均粒子サイズを含みうる。平均粒子サイズは約10〜約300nm又は約10〜約200nm又は約30〜約300nm又は約10〜約150nm又は約50〜約300nmであることができる。
【００２５】
断熱材は約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約150℃又は約100℃又は約50℃又は約30℃又は約25℃又は約20℃で加熱することによって処理することができる。
【００２６】
加熱処理は断熱材から望ましくない水分を除去することができ、又は、断熱製品として形成されたときに断熱材の硬化を助けることができる。
【００２７】
１つの実施形態において、断熱材は、
（a）20〜80wt%のフライアッシュ、
（b）10〜80wt%の粘土、
（c）1〜40wt%のセラミック酸化物、
（d）5〜30wt%の無機結合剤、
を含み、そして
（e）約1000℃未満の温度で処理される。
【００２８】
１つの実施形態において、断熱材は、
（a）75wt%のセラミック酸化物、
（b）25wt%の無機結合剤、
を含み、そして
（c）20℃〜1000℃の温度で処理される。
【００２９】
１つの実施形態において、断熱材は、
（a）18wt%のフライアッシュ、
（b）36wt%の粘土、
（c）18wt%のセラミック酸化物、
（d）28wt%の無機結合剤、
を含み、そして
（e）20℃〜1000℃の温度で処理される。
【００３０】
１つの実施形態において、断熱材は、
（a）30wt%の粘土、
（b）40wt%のセラミック酸化物、
（c）30wt%の無機結合剤、
を含み、そして
（d）20℃〜1000℃の温度で処理される。
【００３１】
１つの実施形態において、断熱材は、
（a）50wt%のフライアッシュ、
（b）15wt%の粘土、
（c）5wt%のセラミック酸化物、
（d）30wt％の無機バインダー、
を含み、そして
（e）20℃〜1000℃の温度で処理される。
【００３２】
第二の態様において、
（a）約1〜約95wt％のセラミック酸化物、約1〜約30wt％の無機結合剤及び水を混合してスラリーを形成すること、
（b）前記スラリーを成形体に成形すること、及び、
（c）約1000℃未満の温度で前記成形体を処理して、断熱製品を製造すること、
を含む、断熱製品を製造する方法は提供される。
【００３３】
幾つかの実施形態において、工程（a）は約5〜約90wt%のセラミック酸化物を混合する工程を含むことができる。工程（a）は約10〜約80wt%のセラミック酸化物を混合する工程を含むことができる。工程（a）は約10〜約95wt%又は約10〜約85wt%又は約5〜約80wt%又は約20〜約85wt%又は約20〜約90wt%又は約1〜約75wt％又は約15〜約85wt％のセラミック酸化物を混合することができる。
【００３４】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は約350μm未満の平均粒子サイズを有することができる。平均粒子サイズは約30〜約300μmでありうる。平均粒子サイズは約1〜約350μm又は約10〜約350μm又は約10〜約300μm又は約10〜約250μm又は約50〜約300μmでありうる。
【００３５】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は約1000nm未満の平均粒子サイズを有することができる。平均粒子サイズは約1〜約1000nm又は約1〜約500nm又は約10〜約300nm又は約10〜約200nm又は約30〜約300nm又は約10〜約150nm又は約50〜約300nmである。
【００３６】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は、アルミニウム、バリウム、ベリリウム、カルシウム、クロム、コバルト、銅、鉄、リチウム、マグネシウム、マンガン、リン、ケイ素、ストロンチウム、タンタル、スズ、チタン、タングステン、イットリウム、亜鉛、ジルコニウム又はそれらの組み合わせの酸化物であることができる。幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は、酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、アルミナ、シリカ、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ジルコニウム、アルミン酸ニッケル、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、ジルコン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム又はそれらの組み合わせから選ばれることができる。
【００３７】
幾つかの実施形態において、工程（a）は、約5〜約30wt%の無機結合剤を混合することを含むことができる。工程（a）は、約5〜約25wt%の無機結合剤を混合することを含むことができる。工程（a）は約1〜約30wt%又は約1〜約25wt%又は約10〜約30wt%又は約5〜約25wt%又は約5〜約20wt%の無機結合剤を混合することを含むことができる。
【００３８】
幾つかの実施形態において、無機結合剤は約350μm未満の平均粒子サイズを有することができる。平均粒子サイズは約30〜約300μmであることができる。平均粒子サイズは、約1〜約350μm又は約10〜約350μm又は約10〜約300μm又は約30〜約300μm又は約10〜約250μm又は約50〜約300μmであることができる。
【００３９】
幾つかの実施形態において、無機結合剤はリン酸塩又はケイ酸塩結合剤であることができる。無機結合剤はオルトリン酸カルシウム、オルトリン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれることができる。
【００４０】
幾つかの実施形態において、工程（a）はフライアッシュを混合することを含むことができる。工程（a）は約10〜約80wt%のフライアッシュを混合することを含むことができる。工程（a）は、約10〜約70wt%又は約20〜約80wt%又は約20〜約70wt%のフライアッシュを混合することを含むことができる。フライアッシュは石炭火力発電所から得ることができる。幾つかの実施形態において、フライアッシュは、工程（a）の前に処理することができる。フライアッシュは、工程（a）の前に約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃に加熱することによって処理することができる。
【００４１】
幾つかの実施形態において、工程（a）は粘土を混合することを含むことができる。工程（a）は、約10〜約80wt%の粘土を混合する工程を含むことができる。工程（a）は約10〜約70wt%又は約20〜約80wt%又は約20〜約70wt%又は約15〜約85wt%の粘土を混合することを含むことができる。
【００４２】
幾つかの実施形態において、粘土はカオリナイト、ハリサイト、イライト、スメクタイト、白雲母、ベントナイト及びアタパルジャイト又はそれらの任意の組み合わせであることができる。粘土は市販のカオリナイトクレー、ボールクレー、チャイナクレー、ストーンウエア、テラコッタ又は耐火クレーであることができる。幾つかの実施形態において、粘土は工程（a）の前に処理されてよい。粘土は工程（ａ）の前に、約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃に加熱することによって処理することができる。
【００４３】
幾つかの実施形態において、工程（a）は添加剤を混合することをさらに含むことができる。添加剤は着色剤、繊維、分散剤、界面活性剤、焼結助剤、ステアリン酸塩潤滑剤又はそれらの任意の組み合わせからなる群より選ぶことができる。
【００４４】
スラリーの形成は断熱製品の形成前に材料の粘度を制御することを可能にする。幾つかの実施形態において、スラリーを形成するために添加される水の量は全固形分に対して10〜約500wt%であることができる。例えば、スラリーを形成するために添加される水の量は10〜約500wt%又は約10〜約300wt%又は約50〜約500wt%又は約100〜約400wt%又は約20〜約250wt%又は約100〜約300wt%、例えば、全固形分に対して約10, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450又は500wt%の範囲内である。
【００４５】
幾つかの実施形態において、工程（b）は、キャスティング、注入、噴霧、射出、モールド成形、押出、詰め込み又はプレス加工を含むことができる。
【００４６】
幾つかの実施形態において、工程（c）は約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約150℃又は約100℃又は約50℃又は約30℃又は約25℃又は約20℃で加熱することを含む。工程（c）は室温で乾燥させることを含むことができる。
【００４７】
処理ステップ（c）は製品から望ましくない水を除去するか、又は、製品を形成する断熱材の硬化を助けることができる。
【００４８】
幾つかの実施形態において、断熱製品は、建築材料、レンガ、タイル、パネル、ロッド、シリンダー、ブロック、ボード、プレート、ラミネート、フォーム、ペイント、ペースト、スラリーもしくは分散体又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００４９】
