JP2001509767A - 物体音および／または衝撃音減衰のためのエアロゲルの使用法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は物体音および／または衝撃音減衰のための、特に結合物の形のエアロゲルの使用法に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 物体音および／または衝撃音減衰のためのエアロゲルの使用法 本発明は物体音および／または衝撃音の減衰のためにエアロゲルを使用する方 法に関するものである。 本明細書の範囲内において、物体音とは固体材料中を拡散する音響を言う。衝 撃音とは、例えば敷物の上を歩く際にまたはイスの移動に際に物体音として発生 し部分的に空気音として放射される音響を言う（リノリット消音材株式会社のリ ポート；技術情報：１５０建築技術(Bauphysik)6/96；並びに音響技術の基礎： アカデミー出版社、ライプチッヒ；1968参照）。 ポリスチロールおよびポリウレタンをベースとする通常の物体音および衝撃音 減衰材は、例えばＦＣＫＷのＣＯ₂またはペンタンなどの推進薬を使用して製造 される。推進薬によって生じる発泡材料中の細胞構造が高度の物体音および衝撃 音減衰性を生じる。しかしこのような推進薬は徐々に大気中に拡散するので、環 境に対して負担となる。 無機ウールまたはガラスウールをベースとするその他の物体音および衝撃音減 衰材は、その製造中、敷設中、または取り外ずし中、並びにその使用期間中に繊 維または繊維断片を放出する可能性がある。これは、このような材料によって包 囲されまたは露出される環境および人間に対して負担を生じる。 エアロゲル、特に６０％以上の多孔度と、０.６g/cm³以下の密度を有するエア ロゲルは極度に低い伝熱性を示す。従ってこの種のエアロゲルは、例えばEP-A-0 ,171,722に記載のように断熱材として使用される。さらにエアロゲル中の音響速 度が固体と比較して非常に低い値をとるので、このことが空気音響減衰材の製造 のために利用される。 広い意味でのエアロゲル、すなわち「分散媒体として空気を使用するゲル」は 適当なゲルの乾燥によって製造される。この広い意味での「エアロゲル」の範囲 内に狭い意味でのエアロゲル、例えばキセロゲルおよびクリオゲルが入る。ゲル 中の流体が臨界温度以上の温度でまた臨界圧以上の圧力によって十分に除去され るならば、乾燥されたゲルは狭い意味のエアロゲルと呼ばれる。これに反して、 ゲルの流体が臨界圧力以下において、例えば流体−蒸気境界相の形成圧力以下で 除去されれば、発生したゲルはしばしばキセロゲルと呼ばれる。 本明細書において用語「エアロゲル」を使用する場合、これは広い意味でのエ アロゲル、すなわち「分散媒体として空気を使用するゲル」を意味するものとす る。 超臨界温度乾燥または臨界温度下乾燥によってエアロゲルを製造するための種 々の方法が例えばEP-A-0,396,076、WO 92/03378、WO 94/25149、WO 92/20623お よびEP-A-0,658,513において開示されている。 超臨界温度乾燥によって得られたエアロゲルは一般に親水性でありまたは短時 間のみ疎水性であるのに対して、臨界温度下で乾燥されたエアロゲルはその製造 方法（一般に乾燥前のシリル化）の故に継続的に疎水性である。 さらにエアロゲルは基本的に無機エアロゲルと有機エアロゲルとに分類され、 この場合、無機エアロゲルは１９３１年以来公知であり（S.S.キスター、ネイチ ャー、1931、127、741）、これに対して、各種の原材料、例えばメラミンホルム アルデヒドから形成される有機エアロゲルはようやく数年前に開発されたにすぎ ない（R.W.ペカラ、J.メイター、Sci．1989、24、3221）。 低伝熱性の故に断熱材として使用されているエアロゲル結合物が公知である。 この種の結合物は例えばEP-A-0,340,707、EP-A-0,667,370、WO 96/12683、WO 96 /15997、WO 96/15998、DE-A-44,30,642およびDE-A-44,30,669において開示され ている。 さらにDE-A-44,30,642、DE-A-44,30,669、WO 96/19607およびドイツ特願第195 ,33,564.3号において、エアロゲル結合物の空気音響減衰反応が開示されている 。 