(57)【要約】  断熱材料及び物品を記載する。１つの実施形態において、断熱材料はポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球を含み、前記エアロゲル粒子は３０質量％以上の量で存在し、前記ポリマーマトリックスは２０質量％以上の量で存在し、前記膨張微小球は０．５〜１５質量％の量で存在し、ここで、パーセントは、ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球の総質量に基づいており、また、前記断熱材料の熱伝導率は大気条件で４０ｍＷ/ｍＫ未満である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球を含む断熱材料であって、前記エアロゲル粒子は３０質量％以上の量で存在し、前記ポリマーマトリックスは２０質量％以上の量で存在し、前記膨張微小球は０．５〜１５質量％の量で存在し、ここで、質量パーセントは、ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球の総質量に基づいており、また、前記断熱材料の熱伝導率は大気条件で４０ｍＷ/ｍＫ未満である、断熱材料。
【請求項２】
前記ポリマーマトリックスはフルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、延伸ポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、発泡超高分子量ポリエチレン、ポリオレフィン、発泡ポリオレフィン、ポリウレタン又はそれらの組み合わせである、請求項１記載の断熱材料。
【請求項３】
前記ポリマーマトリックスは延伸ポリテトラフルオロエチレンであり、そして該延伸ポリテトラフルオロエチレンは約３８０℃で吸熱を示す、請求項１又は２記載の断熱材料。
【請求項４】
垂直炎への３秒間の暴露によって試験したときに、溶融、滴下及び／又は溶け落ちを示さない、請求項１〜３のいずれか１項記載の断熱材料。
【請求項５】
前記マトリックスの熱伝導率は大気条件で２７ｍＷ／ｍＫより大きく、３９ｍＷ／ｍＫより小さい、請求項１〜４のいずれか１項記載の断熱材料。
【請求項６】
シート又はフィルムの形態であり、前記マトリックスは、第一の面、第二の面、又は第一の面と第二の面の両方に１つ以上の層をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の断熱材料。
【請求項７】
前記１つ以上の層はポリマー層、織層、編層、不織布層又はそれらの組み合わせである、請求項６記載の断熱材料。
【請求項８】
前記１つ以上の層はフルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ポリオレフィン、延伸フルオロポリマー、延伸ＰＴＦＥ、発泡ポリオレフィン、ポリウレタン又はそれらの組み合わせである、請求項６又は７記載の断熱材料。
【請求項９】
前記１つ以上の層は、連続又は不連続接着剤を使用して膨張したポリマーマトリックスに接着されており、そして該接着剤は場合により難燃性材料を含む、請求項６〜８のいずれか１項記載の断熱材料。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の断熱材料を含む物品。
【請求項１１】
手袋断熱インサート、履物断熱インサート、衣服、衣服インサート、パイプ断熱材、低温断熱材、電子機器、調理器具、家電製品、貯蔵容器、食品包装、医薬品包装、液浸スーツ、防音材、断熱材又は電気絶縁材である、請求項１０記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野
本開示は、一般に、断熱材料及びその物品に関し、より具体的には、エアロゲル粒子などの断熱性粒子、ポリマーマトリックス及び膨張性微小球を含む断熱材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
断熱用のエアロゲルの使用及びエアロゲルの低熱伝導率はよく知られている。良好な熱伝導特性は約９５％を超えるエアロゲルの非常に高い多孔性、及び、大気圧での空気分子の平均自由行程のサイズより小さい又は約１００ｎｍより小さいエアロゲル材料の細孔サイズにより生じる。細孔サイズが小さいために、材料内の空気分子の移動性は制限され、熱伝導における空気の有効性は低下し、熱伝導率が低くなる。大気条件下において、空気は熱伝導率が約２５ｍＷ/ｍＫ（ミリワット／メートルケルビン）である。フォーム、バッティング、羊毛及びその他の一般的な断熱材料などの、より大きな細孔サイズの断熱材は熱伝導率が約４０ｍＷ/ｍＫであり、放射及び固体伝導の寄与により空気の熱伝導率よりも高い。エアロゲルの粉末及びビーズは、熱伝導率が約９〜２０ｍＷ/ｍＫであることが知られている。しかしながら、このような非常に高度に多孔質で低密度の材料は、設置、取り扱い、加工、成形が特に難しくなる大量の粉塵により、粉末の形での多くの用途に有用でなく、さらに安全性の問題が生じる。
【０００３】
エアロゲルの従来の製造方法としては、通常、超臨界流体による抽出が挙げられる。この方法は、しばしば、エアロゲル前駆体液をモールドに流し込むこと、エアロゲル液を乾燥させて、様々な液体交換により高度に多孔質のゲル構造を形成すること、及び、超臨界流体抽出を使用してエアロゲルモノリスを形成することの工程を含む。超臨界流体抽出を使用する方法などの方法は非常に時間がかかり、高価である。さらに、製造される構造は剛性であり、機械的強度が低く、エアロゲル材料が形成された後に、所望の形状にさらに成形又は加工されうる能力が限られている。これらの材料は、しばしば、たわむ際に割れ又は砕け、微細なエアロゲル粒子の脱落又は「ダスティング」が知られている。
【０００４】
エアロゲル材料の柔軟性及び強度を高めるために、Stepanianらの米国特許出願公開第２００２／００９４４２６号明細書は、強化構造、具体的には嵩高繊維バッティングと組み合わせたエアロゲル材料を教示している。好ましくは、エアロゲルは、ランダムに配向されたマイクロファイバ及び/又は導電層と組み合わせた繊維バッティング構造により強化される。エアロゲルシートを形成するために、エアロゲル形成性前駆体液をバッティング中に注ぎ、超臨界乾燥してエアロゲルを形成する。得られた強化エアロゲル構造はドレープ性があり、屈曲時に砕けにくく、エアロゲル微粒子が脱落しにくいことが教示されている。しかしながら、このような材料の用途は、これらの構造のモールド成形性及び加工性の欠如、及び、超臨界抽出工程に関連するコストのために限定されている。
【０００５】
強化エアロゲルにしばしば伴う脆性を克服するために、Frankらの米国特許第５，７８６，０５９号明細書はエアロゲル粉末を接着して連続製品を形成することを教示している。具体的には、繊維ウェブ及びエアロゲル粒子の層を有するエアロゲル複合材料は、好ましくは、マット又はパネルとして形成される。繊維ウェブは、エアロゲル粒子が散布された、低温融解領域及び高温融解領域を有する２つのしっかりと相互接続されたポリマーの二成分繊維材料を含む。より低い溶融温度まで加熱すると、ウェブの繊維は互いに結合し、また、エアロゲル粒子にも結合する。結果として得られる複合材料は比較的に剛性の構造であり、機械的応力が加わると、顆粒は破壊するか、又は、繊維から脱離し、エアロゲルの破片はウェブから脱落する可能性がある。
【０００６】
Smithらの米国特許第６，１７２，１２０号明細書は、エアロゲルがモノリシックブロック又はシートの代わりに粉末として形成されるエアロゲルの製造方法を開示している。製造方法は超臨界流体抽出の工程なしにエアロゲルを形成できるという利点がある。しかしながら、粉末の形では、エアロゲルは、粉塵が多く、成形性がないために、多くの用途に有用でない。