幾つかの実施形態において、本方法は成形体にセラミック酸化物ナノコーティングをコーティングすることをさらに含むことができる。セラミック酸化物ナノコーティングは約500nm未満の平均厚さを有することができる。セラミック酸化物ナノコーティングは約450nm未満又は約400nm未満又は約350nm未満又は約300nm未満又は約250nm未満又は約200nm未満又は約150nm未満又は約100nm未満又は約50nmの平均厚さを有することができる。セラミック酸化物ナノコーティングはシリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、ジルコニア、部分安定化ジルコニア又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００５０】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物ナノコーティングは約300nm未満の平均粒子サイズを備えることができる。平均粒子サイズは約10〜約300nm又は約10〜約200nm又は約30〜約300nm又は約10〜約150nm又は約50〜約300nmであることができる。
【００５１】
幾つかの実施形態において、ナノコーティングのゾル-ゲル誘導溶液を成形体に噴霧することによってナノコーティングを施すことができる。
【００５２】
第三の態様において、第二の態様の方法によって製造される断熱製品が提供される。
【００５３】
第四の態様において、物品の耐熱性を改善する方法であって、第一の態様による断熱材で物品を少なくとも部分的に被覆することを含む方法が提供される。
【００５４】
幾つかの実施形態において、物品は金属、セラミック、ガラス、木材、ポリマー、粘土、コンクリート、ポリスチレン、レンガ、石膏、ジプロック（Gyprock）（登録商標）、天然もしくは合成石、天然もしくは合成繊維、カードボード、ラミネート、複合材又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００５５】
本明細書に含まれる文書、行為、材料、デバイス、物品などの議論は単に本発明の関係を提供することを目的とするものである。これらの事項のいずれか又はすべては、先行技術ベースの一部を形成するか又は本明細書の各請求項の優先日の前に存在した本発明に関連する分野において通常の一般知識であると認知するものと解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
この技術は、ここで、添付の図面を参照してさらに説明され、例示されるであろう。
【００５７】
【図１】図1は、1000℃、1100℃、1200℃及び1300℃で焼成した後のバーミキュライト含有製品に対する、本技術による断熱材の％質量減少として表される平均寸法変化を示す。
【００５８】
【図２】図2は、1000℃に加熱したときの、本技術の固体断熱ブロック材料（BBN 1209）及び工業用断熱固体バーミキュライト材料（INS 1209）の温度対時間プロットである。
【００５９】
【図３】図3は、1300℃に1時間処理された材料の典型的な炉サイクルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
定義
不定冠詞「a」及び「an」は、特記しない限り、特許請求の範囲を含む本出願で使用する際に、「少なくとも1つ」又は「1つ以上」を意味する。
【００６１】
本明細書中で使用されるときに、用語「約」は列挙された値の±10％を意味する。
【００６２】
本明細書で使用されるときに、用語「セラミック酸化物」は任意の非有機酸化物又はその塩を意味する。
【００６３】
本明細書中で使用されるときに、用語「寸法安定性」は、特定の材料に関して使用される場合に、未処理材料と比較して特定の条件下で処理されたときの材料の全体寸法（体積及び質量を含む）を保持することができる材料の能力を指す。
【００６４】
本明細書で使用されるときに、用語「寸法変化」は特定の材料に関して使用される場合に、未処理材料と比較して特定の条件下で処理されたときの材料の全体寸法（体積及び質量を含む）の変化をパーセント（％）変化として表現したものを指す。
【００６５】
本明細書で使用されるときに、用語「耐熱性」は、材料に関して使用されるときに、約800℃〜約1350℃に加熱されたときの材料の寸法変化が約12％未満であることを指す。
【００６６】
本明細書で使用されるときに、用語「耐水性」は、材料に関して使用されるときに、少なくとも1年間水で処理されたときの材料の寸法変化が約10％未満であることを指す。
【００６７】
本明細書で使用されるときに、用語「SiAlON」は、ケイ素（Si）、アルミニウム（Al）、酸素（O）及び窒素（N）の元素に基づくセラミック材料を指す。
【００６８】
別段の指示がない限り、本明細書に記載される材料又は組成物の成分の質量パーセント（wt％）を示す場合に、その材料又は組成物の全固形分に対する特定成分の質量％を指し、例えば、存在する可能性のある水は含めない。
【００６９】
本明細書全体を通して、用語「結合剤（binding agent）」及び「バインダ（binder）」は等しい。
【００７０】
本明細書全体を通して、用語「断熱材(thermally insulating material)」及び「断熱材(insulating material)」は現在の技術に言及するときは等しい。
【００７１】
本明細書の記載及び特許請求の範囲全体を通して、用語「含む(comprise)」及び該用語の変形、例えば、「含む(comprising)」及び「含む（comprises）」は、他の変種又は追加の構成要素、整数又は要素を排除することを意図するものではないことに留意すべきである。技術の変更及び改良は当業者に容易に明らかであろう。そのような変更及び改良はこの技術の範囲内にあることが意図される。
【００７２】
実施形態の説明
本技術は、セラミック酸化物及び結合剤を含む断熱材及び該材料を製造するための方法に関する。本明細書で提供される断熱材は安価かつ効率的に製造することができ、多種多様な用途で使用するための汎用材料を提供することができる。
【００７３】
本明細書に開示される断熱材はセラミック酸化物を含む。セラミック酸化物は任意の非有機酸化物又はその塩であることができる。セラミック酸化物は単一のセラミック酸化物又はセラミック酸化物の組み合わせであってよい。例えば、セラミック酸化物は、アルミニウム、バリウム、ベリリウム、カルシウム、クロム、コバルト、銅、鉄、リチウム、マグネシウム、マンガン、リン、ケイ素、ストロンチウム、タンタル、スズ、チタン、タングステン、イットリウム、亜鉛、ジルコニウム又はそれらの任意の組み合わせの酸化物であることができる。種々の実施形態において、セラミック酸化物は、酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、アルミナ、シリカ、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ジルコニウム、アルミン酸ニッケル、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、ジルコン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム又はそれらの組み合わせであることができる。
【００７４】
断熱材は任意の適切な量のセラミック酸化物を含むことができる。当業者であれば、セラミック酸化物の量は、断熱材の意図される用途及び特定のセラミック酸化物又はそれらの組み合わせに依存することを理解するであろう。様々な実施形態において、断熱材は、セラミック酸化物を約1〜約95wt%の量で含むことができる。例えば、断熱材は約1〜約95wt%又は約5〜約90wt%又は約10〜約80wt%又は約10〜約95wt%又は約10〜約85wt％又は約5〜約80wt％又は約20〜約85wt％又は約20〜約90wt％又は約1〜約75wt％又は約15〜約85wt％、例えば、約1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 25, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90又は95wt％の量のセラミック酸化物を含むことができる。
【００７５】
断熱材中のセラミック酸化物の量は、セラミック酸化物の供給源に応じて変化しうる。セラミック酸化物は任意の適切な供給源から得ることができる。例えば、セラミック酸化物は実質的に純粋なセラミック酸化物又はその組み合わせであってよく、又は、セラミック酸化物含有材料の形態で提供されてもよい。セラミック酸化物含有材料の非限定的な例としては、ボーキサイト、ルチル又はジルコン鉱石が挙げられる。幾つかの実施形態において、セラミック酸化物含有材料は本質的にセラミック酸化物又はそれらの組み合わせからなることができる。様々な実施形態において、セラミック酸化物含有材料は約10〜約100wt％の量のセラミック酸化物を含むことができる。例えば、セラミック酸化物含有材料は約10〜約100wt％又は約10〜約90wt％又は約20〜約90wt％又は約10〜約80wt％又は約30〜約90wt％又は約25〜約75wt％、例えば、約10, 15, 20, 25, 30, 25, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 90又は100wt%の量のセラミック酸化物を含むことができる。セラミック酸化物含有材料中に存在するセラミック酸化物の量は、当該分野で公知の任意の適切な方法、例えば、X線粉末回折（XRD）によって決定されうる。
