特許 6285038 断熱用ミクロドメインカーボン材料

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6285038

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】断熱用ミクロドメインカーボン材料

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/18 20170101AFI20180215BHJP

   C08K 3/04 20060101ALI20180215BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20180215BHJP

   F16L 59/065 20060101ALI20180215BHJP

【ＦＩ】

   C01B32/18

   C08K3/04

   C08L101/00

   F16L59/065

【請求項の数】18

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-546150(P2016-546150)

(86)(22)【出願日】2013年10月4日

(65)【公表番号】特表2016-538232(P2016-538232A)

(43)【公表日】2016年12月8日

(86)【国際出願番号】EP2013070659

(87)【国際公開番号】WO2015049008

(87)【国際公開日】20150409

【審査請求日】2016年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】516097882

【氏名又は名称】オリオン エンジニアード カーボンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】110000109

【氏名又は名称】特許業務法人特許事務所サイクス

(72)【発明者】

【氏名】カデック マルティン

【審査官】 磯部 香

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５０７４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５１９０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５０２７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５１８０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２５２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１８３９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０４３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１００６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６７７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２５５４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３２／１８

Ｃ０８Ｋ ３／０４

Ｃ０８Ｌ １０１／００

Ｆ１６Ｌ ５９／０６５

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディスクおよび中空開放型コーンの形状のカーボン粒子を含むカーボン粒子材料の断熱のための使用。

【請求項2】

前記中空開放型コーンが、以下の開放角度：１９．２°、３８．９°、６０°、８３．６°および１１２．９°の１つまたは幾つかを有する請求項１の使用。

【請求項3】

前記カーボンディスクの厚みおよび前記中空開放型カーボンコーンの壁厚が、１００ｎｍ未満である請求項１または２の使用。

【請求項4】

前記カーボンディスクおよび前記中空開放型カーボンコーンの最長寸法が５μｍ未満である請求項１〜３のいずれか一項の使用。

【請求項5】

前記カーボン粒子材料が、３００Ｋで、Λ=１．４μｍ〜３５μｍのＩＲ照射について１２００〜１７００ｍ²／ｋｇの範囲の全有効比消衰係数e*を有する請求項１〜４のいずれか一項の使用。

【請求項6】

前記カーボン粒子材料が、少なくとも１つのさらなる材料との組み合わせで用いられる請求項１〜５のいずれか一項の使用。

【請求項7】

前記の少なくとも１つのさらなる材料が断熱材料である請求項６の使用。

【請求項8】

前記カーボン粒子材料が不透熱性充填材として用いられる請求項６または７の使用。

【請求項9】

前記カーボン粒子材料が真空断熱パネル（ＶＩＰ）に組み込まれる請求項８の使用。

【請求項10】

前記カーボン粒子材料が、少なくとも１つのさらなる断熱材料を含むマトリックスに組み込まれる請求項８の使用。

【請求項11】

前記の少なくとも１つのさらなる断熱材料がポリマー材料である請求項１０の使用。

【請求項12】

前記断熱材料が、ビニルポリマーおよびポリウレタンから選択される少なくとも１つのポリマーを含む請求項１１の使用。

【請求項13】

前記断熱材料が、ビニル芳香族ポリマーから選択される少なくとも１つのポリマーを含む請求項１２の使用。

【請求項14】

前記断熱材料がポリマーフォームを含む請求項１０〜１３のいずれか一項の使用。

【請求項15】

前記ポリマーフォームが熱可塑性または熱硬化性のポリマーを含む請求項１４の使用。

【請求項16】

前記ポリマーフォームが、発泡性ポリスチレン、スチレンと少なくとも１つの共重合性モノマーとの発泡性共重合体、発泡性ポリプロピレン、押出ポリスチレン、およびポリウレタンフォームの少なくとも１つを含む請求項１５の使用。

【請求項17】

前記カーボン粒子材料がさらなる充填材料とともに用いられる請求項１０〜１６のいずれか一項の使用。

【請求項18】

前記さらなる充填材料がヒュームド・シリカである請求項１７の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ミクロ構造カーボン粒子材料の断熱用途における使用、特に不透熱性充填材としての使用に関する

【背景技術】

【0002】

エネルギー節約のための断熱は、持続可能な成長への要請と増加するエネルギーコストの観点から、注目を集めてきている。エネルギーの価格の上昇、減少する資源、ＣＯ₂放出削減への要請、エネルギー供給の持続的な削減への必要性、およびまた、熱と寒冷に対する保護が将来直面せざるを得ない増大する厳しい要求の観点から、断熱はかつて無い大きな重要性を帯びてきている。断熱の最適化に対するこの増大する厳しい要求は、同様に建造物、例えば、新規建物または既存の建物、および携帯電話、ビジネス用の諸設備、およびステーショナリーセクターにも当てはまる。

