(57)【要約】  本発明は無機エアロゲルの製造方法に関し、前記方法が、ゲル化時間ｔＧで無機ゲルの形成に適した組成物（Ｉ）を用意する工程と、噴霧時間ｔＳで前記組成物（Ｉ）を超臨界二酸化炭素中に噴霧してゲル粒子を得る工程と、工程（ｉｉ）で得られたゲル粒子を超臨界液体抽出により乾燥させる工程とを含み、ここでは、ｔＳ：ｔＧ比が０．２〜０．９９の範囲にある。さらに、本発明は、このような無機エアロゲル、及び本発明による無機エアロゲルを特に医学的、生物医学的及び薬学的応用に又は断熱に使用する方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機エアロゲルの製造方法であって、
（ｉ）ゲル化時間ｔＧで無機ゲルの形成に適した組成物（Ｉ）を用意する工程と、
（ｉｉ）噴霧時間ｔＳで前記組成物（Ｉ）を超臨界二酸化炭素中に噴霧してゲル粒子を得る工程と、
（ｉｉｉ）工程（ｉｉ）で得られたゲル粒子を超臨界液体抽出により乾燥させる工程と、
を含み、ｔＳ：ｔＧ比が０．２〜０．９９の範囲にある、方法。
【請求項２】
前記無機エアロゲルがシリカ系エアロゲルである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
組成物（Ｉ）が少なくとも１種のアルコキシシランを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ｔＳ：ｔＧ比が０．４〜０．９５の範囲にある、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記組成物（ｉ）がさらなる添加剤を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記二酸化炭素が、工程（ｉｉｉ）による超臨界液体抽出に使用される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得られうる無機エアロゲル。
【請求項８】
前記無機エアロゲルがシリカ系エアロゲルである、請求項７に記載のエアロゲル。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の無機エアロゲル、又は請求項１から６のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得られうる無機エアロゲルを、医学的及び薬学的応用に、食品の添加剤として、触媒担体として、センサーの製造に、又は断熱に、使用する使用方法。
【請求項１０】
前記無機エアロゲルがシリカ系エアロゲルである、請求項９に記載の使用方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無機エアロゲルの製造方法に関し、前記方法が、ゲル化時間ｔＧで無機ゲルの形成に適した組成物（Ｉ）を用意する工程と、噴霧時間ｔＳで前記組成物（Ｉ）を超臨界二酸化炭素中に噴霧してゲル粒子を得る工程と、工程（ｉｉ）で得られたゲル粒子を超臨界液体抽出により乾燥させる工程とを含み、ここでは、以下に相対噴霧時間とも称されるｔＳ：ｔＧ比が０．２〜０．９９の範囲にある。さらに、本発明は、このような無機エアロゲル、及び本発明による無機エアロゲルを特に医学的、生物医学的及び薬学的応用に又は断熱に使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無機エアロゲルのような多孔性材料は、様々な用途に適している。数ミクロン又は明らかにそれ未満の範囲のサイズの細孔、及び少なくとも７０％の高い多孔度を有する多孔性材料は、例えば、理論的考察に基づいて、特に良好な断熱材である。
【０００３】
有機及び無機エアロゲル及びキセロゲルも、それらの製造方法も当該分野で公知である。小さい平均孔径を有するこのような多孔性材料は、例えば、ゾル−ゲル法及び続く乾燥により製造されるエアロゲル又はキセロゲルの形態のものであり得る。ゾル−ゲル法では、反応性有機ゲル前駆体に基づくゲルをまず製造し、その後そのゾルを架橋反応によりゲル化してゲルを形成する。多孔性材料（例えばエアロゲル）を得るため、液体を除去しなければならない。簡単にするために、以下、この工程を乾燥と称する。
【０００４】
金属酸化物又は金属アルコキシドを出発化合物として使用するゾル−ゲル法には、典型的に、前駆体物質の加水分解、並びに重合及びゲル化を起こる縮合反応のバッチを含む。場合によっては、バッチ手順に制限がある。代わりに、粒子沈殿を使用する方法が利用できる。
【０００５】
ＥＰ１１９９２８０には、１〜５０ＭＰａの圧力及びプロトン性溶媒でＣＯ２含有のオートクレーブ中で霧化することにより、溶液又は懸濁液から金属カルコゲニドを製造する方法が開示されている。ここで、ＣＯ２は、還元、酸化又は不均化によって最終生成物を生成するのに必要なプロトン性溶媒中の酸として作用する。次いで、不活性担持材料粒子の表面上に形成された沈殿物を、超臨界ＣＯ２で溶媒を段階的に抽出することにより回収する。
【０００６】
ＵＳ２００８０１５２７１５には、超臨界ＣＯ２を含有する反応器中にビタミンＫ及び生分解性ポリマーの溶液を噴霧することによるナノ粒子治療剤の調製方法が開示されている。バイポーラポリマーは、溶媒及び超臨界ＣＯ２を迅速に混合することによって沈殿する粒子の凝集を防止するための界面活性剤として最も重要である。粉末状生成物を収集する前に、粒子が残留溶媒に再溶解することを防止するために、溶媒の完全な段階的抽出が必要である。
【０００７】
ＷＯ２００２０３２４６２には、活性物質の微細粒子及び有機溶媒に溶解されたホスト分子としてのシクロデキストリンを製造する方法が開示されている。この溶液を、霧化チャンバーに入れる直前に、オリフィスにより超臨界ＣＯ２と接触させて、逆溶媒（anti-solvent）効果による沈殿を誘導する。新鮮なＣＯ２でチャンバーをパージして、減圧した後、粒子を濾過床から回収することができる。
【０００８】
ＧＢ２３２２３２６には、対向する２つの入口ノズルを有するデュアル噴射モードで、超臨界流体（ＳＥＤＳ）による溶液増強分散を使用してニコチン酸の微粒子を調製する方法が開示されている。１つのノズルは超臨界ＣＯ２の流れとエタノール中のニコチン酸の流れを互いに平行に噴霧し、第２のノズルは第１のノズルの方向に超臨界ＣＯ２を噴霧する。ノズルの直径は粒径を決定する。ここでは、溶媒から物質を抽出し、それらの粒子状物質を調製するために、超臨界ＣＯ２を使用する。
【０００９】
ＵＳ２００３１０９４２１には、溶媒の逆溶媒抽出法によって温度感受性物質の粒子を製造する方法が開示されている。標的物質の溶液又は懸濁液は、第１の位置を通って粒子形成容器に入れ、超臨界抗溶媒は、さらなる下流の第２の位置を通って、粒子形成を促進するために、抗溶媒が溶媒を抽出することを可能にする特徴的な角度で同じ容器に入れる。粒子形成容器は、逆溶媒の臨界値よりも高い温度及び圧力に維持される。
【００１０】
ＵＳ２００９２５８１３２には、脂肪、炭水化物又はポリペプチドの水性エマルジョンとＣＯ２のような超臨界担体媒体との混合物を沈殿ユニットに噴霧することによって食用の感熱性粒子を製造する方法が開示されている。これにより、一定量のＣＯ２を封入しながら、水性媒体から材料を抽出して、球形の発泡粒子の形成を誘導する。減圧後にフィルター又はサイクロンにより、粒子の分離を行う。
【００１１】
Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊ．２０１３，２２８，６２２は、ゾル−ゲル反応から出発するイットリア安定化のジルコニアナノ粒子の製造のための圧縮逆溶媒（ＰＣＡ）法を使用する半連続沈殿を開示している。記載された方法において、２つの出発物質をイソプロパノールに溶解し、超臨界ＣＯ２（３５０℃、２３ＭＰａ）を予備充填した反応容器中に硝酸及び反応混合物を添加することによって縮合反応を開始する。粒径は、容器内の反応物質の機械的撹拌の速度によって影響される。手順の最後に、反応容器を減圧する。
【００１２】
Ｊ．ｏｆ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄｓ ２０１３，７５，８８−９３は、超臨界逆溶媒（ＳＡＳ）法によるシリカ微粒子の半連続的沈殿を開示している。粒子を形成する前に、ＴＥＯＳ及び酸性化された水／エタノール混合物からゲルを予備形成し、これを空気中、大気圧下で、２７７Ｋで３、８および２１日間熟成させた。沈殿は、抗溶媒として作用し、粒子から有機溶媒を除去する超臨界ＣＯ２（３１３Ｋ、１２０バール）の流体流に混合物を噴霧することによって達成された。新鮮な超臨界ＣＯ２で２時間洗浄した後、圧力を解放し、粒子を除去する。粒径は、過飽和度及び溶質濃度に依存することが見出された。
【００１３】
技術背景で開示された方法は、非反応性物質の粒子形成を記載しているか、又はＣＯ２充填のオートクレーブ中で試薬として作用するＣＯ２との化学反応を記載している（ＥＰ１１９９２８０）か、又は反応のための適切な圧力及び温度でＣＯ２中のナノ単位のジルコニア粒子の製造方法を記述している。全ての場合には、得られる粉末は十分に多孔性を有しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＥＰ１１９９２８０
【特許文献２】ＵＳ２００８０１５２７１５
【特許文献３】ＷＯ２００２０３２４６２
【特許文献４】ＧＢ２３２２３２６
【特許文献５】ＵＳ２００３１０９４２１
【特許文献６】ＵＳ２００９２５８１３２
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｊ．２０１３，２２８，６２２
【非特許文献２】Ｊ．ｏｆ ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄｓ ２０１３，７５，８８−９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明は、多孔性粒子を得るために、化学的ゲル形成工程とその後の乾燥工程とを直接に併合して１つのセットアップにした、小粒径及び高多孔率を有する無機エアロゲルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、この目的は、無機エアロゲルの製造方法により達成され、前記方法が、下記工程、
（ｉ）ゲル化時間ｔＧで無機ゲルの形成に適した組成物（Ｉ）を用意する工程と、
（ｉｉ）噴霧時間ｔＳで前記組成物（Ｉ）を超臨界二酸化炭素中に噴霧してゲル粒子を得る工程と、
（ｉｉｉ）工程（ｉｉ）で得られたゲル粒子を超臨界液体抽出により乾燥させる工程と、
を含み、ここで、ｔＳ：ｔＧ比が０．２〜０．９９の範囲にある。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
驚くべきことに、サイズ分布、最終のエアロゲルの多孔性及びその孔径分布などの粒子特性は、相対噴霧時間の選択によって主に解決することが見出された。このことは、エアロゲル粒子製のテーラーの製造を可能にする。
【００１９】
所定の粘度で所定の時間で組成物（Ｉ）を噴霧することが重要である。一般的には、ゲル化点の前に噴霧する必要がある系（すなわち、この系は一定の流動性度を有することが必要である）が達成される。このような組成物（I）で振動レオメトリー測定を行う場合、系が流れることができる＝Ｇ’’＞Ｇ’限り、損失係数Ｇ’’は貯蔵弾性率Ｇ’より大きい。システムがもはや流れることができない場合、逆の状況（すなわち、貯蔵弾性率Ｇ’はＧ’’より大きい＝Ｇ’＞Ｇ’’）も正確である。したがって、ゲル化点は、Ｇ’がＧ’’に等しいか又はそれより大きくなるＧ’’＝Ｇ’≧Ｇ’’クロスオーバー点として与えられる。
【００２０】
本発明による方法は工程（ｉ）〜（ｉｉｉ）を含む。工程（ｉ）では、ゲル化時間ｔＧを有する無機ゲルを形成することに適した組成物（Ｉ）が用意される。工程（ｉｉ）では、この組成物（Ｉ）を噴霧時間ｔＳで超臨界二酸化炭素に噴霧して、ゲル粒子が得られる。工程（ｉｉ）で得られたゲル粒子が、超臨界液体抽出によって乾燥される。この明細書において、ゲル化時間ｔＧは、ゲル形成を開始するから強い粘度増加によって示されるゲルが形成されるまでの時間として定義される。ゲルが、無機前駆体の酸加水分解及び次の塩基誘導ゲル形成によって形成される場合、ゲルを形成する成分を混合することによってゲル形成を開始する。したがって、ゲル化時間ｔＧは、ゲルを形成する成分を混合するからゲルを形成したまでの時間である。噴霧時間ｔＳは、成分を混合するから組成物（Ｉ）が超臨界二酸化炭素中に噴霧されるまでの時間として定義される。本発明によれば、ｔＳ：ｔＧ比は０．２〜０．９９の範囲にある。本発明によれば、噴霧時間ｔＳは、ゲル化時間ｔＧよりも小さく、換言すれば、ゲル化が終了する前であるように選択される。反応ゾルは、１０〜９９９ｍｌ/分の範囲の流速でオートクレーブ中に注入される。ここで、流速は、一定時間内に注入され、体積として提供されるオートクレーブへのゾル添加の速度である。
【００２１】
１つの特定の実施態様によれば、本発明は、反応剃ゾルを超臨界状態ＣＯ２で充填されるオートクレーブ中に噴霧することにより、エアロゲル粒子、特にシリカ系のエアロゲル粒子を製造する方法に関する。
【００２２】
この明細書において、組成物（Ｉ）は、ゲル化時間ｔＧ中で無機ゲルを形成することに適している。本発明によれば、無機ゲルは、有機成分も含むことができる。ゲル化時間は、方法の工程を行うことを可能にするように調整される。この明細書において、無機ゲルの形成に適する限り、任意の組成物を組成物（Ｉ）として使用してもよい。好適な前駆体を使用してもよい。原則的には、ゲルは、好適な前駆体の加水分解及び次の縮合（ゲル化）によって調製することができる。したがって、好ましくは、組成物（Ｉ）は、好適な溶媒又は溶媒混合物中の好適な前駆体、水、触媒又はそれらの混合物、及び任意に疎水化剤及び乳白剤を含む。
【００２３】
加水分解の程度は、平均で、個々のモノマーが平均して完全に加水分解されるまで所望のレベルに加水分解されるように制御される。個々の加水分解されたモノマーが、別のモノマーとの縮合反応を受けて、ポリマーとも呼ばれる結合のモノマーが形成される。また、加水分解されたモノマーが、ポリマーと反応して、より大きなポリマーが形成される。ポリマーは、２つ以上の結合したモノマーから構成される。少数のモノマーの結合は、オリゴマーとも呼ばれてもよい。より多数のモノマーの結合は、ポリマーをもたらすと言われている。全てのオリゴマーはポリマーであるが、全てのポリマーがオリゴマーではない。結合の形成は、加水分解／縮合反応のための触媒、水の増加、及び／又は前駆体濃度、並びに反応温度の変動の使用によって増強されてもよい。
【００２４】