【００７６】
セラミック酸化物の粒子サイズは断熱材の機械的特性（強度）及び/又は断熱特性に影響を及ぼしうる。典型的には、粒子サイズが小さいほど、材料の粒界における欠陥が小さくなり、粒界で材料が破損しにくくなる。当業者は、最適な粒子サイズは特定のセラミック酸化物に依存することを理解するであろう。さらに、粒子サイズ均一性は、より密に詰まった粒子の結晶配列を提供することができ、それによって材料の密度及び断熱特性及び/又は強度を改善する。より小さい粒子サイズはまた、焼結に必要な温度を低下させ、結果として緻密化を生じさせる可能性がある。
【００７７】
したがって、幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は約350μm未満のセラミック酸化物粒子を含むことができる。セラミック酸化物の平均粒子サイズ（average particle size）は約350μm未満であることができる。例えば、粒子サイズは約30〜約300μm、約1〜約350μm又は約1〜約350μm又は約10〜約350μm又は約10〜約300μm又は約10〜約250μm又は約50〜約300μm、例えば、約1, 10, 20, 30, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300又は350μmであってよい。幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は1000nm（1μm）未満の超微細セラミック酸化物粒子を含むことができる。セラミック酸化物の平均粒子サイズは約1000nm未満であることができる。例えば、超微粒子サイズは約1〜約1000nm又は約1〜約500nm又は約10〜約300nm又は約10〜約200nm又は約30〜約300nm又は約10〜約150nm又は約50〜約300nmであることができる。
【００７８】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は中空（多孔質）マイクロスフィアを含む。中空マイクロスフィアの存在は、断熱材の全体重量及び/又は密度を減少させ、断熱特性を改善し得る。幾つかの実施形態において、中空マイクロスフィアは平均球径（average spherical diameter）が約1〜約350μm、約1〜約350μm、約10〜約350μm、約10〜約300μm、約30〜約300μm、約10〜約250μm又は約50〜約300μm、例えば、約1, 10, 20, 30, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300又は350μmであってよい。
【００７９】
セラミック酸化物（又はセラミック酸化物含有材料）は、断熱材に使用する前に処理することができる。例えば、セラミック酸化物は、材料を乾燥又は仮焼することによって処理することができる。幾つかの実施形態において、セラミック酸化物は、断熱材に使用する前に約1000℃までの温度で処理することができる。例えば、セラミック酸化物は、約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃に加熱することにより処理することができる。当業者であれば、加熱の持続時間及び温度は加熱プロセスの意図される結果に依存することを理解するであろう。例えば、セラミック酸化物又はセラミック酸化物含有材料を約110℃で1時間加熱することによって乾燥を行うことができる。別の例では、仮焼はセラミック酸化物を約800℃で2時間加熱することによって行うことができる。適切な温度及び持続時間は、当業者によって容易に決定されるであろう。
【００８０】
幾つかの実施形態において、断熱材は、褐炭を燃焼させる石炭火力発電所からの廃棄物であるフライアッシュを含むことができる。褐炭は、典型的には粉砕された微粉として調製され、その形態で、垂直ウォーターウォールボイラーに供給され、そこで燃焼され、タービンによる蒸気発生のための熱を放出する。燃焼生成物の多くはボイラーからフルーガスによって運ばれ、フライアッシュとして知られている微粒子である。フライアッシュは燃焼した石炭の総灰分の約80％を構成する。フライアッシュは、典型的に約5〜20％のチャー（未燃焼又は部分炭化された石炭）を含む。粗い灰粒子、主に砂は、ボイラーの底に沈降し、そこで収集される。この画分はボトムアッシュとして知られており、一般に、燃焼した石炭の総灰分量の約20％を構成する。
【００８１】
火力発電所で石炭を燃焼させるプロセスは、セノスフェアとして知られている中空マイクロスフィアを含むフライアッシュを生成する。セノスフェアは約1500〜約1750℃の温度で石炭燃焼中に生成される低密度（約0.4〜0.8g/cm3）の中空マイクロスフィアである。フライアッシュ及びその結果としてのセノスフィアの正確な組成は燃焼される石炭の組成に応じて有意に変わる可能性があり、これは石炭の供給源に依存する可能性がある。しかし、セノスフィアは、典型的には、シリカ、アルミナ及び/又はアルミノシリケートの中空マイクロスフィアを含む。フライアッシュ中に一般に見られる他のセラミック酸化物には、酸化カルシウム及び酸化鉄が含まれる。フライアッシュの組成、純度及び構造は当該技術分野で公知の任意の適切な方法、例えば、X線粉末回折（XRD）又は誘導プラズマ分光法（ICP）によって決定することができる。
【００８２】
フライアッシュは、六価クロム、水銀、鉛などの重金属及び公衆衛生及び環境への影響に対して有害な効果を有する可能性がある他の危険化学物質を含む、毒性成分が無視できない量（数百ｐｐｍまで）が存在するために危険廃棄物と考えられる。したがって、ボイラーからのフルーガスは、しばしば静電沈殿機又は他の粒子濾過システムで処理されて、微粒子（>99％）を除去する。石炭火力発電所で回収されたフライアッシュの廃棄は多くの国で厳しく規制されており、その結果、煩わしい及び/又は高価になる可能性がある。したがって、フライアッシュは容易に入手可能であり、安価であり、この廃棄物の再利用は石炭燃焼の健康及び環境への影響を低減するためにも望ましい。さらに、フライアッシュの密度が低いために、フライアッシュは、この材料を軽量の断熱材の製造に有利にすることができる。
【００８３】
したがって、様々な実施形態において、断熱材はフライアッシュを含んでよい。フライアッシュは任意の適切な供給源から得ることができるが、典型的には、石炭燃焼発電所から廃棄物として購入される。有利には、本技術におけるフライアッシュの使用は石炭燃焼の環境影響を低減することができる。これに加えて又は代替的に、本技術の断熱材にフライアッシュを含めることにより、断熱材の全体質量及び/又は密度を低減することができる。フライアッシュは供給源に応じて様々な量のセラミック酸化物を含むことができる。
【００８４】
様々な実施形態において、断熱材はフライアッシュを約10〜約80wt％の量で含むことができる。例えば、断熱材料はフライアッシュを約10〜約80wt％又は約10〜約70wt％又は約20〜約80wt％又は約20〜約70wt％又は約15〜約85wt％、例えば約10, 15, 20, 25, 30, 25, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75又は80wt％の量で含むことができる。フライアッシュの量は断熱材の意図される用途に依存し、フライアッシュは所望の特性を達成するために他の添加剤と組み合わせて使用されうることを当業者は理解するであろう。
【００８５】
フライアッシュは原材料（未加工）として断熱材に使用してもよいし、処理又は加工してもよい。未加工フライアッシュの処理では仮焼、焼成、ろ過又は粉砕を行い、汚染物質を除去し、粒子サイズを減少させ及び/又は特定の組成を得ることができる。例えば、フライアッシュは断熱材中で使用する前に加熱されて、フライアッシュを乾燥させ及び/又は未燃焼の石炭又は有機材料などの有機汚染物を石炭燃焼プロセスから除去することができる。
【００８６】
幾つかの実施形態において、フライアッシュは断熱材中で使用する前に約1000℃まで加熱することによって処理することができる。例えば、フライアッシュは、約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃に加熱されうる。加熱の温度及び持続時間は加熱プロセスの意図される結果及び/又は未加工フライアッシュの正確な組成に依存しうることは当業者に理解されるであろう。
【００８７】
幾つかの実施形態において、本技術の断熱材は粘土を含むことができる。粘土の主成分は含水アルミニウムフィロケイ酸塩であり、鉄、マグネシウム及びアルカリ土類金属などの他の鉱物の量は様々である。粘土は任意の適切な組成を有してよい。幾つかの実施形態において、粘土は複数の粘土の組み合わせであってもよい。例えば、粘土はカオリナイト、ハリサイト、イライト、スメクタイト、白雲母、ベントナイト及びアタパルジャイト又はそれらの任意の組み合わせであることができる。幾つかの実施形態において、粘土は市販のカオリナイトクレー、ボールクレー、チャイナクレー、ストーンウエア、テラコッタ又は耐火クレーであってよい。他の実施形態において、粘土はナトリウムベントナイト又はモンモリロナイトなどのスメクタイト又はベントナイトクレーであってよい。本技術における使用に適した粘土はセラミック/陶器製造のために市販されており、例えば、ボールクレー、チャイナクレー、耐火クレーもしくはカオリナイト又はそれらの混合物であることができる。典型的なボールクレーは、以下の組成：シリカ（SiO2）65wt％、アルミナ（Al2O3）20wt％、酸化第二鉄（Fe2O3）2wt％、酸化第一鉄（FeO）0.5wt％、酸化マグネシウム（MgO）2.5wt％、酸化カルシウム（CaO）0.5wt％、酸化ナトリウム（Na2O）2wt％、酸化カリウム（K2O）0.5wt％及びその他の不純物を備えることができる。
