キセロゲルを製造する方法

本発明は、キセロゲルの製造方法、この方法で得られるキセロゲル、およびその使用に関する。

現在の建築産業では、省エネルギー、より特定的には断熱が、中心的課題である。

断熱は、壁およびパーティションの内側に断熱パネルを挿入することで得られる。 従来、このような断熱パネルは、グラスウール、ロックウール、発泡ポリスチレン、または押出ポリスチレンで作られ、一般にプラスターボードに接着される。

材料の断熱性能は、その熱伝導率によって測定される。 熱伝導率の値が低いほど、その材料は熱を伝導しないので、断熱性に優れることになる。 本発明では、熱伝導率の測定は、２００１年７月付けＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて、２０℃および大気圧で行う。

しかし、産業経営者らは、一段と性能が高く、より経済的な断熱材を捜し求めている。

こうした状況の中、エアロゲルとキセロゲルを含有する強化断熱材が開発された。

ゲルは、ナノ細孔を形成する粒子で構成された三次元の連続構造を有する。 ゲルの調製は、ゾルからゲルに移行するステップ、すなわち、固体粒子の懸濁液であるゾルから、外観が固体のゼラチン様物質であるゲルに切り替えるステップを伴う。

ゲルの細孔に存在する液体の種類によって、エアロゲルと、キセロゲル（空気）、ヒドロゲル（水）、オルガノゲル（有機溶媒）、特にアルコゲル（アルコール）とが区別される。 含水ゲルのより広義な定義の下では、ヒドロゲル、アルコゲル、およびオルガノゲルという用語はひとまとめにされる。

エアロゲルという用語は、一般に、超臨界条件下で乾燥したゲルを指す。 すなわち、この条件下では、大部分の溶媒は超臨界流体の状態にある。 この種の乾燥を行うには、エネルギーの面で概して高コストな、制約的な温度条件と圧力条件を必要とする。

対照的に、キセロゲルという用語は、亜臨界条件下で乾燥したゲルを指す。 すなわち、この条件下では、大部分の溶媒は超臨界流体の状態にない。

キセロゲルとエアロゲルは、断熱品質と遮音品質だけでなく、低密度という点でも強い関心が寄せられる。

しかし、産業経営者と消費者にとっては、断熱材の製造コストが法外であってはならない。 よって、このような断熱材の製造方法は、費用のかかる温度条件と圧力条件を強いてはならない。 したがって、超臨界条件の場合、一般に使われる反応器よりも高コストな耐高圧反応器を使用する必要があるが、このような超臨界条件下での乾燥ステップを回避することが好ましい。 よって、キセロゲルを含有する材料に焦点を絞った選択肢が好ましい。

例えば仏国特許出願公開第２８７３６７７号では、粒子状疎水性シリカのキセロゲルを調製する方法を開示しており、この調製方法は、シリカオルガノゲルを疎水化処理に曝すことと、得られたオルガノゲルを分離することと、溶媒を蒸発により除去することからなる。 この溶媒除去は、単一の乾燥ステップを用いて行う。

しかしながら、この従来技術は、均質なキセロゲルを得る方法を示していない。 安定した製品品質を保証するには、均質なキセロゲルを得ることが事実上好適である。

したがって、産業経営者にとっては、再現性と信頼性があり、かつ生産性の高い均質なキセロゲルの製造方法を利用可能にするというニーズが存在する。

加えて、産業経営者にとっては、上記方法により、様々な種類のキセロゲル、例えば粒子キセロゲル、複合キセロゲル、強化された自立型キセロゲル等の製造が可能になることが好ましい。

本発明における「自立型」とは、製品の安定性が外部支持物によるのでなく、パネルが剛性形状であるという事実のみによることを意味する。 「剛性」とは、パネルの割れや破裂の形成も観察されずに、パネルを著しく変形できないことを意味する。 特に、「剛性」とは、パネルを丸める（rolled up）ことができないことを意味する。

よって、これにより、キセロゲル製パネルの輸送と取扱いが簡易化される。

また、建設部門における応用では、厚さ３０ｍｍ超の断熱材を得ることも重要である。 建物の内部断熱の新規基準（Reglementation Thermique 2012 Francaise）では、耐熱性Ｒ＝３ｍ ^２ ． Ｋ／Ｗのパネルの使用を推奨している。

国際公開第２０１１／０６６２０９号は、微粒子形態のエアロゲルまたはキセロゲルと、結合材と、繊維強化材料（任意）と、を含む剛性の断熱複合材料について記載している。 この結合材は、好ましくはセメント、石膏、石灰から選ばれる。 この明細書の複合材料を図解した実施例によれば、厚さは２ｃｍ未満である。 国際公開第２０１１／０６６２０９号明細書は、断熱複合材料の製造方法についても記載している。 この製造方法は、エアロゲルまたは微粒子キセロゲルと、結合材と、繊維強化材料（任意）とを混合することと、混合物を型に移すことと、次いで複合物を硬化させることと、を含んでなる。 硬化ステップの少なくとも一部分は、圧縮下で行われる。 このようにして得た材料を、今度は空気中で２４時間乾燥させるが、国際公開第２０１１／０６６２０９号明細書は、材料の乾燥条件をそれ以上記載していない。