【０００７】
Ristic-Lehmannらの米国特許第７，１１８，８０１号明細書は、衣服、容器、パイプ、電子機器などの断熱用途を含む複数の用途に有用な材料を教示している。とりわけ、エアロゲル粒子及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む'８０１号開示の材料は成形可能であり、粒子放出が少なく、熱伝導率が低い。材料から作られた複合材は、エアロゲル粒子の脱落又は伝導特性の損失がほとんど又はまったくなく、屈曲、延伸及びねじれが可能である。
【０００８】
エアロゲル粉末の成形性の欠如及び複合材の可撓性の欠如、ならびに機械応力の負荷時のエアロゲル粒子の脱落又はダスティングなどの、エアロゲル粉末及び複合材に固有の問題を克服するインシュレーション材料が必要である。疎水性で通気性が高く、強度が高く、非静的な可撓性の高い用途に使用できる物品（例えば、延伸ＰＴＦＥ物品）に加工できるインシュレーション性材料が必要である。さらに、微粒子の脱落又はダスティングがほとんどないか又はまったくない、可撓性であり、延伸性があり、曲げることができるインシュレーション物品が必要である。
【発明の概要】
【０００９】
概要
本開示は、１つの実施形態において、ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球を含む断熱材料であって、前記エアロゲル粒子は３０質量％以上の量で存在し、前記ポリマーマトリックスは２０質量％以上の量で存在し、前記膨張微小球は０．５〜１５質量％の量で存在し、ここで、質量パーセントは、ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球の総質量に基づいており、また、前記断熱材料の熱伝導率は大気条件で４０ｍＷ/ｍＫ未満である、断熱材料を対象とする。
【００１０】
代替実施形態において、ポリマーマトリックスはフルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、延伸ポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、発泡超高分子量ポリエチレン、ポリオレフィン、発泡ポリオレフィン、ポリウレタン又はそれらの組み合わせを含むことができる。さらなる代替実施形態において、断熱材料は、垂直炎への３秒間の暴露によって試験したときに、溶融、滴下及び／又は溶け落ちを示さない。
【００１１】
さらなる代替実施形態において、断熱材料は、大気条件で２７ｍＷ／ｍＫより大きく、３９ｍＷ／ｍＫより小さいマトリックスの熱伝導率を有する。さらなる代替実施形態において、断熱材料はシート又はフィルムの形態であり、マトリックスは、第一の面、第二の面、又は第一の面と第二の面の両方に１つ以上の層をさらに含む。さらなる代替実施形態において、１つ以上の層は、ポリマー層、織層、編層、不織布層又はそれらの組み合わせを含むことができる。さらなる代替実施形態において、１つ以上の層はフルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ポリオレフィン、延伸フルオロポリマー、延伸ＰＴＦＥ、発泡ポリオレフィン、ポリウレタン又はそれらの組み合わせを含むことができる。さらなる代替実施形態において、断熱材料の１つ以上の層は、連続又は不連続接着剤を使用して、膨張したポリマーマトリックスに接着されていてもよく、そして接着剤は場合により難燃性材料を含む。
【００１２】
本開示は、さらなる実施形態において、記載の断熱材料を含む物品を提供する。さらに、特定の実施形態において、そのような物品としては、限定するわけではないが、手袋断熱インサート、履物断熱インサート、衣服、衣服インサート、パイプ断熱材、低温断熱材、電子機器、調理器具、家電製品、貯蔵容器、食品包装、医薬品包装、液浸スーツ、防音材、断熱材及び電気絶縁材を挙げることができる。
【００１３】
本開示は、さらなる実施形態において、断熱粒子を組み込んだ延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）を含む断熱材料であって、前記材料は大気条件で２５ｍＷ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する断熱材料を対象とする。代替実施形態において、断熱材料は約３８０℃で吸熱を示す。別の実施形態において、断熱材料はモノリシックである。
【００１４】
代替実施形態において、断熱材料は、少なくとも０．３５ＭＰａの長さ方向の引張強度及び少なくとも０．１９ＭＰａの横方向の引張強度を有するｅＰＴＦＥを含む。
【００１５】
さらなる実施形態において、断熱材料は４０質量％未満の断熱粒子と、６０質量％を超えるポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）とを含むことができ、前記複合材料は大気条件で２５ｍＷ/ｍＫ以下の熱伝導率を有する。
【００１６】
断熱材料が断熱粒子を組み込む１つ以上の実施形態において、粒子はシリカエアロゲル粒子、ヒュームドシリカ及びそれらの組み合わせから選ばれることができる。
【００１７】
別の実施形態において、断熱材料は、ノード及びフィブリル構造を有し、大気条件で２５ｍＷ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する延伸ＰＴＦＥを含む。さらに、断熱材料は、約３８０℃の吸熱を示す延伸ＰＴＦＥを含むことができる。
【００１８】
別の実施形態において、本開示は、第一の層と、大気条件で２５ｍＷ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）と、第二の層とを含む物品であって、ここで、前記ｅＰＴＦＥは前記第一の層と前記第二の層との間に挟まれている、物品を対象とする。代替実施形態において、ｅＰＴＦＥは疎水性である。あるいは、前記第一の層及び前記第二の層の少なくとも一方はガス不透過性であることができる。さらに、前記第一の層及び前記第二の層の少なくとも一方は液体不透過性であることができる。別の実施形態において、ｅＰＴＦＥは、シリカエアロゲル及びヒュームドシリカから選ばれる断熱粒子を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
図面の簡単な説明
添付図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、実施形態を示し、記載とともに本開示の原理を説明する役割を果たす。
【００２０】
【図１】図１は、倍率５０００倍で撮影した、２０％のエアロゲル装填量を含むｅＰＴＦＥ材料を含む断熱材料の表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【００２１】
【図２】図２は、倍率５０００倍で撮影した、４０％のエアロゲル装填量を含むｅＰＴＦＥ材料を含む断熱材料の表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【００２２】
【図３】図３は、倍率５０００倍で撮影した、ヒュームドシリカを含むｅＰＴＦＥ材料を含む断熱材料の表面の走査型電子顕微鏡写真である。そして、
【００２３】
【図４】図４は、倍率５０００倍で撮影した、６０％のエアロゲル装填量を含むｅＰＴＦＥ材料を含む断熱材料の表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
