エーロゲルを含む複合材料
【解決課題】熱伝導率が小さくて機械的強度の大きいエーロゲルを基材とする複合材料を提供すること及び３未満の比誘電率およびさらにこれに伴う小さい散逸係数を有する複合材料を提供すること。
【解決手段】１０〜９５容量％のエーロゲル粒子および少なくとも１種の無機マトリックス物質を含む複合材料であって、該エーロゲル粒子の平均粒径が０．１μｍよりも大きく０．５ｍｍ未満であり、該無機マトリックス物質がフィロシリケートであり且つ該エーロゲル粒子と結合して複合材料全体に連続相として広がるマトリックスを形成することを特徴とする複合材料。
【解決手段】１０〜９５容量％のエーロゲル粒子および少なくとも１種の無機マトリックス物質を含む複合材料であって、該エーロゲル粒子の平均粒径が０．１μｍよりも大きく０．５ｍｍ未満であり、該無機マトリックス物質がフィロシリケートであり且つ該エーロゲル粒子と結合して複合材料全体に連続相として広がるマトリックスを形成することを特徴とする複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は１０〜９５容量％のエーロゲル粒子および無機マトリックス物質としてフィロシリケートを含む複合材料、その調製法、およびその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの非孔質無機固体は、その固体物質を通してよく熱を伝えるので、熱伝導率が比較的大きい。熱伝導率を小さくするために、たとえばバーミキュル石を基材とする多孔質固体を用いることが多い。多孔質の物体には、容易に熱を伝え得る固体の骨組だけが残っており、一方細孔中の空気は固体物体と比べると熱を通しにくい。
【０００３】
しかし、応力は骨組を介してのみ伝えることができるので、固体中の細孔は、概して機械的安定性の劣化をもたらす。したがって、多孔質ではあるが、なお機械的に安定な物質が比較的大きい熱伝導率をも有する。
【０００４】
しかし、多くの用途には、良好な機械的強度、すなわちすぐれた圧縮および曲げ強度とともに、極めて小さい熱伝導率が望ましい。第１に、成形品は加工する必要があり、第２に成形品は、高温においてさえも、破壊や亀裂を生じることなく機械的負荷に耐えることができなければならない。
【０００５】
エーロゲル、とくに多孔度が６０％を上回り、密度が０．６ｇ／ｃｍ3を下回るエーロゲルは、密度が極めて小さく、多孔度が大きくかつ細孔径が小さいので、熱伝導率が極めて小さく、したがって欧州特許出願公開第0 171 722号明細書に述べられているように断熱材としての用途がある。空気分子の平均自由行程よりも小さい細孔径は、マクロ細孔中の空気よりも細孔中の空気が低い熱伝導率を生じるので、とくに重要である。したがって、エーロゲルの熱伝導率は、たとえば泡またはバーミキュル石を基材とする物質のように多孔度値は同様であるが、細孔径が大きい他の物質よりもさらに小さい。
【０００６】
しかし、高多孔度は、エーロゲルに乾燥させるゲルのみならずまた乾燥したエーロゲル自体双方の機械的安定性をも比較的小さくする。
エーロゲルは低密度であるので、その密度によって１〜２という異常に小さい比誘電率を有する。したがって、エーロゲルは、また、たとえば高周波用の電子的用途に用いるように予定される（Ｓ．Ｃ．Ｗ．Ｈｒｕｂｅｓｈら、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．８，Ｎｏ７、１７３６−１７４１）。
【０００７】
前述のエーロゲルの機械的欠点のほかに、散逸係数が大きい場合には電子的用途にとっても極めて不都合である。
もっとも広い意味、すなわち「分散媒として空気を含有するゲル」という意味でのエーロゲルは適当なゲルを乾燥することによって生成する。この意味における「エーロゲル」という用語は、狭い意味でのエーロゲル、キセロゲルおよびクリオゲルを包含する。乾燥ゲルは、臨界温度を上回る温度において、臨界圧力を上回る圧力から始めてゲルの液体除去する場合には狭い意味のエーロゲルと呼ぶ。対照的に、ゲルの液体を臨界未満で、たとえば液−気境界相を生成させながら除去する場合には、得られたゲルはキセロゲルと呼ぶことも多い。本発明によるゲルは分散媒として空気を含有するゲルという意味におけるエーロゲルであることを注意しなければならない。
【０００８】
多くの用途において、適当な機械的安定性を有する成形品にエーロゲルを用いることが必要である。
欧州特許出願公開第0 340 707号明細書は、少なくとも１種の有機および／または無機結合剤で相互に結合された少なくとも５０容量％のシリカエーロゲル粒子を含む密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ3の断熱材を開示している。この比較的粗い粒度は、この断熱材からつくった成形品がエーロゲル物質の不均質分布を有する結果をもたらす。このことは、フィルムまたはシートの厚さである成形品の最小の典型的な寸法がエーロゲル粒子の典型的な直径よりもはるかに大きくない場合にとくにあてはまる。とくに周辺においては、結合剤の割合を増すことが必要であろうし、このことは成形品、とくに表面における熱伝導率や誘電特性に悪影響を及ぼすと思われる。
【０００９】
とくに電子的用途は、前記のエーロゲル粒子を用いてはつくることができないとりわけ薄い層（０．０１〜２．０ｍｍ）を必要とする。
さらに、この断熱材でつくった成形品では、直径が０．５〜５ｍｍの機械的安定性の低い領域および構成するエーロゲル物質が表面に現われるであろうし、また機械的負荷をかけると、表面のエーロゲルの破壊によって、ついには直径または深さ最大５ｍｍの表面不整を生じるかもしれない。
【００１０】
さらに、欧州特許出願公開第0 340 707号明細書に示されている方法では、エーロゲル粒子は、機械的強度が小さいために、混合中のせん断プロセスによって容易に破壊する場合があるので、小量の液体しか含まないこの種の断熱材を調製することは容易なことではない。
【特許文献１】欧州特許出願公開第0 171 722号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第0 340 707号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｃ．Ｗ．Ｈｒｕｂｅｓｈら、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．８，Ｎｏ７、１７３６−１７４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって本発明の目的は、熱伝導率が小さくて機械的強度の大きいエーロゲルを基材とする複合材料を提供することにある。
本発明の別の目的は、３未満の比誘電率およびさらにこれに伴う小さい散逸係数を有する複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は、１０〜９５容量％のエーロゲル粒子および少なくとも１種の無機マトリックス物質を含み、さらに該エーロゲル粒子の粒径が０．５ｍｍ未満で、該無機マトリックス物質が、燃焼させる場合もさせない場合もあるフィロシリケートである複合材料によって達成された。
【００１３】
このマトリックス物質は、エーロゲル粒子を結合して、複合材料全体に連続相として広がるマトリックスを形成する。
フィロシリケートは、カオリン、クレーまたはベントナイトのような天然に存在するフィロシリケート、マガジ石（ｍａｇａｄｉｉｔｅ）もしくはケニア石（ｋｅｎｙａｉｔｅ）のような合成フィロシリケート、またはこれらの混合物であることができる。
【００１４】
できるだけ少量のアルカリ金属を含有し、同時に、成形性のすぐれたフィロシリケートが好ましい。相応するクレーまたはアルカリ金属を含まない（ナトリウムのない）合成フィロシリケート、たとえばマガジ石がとくに好ましい。