米国特許第５，８６６，０２７号明細書は、亜臨界条件下でオルガノゲルを乾燥することにより、繊維で強化された剛性キセロゲルを製造する方法を記載している。 この製造方法では、乾燥ステップの前に、ゲル形成時に使用する溶媒を無極性溶媒（例えばｎ−ヘプタンまたはｎ−ヘキサン）と交換する。 しかし、このようにして得られる繊維強化キセロゲルの厚さは３〜７ｍｍである。 加えて、この明細書は、厚いパネルを得るには複数パネルを合わせる必要があることを明示している（第５カラム、４９〜５５行目）。

結果として、従来技術の自立型断熱キセロゲルの厚みでは、キセロゲルが粒子か非粒子かによらず、繊維材料で強化されるかによらず、所望の性能レベルに到達するには、従来技術により得られる自立型、断熱性のキセロゲル含有材料のいくつかの層を隣接させる必要がある。

したがって、本発明の主題は、熱伝導率５〜２５ｍＷ／ｍ． Ｋ（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）のキセロゲルの製造方法に関する。 この製造方法の少なくとも１ステップは反応器内で行い、この反応器の２つの内壁間の特性距離は、少なくとも６ｍｍ〜７０ｍｍである。

本発明の別の主題は、繊維強化材料を随意に含む、熱伝導率５〜２５ｍＷ／ｍ． Ｋ（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）の、本発明の方法により得られるキセロゲルに関する。

本発明のさらなる主題は、自立型、断熱性、単層の複合パネルに関する。 この複合パネルは、５〜２５ｍＷ／ｍ． Ｋの熱伝導率（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）を有し、本発明の方法により得られる、繊維強化材料を含んでなる３０ｍｍ〜７０ｍｍのキセロゲル厚さを有する。

本発明のさらなる主題は、建築材料の製造のための、本発明によるキセロゲルの使用に関する。

本発明のさらなる主題は、建築材料の製造のための、本発明による自立型、断熱性、単層の複合パネルの使用に関する。

本発明は、熱伝導率５〜２５ｍＷ／ｍ． Ｋ（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）のキセロゲルの製造方法に関する。 この製造方法は、以下の連続したステップを含んでなる。
ａ）溶媒としてアルコールを有するゾルを反応器に注ぐこと。 この反応器には、事前に繊維強化材料が随意に配置されていてもよい。
ｂ）このゾルをアルコゲルへとゲル化すること。
ｃ）アルコゲルをエージングさせること。
ｄ）アルコゲルの疎水化処理の後、疎水化したアルコゲルを得ること。
ｅ）所望により、８０℃以下の亜臨界条件下でアルコゲルを予備乾燥すること。 （ただし、ステップａ）で繊維強化材料を加える場合、この予備乾燥は必須である。 ）
ｆ）亜臨界条件下でアルコゲルを乾燥させること。 この乾燥は誘電型または対流型であり、対流型乾燥の場合、温度は特に１００℃超であり、その結果、得られたキセロゲルが有するアルコール残量は、ＥＮ／ＩＳＯ３２５１規格によれば、パネルの３％重量以下、特に２重量％以下、有利には１重量％以下となる。

ただし、少なくともステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、およびｅ）は、少なくとも１つの反応器、特に同一の反応器内で実施され、この反応器の２つの内壁間の特性距離は少なくとも６ｍｍ〜７０ｍｍであり、好ましくは２０〜６０ｍｍであり、さらに好ましくは３０〜５０ｍｍである。

上記の方法は、バッチまたは連続方式で実施できる。

本発明の意味における「反応器の内壁」とは、試薬と直接接する壁を意味する。 例えば二重ジャケット反応器の場合、試薬と直接接する内側ジャケットの壁を指す。 本発明の意味における「２つの内壁間の特性距離」とは、２つの平行する内壁間、または、一方の内壁に接する面と、その内壁に平行する壁の間、または、内壁に接する２つの面の間の最大距離を意味する。 例えば円筒形反応器の場合、２つの内壁間の特性距離とは、反応器の内径と内側高さである。 立方体反応器の場合、反応器の２つの内壁間の特性距離とは、立方体の内側の辺である。 平行六面体反応器の場合、反応器の２つの内壁間の特性距離とは、内側高さ、内側長さ、および内側幅である。 好ましくは、２つの内壁間の特性距離は、内側高さ、内側幅、内側長さ、内側厚さ、および内側直径から選ばれる。

反応器が特定の幾何学形状を有するため、反応器内側のあらゆる位置から当該反応器の内壁までの距離は、試薬がアルコゲル中で最適に拡散する距離である。 反応器の２つの内壁間のすべての特性距離が２００ｍｍを超える場合、試薬はアルコゲルの中心部まで拡散せず、得られる製品は均質な組成物を有さない。 加えて、このような反応器内で予備乾燥を実施する場合は、ステップｅ）のアルコゲルの予備乾燥条件を最適化することも可能である。