詳細な説明
当業者は、本開示の様々な態様が、意図された機能を発揮するように構成された任意の数の方法及び装置によって実現されうることを容易に理解するであろう。また、本明細書で参照する添付の図面は必ずしも縮尺通りに描かれているわけではなく、本開示の様々な態様を示すために誇張されている可能性があり、その点で図面は限定するものと解釈されるべきではないことに留意されたい。
【００２５】
本開示の断熱材料は、エアロゲルなどの断熱粒子及びポリマーマトリックスを含む。ポリマーマトリックスは、例えば、フルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリオレフィン、ポリウレタン又はそれら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、ポリマーマトリックスは、ポリテトラフルオロエチレン、延伸ポリテトラフルオロエチレン又はそれらの組み合わせである。断熱材料は、疎水性で通気性が高く、強度が高く、非静的又は動的な屈曲用途に使用できる物品（ｅＰＴＦＥ膜、複合材など）に加工することができる。断熱材料から製造された物品は、可撓性であり、延伸可能であり、曲げることができる。また、断熱材料は、微粒子の脱落又はダスティングがほとんど又はまったくない。約１００ｋｇ／ｍ３未満の粒子密度及び大気条件（約２９８．５Ｋ及び１０１．３ｋＰａ）で約１５ｍＷ／ｍＫ以下の熱伝導率を有するエアロゲル粒子を断熱材料において使用することができる。用語「エアロゲル」及び「エアロゲル粒子」は、本明細書で互換的に使用されることを理解されたい。
【００２６】
エアロゲルは、対流及び伝導熱伝達を有意に低減する断熱材である。シリカエアロゲル粒子は特に良好な伝導断熱材である。エアロゲル粒子は、中実で、硬く、乾燥した材料であり、粉末状形態で市販入手可能である。例えば、比較的に低いコストの方法で形成されるシリカエアロゲルは、Ｓｍｉｔｈらにより米国特許第６，１７２，１２０号明細書に記載されている。エアロゲル粒子のサイズは、ジェットミリング又は他のサイズ縮小化技術により、所望の寸法又はグレードに縮小されうる。断熱材料で使用されるエアロゲル粒子は、サイズが約１μｍ〜約１ｍｍ、約１μｍ〜約５００μｍ、約１μｍ〜約２５０μｍ、約１μｍ〜約２００μｍ、約１μｍ〜約１５０μｍ、約１μｍ〜約１００μｍ、約１μｍ〜約７５μｍ、約１〜約５０μｍ、約１μｍ〜約２５μｍ、約１μｍ〜約１０μｍ又は約１μｍ〜約５μｍであることができる。少なくとも１つの例示的な実施形態において、エアロゲル粒子はサイズが約２μｍ〜約２４μｍである。
【００２７】
理論に拘束されることを望まないが、より小さなエアロゲル粒子は、断熱材料の他の成分とより均一な混合物を形成すると考えられる。したがって、より小さな粒子サイズ、例えば、約２００ｎｍ以下又はさらには１００ｎｍ以下の平均粒子サイズを有するエアロゲルを断熱材料において使用することができる。
【００２８】
エアロゲル粒子の密度は、１００ｋｇ/ｍ３未満、７５ｋｇ/ｍ３未満、５０ｋｇ/ｍ３未満、２５ｋｇ/ｍ３未満又は１０ｋｇ/ｍ３未満である。少なくとも１つの例示的な実施形態において、エアロゲル粒子は約３０ｋｇ/ｍ３〜約５０ｋｇ/ｍ３のかさ密度を有する。
【００２９】
断熱材料での使用に適したエアロゲルとしては、無機エアロゲル、有機エアロゲルの両方、及びそれらの混合物の両方が挙げられる。適切な無機エアロゲルの非限定的な例としては、シリコン、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム及びバナジウムの無機酸化物から形成されたものが挙げられる。断熱材料で使用するのに適した有機エアロゲルとしては、限定するわけではないが、カーボン、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリフルフラールアルコール、フェノールフルフリルアルコール、メラミンホルムアルデヒド、レゾルシナールホルムアルデヒド、クレゾール、ホルムアルデヒド、ポリシアヌレート、ポリアクリルアミド、エポキシド、寒天及びアガロースから調製されたエアロゲルが挙げられる。少なくとも１つの例示的な実施形態において、断熱材料はシリカなどの無機エアロゲルを含む。本開示に適した断熱粒子の別の例はヒュームドシリカである。
【００３０】
さらに、断熱材料に使用されるエアロゲルは親水性でも又は疎水性でもよい。例示的な実施形態において、エアロゲルは疎水性から部分的に疎水性であり、約１５ｍＷ/ｍＫ未満の熱伝導率を有する。ミリングなどの粒子サイズ縮小化技術は、疎水性エアロゲル粒子の幾つかの外部表面基に影響を及ぼすことがあり、それにより、部分的な表面親水性をもたらす（エアロゲル粒子内に疎水性は保持される）ことを理解されたい。部分的に疎水性のエアロゲルは他の化合物との強化された結合性を示すことがあり、結合が所望される用途で使用されうる。
【００３１】
本開示の断熱材料は、ポリマーマトリックス又は膨張ポリマーマトリックスをさらに含み、ポリマーマトリックスは、フルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、延伸ポリテトラフルオロエチレン、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、発泡超高分子量ポリエチレン、ポリオレフィン、発泡ポリオレフィン、ポリウレタン又はそれらの組み合わせである。本明細書で使用するときに、超高分子量とは、３，０００，０００〜１０，０００，０００ｇ／モルの範囲の数平均分子量を有するポリマーを意味する。幾つかの実施形態において、ポリマーマトリックスはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子から製造することができる。例示的な実施形態において、ＰＴＦＥ粒子はエアロゲル粒子より小さいサイズを有する。しかしながら、エアロゲル粒子と同様のサイズを有するＰＴＦＥ粒子を使用することができることを理解されたい。一般に、ＰＴＦＥは、分散体中に、約５０ｎｍ以上のサイズを有する一次粒子として、又は、約６００μｍ以下のサイズを有するＰＴＦＥ凝集体として存在する。ＰＴＦＥ分散体は、乳化重合によって形成された高分子量ＰＴＦＥ粒子の水性コロイド分散液である。ＰＴＦＥ分散体は約２．２以下のＳＳＧを有することができる。
【００３２】
断熱材料は、例えば、エアロゲル粒子の水性分散液とＰＴＦＥ分散液との混合物を形成することにより、エアロゲルとＰＴＦＥ粒子の混合物を調製することにより形成される。エアロゲル/ＰＴＦＥ粒子混合物は、質量基準で、約９０％未満のエアロゲル粒子、約８５％未満のエアロゲル粒子、約８０％未満のエアロゲル粒子、約７５％未満のエアロゲル粒子、約７０％未満のエアロゲル粒子、約６５％未満のエアロゲル粒子、約６０％未満のエアロゲル粒子、約５５％未満のエアロゲル粒子、又は、約５０％未満のエアロゲル粒子を含むことができる。幾つかの実施形態において、エアロゲル粒子は、４０％未満、３５％以下、３０％以下、２５％以下、２０％以下、１５％以下又は１０％以下の量で混合物中に存在する。エアロゲル粒子は混合物中に約１０％〜４０％の量で存在することができる。例示的な実施形態において、エアロゲル粒子は４０％未満の量で存在することができる。
【００３３】
