JP2017503884A - 断熱延伸ポリテトラフルオロエチレン物品 - Google Patents

Abstract

本発明は、延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）を含み、環境条件において、２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する、ＰＴＦＥを含む断熱材料に関する。１つの実施態様において、本発明のインスレーション材料は、エアロゲル粒子とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含む。断熱材料は、疎水性で、高度に透過性で、高い強度を有し、かつ、動的な曲げなどの非静的な用途において用いられてよい物品に形成されてよい。インスレーション物品は、柔軟で、伸縮性で、曲げることができる。また、インスレーション材料は、微細粒子の脱落又はダスティングがほとんど又は全くない。約１００ｋｇ／ｍ3未満の粒子密度と、環境条件（約２９８．５Ｋ、１０１．３ｋＰａ）において約１５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有するエアロゲル粒子は、インスレーション材料において用いられてよい。【選択図】図１

Description

本発明は、概して断熱物品に関し、より具体的には、エアロゲル粒子等の断熱粒子と、ポリテトラフルオロエチレンとを含む、断熱延伸ポリテトラフルオロエチレン物品に関する。

断熱のためのエアロゲルの使用、及びエアロゲルの低い熱伝導特性はよく知られている。有益な熱伝導特性は、約９５％を超える非常に高いエアロゲルの多孔性、及び大気圧における空気分子の平均自由行程のサイズより小さい、すなわち約１００ｎｍより小さいエアロゲル材料の小さいポアサイズに起因する。小さいポアサイズのために、材料内部の空気分子の移動は制限され、伝熱における空気の効果が減少することにより低い熱伝導率となる。環境条件下において、空気の熱伝導率は約２５ｍＷ／ｍ・Ｋ（ミリワット毎メートル・ケルビン）である。フォーム、バット、ウール、及び他の一般的な断熱材料等の、より大きいポアサイズを有するインスレーション材（Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）の熱伝導率は、輻射及び固体伝導の寄与のために、空気の熱伝導率より高い約４０ｍＷ／ｍ・Ｋである。エアロゲル粉末及びビーズの熱伝導率は、約９〜２０ｍＷ／ｍ・Ｋであることが知られている。しかし、係る高度に多孔性で低密度の材料は、取り付け、取扱い、形成、及び成形を特に困難にし、さらに安全性の問題を生じさせる広範なダスティングのために、粉末の形態での多くの用途に関して有用でない。

エアロゲルを作製する従来の方法は、通常超臨界流体による抽出を含む。方法は、エアロゲル前駆体液体を型に注ぎ込む工程と、エアロゲル液体を乾燥させて、種々の液体交換により高度に多孔性のゲル構造を形成する工程と、超臨界流体抽出を用いてエアロゲルモノリスを形成する工程と、を含むことが多い。超臨界流体抽出を用いるような方法は、非常に時間がかかり、かつ高コストである。さらに、製造された構造は剛直で、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され、又は形成されることの制限された性能を有する。これらの材料は、屈曲時にひび又は割れが生じることが多く、微細なエアロゲル粒子の脱落、すなわち「ダスティング」で知られている。

エアロゲル材料の柔軟性と強度を増大させる試みにおいて、Ｓｔｅｐａｎｉａｎらの米国特許公報第２００２／００９４４２６号は、強化構造、特に高度に繊維質のバットと組み合わされたエアロゲル材料を教示する。好ましくは、不規則に配向したマイクロファイバー及び／又は伝導層と組み合わされた繊維質のバット構造により、エアロゲルは強化される。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体をバットに注ぎ込み、超臨界的に乾燥させ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、屈曲時に割れにくく、微細なエアロゲル粒子の脱落もしにくいことが教示されている。しかし、係る材料の用途は、これらの構造の成形性及び形成性が不足していること、並びに超臨界抽出工程に伴うコストのために制限されている。

強化エアロゲルに関係することの多い脆弱性を克服するために、米国特許第５７８６０５９号において、Ｆｒａｎｋらは、エアロゲル粉末を互いに接着することにより、連続した生成物を形成することを教示する。具体的には、ファイバーウェブの層とエアロゲル粒子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。ファイバーウェブは、低温及び高温の溶融領域を有する、強固に相互に連結した２種類のポリマーの２成分ファイバー材料を含み、その中にエアロゲル粒子が点在している。低温の溶融温度に加熱した際に、ウェブのファイバーは互いに接着し、またエアロゲル粒子とも接着する。得られた複合体は、比較的堅固な構造体であり、機械的応力の適用の際、エアロゲルフラグメントがウェブから剥がれ落ちてよいように、粒体が壊れ又はファイバーから脱離する。

Ｓｍｉｔｈらは、米国特許第６１７２１２０号において、エアロゲルがモノリシックブロック又はシートの替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する。製造方法は、超臨界流体抽出の工程なしにエアロゲル形成をするという利点を有する。しかし、粉末の形態において、エアロゲルは、高いダスティング及び形成性の不足のために、多くの用途に関して有用でない。