すぐれた断熱特性のほかに同時にすぐれた物体音および／または衝撃音減衰特 性を備える物質は非常に有利であろう。 これは特に建築技術における断熱作業について言えることである。一例として 床構造の衝撃音減衰の場合を挙げる。この場合、この種の消音物質が使用されれ ば、これによって断熱高さの低下、従ってスペースの高さの利得が得られるであ ろう。同一のスペース高さにおいて、多層建築の建築材料および建造高さが低減 されるであろう。さらにこの種の消音材料は従来の消音構造よりも低い密度を有 するので、これは建物全体がより軽量に構築されるので全体静力学に対して肯定 的な作用が与えられる。この種の消音物質を含むシステムは外部の天候とは無関 係に組立てまたは加工することができ乾燥または凝結時間をまったく必要とせず または少ししか必要としないので、これは建物全体の建設に際して大きな時間的 およびコスト的節約をもたらす。 またこの種の消音材料のさらに他の使用領域は、機械類の基礎または相互に分 離して建設された建設物またはその各部の基礎などの個々の基礎間の遮断にある 。 従って本発明の基本的課題は、一方においては、物体音および／または衝撃音 の減衰に適し、簡単に任意の形状に製造することができ、また使用箇所において その大きさが変動可能である新規な材料を開発するにあり、他方においてエアロ ゲルの新しい用途を探求するにある。 この課題は物体音および／または衝撃音減衰のためにエアロゲル粒子を使用す ることによって解決される。 一般に使用されるエアロゲルにおいては、これらのエアロゲルは、例えばＳｉ またはＡｌ化合物などのようなゾル−ゲル技術に適した金属酸化物（C.J.ブリン カー、G.W.シェーラー、ゾル−ゲル科学、1990、第２章および第３章）をベース とし、またはメラミンホルムアルデヒド凝縮物(US-A-5,086,085)またはレゾルシ ンホルムアルデヒド(US-A-4,873,218)などのゾル−ゲル技術に適した有機材料を ベースとする。前記の材料の混合物を使用することもできる。好ましくは、Ｓｉ 化合物および特にＳｉＯ₂エアロゲルを含むエアロゲルが使用される。 特にこの実施態様において、エアロゲル粒子は永続的な疎水性表面基を示す。 永続的疎水性化に適した基は例えば一般式−Ｓｉ(Ｒ)_nのシリル基（ここにｎ＝ １，２または３）、好ましくは三置換シリル基（ここに残基Ｒは、一般に相互に 無関係の、同等のまたは相異なる水素または非反応性、有機、線形、枝分かれ、 環式、芳香族またはヘテロ芳香族残基）、好ましくはＣ₁−Ｃ₁₈−アルキルまた はＣ₆−Ｃ₁₄−アリール、特に好ましくはＣ₁−Ｃ₆アルキル、シクロヘキシルま たはフェニル、特にメチルまたはエチルである。エアロゲルの永続的疎水性化に 特に有利なのは、トリメチルシリル基の使用である。この基の導入は、例えばWO 94/25149またはドイツ特願第196,48,798.6号に記載のように実施され、あるい はエアロゲルと例えばクロルトリアルキルシランまたはヘキサアルキルジシラザ ンなどのトリアルキルシラン誘導体（R.イラー、シリカの化学、Wiley & Sons、 1979を参照）との間のガス相反応によって実施することができる。ＯＨ基と比較 して、このように製造された疎水性表面基は誘電損失率と誘電定数をはるかに低 減させる。 親水性表面基を含むエアロゲル粒子は空気の湿度に従って水を吸収するので、 誘電定数と誘電損失率が空気の湿度と共に変動する可能性がある。これは電子的 用途においてはしばしば望ましくない。疎水性表面基を有するエアロゲル粒子を 使用すれば、水が吸収されないのでこのような変動を防止する。また残基の選択 は代表的な使用温度によって決定される。 さらにエアロゲルの伝熱性は多孔性の増大と密度の減少と共に減少すると言わ れる。従って好ましくはエアロゲルは６０％以上の多孔度と０.６g/cm³以下の密 度とを有することが好ましい。特に０.２g/cm³以下の密度を有するエアロゲルが 好ましい。 好ましい実施態様においては、結合物の形のエアロゲル粒子が使用されるが、 この際に原則的に先行技術から公知のすべてのエアロゲル含有結合物が適当であ る。 特に５〜９７容量％のエアロゲル粒子と少なくとも１つの結合剤とを含有する 結合物が好ましい。 