さらに、エアロゲル/ＰＴＦＥ粒子混合物は、質量基準で、約１０％より多量のＰＴＦＥ粒子、約１５％より多量のＰＴＦＥ粒子、約２０％より多量のＰＴＦＥ粒子、約２５％より多量のＰＴＦＥ粒子、約３０％より多量のＰＴＦＥ粒子、約３５％より多量のＰＴＦＥ粒子、約４０％より多量のＰＴＦＥ粒子、約４５％より多量のＰＴＦＥ粒子、又は、約５０％より多量のＰＴＦＥ粒子を含む。例示的な実施形態において、ＰＴＦＥ粒子は、６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上又は８０％以上の量で混合物中に存在する。ＰＴＦＥ粒子は約６０％〜９０％の量で存在することができる。例示的な実施形態において、ＰＴＦＥ粒子は、エアロゲル／ＰＴＦＥ粒子混合物中に６０％を超える量で存在することができる。
【００３４】
熱伝導率、ダスティング、成形性、強度などの特性は、混合物中のエアロゲルとＰＴＦＥの質量割合の比率を変えることにより、部分的に調整できる。
【００３５】
本開示の断熱材料は、場合により、追加の成分を含むことができる。放射伝熱を低減し、熱性能を改善するために、微細分散不透明剤などの任意選択的な成分をエアロゲル/ＰＴＦＥバインダ混合物に添加することができ、該任意選択的な成分としては、例えば、カーボンブラック、二酸化チタン、酸化鉄、炭化ケイ素、ケイ化モリブデン、酸化マンガン、アルキル基が１〜４個の炭素原子を含むポリジアルキルシロキサン、難燃性材料又はそれらの組み合わせが挙げられる。さらに、例えば、機械的強度を高め、色及び熱安定性、弾性などの特性を達成するために、ポリマー、ダイ、可塑剤、増粘剤、様々な合成及び天然繊維は、場合により、添加される。任意選択的な成分は、好ましくは、エアロゲル/ＰＴＦＥ混合物の約１０％未満で添加される。
【００３６】
別の実施形態において、断熱材料は、エキスパンセル（Expancel）膨張性微小球などの膨張性微小球をさらに含む。他の材料、膨張可能な球体又は発泡剤を使用して、断熱材料を発泡材料に膨張させることができるものと考えられる。膨張性微小球を含む断熱材料は、以下で記載されるように、共凝固され、テープを形成する。次に、微小球を膨張させるのに十分な温度までテープを加熱して、テープを発泡断熱材に膨張させることができる。膨張性微小球の量及び処理温度は最終製品の厚さに影響を与えることができる。幾つかの実施形態において、約１０質量パーセントの膨張性微小球を含み、約１ミリメートルの厚さを有するテープを膨張させて、最大約８ミリメートル以上の厚さを有する断熱材料を提供することができる。他の例示的で非限定的な実施形態において、例えば、テープが厚さ２ｍｍの場合に、加熱及び膨張により、厚さ４ｍｍの発泡断熱材料を得ることができる。発泡断熱材料は柔軟で圧縮可能で、実質的に完全な回復性を有する。さらに、発泡断熱材料は低密度、例えば、０．５ｇ/ｃｍ３未満又は０．４ｇ/ｃｍ３未満又は０．３ｇ/ｃｍ３未満又は０．２ｇ/ｃｍ３未満又は０．１ｇ/ｃｍ３未満の密度を有する。
【００３７】
幾つかの実施形態において、断熱材料は、ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球を含む。他の実施形態において、断熱材料は、ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球から本質的になることができ、又は、からなることができる。膨張性微小球は、エアロゲル粒子、ＰＴＦＥ粒子及び膨張性微小球の総質量に基づいて、約０．５〜１５質量％の範囲の量で存在することができる。他の実施形態において、膨張性微小球は、約０．５質量％より多く、１４、１３、１２、１１、１０、９、８、７、６、５、４、３、２又は１質量％以下で存在することができる。なおもさらなる実施形態において、膨張性微小球は、約５〜１４％又は６％〜１３％の範囲で存在し、すべての質量％は、ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張性微小球の総量に基づく。本明細書で使用されるときに、「本質的になる」という語句は、断熱材料が膨張ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子、膨張微小球を含み、場合により、１０質量％未満の、追加成分として挙げられた成分、及び、本明細書に記載の特性、例えば、熱伝導率に実質的に影響を与える２質量％未満の他の成分を含む。
【００３８】
キャリア液体、例えば水、水不溶性アルコール又はそれらの組み合わせ中のエアロゲルとＰＴＦＥ粒子の混合物は、攪拌又は凝固剤の添加により混合物を凝固させることなどにより、共凝固させることができる。共凝固された混合物は、エアロゲル粒子とＰＴＦＥ粒子との実質的に均一なブレンドを含む。共凝固された混合物は、少なくとも部分的に乾燥され（例えば、オーブン内で）、プリフォームに圧縮されることができる。次いで、プリフォームをテープに押出し、所望の厚さにカレンダ加工し、（一軸又は二軸で）断熱性延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）材料に延伸することができる。他の実施形態において、エアロゲル粒子、ポリマーマトリックス、例えば、ＰＴＦＥ粒子及び膨張性微小球のキャリア液中の混合物は、攪拌又は凝固剤の添加により、共凝固させることができる。共凝固された混合物は、エアロゲル粒子、ポリマーマトリックス粒子及び膨張性微小球の実質的に均一なブレンドを含む。この混合物は、例えばオーブンで少なくとも部分的に乾燥させ、圧縮してプリフォームにすることができる。次いで、プリフォームをテープに押出し、所望の厚さにカレンダ加工し、断熱材料に（一軸又は二軸で）延伸させることができる。テープを一軸又は二軸で延伸する方法は、典型的には、高温で、例えば、膨張性微小球が膨張する温度よりも高い温度で予備成形される。膨張性微小球の膨張は、膨張性微小球の完全な膨張未満、膨張性微小球の完全膨張、膨張性微小球の破裂又はそれらの組み合わせである膨張微小球の形成をもたらすことができる。
【００３９】
得られる材料は、すべて大気条件、つまり２９８Ｋ及び１０１．３ｋＰａで、４０、３９、３８、３７、３６、３５、３４、３３、３２、３１、３０、２９、２８、２７、２６、２５、２４、２３、２２又は２１ｍＷ/ｍＫ以下、２０ｍＷ/ｍＫ以下又は１５ｍＷ/ｍＫ以下の熱伝導率（ｋ）を有する断熱材である。ｅＰＴＦＥは、図１〜４に見られるように、ノード及びフィブリル構造を有する。また、ｅＰＴＦＥは長さ方向及び横方向に高い引張強度を示す。さらに、ｅＰＴＦＥの通気性は高く、ＭＶＴＲは少なくとも５，０００ｇ/ｍ２/２４時間、少なくとも１０，０００ｇ/ｍ２/２４時間、少なくとも２０，０００ｇ/ｍ２/２４時間、又は少なくとも３０，０００ｇ/ｍ２/２４時間又はそれを超える。本明細書で使用されるときに、通気性とは、少なくとも５，０００ｇ/ｍ２/２４時間の通気性を有する物品を記載することを意味する。
【００４０】
驚くべきことに、膨張ポリマーマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球を含み、エアロゲル粒子は３０質量％以上の量で存在し、膨張ポリマーマトリックスは２０質量％以上の量であり、膨張性微小球は０．５〜１５質量％の量である断熱材は、垂直火炎試験（下記）に３秒間さらすことにより試験したときに、溶融、滴下、及び/又は、溶け落ちを示さない断熱材料を生成することができる。可燃性試験方法を以下に記載し、それは連邦標準１９１Ａ法５９０３に基づいている。幾つかの実施形態において、難燃性の断熱材料は、延伸ポリテトラフルオロエチレンマトリックス、エアロゲル粒子及び膨張微小球を含み、該断熱材料は追加の難燃性材料を含まない。本明細書で使用するときに、難燃性とは、以下の可燃性試験方法に従って試験したときに断熱材料が溶融、滴下、溶け落ち又はそれらの組み合わせに耐性があることを意味する。
【００４１】