好適な前駆体濃度は、例えば１５〜９０質量％、好ましくは２０〜８０質量％、より好ましくは２５〜７０質量％の範囲にある。疎水化剤の好適な濃度は、例えば０．５〜５５質量％、好ましくは０．７〜５０質量％、より好ましくは１〜４５質量％の範囲にある。水は、２〜４５質量％、好ましくは３．５〜３５質量％、より好ましくは５〜２５質量％の範囲の量で存在し得る。触媒は、０．０４〜５質量％、好ましくは０．０７〜４質量％、さらに好ましくは０．１〜３質量％の範囲の量で使用し得る。酸と塩基との組み合わせを使用する場合、酸の量と塩基の量との合計は、一般に、０．０４〜５質量％、好ましくは０．０７〜４質量％、さらに好ましくは０．１〜３質量％の範囲にある。
【００２５】
本発明の実施態様のためのゲル材料前駆体は、無機成分、又は有機成分と無機成分との混合物であってもよい。ゾルには触媒作用が及ぼされ、複数の方法によってゲル化を誘導することができる。例としては、希薄な金属酸化物ゾルのｐＨ及び／又は温度をゲル化が起こる点に調整することが含まれる。無機エアロゲルを形成することに適した材料は、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム、バナジウムなどの酸化物を形成することができる金属、遷移金属及び半金属の酸化物である。
【００２６】
無機エアロゲルの形成のための主要な合成手順は、適切な金属アルコキシドの加水分解及び縮合であってもよい。
【００２７】
ゲル化のための好適な前駆体は、当業者に公知である。本発明は、使用される前駆体（単数又は複数）の特性又はタイプに制限されない。前駆体（単数又は複数）は、無機材料、有機材料、又は無機／有機ハイブリッド材料の組み合わせてあってもよい。無機裁量の非限定の例には、金属、非金属及び半金属、シラン、シロキサン、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、レニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、ホウ素、アルミニウム、インジウム、シリコン、ゲルマニウム、スズ、鉛、ビスマス、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、フッ化マグネシウム、若しくはフッ化カルシウムのアルコキシド、アリールオキシド及びアセチル化物、又は上記の２種以上の任意の組み合わせが含まれる。さらに、前駆体は、以下又はそれらの同等のものの任意の誘導体を含んでもよい。例えば、Ｍｇ（ＯＲ）２、Ｃａ（ＯＲ）２、Ｓｒ（ＯＲ）２、Ｓｒ（ＯＲ）３、Ｓｃ（ＯＲ）３、Ｙ（ＯＲ）３、Ｌａ（Ｏｒ）３、Ｃｅ（ＯＲ）４、Ｐｒ（Ｏｒ）３、Ｎｄ（Ｏｒ）３、Ｓｍ（ＯＲ）３、Ｅｕ（ＯＲ）２、Ｅｕ（ＯＲ）３、Ｅｒ（ＯＲ）３、Ｙｂ（ＯＲ）３、Ｌｕ（Ｏｒ）３、Ｔｉ（ＯＲ）４、Ｚｒ（ＯＲ）４、Ｈｆ（ＯＲ）４、Ｖ（ＯＲ）３、Ｎｂ（ＯＲ）４、Ｎｂ（ＯＲ）５、Ｔａ（ＯＲ）４、Ｔａ（ＯＲ）５、Ｃｒ（ＯＲ）３、Ｃｒ（ＯＲ）４、Ｍｏ（ＯＲ）４、Ｗ（ＯＲ）４、Ｗ（ＯＲ）５、Ｗ（ＯＲ）６、Ｍｎ（ＯＲ）２、Ｒｅ（ＯＲ）５、Ｆｅ（ＯＲ）２、Ｆｅ（ＯＲ）３、Ｃｏ（ＯＲ）２、Ｎｉ（ＯR)２、Ｃｕ（ＯＲ）２、Ｚｎ（ＯＲ）２、Ｃｄ（ＯＲ）２、Ｈｇ（ＯＲ）２、Ｂ（ＯＲ）３、Ａｌ（ＯＲ）３、Ｉｎ（ＯＲ）３、Ｓｉ（ＯＲ）４、Ｇｅ（ＯＲ）４及びＳｎ(ＯＲ)４、Ｐｂ（ＯＲ）２、Ｂｉ（ＯＲ）３（式中、Ｒには、エチル、プロピル、イソ−プロピル、ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、アセチルを使用することができる）を含む（これに限定していない）金属アルコキシドからなる、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、エルビウム、イッテルビウム、ルテチウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、レニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、水銀、ホウ素、アルミニウム、インジウム、シリコン、ゲルマニウム、スズ、鉛及びビスマスの酸化物である。好ましくは、シリカ系の前駆体を使用する。
【００２８】
最も好適な金属アルコキシドは、個々の側鎖中に約１〜６個の炭素原子、好ましくは１〜４個の炭素原子を有するものである。このような化合物の特定の例には、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド、セリウムイソプロポキシド、ハフニウムｔｅｒｔ−ブトキシド、マグネシウムアルミニウムイソプロポキシド、イットリウムイソプロポキシド、チタンイソプロポキシド、ジルコニウムイソプロポキシドなどが含まれる。シリカ前駆体の場合、これらの材料は、低いｐＨで、ポリジエトキシシロキサンのようなポリケイ酸エステルのポリマーとして、部分的に加水分解及び安定化することが可能である。これらの材料は、Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓｉｌｂｏｎｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎなどの供給元から、アルコール溶液の形態で市販されている。予備重合シリカ前駆体は、本発明に記載のゲル材料の加工に特に好ましい。最も適切な加水分解性ポリマーは、アルコキシシリル含有のポリマーである。このような化合物の特定の例には、トリメトキシシリル含有のポリメタクリル酸メチル、トリエトキシシリル含有のポリメタクリル酸メチル、及びトリメトキシシリル含有のポリメタクリル酸ブチル、トリエトキシシリル含有のポリメタクリル酸ブチルなどが含まれる。これらのトリアルコキシシリル含有のポリメタクリル酸塩ポリマーは、トリメトキシシリルプロピルメタクリレートと共にメタクリル酸塩モノマーから合成される。メタクリル酸塩モノマーは、メタクリル酸メチル（以下、ＭＭＡとも称される）、メタクリル酸エチル（以下、ＥＭＡとも称される）、メタクリル酸ブチル（以下、ＢＭＡとも称される）、メタクリル酸ヒドロキシエチル（以下、ＨＥＭＡとも称される）、及びメタクリル酸ヘキサフルオロブチル（以下、ＨＦＢＭＡとも称される）を含み、これに制限されていない。トリメトキシシリルプロピルメタクリレートは、重合性メタクリレート成分と反応性トリメトキシシリル官能基の両方を有する。この化合物の加水分解及び縮合は、それをシリカネットワークに結合し、この化合物の重合は、それをポリメタクリレート（ＰＭＡ）相に結合する。原則として、この架橋剤は、シリカネットワークとポリメタクリレート直鎖ポリマーとの間のフックとして作用する。
【００２９】
アルコール溶液中の金属酸化物又は金属酸化物／ポリマーゾルのゲル化を誘導することは、本明細書において、アルコゲル法と称される。シリカ−ポリメタクリレートハイブリッドエアロゲルの調製は、例えば、ＵＳ２００５−０１９２３６６Ａ１に記載されている。
【００３０】
したがって、さらなる実施態様によれば、本発明は、上記の無機エアロゲルの製造方法に関し、ここでは、前記無機エアロゲルがシリカ系のエアロゲルである。
【００３１】
無機エアロゲル形成の方法における主要変数は、アルコキシドのタイプ、溶液ｐＨ、アルコキシド／アルコール／水の比及び温度、溶媒の特性、並びにアルコキシドの濃度を含む。変数の変化は、ゾル状態からゲル状態への変化にわたって、マトリックス種の成長及び凝集の制御を可能にすることができる。この変化を正確に制御できることに有用である。得られるエアロゲルの特性は、前駆体溶液のｐＨ及び反応物のモル比によって強く影響されるが、ゲルの形成を可能にする任意のｐＨ及び任意のモル比は、本発明の実施態様に使用してもよい。