結合剤はマトリックスを形成し、このマトリックスがエアロゲル粒子を結合し または包囲し、結合物全体を通して貫通相として延在する。 組成の５容量％より著しく低いエアロゲル粒子含有量においては、このような 組成中のエアロゲル粒子の低い割合の故に、その肯定的な特性が大幅に失われる 。このような組成はもはやすぐれた物体音および／または衝撃音減衰作用を示さ ないであろう。 ９７容量％より著しく高いエアロゲル粒子の含有量は３容量％以下の結合剤含 有量となるであろ。この場合、結合剤含有量は、エアロゲル粒子の十分な相互的 結合と機械的圧縮−曲げ強さを保証するには低すぎる。 １０〜９７容量％の範囲内、特に４０〜９５容量％の範囲内のエアロゲル粒子 の割合が好ましい。 結合物中のエアロゲル粒子の特に高い割合は、粒径の適当な分布を使用するこ とによって達成される。 その一例は、粒径の対数的正規分布を示すエアロゲル粒子の使用である。 また最大限可能に高い充填度を得るためには、エアロゲル粒子が構成部分の全 体厚さより小であることが望ましい。さらに機械的損傷に対抗するためには大粒 径のエアロゲル粒子が望ましい。この故に、５０ｍｍ〜１０ｍｍ、最も好ましく は２００ｍｍ〜５ｍｍの範囲内のエアロゲル粒子粒径が好ましい。 基本的には、結合物形成用のすべての公知の有機および無機結合剤が適当であ る。この場合、その結合剤が無定型であるか、半結晶であるか、また／あるいは 結晶体であるかは重要でない。結合剤は流動形、すなわち流体、融成物、溶液、 分散液または懸濁液として使用することができ、あるいは固体粉末として使用す ることができる。 結合剤は物理的または化学的に硬化する単一成分系および２もしくは２以上ま たは多成分系として、あるいはその混合物として使用することができる。結合剤 はまた泡状とすることができる。 流体、融成物、溶液、分散液、懸濁液または固体粉末として使用することので きる結合剤の例は、アクリレート、リン酸アルミニウム、シアナクリレート、シ クロオレフィン共重合体、エポキシド樹脂、エチレンビニルアセタート共重合体 、ホルムアルデヒド凝縮物、尿素樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、メタク リレート、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリエチレ ンテレフタレート、ポリエチレンワックス、ポリイミド、ポリスチロール、ポリ 酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、レゾルシン樹脂、 シリコーンおよびケイ素樹脂である。 結合剤は一般に結合物の３〜９５容量％、好ましくは３〜９０容量％、特に好 ましくは５〜６０容量％の量で使用される。結合剤の選択は、結合物の所望の機 械的および熱的特性に依存する。 さらに結合剤の選択に際して、好ましくは本質的にエアロゲル粒子の内部に進 入しない生成物が選択される。エアロゲル粒子の内部への結合剤の進入は結合剤 の選択のみならず、例えば圧力、温度および処理時間などの種々のパラメータに よって影響されるうる。 さらに結合剤は８５容量％まで填材を含有することができる。機械的特性の改 良のため、特に繊維、羊毛、織布、フェルトその残滓または砕片を装入すること ができる。またこの目的からホイルの断片また／あるいはホイル残滓を使用する ことができる。 さらに結合剤はその他の填材、例えば着色用填材、特別の装飾効果を与えるた めの填材、表面に対する接着剤の付着用填材を含有することができる。 結合物上に展張される填材の割合は７０％以下、特に好ましくは０〜５０容量 ％の範囲内とする。 疎水性結合剤と結合された疎水性表面基を有するエアロゲル粒子が使用されれ ば、疎水性結合物が得られる。 結合物が使用された結合剤の結果としてまた／あるいは親水性エアロゲル粒子 の使用の結果として親水性であれば、場合によってはこの結合物に疎水性特性を 与えるための追加処理を実施することができる。そのためには、結合物に対して 疎水性表面を与える目的に適した当業者公知の任意の材料、例えばカール、ホイ ル、シリル化物質、ケイ素樹脂、並びに無機および／または有機の結合剤を使用 することができる。 さらに接着のために、いわゆる「カップリング剤」を装入することができる。 