断熱材料は、場合により、１つ以上の追加の層にラミネート化又は接着又は他の方法で結合して、物品を形成することができる。例えば、断熱材料は、典型的には、第一の面及び第二の面を有するシート又はフィルムの形態であり、厚さは幅及び／又は長さ方向よりも小さい。断熱材料の第一の面、第二の面、又は第一の面と第二の面の両方に１つ以上の層を接着することができる。１つ以上の追加の層は、ポリマー層、織層、編層、不織布層又はそれらの組み合わせであることができる。ポリマー層は、非多孔質層、微多孔質層、通気性層又はそれらの組み合わせであることができる。例えば、１つ以上の層は、フルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ポリオレフィン、延伸フルオロポリマー、延伸ＰＴＦＥ、発泡ポリオレフィン、ポリウレタン又はそれらの組み合わせであることができる。１つ以上の層は、接着剤、溶接、カレンダ加工、コーティング又はそれらの組み合わせを使用して断熱材料に接着することができる。幾つかの実施形態において、断熱材料は、第一の面、第二の面、又は第一の面と第二の面の両方に接着された延伸ポリテトラフルオロエチレン層を有することができる。幾つかの実施形態において、物品は複数の層を含むことができ、例えば、断熱材料は、片面又は両面に結合した延伸ＰＴＦＥの層を有することができ、それにより、二層又は三層構造を有する複合材料をもたらす。１つ以上の追加のテキスタイル層、例えば、織物、編物、不織布又はそれらの組み合わせは複合材料に接着されてもよい。典型的に、接着材料を使用してテキスタイル層を接着することができる。接着剤は、当技術分野で知られているように、断熱材料、テキスタイル又は両方に連続的又は不連続的に塗布することができる。幾つかの実施形態において、接着剤は、場合により、難燃性材料を含むことができる。
【００４２】
１つ以上のテキスタイル層は、織布、編布、不織布又はそれらの組み合わせであることができる。さらなる実施形態において、織布、編布又は不織布テキスタイルは難燃性織布、難燃性編布又は難燃性不織布テキスタイルであることができる。適切なテキスタイル層は当該技術分野で周知であり、例えば、ＬＹＣＲＡ（登録商標）、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、アクリル、綿、ウール、シルク、リネン、レーヨン、亜麻、ジュートなどの弾性及び非弾性テキスタイル、難燃性テキスタイル、例えばＮＯＭＥＸ（登録商標）アラミド（Du Pont, Wilmington, DEから入手可能）、アラミド、難燃性綿、ポリベンズイミダゾール、ポリp-フェニレン-2,6-ベゾビスオキサゾール、難燃性レーヨン、モダクリル、モダクリルブレンド、ポリアミン、カーボン、グラスファイバ又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００４３】
１つの実施形態において、断熱性ｅＰＴＦＥ材料は履物物品における断熱材として使用される。ｅＰＴＦＥ材料は、上部、かかと部、つま先部又はソール（底部）部を含む履物物品の任意の部分で使用されうる。断熱性ｅＰＴＦＥに加えて、又は、断熱性ｅＰＴＦＥの代わりに、発泡断熱材料は履物用品における断熱材として使用しようされうる。例えば、発泡断熱材料は、上部、かかと部、つま先部及び／又はソール（底部）部で利用されうる。少なくとも１つの例示的な実施形態において、断熱履物物品は履物物品の上部に少なくとも１つの断熱ｅＰＴＦＥ材料を含み、履物物品のソール部（底部）に発泡断熱材料を含む。本明細書で使用されるときに、「履物用品」という用語は靴及びブーツを含むことが意図される。
【００４４】
上記に加えて、低熱伝導率の加工性でモールド成形可能な低ダスティング材料は、本開示の範囲内であると考えられる。これらの材料は、1つ以上の方向に曲線を有する可撓性の三次元構造又は形状に加工されるのに十分にモールド成形可能である。さらに、これらの材料は、場合により、伸張時のダスティングを最小限に抑制して延伸性構造を形成する。それらは、断熱のためにチューブ又はパイプに巻き付けられることができる。
【００４５】
本明細書に記載の断熱材料は、手袋及び履物の断熱材インサート、衣服、衣服用インサートなどのアパレル、パイプ断熱材、極低温断熱材、電子機器、調理器具、家電製品、食品及び医薬品の保管容器及び包装、イマージョンスーツ、ならびに、防音、電気絶縁、断熱などの二重機能インシュレーションにおける使用のために製造される断熱材料及び複合材料を含む多数の用途に使用できる。
【００４６】
本出願の開示は、一般的にも、特定の実施形態に関しても上記で記載してきた。添付の特許請求の範囲に定義されているとおりの本開示の主旨又は範囲から逸脱することなく、本開示の様々な変更及び変形を行うことができることは当業者には明らかであろう。
【００４７】
試験方法
特定の方法及び装置を以下に記載するが、当業者が適切と決定する任意の方法又は装置を代替的に利用できることを理解されたい。
水蒸気透過速度テスト-（ＭＶＴＲ）
【００４８】
サンプルの水蒸気透過速度（ＷＶＰ）が装置の水蒸気透過速度（ＷＶＰａｐｐ）に基づいてそして以下の転換式を用いてＭＶＴＲ水蒸気透過速度（ＭＶＴＲ）に変換されたことを除き、各サンプル布帛のＭＶＴＲはＩＳＯ １５４９６の一般的な教示に従って決定した。
ＭＶＴＲ＝（δＰ値*２４）/（（１ＷＶＰ）+（１＋ＷＶＰａｐｐ値））
【００４９】
比較可能な結果を確保するために、試験前に２時間試験片を７３．４±０．４°Ｆ及び５０±２％相対湿度（ｒＨ）で調整し、浴水は一定の７３．４°Ｆ±０．４°Ｆであった。
【００５０】
各サンプルのＭＶＴＲを1回測定した。結果をｇ/ｍ２/２４時間として報告する。
【００５１】
引張強度
【００５２】
平面グリップ及び０．４４５ ｋＮロードセルを備えたＩＮＳＴＲＯＮ（登録商標）５５６５引張試験機を使用して、膜の引張強度を測定した。ゲージの長さは６．３５ｃｍであり、クロスヘッドの速度は５０．８ｃｍ/分（ひずみ速度＝１３．３％/秒）であった。比較可能な結果を確保するために、実験室の温度は６８°Ｆ（２０°Ｃ）〜７２°Ｆ（２２．２°Ｃ）に維持され、比較可能な結果を確保した。サンプルがグリップ界面で破損した場合に、データを破棄した。
【００５３】
長手方向（長さ方向）の引張強度測定に関しては、サンプルの大きい方の寸法は機械、つまり「ダウンウェブ」方向に配向されていた。横方向の引張強度の測定に関しては、サンプルの大きい方の寸法は、「クロスウェブ」方向としても知られる、機械方向に垂直な方向に配向されていた。次に、ミツトヨ547-400アブソリュートスナップゲージを使用して、サンプルの厚さを測定した。次に、サンプルを引張試験機で個別にテストした。各サンプルの３つの異なるセクションを測定した。３つの最大負荷（つまり、ピーク力）の測定値の平均を使用した。
【００５４】
長手方向及び横方向の引張強度は以下の式を使用して計算した。
引張強度=最大荷重/断面積
【００５５】
３つのクロスウェブ測定の平均を、長手方向及び横方向の引張強度として記録した。
【００５６】
厚さ
サンプルの厚さは、熱伝導率計の一体型厚さ測定で測定した（Laser Comp Model Fox 314 Laser Comp Saugus, MA）。単一の測定結果を記録した。
【００５７】
熱伝導率測定（圧縮下）
本開示のサンプルの熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｃ５１８の一般的な教示に加えて、大気条件（約２９８Ｋ及び１０１．３ｋＰａ）での圧縮の追加に従って、カスタムメイドの熱流量計熱伝導率テスターを使用して測定した。テスターは、熱流センサ（Model FR-025-TH44033, Concept Engineering, Old Saybrook, CT）及びその表面に埋め込まれた温度センサ（サーミスター）を備えた加熱アルミニウム板、及び、室温に維持された第二のアルミ板であって、その表面に温度センサが埋め込まれた第二のアルミニウム板からなった。