【００３２】
反応温度は、０〜１００℃、好ましくは５〜７５℃、特に１０〜５０℃の範囲にあってもよい。ゾルの濃度、すなわち、溶媒中の試薬の濃度は、１０〜６５質量％、好ましくは１５〜６０質量％、特に２０〜５５質量％の範囲にあってもよい。
【００３３】
原則的には、二酸化炭素と混合できる、又は得られるゲルから溶媒の除去を可能にする十分な沸騰点を有する限り、任意の溶媒が使用することができる。一般的には、溶媒は、当技術分野で公知の他の液体が使用することができるが、低分子量の有機化合物、すなわち、１〜６個、好ましくは２〜４個の炭素原子を有するアルコールであろう。使用可能な溶媒は、例えば、ケトン、アルデヒド、アルキルアルカノエート、ホルムアミドのようなアミド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−エチルピロリドン、ジメチルスルホキシドのようなスルホキシド、脂肪族及び脂環式ハロゲン化炭化水素、ハロゲン化芳香族化合物、並びにフルオリン含有のエーテルである。上述の化合物の２種以上の混合物も同様に可能である。他の有用な液体の例には、酢酸エチル、アセト酢酸エチル、アセトン、ジクロロメタン、イソ−プロパノール、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、炭酸プロピレなどが含まれるが、これらに限定されない。
【００３４】
さらに可能な溶媒は、アセタール、特にジエトキシメタン、ジメトキシメタン及び１，３−ジオキソランである。
【００３５】
ジアルキルエーテル及び環状エーテルが、溶媒として同様に好適である。好ましいジアルキルエーテルは、特に、２〜６個の炭素原子を有するもの、特にメチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、メチルイソプロピルエーテル、プロピルエチルエーテル、エチルイソプロピルエーテル、ジプロピルエーテル、プロピルイソプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチルブチルエーテル、メチルイソブチルエーテル、メチルｔ−ブチルエーテル、エチルｎ−ブチルエーテル、エチルイソブチルエーテル、及びエチルｔ−ブチルエーテルである。好ましい環状エーテルは、特に、テトラヒドロフラン、ジオキサン及びテトラヒドロピランである。
【００３６】
アルデヒド及び／又はケトンは、溶媒として特に好ましい。溶媒として好適なアルデヒド及び／又はケトンは、特に、一般式Ｒ２−（ＣＯ）−Ｒ１（式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ、水素、又は１、２、３、４、５、６若しくは７個の炭素原子を有するアルキル基）に対応するものである。好適なアルデヒド又はケトンは、特に、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ｎ−ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、２−エチルブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、イソペンタアルデヒド、２−メチルペンタアルデヒド、２−エチルヘキサアルデヒド、アクロレイン、メタクロレイン、クロトンアルデヒド、フルフラール、アクロレインダイマー、メタアクロレインダイマー、１，２，３，６−テトラヒドロベンズアルデヒド、６−メチル−３−シクロヘキセンアルデヒド、シアノアセトアルデヒド、グリオキシル酸エチル、ベンズアルデヒド、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルｎ−ブチルケトン、メチルペンチルケトン、ジプロピルケトン、エチルイソプロピルケトン、エチルブチルケトン、ジイソブチルケトン、５−メチル−２−アセチルフラン、２−アセチルフラン、２−メトキシ−４−メチルペンタン−２−オン、５−メチルヘプタン−３−オン、２−ヘプタノン、オクタノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン及びアセトフェノンが挙げられる。また、上記のアルデヒド及びケトンは、混合物の形態で使用することができる。１置換基当たり３個以下の炭素原子を有するアルキル基を有するケトン及びアルデヒドは、溶媒として好ましい。
【００３７】
さらに好ましい溶媒は、アルキルアルカノエート、特に蟻酸メチル、酢酸メチル、蟻酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸エチル、三酢酸グリセリン及びアセト酢酸エチルである。好ましいハロゲン化溶媒は、ＷＯ ００／２４７９９、４頁１２行〜５頁５行に記載されている。
【００３８】
さらに好適な溶媒は、有機炭酸塩、例えば炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン又は炭酸ブチレンである。
【００３９】
多くの場合には、特に好適な溶媒は、上記の溶媒から選択される２種以上の完全混合性の化合物の使用により得られる。
【００４０】
本発明の方法を用いて製造されるゲル材料のタイプを同定した後、好適な金属アルコキシド−アルコール溶液、遷移金属アルコキシド−アルコール溶液又は半金属アルコキシド−アルコール溶液を製造する。シリカエアロゲル材料の製造に有用なシリカゲルビーズの製造において、好ましい成分は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、水及びエタノール（ＥｔＯＨ）である。以下の触媒は、ゲル化を誘導するために、ゾルのｐＨを変化することに使用することができる。任意の無機酸及び有機酸がゾルのｐＨを低下させることに使用されてもよいが、Ｈ３ＰＯ４、ＨＮＯ３、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４、ＨＦ、シュウ酸、安息香酸、サリチル酸、アクリル酸、イコサン酸、オクタデカン酸、ヘキサデカン酸、テトラデカン酸、ドデカン酸、デカン酸、ノナン酸、オクタン酸、ヘプタン酸、ヘキサン酸、ペンタン酸、ブタン酸、プロパン酸、エタン酸、メタン酸、クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、並びに、ジカルボン酸、例えばモルホリン酸又はアジピン酸、トリカルボン酸、例えばクエン酸、アミノ酸、例えばグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、キャスチン、スレオニン、メチオニン、プロリン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、アスパラギン、グルタミンが好ましい。より高いｐＨを生成するために、塩基、例えばＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮＨ３又はＮＨ４ＯＨを使用することができる。
【００４１】
したがって、さらなる実施態様によれば、本発明は、上記の無機エアロゲルの製造方法に関し、ここでは、組成物（Ｉ）が少なくとも１種のアルコキシシランを含む。
【００４２】