【００１５】
用途によっては、複合材料および／またはその中のフィロシリケートを燃焼させると有利になることがある。この燃焼温度は、結晶水を追い出すように選択される（５５０℃を上回る温度）。この場合には、二層シリケートカオリンを、たとえばメタカオリンに変える。これによって断熱材としての用途に望ましい多孔度が生じる。
【００１６】
さらに複合材料は、たとえばセッコウ、石灰および／またはセメントのような無機結合剤を含有することもでき、この場合に無機結合剤の比率は、フィロシリケートの比率に基づいて５０重量％未満が好ましい。
【００１７】
無機結合剤、たとえばセメント、石灰、セッコウまたは適当なこれらの混合物は、フィロシリケートとともにエーロゲルから成形品をつくる場合のすぐれた基礎を構成する。水硬性は強度の大きい極めて微細な構造物をもたらす。フィロシリケート、無機結合剤およびエーロゲルの組合せが、たとえば建築分野における用途にまさしく望ましいような成形品特性を付与する。
【００１８】
フィロシリケートと無機結合剤との混合物は注形用にも適する。フィロシリケートはこのような水性混合物の流動的特性を調節する。
組成物中１０容量％を著しく下回るエーロゲル粒子含量においては、エーロゲル粒子の比率が低いために、組成物の有利な性質は大幅に失われるであろう。この種の組成物は、もはや低密度および低熱伝導率を有しないであろう。比誘電率は、成形品が、たとえば高周波用には不適と思われる値に上がるであろう。
【００１９】
９５容量％よりも著しく大きいエーロゲル含量は、エーロゲル粒子相互の適切な結合ならびに適当な機械的圧縮および曲げ強度を得るには小さ過ぎる５容量％未満というマトリックス物質含有量をもたらすであろう。
【００２０】
エーロゲル粒子の比率は２０〜９０容量％の範囲が好ましい。
新規複合材料に適当なエーロゲルは、ゾル−ゲル法（Ｃ．Ｊ．Ｂｒｉｎｋｅｒ．Ｇ．Ｗ．Ｓｃｈｅｒｅｒ．Ｓｏｌ−ＧｅｌＳｃｉｅｎｃｅ．１９９０，第２および３章）に適切なたとえばケイ素もしくはアルミニウム化合物のような金属酸化物を基材とするもの、またはメラミン−ホルムアルデヒド縮合物（米国特許第５０８６ ０８５号）もしくはレゾルシノール・ホルムアルデヒド縮合物（米国特許第４８７３ ２１８号）のようなゾル−ゲル法に適切な有機物質を基材とするものである。該エーロゲルは前記物質の混合物を基材とすることもできる。ケイ素化合物を含むエーロゲル、とくにＳｉＯ2エーロゲルが好ましく、ＳｉＯ2キセロゲルがとりわけ極めて好ましい。熱伝導率への放熱の寄与を減らすためには、エーロゲルはたとえばカーボンブラック、二酸化チタン、酸化鉄もしくは二酸化ジルコニウムまたはこれら混合物のようなＩＲ不透明化剤を含むことができる。
【００２１】
好ましい態様では、エーロゲル粒子は疎水性表面基を有する。永久疎水化に適する基は、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であり、式中各Ｒはそれぞれ独立して未反応有機基、たとえばＣ1−Ｃ18アルキルまたはＣ6−Ｃ14アリール、好ましくはＣ1−Ｃ6アルキルまたはフェニル、とくにメチル、エチル、シクロヘキシルまたはフェニル、これらはさらに官能基で置換させることもできる。トリメチルシリル基はエーロゲルの永久疎水化にとくに有利である。これらの基は国際出願公開９４／２５１４９号に記載されているように、またはエーロゲルと、たと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のような活性化トリアルキルシラン誘導体（Ｒ．Ｉｌｅｒ．ＴｈｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｓｉｌｉｃａ．Ｗｉｌｅｙ＆ Ｓｏｎｓ．１９７９参照）との気相反応によって得ることができる。このようにして調製した疎水性表面基は、ＯＨ基と比べて散逸係数および比誘電率をさらに低下させる。親水性表面基を有するエーロゲル粒子は、大気中の湿度によって水分を吸収する可能性があり、その結果比誘電率および散逸係数は大気の湿度とともに変動する場合がある。これは電子的用途には好ましくないことが多い。疎水性表面基を有するエーロゲル粒子の使用は、水を吸着しないのでこの変動は防げる。
【００２２】
上記基の選択は、典型的な適用温度にもよる。
本発明によれば、エーロゲル粒子の粒径は０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満である。電子的用途の場合には、該粒径はさらに著しく小さくなる場合があるが、好ましくは０．１μｍを上回る。たとえば磨砕によるエーロゲル粒子の調製法は、エーロゲル粒子が必ずしも球形を有する必要はないので、この粒径は個々のエーロゲル粒子の平均直径を指す。
【００２３】
同じエーロゲルの比率における小さなエーロゲル粒子の使用は、負荷下の応力の局部的蓄積が減少するので破壊および亀裂の生成に関してすぐれた機械的安定性を与える。
さらに、小さいエーロゲル粒子は組成物中に均一な分布を示し、したがって複合材料はすべての部位、とくに表においてほぼ均一な熱伝導率および比誘電率を示す。
【００２４】
エーロゲルは、その物質および細孔表面の表面基の種類によって、親水性または疎水性であることができる。親水性エーロゲルが、極性物質、とくに気状または液状の水と接触する場合には、作用の持続および物質の物理的条件によってぜい弱化することがあり、好ましくない場合には親水性エーロゲルが圧潰することさえある。この細孔構造の変化、とくに圧潰は断熱効率の激烈な劣化を生じることがある。たとえば温度変化および典型的に水分を含む製造プロセスによる外気の水分の凝縮の結果として複合材料中のあり得る湿気（水分としての）の存在を考えた場合には疎水性エーロゲルが好ましい。複合材料から典型的につくった成形品に期待される長い有効寿命の間の、水分および／または外気の悪影響下における複合材料の断熱効率の劣化を防ぐために、わずかに酸性の環境においてさえも長い間疎水性を持続するエーロゲルがとくに好ましい。
【００２５】
疎水性表面基を有するエーロゲル粒子を用いる場合には、疎水性エーロゲルは均一で極めて微細な分布を示すので、極めて小さい粒径が疎水性セラミック物質をもたらす。
複合材料中のとくに高比率のエーロゲル粒子は二つのモードのある粒度分布を用いることによって達成することができる。
【００２６】
エーロゲルの熱伝導率は、多孔度が増すにつれて低下し、また密度が小さくなるにつれて下がることも事実である。このために、多孔度が６０％を上回り、密度が０．６ｇ／ｃｍ3を下回るエーロゲルが好ましい。密度が０．４ｇ／ｃｍ3を下回るエーロゲルがとくに好ましい。
【００２７】
熱伝導率への放熱の寄与を減らすために、複合材料は、たとえばカーボンブラック、二酸化チタン、二酸化鉄または二酸化ジルコニウムもしくはこれらの混合物のようなＩＲ不透明化剤を包含することができ、これは高温における適用にとくに有利である。
【００２８】
亀裂および破壊強度に関連して、複合材料が繊維を含有するならば、それが有利な場合もある。繊維は、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のような有機繊維および／または、たとえばガラス繊維、鉱物もしくはＳｉＣ繊維のような無機繊維および／または炭素繊維であることができる。成形品をアニーリングする場合には有機繊維は使用することはできない。
【００２９】
乾燥後に得られる複合材料の引火性の格付けは、エーロゲルの引火性の格付け、無機マトリックス物質の引火性の格付けおよび、もしも使用するときには繊維物質の引火性の格付けによって決定される。複合材料の考えられる最良の引火性の格付け（低引火性または不燃焼性）を得るには、繊維が不燃性物質、たとえば鉱物、ガラスまたはＳｉＣ繊維より成るものでなくてはならない。