【００８８】
粘土は粘土を膨潤させる有意な量の水分（約12〜35wt％まで）を含むことができる。粘土の含水量は、粘土の供給源に依存していることができ、例えば、可塑性を改善し、プレス加工又は押出を容易にするために市販のセラミッククレーに水を添加してもよい。粘土は、例えば粘土を乾燥又は仮焼するために、断熱材中で使用する前に加熱することができる。これにより、粘土の寸法安定性を増加させ、使用中の膨潤を防止することができる。粘土を加熱、特に仮焼中に高温（例えば、約1000℃まで）に加熱することは、その多孔度に影響を与え、それによってその強度特性を変化させる可能性がある。例えば、より低い温度は一般に、密度がより低いより多孔性である粘土を生成し、より多孔性の粘土は、より多孔性が低い対応物よりも大きい断熱特性を有しうる。一方、温度が高いほど多孔性が低下し、より多孔性の対応物よりも製造及び設置中に破砕に対して耐性であり、より強く、緻密な材料を提供する。他の実施形態において、粘土は乾燥させずに使用してよく、又は、部分的に乾燥させてよい。湿った粘土は断熱材の結合に寄与しうる。例えば、モンモリロナイトクレーは水と混合すると強く結合した可塑性材料となる。しかしながら、粘土単独から最終断熱材において適切な結合強度を達成するためには、高温焼成（> 1000℃）が典型的に必要とされる。
【００８９】
したがって、幾つかの実施形態において、粘土は断熱材中で使用する前に約1000℃まで加熱することができる。例えば、粘土は約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃まで加熱することができる。当業者であれば、加熱の温度及び持続時間は、粘土の種類、加熱プロセスの意図される結果に依存することができることを理解し、適切な温度及び持続時間は当業者によって容易に決定されるであろう。
【００９０】
断熱材は任意の適切な量の粘土を含むことができる。当業者であれば、粘土の量は断熱材の意図された用途、粘土の正確な組成及びある場合には断熱材の要求される密度に依存することを理解するであろう。様々な実施形態において、断熱材は約10〜約80wt％の粘土を含む。例えば、断熱材は約10〜約80wt％又は約10〜約70wt％又は約20〜約80wt％又は約20〜約70wt％又は約15〜約85wt％、例えば、約10, 15, 20, 25, 30, 25, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75又は80wt％の量の粘土を含むことができる。
【００９１】
粘土、特に市販の粘土は、典型的には、小さな粒子サイズ、すなわち約0.1〜約350μmを有し、それはより大きい粒子サイズと比較して断熱材の改良された断熱特性及び/又は強度を提供することができる。様々な実施形態において、任意の成分のセラミック酸化物を含む粘土は約350μm未満の粒子を含むことができる。幾つかの実施形態において、粘土の平均粒子サイズは約350μm未満であってよい。例えば、粒子サイズは、約0.1〜約350μm又は約0.1〜約300μm又は約0.1〜約200μm又は約10〜約300μm又は約30〜約300μm又は約1〜約250μm又は約1〜約300μm、例えば、約0.1, 0.5, 1, 10, 20, 30, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300又は350 μmであることができる。
【００９２】
幾つかの実施形態において、断熱材の追加の成分、例えばフライアッシュ又は粘土もまた、様々な量のセラミック酸化物を含むことができる。本技術の目的のために、断熱材に含まれる追加の成分の任意のセラミック酸化物は、断熱材に添加されるセラミック酸化物への追加をなすものであることが理解されるべきである。
【００９３】
本明細書中に記載の断熱材は結合剤（又はバインダ）も含む。結合剤の使用は断熱材の全て又は実質的にすべての成分の化学的結合を可能にすることができる。有利には、成分の結合は、潜在的に危険な成分が断熱材、例えばシリカから放出されるのを防止することができる。結合剤は有機又は無機結合剤であってよい。しかしながら、有機結合剤は約200℃〜500℃付近の温度で崩壊する傾向があり、約1100℃の温度で二酸化炭素又は一酸化炭素に転化する可能性があるため、無機結合剤は高温断熱用途に有利である。本発明の発明者はバインダ（例えば、無機バインダ）の添加は崩壊に抵抗することができるセラミック酸化物粒子間の強く結合した界面を生成することができることを前提とした。
【００９４】
結合強度はバインダを含む断熱材を室温より高い温度に加熱することによって改善されうる。例えばシリケートバインダの場合には、温度が高いほど、バインダからより多くの水が除去され、液状シリケートのガラス状フィルムが得られる。ガラス状シリケート膜は、一度乾燥されると、水に対する親和性がより低いので、材料を加熱することにより、室温で乾燥されたときの同材料と比較して、材料の耐水性も改善されうる。
【００９５】
幾つかの実施形態において、断熱材の結合強度及び/又は耐水性は材料を約60℃と約1000℃の間の温度に加熱（焼成）することによって増加させることができる。例えば、温度は、約60℃又は約80℃又は約100℃又は約120℃又は約140℃又は約160℃又は約180℃又は約200℃又は約250℃又は約300℃又は約350℃又は約400℃又は約450℃又は約500℃又は約600℃又は約700℃又は約800℃又は約900℃又は約1000℃に上昇させることができる。
【００９６】
適切な無機結合剤は、材料に添加されたときに材料の結合強度を改善する任意の無機材料であることができる。バインダは、ブリッジ、フィルム又はマトリックス充填剤を形成するか、又は化学反応を引き起こす、固体又は液体であることができる（William H. Engelleitner,  「凝集用語集(Glossary of agglomeration terms)」"（1990年2月）Powder and Bulk Engineering、44-48）。様々な実施形態において、結合剤はオルトリン酸カルシウム又はオルトリン酸アルミニウムなどのリン酸塩、又は、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム又はケイ酸カルシウムなどのケイ酸塩、又は、それらの任意の組み合わせであってよい。
【００９７】
断熱材は材料の結合を達成するために任意の適切な量で結合剤を含むことができる。様々な実施形態において、断熱材は約1〜約30wt％の量の結合剤を含む。例えば、断熱材は、結合剤を約5〜約30wt％又は約5〜約25wt％又は約1〜約30wt％又は約1〜約25wt％又は約10〜約30wt％又は約5〜約25wt％又は約5〜約20wt％、例えば、約1, 5, 10, 15, 20, 25又は30wt％の量で結合剤を含むことができる。
【００９８】
結合剤は、固体（例えば、粉末）、水性スラリーの形態又は任意の他の適切な形態の形態であってよい。特定の実施形態において、結合剤は、断熱材に使用する前に乾燥及び/又は仮焼することができる。例えば、結合剤は約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約100℃までで処理することができる。
【００９９】
結合剤は、得られる材料の強度及び断熱特性を維持するために、セラミック酸化物粒子の粒子サイズと合致する粒子サイズを有することができる。幾つかの実施形態において、結合剤は約350μm未満の粒子サイズを有することができる。例えば、粒子サイズは、約1〜約350μm又は約1〜約350μm又は約10〜約350μm又は約10〜約300μm又は約30〜約300μm又は約10〜約250μm又は約50〜約300μm、例えば、約1, 10, 20, 30, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300又は350μmであってよい。
【０１００】
記載の断熱材は任意の適切な添加剤をさらに含んでよい。例えば、断熱材は、着色剤、繊維、分散剤、界面活性剤、焼結助剤、ステアリン酸塩潤滑剤、非酸化物セラミック又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。例えば、幾つかの実施形態において、添加剤は炭化タングステン、炭化チタン、窒化チタン、窒化ジルコニウム、酸窒化チタン、酸窒化シリコン、酸窒化ジルコニウム、窒化アルミニウム、SiAlON又はそれらの組み合わせなどの非酸化物セラミックであってよい。
【０１０１】
幾つかの実施形態において、断熱材はさらに着色剤を含むことができる。着色剤は無機着色剤であってよい。無機着色剤は、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化マグネシウム、酸化銅、酸化クロム又は酸化マンガンなどのセラミック酸化物であってよい。他の適切な無機着色剤は当業者に公知であろう。