多くの実施態様において、前駆体（単数又は複数）は、部分的に又は完全に加水分解される。部分的加水分解の非制限の例には、少なくとも約１％、少なくとも約２％、少なくとも約３％、少なくとも約４％、少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約３０％、少なくとも約３５％、少なくとも約４０％、少なくとも約４５％、少なくとも約５０％、少なくとも約５５％、少なくとも約６０％、少なくとも約６５％、少なくとも約７０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、又は少なくとも約９５％を含む。加水分解前駆体（単数又は複数）は、縮合反応を容易に付し、したがって１種以上の触媒（単数又は複数）の使用に反応するので、有利に使用することができる。他の実施態様において、前駆体（単数又は複数）は、加水分解されていない形態で維持されるが、本発明の方法に使用される前に、加水分解され又は加水分解（例えば、非限定の例としては、加水分解剤と接触させること、又は加水分解条件への曝露が挙げられる）に付する。
【００４３】
任意に、触媒を使用することができる。本発明により使用される触媒は、固体又は液体の形態であってもよい。触媒の非限定的例としては、第１級、第２級、第３級の、アミン、アミジン及びアミノ酸、例えばエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、プロピレンジアミン、２，３−ジメチル−３，４，５，６−テトラヒドロピリミジン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルベンジルアミン、Ｎ−メチル−、Ｎ−エチル−、Ｎ−シクロヘキシルモルホリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−エチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−ブタンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−ヘキサジアミン、ペンタメチル−ジエチレントリアミン、テトラメチル−ジアミノエチルエーテル、ビス−（ジメチルアミノプロピル）−ウレア、ジメチルピペラジン、１，２−ジメチルイミダゾール、１−アザ−ビシクロ−（３，３，０）−オクタン及び１，４−ジアザ−ビシクロ−（２，２，２）−オクタン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン、ビス−（ジメチルアミノプロピル）−アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルウレア、Ｎ−（２−アミノプロピル）−イミダゾール、ヒスチジン、リシン、アルギニン、アスパラギン酸塩、グルタミン酸塩、並びに、アンモニア、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、又は水酸化ナトリウムが含まれる。
【００４４】
得られるエアロゲルの特性、特に形態は、前駆体溶液のｐＨに影響を強く受ける。溶液のｐＨは、主に加水分解及び縮合反応の速度を制御することにより、エアロゲルの加工に影響を与える。酸性条件下での低温エアロゲルにおいて、低温エアロゲル前駆体の加水分解は、一般に迅速であり、大量の金属水酸化物含有のモノマーは、モノマーが乾燥の間に、クラスター−クラスター生成によってゆっくりと縮合して架橋ゲルを形成するより製造される。塩基性条件下では、縮合反応は、加水分解反応よりも速く、制御されない限り新たに生成されたモノマーを迅速に消費することができる。この場合、ゲル化はモノマー−ダスター生成機構によって進行する。したがって、一般的には、特に低温シリカエアロゲルにおいて、柔軟性が重要な問題である場合、中性からわずかに塩基性の条件、すなわち、約７〜９のｐＨで、複合絶縁体が製造され、柔軟性が比較的に望ましくない場合、例えば、約１〜５のｐＨを使用することができる。
【００４５】
さらに、本発明によれば、好適な添加剤を使用してもよい。
【００４６】
最適な熱性能のために、熱伝達の放射成分を減少させるために、エアロゲルを不透明にすることができる。ゲル形成前の任意の時点で、ゲル前駆体を含む混合物中に不透明化化合物を分散させることができる。不透明化化合物の例には、Ｂ４Ｃ、珪藻土、マンガンフェライト、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ、Ａｇ２Ｏ、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＣ、ＷＣ、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタン、鉄、酸化チタン、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化鉄（Ｉ）、酸化鉄（ＩＩＩ）、二酸化マンガン、酸化チタン鉄（イルメナイト）、酸化クロム、炭化ケイ素又はそれらの混合物が含まれるが、これに制限されない。好ましくは、これらの不透明化成分は、赤外線スペクトルにおいて１．５〜１０μｍの波長範囲で最大値を示す。これらの成分の粒径は、好ましくは０．５〜１５μｍである。混合物中に適用される量は、好ましくは５〜２０質量％である。
【００４７】
したがって、さらなる実施態様によれば、本発明は、上記の無機エアロゲルの製造方法に関し、ここでは、前記組成物（ｉ）が添加剤をさらに含む。
【００４８】
ｔＧに影響を及ぼす要因は、例えば、前駆体と疎水化剤との比、水、触媒（酸／塩基）、反応温度、ゾル濃度、使用される溶媒のｐＨ及び特性である。
【００４９】
系において、前駆体及び疎水化剤と水との好ましい比は、１〜１０、より好ましくは１〜８、特に１〜６である。酸と塩基触媒との比は、１〜８００、より好ましくは１〜７００、特に１〜６００である。
【００５０】
工程（ｉｉ）によれば、噴霧時間ｔＳで前記組成物（Ｉ）を超臨界二酸化炭素中に噴霧してゲル粒子を得る。原則的には、組成物（Ｉ）の噴霧方法が公知である。本発明の一実施態様によれば、超臨界二酸化炭素を、例えばオートクレーブに用意し、反応組成物（Ｉ）を該オートクレーブに噴霧する。
【００５１】
好ましい実施態様によれば、オートクレーブ又は超臨界二酸化炭素を含有する容積は、粒子が、他のゲル粒子と直接接触させずに、二酸化炭素と相互作用するように配置される。この設定は、粒子および噴霧入口の詰まりを防止又は低減する。
【００５２】
典型的には、オートクレーブは、３５〜１００℃、好ましくは４０〜８５℃、特に４５〜７０℃の範囲の温度、及び７５〜２３０バール、好ましくは９０〜１８０バール、特に１０５〜１４０バールの範囲の圧力で運転される。
【００５３】
また、本発明の方法は、さらなる工程、例えば好適な処理工程を含むことができる。噴霧手順が終了すると、材料は、例えば、一定時間硬化することができる。
【００５４】
工程（ｉｉ）で得られたゲル粒子を、超臨界液体抽出により乾燥させる。
【００５５】
本発明の工程（ｉｉｉ）において、一般的には、当業者に公知の任意の方法を適用することができる。好ましくは、二酸化炭素は、工程（ｉｉｉ）による超臨界液体抽出に使用される。
【００５６】
さらなる実施態様によれば、本発明は上記の方法に関し、ここでは、二酸化炭素が、工程（ｉｉｉ）による超臨界液体抽出に使用される。