【0003】

鋼鉄、コンクリート、石工、およびガラス、ならびに天然石などの建設部材は比較的良い熱導体であり、これらから作られた建物の外壁は寒い天気の際に非常に速く熱を内側から外側に放出してしまう。そのため、例えば、コンクリートおよび石工の場合、開発としては、まず、これらの建設部材の多孔性を増加させることによって断熱特性を上げることが試みられ、次に外壁を断熱部材で被覆することが試みられる。現在、主に用いられる断熱部材は低い熱伝導性を有する材料である。使用される部材としては、有機断熱材および無機断熱材、例えば、ポリスチレンおよびポリウレタンなどの発泡プラスチック；木毛およびコルクなどの木質繊維材料；大麻、亜麻、羊毛などの植物または動物繊維；鉱物、グラスウール、板状の発泡ガラス、ケイ酸カルシウム板、石こうボードが挙げられる。これらの断熱部材は、主に、発泡または加圧ボードおよび成形品の形態で、単独または他のものとの組み合わせで用いられる。断熱を提供する他の有効な方法は、真空断熱の原理に基づく真空断熱パネル（ＶＩＰｓ）の使用である。これらのＶＩＰｓは真空を支えるために多孔性のコア材料を含み、高気密性材料で覆われている。上記コアとして使用できる材料としては、連続気泡ポリマーフォーム（ポリマー発泡体）、マイクロファイバー材料、ヒュームドシリカ、およびパーライトが挙げられる。

【0004】

上述した材料および真空／材料の組み合わせそれぞれの断熱容量は、それぞれ、赤外線照射と作用することのできる不透熱性材料を添加して、赤外線透過を減少させることによって、さらに向上させることができる。例えば、不透熱性材料は、断熱性ポリマーフォームの充填材として、および、真空断熱パネルにおいて、使用することができる。発泡性熱可塑性ポリマーおよびこれらの中で特に発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）は、従来からの断熱材料であって、様々な適用分野、そのうち最も重要なものの一つは断熱、に用いることができる発泡物品を調製するために長い間用いられ、知られている。発泡性ポリスチレンの平板は、このポリマーの熱伝導度が最低になるため、約３０ｇ／ｌの密度で通常用いられている。技術的に可能であったとしても、この下限値より下がることには有益性はないが、これは、下限値より下がることにより、平板の熱伝導度が劇的に上がり、平板の厚みを増加させることにより、これを補償しなければならなくなるからである。このような難点を避けるために、ポリマーはグラファイト（ＢＡＳＦのＮｅｏｐｏｒ（登録商標））、カーボンブラック、またはアルミニウムなどの不透熱性材料で充填することができる。上記不透熱性充填材の良好な性能およびそれ故の全体的な断熱性は、全体の耐熱性を減少させることなく、発泡物品の密度や厚みを顕著に減少させることができる。

【0005】

ＥＰ６２０，２４６Ａには、不透熱性材料を、例えばカーボンブラック、表面に分布させて、または代わりに、粒子自体の内部に取り込んで、含む発泡性ポリスチレンの粒子の製造方法が記載されている。

【0006】

カーボンブラックの使用は充填材もしくは顔料として、または他の人工降雨剤（例えば、Ｃｈｅｍ．Ａｂｓｔｒ．，１９８７，"Ｃａｒｂｏｎ Ｂｌａｃｋ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｅａｄｓ"を参照）として知られている。種々のカーボンブラックのうち、最も重要であるものは、石油燃焼からのカーボンブラック（「石油ブラック（ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｂｌａｃｋ）」）／ガス燃焼からのカーボンブラック、アセチレンからのカーボンブラック、ランプブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、および導電性カーボンブラックである。ＷＯ１９９７／４５４７７には、スチレンポリマーとランプブラック型のカーボンブラック０．０５〜２５％とを含む発泡性ポリスチレンに基づく組成物が記載されている。

【0007】

製造方法に応じて、これらのカーボンブラックは、約１０ｎｍ〜１，０００ｎｍの範囲の直径を有し、非常に異なる比表面積を有する（１０〜２，０００ｍ²／ｇ）。これらの差異により、赤外線の封鎖容量が異なってくる。ＷＯ２００６／６１５７１には、スチレンポリマーとランプブラック型のカーボンブラック０．０５％以上１％未満とを含む、比表面積が５５０〜１，６００ｍ²／ｇである発泡性ポリスチレンに基づく組成物が記載されている。