このカップリング剤は結合剤とエアロゲル粒子の表面との接触を改良し、さらに エアロゲル粒子並びに結合剤または場合によっては填材との強固な結合を生じる ことができる。 本発明によりエアロゲル顆粒から製造された成形物は好ましくは０.６g/cm³以 下の密度と１２ｄＢ以上の物体音または衝撃音減衰率の改良を示す。特に好まし くは、物体音または衝撃音減衰率の改良率は１４ｄＢ以上である。 結合物の防火性は使用されるエアロゲルと結合剤の防火性によって決定される 。結合物の最適防火性（難燃性または不燃性）を得るためには、結合物を適当材 料、例えばケイ素樹脂接着剤によって被覆することができる。その他の業界公知 の防火剤を使用することができる。 さらに、例えば汚染防止性および／または疎水性の業界公知のコーティングを 使用することができる。 エアロゲルと結合剤とを混合し、所望の形状に成し、硬化することによってエ アロゲル含有結合物を製造することができる。 結合物の製造に際して、エアロゲル粒子が少なくとも１つの結合剤によって相 互に連結される。この際に、個々の粒子の相互的結合はほとんど点的に生じる。 このような表面被覆は例えばエアロゲル粒子を結合剤と共に（例えば、溶液、融 成物、懸濁液または分散液として）吹き付けることによって実施することができ る。このようにして塗布された粒子が例えば成形物に圧縮され次に硬化される。 好ましい実施態様において、追加的に個々の粒子間の楔状スペースが全部また は部分的に結合剤によって充填される。このような組成は、例えばエアロゲル粒 子を粉末状結合剤と混合し所望形状に成し次に乾燥することによって製造される 。 この混合は考えられる任意の方法で実施することができる。すなわち一方では 少なくとも２種類の成分を同時的に混合装置中に投入することができるが、他方 では一方の成分を先に投入し次に他方の成分を追加することができる。 また混合に必要な混合装置は全然制限されない。この目的に適した業界公知の 任意の混合装置を使用することができる。混合工程は、組成中にエアロゲル粒子 のほぼ均質な分布が得られるまで継続される。この場合、混合工程は継続時間に よって、または混合装置の速度によって制御することができる。 その混合物の成形と硬化が実施され、この作業は結合剤の種類に応じて、使用 された溶液および／または分散剤の加熱および／または蒸発により、または融成 物の使用に際しては結合剤をその融点以下に冷却することにより、または単数ま たは複数の結合剤の化学的反応によって実施される。 好ましい実施態様においては、混合物が圧縮される。その際に、それぞれの使 用目的に対応して当業者は適当なプレスと適当な圧縮工具を選択することは可能 である。空気を含有する圧縮物の高い空気含有量の故に、真空プレスの導入が望 ましい。１つの好ましい実施態様において、空気を含有する圧縮物がプラテンに 対して押圧される。圧縮物の加圧工具、例えば圧縮ラムに対する焼き付きを防止 するため、プレス工程の末期に空気含有混合物を分離用紙または分離用ホイルに よって加圧工具から分離することができる。エアロゲル含有プラテンの機械的強 度はプラテンの上側面に織布、ホイルまたは樹脂繊維板を積層することによって 改良される。これらの織布、ホイルまたは樹脂繊維板は追加的にまたは結合物の 製造中にエアロゲル含有プラテン上に被着される。後者の方法が好ましく、これ は１つの加工段階として、織布、ホイル、樹脂ホイルまたは樹脂繊維板をプレス ダイスの中に挿入し、圧縮されるエアロゲル含有圧縮物の上に配置し、次に加圧 と加熱のもとにエアロゲル含有結合プレート状に圧縮することによって実施され る。 圧縮は使用される結合剤に対応して一般に１〜１０００バールの圧力で任意の 形状に実施される。硬化のため、混合物は圧縮工程中に、０℃〜３００℃の温度 に加熱される。しかしまた硬化に使用される温度より著しく低い温度で混合物を 圧縮し、次に圧力を加えることなく硬化させることができる。 エアロゲル粒子の特に高い容量％を有しこれに対応して低い伝熱性を有する結 合物の場合、適当な放射線源によってプラテンの中に熱を導入することができる 。使用される結合剤がポリビニルブチラールの場合のようにマイクロ波と結合す る場合には、このような放射線溶液が好ましい。 以下、本発明を実施例について詳細に説明するが、本発明はこれに限定される ものではない。 