米国特許第７１１８８０１号において、Ｒｉｓｔｉｃ‐Ｌｅｈｍａｎｎらは、衣類、コンテナ、パイプ、電子機器等のインスレーション用途を含む、多くの用途において有用である材料を教示する。特に、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の発明の材料は、形成性に優れ、粒子が脱落しにくく、低い熱伝導率を有する。材料から作製された複合体は、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全くない状態で、曲げられ、伸ばされ、ねじられる場合がある。

エアロゲル粉末の形成性の欠如及び複合体の柔軟性の欠如、並びに機械的応力の適用によるエアロゲル粒子の脱落又はダスティング等のエアロゲル粉末と複合体に固有の問題を克服するインスレーション（ｉｎｓｕｌａｔｉｖｅ）材料に対する必要がある。疎水性で高度に通気性であり、高い強度を有し、かつ非静的な、高度に柔軟な用途に用いられてよい物品（例えば延伸ＰＴＦＥ物品）に形成されてよいインスレーション材料に対する必要がある。微細粒子の脱落又はダスティングが全くかほとんどない、柔軟で、伸縮性で、かつ、曲げることができるインスレーション物品に対するさらなる必要がある。

本発明は、１つの実施態様において、断熱粒子を組み入れた延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）を含む断熱材料であって、前記材料が、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する、材料に関する。代替の実施態様において、断熱材料は、約３８０℃において吸熱を呈する。代替の実施態様において、断熱材料はモノリシックである。

代替の実施態様において、断熱材料は、長さ方向において少なくとも０．３５ＭＰａの引張強度、及び横方向において少なくとも０．１９ＭＰａの引張強度を有するｅＰＴＦＥを含む。

さらなる実施態様において、断熱材料は、４０質量%未満の断熱粒子と、６０質量％超のポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）とを含んでよく、前記複合材料は、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する。

断熱材料が断熱粒子を組み入れている１つ又はそれより多くの実施態様において、粒子は、シリカエアロゲル粒子、ヒュームドシリカ、及びこれらの組合せから選択されてよい。

別の実施態様において、断熱材料は、ノード及びフィブリル構造を有しており、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する延伸ＰＴＦＥを含む。さらに、インスレーション材料は、約３８０℃の吸熱を呈する延伸ＰＴＦＥを含んでよい。

別の実施態様において、本発明は、第一の層と、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ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、前記ｅＰＴＦＥが、前記第一の層と前記第二の層との間に挟まれている、物品に関する。代替の実施態様において、ｅＰＴＦＥは疎水性である。代替的に、前記第一及び前記第二の層の少なくとも１つは、気体に対して不透過性であってよい。さらに、前記第一及び前記第二の層の少なくとも１つは、液体に対して不透過性であってよい。代替の実施態様において、ｅＰＴＦＥは、シリカエアロゲル及びヒュームドシリカから選択される断熱粒子を含む。

添付の図面は、本開示のさらなる理解を与えるために含められ、本明細書に組み入れられ、本明細書の一部を構成し、実施態様を示し、詳細な説明と併せて本開示の原理を説明する役割を果たす。
図１は、５０００Ｘの倍率で撮像された、２０％エアロゲル充填量を含むｅＰＴＦＥ材料を含む断熱材料の表面の走査電子顕微鏡写真である。 図２は、５０００Ｘの倍率で撮像された、４０％エアロゲル充填量を含むｅＰＴＦＥ材料を含む断熱材料の表面の走査電子顕微鏡写真である。 図３は、５０００Ｘの倍率で撮像された、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電子顕微鏡写真である。 図４は、５０００Ｘの倍率で撮像された、６０％エアロゲル充填量を含むｅＰＴＦＥ材料を含む断熱材料の表面の走査電子顕微鏡写真である。

当業者は、本開示の種々の側面が、意図された機能を実施するように構成されたあらゆる方法及び装置により実現可能であることを容易に理解するであろう。本開示で参照される添付の図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれていないが、本開示の種々の側面を説明するために誇張される場合があり、この点に関して、図面は制限するように構成されるものではないことにも留意されたい。

本発明のインスレーション材料は、エアロゲルなど、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の断熱粒子を含む。インスレーション材料は、疎水性で、高度に透過性で、高い強度を有し、かつ、非静的又は動的な曲げ用途において用いられてよい物品（例えば、ｅＰＴＦＥメンブレン、複合体等）に形成されてよい。インスレーション物品は、柔軟で、伸縮性で、かつ、曲げることができる。また、インスレーション材料は、微細粒子の脱落又はダスティングがほとんど又は全くない。約１００ｋｇ／ｍ³未満の粒子密度と、環境条件（約２９８．５Ｋかつ１０１．３ｋＰａ）において約１５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有するエアロゲル粒子は、インスレーション材料中で用いられてよい。「１つ又は複数のエアロゲル」及び「エアロゲル粒子」は、本開示では互換的に用いられることを理解されたい。