【００５８】
加熱された板の温度は３０３．１５Ｋに維持され、「低温」板の温度は２９８．１５Ｋに維持された。板の直径は約１０ｃｍであった。下部板に接続されたピボットアームに錘を課すことにより、サンプルを圧縮した。圧縮下のサンプルの厚さを、デジタルマイクロメータ（model ID-F125E, Mitutoyo Corp., Japan）を使用して測定された金属シムで較正されたデジタルエンコーダーによって測定した。熱流測定値は、通常、定常状態に達した時点でサンプルをテスタに入れてから約２〜５分以内に得た。熱伝導率は、測定された熱流及びサンプルの厚さから以下の式に従って計算した：ｋ＝Ｌ＊Ｑ（式中、ｋはｍＷ/ｍＫでの熱伝導率であり、Ｌはｍでのサンプル厚さであり、ＱはｍＷ/ｍ２Ｋでの熱流である）。単一の測定結果を記録した。
【００５９】
熱伝導率（圧縮なし）
熱伝導率は、サンプルを圧縮しないで測定した。サンプルは、Laser Comp Model Fox 314熱伝導率アナライザ（Laser Comp Saugus, MA）で測定した。単一の測定結果を記録した。
【００６０】
空気流測定（ＡＴＥＱ）
空気流測定はＡＴＥＱモデルD520（ATEQ Livonia, MI）で行われ、計器には２．９９ｃｍ２のフロー面積を有する丸いシールが備えられていた。２つの測定値の平均を記録した。
【００６１】
ガーレー数
空気流に対するサンプルの抵抗性は、ガーレー密度計（Model 4340, Gurley Precision Instruments Troy, NYにより製造）によって測定した。結果は、１００立方センチメートルの空気が４．８８インチの水圧で１平方インチの試験サンプルを通過する秒数での時間であるガーレー数で報告される。１回の測定結果を記録した。
【００６２】
水浸入圧（ＷＥＰ）
水浸入圧は、膜及び/又は布帛を通る水の浸入の試験方法を提供する。試験サンプルは、損傷を与えないように注意しながら、一対の試験プレートの間に固定する。下部プレートには、サンプルのセクションを水で加圧する能力がある。水が浸入した証拠の指標として、サンプルの上で非加圧面のプレート間の紙タオル片を配置する。次に、ペーパータオルを通る水の最初の目に見える兆候が突破圧又は浸入圧を示すまで、サンプルを少しずつ加圧する。圧力を水浸入圧として記録した。単一の測定結果を記録した。
【００６３】
可燃性試験方法
約７５ミリメートル（ｍｍ）x２００ｍｍのサイズの断熱材料のサンプルを、試験前に２時間、２１°Ｃ及び５０％±２％の相対湿度で条件調整した。条件調整したサンプルを試験のために取り出すまで、条件調整した後に密閉サンプルバッグに入れた。
【００６４】
すべての試験を、連邦標準１９１Ａ方法５９０３に記載されているように、実験室のフード及び火炎キャビネットで実施した。NFPA 1971-34、2000 Edition（17.3kpa +-1.7kpaの一貫したガス流量を供給可能）に規定されるような、供給バルブ、調整器、ニードルバルブ及び可撓性ホース配列を通したブタンが供給される可動性フィッシャーバーナを火炎源として使用した。フィッシャーバーナの上部から約３８ｍｍ上に、スチールのサンプルホルダの中央にサンプルの下部を配置した。上述のバーナとサンプルホルダは火炎キャビネット内に配置された。
【００６５】
サンプルをサンプルホルダ上に水平に置き、中サイズのバインダクリップを使用して所定位置に保持した。実験室フードの空気流を低く設定した。バーナを、火炎キャビネット内のサンプルホルダから離れて配置した。ニードルバルブを閉じ、供給バルブを開いた。ニードルバルブを開き、バーナを点灯した。炎の高さを７５ｍｍに調整した。バーナを１分間燃焼させ、必要に応じて火炎の高さを再調整した。次に、バーナを試験片の下に移動し、炎を可能な限りサンプルの中央に近づけ、タイマーを３秒間開始した。３秒の終わりに、バーナを試験片の下から外した。炎を取り除いた直後にサンプルが燃えず又は消えるならば、タイマーを停止した。サンプルが燃えるならば、炎が消えるまでタイマーを継続した。残炎時間を決定するために、タイマー測定時間から３秒を差し引き、結果を記録した。溶融、滴下又は穴の形成も記録した。アブレーション又は燃焼のいずれかによる穴の形成は溶け落ちとして知られ、それも記録した。溶融、滴下又は溶け落ちは試験に不合格の試験サンプルを構成した。
【実施例】
【００６６】
例
例１
ＰＴＦＥ ６０１（E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, DEから市販）及びエアロゲル（Enova エアロゲル MT 1200, Cabot, Boston, MA)の分散形態を得た。ＰＴＦＥ及びエアロゲルは以下の方法で共凝固した。９１グラムのヘキサノール（PN H13303-4L, Sigma-Aldrich, St Louis, MO）を１４．４Ｋｇの水に加え、１５００ｒｐｍのインペラー速度でSilverson Model EX60ミキサー（Silverson Machines Inc, East Longmeadow, MA）で１分間混合した。エアロゲルが完全に濡れるまで混合を続けた（約６〜１０分）。次に、３．４６ｋｇのＰＴＦＥ分散液を加え、ミキサー速度を１．５分間１５００ｒｐｍに上げた。得られた凝塊をReemayシート（アイテム番号2014-686、Reemay, Old Hickory TN）を通して脱水し、次いで、強制空気オーブン内で１６５℃で２４時間乾燥した。
【００６７】
次に、得られた乾燥凝塊をISOPAR K（1 kg / kg）（Exxon Mobile Chemical, Houston TX）とブレンドし、続いて圧縮して筒形プリフォームにした。次に、プリフォームをバレルを通して押出し、幅１５．２ｃｍ及び厚さ３．７ｍｍのウェットテープを提供した。
【００６８】
ウェットテープを２．２ｍｍの厚さにカレンダ加工し、１５０°Ｃに設定した強制空気オーブンで４分間乾燥させ、次いで、２５０°Ｃでさらに４分間乾燥させた。
【００６９】
乾燥したカレンダ加工したテープを、次のように両方向に同時に二軸延伸した：２５０℃で５００％/秒の速度で、長さ方向に８：１、横方向に１８：１の延伸比。
【００７０】
得られた断熱ｅＰＴＦＥ膜は以下の特性を有していた：長さ方向及び横方向の引張強度：それぞれ１．５４ＭＰａ及び１．５３ＭＰａ、厚さ：０．３６ｍｍ;圧縮なしの熱伝導率：２１ｍＷ/ｍ−Ｋ；５ｐｓｉ圧縮時の熱伝導率：８．９ｍＷ/ｍ−Ｋ; ＭＶＴＲ（ＭＤＭ）：３２５０８ｇ/ｍ２/２４時間：ガーレー数：０．７秒; ＡＴＥＱ空気流：圧力降下４．５ｍＢａｒで６．２ ｌ/ｈｒ−ｃｍ２;及び水浸入圧（ＷＥＰ）：２９ｐｓｉ。表面の５，０００倍率の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）は図１に示されている。ノード（１０）及びフィブリル（２０）が示されている。
【００７１】
例２
断熱ｅＰＴＦＥ膜を以下のように作成した。ＰＴＦＥ ６０１（E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, DEから市販）及びエアロゲル（Enova エアロゲル MT 1200, Cabot, Boston, MA)の分散形態を得た。ＰＴＦＥ及びエアロゲルは以下の方法で共凝固した。１３６グラムのヘキサノールを１５．１Ｋｇの水に加え、１５００ｒｐｍのインペラー速度で１分間混合した。速度を５００ｒｐｍまで遅くし、３６３グラムのシリカエアロゲルをゆっくりと添加した。エアロゲルが完全に濡れるまで混合を続けた（約６〜１０分）。次に、２．５９ＫｇのＰＴＦＥ分散液を添加し、ミキサーの速度を１．５分間１５００ｒｐｍに上げた。得られた凝塊をReemayシートで脱水し、次いで、熱風オーブンで１６５℃で２４時間乾燥させた。