【００３０】
添加する繊維によって生じる熱伝導率の増大を避けるために
ａ）繊維の容量比率は０．１ないし３０％、好ましくは１ないし１０％でなければならず、また
ｂ）繊維物質の熱伝導率は好ましくは１Ｗ／ｍＫを下回る必要がある。
【００３１】
繊維直径および／または繊維物質の適当な選択によって、熱伝導率への放熱の寄与を減らすことができ、また機械的強度の増大を得ることができる。このためには、繊維の直径が好ましくは０．１〜３０μｍの範囲にある必要がある。炭素繊維または炭素含有繊維を用いる場合には、熱伝導率への放熱の寄与をとくに減少させることができる。
【００３２】
機械的強度が、複合材料中の繊維の長さおよび分布によって影響を受ける場合もある。長さが０．５〜１０ｃｍの繊維の使用が好ましい。シート状の成形品の場合には繊維より成る布を使用することもできる。
【００３３】
複合材料は、たとえばチローゼ、デンプン、ポリビニルアルコールおよび／またはワックスエマルションのような他の補助物質を含有することもできる。これらの物質は複合材料の製造中、押出助剤として用いられる。従来技術では、これらの物質はセラミック物体の成形に工業的に用いられる。
【００３４】
複合材料の比誘電率は、とくに電子的用途の場合には好ましくは３未満である必要がある。このような複合材料は、複合材料のキャパシタンスが無視できるほど依然として小さいので、１ＧＨｚを上回る周波数範囲の用途に適している。
【００３５】
該材料を、シート状構造物、たとえばシートとして用いる場合には、たとえば耐摩耗性を増大させ、表面を防湿層にし、または表面が容易に汚れないように、表面の性状を向上させるために、該材料は、少なくとも１面に少なくとも１種の被覆層を積層することができる。被覆層は、複合材料からつくった物品の機械的安定性を向上させることもできる。被覆層を両面に用いる場合には、該層は同一でも異なるものでもよい。
【００３６】
適当な被覆層はすべて当業者には公知の物質である。該層は非孔質であり、したがって防湿層として効果的であることができ、実例は熱線を反射するプラスチックフィルム、金属箔または金属化プラスチックフィルムである。物質中への空気の進入を可能にし、したがって良好な遮音を与える多孔性被覆層を用いることもでき、実例は多孔性フィルム、紙、布およびウェブである。マトリックス物質自体を被覆層として用いることもできる。
【００３７】
被覆層自体も多数の層を含むことができ、また結合剤または別の接着剤を用いて固着させることもできる。
複合材料の表面は、表面層中に少なくとも１種の適当な物質を導入することによって封止や強化を行うこともできる。
【００３８】
本発明の別の目的は新規複合材料の調製法を提供することにある。
この目的は、
ａ）混合装置中で、エーロゲル粒子は、フィロシリケート、水、ならびに必要ならば繊維、結合剤および／または補助物質を混合し、
ｂ）こうして得た混合物を成形プロセスにかけ、
ｃ）こうして得た物体を乾燥し、
ｄ）必要ならば、乾燥した物体を素地加工（ｇｒｅｅｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）し、さらに
ｅ）加工および／または乾燥した物体を、必要ならば２５０〜１２００℃の範囲の温度で熱処理する
ことを含む方法によって達成される。
【００３９】
工程ａ）において、混合装置内で固体成分を事前に充填し、その後液体成分を添加するのが好ましい。
固体成分の当初の乾量に約５０％の水分を有するワックスエマルションを添加するのがとくに好ましい。必要な水分のそれ以上の部分は水ガラスを加えることによって得ることができる。必要な程度まで、補足的水分を混合物に加えることができる。
【００４０】
混合物の機械的性状を改善するために混合水分を用いることができる。混合物の特有の流動学的挙動は、エーロゲル粒子の性質およびフィロシリケートの性質と相互に作用する繊維、結合剤および／または補助物質の種類、量および組合せによっても決定される。
【００４１】
この混合物は、混合物にせん断力が働らくミキサーで配合するのが好ましい。
このせん断力はフィロシリケートをできるだけ完全に個々の小さな板状体に広げるという目的を有する。
【００４２】
次の成形プロセス、好ましくは押出プロセス中、せん断力および直角に作用する成形力によってフィロシリケートの小さな板状体を整列させることができる。この整列は機械的強度を増大させる。断熱材としての用途の場合には、この整列が熱伝導率を下げるのにも有効である。さらに、同じ物理的性状を得るために、フィロシリケートに対する要求が少なくなる。
【００４３】
多くの場合に、過度に顕著な整列は望ましくない。か焼フィロシリケートで未焼フィロシリケートのすべてまたは一部を取り替えることによって、整列を抑えることができる。
可塑性の点から、フィロシリケートを、押出すこができるようにフィロシリケートに水を混合することができる。混合物の良好な成形性が得られるように含水量を調節する必要がある。エーロゲルの水分を吸収する能力によっては含水量を高めなければならない。
【００４４】
しかし、成形法は当業者には公知の他の方法を用いて行うこともできる。したがって、混合物が１００〜２０００ｍＰａｓの範囲の粘度を有するのが好ましい場合には、混合物を型の中に注入することもできる。
【００４５】
成形プロセスで得られた物品は乾燥し、さらに、必要があれば素地加工にかける、すなわち所要のサイズにトリミングする。
用途によっては、乾燥物品に熱処理、すなわち燃焼またはか焼を行うことができる。燃焼により、材料から押出助剤を除去することができる。燃焼温度は５００〜１０００℃の範囲が好ましい。
【００４６】
エーロゲルの構造を破壊しないように好ましくは１０００℃という温度を超えてはならない燃焼の後の強度は、エーロゲル含量が多いにもかかわらず、以後の操作または適用において処理するのに十分なほど依然として大きい。
【００４７】
新規複合材料は熱伝導率が小さいために、断熱用成形品として適当である。最終の成形品が有機成分を含まない場合には、約５００℃を上回る温度においてさえも断熱用として使用することができる。用途により、物品をシート、ストリップまたは不規則形状の物体として設計することができる。
【００４８】
新規複合材料は、さらに、また、電子分野において、好ましくは１ＭＨｚを上回る周波数の用途の成形品またはコーティングとしても好結果を収めることが立証された。エーロゲルの比率が上がるにつれて、成形品の比誘電率は低下し、また物品はＧＨｚ回路の基板として用いることができる。比誘電率が小さいので、これによって回路の高度の集成が可能になる。電子分野における用途としては、フィロシリケート単独より成り、せいぜい少量の無機結合剤を含む複合材料の使用は、セメント、石灰および／またはセッコウを基材とするこの種の結合剤がフィロシリケートよりもはるかに急激に比誘電率を増すので、好ましい。たとえばマガジ石またはケニア石のような合成フィロシリケートの使用は、アルカリ金属を包含しないように、合成フィロシリケートをつくることができるのでとくに有利である。
【００４９】
下記の実施例によって本発明を詳細に説明するが、すべての実験において、国際出願公開９４／２５１４９号で公開された方法と同様にトリメチルクロロシランから調製した、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を基材とし、密度が０．１７ｇ／ｃｍ3で、熱伝導率が３０ｍＷ／ｍＫの疎水性エーロゲルを使用した。
【実施例１】
【００５０】
下記成分をミキサー中で乾燥状態で混合する。
５００ｍｌの粒径が０．１ｍｍ未満のエーロゲル
４５０ｇのＳＡＶＣクレー（Ｒ３、ＡＧＳ Ｍｉｎｅｒａｌｓ）
５０ｇのベントナイトＧ１００
２０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００５１】