エアロゲルは、十分に対流と伝導性熱伝達を低減する断熱材である。シリカエアロゲル粒子は、特に良好な伝導インスレーターである。エアロゲル粒子は、固体であり、剛直であり、乾燥した材料であり、粉末形態において市販で得てよい。例えば、比較的低コストのプロセスにより形成されたシリカエアロゲルは、米国特許第６１７２１２０号においてＳｍｉｔｈらにより記載される。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低減技術により所望の寸法又はグレードに低減することができる。インスレーション材料での使用に関するエアロゲル粒子のサイズは、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であってよい。少なくとも１つの例示的な実施態様において、エアロゲル粒子のサイズは、約２μｍ〜約２４μｍである。

理論にとらわれることを望むことはないが、より小さいエアロゲル粒子が、インスレーション材料の他の成分と、より均一な混合物を形成すると考えられる。したがって、より小さいポアサイズ、例えば、約２００ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下の平均ポアサイズを有するエアロゲルが、インスレーション材料において用いられてよい。

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未満であってよい。少なくとも１つの例示的な実施態様において、エアロゲル粒子は、約３０ｋｇ／ｍ³〜約５０ｋｇ／ｍ³のバルク密度を有する。

インスレーション材料において用いるのに好適な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、及びこれらの混合物が挙げられる。好適な無機エアロゲルの制限されない例としては、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。インスレーション材料において用いるのに好適な有機エアロゲルとしては、炭素、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、レゾルシノール（ｒｅｓｏｒｃｉｎａｌ）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が、これに制限されない。少なくとも１つの例示的な実施態様において、インスレーション材料は、シリカ等の無機エアロゲルを含む。本発明に好適な断熱粒子の別の例は、ヒュームドシリカである。

さらに、インスレーション材料中において用いられるエアロゲルは、親水性又は疎水性であってよい。例示的な実施態様において、エアロゲルは、疎水性から部分的に疎水性であり、かつ、約１５ｍＷ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有する。ミリング等の粒子サイズ低減技術は、疎水性エアロゲル粒子の外部表面基の幾つかに影響を与えてよく、それは、部分的な表面親水性をもたらす（疎水的特性は、エアロゲル粒子内に留まる）ことを理解されたい。部分的に疎水性のエアロゲルは、他の化合物への向上した結合性を呈する場合があり、結合が望まれる用途において使用されてよい。

本発明の断熱材料は、さらにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子を含む。例示的な実施態様において、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、エアロゲル粒子に対して、より小さいサイズのＰＴＦＥ粒子が用いられてよいことを理解されたい。概して、ＰＴＦＥは、約５０ｎｍ以上のサイズの一次粒子として存在し、又はＰＴＦＥ凝集体のサイズは、分散液中において約６００μｍ以下である。ＰＴＦＥ分散液は、エマルション重合により形成された高分子量ＰＴＦＥ粒子の水性コロイド状分散液である。ＰＴＦＥ分散液は、約２．２以下のＳＳＧを有してよい。

インスレーション材料は、エアロゲル及びＰＴＦＥ粒子の混合物を調製すること、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形成される。エアロゲル／ＰＴＦＥ粒子混合物は、約９０質量％未満のエアロゲル粒子、約８５質量％未満のエアロゲル粒子、約８０質量％未満のエアロゲル粒子、約７５質量％未満のエアロゲル粒子、約７０質量％未満のエアロゲル粒子、約６５質量％未満のエアロゲル粒子、約６０質量％未満のエアロゲル粒子、約５５質量％未満のエアロゲル粒子、又は約５０質量％未満のエアロゲル粒子を含んでよい。幾つかの実施態様において、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、約１０％〜４０％の量で混合物中に存在してよい。例示的な実施態様において、エアロゲル粒子は、４０％未満の量で存在してよい。

加えて、エアロゲル／ＰＴＦＥ粒子混合物は、約１０質量％超のＰＴＦＥ粒子、約１５質量％超のＰＴＦＥ粒子、約２０質量％超のＰＴＦＥ粒子、約２５質量％超のＰＴＦＥ粒子、約３０質量％超のＰＴＦＥ粒子、約３５質量％超のＰＴＦＥ粒子、約４０質量％超のＰＴＦＥ粒子、約４５質量％超のＰＴＦＥ粒子、又は約５０質量％超のＰＴＦＥ粒子を含んでよい。例示的な実施態様において、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％の量で存在してよい。例示的な実施態様において、ＰＴＦＥ粒子は、６０％超の量で、エアロゲル／ＰＴＦＥ粒子混合物中に存在してよい。