本発明の意味において、「繊維強化材料」は、繊維、または不織繊維充填材、またはこれらの混合物を含んでなる。 当業者であれば、種々の繊維、例えばガラス繊維、鉱物繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、植物繊維、またはこれらの組み合わせの中から、断熱材の製造に最も適した繊維をどう選択すべきかを理解するであろう。 繊維の選択に関して、当業者は米国特許第６，８８７，５６３号を参照することができる。

本発明の意味において、「不織繊維充填材」とは、構造化されているが織られていない繊維の絡みで形成された、三次元の充填材を意味する。 繊維が織られていると、繊維充填材の熱伝導率が上昇して、キセロゲルの性能レベルが低下することになる。

本発明では、パネル重量に対するアルコール残量の計算は、ＥＮ／ＩＳＯ３２５１規格を用いて行う。 使用したプロトコルは、本発明のキセロゲル１ｇをサンプル採取することと、このサンプルの重量を測定した後、１０５℃のオーブンで３時間を乾燥させることと、乾燥したキセロゲルの重量を測定することからなる。

ゆえに、本方法は再現性と信頼性があり、得られる製品は品質が一定している。

有利には、本発明の方法のどのステップでも、結合剤の使用も添加も行わない。

本発明の好適な一実施形態では、第１反応器でステップａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、ｅ）を実施し、次いで、型から凝縮アルコゲルを排出し、ステップｆ）の実施場所である対流乾燥器または誘電乾燥器に移す。

本発明の意味における「乾燥器」とは、乾燥ステップで使用することが意図される反応器を意味する。

好ましくは、ステップａ）で使用するゾルは、シリカゾル、酸化チタンゾル、酸化マンガンゾル、酸化カルシウムゾル、炭酸カルシウムゾル、酸化ジルコニウムゾル、またはこれらの組み合わせからなる群より選ばれる。 好ましくは、ステップａ）で使用するゾルはシリカゾルである。

有利には、使用するアルコールはエタノールである。

好ましくは、本発明のシリカゾルは、エタノール中テトラエトキシシランの制御された加水分解により得られる。 有利には、加水分解中に生成されたエタノールを、再循環の後、この同一ステップの溶媒として再使用する。

有利には、ステップｂ）で得られるアルコゲルは、出発ゾルの重量に対して７０〜９０重量％、好ましくは７５〜８５重量％のアルコールを含んでなる。

ステップｃ）のエージングにより、シネレシス機構（液体とゲルの分離）の影響下で、アルコゲルの機械的特性を改善することが可能になる。 有利には、このエージングステップは２４時間未満継続する。 エージングの温度条件と時間条件を選定する際は、当業者に対して周知の基準（例えばゲル組成）に従って適切な条件となるように選定する。

有利には、エージングステップｃ）は４０℃〜１００℃の温度で実施し、特に４０℃〜８０℃、好ましくは６０℃〜８０℃で行う。 より有利には、ステップｃ）は、アルコール（アルコゲル溶媒）の沸点の温度で行う。 さらに有利には、ステップｃ）は、エタノール還流下で行う。

有利には、エージングステップｃ）は、２０時間未満継続する。

好ましくは、ステップｄ）は、ステップｃ）で得たアルコゲルを、ｐＨが１〜３の酸性媒体中の疎水化剤に接触させることを含んでなる。

有利には、ステップｄ）において、無機酸または有機酸の添加を通じてアルコゲルを酸性化する。 さらに有利には、上記無機酸は塩酸であり、上記有機酸はトリフルオロ酢酸である。

有利には、使用する疎水化剤は、有機シロキサン類、有機クロロシラン類、または有機アルコキシシラン類からなる群より選ばれ、より有利には、使用する疎水化剤は、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、トリメチルクロロシラン、およびトリメチルエトキシシランからなる群より選ばれ、好ましくは、使用する疎水化剤はヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）である。

さらに有利には、上記の酸はトリフルオロ酢酸または塩酸であり、上記疎水化剤はヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）である。

有利には、ステップｄ）は、５０℃〜１５０℃の温度で実施する。 より有利には、ステップｄ）は、上記疎水化剤の沸点の温度で行う。 さらに有利には、ステップｄ）は、疎水化剤の還流下で行う。 この疎水化剤は、有利には、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、トリメチルクロロシラン、およびトリメチルエトキシシランからなる群より選ばれ、好ましくは、この疎水化剤はヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）である。

この処理により、乾燥後、疎水化していない同等のアルコゲルよりも低密度を示すことが知られている、疎水化シリカアルコゲルを得ることが可能になる。 疎水化していないシリカゲルは、事実上、乾燥ステップ中に崩壊する傾向を有する。

本発明の好適な一実施形態では、ステップａ）において、ゾルに添加剤を加える。 好ましくは、この添加剤は、自立型、断熱性、単層の一体式パネルの機械的特性、凝集特性、または熱伝導特性を改善することを目的とする。

好ましくは、この添加剤は乳白剤を含む。 乳白剤を使用すると、熱の放射成分を減少させることにより、熱伝導率を低下することが可能になる。 有利には、この添加剤は、ＳｉＣ、Ｔｉ０ _２ 、カーボンブラック、グラファイト、ＺｒＯ _２ 、ＺｎＯ、ＳｎＯ _２ 、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＴｉＣ、ＷＣ、ＺｒＳｉＯ _４ 、Ｆｅ _２ Ｏ _３ 、Ｆｅ _３ Ｏ _４ 、ＦｅＴｉＯ _３から選ばれる乳白剤である。 特に、この乳白剤は、ＳｉＣとＴｉＯ _２からなる群より選ばれる。