【０１０２】
幾つかの実施形態において、断熱材は1種又は複数種の繊維、例えば、ガラス繊維、シリカ繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、アルミナ繊維、窒化物又は酸窒化物繊維、天然繊維、例えばココナッツ繊維、バナナツリー繊維、麻繊維、植物繊維又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。繊維の添加は断熱材の強度及び/又は破壊抵抗を改善することができる。例えば、繊維を含めることにより、断熱材が特定の高さから落下したときに破断する傾向を低減することができる。場合によって、例えば麻繊維などの繊維は、特定の高さ（例えば、約2m）で落下したときに断熱材が跳ね返る能力を改善することができる。
【０１０３】
繊維は任意の適切な形態で使用されてよく、例えば、自由流動性であってもよく、又は織物シート形態であってもよい。幾つかの実施形態において、繊維は三次元（3D）織物構造、例えばメッシュ又はハニカム構造の形態であってよい。例えば、3D構造は断熱材を層状に充填して、ラミネート形態を生成することができる。
【０１０４】
適切な分散剤、界面活性剤、焼結助剤、ステアリン酸塩潤滑剤、セラミック又は他の添加剤は当業者には明らかであろう。例えば、添加剤は意図される用途に応じて、高分子量又は低分子量の有機又は無機であることができる。適切な添加剤の非限定的な例は、メラミンホルムアルデヒド系分散剤、ポリエチレンイミン（PEI）分散剤、合成リポペプチド界面活性剤、アニオンとしてステアリン酸ベースの18個の炭素アルキル鎖及び橋架された正に帯電した1,4-ジアゾニアビシクロ[2.2.2]オクタン基を含むシルセスキオキサンを含む界面活性剤を挙げることができる。
【０１０５】
幾つかの実施形態において、水と混合されたときに1つ以上の成分（例えば、セラミック酸化物、結合剤）の沈殿及び/又は凝集を低減するために、断熱材の調製中に添加剤（例えば、分散剤）を添加することができる。幾つかの実施形態において、分散剤（例えば、メラミンホルムアルデヒド）の使用は断熱材の均質性を改善することができ、例えば、断熱材の強度及び/又は加工性を改善することができる。例えば、断熱材がスプレーコーティングとして適用される実施形態では、分散剤の使用は、噴霧し易い均質な材料を生成し、より均一なコーティングを提供しうる。
【０１０６】
断熱材は任意の適切な形態及び/又は量の添加剤を含むことができる。添加剤の形態及び量は断熱材の意図される用途及び添加剤の使用によって達成される特性に依存することは当業者に理解されるであろう。一例として、無機結合剤は、約0.5〜約1wt％のメラミンホルムアルデヒド分散剤及び水を混合してセラミック酸化物と混合する前に水性スラリーを形成することができる。
【０１０７】
本技術による断熱材を製造する典型的な方法では、セラミック酸化物と無機結合剤を水の存在下で組み合わせてスラリーを形成する。セラミック酸化物及び無機結合剤は、別々に又は同時に添加することができる。例えば、結合剤の水性スラリーをセラミック酸化物粉末に添加して混合スラリーを提供してよく、又は、水をセラミック酸化物と結合剤の乾燥混合物に添加してよい。粘土、フライアッシュ又は他の添加剤などの追加の成分は断熱材の意図された用途に応じて含まれてもよい。次いで、スラリーを所望の形状を有する成形体に成形し、乾燥させて断熱材を製造する。必要であれば、成形体を形成する前に混合スラリーの粘度を低下させるために追加の水を供給してもよい。乾燥は室温にて空気中で行うことができ、又は、窒素、アルゴン又は二酸化炭素などの不活性雰囲気下で行うことができる。材料は、製品の所望の特性に応じて、中程度（例えば、60℃）又は高温（例えば、1000℃まで）の温度にさらに処理することができる。
【０１０８】
有利には、スラリーの形成は、最終断熱材の形成前に材料の粘度を制御することを可能にする。幾つかの実施形態において、スラリーを形成するために添加される水の量は、全固形分に対して10〜約500wt％であることができる。例えば、スラリーを形成するために添加される水の量は、全固形分に対して、10〜約500wt％又は約10〜約300wt％又は約50〜約500wt％又は約100〜約400wt％又は約20〜約250wt％又は約100〜約300wt％、例えば約10, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450又は500wt％の範囲内である。当業者は断熱材の製造中に添加される水の量が製造される材料の形態に依存することを理解するであろう。
【０１０９】
断熱材は意図される用途に適した任意の形状又は形態で製造することができる。例えば、断熱材は、建築材料、レンガ、タイル、パネル、ロッド、シリンダー、ブロック、ボード、プレート、ラミネート、フォーム、ペイント、ペースト、スラリーもしくは分散体又はそれらの組み合わせの形態であってよい。レンガ、ロッド又はタイルなどの固体材料の場合には、材料は、材料を所望の形状にキャスティング、モールド成形、押出、詰め込み又はプレス加工することによって形成することができる。スラリー、分散体又はフォームなどの液体又は半固体形態は表面上又はキャビティ内に噴霧、ブラシ塗布又は注入によって適用し、又は、物体を液体に浸漬してコーティングを提供することができる。断熱材を形成するための他の適切な方法は当業者に知られている。
【０１１０】
幾つかの実施形態において、プレス加工は断熱材の特定の密度を達成するのに適切な圧力を加えることを含むことができる。例えば、プレス加工は約1〜約20キロニュートン（KN）又は約5〜約20KN又は約5〜約15KN又は約5〜約10KN又は約10〜約20 KN又は約10〜約15KNの圧力を課すことを含むことができる。特定の密度を達成するのに必要な圧力は、プレス、モールド及び/又は圧力が加えられる方法に依存しうる。
【０１１１】
幾つかの実施形態において、本技術による断熱材は、様々な物品又は構造のためのコーティングを提供することができる。例えば、断熱材は、金属、セラミック、ガラス、木材、ポリマー、粘土、コンクリート、ポリスチレン、レンガ、石膏、ジプロック（Gyprock）（登録商標）、天然又は合成石、天然又は合成繊維、カードボード、ラミネート、複合材料又はそれらの組み合わせを含む物品のコーティングとして使用されうる。
【０１１２】
本技術は2つの異種材料が互いに結合されたラミネート構造の製造に特に有用であることができる。したがって、幾つかの実施形態において、断熱材を用いてラミネート材料を形成することができる。例えば、材料は、織物、メッシュ又はハニカム材料（例えば、金属ベース又はポリマーベース）又は固体パネル（例えば、金属、木材又はプラスチック）を有するラミネートを形成するために使用されうる。幾つかの実施形態において、断熱材はラミネート構造の構造強度及び/又は断熱特性を改善するために、ラミネート材料の2つ以上の層の間に挟まれてよい。
【０１１３】
幾つかの実施形態において、断熱材は、本技術によるドア、壁、容器又は任意の固体断熱材のコーティングとして使用することができる。断熱コーティングは、物品の耐熱性及び/又は耐火性等級を改善することができる。それに加えて又はこれに代えて、コーティングは、コーティングされていない物品と比較して、劣化に対する耐性及び/又は耐水性を改善することができる。物品の耐火性は、当該技術分野における任意の適切な方法、例えば、防火のためのASTMまたはオーストラリア規格によって測定され得る。
【０１１４】
有利には、本技術の断熱材は、機械的強度を付与するために高温（例えば、>1200℃）での焼結を必要とする従来のセラミック材料よりも低い温度で処理又は乾燥することができる。これにより、断熱材の現場での形成及び乾燥が可能になる。低温で乾燥することの他の利点は、材料を製造するのに必要な時間、コスト、エネルギー及び労力の有意な削減を含むことができる。
【０１１５】
様々な実施形態において、断熱材は、レンガ又はセラミック材料を焼成するために必要な温度よりも低い温度で処理されうる。断熱材を強化するには、1000℃未満での焼成で十分であり得、かつ典型的なセラミックの焼成（すなわち> 1000℃）に必要とされるエネルギー要求を低減し得る。約1200℃を超える温度では、中空セラミック酸化物マイクロスフィア（例えば、セノスフェア）が軟化し、それによって材料の強度が低下する。幾つかの実施形態において、乾燥は室温で達成することができる。場合によっては、中程度の加熱、例えば約60〜80℃で乾燥を促進することができる。他の実施形態では、断熱材は高温に加熱することによって処理することができる。例えば、断熱材は、約1000℃まで加熱することによって処理することができる。例えば、断熱材の製造中の温度は、約1000℃又は約900℃又は約800℃又は約700℃又は約600℃又は約500℃又は約400℃又は約300℃又は約200℃又は約150℃又は約100℃又は約50℃又は約30℃又は約25℃又は約20℃であることができる。
【０１１６】
様々な実施形態において、断熱材の乾燥は、その場で行うことができる。例えば、幾つかの実施形態において、断熱材をスプレー（例えば、分散体）として塗布するか、又はスラリー又はフォームの形態でキャビティに充填することができる。他の実施形態において、材料は、構造物又は物体を完全に又は部分的にコーティングするために、ペイント、ペースト又はスラリーとして表面にブラシ塗布することができる。次いで、周囲の又は中程度の温度で乾燥させて、高温焼成を必要とせずに断熱材の所望の形態を生成することができる。