熱伝導率、ダスティング、形成性、及び強度等の特性を、混合物中のエアロゲルとＰＴＦＥとの質量パーセントの比を変化させることにより、ある程度調整してよい。

本発明の材料は、任意選択的に追加の成分を含んでよい。任意選択的な成分を、微細に分散した乳白剤等のエアロゲル／ＰＴＦＥバインダー混合物に添加して輻射熱伝達を低減し、熱的性能を向上させてよく、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、シリコンカーバイド、モリブデンシリサイド、酸化マンガン、アルキル基の炭素数が１〜４などであるポリジアルキルシロキサンが挙げられる。加えて、ポリマー、色素、可塑剤、増粘剤、種々の合成繊維及び天然繊維が任意選択的に添加され、例えば、機械的強度を増大させ、色及び熱的安定性、弾性などの特性を実現する。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％未満にて添加される。

エアロゲル及びＰＴＦＥ粒子の混合物は、撹拌又は凝固剤の添加により混合物を凝固させること等により、共凝固されてよい。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を乾燥させて（例えばオーブン中）、プリフォームに圧縮してよい。プリフォームは、次いでテープに押出され、所望の厚みにカレンダー処理され、断熱延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）材料に延伸されてよい（一軸又は二軸）。

得られたｅＰＴＦＥの断熱性は、全ての環境条件において、２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下、２０ｍＷ／ｍ・Ｋ以下、又は１５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率（ｋ）である。ｅＰＴＦＥは、図１〜４において見ることができるように、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おいて高い引張強度を示す。加えて、ｅＰＴＦＥは、少なくとも５０００ｇ／ｍ²／２４時間、少なくとも１００００ｇ／ｍ²／２４時間、少なくとも２００００ｇ／ｍ²／２４時間、又は少なくとも３００００ｇ／ｍ²／２４時間又はそれより高いＭＶＴＲの高透過性を有する。本開示で用いられる透過性は、少なくとも５０００ｇ／ｍ²／２４時間の透過性を有する物品を記載することを意味する。

別の実施態様において、インスレーション材料は、加えて、Ｅｘｐａｎｃｅｌ（登録商標）等の発泡性マイクロ球を含む。他の材料、発泡性球、又はフォーム剤を用いて、インスレーション材料をフォーム材料へと発泡させてよいことが想定される。発泡性マイクロ球を含むインスレーション材料は、共凝集され、上記のテープに形成される。次いで、テープは、マイクロ球の発泡に十分な温度に加熱され、テープをフォームインスレーション材料へと発泡させてよい。例えば、テープが２ｍｍ厚みである場合、加熱と発泡は、４ｍｍ厚みのフォームインスレーション材料をもたらす場合がある。フォームインスレーション材料は、柔軟であり、実質的に完全な回復を伴った圧縮性である。加えて、フォームインスレーション材料は、低密度である。

１つの実施態様において、断熱ｅＰＴＦＥ材料は、履物物品におけるインスレーション材として用いられる。ｅＰＴＦＥ材料は、上部、かかと部分、つま先部分、又はソール（底）部分を含む履物物品の任意の部分において用いられてよい。断熱ｅＰＴＦＥに加えて、又は代わりに、フォームインスレーション材料は、履物物品におけるインスレーション材として用いられてよい。例えば、フォームインスレーション材料は、上部、かかと部分、つま先部分、及び／又はソール（底）部分において使用されてよい。少なくとも１つの例示的な実施態様において、断熱された履物物品は、履物物品の上部に少なくとも１つの断熱ｅＰＴＦＥを、かつ、履物物品のソール（底）部分にフォームインスレーション材料を含む。本開示で用いられる「履物物品」は、靴及びブーツを含むことを意味する。

上記に加えて、低い熱伝導率を有する、形成可能、成形可能な低ダスティング材料は、本発明の範囲内と考えられる。これらの材料は、柔軟な３次元構造又は１つ又はそれより多くの方向において曲線を有する形状に形成されるほど十分に成形可能である。さらに、材料は、任意選択的に伸長時のダスティングが最小限である伸長可能な構造を形成する。これらは、インスレーションに関してチューブ又はパイプの周りに巻かれてよい。

本開示で記載される断熱材料は、インスレーション材料を含む多くの用途において用いられてよく、手袋と履物のインスレーション挿入物、衣類、及び衣類用の挿入物等の衣料、パイプインスレーション材、極低温断熱材、電子機器、調理器具、家庭用電化製品、貯蔵容器、及び食べ物と薬剤の包装、耐浸水服、並びに遮音と断熱、電気的絶縁と断熱等の二重機能インスレーションにおいて用いられる複合体が、それから作製されてよい。

本件の発明は、総括的に、及び具体的な実施態様に関して両方が上記で記載された。添付の特許請求の範囲に規定された本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発明の種々の修正及び変更が可能であることは当業者に明らかであろう。

試験方法
ある種の方法及び装置が以下で記載されるが、当業者により好適に決定された任意の方法又は装置を代わりに用いてよいことを理解されたい。

水蒸気透過率試験‐（ＭＶＴＲ）
水蒸気透過装置（ＷＶＰａｐｐ）に基づいて、以下の変換
ＭＶＴＲ＝（デルタＰ値^*２４）／（（１／ＷＶＰ）＋（１＋ＷＶＰａｐｐ値））
を用いて、サンプル水蒸気透過（ＷＶＰ）がＭＶＴＲ水蒸気透過率（ＭＶＴＲ）に変換されたことを除いて、ＩＳＯ１５４９６の基本的な教示に準拠して、各サンプルファブリックのＭＶＴＲが決定された。