【００５７】
抽出の間、溶媒−ＣＯ２の混合物は、表面張力の低下により、ナノメートルサイズの細孔を崩壊させずに有機溶媒の除去が可能になる純粋なＣＯ２によって連続的に交換される。経済的効率の点から、ＣＯ２による超臨界液体抽出工程の量を低下することが好ましい。好ましくは、二酸化炭素による超臨界液体抽出は、ただ１サイクルまでに減少される。
【００５８】
超臨界抽出の終了時、圧力は、好適な時間消費と組み合わせて最適な材料特性を可能にする速度で放出され、粉末はオートクレーブから除去される。
【００５９】
ｔＳ：ｔＧ比を制御することは、優れた粒径及び多孔性を有する無機エアロゲルを得ることを可能にすることが見出された。
【００６０】
ｔＳ：ｔＧの好ましい比の範囲内で、高い表面積及び高い細孔容積を備える安定、乾燥且つ高い多孔性のエアロゲルを得る。
【００６１】
本発明によれば、ｔＳ：ｔＧ比は０．２〜０．９９の範囲にある。好ましくは、比は、０．４〜０．９５、好ましくは０．４５〜０．９０の範囲にあり、特に比は０．５０〜０．８５にある。
【００６２】
ｔＳ：ｔＧ比を制御して定義された表面積及び高い細孔容積を備えるエアロゲルを得ることが有利であることが見出された。驚いたことには、本発明の範囲外では、エアロゲル粒子を得ることができないか、又は不十分な特性を有する粒子のみを得ることができることが見出された。
【００６３】
したがって、さらなる実施態様によれば、本発明は上記の無機エアロゲルの製造方法に関し、ここでは、ｔＳ：ｔＧ比が０．４〜０．９５の範囲にある。
【００６４】
本発明によれば、反応ゾルは、１０〜９９９ｍｌ／分、好ましくは１５〜９５０ｍｌ／分、好ましくは２０〜９００ｍｌ／分の範囲の流速で、オートクレーブ中に注入され、特に流速は２５〜８５０ｍｌ／分の範囲にある。
【００６５】
本発明によれば、製造方法に疎水化剤を使用してエアロゲルの特性を変更することは可能である。好適な方法は当業者に公知である。一般的には、疎水化剤を反応混合物に添加する。好適な疎水化剤は、例えば低分子有機シラン又は高分子シリコンポリオールである。疎水化剤の好適な濃度は、例えば０．５〜５５質量％、好ましくは０．７〜５０質量％、より好ましくは１〜４５質量％の範囲にある。
【００６６】
有機シランについて、好ましくは、式Ｒｎ−Ｓｉ−Ｘ４−ｎ、Ｒ３Ｓｉ−Ｙ−ＳｉＲ３、ＲｎＳｉｎＯｎ及び／又は（ＣＨ３）３−Ｓｉ−（Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）２）ｎ−ＯＨ及びＨＯ−Ｓｉ（ＣＨ３）２−（Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）２）ｎ−ＯＨ（式中、ｎは１、２、３、４、５、６、７又は８であったてもよく、ＲはＣＨ３及び／又は−Ｈ、−Ｃ２Ｈ５を表し、ＸはＣｌ又はＢｒ、−ＯＣＨ３、−ＯＣ２Ｈ５、−ＯＣ３Ｈ７であり、ＹはＮＨ又はＯである）からなる群から選択される化合物を使用する。
【００６７】
好適な化合物は、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、モノメチルトリクロロシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルテトラシクロシロキサン又はヘキサメチルトリシクロシロキサンである。トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルシクロテトラシクロシロキサンが好ましく使用される。
【００６８】
好適な高分子シリコンポリオールは、５００〜２５００の範囲、例えば６００〜２０００の範囲の平均分子量を有してもよい。好ましくは、アルコキシ側鎖を有する高分子シリコンポリオールを使用する。好ましくは、式（ＣＨ３）３−Ｓｉ（Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）２）ｎ−（Ｑ）ｍ−Ｙ及びＹ−（Ｑ）ｍ−Ｓｉ（ＣＨ３）２−（Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）２）ｎ−（Ｑ）ｍ−Ｙ（式中、ｎは１、２、３、４、５、６、７又は８であったてもよく、ｍは５〜２０、好ましくは５〜１０の範囲であってもよく、それぞれのＱは、独立して、−（ＣＨ２）２−Ｏ−又は−ＣＨ２−ＣＨ（ＣＨ３）−Ｏ−基を表し、ＹはＮＨ２又はＯＨである）からなる群から選択される化合物を使用する。好適な化合物は、例えば、一般式（ＣＨ３）３−Ｓｉ（Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）２）ｎ−（Ｑ）ｍ−ＯＨ及びＨＯ−（Ｑ）ｍ−Ｓｉ（ＣＨ３）２−（Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）２）ｎ−（Ｑ）ｍ−ＯＨ（式中、ｎは１、２、３、４、５、６、７又は８であったてもよく、ｍは５〜２０、好ましくは５〜１０の範囲であってもよく、それぞれのＱは、独立して、−（ＣＨ２）２−Ｏ−又は−ＣＨ２−ＣＨ（ＣＨ３）−Ｏ−基を表す）のヒドロキシル末端基を有する二官能性ポリオールである。アルコキシ側鎖を有するジアルキルシロキサン、例えばジメチルシロキサンが特に好ましい。
【００６９】
あるいは、疎水化剤を使用せずに、エアロゲルを製造することがき、得る材料は、ガス相中で疎水化することができる。好適な方法は当業者に公知である。一般的には、エアロゲルは、好適なガスチャンバー中に、低圧で、蒸気状態の１種以上の有機シランにより加圧される。好ましくは、有機シランを導入する前のチャンバー中の圧力は、大気圧より低く、例えば０．１ミリバールから大気圧までの範囲にある。
【００７０】
例えば、真空法を使用することが可能である。この実施態様によれば、有機シランはエアロゲルの細孔内に最適に分布している。この方法は、とりわけ、有機シランが反応条件下でチャンバー内に蒸気形態で存在することを特徴とする。有機シラン自体は、液体又は蒸気の形態でチャンバーに導入することができる。
【００７１】
有機シランについて、このましくは、式Ｒｎ−Ｓｉ−Ｘ４−ｎ、Ｒ３Ｓｉ−Ｙ−ＳｉＲ３、ＲｎＳｉｎＯｎ及び／又は（ＣＨ３）３−Ｓｉ−（Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）２）ｎ−ＯＨ及びＨＯ−Ｓｉ（ＣＨ３）２−（Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）２）ｎ−ＯＨ（式中、ｎは１、２、３、４、５、６、７又は８であったてもよく、ＲはＣＨ３及び／又は−Ｈ、−Ｃ２Ｈ５を表し、ＸはＣｌ又はＢｒ、−ＯＣＨ３、−ＯＣ２Ｈ５、−ＯＣ３Ｈ７であり、ＹはＮＨ又はＯである）からなる群から選択される化合物を使用する。
【００７２】
好適な化合物は、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、モノメチルトリクロロシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルテトラシクロシロキサン又はヘキサメチルトリシクロシロキサンである。トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルシクロテトラシクロシロキサンが好ましく使用される。
【００７３】