【０１１７】
伝統的なセラミック又は粘土は焼成中に有意な寸法変化を示すことがある。寸法変化としては、体積変化、質量変化又は体積変化と質量変化の両方を挙げることができる。本発明の発明者は、本技術の断熱材が伝統的なセラミックと比較して高温まで加熱したときに比較的良好な寸法安定性を示し、それが防火ドア、壁及び障壁及び炉などの高温用途に適していることを見出した。様々な実施形態において、断熱材は約1300℃までの熱にさらされたときに、約15％未満の質量損失及び/又は体積損失を有する。例えば、質量及び/又は体積損失は、1300℃まで加熱したときに、約15％又は約14％又は約13％又は約12％又は約11％又は約10％又は約9％又は約8％又は約7％又は約6％又は約5％又は約4％又は約3％又は約2％又は約１％未満であることができる。
【０１１８】
本発明の発明者はまた、本明細書に記載の断熱材が水中での寸法安定性も示すことを見出した。様々な実施形態において、断熱材は少なくとも約1年間水中で保存された場合に、約15％未満の質量損失及び/又は体積損失を有する。例えば、質量及び/又は体積損失は、少なくとも1年間水中で保存した場合に、約15％又は約14％又は約13％又は約12％又は約11％又は約10％又は約9％又は約8％又は約7％又は約6％又は約5％又は約4％又は約3％又は約2％又は約1％未満であることができる。幾つかの実施形態において、質量及び/又は体積損失は、少なくとも約1年又は約2年又は約3年又は約4年又は約5年又は約6年又は約7年又は約8年又は約9年又は約10年で約15％未満であることができる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載の断熱材は水中で例外的に良好な寸法安定性を示すことができる。少なくとも約1年、例えば約2年又は約3年又は約4年又は約5年間又は約6年又は約7年又は約8年又は約9年又は約10年水中で保存した場合に、質量及び/又は体積損失は約1〜2％未満であることができる。
【０１１９】
本発明の発明者はWO 2002/040398として公開されている物品にゾル-ゲル誘導ナノコーティングを適用するためのプロセスを以前に開発しており、その全内容を相互参照により本明細書中に取り込む。本発明の発明者は、例えば、材料の強度及び/又は断熱特性をさらに改善するために、ゾル-ゲル誘導セラミック酸化物ナノコーティングを本技術の断熱材に適用することができることを見出した。したがって、幾つかの実施形態において、断熱材はゾル-ゲル誘導セラミック酸化物ナノコーティングでさらにコーティングされてもよい。
【０１２０】
幾つかの実施形態において、セラミック酸化物ナノコーティングは約500nm未満、例えば約500nm又は約450nm又は約400nm又は約350nm又は約300nm又は約250nm又は約200nm又は約150nm又は約100nm又は約50nm未満であることができる。幾つかの実施形態において、WO 2002/040398に記載された手順に従って、セラミックゾル-ゲル誘導ナノコーティング溶液の分散体を断熱材上に噴霧することによって、ナノコーティングを適用することができる。
【０１２１】
セラミック酸化物ナノコーティングは、任意の適切なセラミック酸化物ナノ粒子を含むことができる。例えば、適切なコーティングは、発明者により、例えばChoi ら, 'Advances in Calcium Phosphate Nano-coatings and Nano-composites' , Besim Ben-Nissan (ed) Advances in Calcium Phosphate Biomaterials, (Springer Heidelberg, 2014), 485-511に以前から記載されている。幾つかの実施形態において、ゾル-ゲル誘導セラミック酸化物ナノコーティングは、シリカ、アルミナ、部分安定化ジルコニア、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム又はそれらの組み合わせのナノ粒子を含むことができる。
【０１２２】
幾つかの実施形態において、ナノ粒子は約300nm未満の粒子サイズを有することができる。幾つかの実施形態において、平均粒子サイズは約300nm未満である。例えば、粒子サイズは、約10〜約300nm又は約10〜約200nm又は約30〜約300nm又は約10〜約150nm又は約50〜約300nm、例えば、約300, 250, 200, 150, 100, 50又は10nmであることができる。
【０１２３】
ナノコーティングを調製するための典型的な方法は、
（ａ）セラミック酸化物の前駆体を含有する溶液を調製すること、
（ｂ）本技術による断熱材又はその一部を工程（a）の溶液中に浸漬すること、
（ｃ）工程（b）の断熱材を加熱して、セラミック酸化物前駆体を加水分解すること、
の工程を含むことができる。
【０１２４】
工程（ｃ）はセラミック酸化物前駆体を加水分解するのに十分な時間、十分な温度に加熱すること、例えば約70℃〜130℃で24時間加熱することを含むことができる。幾つかの実施形態において、工程（c）は、浸漬された材料を、結晶性酸化物を形成するのに十分な時間、十分な温度に加熱すること、例えば約500℃〜約1000℃で2時間加熱することを含むことができる。幾つかの実施形態において、工程（c）は断熱材の乾燥と同時に行うことができる。温度及び時間は、例えば、特定のセラミック酸化物前駆体、コーティングの粒子サイズ及び/又は厚さに依存することは当業者に理解されるであろう。
【０１２５】
本技術による断熱材の強度は当該技術分野で公知の任意の適切な方法によって測定することができる。例えば、断熱材の圧縮強度は、圧縮下で破壊前に材料に加えることができる応力又は圧力の量を指し、例えば、固体材料に対する3点及び4点曲げ試験、圧縮試験、二軸試験及び/又は直径圧縮試験（「ブラジル試験」）によって測定することができる。本明細書に記載される材料の熱容量、熱膨張係数及び熱伝導率などの断熱特性又は熱特性を測定する方法も当業者に知られている。
【０１２６】
本技術は、幅広い用途に適用可能であるという利点を有する。断熱材の用途の非限定的な例としては以下のものが挙げられる。
a.固体ブロック、レンガ又はパネルなどの建築用耐火断熱材の製造、
b.防火ドア又はドアのコーティングなどの堅固なドアの製造、
c.構造的及び非構造的壁及び天井の製造、
d.軽量のビルディングブロック及びレンガの製造、
e.断熱充填材としての建築産業などにおける使用のための繊維強化材料の製造、
f.防音及び断熱材又は障壁として機能するためのフォームとしての建物又は構造の壁及び天井キャビティの充填、
g.水中構造物の製造、
h.緊急シェルターの建設などのためのモジュラー構造材料を製造するための、プラスチック、木材又はカードボードなどの材料のコーティング、
i.断熱のための屋根材（例えば、タイル）のコーティング、
j.ガーダ及び構造用金属の耐火性コーティング、
k.建物基礎充填材ブロック（例えば、ポリスチレンブロックの代替物として）、
l.安全バンカーなどの地下構造の製造、
m.危険材料又は火災安全のための封じ込め区域の建設、
n.耐火性の航空及び海上輸送用容器などの貯蔵及び安全コンテナの建設、
o.建物、工場及び鉱山における熱封じ込め及び耐熱安全区域の建設、
p.ファーネス（炉）又は焼却炉の建設、
q.ラミネート又はハニカム構造などの繊維強化複合材の製造、
r.電話又は3D印刷物などの電子機器のための耐熱/耐火性コーティング又はカバーの製造、
s.長期間の熱保持のための熱保持調理用用具、容器、プレート及び器具、例えば、航空機食品容器の製造、
t.調理器具及び用具のための耐熱性コーティング、
u.ガス、熱及び/又は煙を検知することができるセンサ及び他の応答デバイスのハウジング、例えば「スマートドア」及び「スマート構造物」の製造、
v.ガーデニング又は屋外貯蔵に使用するなどのための、耐水性軽量容器の製造、
w.高速道路などのための、耐水性で容易に組み立てられる軽量壁パネルの製造、
x.屋内及び屋外床タイルの製造、
y.炉、タンディッシュ、るつぼ又は、例えば、鉱業又はキャスティング産業で使用される他の容器又はベッセルのためのコーティング、
z.鉱山又は鉱石輸送におけるダストを抑制するためのコーティング材としての使用。
【０１２７】
広範に記載された技術の趣旨又は範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に示されるような技術に多くの変更及び/又は修正がなされうることは当業者に理解されるであろう。したがって、本実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないと考えられるべきである。
＜実施例＞
【０１２８】
例1：サンプル組成物の調製
４つのサンプル組成物を表１に示すとおりに調製した。セラミック酸化物及び無機バインダは様々であったが、典型的なセラミック酸化物には、シリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム及び/又は部分安定化ジルコニア及びそれらの組み合わせが含まれていた。典型的なバインダはオルトリン酸カルシウム、オルトリン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム及び/又はケイ酸カルシウム及びそれらの組み合わせであった。