比較可能な結果を保証するために、試験の前に、試料を７３．４±０．４°Ｆかつ５０±２％ｒＨにて２時間の間調節し、ウォーターバスは、一定の７３．４°Ｆ±０．４°Ｆであった。

各サンプルのＭＶＴＲは、１回測定された。結果はｇ／ｍ²／２４時間として報告される。

引張強度
メンブレンの引張強度は、フラットフェースグリップと、０．４４５ｋＮのロードセルとを備えたインストロン（登録商標）５５６５引張試験機を用いて測定された。ゲージ長さは６．３５ｃｍであり、クロスヘッド速度は５０．８ｃｍ／分（ひずみ速度＝１３．３％／秒）であった。比較可能な結果を保証するために、実験室の温度は６８°Ｆ（２０℃）〜７２°Ｆ（２２．２℃）の間に維持されて、比較可能な結果を保証した。サンプルがグリップ界面にて破断した場合は、データは破棄された。

縦方向（長手方向）の引張強度測定に関して、サンプルのより長い寸法が、機械方向、すなわち「ダウンウェブ」方向に配向された。横方向の引張強度測定に関して、サンプルのより長い寸法は、「クロスウェブ」方向としても知られる機械方向と垂直な方向に配向された。サンプルの厚みが、次いでＭｉｔｕｔｏｙｏ５４７‐４００Ａｂｓｏｌｕｔｅスナップゲージを用いて測定された。サンプルは、次いで引張試験機で個々に試験された。各サンプルの３つの異なるセクションが測定された。３つの最大荷重（すなわちピーク力）測定の平均が用いられた。

縦方向及び横方向の引張強度は、以下の式：
引張強度＝最大荷重／断面積
を用いて算出された。

３つのクロスウェブ測定の平均が、縦方向及び横方向の引張強度として記録された。

厚み
サンプル厚みは、熱伝導率装置（Ｌａｓｅｒ Ｃｏｍμｍｏｄｅｌ Ｆｏｘ３１４ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｍｐ Ｓａｕｇｕｓ、ＭＡ）の統合厚み測定により測定された。１つの測定の結果が記録された。

熱伝導率測定（圧縮下）
本発明のサンプルの熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｃ５１８の基本的な教示に準拠して、環境条件（約２９８Ｋ、１０１．３ｋＰａ）において圧縮の適用を加えて特注の熱流計熱伝導率試験機を用いて測定された。試験機は、熱流センサ（モデルＦＲ‐Ｏ２５‐ＴＨ４４０３３、Ｃｏｎｃｅｐｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｏｌｄ Ｓａｙｂｒｏｏｋ、Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）及び表面に埋め込まれた温度センサ（サーミスタ）を備えた加熱アルミニウムプレート、並びに室温にて維持された第二のアルミニウムプレート（その表面にも温度センサが埋め込まれている）で構成された。

加熱プレートの温度が３０３．１５Ｋにて維持される一方、「冷却」プレートの温度は２９８．１５Ｋにて維持された。プレートの直径は、約１０ｃｍであった。サンプルは、下側のプレートに接続された旋回アームに重さをかけることにより圧縮された。圧縮下におけるサンプルの厚みは、デジタルマイクロメーター（モデルＩＤ‐Ｆ１２５Ｅ、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏ１ｐ．、日本）を用いて測定された金属シムにより較正されたデジタルエンコーダーにより測定された。熱流測定は、通常、試験機に配されたサンプルが定常状態に達した後約２〜５分以内に得た。熱伝導率は、測定された熱流とサンプルの厚みから、式ｋ＝Ｌ^*Ｑにしたがって算出された（式中、ｋは熱伝導率（ｍＷ／ｍ・Ｋ）であり、Ｌはサンプル厚み（ｍ）であり、Ｑは熱流（ｍＷ／ｍ²・Ｋ）である）。１回の測定の結果が記録された。

熱伝導率（圧縮なし）
熱伝導率は、サンプルの圧縮なしでも測定された。サンプルは、Ｌａｓｅｒ Ｃｏｍμｍｏｄｅｌ Ｆｏｘ３１４熱伝導率アナライザー（Ｌａｓｅｒ Ｃｏｍｐ Ｓａｕｇｕｓ、ＭＡ）により測定された。１回の測定の結果が記録された。

エアフロー測定（ＡＴＥＱ）
エアフロー測定は、ＡＴＥＱモデルＤ５２０（ＡＴＥＱ Ｌｉｖｏｎｉａ、ＭＩ）により実施され、装置は２．９９ｃｍ²のフロー面積を有する丸いシールにより取り付けられた。２回の測定の平均が記録された。