好適な一実施形態では、本発明の方法は、予備乾燥ステップｅ）を含んでなる。

予備乾燥は、出発製品の重量と比較して、１０〜８０重量％のアルコール、有利には２０〜６０重量％のアルコール、より有利には４０〜５０重量％のアルコールを失った、凝縮アルコゲルが得られるまで継続する。

ステップｅ）の間に失ったアルコール重量を測定する方法は、方法の規模によって異なる。 実験室規模では、ステップｄ）の後に得たアルコゲルの重量を、ステップｅ）の条件下での乾燥の前後に測定することにより、この数量を測定する。 工業規模では、ステップｅ）で蒸発したアルコールを別の反応器内で凝縮させ、重量を測定する。

本発明の方法を行う間、予備乾燥ステップｅ）の後の中間生成物として、凝縮アルコゲルが得られる。 この凝縮アルコゲルは、ステップｄ）の後に得られるアルコゲルと比べて、体積が縮小している。 実際には、１０％〜４０％の体積縮小が観察される。

しかし、乾燥ステップｆ）の間、およびステップａ）で繊維強化材料を加えた場合に得られる断熱性の複合キセロゲルは、ステップｅ）の後に得られる凝縮アルコゲルと同等以上の体積を回復する。 上記の凝縮アルコゲルは、それ自体が自立型である。 すなわち、型から外され、運搬されて、第２の乾燥ステップまたは別の反応器での別の処理を受けることのできる機械的特性を有する。 また、物理的特性と機械的特性のどちらも低下することなく、数週間、あるいは数ヶ月間保管することもできる。

有利には、ステップｅ）の予備乾燥温度は４０℃〜８０℃であり、より有利には６０℃〜８０℃であり、さらに有利には８０℃である。

本発明の好適な一実施形態では、ステップｅ）は、反応器内で高温ガス流を循環させることにより行う。 このガス流は、窒素、空気、希ガス等の不活性ガスの流れである。 有利には、高温ガス流は垂直方向に循環し、さらに有利には、上から下向きに循環する。

別の実施形態では、ステップｅ）の予備乾燥は減圧下で行う。 この実施形態が有利である理由は、同等温度で予備乾燥時間を短くできるからである。

一実施形態では、ステップｆ）は、１００℃超、特に１２０℃〜１８０℃、好ましくは１４０℃〜１６０℃、より好ましくは１５０℃の温度で実施される、対流型の乾燥である。

有利には、ステップｆ）は、乾燥器内で高温空気流を循環させる対流乾燥で実施する。

実験室規模では、対流乾燥は、１５０℃のオーブン内で実施することが好ましい。

別の実施形態では、ステップｆ）は、減圧下または大気圧下で、好ましくは減圧下で、マイクロ波誘電乾燥により行う。 有利には、圧力は１０ｍｂａｒ〜１ｂａｒであり、特に１０ｍｂａｒ〜３００ｍｂａｒであり、より有利には２０ｍｂａｒ〜６０ｍｂａｒである。 好ましくは、このマイクロ波乾燥ステップで供給される電力は、出発凝縮アルコゲル１ｋｇあたり０．３ｋＷ〜３ｋＷであり、より好ましくは、出発凝縮アルコゲル１ｋｇあたり０．５ｋＷ〜２ｋＷであり、さらに好ましくは、出発凝縮アルコゲル１ｋｇあたり１ｋＷである。 乾燥の間中、材料の表面温度が４０℃〜４００℃になるように、好ましくは４０℃〜２００℃になるように、より好ましくは５０℃〜１５０℃になるように、上記の電力を調節する。

本発明の好適な一実施形態では、ステップａ）でゾルが流し込まれる反応器の中に、繊維強化材料が配置される。 この場合、本発明の方法を用いて得られるキセロゲルは、自立型、単層の複合パネルとなる。

繊維強化材料を用いることにより、キセロゲルの断熱特性を維持しながら、その機械強度特性と耐性を改善するようにキセロゲルが構成される。

好ましくは、繊維強化材料は、不織繊維充填材を含んでなり、有利には、この不織繊維充填材は、有機充填材、無機充填材、天然繊維で出来た充填材、混合充填材、および混合積層化充填材の中から選ばれる。 有利には、この充填材は有機物であり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の有機充填材から選ばれる。 有利には、この充填材は無機物であり、グラスウールで出来た無機充填材またはロックウールで出来た充填材から選ばれる。

有利には、この充填材は天然繊維製であり、羊毛または亜麻繊維の天然繊維で出来た充填材から選ばれる。

有利には、この不織繊維充填材は、厚さが３０〜７０ｍｍであり、開放気孔率は９６％〜９９．８％である。

本発明は、繊維強化材料を随意に含む、本発明の方法で得られる熱伝導率５〜２５ｍＷ／ｍ． Ｋ（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）のキセロゲルにも関する。