【００７２】
次に、得られた乾燥凝塊をISOPAR Kと１．５ｋｇ/ｋｇの比率でブレンドし、続いて、圧縮して筒形プリフォームにした。次に、プリフォームをバレルを通して押出し、幅１５．２ｃｍ及び厚さ３．７ｍｍのウェットテープを提供した。
【００７３】
ウェットテープを２．２ｍｍの厚さにカレンダ加工し、１５０°Ｃに設定した強制空気オーブンで４分間乾燥させ、次いで、２５０°Ｃでさらに４分間乾燥させた。
【００７４】
乾燥したカレンダ加工されたテープを、次の方法で両方向に同時に二軸延伸した：２５０℃で５００％/秒の速度で長手方向に３：１、横方向に６：１の延伸比。
【００７５】
得られた断熱ｅＰＴＦＥ膜は以下の特性を有していた：長さ方向及び横方向の引張強度：それぞれ０．５９ＭＰａ及び０．７ＭＰａ、厚さ：０．８６ｍｍ;圧縮なしの熱伝導率：２１ｍＷ/ｍ−Ｋ; ５ｐｓｉの圧縮時の熱伝導率：１０ｍＷ/ｍ−Ｋ; ＭＶＴＲ（ＭＤＭ）：９７９８ｇ/ｍ２/２４時間;ガーレー数：１．４秒; ＡＴＥＱ空気流：４．５ｍＢａｒの圧力降下で２．７１/ｈｒ−ｃｍ２及び水浸入圧力（ＷＥＰ）：３４ｐｓｉ。表面の５０００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を図２に示す。ノード（１０）及びフィブリル（２０）が示されている。
【００７６】
例３
別の断熱ｅＰＴＦＥ膜を以下のように作成した。ＰＴＦＥ ６０１（E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, DEから市販されている）及びヒュームドシリカ（Aerosil R812, Evonik Industries AG, Hanau Germany）の分散形態を得た。ＰＴＦＥ及びヒュームドシリカは以下の方法で共凝固した。２８０グラムのヘキサノールを２３Ｋｇの水に加え、１５００ｒｐｍのインペラー速度で１分間混合した。インペラー速度を５００ｒｐｍに下げ、７５０グラムのヒュームドシリカをゆっくりと加えた。混合を１５分間続けた。次に、４．４ＫｇのＰＴＦＥ分散液を添加し、ミキサーの速度を１５００ ｒｐｍに３．３３分間上げた。得られた凝塊をReemayシートを使用して脱水し、次いで、熱風オーブンで１６５℃で２４時間乾燥させた。
【００７７】
次に、得られた乾燥凝塊を９５％のISOPAR K及び5％のラウリン酸（PN L556, Sigma Aldrich, St Louis、MO）を１．１ｋｇ/ｋｇでブレンドし、次いで、圧縮して筒形プリフォームとした。次いで、プリフォームをバレルを通して押出し、幅１５．２ｃｍ及び厚さ３．４ｍｍのウェットテープを提供した。
【００７８】
ウェットテープを２ｍｍの厚さにカレンダ加工し、２５０°Ｃに設定した強制空気オーブンで乾燥させた。
【００７９】
乾燥したカレンダ加工されたテープを、次の方法で両方向に同時に二軸延伸した：両方向の膨張比＝６：１、両方向の膨張速度＝５００％/秒、２８０°Ｃ。
【００８０】
得られた断熱ｅＰＴＦＥ膜は、次の特性を有していた。長さ方向及び横方向の引張強度：それぞれ０．３５ＭＰａ及び０．１９ＭＰａ；厚さ：０．８６ ｍｍ;圧縮なしの熱伝導率：２３ｍＷ/ｍ−Ｋ;及び５ｐｓｉ圧縮時の熱伝導率：１６ｍＷ/ｍ−Ｋ。表面の５，０００倍の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を図３に示す。ノード（１０）及びフィブリル（２０）が示されている。
【００８１】
例４
ＰＴＦＥ ６０１（E.I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, DEから市販されている）からの分散形態及びエアロゲル（Enova エアロゲル MT 1200, Cabot, Boston, MA）の分散形態を得た。ＰＴＦＥ及びエアロゲルは以下の方法で共凝固した。１８１グラムのヘキサノールを１５．７ｋｇの水に加え、１５００ｒｐｍのインペラー速度で１分間混合した。インペラー速度を５００ｒｐｍに下げ、５４４グラムのシリカエアロゲルをゆっくりと加えた。エアロゲルが完全に濡れるまで混合を続けた（約６〜１０分）。次に、１．７３ ＫｇのＰＴＦＥ分散液を添加し、ミキサーの速度を１５００ｒｐｍに１．５分間上げた。得られた凝塊は、Reemayシート（アイテム番号2014-686、Reemay, Old Hickory TN）で脱水し、次いで、強制空気オーブン内で１６５℃で２４時間乾燥した。
【００８２】
次に、得られた乾燥凝塊をISOPAR K（１．５ｋｇ/ｋｇ）とブレンドし、続いて圧縮して筒形プリフォームにした。次に、プリフォームをバレルを通して押出し、幅１５．２ｃｍ及び厚さ３．７ｍｍのウェットテープを作成した。
【００８３】
ウェットテープを２．２ｍｍの厚さにカレンダ加工し、１５０°Ｃに設定した強制空気オーブンで４分間乾燥させ、次いで、２５０°Ｃでさらに４分間乾燥させた。
【００８４】
乾燥したカレンダ加工されたテープを、以下の方法で両方向に同時に二軸延伸した：２５０℃で５００％/秒の速度で長さ方向に４：１、横方向に６：１。
【００８５】
得られた断熱ｅＰＴＦＥ膜は以下の特性を有していた：長さ方向及び横方向の引張強度：それぞれ０．７ＭＰａ及び０．２７ＭＰａ；厚さ：１．１ｍｍ;圧縮なしの熱伝導率：２２ｍＷ/ｍＫ; ５ ｐｓｉ圧縮時の熱伝導率：１２．２ｍＷ/ｍＫ;ガーレー数：０．７秒; ATEQ空気流：４．５ ｍＢａｒの圧力損失で５．２ｌ/ｈｒ−ｃｍ２及び水浸入圧（ＷＥＰ）：２８ｐｓｉ。表面の５，０００倍の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を図４に示す。ノード（１０）及びフィブリル（２０）が示されている。
【００８６】
比較例Ａ
ポリマーマトリックスとしてＰＶＯＨを使用して、比較断熱材料を製造した。Akzo Nobel, NV, Amsterdam, オランダが製造した５０グラム（ｇ）の未膨張Expancel 951 DU 120を、４リットルのプラスチック槽内で、Cabot Corporation, Boston, Massachusettsが製造したENOVA（登録商標）MT1200エアロゲル粒子５０ｇと組み合わせた。別の容器において、２５０ミリリットル（ｍｌ）（固形分４１．５％）のElmer’s Glue All、ＰＶＯＨ系接着剤を、別の容器中の４００ｍｌの水と攪拌することにより混合した。次に、ＰＶＯＨと水の混合物を、エアロゲルとExpancel粒子を含むプラスチック槽に注いだ。槽をシールし、そして硬いホイップクリームのコンシステンシーに達するまで、回転させて混合した。
【００８７】
次に、ＰＴＦＥ剥離材料をテーブル上に置き、ENOVA（登録商標）MT1200エアロゲル粒子を軽く散布して付着を防ぎ、そしてエアロゲル/Expancel/ＰＶＯＨ混合物のゴルフボールサイズのアリコートを剥離材料の上に置き、ＰＴＦＥ剥離材料で包まれた直径９０ｍｍの厚紙チューブを使用して、厚さ約３ｍｍ及び直径１５０ｍｍディスクにロール加工した。このディスク形成プロセスを第二のサンプルで繰り返し、得られたディスクを剥離材料と一緒に１５０℃オーブンに約３０分間（ｍｉｎ）置き、Expancelの膨張を開始し、次いで、１００℃オーブンに移動し、一晩完全に乾燥させた。得られた材料は、６．５８ｍｍの厚さを有していた。