【0008】

グラファイトもまた、黒体として効果的に使用できることが知られている（例えば、特開昭６３−１８３９４１号公報、ＷＯ０４／０２２６３６、ＷＯ９６／３４０３９に記載されている）。しかし、ポリマーフォームでの赤外線の消衰剤としてのグラファイトの使用は、より最近のことである。
特開昭６３−１８３９４１号公報は、６〜１４μｍの範囲の波長の赤外線の封鎖において活性である何らかの添加剤を使用して、永久に持続する低い熱伝導度を可能とする断熱熱可塑性樹脂を得ることを提案した最初の文献である。これらすべての添加剤の中で、グラファイトが好ましい。

【0009】

ＤＥ９３０５４３１Ｕには２０ｋｇ／ｍ³未満の密度で低熱伝導度の発泡成形品の製造方法が記載されている。この結果は、グラファイト、またカーボンブラックなどの不透熱性材料を固いポリスチレンフォームに取り込むことで達成されている。国際出願ＷＯ９８／５１７３５には、ポリスチレンマトリックスに均一に分布された合成または天然グラファイト粒子を０．０５〜２５重量％含む発泡ポリスチレン粒子が記載されている。グラファイトは好ましくは、１〜５０μｍの平均粒径、１００〜５００ｇ／ｌの範囲の見掛け密度、および５〜２０ｍ²／ｇの範囲の表面積を有する。

【0010】

ＷＯ２０１１／０４２８００は、１５０ｎｍ以下の厚み、１０μｍ以下の平均次元（長さ、幅、または直径）、および＞５０ｍ²／ｇの表面積を有するナノスケールのグラフェンシートを含む不透熱性充填材を含む、発泡性熱可塑性ナノコンポジットポリマー組成物、好ましくはポリスチレン組成物に関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

スペースを多く必要とせず、それ故多様な使用分野が可能である、高度に効果的な断熱材についての必要性は留まらない。本発明の基となる課題は、断熱性を向上させるための従来の材料と組み合わせて用いることができる非常に低い熱放射伝導度を有する粒子状材料を見出すことである。より、詳細には、ポリマーフォームおよび真空断熱パネルで使用のための不透熱性充填材料が探求される。

【課題を解決するための手段】

【0012】

我々は今般、ディスク（「カーボンディスク」）および中空開放型コーン（「カーボンコーン」）の形状のカーボン粒子を含むカーボン粒子材料を断熱に用いることができることを見出した。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ＷＯ９８／４２６２１の図である。

【図2】真空粉末分散システムを示す図である。

【図3】方向性半球透過率Ｔ_dh（左側）、および方向性半球反射率Ｒ_dh（右側）の決定のための積分球の配置を示す図である。

【図4】カーボン粒子材料（ＩＥ１）のスペクトル比吸光係数a_Λを示す図である。

【図5】カーボン粒子材料（ＩＥ１）のスペクトル有効比散乱係数s^*_Λを示す図である。

【図6】カーボン粒子材料（ＩＥ１）のスペクトル有効比消衰係数e*_Λを示す図である。

【図7】ＩＥ２（３重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム）およびＩＥ３（５重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム）のスペクトル比吸光係数a_Λを示す図である。

【図8】ＩＥ２およびＩＥ３の、スペクトル有効比散乱係数s^*_Λを示す図である。

【図9】ＩＥ２およびＩＥ３の、スペクトル有効比消衰係数e*_Λを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

「カーボンコーン」および「カーボンディスク」は、ミクロドメインまたはそれより小さいドメイン（ナノードメイン）の特定のカーボン構造を指定するために用いられる。これらの構造は、肉眼でみて、平面または円錐状構造のグラファイトシートの積層体として特徴づけられる。中空開放型カーボンコーンは、一般的に、開放した端を除いて、１つ１つがグラファイトの連続したシートから作り上げられている中空コーンである。全てのコーンは先端で閉じており、５つの異なる開放角度でのみ存在する。六角形でのみ構成されるグラファイトシートは連続的なコーン頂点を形成することができず、平板またはディスクを形成する。曲線状の先端を形成するためには五角形を加えなければならない。開放型のカーボンコーンは、包まれたグラファイトシートとして形作ることができる。ひずみなく滑らかに包むために、上記シートから扇形を切り出さなければならず、その後、端は連結されなければならない。グラファイトシートの対称性を考慮して、上記扇形はＴＤ＝Ｎ×６０°であって、Ｎ＝０、１、２、３、４、または５の角度（合計回位ＴＤ）を持たなければならず、特定の合計回位（曲率）を生じさせるために必要な五角形の有効数に相当する。したがって、コーンの開放角度αは、α＝２ａｒｃｓｉｎ（１−Ｎ／６）の式にしたがって、特定個別の値のみを有する。０°（Ｎ＝０）の合計回位は平板に相当する、すなわち、カーボンディスクは純粋な六角形のグラファイト構造を有する平坦な円のグラファイトシートとして特徴づけられる。国際出願ＷＯ９８／４２６２１から取った図１は、可能なカーボンコーンの投影角度（開放または先端の角度）を種々図示している。