有利には、本発明のキセロゲルは結合材を含まない。 無機結合材の例として、セメント、プラスター、石膏、石灰が挙げられ、有機結合剤の例として、ポリオレフィンワックス、スチレンポリマー、ポリアミド等の熱可塑性物質が挙げられる。 結合剤という用語は、例えばエポキシ樹脂、シアノアクリレート等の接着剤を含む。

有利には、本発明のキセロゲルは、シリカ、酸化チタン、酸化マンガン、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化ジルコニウム、ポリウレタン／セルロースのキセロゲルからなる群より選ばれ、より好ましくは、シリカ、酸化チタン、酸化マンガン、酸化カルシウム、炭酸カルシウムのキセロゲルからなる群より選ばれ、さらに好ましくは、本発明のキセロゲルは、シリカキセロゲルである。

有利には、本発明のキセロゲルの熱伝導率（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）は１０〜２０ｍＷ／ｍ． Ｋであり、さらに有利には、１０〜１５ｍＷ／ｍ． Ｋである。

本発明のキセロゲルは、０．０５ｇ． ｃｍ ^−３ 〜０．５ｇ． ｃｍ ^−３の密度を有することが確認されている。 有利には、本発明のキセロゲルは０．０５ｇ． ｃｍ ^−３ 〜０．２５ｇ． ｃｍ ^−３の密度を有し、より有利には、０．０７ｇ． ｃｍ ^−３ 〜０．１５ｇ． ｃｍ ^−３の密度を有する。

本発明のキセロゲルは、その低密度と断熱能力のため強い関心が寄せられるが、繊維強化材料で補強しない場合には、断熱材として使用する前に、取扱いを容易にするため袋詰めする必要がある。 したがって、本発明のキセロゲルの構造化および剛性化を得るには、キセロゲルを補強することが望ましい。

このようにして得られた複合キセロゲルは、繊維の機械的特性と、キセロゲルの断熱特性を併せ持つ。

したがって、好適な一実施形態では、本発明のキセロゲルは繊維強化材料を含んでなる。 この場合、本発明のキセロゲルは、自立型、断熱性、単層の複合パネルの形態をとる。

本発明は、自立型、断熱性、単層の複合パネルにも関連し、この複合パネルは、厚さが３０ｍｍ〜７０ｍｍであり、熱伝導率が５〜２５ｍＷ／ｍ． Ｋ（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）であり、本発明の方法で得られる繊維強化材料を含むキセロゲルを含んでなる。

有利には、本発明の自立型、断熱性、単層の複合パネルは、結合材を含まない。

従来技術では、自立型のキセロゲルをベースにした断熱性、単層の複合パネルを調製するには、このような結合材が必要とされる。 しかしながら、結合材の存在はサーマルブリッジの形成を招く。

有利には、自立型、断熱性、単層の複合パネルは、厚さが３０ｍｍ〜６０ｍｍであり、より有利には４０ｍｍ〜４５ｍｍである。

有利には、自立型、断熱性、単層の複合パネルの熱伝導率（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）は１０〜２０ｍＷ／ｍ． Ｋであり、さらに有利には１０〜１５ｍＷ／ｍ． Ｋである。

本発明の自立型、断熱性、単層の複合パネルは、０．０５ｇ． ｃｍ ^−３ 〜０．５ｇ． ｃｍ ^−３の密度を有することが確認されている。 有利には、自立型、断熱性、単層の複合パネルは、０．０５ｇ． ｃｍ ^−３ 〜０．２５ｇ． ｃｍ ^−３の密度を有する。

本発明の好適な一実施形態では、繊維強化材料は、不織繊維充填材を含んでなり、有利には、有機充填材、無機充填材、天然繊維で出来た充填材、混合充填材、および混合積層化充填材の中から選ばれる。 有利には、有機充填材は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の有機充填材から選ばれる。 有利には、無機充填材は、グラスウールで出来た無機充填材またはロックウールで出来た充填材から選ばれる。 有利には、天然繊維で出来た充填材は、羊毛または亜麻繊維の天然繊維で出来た充填材から選ばれる。

有利には、この不織繊維充填材は、厚さが３０〜７０ｍｍであり、開放気孔率は９６％〜９９．８％である。 有利には、この不織繊維充填材は、５０ｍＷ／ｍ． Ｋ未満の熱伝導率（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）を有する。

本発明の好適な一実施形態では、自立型、断熱性、単層の複合パネルは、パネル重量に対して５０〜９０重量％のキセロゲルを含んでなり、好ましくはパネル重量に対して６０〜８０重量％のキセロゲルを含んでなる。 複合パネルが、パネル重量に対して５０重量％未満のキセロゲルまたは９０重量％超のキセロゲルを含む場合、熱伝導率の値が２５ｍＷ／ｍ． Ｋ（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）より高くなる。

本発明の好適な一実施形態では、キセロゲルは、シリカ、酸化チタン、酸化マンガン、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化ジルコニウムのキセロゲル、またはこれらの組み合わせから選ばれ、より好ましくは、シリカ、酸化チタン、酸化マンガン、酸化カルシウム、炭酸カルシウムのキセロゲルからなる群より選ばれ、さらに好ましくは、本発明のキセロゲルは、シリカキセロゲルである。