２２５ｍｌの水
２５ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
２５ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を脱ガスした後、押出して成形片をつくる。この成形片を乾燥した後、有機成分を除去するために５００℃の高温処理にかける。
【００５２】
得られた複合材料の成形片は密度が０．８ｇ／ｃｍ3、比誘電率が２．７である。
【実施例２】
【００５３】
下記成分をミキサー中で乾燥状態で混合する。
１０００ｍｌのエーロゲル
２５０ｇのベントナイトＧ１００
４０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００５４】
２００ｍｌの水
５０ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
５０ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を脱ガスした後、押出して成形片をつくる。この成形片を乾燥した後、有機成分を除去するために６００℃の高温処理にかける。
【００５５】
得られた成形片は密度が０．５５ｇ／ｃｍ3である。
【実施例３】
【００５６】
下記成分をミキサー中で、乾燥状態で混合する。
５００ｍｌのエーロゲル
４５０ｇのクレーＭＦ３５
５０ｇのベントナイトＧ１００
２０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００５７】
２２５ｍｌの水
２５ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
２５ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を脱ガスした後押出して成形片をつくる。この成形片を乾燥した後、有機成分を除去するために５００℃の高温処理にかける。
【００５８】
得られた成形片は密度が０．８ｇ／ｃｍ3である。
【実施例４】
【００５９】
下記成分をミキサー中で乾燥状態で混合する。
１０００ｍｌのエーロゲル
２５０ｇのベントナイトＧ１００
４０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００６０】
２００ｍｌの水
５０ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
５０ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を脱ガスした後、押出して成形片をつくる。この成形片を乾燥した後、有機成分を除去するために６３０℃の高温処理にかける。
【００６１】
得られた成形片は密度が０．５５ｇ／ｃｍ3である。
【実施例５】
【００６２】
１０００ｍｌのエーロゲル
２００ｇのケイ酸カルシウム（ポートランド石）
２０ｇのα型半水セッコウ
５０ｇのＳＡＶＣクレー
４０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
２７５ｍｌの水
を容器の中で、撹拌装置を用いて、混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合する。
【００６３】
この混合物を型の中に注入し、そこに４８時間放置した後、取り出す。過剰の水分を除くために、成形品を５０℃で乾燥する。乾燥した成形品は、密度が０．６５ｇ／ｃｍ3、熱伝導率が０．２５Ｗ／ｍＫ（Ｎｅｔｚｓｃｈ装置を用いレーザーフラッシュ法により測定）、曲げ強度（ＤＩＮ４０６８５／ＩＥＣ６７２；Ｐａｒｔ２により測定）が３５Ｎ／ｍｍ2である。
【実施例６】
【００６４】
下記成分をミキサー中で乾燥状態で混合する。
５００ｇのエーロゲル
４５０ｇのＳＡＶＣクレー
５０ｇのベントナイトＧ１００
５０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００６５】
２２５ｍｌの水
２５ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
２５ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を乾燥後、ジョー破砕機で１．５ｍｍよりも小さく微粉砕する。得られた粉末を４枚刃のビーターを有するＡｌｐｉｎｅクロスビーターミルに２回通して磨砕する。粉末の平均粒径は０．１ｍｍ未満である。
【００６６】
この粉末を、角度４０゜、回転速度２０ｒｐｍのＥｉｒｉｃｈパン粗砕機で粗砕する。粗砕化には０．２％濃度のチローゼＣ６００溶液を使用する。この顆粒を０．１ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の粒度にふるい分け、ＤＯＲＳＴＴＰＡ−６中で２．５％の水分に乾燥圧縮して、曲げ試験片４．５×４．５×５０ｍｍおよび直径５０×７ｍｍの円板を得る。
【００６７】
得られた成形片は密度が１．０ｇ／ｃｍ3、熱伝導率が４００ｍＷ／ｍＫであり、曲げ強度は３５Ｎ／ｍｍ2よりも大きい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は１０〜９５容量％のエーロゲル粒子および無機マトリックス物質としてフィロシリケートを含む複合材料、その調製法、およびその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの非孔質無機固体は、その固体物質を通してよく熱を伝えるので、熱伝導率が比較的大きい。熱伝導率を小さくするために、たとえばバーミキュル石を基材とする多孔質固体を用いることが多い。多孔質の物体には、容易に熱を伝え得る固体の骨組だけが残っており、一方細孔中の空気は固体物体と比べると熱を通しにくい。
【０００３】
しかし、応力は骨組を介してのみ伝えることができるので、固体中の細孔は、概して機械的安定性の劣化をもたらす。したがって、多孔質ではあるが、なお機械的に安定な物質が比較的大きい熱伝導率をも有する。
【０００４】
しかし、多くの用途には、良好な機械的強度、すなわちすぐれた圧縮および曲げ強度とともに、極めて小さい熱伝導率が望ましい。第１に、成形品は加工する必要があり、第２に成形品は、高温においてさえも、破壊や亀裂を生じることなく機械的負荷に耐えることができなければならない。
【０００５】
エーロゲル、とくに多孔度が６０％を上回り、密度が０．６ｇ／ｃｍ3を下回るエーロゲルは、密度が極めて小さく、多孔度が大きくかつ細孔径が小さいので、熱伝導率が極めて小さく、したがって欧州特許出願公開第0 171 722号明細書に述べられているように断熱材としての用途がある。空気分子の平均自由行程よりも小さい細孔径は、マクロ細孔中の空気よりも細孔中の空気が低い熱伝導率を生じるので、とくに重要である。したがって、エーロゲルの熱伝導率は、たとえば泡またはバーミキュル石を基材とする物質のように多孔度値は同様であるが、細孔径が大きい他の物質よりもさらに小さい。
【０００６】
しかし、高多孔度は、エーロゲルに乾燥させるゲルのみならずまた乾燥したエーロゲル自体双方の機械的安定性をも比較的小さくする。
エーロゲルは低密度であるので、その密度によって１〜２という異常に小さい比誘電率を有する。したがって、エーロゲルは、また、たとえば高周波用の電子的用途に用いるように予定される（Ｓ．Ｃ．Ｗ．Ｈｒｕｂｅｓｈら、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．８，Ｎｏ７、１７３６−１７４１）。
【０００７】
前述のエーロゲルの機械的欠点のほかに、散逸係数が大きい場合には電子的用途にとっても極めて不都合である。