反応条件、例えば使用される有機シランの量、及び接触時間広い範囲内で変化することができる。例えば、処理中の温度は、一般に２０〜３００℃の範囲にある。好適な条件は、例えばＷＯ ２０１２／０４１８２３ Ａ１に記載されている。有機シランは、そのまま使用されるか、又は第２の化合物との組み合わせで使用されてもよい。同時に又はその後に適用してもよい好適なさらなるかごうぶつは、例えば水、アルコール及び／又はハロゲン化水素である。
【００７４】
本発明の方法で得られる生成物は、少なくとも７０体積％の多孔度を有する多孔性無機エアロゲル（特にシリカエアロゲル）のマイクロメーターサイズの粉末である。
【００７５】
一般的には、粒径は異なってもよく、粒径は、０．５μｍ〜２ｍｍ、好ましくは０．７５μｍ〜１．５ｍｍ、特に１μｍ〜１ｍｍの範囲にある。
【００７６】
さらなる実施態様において、エアロゲルは、約２ｎｍ〜約１００ｎｍの平均細孔径を含む。別の実施態様において、乾燥したゲル材料の平均細孔径は、約４ｎｍ、約６ｎｍ、約８ｎｍ、約１０ｎｍ、約１２ｎｍ、約１４ｎｍ、約１６ｎｍ、約１８ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、約５０ｎｍ、約５５ｎｍ、約６０ｎｍ、約６５ｎｍ、約７０ｎｍ、約７５ｎｍ、約８０ｎｍ、約８５ｎｍ、約９０ｎｍ又は約９５ｎｍであってもよい。
【００７７】
この明細書において、表面積、細孔径及び細孔容積は、特に明記しない限り、ＩＳＯ ９２７７：２０１０に従ってＢＥＴにより測定された。この国際標準は、Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ及びＴｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）法に従って物理的に吸着されたガスの量を測定することによって、分散（例えば、ナノ粉末）又は多孔生固体の特定の外部及び内部表面積全体の決定を規定する。それは１９８４年と１９９４年の国際純正・応用化学連合（ＩＵＰＡＣ）推薦を考慮に入れている。
【００７８】
また、さらなる態様によれば、本発明は、上記の方法により得られる又は得られうる無機エアロゲルに関する。
【００７９】
さらなる実施態様によれば、本発明は上記の無機エアロゲルに関し、ここでは、前記無機エアロゲルがシリカ系のエアロゲルである。
【００８０】
本発明の方法により得られる又は得られうる無機エアロゲルは、様々な利用に適している。
【００８１】
また、本発明は、上記の多孔性材料、又は本発明の方法により得られる又は得られうる多孔性材料を、断熱材として、又は真空断熱パネルのコア材として使用する方法に関する。
【００８２】
また、本発明は、粉末状のナノ多孔性材料を含む建築材料及び真空断熱パネル、並びに断熱用の粉末状のナノ多孔性材料の使用方法にも関する。好ましくは、本発明により得られた材料は、特に建築物においける断熱、特に移動、輸送利用に若しくは固定の利用（例えば冷却装置）においける保冷、又は移動利用に使用される。
【００８３】
機械的強化において、繊維が添加剤として使用することもできる。これらの繊維は、無機又は有機由来であってもよい。無機繊維の例としては、ガラスウール、ロックウール、玄武岩繊維、スラグウール、溶融アルミニウム及び／又はシリカ及び他の無機金属酸化物から製造されたセラミック繊維、並びに純粋なシリカ繊維が挙げられる。機繊維には、例えば、セルロース繊維、紡織繊維又はプラスチック繊維が挙げられる。直径は、好ましくは１〜１２ミクロン、特に６〜９ミクロンの範囲にある。長さは、好ましくは、１〜２５ｍｍ、特に３〜１０ｍｍの範囲内であってもよい。
【００８４】
技術的及び経済的理由から、無機充填剤の混合物を添加してもよい。この明細書において、揮発性一酸化珪素の酸化から生成した合成的修飾のシリカ、例えば、沈降シリカ、アークシリカ、ＳｉＯ２含有フライアッシュは、シリコン又はフェロシリコンの電気化学的製造に使用することがきでる。ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム及び混合ケイ酸塩などのケイ酸塩の浸出によって製造されるシリカとしては、酸を用いて調製されたオリビン（ケイ酸マグネシウム鉄）のようなものを使用してもよい。珪藻土などの天然に存在するＳｉＯ２含有化合物も使用に適している。熱膨張したパーライト及びバーミキュライト鉱物も使用することができる。要求に応じて、好ましくは、微粉化金属酸化物、好ましくは、例えばアルミナ、二酸化チタン、酸化鉄を添加することができる。
【００８５】
混合プロセスの完了後、混合物のタップ密度は、それぞれ、成分のタイプ及び量に応じて、好ましくは４０〜１８０ｋｇ／ｍ３、より好ましくは４０〜９０ｋｇ／ｍ３である。得られた多孔性混合物の流動性は非常に良好であり、それらを簡単かつ均一にプレートに押し込むことができるか、又は中空ブロックの空洞に充填することができる。シートに押し込む場合、プレートの厚さ、質量、密度、及びその結果として断熱材の熱伝導率のようなプレートの特性に影響を与えることが可能である。プレートの密度が低いほど、断熱特性が良好である。
【００８６】
断熱材に使用される材料は、好ましくは、以下の応用分野で中空ブロックの断熱材、多殻建築用ブロックのコア断熱材として、真空断熱パネル（ＶＩＰ）のコア断熱材として、外部の断熱システムのコア断熱材として、中空壁工事の断熱材として、特にルーズフィルインスレーション（loose-fill insulation）において、使用される。
【００８７】
本発明のさらなる目的は、本発明による粉末状の材料を含有するか又はそれからなる、成形物品、建築用ブロック又はモジュール、建築システム及び建築複合材料である。本発明の別の目的は、本発明による粉末状のナノ多孔性材料を含有する真空断熱パネルである。さらに、断熱材及び粉末ナノ多孔性材料は、特に押出中空形材の断熱に、特に窓枠の断熱のコア材として好適である。
【００８８】
断熱材は、例えば、建物の内部若しくは外部の断熱に又は壁空洞断熱材として使用される断熱材である。本発明による多孔性材料は、例えば複合材料などの断熱システムに有利に使用することができる。本発明による粉末状材料は、例えば、輸送用途における断熱に使用される真空断熱パネルのコア材料として好適である。それらは、有利な断熱特性を有する内部ライニング（interior lining）として、例えば車両の内部ライニングとして使用されてもよい。輸送用途、例えば車両製造用の各部品は複雑な形状を有することがあるので、粉末状材料を使用することが有利であることが分かった。
【００８９】
本発明による粉末状材料は、例えば、断熱材として、中空要素（hollow components）、例えば中空ブロックのコア材として使用することができる。
【００９０】
この明細書における中空要素は、１つ以上の空洞を備える要素である。それらは、無機セラミック材料、例えば、焼成粘土（レンガ）、コンクリート、ガラス、石膏、及び天然産物、例えば石灰石などの天然石から製造されてもよい。好ましくは、レンガ、コンクリート及び軽量コンクリートから製造される中空ブロックを使用する。さらなる実施態様は、例えば、壁用ブロック、床タイル、天井パネル及びステム要素である。
【００９１】
これらの要素の空洞は、パーライト発泡体又は発泡ポリスチレンのような断熱材料で充填されてもよいことが知られている。これらの要素は、一体化した断熱材を有する中空ブロックと呼ばれる。
【００９２】