本発明の方法のステップｄ）で疎水化処理を行うことにより、特に、パネルの水の再取込みを低減することが可能になる。 本発明の自立型、断熱性、単層の複合パネルは、好ましくは、周囲温度および相対湿度７５％時の水再取込み率が５％未満であり、より好ましくは３％未満であり、さらに好ましくは、周囲温度および相対湿度９５％時の水再取込み率が１０％未満であり、さらに好ましくは５％未満である。

本発明は、建築材料および断熱材を製造するための、本発明のキセロゲルの使用に関する。

また、本発明は、建築材料および断熱材、好ましくは断熱壁およびパーティションの製造のための、自立型、断熱性、単層の複合パネルの使用に関する。

一実施形態では、床または天井の断熱のために、上記複合パネルを使用する。

さらに、本発明は、本発明によるパネルと別の種類の他のパネルとの組み合わせを含んでなる混合多層パネルに関する。 例えば、１枚以上のプラスターボード（任意でＢＡ１３型）を、本発明の断熱性、単層のパネルの片面または両面に接着させて、ライニング複合体を形成することができる。

本発明のパネルは、遮音材としても使用できる。

実施例５の作動条件下の自立型、断熱性、単層の複合パネルの厚さの傾向を、乾燥時間の関数として示す。

以下の実施例は、本発明をより詳細に解説することを意図しているが、何ら制限するものではない。

実施例１：種々の厚さの円筒形チャンバーにおけるシリカキセロゲルの調製１）疎水性シリカアルコゲルの調製 以下の組成：塩酸の存在下でテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）の部分加水分解により得られる、２０％エタノール溶液中のポリエトキシジシロキサン３６．２％、エタノール５４．３％、交換水（permuted water）８．９％、アンモニア０．６％、を有するシリカゾルを、ゲル化の前に、可変寸法の閉鎖円筒形チャンバー（直径１００ｍｍ、厚さ３０、５０、７０、または１００ｍｍの円筒形ディスク）内に配置した。 チャンバーに配置した後、このシリカゾルをゲル化して、シリカアルコゲルを形成した。

このゲルを７０℃で１９時間３０分間、エタノール中でエージングさせる段階を経た後、このアルコゲルを完全に覆うように、塩酸（３重量％）とヘキサメチルジシロキサン（９７重量％）の混合物を反応器に入れた。 この反応媒体を加熱し、６時間、７０℃に維持した。 次に、疎水化したアルコゲルから、反応媒体をパーコレーションにより分離した。

２）シリカキセロゲルの取得 得られたゲルの厚さは、それぞれ３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ、１０ｃｍであり、これらのゲルを、１６０℃の通風オーブン内で１時間３０分、乾燥させた。

乾燥後に得られたシリカキセロゲル粒子ベッドは、厚さにかかわらず、すべて０．０５ｇ． ｃｍ ^−３ 〜０．１ｇ． ｃｍ ^−３の容積密度を示した。 得られたキセロゲル粒子ベッドの容積密度の測定値は、ゲルの厚さ３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ、１０ｃｍに対して、それぞれ５０ｋｇ／ｍ ^３ 、７０ｋｇ／ｍ ^３ 、８５ｋｇ／ｍ ^３ 、１００ｋｇ／ｍ ^３であった。

得られたサンプルの熱伝導率の測定値（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）は、厚さ３ｃｍ、５ｃｍ、７ｃｍ、１０ｃｍに対して、それぞれ、２１．６ｍＷ／ｍ． Ｋ、２１．８ｍＷ／ｍ． Ｋ、２３．５ｍＷ／ｍ． Ｋ、２５．７ｍＷ／ｍ． Ｋであった。

この実施例は、反応チャンバーのサイズに関連する閾値効果を明確に示している。 チャンバーの厚さが７０ｍｍ以下の場合、得られたシリカキセロゲルの熱伝導率は２５ｍＷ／ｍ． Ｋ未満である。

実施例２：種々の乾燥条件でのシリカキセロゲルの調製１）疎水性シリカアルコゲルの調製 塩酸の存在下でアルコキシシランを加水分解することにより、実施例１と同一条件で得たシリカゾルを、アンモニアの存在下でゲル化する。 エタノール還流下で４時間のエージング段階を経た後、シリカアルコゲルを完全に覆うように、塩酸とヘキサメチルジシロキサン（３：９７）（疎水化剤）を反応器に加えた。 この反応媒体を加熱し、４時間、還流下に維持した。 次に、疎水性シリカアルコゲルから、反応媒体をパーコレーションにより分離した。

このようにして得た疎水性シリカアルコゲル（２５０ｇ）を、１〜２０ｍｍサイズの小片に分割して、結晶皿に投入した。

２）「凝縮した」疎水性シリカアルコゲルの調製 小片に分割された疎水性シリカアルコゲル（２５０ｇ）の入った結晶皿を通風オーブンに設置し、サンプルの初期重量の約５０％を失うまで、８０℃でサンプルを乾燥させた。