ガーレー数
サンプルのエアフローに対する抵抗は、ガーレーデンソメーター（Ｇｕｒｌｅｙ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｔｒｏｙ、ＮＹにより製造されたモデル４３４０）により測定された。結果は、１００立方センチメートルの空気が、４．８８インチの水の圧力損失において１平方インチの試験サンプルを通過する時間（秒）であるガーレー数で記録される。１回の測定の結果が記録された。

水浸入圧力（ＷＥＰ）
水浸入圧力は、メンブレン及び／又はファブリックを通る水の浸入に関する試験方法を与える。試験サンプルは、損傷を生じさせないように注意しつつ、試験プレートの対の間に固定される。下側のプレートは、水を含むサンプルのセクションを加圧する能力を有する。１枚のペーパータオルが、水浸入の証拠の指標として無加圧側のプレートの間のサンプルの上部に配される。サンプルは、次いで、ペーパータオルを通る水の最初の可視のしるしが、ブレークスルー圧、すなわち浸入圧力を示すまで、少しずつ圧力をかけられる。その圧力が、水浸入圧力として記録された。１回の測定の結果が記録された。

例
例１
（Ｅ．Ｉ．Ｄｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ、Ｉｎｃ．、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから市販で入手可能な）ＰＴＦＥ６０１とエアロゲル（Ｅｎｏｖａ Ａｅｒｏｇｅｌ ＭＴ１２００、Ｃａｂｏｔ、Ｂｏｓｔｏｎ、ＭＡ）の分散体形態が得られた。ＰＴＦＥとエアロゲルは、以下の方法で共凝固された。９１グラムのヘキサノール（ＰＮ Ｈ１３３０３‐４Ｌ、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ Ｓｔ Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）が、１４．４ｋｇの水に添加されて、ＳｉｌｖｅｒｓｏｎモデルＥＸ６０ミキサー（Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｉｎｃ、Ｅａｓｔ Ｌｏｎｇｍｅａｄｏｗ ＭＡ）中で、１５００ｒｐｍのインペラ速度にて１分間混合された。混合は、エアロゲルが完全にウェットアウトするまで（約６〜１０分）続けられた。３．４６ｋｇのＰＴＦＥ分散体が、次いで添加され、ミキサー速度を、１．５分間、１５００ｒｐｍに増加させた。得られた凝固物は、Ｒｅｅｍａｙシート（品目＃２０１４‐６８６、Ｒｅｅｍａｙ、Ｏｌｄ Ｈｉｃｋｏｒｙ ＴＮ）を通して脱水され、次いで強制空気オーブン中で１６５℃にて２４時間乾燥された。

得られた乾燥凝固物は、次いでＩｓｏｐａｒ Ｋ（１ｋｇ／ｋｇ）（Ｅｘｘｏｎ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、Ｈｏｕｓｔｏｎ ＴＸ）とブレンドされ、その後、柱状プリフォームに圧縮された。プリフォームは、次いでバレルを通して押し出され、１５．２ｃｍ幅、３．７ｍｍ厚みの湿ったテープを与えた。

湿ったテープは２．２ｍｍの厚みにカレンダー処理され、１５０℃に設定された強制空気オーブン中で４分間、次いで２５０℃にてさらに４分間乾燥された。

乾燥された、カレンダー処理されたテープは、次いで以下の方法で、二軸に両方の方向に同時に延伸された：長さ方向の延伸比８：１、横方向の延伸比１８：１、速度５００％／秒、２５０℃。

得られた断熱ｅＰＴＦＥメンブレンは、以下の特性を有していた：長さ方向と横方向の引張強度：それぞれ１．５４ＭＰａと１．５３ＭＰａ、厚み：０．３６ｍｍ、熱伝導率（圧縮なし）：２１ｍＷ／ｍ・Ｋ、熱伝導率（５ｐｓｉ圧縮）：８．９ｍＷ／ｍ・Ｋ、ＭＶＴＲ（ＭＤＭ）：３２５０８ｇ／ｍ²／２４時間、ガーレー数：０．７秒、ＡＴＥＱエアフロー：４．５ｍＢａｒ圧力損失において６．２ｌ／時間・ｃｍ²、及び水浸入圧力（ＷＥＰ）：２９ｐｓｉ。表面の５０００倍の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）が、図１に示される。ノード（１０）とフィブリル（２０）が示される。

例２
断熱ｅＰＴＦＥメンブレンは、以下のとおり作製された。（Ｅ．Ｉ．Ｄｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ、Ｉｎｃ．、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから市販で入手可能な）ＰＴＦＥ６０１とエアロゲル（Ｅｎｏｖａ Ａｅｒｏｇｅｌ ＭＴ１２００、Ｃａｂｏｔ、Ｂｏｓｔｏｎ、ＭＡ）の分散体形態が得られた。ＰＴＦＥとエアロゲルは、以下の方法で共凝固された。１３６グラムのヘキサノールが、１５．１ｋｇの水に添加されて、１５００ｒｐｍのインペラ速度により１分間混合された。速度が５００ｒｐｍに下げられ、３６３グラムのシリカエアロゲルが、ゆっくりと添加された。混合は、エアロゲルが完全にウェットアウトするまで（約６〜１０分）続けられた。２．５９ｋｇのＰＴＦＥ分散体が、次いで添加され、ミキサー速度を、１．５分間、１５００ｒｐｍに増加させた。得られた凝固物は、Ｒｅｅｍａｙシートを通して脱水され、次いで熱風オーブン中で１６５℃にて２４時間乾燥された。