特に高い断熱性及び蓄熱性を確保するために、一体化した断熱材を有する中空ブロックの使用が好ましい。中空ブロックで説明した多孔性断熱材の本発明の使用により、これらの石の熱的性質は著しく改善され、高いレベルで維持される。さらに、断熱プレートは、サイズのスエージ加工をし、中空ブロックのチャンバー中にすることができる。あるいは、プレートは、製造及びモジュールに組み込まれる前に、大きなシートから寸法的正確に切り取ることができる。
【００９３】
得られた断熱特性と経済的要因との良好なバランスを確保するために、本発明による多孔性材料と従来の断熱材料との組み合わせを使用してもよい。さらに、本発明によれば、中空部品の空洞を部分的にのみ充填することが可能である。
【００９４】
さらなる態様によれば、本発明はまた、食品応用、医学的、薬学的及び美容応用における添加剤としてのセンサーの製造に、上記の無機エアロゲル、又は上記の方法により得られる若しくは得られうる無機エアロゲルを、触媒担体として使用する方法に関する。美容応用の範囲内で、本発明の方法により得られる又は得られうる無機エアロゲルは、例えば、人間の体臭の１つの治療方法である消臭活性剤として使用することができる。これらは、消臭剤組成物に想定することができるすべての形態で提供することができる。それは、ローション、スプレー又はエアロゾルとしての分散液；クリーム、特にチューブ又は格子状に分配されるクリーム；ロール状または格子状に分配される流体ゲル；棒の形態で;ルーズ又はコンパクトな粉末の形態であることができ、これに関して、それらが本発明によるエアロゲルを妨害しないという条件で、当業者に公知である。このタイプの製品に一般に使用される成分を含む。
【００９５】
消臭剤組成物に使用される疎水性エアロゲルの濃度は、特に組成物の配合形態に依存する。したがって、組成物中の疎水性エアロゲルの濃度は、組成物の全重量に対して、０．１〜８０質量％、例えば０．１質量％（エアロゾル形態の製剤の場合）〜８０質量％（ルーズな粉末の場合）で変化することができる。非シリカ系の無機エアロゲルは、シリカ系エアロゲルとしての対応する酸化物又はアルコキシドからの類似体機構を介して、形成されている。ここでは、主な違いは、対応するアルコキシシランと比較して、水に対する反応性が明らかにより高いことである。これは、一方では、中央の金属原子のより低い電気陰性度及びより高いルイス酸性に由来し、他方では、配位数を増加させる可能性に由来する。本発明において、これは、シリカ系の試薬が、実験設置内で操作する点で有利であることを意味する。
【００９６】
さらなる実施態様によれば、本発明は上記の無機エアロゲルの使用方法に関し、ここでは、前記無機エアロゲルが、シリカ系エアロゲルである。
【００９７】
本発明は以下の実施態様を含む、ここでは、これらが、そこに規定されたそれぞれの相互依存性により示される実施態様の特定の組み合わせを含む。
【００９８】
１．無機エアロゲルの製造方法であって、
（ｉ）ゲル化時間ｔＧで無機ゲルの形成に適した組成物（Ｉ）を用意する工程と、
（ｉｉ）噴霧時間ｔＳで前記組成物（Ｉ）を超臨界二酸化炭素中に噴霧してゲル粒子を得る工程と、
（ｉｉｉ）工程（ｉｉ）で得られたゲル粒子を超臨界液体抽出により乾燥させる工程と、
を含み、ｔＳ：ｔＧ比が０．２〜０．９９の範囲にある、方法。
【００９９】
２．前記無機エアロゲルがシリカ系エアロゲルである、実施態様１に記載の方法。
【０１００】
３．組成物（Ｉ）が少なくとも１種のアルコキシシランを含む、実施態様１又は２に記載の方法。
【０１０１】
４．前記ｔＳ：ｔＧ比が０．４〜０．９５の範囲にある、実施態様１から３のいずれか一項に記載の方法。
【０１０２】
５．前記組成物（ｉ）がさらなる添加剤を含む、実施態様１から４のいずれか一項に記載の方法。
【０１０３】
６．前記二酸化炭素が、工程（ｉｉｉ）による超臨界液体抽出に使用される、実施態様１から５のいずれか一項に記載の方法。
【０１０４】
７．実施態様１から６のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得られうる無機エアロゲル。
【０１０５】
８．前記無機エアロゲルがシリカ系エアロゲルである、実施態様７に記載のエアロゲル。
【０１０６】
９．実施態様７又は８に記載の無機エアロゲル、又は実施態様１から６のいずれか一項に記載の方法により得られる又は得られうる無機エアロゲルを、医学的及び薬学的応用に、食品の添加剤として、触媒担体として、センサーの製造に、断熱に、又はＶＩＰｓのコア材料として、使用する使用方法。
【０１０７】
１０．前記無機エアロゲルがシリカ系エアロゲルである、実施態様９に記載の使用方法
以下、実施例を参照して本発明を説明する。
【実施例】
【０１０８】
超臨界ＣＯ２中に噴霧することによるシリカエアロゲル粉末の製造方法
１．酸性加水分解
１７０．４ｇの塩酸、１．３６ｇの水、７．６８ｇのエタノール、表に１記載の量のテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及びジメチルジエトキシシラン（ＤＭＤＥＯＳ）をＰＰ−ビーカーに入れ、溶液を室温で３０分攪拌した。その後、１００ｍｌのアセトンでその溶液を希釈し、攪拌により均一化した。
【０１０９】
２．塩基性縮合
同時に、その後、８１６ｇの水、水中に添加した３．９２ｇのＮＨ３及び７．６８ｇのエタノールを第２のＰＰ−ビーカーに入れ、攪拌により溶液を均一化した。上記の３０分の終了時に、上述した酸性溶液を塩基性溶液に注入し、撹拌器を外す前に混合物を３０秒攪拌した。
【０１１０】
ゲル化ゾルを、注射器ポンプ中に入れ、規定した相対噴霧時間ｔＳ／ｔＧ（＝絶対噴霧時間ｔＳ（酸性及び塩基性溶液の混合から）／ゲル化時間ｔＧ）で超臨界ＣＯ２（ｐ＝１２０〜１４０バール、Ｔ＝５０〜６０℃）で予め充填したオートクレーブ中に噴霧した。超臨界抽出（＝新鮮なＣＯ２によりオートクレーブの雰囲気を交換すること）を開始する前に、待ち時間は、異なったが、生成物の品質に影響しなかった。超臨界抽出の後、オートクレーブを排気し、白色粉末の生成物を取り出した。
【０１１１】
専門家に知られているように、ゾルに疎水剤（例えば、アルキルクロロシラン又はアルキルアルコキシシラン）を添加することにより、疎水性シリカエアロゲルを製造することができる。これは、本明細書に記載の方法にも移行可能である。
【０１１２】
【表１】
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【０１１３】
反応ゾルを、９０ｍｌ／分の一定流速でオートクレーブ中に注入した。実験データから、相対噴霧時間ｔＳ／ｔＧは、製造したシリカエアロゲル粉末の品質に有意な影響を及ぼすが、超臨界抽出前の待ち時間は何ら影響を及ぼさないことが明らかになった（表２）。相対噴霧時間ｔＳ／ｔＧが増加すると、エアロゲル表面積及び細孔容積が増大する。疎水性エアロゲル粉末を本明細書に記載の方法により製造した場合、同じ傾向が観察される。材料を１以上の相対噴霧時間（特定の系のゲル化点の後）で噴霧する場合、生成物は何ら得られない。
【０１１４】
【表２】
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【０１１５】
細孔容積及びＢＥＴ表面積は、ＩＳＯ ９２７７：２０１０に従って決定した。
【国際調査報告】
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