もっとも広い意味、すなわち「分散媒として空気を含有するゲル」という意味でのエーロゲルは適当なゲルを乾燥することによって生成する。この意味における「エーロゲル」という用語は、狭い意味でのエーロゲル、キセロゲルおよびクリオゲルを包含する。乾燥ゲルは、臨界温度を上回る温度において、臨界圧力を上回る圧力から始めてゲルの液体除去する場合には狭い意味のエーロゲルと呼ぶ。対照的に、ゲルの液体を臨界未満で、たとえば液−気境界相を生成させながら除去する場合には、得られたゲルはキセロゲルと呼ぶことも多い。本発明によるゲルは分散媒として空気を含有するゲルという意味におけるエーロゲルであることを注意しなければならない。
【０００８】
多くの用途において、適当な機械的安定性を有する成形品にエーロゲルを用いることが必要である。
欧州特許出願公開第0 340 707号明細書は、少なくとも１種の有機および／または無機結合剤で相互に結合された少なくとも５０容量％のシリカエーロゲル粒子を含む密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ3の断熱材を開示している。この比較的粗い粒度は、この断熱材からつくった成形品がエーロゲル物質の不均質分布を有する結果をもたらす。このことは、フィルムまたはシートの厚さである成形品の最小の典型的な寸法がエーロゲル粒子の典型的な直径よりもはるかに大きくない場合にとくにあてはまる。とくに周辺においては、結合剤の割合を増すことが必要であろうし、このことは成形品、とくに表面における熱伝導率や誘電特性に悪影響を及ぼすと思われる。
【０００９】
とくに電子的用途は、前記のエーロゲル粒子を用いてはつくることができないとりわけ薄い層（０．０１〜２．０ｍｍ）を必要とする。
さらに、この断熱材でつくった成形品では、直径が０．５〜５ｍｍの機械的安定性の低い領域および構成するエーロゲル物質が表面に現われるであろうし、また機械的負荷をかけると、表面のエーロゲルの破壊によって、ついには直径または深さ最大５ｍｍの表面不整を生じるかもしれない。
【００１０】
さらに、欧州特許出願公開第0 340 707号明細書に示されている方法では、エーロゲル粒子は、機械的強度が小さいために、混合中のせん断プロセスによって容易に破壊する場合があるので、小量の液体しか含まないこの種の断熱材を調製することは容易なことではない。
【特許文献１】欧州特許出願公開第0 171 722号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第0 340 707号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｃ．Ｗ．Ｈｒｕｂｅｓｈら、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．８，Ｎｏ７、１７３６−１７４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって本発明の目的は、熱伝導率が小さくて機械的強度の大きいエーロゲルを基材とする複合材料を提供することにある。
本発明の別の目的は、３未満の比誘電率およびさらにこれに伴う小さい散逸係数を有する複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は、１０〜９５容量％のエーロゲル粒子および少なくとも１種の無機マトリックス物質を含み、さらに該エーロゲル粒子の粒径が０．５ｍｍ未満で、該無機マトリックス物質が、燃焼させる場合もさせない場合もあるフィロシリケートである複合材料によって達成された。
【００１３】
このマトリックス物質は、エーロゲル粒子を結合して、複合材料全体に連続相として広がるマトリックスを形成する。
フィロシリケートは、カオリン、クレーまたはベントナイトのような天然に存在するフィロシリケート、マガジ石（ｍａｇａｄｉｉｔｅ）もしくはケニア石（ｋｅｎｙａｉｔｅ）のような合成フィロシリケート、またはこれらの混合物であることができる。
【００１４】
できるだけ少量のアルカリ金属を含有し、同時に、成形性のすぐれたフィロシリケートが好ましい。相応するクレーまたはアルカリ金属を含まない（ナトリウムのない）合成フィロシリケート、たとえばマガジ石がとくに好ましい。
【００１５】
用途によっては、複合材料および／またはその中のフィロシリケートを燃焼させると有利になることがある。この燃焼温度は、結晶水を追い出すように選択される（５５０℃を上回る温度）。この場合には、二層シリケートカオリンを、たとえばメタカオリンに変える。これによって断熱材としての用途に望ましい多孔度が生じる。
【００１６】
さらに複合材料は、たとえばセッコウ、石灰および／またはセメントのような無機結合剤を含有することもでき、この場合に無機結合剤の比率は、フィロシリケートの比率に基づいて５０重量％未満が好ましい。
【００１７】
無機結合剤、たとえばセメント、石灰、セッコウまたは適当なこれらの混合物は、フィロシリケートとともにエーロゲルから成形品をつくる場合のすぐれた基礎を構成する。水硬性は強度の大きい極めて微細な構造物をもたらす。フィロシリケート、無機結合剤およびエーロゲルの組合せが、たとえば建築分野における用途にまさしく望ましいような成形品特性を付与する。
【００１８】
フィロシリケートと無機結合剤との混合物は注形用にも適する。フィロシリケートはこのような水性混合物の流動的特性を調節する。
組成物中１０容量％を著しく下回るエーロゲル粒子含量においては、エーロゲル粒子の比率が低いために、組成物の有利な性質は大幅に失われるであろう。この種の組成物は、もはや低密度および低熱伝導率を有しないであろう。比誘電率は、成形品が、たとえば高周波用には不適と思われる値に上がるであろう。
【００１９】
９５容量％よりも著しく大きいエーロゲル含量は、エーロゲル粒子相互の適切な結合ならびに適当な機械的圧縮および曲げ強度を得るには小さ過ぎる５容量％未満というマトリックス物質含有量をもたらすであろう。
【００２０】
エーロゲル粒子の比率は２０〜９０容量％の範囲が好ましい。
新規複合材料に適当なエーロゲルは、ゾル−ゲル法（Ｃ．Ｊ．Ｂｒｉｎｋｅｒ．Ｇ．Ｗ．Ｓｃｈｅｒｅｒ．Ｓｏｌ−ＧｅｌＳｃｉｅｎｃｅ．１９９０，第２および３章）に適切なたとえばケイ素もしくはアルミニウム化合物のような金属酸化物を基材とするもの、またはメラミン−ホルムアルデヒド縮合物（米国特許第５０８６ ０８５号）もしくはレゾルシノール・ホルムアルデヒド縮合物（米国特許第４８７３ ２１８号）のようなゾル−ゲル法に適切な有機物質を基材とするものである。該エーロゲルは前記物質の混合物を基材とすることもできる。ケイ素化合物を含むエーロゲル、とくにＳｉＯ2エーロゲルが好ましく、ＳｉＯ2キセロゲルがとりわけ極めて好ましい。熱伝導率への放熱の寄与を減らすためには、エーロゲルはたとえばカーボンブラック、二酸化チタン、酸化鉄もしくは二酸化ジルコニウムまたはこれら混合物のようなＩＲ不透明化剤を含むことができる。
【００２１】
好ましい態様では、エーロゲル粒子は疎水性表面基を有する。永久疎水化に適する基は、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であり、式中各Ｒはそれぞれ独立して未反応有機基、たとえばＣ1−Ｃ18アルキルまたはＣ6−Ｃ14アリール、好ましくはＣ1−Ｃ6アルキルまたはフェニル、とくにメチル、エチル、シクロヘキシルまたはフェニル、これらはさらに官能基で置換させることもできる。トリメチルシリル基はエーロゲルの永久疎水化にとくに有利である。これらの基は国際出願公開９４／２５１４９号に記載されているように、またはエーロゲルと、たと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のような活性化トリアルキルシラン誘導体（Ｒ．Ｉｌｅｒ．ＴｈｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｓｉｌｉｃａ．Ｗｉｌｅｙ＆ Ｓｏｎｓ．１９７９参照）との気相反応によって得ることができる。このようにして調製した疎水性表面基は、ＯＨ基と比べて散逸係数および比誘電率をさらに低下させる。親水性表面基を有するエーロゲル粒子は、大気中の湿度によって水分を吸収する可能性があり、その結果比誘電率および散逸係数は大気の湿度とともに変動する場合がある。これは電子的用途には好ましくないことが多い。疎水性表面基を有するエーロゲル粒子の使用は、水を吸着しないのでこの変動は防げる。