得られた乾燥凝固物は、次いで１．５ｋｇ／ｋｇの比にてＩｓｏｐａｒ Ｋとブレンドされ、その後、柱状プリフォームに圧縮された。プリフォームは、次いでバレルを通して押し出され、１５．２ｃｍ幅、３．７ｍｍ厚みの湿ったテープを与えた。

湿ったテープは２．２ｍｍの厚みにカレンダー処理され、１５０℃に設定された強制空気オーブン中で４分間、次いで２５０℃にてさらに４分間乾燥された。

乾燥された、カレンダー処理されたテープは、次いで以下の方法で、二軸に両方の方向に同時に延伸された：長さ方向の延伸比３：１、横方向の延伸比６：１、速度５００％／秒、２５０℃。

得られた断熱ｅＰＴＦＥメンブレンは、以下の特性を有していた：長さ方向と横方向の引張強度：それぞれ０．５９ＭＰａと０．７ＭＰａ、厚み：０．８６ｍｍ、熱伝導率（圧縮なし）：２１ｍＷ／ｍ・Ｋ、熱伝導率（５ｐｓｉ圧縮）：１０ｍＷ／ｍ・Ｋ、ＭＶＴＲ（ＭＤＭ）：９７９８ｇ／ｍ²／２４時間、ガーレー数：１．４秒、ＡＴＥＱエアフロー：４．５ｍＢａｒ圧力損失において２．７ｌ／時間・ｃｍ²、及び水浸入圧力（ＷＥＰ）：３４ｐｓｉ。表面の５０００倍の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）が、図２に示される。ノード（１０）とフィブリル（２０）が示される。

例３
別の断熱ｅＰＴＦＥメンブレンが、以下のとおり作製された。（Ｅ．Ｉ．Ｄｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ、Ｉｎｃ．、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから市販で入手可能な）ＰＴＦＥ６０１とヒュームドシリカ（Ａｅｒｏｓｉｌ Ｒ８１２、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＡＧ、Ｈａｎａｕ Ｇｅｒｍａｎｙ）の分散体形態が得られた。ＰＴＦＥとヒュームドシリカは、以下の方法で共凝固された。２８０グラムのヘキサノールが、２３ｋｇの水に添加されて、１５００ｒｐｍのインペラ速度にて１分間混合された。インペラ速度が５００ｒｐｍに下げられ、７５０グラムのヒュームドシリカが、ゆっくりと添加された。混合は、１５分間続けられた。４．４ｋｇのＰＴＦＥ分散体が、次いで添加され、ミキサー速度を、３．３３分間、１５００ｒｐｍに増加させた。得られた凝固物は、Ｒｅｅｍａｙシートを用いて脱水され、次いで熱風オーブン中で１６５℃にて２４時間乾燥された。

得られた乾燥凝固物は、次いで１．１ｋｇ／ｋｇにて９５質量％のＩｓｏｐａｒ Ｋ及び５％のラウリン酸（ＰＮ Ｌ５５６、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ、Ｓｔ Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）とブレンドされ、その後、柱状プリフォームに圧縮された。プリフォームは、次いでバレルを通して押し出され、１５．２ｃｍ幅、３．４ｍｍ厚みの湿ったテープを与えた。

湿ったテープは２ｍｍの厚みにカレンダー処理され、２５０℃に設定された強制空気オーブン中で乾燥された。

乾燥された、カレンダー処理されたテープは、次いで以下の方法で、二軸に両方の方向に同時に延伸された：両方向の延伸比＝６：１、両方向の延伸速度５００％／秒、２８０℃。

得られた断熱ｅＰＴＦＥメンブレンは、以下の特性を有していた：長さ方向と横方向の引張強度：それぞれ０．３５ＭＰａと０．１９ＭＰａ、厚み：０．８６ｍｍ、熱伝導率（圧縮なし）：２３ｍＷ／ｍ・Ｋ、熱伝導率（５ｐｓｉ圧縮）：１６ｍＷ／ｍ・Ｋ。表面の５０００倍の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）が、図３に示される。ノード（１０）とフィブリル（２０）が示される。