【０１２９】
フライアッシュは石炭火力発電所から得られ、使用前に2時間1000℃で乾燥された。使用した粘土はセラミック製造に使用される市販のボールクレーであり、110℃で2時間乾燥した。
【０１３０】
典型的な手順において、セラミック酸化物、フライアッシュ及び粘土を乾燥粉末として提供した。無機バインダを水中懸濁液として提供し、乾燥成分と室温で混合してスラリーを形成した。所望のスラリー粘度を得るために、必要に応じて追加の水（組成物の固形分に対して約300wt％まで）を添加してもよい。
【表１】
2018524261.tif 000002
【０１３１】
例2：断熱材の製造
種々の断熱材を例1の組成物A〜Dを用いて調製した。これらの材料に関する調製及び観察の要約を表2に示す。
【０１３２】
繊維強化複合材料
組成物B及びCから調製したスラリーを、モールド内でガラス繊維マットの層（5又は6層）の間に注入することによって堆積させた。乾燥を室温で行い、繊維強化複合材料を固体プレートとして製造した。
【０１３３】
コーティングされた木及びカードボード
木片及びカードボード片を、組成物A、B及びCから調製したスラリーを用いてブラシ塗布し又は該スラリーに浸漬することによって部分的にコーティングした。乾燥を室温で行い、平均厚さ約3mmのコーティングを提供した。
【０１３４】
断熱されたカードボードシリンダー及びラミネート化されたカードボードも、組成物B及びCを用いて調製された。カードボードシリンダーは組成物B又はCのスラリーをシリンダーの外面にブラシ塗布することによってコーティングされ、ラミネート化されたカードボードは組成物B又はCのスラリー中にカードボードを浸漬することにより調製した。幾つかのコーティングは乾燥成分の混合の間に添加されたガラス繊維又は麻繊維をさらに含んでいた。乾燥は室温又は60℃で行った。
【０１３５】
コーティングされたガラス
断熱ガラスは組成物B及びCから調製されたスラリーでスライドガラスをコーティングすることによって調製した。同じスラリーを用いて、スライドガラスをスラリーに浸漬することによって、又は、スラリーをスライドガラスにブラシ塗布することによって、コーティングを調製した。スライドガラスはまた、組成物B及びCから調製したパワースプレーコーティングによってコーティングされた。乾燥は室温又は60℃で行った。
【０１３６】
固体レンガ
組成物B及びDを用いて断熱レンガ及びタイルを調製した。成分をセメントミキサーで混合して粘性スラリーを調製した。次いで、混合物をモールドに注入又は詰め込み、空気乾燥した。空気乾燥した組成物を、意図する用途に応じて、炉内で60℃、200℃、500℃又は1000℃で焼成した。例えば、構造タイルを製造するには一般に200℃で十分であり、500℃〜1000℃は建設用レンガに要求されるような良好な高温強度を与える。
【０１３７】
また、組成物Aのスラリーを油圧金属プレスで約5〜10キロニュートン（KN）で圧縮してレンガを製造した。得られたレンガを空気乾燥し、次いで、炉内で500℃で焼成した。
【０１３８】
タイル
約100×100×10mmの寸法を有するタイルを、組成物A、B又はDのスラリーを油圧金属プレス中で5〜10KNの圧力でプレスすることによって調製した。タイルを室温で空気乾燥した後に、200℃、500℃又は1000℃で1時間焼成した。
【０１３９】
組成物Aから調製し、500℃で焼成したタイルを、WO 2002/04039に記載の手順に従って、ゾル-ゲル誘導ジルコニアナノコーティングでさらにコーティングした。ナノコーティングを70℃で8時間乾燥させ、次いで、ゆっくりと500℃まで加熱し（15分間保持）、室温まで放冷した。
【０１４０】
固体円筒形ブロック
組成物B、C及びDを使用して、直径約8mmの固体円筒形ブロックを調製した。各組成物を油圧金属プレスで5〜10KNの圧力にてプレスした。得られた円筒形ブロックを室温で乾燥し、次いで、200℃、500℃又は1000℃で1時間焼成した。
【０１４１】
約18mmの直径の固体円筒形ブロックはまた、組成物Bを使用して調製した。スラリーを円筒形モールドに注入し又は詰め込み、室温で乾燥し、60℃に処理したか、又は、1000℃で1時間焼成した。
【０１４２】
固体ロッド及びバー
組成物B、C及びD（表1）を用いて断熱ロッド及びバーを製造した。組成物B、C及びDのスラリーを押出成形してロッドを形成するか、又はモールド内でプレス加工してバーを形成した。ロッド及びバーは、追加のバインダなしで乾燥する前に、互いに又は他の同様の材料に接着させることができる。乾燥は室温で行った。
【０１４３】
コーティングスチールバー及びシートメタル
スチールバー及びシートメタルは、水で洗浄し、次いで、アセトン又はアルコール（エタノール）で洗浄してグリース又は油を除去することによって調製された。バーは、組成物Bを用いたブラシ塗布又はパワースプレーコーティングによって部分的にコーティングした。また、様々な色強度を達成するために、着色剤として1〜5wt％の酸化第二鉄（Fe 2O3）を含む同一の組成物でバーを部分的にコーティングした。コーティングを室温又は60℃で1時間乾燥させた。
【０１４４】
組成物Bで事前コーティングし、60℃で乾燥したシートメタルのサンプルをWO2002/04039に記載の手順によってゾル-ゲル誘導シリカナノコーティングでさらにコーティングし、室温で24時間乾燥した。
【表２】
2018524261.tif 000003
【表３】
2018524261.tif 000004
【０１４５】
例3：断熱特性
例1の手順で２つの固体断熱ブロックを製造した。ブロックBBN1209を組成物Bから調製し、ブロックBBN0109を組成物Cから調製した。
【０１４６】
BBN1209及びBBN0109の耐熱性を、バーミキュライト含有工業用断熱性ブロック（INS1209）と比較した。これは、炉内でブロックを1000℃にて100分間加熱することによって測定した。図2は、バーミキュライト断熱体（INS1209）の外壁の温度が120℃に達したのに対して、BBN1209及びBBN0109の外壁はそれぞれ約105℃及び80℃に達したことを示す。
【０１４７】
BBN0109の温度を1000℃で合計350分間維持し、その間に外壁温度は80℃を超えなかった。
【０１４８】
この結果は、本技術により調製された断熱材は、従来のバーミキュライト断熱材よりも高い耐熱性を有し、耐熱性は長期にわたって一定であることを示している。
【０１４９】
例4：寸法安定性
例1の手順に従って製造した本技術の固体断熱材（BBN1209）の寸法安定性を、工業用断熱固体バーミキュライト材料（INS1209）の寸法安定性と、各材料の寸法変化（体積）及び質量損失％を様々な温度で測定することにより比較した。
【０１５０】
炉内で1000℃にて1時間焼成し次いで室温まで冷却した後に寸法（体積）変化率（％）及び％質量損失を測定した。この実験を1100℃、1200℃及び1300℃で繰り返した。代表的な炉サイクルを図3に示す。
【０１５１】
図1及び表3は3つの複製物の1000℃、1100℃、1200℃及び1300℃での焼成後の平均％寸法変化及び％質量損失を示し、本技術の断熱レンガは1000〜1300℃の温度範囲にわたってバーミキュライトより大きな寸法安定性を有することを示している。表3はまた、1100℃及び1200℃での焼成の温度の関数としての平均％質量損失を示す。
【表４】
2018524261.tif 000005
【０１５２】
例5：耐水性
組成物A、B及びCから高圧（5〜10KN）下で製造され、60℃、200℃又は500℃で焼成された押出しロッドを、密閉されていないガラス容器のガラス中で水中に貯蔵した。 必要に応じて水位を補充し、ロッドが水没したままにした。長期貯蔵後にロッドの目に見える劣化は観察されなかった。
【０１５３】
ロッドの強度は、水中に貯蔵されなかった同様のロッドの強度と同等であることが判明し、これらの材料は水中用途にも適していることが示唆された。
【０１５４】
広範に記載された技術の趣旨又は範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に示されるように、本発明に対して様々な変形及び/又は修正がなされうることは、当業者に理解されるであろう。 したがって、本実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないものと考えられるべきである。
【図１】
2018524261.tif 000006
【図２】
2018524261.tif 000007
【図３】
2018524261.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月16日(2017.5.16)
【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】
（ａ）1〜80wt％のセラミック酸化物、
（ｂ）5〜30wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｃ）1000℃未満の温度で処理された、断熱材であって、
バーミキュライトを含まない、断熱材。
【請求項２】
5〜80wt％のセラミック酸化物を含む、請求項１記載の断熱材。
【請求項３】
10〜80wt％のセラミック酸化物を含む、請求項２記載の断熱材。
【請求項４】