【００２２】
上記基の選択は、典型的な適用温度にもよる。
本発明によれば、エーロゲル粒子の粒径は０．５ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満である。電子的用途の場合には、該粒径はさらに著しく小さくなる場合があるが、好ましくは０．１μｍを上回る。たとえば磨砕によるエーロゲル粒子の調製法は、エーロゲル粒子が必ずしも球形を有する必要はないので、この粒径は個々のエーロゲル粒子の平均直径を指す。
【００２３】
同じエーロゲルの比率における小さなエーロゲル粒子の使用は、負荷下の応力の局部的蓄積が減少するので破壊および亀裂の生成に関してすぐれた機械的安定性を与える。
さらに、小さいエーロゲル粒子は組成物中に均一な分布を示し、したがって複合材料はすべての部位、とくに表においてほぼ均一な熱伝導率および比誘電率を示す。
【００２４】
エーロゲルは、その物質および細孔表面の表面基の種類によって、親水性または疎水性であることができる。親水性エーロゲルが、極性物質、とくに気状または液状の水と接触する場合には、作用の持続および物質の物理的条件によってぜい弱化することがあり、好ましくない場合には親水性エーロゲルが圧潰することさえある。この細孔構造の変化、とくに圧潰は断熱効率の激烈な劣化を生じることがある。たとえば温度変化および典型的に水分を含む製造プロセスによる外気の水分の凝縮の結果として複合材料中のあり得る湿気（水分としての）の存在を考えた場合には疎水性エーロゲルが好ましい。複合材料から典型的につくった成形品に期待される長い有効寿命の間の、水分および／または外気の悪影響下における複合材料の断熱効率の劣化を防ぐために、わずかに酸性の環境においてさえも長い間疎水性を持続するエーロゲルがとくに好ましい。
【００２５】
疎水性表面基を有するエーロゲル粒子を用いる場合には、疎水性エーロゲルは均一で極めて微細な分布を示すので、極めて小さい粒径が疎水性セラミック物質をもたらす。
複合材料中のとくに高比率のエーロゲル粒子は二つのモードのある粒度分布を用いることによって達成することができる。
【００２６】
エーロゲルの熱伝導率は、多孔度が増すにつれて低下し、また密度が小さくなるにつれて下がることも事実である。このために、多孔度が６０％を上回り、密度が０．６ｇ／ｃｍ3を下回るエーロゲルが好ましい。密度が０．４ｇ／ｃｍ3を下回るエーロゲルがとくに好ましい。
【００２７】
熱伝導率への放熱の寄与を減らすために、複合材料は、たとえばカーボンブラック、二酸化チタン、二酸化鉄または二酸化ジルコニウムもしくはこれらの混合物のようなＩＲ不透明化剤を包含することができ、これは高温における適用にとくに有利である。
【００２８】
亀裂および破壊強度に関連して、複合材料が繊維を含有するならば、それが有利な場合もある。繊維は、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のような有機繊維および／または、たとえばガラス繊維、鉱物もしくはＳｉＣ繊維のような無機繊維および／または炭素繊維であることができる。成形品をアニーリングする場合には有機繊維は使用することはできない。
【００２９】
乾燥後に得られる複合材料の引火性の格付けは、エーロゲルの引火性の格付け、無機マトリックス物質の引火性の格付けおよび、もしも使用するときには繊維物質の引火性の格付けによって決定される。複合材料の考えられる最良の引火性の格付け（低引火性または不燃焼性）を得るには、繊維が不燃性物質、たとえば鉱物、ガラスまたはＳｉＣ繊維より成るものでなくてはならない。
【００３０】
添加する繊維によって生じる熱伝導率の増大を避けるために
ａ）繊維の容量比率は０．１ないし３０％、好ましくは１ないし１０％でなければならず、また
ｂ）繊維物質の熱伝導率は好ましくは１Ｗ／ｍＫを下回る必要がある。
【００３１】
繊維直径および／または繊維物質の適当な選択によって、熱伝導率への放熱の寄与を減らすことができ、また機械的強度の増大を得ることができる。このためには、繊維の直径が好ましくは０．１〜３０μｍの範囲にある必要がある。炭素繊維または炭素含有繊維を用いる場合には、熱伝導率への放熱の寄与をとくに減少させることができる。
【００３２】
機械的強度が、複合材料中の繊維の長さおよび分布によって影響を受ける場合もある。長さが０．５〜１０ｃｍの繊維の使用が好ましい。シート状の成形品の場合には繊維より成る布を使用することもできる。
【００３３】
複合材料は、たとえばチローゼ、デンプン、ポリビニルアルコールおよび／またはワックスエマルションのような他の補助物質を含有することもできる。これらの物質は複合材料の製造中、押出助剤として用いられる。従来技術では、これらの物質はセラミック物体の成形に工業的に用いられる。
【００３４】
複合材料の比誘電率は、とくに電子的用途の場合には好ましくは３未満である必要がある。このような複合材料は、複合材料のキャパシタンスが無視できるほど依然として小さいので、１ＧＨｚを上回る周波数範囲の用途に適している。
【００３５】
該材料を、シート状構造物、たとえばシートとして用いる場合には、たとえば耐摩耗性を増大させ、表面を防湿層にし、または表面が容易に汚れないように、表面の性状を向上させるために、該材料は、少なくとも１面に少なくとも１種の被覆層を積層することができる。被覆層は、複合材料からつくった物品の機械的安定性を向上させることもできる。被覆層を両面に用いる場合には、該層は同一でも異なるものでもよい。
【００３６】
適当な被覆層はすべて当業者には公知の物質である。該層は非孔質であり、したがって防湿層として効果的であることができ、実例は熱線を反射するプラスチックフィルム、金属箔または金属化プラスチックフィルムである。物質中への空気の進入を可能にし、したがって良好な遮音を与える多孔性被覆層を用いることもでき、実例は多孔性フィルム、紙、布およびウェブである。マトリックス物質自体を被覆層として用いることもできる。
【００３７】
被覆層自体も多数の層を含むことができ、また結合剤または別の接着剤を用いて固着させることもできる。
複合材料の表面は、表面層中に少なくとも１種の適当な物質を導入することによって封止や強化を行うこともできる。
【００３８】
本発明の別の目的は新規複合材料の調製法を提供することにある。
この目的は、
ａ）混合装置中で、エーロゲル粒子は、フィロシリケート、水、ならびに必要ならば繊維、結合剤および／または補助物質を混合し、
ｂ）こうして得た混合物を成形プロセスにかけ、
ｃ）こうして得た物体を乾燥し、
ｄ）必要ならば、乾燥した物体を素地加工（ｇｒｅｅｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）し、さらに
ｅ）加工および／または乾燥した物体を、必要ならば２５０〜１２００℃の範囲の温度で熱処理する
ことを含む方法によって達成される。
【００３９】
工程ａ）において、混合装置内で固体成分を事前に充填し、その後液体成分を添加するのが好ましい。
固体成分の当初の乾量に約５０％の水分を有するワックスエマルションを添加するのがとくに好ましい。必要な水分のそれ以上の部分は水ガラスを加えることによって得ることができる。必要な程度まで、補足的水分を混合物に加えることができる。