【００８８】
例５
断熱材料を以下のように作成した。ＰＴＦＥ ６０１（E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington、Delawareから市販）及びエアロゲル（ENOVA(登録商標)MT 1200 エアロゲル, Cabot, Boston, Massachusetts）の分散液を以下の方法で共凝固させた。３０８ｇのヘキサノールを２３．９キログラム（ｋｇ）の水に加え、１５００ｒｐｍのインペラー速度で1分間混合した。速度を５００ｒｐｍまで遅くし、８１７ｇのENOVA（登録商標）エアロゲル粒子をゆっくりと加えた。エアロゲル粒子が完全に濡れるまで混合を続けた（約６〜１０分）。次に、２．１７ｋｇのＰＴＦＥ分散液と１３６ｇのExpancel 951 DU 120を加え、ミキサー速度を１５００ｒｐｍに１．５分間上げた。得られた凝塊をReemayシートで脱水し、熱風オーブンで１２５℃で２４時間乾燥させた。
【００８９】
次に、得られた乾燥凝塊をISOPAR Kと１．０４ｋｇ/ｋｇの比率でブレンドし、続いて圧縮して筒形プリフォームにした。次に、プリフォームをバレルを通して押出し、幅１５．２ｃｍ、厚さ３．７ｍｍのウェットテープを作成した。ウェットテープを０．７８ｍｍの厚さにカレンダ加工し、１５０℃の温度に設定された強制空気オーブンで４分間、次いで、１９０℃でさらに４分間乾燥した。最後の乾燥工程により、Expancelは膨張した。この膨張により、乾燥したカレンダ加工されたテープは両方向に同時に二軸膨張した。断熱材料は厚さが２．２５ｍｍであり、圧縮なしの熱伝導率はＸＸｍＷ/ｍＫであり、３０８６ｇ/ｍ２/２４時間のＭＶＴＲを有した。
【００９０】
例６
ＰＴＦＥ ６０１（E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, Delawareから市販）及びエアロゲル（ENOVA（登録商標）MT 1200 エアロゲル, Cabot, Boston, MA）の分散液を以下の方法で共凝固させた。３０８グラムのヘキサノールを２３．９ｋｇの水に加え、１５００ｒｐｍのインペラー速度で１分間混合した。速度を５００ｒｐｍまで遅くし、８１７グラムのENOVA（登録商標）エアロゲルをゆっくりと加えた。エアロゲルが完全に濡れるまで混合を続けた（約６〜１０分）。次に、２．１７ｋｇのＰＴＦＥ分散液及び１３．６グラムのExpancel 951 DU 120を加え、ミキサー速度を１５００ｒｐｍに１．５分間上げた。得られた凝塊をReemayシートで脱水し、熱風オーブンで１２５℃にて２４時間乾燥させた。
【００９１】
次に、得られた乾燥凝塊をISOPAR Kと１．０４ｋｇ/ｋｇの比率でブレンドし、続いて、圧縮して筒形プリフォームにした。次に、プリフォームをバレルを通して押出し、幅１５．２ｃｍ、厚さ３．７ｍｍのウェットテープを作成した。ウェットテープを０．７８ｍｍの厚さにカレンダ加工し、１５０°Ｃに設定した強制空気オーブンで４分間乾燥させ、次いで、１９０°Ｃでさらに４分間乾燥させた。最後の乾燥工程により、Expancelは膨張した。この膨張により、乾燥したカレンダ加工されたテープは、両方向に同時に二軸膨張した。断熱材料は厚さが１．２５ｍｍであり、圧縮なしの熱伝導率はＸＸｍＷ/ｍＫであり、４４７５ ｇ/ｍ２/２４時間のＭＶＴＲを有した。
【００９２】
比較例Ｂ
ＰＴＦＥ ６０１（E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, Delawareから市販）及びエアロゲル（Enova エアロゲル MT 1200, Cabot, Boston, MA）の分散液を以下の方法で共凝固させた。３０８グラムのヘキサノールを２３．９ｋｇの水に加え、１５００ｒｐｍのインペラー速度で１分間混合した。速度を５００ ｒｐｍまで遅くし、８１７グラムのENOVA（登録商標）エアロゲルをゆっくりと加えた。エアロゲルが完全に濡れるまで混合を続けた（約６〜１０分）。次に、２．１７ｋｇのＰＴＦＥ分散液及び２７２グラムのExpancel 951 DU 120を加え、ミキサーの速度を１５００ｒｐｍに１．５分間上げた。得られた凝塊をReemayシートで脱水し、熱風オーブンで１２５℃で２４時間乾燥させた。
【００９３】
次に、得られた乾燥凝塊をISOPAR Kと１．０４ｋｇ/ｋｇの比率でブレンドし、続いて圧縮して筒形プリフォームにした。次に、プリフォームをバレルを通して押出し、幅１５．２ｃｍ及び厚さ３．７ｍｍのウェットテープを作成した。ウェットテープを０．７８ｍｍの厚さにカレンダ加工し、１５０°Ｃに設定した強制空気オーブンで４分間乾燥させ、次いで、１９０°Ｃでさらに４分間乾燥させた。最後の乾燥工程により、Expancelは膨張した。この膨張により、乾燥したカレンダ加工されたテープは、両方向に同時に二軸膨張した。断熱材料は以下の特性を有した；厚さ：３．３７ｍｍ;圧縮なしの熱伝導率：ｘｘ ｍＷ/ｍ−Ｋ; ＭＶＴＲ（ＭＤＭ）：３２７１ｇ/ｍ２/２４時間。
【００９４】
比較例Ｃ
【００９５】
ＰＴＦＥ ６０１（E. I. DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, Delawareから市販）及びExpancel 951 DU 120膨張性中空粒子、Akzo Nobel, Amsterdam、NE）の分散液を以下の方法で共凝固させた。３０８グラムのヘキサノールを２３．９ｋｇの水に加え、１５００ｒｐｍのインペラー速度で１分間混合した。速度を５００ｒｐｍまで遅くし、５４グラムのExpancelをゆっくりと加えた。膨張性中空粒子が完全に濡れるまで混合を続けた（約６〜１０分）。次に、２．１７のＰＴＦＥ分散液を添加し、ミキサー速度を１５００ｒｐｍに１．５分間上げた。得られた凝塊をReemayシートで脱水し、熱風オーブンで１２５℃で２４時間乾燥させた。
【００９６】
次に、得られた乾燥凝塊をISOPAR Kと１．０４ｋｇ/ｋｇの比率でブレンドし、続いて、圧縮して筒形プリフォームにした。次に、プリフォームをバレルを通して押出し、幅１５．２ｃｍ、厚さ３．７ｍｍのウェットテープを作成した。ウェットテープを０．７８ｍｍの厚さにカレンダ加工し、１５０°Ｃに設定した強制空気オーブンで４分間乾燥させ、次いで、１９０°Ｃでさらに４分間乾燥させた。最終乾燥工程により、Expancelを膨張させた。この膨張により、乾燥したカレンダ加工されたテープは、両方向に同時に二軸膨張した。得られた断熱材料は以下の特性を有した；厚さ：１．１ｍｍ;圧縮なしの熱伝導率：ｘｘ ｍＷ/ｍ−Ｋ; ＭＶＴＲ（ＭＤＭ）：１９９０ｇ/ｍ２/２４時間。
【００９７】
例５、６、７及び比較例Ａ、Ｂ及びＣを、上記の燃焼性試験を使用して試験した。この試験の結果を表１に示す。
【表１】
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【００９８】
表１の例は、開示された断熱材料が優れた熱伝導率及び優れた難燃性を提供することを示す。
【００９９】
本出願の開示は、一般的に、そして特定の実施形態に関して上記で記載されてきた。本開示は、好ましい実施形態であると考えられるもので示されてきたが、当業者に知られている多種多様な代替形態は一般的な開示内で選択されうる。本開示は、以下に記載される特許請求の範囲の列挙を除いて、他に限定されない。
【図１】
2020515685.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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