３ａ）通風オーブンでの対流乾燥による疎水性シリカキセロゲルの取得 前の手順で得た「凝縮した」疎水性シリカアルコゲルを、１６０℃の通風オーブンで６０分間乾燥させた。 得られた疎水性シリカキセロゲル粒子ベッドは、０．０６ｇ． ｃｍ ^−３の容積密度を示し、得られたキセロゲル粒子は約０．１〜１０ｍｍの寸法を有していた。 １ｍｍ〜１．２ｍｍサイズのキセロゲル粒子に対して測定した熱伝導率（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）は、１９．８ｍＷ／ｍ． Ｋであった。

３ｂ）減圧下の誘電乾燥による疎水性シリカキセロゲルの取得 前の手順で得た「凝縮した」疎水性シリカアルコゲルを、穏やかに撹拌しながら、アルコゲル１ｋｇあたり０．５ｋＷの入射電力を印加することにより、真空下（４０〜６０ｍｂａｒ）のマイクロ波乾燥器内で乾燥させた。 ２０分間の乾燥後、システムの反射電力は、初期投入アルコゲル１ｋｇあたり１６０Ｗ． ｈを超えていた。 この段階で、入射電力を初期投入アルコゲル１ｋｇあたり０．３ｋＷに調整し、システムが吸収した総電力、すなわち、乾燥器に最初に投入されたアルコゲル１ｋｇあたり０．２２５Ｗｈ、０．２３３Ｗｈ、０．２３４Ｗｈ、０．２３６Ｗｈ、および０．２３８Ｗｈに対応する種々の乾燥時間（３３分、３９分、４６分、５１分、および５５分）に、サンプルを回収した。 各種サンプルの乾燥中に記録した表面温度は、室温（乾燥の最初の２０分間に記録した温度）〜７８℃（乾燥終了時に記録した温度）であった。 これらのサンプルの揮発性成分中の含有量は、それぞれ１６％、２．５％、１．６％、１．０％、０．９％であった。 これらのサンプルの容積密度は、それぞれ０．２４９ｇ／ｃｍ ^３ 、０．０８６ｇ／ｃｍ ^３ 、０．０７８ｇ／ｃｍ ^３ 、０．０７８ｇ／ｃｍ ^３ 、０．０７８ｇ／ｃｍ ^３であった。 １ｍｍ〜１．２ｍｍサイズの粒子に対して測定した熱伝導率（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）は、それぞれ４５．８ｍＷ／ｍＫ、１９．７ｍＷ／ｍＫ、１７．６ｍＷ／ｍＫ、１８．０ｍＷ／ｍＫ、１８．１ｍＷ／ｍＫであった。

３ｃ）大気圧の誘電乾燥による疎水性シリカキセロゲルの取得 前の手順で得た「凝縮した」疎水性シリカアルコゲルを、穏やかに撹拌しながら、アルコゲル１ｋｇあたり６．７ｋＷの入射電力を印加することにより、大気圧のマイクロ波乾燥器において、流量１．０Ｌ／分の窒素流中で乾燥させた。 ３．５分間の乾燥後、システムの反射電力は、初期投入アルコゲル１ｋｇあたり２．７ｋＷであった。 この段階で、システムの反射電力がアルコゲル１ｋｇあたり２ｋＷになるまでの４５分間、入射電力を初期投入アルコゲル１ｋｇあたり１．８５ｋＷに調整した。 乾燥中、サンプルの表面温度は室温〜５０℃（乾燥の最初の３．５分間）、および５０〜７８℃（この乾燥の最後の４５分間）であった。 得られたシリカキセロゲルは、約０．１〜１０．０ｍｍの寸法を有する半透明顆粒の形をしていた。 このようにして得られた顆粒ベッドの容積密度は０．０７６ｇ／ｃｍ ^３であった。 １ｍｍ〜１．２ｍｍサイズの顆粒に対して測定した熱伝導率（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）は、１８．０ｍＷ／ｍＫであった。

実施例３：予備乾燥ステップを伴わない、自立型、単層の２５ｍｍ厚複合パネルの調製１）複合シリカアルコゲルの調製 塩酸の存在下でアルコキシシランを加水分解し、次いでアンモニアを添加することにより、実施例１と同一条件で得たシリカゾルを、ゲル化の前に、事前にサイズ１２０×１２０×７０ｍｍ ^３の閉鎖チャンバーに設置されたサイズ１１０×１００×３０ｍｍ ^３の羊毛製の不織繊維充填材に注いだ。 ゲル化の後、この強化アルコゲルを６０℃で２０時間エージングさせた。 次に、成熟ステップ（エージング）中に排出された溶媒を、デカントにより除去した。 次に、複合アルコゲルを完全に覆うように、重量比３：９７の塩酸とヘキサメチルジシロキサン（疎水化剤）を反応器に加えた。 この反応媒体を加熱し、２０時間、６０°Ｃに維持した。 次に、強化された疎水性シリカアルコゲルから、反応媒体をパーコレーションにより分離した。

２）疎水性複合シリカキセロゲルパネルの取得 不織繊維充填材で強化したアルコゲルを、２時間かけて、１４０℃の通風オーブン内で直接乾燥させた。 得られたキセロゲルパネルは、厚さ測定値が２５ｍｍであり、３２．２ｍＷ／ｍ． Ｋの熱伝導率を示した（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）。