エアロゲルはDE-A-43,42,548において公開された方法と同様にして製造された 。 エアロゲル顆粒の伝熱性は熱線法（O.ニールセン、G.ルッシェンペーラ、J.グ ロッス、J.フリッケ、高温−高圧、Vol.21，267-274(1989)）によって測定され た。成形物の伝熱性はDIN 52612によって測定された。物体音または衝撃音減衰 の改良の尺度として、衝撃音改良度がDIN 52210によって測定された。実施例１ ５０容量％のエアロゲルと５０容量％のポリビニルブチラールとから成る成形物 ５０容量％の疎水性エアロゲル顆粒（固体密度１３０kg/m³）と５０容量％の ポリビニルブチラール（固体密度１１００kg/m³）とを密接に混合した。容量パ ーセントは成形物の目標パーセントに関連する。疎水性エアロゲル顆粒は６５０ ｍｍ以上の粒径と、６４０m²/gのＢＥＴ表面と、１１mW/mKの伝熱率とを有する 。ポリビニルブチラールとしては、５０mmのMowital（商標）（ポリマーＦ）(ヘキスト AG)が使用される。 プレスダイスの底面には分離紙が敷設される。その上にエアロゲル含有圧縮物 を均等に分布し、その全体を分離紙によって被覆する。圧縮物は２２０℃におい て３０分間、１８mmの厚さまで圧縮される。 得られた成形物は２８０kg/m³の密度と、４０mW/mKの伝熱率とを有する。衝撃 音減衰改良度は１９dBに達する。実施例２ ８０容量％のエアロゲル、１８容量％のポリビニルブチラールおよび２体積％の ポリエチレンテレフタラート繊維から成る成形物 ８０容量％の疎水性エアロゲル顆粒（固体密度１３０kg/m³）と、１８容量％ のポリビニルブチラール（固体密度１１００kg/m³）と、２体積％のポリエチレ ンテレフタラート繊維とを密接に混合した。この場合、容量パーセントは成形物 の目標パーセントに関連する。疎水性エアロゲル顆粒は６５０mm以上の粒径と、 ６４０m²/gのＢＥＴ表面と、１１mW/mKの伝熱率とを有する。ポリビニルブチラ ールとしては、５０mmのMowital（商標）（ポリマーＦ）(ヘキストAG)が使用される 。 プレスダイスの底面には分離紙が敷設される。その上にエアロゲル含有圧縮物 を均等に分布し、その全体を分離紙によって被覆する。圧縮物は２２０℃におい て３０分間、１８mmの厚さまで圧縮される。 得られた成形物は２５０kg/m³の密度と、２５mW/mKの伝熱率とを有する。衝撃 音減衰改良度は２２dBに達する。実施例３ ９０容量％のエアロゲルと１０容量％の分散接着剤とから成る成形物 ９０容量％の疎水性エアロゲル顆粒（固体密度１３０kg/m³）を１０容量％のM owilith（商標）−分散ＶＤＭ１３４０と共にミキサの中に吹込む。この場合、 容量パーセントは成形物の目標パーセントに関連する。疎水性エアロゲル顆粒は ６５０ｍｍ以上の粒径と、６４０m²/gのＢＥＴ表面と、１１ｍＷ／ｍＫの伝熱率 とを有する。分散接着剤としては、Mowilith（商標）−分散ＶＤＭ１３４０(ヘキスト AG)が使用される。 プレスダイスの底面には分離紙が敷設される。その上にエアロゲル含有圧縮物 を均等に分布し、その全体を分離紙によって被覆する。圧縮物は１９０℃におい て１５分間、１８mmの厚さまで圧縮される。 得られた成形物は２００kg/m³の密度と、２９mW/mKの伝熱率とを有する。衝撃 音減衰改良度は２４dBに達する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 物体音および／または衝撃音減衰のためのエアロゲル粒子の使用法。 ２． エアロゲル粒子としてＳｉ化合物含有エアロゲル、特にＳｉＯ₂エアロゲ ルを使用する、請求項１に記載の使用法。 ３． 前記エアロゲル粒子が永続的疎水性の表面基を示す、請求項１または２に 記載の使用法。 ４． 前記エアロゲル粒子が６０％以上の多孔度と０.６g/cm³以下の密度とを示 す、請求項１〜３のいずれか一項に記載の使用法。 ５． エアロゲル粒子の粒径が５０μｍ〜１０ｍｍの範囲内にある、請求項１〜 ４のいずれか一項に記載の使用法。 ６． エアロゲル粒子が結合物の形で装入される、請求項１〜５のいずれか一項 に記載の使用法。 ７． 結合物中のエアロゲル粒子の割合が５〜９７容量％の範囲内にある、請求 項６に記載の使用法。