前記セラミック酸化物は平均粒子サイズが350μm未満である、請求項１〜３のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項５】
前記セラミック酸化物は平均粒子サイズが30〜300μmである、請求項４記載の断熱材。
【請求項６】
前記セラミック酸化物は酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、アルミナ、シリカ、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ジルコニウム、アルミン酸ニッケル、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、ジルコン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１〜５のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項７】
5〜30wt％の無機結合剤を含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項８】
5〜25wt％の無機結合剤を含む、請求項７記載の断熱材。
【請求項９】
前記無機結合剤は平均粒子サイズが350μm未満である、請求項１〜８のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１０】
前記無機結合剤は平均粒子サイズが30〜300μmである、請求項９記載の断熱材。
【請求項１１】
前記無機結合剤はオルトリン酸カルシウム、オルトリン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１〜１０のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１２】
10〜80wt％のフライアッシュをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１３】
10〜80wt％の粘土をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１４】
添加剤をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１５】
前記添加剤は着色剤、繊維、分散剤、界面活性剤、焼結助剤、ステアリン酸塩潤滑剤、非酸化物セラミック又はそれらの任意の組み合わせからなる群より選ばれる、請求項１４記載の断熱材。
【請求項１６】
建築材料、レンガ、タイル、パネル、ロッド、シリンダー、ブロック、ボード、プレート、ラミネート、フォーム、ペイント、ペースト、スラリーもしくは分散体又はそれらの組み合わせの形態である、請求項１〜１５のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１７】
セラミック酸化物ナノコーティングをさらに含む、請求項１〜１６のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項１８】
前記ナノコーティングは平均厚さが500nm未満である、請求項１７記載の断熱材。
【請求項１９】
前記ナノコーティングはシリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、部分安定化ジルコニア又はそれらの組み合わせを含む、請求項１７又は請求項１８記載の断熱材。
【請求項２０】
前記ナノコーティングは平均粒子サイズが300nm未満である、請求項１７〜１９のいずれか１項記載の断熱材。
【請求項２１】
（ａ）20〜80wt％のフライアッシュ、
（ｂ）10〜80wt％の粘土、
（ｃ）1〜40wt％のセラミック酸化物、
（ｄ）5〜30wt％の無機結合剤、
を含み、そして、
1000℃未満の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２２】
（ａ）75wt％のセラミック酸化物、
（ｂ）25wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｃ）20℃〜1000℃の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２３】
（ａ）18wt％のフライアッシュ、
（ｂ）36wt％の粘土、
（ｃ）18wt％のセラミック酸化物、
（ｄ）28wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｅ）20℃〜1000℃の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２４】
（ａ）30wt％の粘土、
（ｂ）40wt％のセラミック酸化物、
（ｃ）30wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｄ）20℃〜1000℃の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２５】
（ａ）50wt％のフライアッシュ、
（ｂ）15wt％の粘土、
（ｃ）5wt％のセラミック酸化物、
（ｄ）30wt％の無機結合剤、
を含み、そして
（ｅ）20℃〜1000℃の温度で処理された、請求項１記載の断熱材。
【請求項２６】
（ａ）1〜80wt％のセラミック酸化物、1〜30wt％の無機結合剤及び水を混合してスラリーを形成すること、
（ｂ）前記スラリーを成形体に成形すること、及び、
（ｃ）前記成形体を1000℃未満の温度で処理して断熱製品を製造すること、
を含む、断熱製品の製造方法であって、
前記断熱製品がバーミキュライトを含まない、断熱製品の製造方法。
【請求項２７】
前記セラミック酸化物は平均粒子サイズが350μm未満である、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記セラミック酸化物は酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、アルミナ、シリカ、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ジルコニウム、アルミン酸ニッケル、リン酸ナトリウム、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化ジルコニウム、ジルコン酸マグネシウム、ジルコン酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項２６又は２７記載の方法。
【請求項２９】
工程（ａ）は5〜30wt％の無機結合剤を混合することを含む、請求項２６〜２８のいずれか１項記載の方法。
【請求項３０】
前記無機結合剤は平均粒子サイズが350μm未満である、請求項２６〜２９のいずれか１項記載の方法。
【請求項３１】
前記無機結合剤はオルトリン酸カルシウム、オルトリン酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる、請求項２６〜３０のいずれか１項記載の方法。
【請求項３２】
工程（ａ）は10〜80wt％のフライアッシュを混合することをさらに含む、請求項２６〜３１のいずれか１項記載の方法。
【請求項３３】
工程（ａ）は10〜80wt％の粘土を混合することをさらに含む、請求項２６〜３２のいずれか１項記載の方法。
【請求項３４】
工程（ａ）は添加剤を混合することをさらに含む、請求項２６〜３３のいずれか１項記載の方法。
【請求項３５】
前記添加剤は着色剤、繊維、分散剤、界面活性剤、焼結助剤、ステアリン酸塩潤滑剤、非酸化物セラミック及びそれらの任意の組み合わせからなる群より選ばれる、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記製品は建築材料、レンガ、タイル、パネル、ロッド、シリンダー、ブロック、ボード、プレート、ラミネート、フォーム、ペイント、ペースト、スラリーもしくは分散体又はそれらの組み合わせである、請求項２６〜３５のいずれか１項記載の方法。
【請求項３７】
工程（ｂ）はキャスティング、注入、噴霧、射出、モールド成形、押出、詰め込み又はプレス加工を含む、請求項２６〜３６のいずれか１項記載の方法。
【請求項３８】
工程（ｃ）は室温で乾燥することを含む、請求項２６〜３７のいずれか１項記載の方法。
【請求項３９】
前記断熱製品をセラミック酸化物ナノコーティングでコーティングすることをさらに含む、請求項２６〜３８のいずれか１項記載の方法。
【請求項４０】
前記ナノコーティングは平均厚さが500nm未満である、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記ナノコーティングはシリカ、アルミナ、ケイ酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、部分安定化ジルコニア又はそれらの組み合わせを含む、請求項３９又は請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
請求項２６〜４１のいずれか１項記載の方法によって製造される断熱製品。
【請求項４３】
請求項１〜２５のいずれか１項記載の断熱材で物品を少なくとも部分的にコーティングすることを含む、物品の耐熱性を改善する方法。
【国際調査報告】
2018524261.tif 000009
2018524261.tif 000010
2018524261.tif 000011