例４
（Ｅ．Ｉ．Ｄｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ、Ｉｎｃ．、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから市販で入手可能な）ＰＴＦＥ６０１とエアロゲル（Ｅｎｏｖａ Ａｅｒｏｇｅｌ ＭＴ１２００、Ｃａｂｏｔ、Ｂｏｓｔｏｎ、ＭＡ）の分散体形態が得られた。ＰＴＦＥとエアロゲルは、以下の方法で共凝固された。１８１グラムのヘキサノールが、１５．７ｋｇの水に添加されて、１５００ｒｐｍのインペラ速度により１分間混合された。インペラ速度が５００ｒｐｍに下げられ、５４４グラムのシリカエアロゲルが、ゆっくりと添加された。混合は、エアロゲルが完全にウェットアウトするまで（約６〜１０分）続けられた。１．７３ｋｇのＰＴＦＥ分散体が、次いで添加され、ミキサー速度を、１．５分間、１５００ｒｐｍに増加させた。得られた凝固物は、Ｒｅｅｍａｙシート（品目＃２０１４‐６８６、Ｒｅｅｍａｙ、Ｏｌｄ Ｈｉｃｋｏｒｙ ＴＮ）を通して脱水され、次いで強制空気オーブン中で１６５℃にて２４時間乾燥された。

得られた乾燥凝固物は、次いでＩｓｏｐａｒ Ｋとブレンドされ（１．５ｋｇ／ｋｇ）、その後、柱状プリフォームに圧縮された。プリフォームは、次いでバレルを通して押し出され、１５．２ｃｍ幅、３．７ｍｍ厚みの湿ったテープを与えた。

湿ったテープは２．２ｍｍの厚みにカレンダー処理され、１５０℃に設定された強制空気オーブン中で４分間、次いで２５０℃にてさらに４分間乾燥された。

乾燥された、カレンダー処理されたテープは、次いで以下の方法で、二軸に両方の方向に同時に延伸された：長さ方向の延伸比４：１、横方向の延伸比６：１、速度５００％／秒、２５０℃。

得られた断熱ｅＰＴＦＥメンブレンは、以下の特性を有していた：長さ方向と横方向の引張強度：それぞれ０．７ＭＰａと０．２７ＭＰａ、厚み：１．１ｍｍ、熱伝導率（圧縮なし）：２２ｍＷ／ｍ・Ｋ、熱伝導率（５ｐｓｉ圧縮）：１２．２ｍＷ／ｍ・Ｋ、ガーレー数：０．７秒、ＡＴＥＱエアフロー：４．５ｍＢａｒ圧力損失において５．２ｌ／時間・ｃｍ²、及び水浸入圧力（ＷＥＰ）：２８ｐｓｉ。表面の５０００倍の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）が、図４に示される。ノード（１０）とフィブリル（２０）が示される。

本件の発明は、一般的に及び具体的な実施態様に関して上記で記載されてきた。本発明は好ましい実施態様と考えられるものについて記載されているが、当業者に知られる広範な変更が、全体的な開示内で選択されることができる。本発明は、以下の特許請求の範囲の制限を除き、制限されない。

Claims (19)

1. 断熱粒子を組み入れた断熱延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）を含む物品であって、
   前記物品が、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する、物品。
2. ｅＰＴＦＥが、約３８０℃にて吸熱を呈する、請求項１に記載の材料。
3. 前記ｅＰＴＦＥが、モノリシックである、請求項１に記載の材料。
4. ４０質量％未満のエアロゲル粒子を組み入れた断熱延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）を含む物品であって、
   前記物品が、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する、物品。
5. 前記エアロゲル粒子が、シリカエアロゲル粒子である、請求項４に記載の材料。
6. ４０質量％未満のヒュームドシリカ粒子を組み入れた断熱延伸ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）を含む物品であって、
   前記物品が、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する、物品。
7. 断熱粒子を組み入れたＰＴＦＥを含む断熱材料であって、前記ＰＴＦＥが、ノード及びフィブリル構造を有しており、
   前記材料が、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有する、材料。
8. 前記断熱粒子が、エアロゲル粒子を含む、請求項７に記載の材料。
9. 前記エアロゲル粒子が、シリカエアロゲル粒子を含む、請求項８に記載の材料。
10. 前記断熱粒子が、ヒュームドシリカ粒子を含む、請求項７に記載の材料。
11. 前記ＰＴＦＥが、延伸ＰＴＦＥを含む、請求項７に記載の材料。
12. インスレーション材料が、約３８０℃の吸熱を呈する、請求項１１に記載の材料。
13. 第一の層と、
    断熱粒子を組み入れており、環境条件において２５ｍＷ／ｍ・Ｋ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、
    前記ｅＰＴＦＥが、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。
14. 前記ｅＰＴＦＥが、疎水性である、請求項１３に記載の物品。
15. 前記第一及び前記第二の層の少なくとも１つが、気体に対して不透過性である、請求項１３に記載の物品。
16. 前記第一及び前記第二の層の少なくとも１つが、液体に対して不透過性である、請求項１３に記載の物品。
17. 前記断熱粒子が、エアロゲル粒子を含む、請求項１３に記載の物品。
18. 前記エアロゲル粒子が、シリカエアロゲルである、請求項１７に記載の物品。
19. 前記断熱粒子が、ヒュームドシリカを含む、請求項１３に記載の材料。

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