【００４０】
混合物の機械的性状を改善するために混合水分を用いることができる。混合物の特有の流動学的挙動は、エーロゲル粒子の性質およびフィロシリケートの性質と相互に作用する繊維、結合剤および／または補助物質の種類、量および組合せによっても決定される。
【００４１】
この混合物は、混合物にせん断力が働らくミキサーで配合するのが好ましい。
このせん断力はフィロシリケートをできるだけ完全に個々の小さな板状体に広げるという目的を有する。
【００４２】
次の成形プロセス、好ましくは押出プロセス中、せん断力および直角に作用する成形力によってフィロシリケートの小さな板状体を整列させることができる。この整列は機械的強度を増大させる。断熱材としての用途の場合には、この整列が熱伝導率を下げるのにも有効である。さらに、同じ物理的性状を得るために、フィロシリケートに対する要求が少なくなる。
【００４３】
多くの場合に、過度に顕著な整列は望ましくない。か焼フィロシリケートで未焼フィロシリケートのすべてまたは一部を取り替えることによって、整列を抑えることができる。
可塑性の点から、フィロシリケートを、押出すこができるようにフィロシリケートに水を混合することができる。混合物の良好な成形性が得られるように含水量を調節する必要がある。エーロゲルの水分を吸収する能力によっては含水量を高めなければならない。
【００４４】
しかし、成形法は当業者には公知の他の方法を用いて行うこともできる。したがって、混合物が１００〜２０００ｍＰａｓの範囲の粘度を有するのが好ましい場合には、混合物を型の中に注入することもできる。
【００４５】
成形プロセスで得られた物品は乾燥し、さらに、必要があれば素地加工にかける、すなわち所要のサイズにトリミングする。
用途によっては、乾燥物品に熱処理、すなわち燃焼またはか焼を行うことができる。燃焼により、材料から押出助剤を除去することができる。燃焼温度は５００〜１０００℃の範囲が好ましい。
【００４６】
エーロゲルの構造を破壊しないように好ましくは１０００℃という温度を超えてはならない燃焼の後の強度は、エーロゲル含量が多いにもかかわらず、以後の操作または適用において処理するのに十分なほど依然として大きい。
【００４７】
新規複合材料は熱伝導率が小さいために、断熱用成形品として適当である。最終の成形品が有機成分を含まない場合には、約５００℃を上回る温度においてさえも断熱用として使用することができる。用途により、物品をシート、ストリップまたは不規則形状の物体として設計することができる。
【００４８】
新規複合材料は、さらに、また、電子分野において、好ましくは１ＭＨｚを上回る周波数の用途の成形品またはコーティングとしても好結果を収めることが立証された。エーロゲルの比率が上がるにつれて、成形品の比誘電率は低下し、また物品はＧＨｚ回路の基板として用いることができる。比誘電率が小さいので、これによって回路の高度の集成が可能になる。電子分野における用途としては、フィロシリケート単独より成り、せいぜい少量の無機結合剤を含む複合材料の使用は、セメント、石灰および／またはセッコウを基材とするこの種の結合剤がフィロシリケートよりもはるかに急激に比誘電率を増すので、好ましい。たとえばマガジ石またはケニア石のような合成フィロシリケートの使用は、アルカリ金属を包含しないように、合成フィロシリケートをつくることができるのでとくに有利である。
【００４９】
下記の実施例によって本発明を詳細に説明するが、すべての実験において、国際出願公開９４／２５１４９号で公開された方法と同様にトリメチルクロロシランから調製した、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を基材とし、密度が０．１７ｇ／ｃｍ3で、熱伝導率が３０ｍＷ／ｍＫの疎水性エーロゲルを使用した。
【実施例１】
【００５０】
下記成分をミキサー中で乾燥状態で混合する。
５００ｍｌの粒径が０．１ｍｍ未満のエーロゲル
４５０ｇのＳＡＶＣクレー（Ｒ３、ＡＧＳ Ｍｉｎｅｒａｌｓ）
５０ｇのベントナイトＧ１００
２０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００５１】
２２５ｍｌの水
２５ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
２５ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を脱ガスした後、押出して成形片をつくる。この成形片を乾燥した後、有機成分を除去するために５００℃の高温処理にかける。
【００５２】
得られた複合材料の成形片は密度が０．８ｇ／ｃｍ3、比誘電率が２．７である。
【実施例２】
【００５３】
下記成分をミキサー中で乾燥状態で混合する。
１０００ｍｌのエーロゲル
２５０ｇのベントナイトＧ１００
４０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００５４】
２００ｍｌの水
５０ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
５０ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を脱ガスした後、押出して成形片をつくる。この成形片を乾燥した後、有機成分を除去するために６００℃の高温処理にかける。
【００５５】
得られた成形片は密度が０．５５ｇ／ｃｍ3である。
【実施例３】
【００５６】
下記成分をミキサー中で、乾燥状態で混合する。
５００ｍｌのエーロゲル
４５０ｇのクレーＭＦ３５
５０ｇのベントナイトＧ１００
２０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００５７】
２２５ｍｌの水
２５ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
２５ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を脱ガスした後押出して成形片をつくる。この成形片を乾燥した後、有機成分を除去するために５００℃の高温処理にかける。
【００５８】
得られた成形片は密度が０．８ｇ／ｃｍ3である。
【実施例４】
【００５９】
下記成分をミキサー中で乾燥状態で混合する。
１０００ｍｌのエーロゲル
２５０ｇのベントナイトＧ１００
４０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００６０】
２００ｍｌの水
５０ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
５０ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を脱ガスした後、押出して成形片をつくる。この成形片を乾燥した後、有機成分を除去するために６３０℃の高温処理にかける。
【００６１】
得られた成形片は密度が０．５５ｇ／ｃｍ3である。
【実施例５】
【００６２】
１０００ｍｌのエーロゲル
２００ｇのケイ酸カルシウム（ポートランド石）
２０ｇのα型半水セッコウ
５０ｇのＳＡＶＣクレー
４０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
２７５ｍｌの水
を容器の中で、撹拌装置を用いて、混合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合する。
【００６３】
この混合物を型の中に注入し、そこに４８時間放置した後、取り出す。過剰の水分を除くために、成形品を５０℃で乾燥する。乾燥した成形品は、密度が０．６５ｇ／ｃｍ3、熱伝導率が０．２５Ｗ／ｍＫ（Ｎｅｔｚｓｃｈ装置を用いレーザーフラッシュ法により測定）、曲げ強度（ＤＩＮ４０６８５／ＩＥＣ６７２；Ｐａｒｔ２により測定）が３５Ｎ／ｍｍ2である。