この実施例は、自立型、単層の複合キセロゲルパネルの熱伝導率を２５ｍＷ／ｍ． Ｋ以下にするには、予備乾燥ステップが必要であることを明確に示している。

実施例４：本発明のシリカキセロゲルの調製１）疎水性シリカアルコゲルの調製 塩酸の存在下でアルコキシシランを加水分解することにより、実施例１と同一条件で得たシリカゾルを、円筒形反応器（ロウソク鋳型を備え、特性距離６ｃｍの反応器）に配置した後、アンモニアでゲル化した。 エタノール還流下で４時間のエージング段階を経た後、シリカアルコゲルを完全に覆うように、塩酸とヘキサメチルジシロキサン（３：９７）（疎水化剤）を反応器に加えた。 この反応媒体を加熱し、４時間、還流下に維持した。 次に、疎水性シリカアルコゲルから、反応媒体をパーコレーションにより分離した。

本発明に従って乾燥させるため、上記のようにして得た疎水性シリカアルコゲル（２５０ｇ）を結晶皿に移した。

２）「凝縮した」シリカアルコゲルの調製 ２５０ｇの疎水性シリカアルコゲルの入った結晶皿を通風オーブンに設置して、サンプルの初期重量の約５０％を失うまで８０℃でサンプルを乾燥させた。

３）シリカキセロゲルの取得 前の手順で得た「凝縮した」疎水性シリカアルコゲルを、１６０℃の通風オーブンで６０分間乾燥させた。 得られた疎水性シリカキセロゲルベッドは、０．０６ｇ／ｃｍ ^３の容積密度を有し、得られたキセロゲル顆粒のサイズは約０．１〜１０ｍｍであった。 １ｍｍ〜１．２ｍｍサイズの粒子に対して測定した熱伝導率（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）は、１９．８ｍＷ／ｍＫであった。

実施例５：本発明による厚さ４０ｍｍ、自立型、断熱性、単層の複合パネルの調製１）複合疎水性シリカアルコゲルの調製 塩酸の存在下でアルコキシシランを加水分解し、次いでアンモニアを添加することにより、実施例１と同一条件で得たシリカゾルを、ゲル化の前に、サイズ１２０×１２０×７０ｍｍの閉鎖チャンバーに設置されたサイズ１１０×１００×４０ｍｍ ^３のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の不織繊維充填材に注いだ。 ゲル化の後、この強化アルコゲルをエタノール還流下で４時間エージングさせた。 次に、複合アルコゲルを完全に覆うように、塩酸とヘキサメチルジシロキサン（３：９７）（疎水化剤）をチャンバーに入れた。 この反応媒体を加熱し、４時間、還流下に維持した。 疎水性シリカアルコゲルから、反応媒体をパーコレーションにより分離した。

２）強化凝縮アルコゲルの調製 強化された疎水性シリカアルコゲルを通風オーブンに入れ、疎水性シリカアルコゲルの初期重量の約５０％を失うまで、８０℃で１時間２０分間、乾燥させた。

３）疎水性複合シリカキセロゲルパネルの取得 不織繊維充填材で強化された凝縮アルコゲルを、２時間１５分間、１６０℃の通風オーブン内で乾燥させた。 得られたキセロゲルパネルは、厚さ測定値が４０ｍｍであり、１５ｍＷ／ｍ． Ｋの熱伝導率を示した（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）。

乾燥中の複合体の厚さの傾向を図１に示す。 いわゆる「ばね効果」が観察される。

実施例６：本発明による厚さ２５ｍｍ、自立型、断熱性、単層の複合パネルの調製１）複合疎水性シリカアルコゲルの調製 実施例６に関しては、ポリエトキシジシロキサンのエタノール溶液とアンモニアの混合物で得たシリカゾルを、ゲル化の前に、閉鎖チャンバー内のサイズ３００×２６０×２５ｍｍ ^３のＰＥＴ製不織繊維充填材に注いだ。 ゲル化の後、この強化アルコゲルをエタノール還流下で４時間エージングさせた。 次に、複合アルコゲルを完全に覆うように、塩酸とヘキサメチルジシロキサン（３：９７）（疎水化剤）をチャンバーに入れた。 この反応媒体を加熱し、４時間、還流下に維持した。 疎水性シリカアルコゲルから、反応媒体をパーコレーションにより分離した。

２）強化凝縮アルコゲルの調製 強化された疎水性シリカアルコゲルを通風オーブンに入れ、疎水性シリカアルコゲルの初期重量の４８％を失うまで、８０℃で１時間２０分間、乾燥させた。

３）疎水性複合シリカキセロゲルパネルの取得 不織繊維充填材で強化された凝縮アルコゲルを、２時間かけて、１６０℃の通風オーブン内で乾燥させた。 得られたキセロゲルパネルは、厚さ測定値が２５ｍｍであり、１４ｍＷ／ｍ． Ｋの熱伝導率を示した（ＮＦ規格ＥＮ１２６６７の保護熱板法を用いて２０℃および大気圧で測定）。