【実施例６】
【００６４】
下記成分をミキサー中で乾燥状態で混合する。
５００ｇのエーロゲル
４５０ｇのＳＡＶＣクレー
５０ｇのベントナイトＧ１００
５０ｇのチローゼＦＬ６０００ｘ
合物が均質に見えるまで、すなわち個々の成分が肉眼で識別できなくなるまで混合を続ける。次に混合物を下記液体で湿潤させる。
【００６５】
２２５ｍｌの水
２５ｍｌのＭｏｂｉｌｃｅｒＸ
２５ｍｌのＢａｙｋｉｅｓｏｌ
最終混合物を乾燥後、ジョー破砕機で１．５ｍｍよりも小さく微粉砕する。得られた粉末を４枚刃のビーターを有するＡｌｐｉｎｅクロスビーターミルに２回通して磨砕する。粉末の平均粒径は０．１ｍｍ未満である。
【００６６】
この粉末を、角度４０゜、回転速度２０ｒｐｍのＥｉｒｉｃｈパン粗砕機で粗砕する。粗砕化には０．２％濃度のチローゼＣ６００溶液を使用する。この顆粒を０．１ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の粒度にふるい分け、ＤＯＲＳＴＴＰＡ−６中で２．５％の水分に乾燥圧縮して、曲げ試験片４．５×４．５×５０ｍｍおよび直径５０×７ｍｍの円板を得る。
【００６７】
得られた成形片は密度が１．０ｇ／ｃｍ3、熱伝導率が４００ｍＷ／ｍＫであり、曲げ強度は３５Ｎ／ｍｍ2よりも大きい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０〜９５容量％のエーロゲル粒子および少なくとも１種の無機マトリックス物質を含む複合材料であって、該エーロゲル粒子の粒径が０．１μｍよりも大きく０．５ｍｍ未満であり、該無機マトリックス物質がフィロシリケートであり且つ該エーロゲル粒子と結合して複合材料全体に連続相として広がるマトリックスを形成することを特徴とする複合材料。
【請求項２】
該フィロシリケートがカオリン、クレー及びベントナイトから選択される天然フィロシリケート又はマガジ石及びケニア石から選択される合成フィロシリケート、又はこれらの混合物である、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
該複合材料がセメント、石灰および／またはセッコウを含有する請求項１又は２に記載の複合材料。
【請求項４】
該エーロゲルがＳｉＯ２エーロゲルである請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項５】
該エーロゲル粒子が疎水性表面基を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項６】
該エーロゲル粒子の粒径が０．２ｍｍ未満である請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項７】
該エーロゲル粒子が６０％を上回る多孔度および０．６g/cm3を下回る密度を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項８】
該複合材料が０．１〜３０容量％の繊維を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項９】
該複合材料が押出助剤として用いられる補助物質をも含有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１０】
該補助物質がチローゼ、デンプン、ポリビニルアルコールおよび／またはワックスエマルジョンから選択される、請求項９に記載の複合材料。
【請求項１１】
該複合材料がシート状の形状を有し、且つ少なくとも一面に少なくとも１種の被覆層を積層する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１２】
該複合材料が３未満の比誘電率を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１】
１０〜９５容量％のエーロゲル粒子および少なくとも１種の無機マトリックス物質を含む複合材料であって、該エーロゲル粒子の粒径が０．１μｍよりも大きく０．５ｍｍ未満であり、該無機マトリックス物質がフィロシリケートであり且つ該エーロゲル粒子と結合して複合材料全体に連続相として広がるマトリックスを形成することを特徴とする複合材料。
【請求項２】
該フィロシリケートがカオリン、クレー及びベントナイトから選択される天然フィロシリケート又はマガジ石及びケニア石から選択される合成フィロシリケート、又はこれらの混合物である、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
該複合材料がセメント、石灰および／またはセッコウを含有する請求項１又は２に記載の複合材料。
【請求項４】
該エーロゲルがＳｉＯ２エーロゲルである請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項５】
該エーロゲル粒子が疎水性表面基を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項６】
該エーロゲル粒子の粒径が０．２ｍｍ未満である請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項７】
該エーロゲル粒子が６０％を上回る多孔度および０．６g/cm3を下回る密度を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項８】
該複合材料が０．１〜３０容量％の繊維を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項９】
該複合材料が押出助剤として用いられる補助物質をも含有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１０】
該補助物質がチローゼ、デンプン、ポリビニルアルコールおよび／またはワックスエマルジョンから選択される、請求項９に記載の複合材料。
【請求項１１】
該複合材料がシート状の形状を有し、且つ少なくとも一面に少なくとも１種の被覆層を積層する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１２】
該複合材料が３未満の比誘電率を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合材料。
【公開番号】特開２００７−２１１２５１（Ｐ２００７−２１１２５１Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０８８３１（Ｐ２００７−１０８８３１）
【出願日】平成１９年４月１８日（２００７．４．１８）
【分割の表示】特願平８−５１６５７８の分割
【原出願日】平成７年１１月２２日（１９９５．１１．２２）
【出願人】（３９１０１０７５８）キャボット コーポレイション (164)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＢＯＴ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１８日（２００７．４．１８）
【分割の表示】特願平８−５１６５７８の分割
【原出願日】平成７年１１月２２日（１９９５．１１．２２）
【出願人】（３９１０１０７５８）キャボット コーポレイション (164)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＢＯＴ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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