【0015】

カーボンコーンおよびディスクに適用される回位および投影角度の概念は、ネイチャー（１９９７）、７月３１日版の「Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃｏｎｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕｒｖｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」との記事を参照することにより良く理解される。図１に示すように、可能なコーンそれぞれに対する投影角度は、１９．２°、３８．９°、６０°、８３．６°および１１２．９°であり、それぞれ、合計回位３００°（Ｎ＝５）、２４０°（Ｎ＝４）、１８０°（Ｎ＝３）、１２０°（Ｎ＝２）、および６０°（Ｎ＝１）に相当する。さらに、平板のグラファイトシートは投影角度１８０°および合計回位０°である。カーボン粒子材料の電子顕微鏡写真によって、上述のように、少なくとも１つの可能な開放角度を有するディスクおよびコーンの存在が確認された。上述された角と異なる開放角度を有するカーボンコーンは観察されなかった。

【0016】

カーボンコーンおよびディスクの、特徴的なサイズまたは最長寸法は、典型的には、５μｍ未満、好ましくは４μｍ未満、より好ましくは２μｍ以下、例えば、１〜２μｍ、または１μｍ未満、または８００ｎｍ未満であり、中空開放型カーボンコーンの壁厚、またはディスクの厚みは、典型的には、１００ｎｍ未満であり、好ましくは８０ｎｍ未満であり、より好ましくは５０ｎｍ未満、例えば２０〜３０ｎｍである。典型的なアスペクト比は１〜５０の範囲であり、１００〜１０００の範囲のアスペクト比を有するカーボンナノチューブのミクロドメイン構造のものとは明確に区別される。

【0017】

カーボンディスクおよびコーンは、本発明のカーボン粒子材料の中で強く支配的なカーボンミクロドメイン構造である。典型的には、カーボン粒子材料は、９０重量％以上のカーボンミクロドメイン構造と、約１０重量％までの通常のカーボンブラックとを含む。上記粒子材料のミクロドメイン部位は、通常、少なくとも１０重量％のカーボンコーンを含み、好ましくは、８０重量％のカーボンディスクおよび２０重量％のカーボンコーンを含む。さらに、ナノチューブやフラーレンなどのミクロドメインまたはナノドメイン構造が存在していてもよいが、微量でのみである。

【0018】

本発明のカーボン粒子材料は、いわゆるクベルネルカーボンブラック＆水素プロセス（Ｋｖａｅｒｎｅｒ Ｃａｒｂｏｎ Ｂｌａｃｋ ＆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）、プラズマトーチプロセス、で製造され、これは、ＷＯ９８／４２６２１に十分記載されている。この製造方法は、２段階熱分解プロセスであって、炭化水素の原料が、まず、プラズマ領域に誘導され、そこで穏やかな熱分解段階に付されて炭化水素は一部のみ破壊または分解し、多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）を形成し、その後、このＰＡＨは２番目の十分に強いプラズマ領域に入り、上記炭化水素の元素の炭素および水素への分解を達成する。

【0019】

ＵＳ６，４７６，１５４は、ゴム組成物の機械的特性を向上させるために、本発明のミクロドメインカーボン粒子材料をジエン系エラストマーで使用することに関連する。ゴム組成物の用途としては、タイヤ、ベルト、およびホースが挙げられる。カーボン粒子材料の熱放射伝導度については、言及されておらず、ＵＳ６，４７６，１５４で参照されている出願にも何ら関係がない。

【0020】

ＷＯ２００６／０５２１４２は、元々非伝導性の材料であってクベルネルカーボンブラック＆水素プロセスで調製された本発明のカーボン粒子材料からなる電気伝導性充填材を負荷することにより伝導性にされた材料を含む、電気伝導型コンポジット材料に関する。ＷＯ２００６／０５２１４２は、また、上記充填材および、その結果の熱伝導性のコンポジット材料をうたっているが、証拠は示されていない。

【0021】

熱伝導性を増加させるために、非伝導性の材料にカーボン粒子材料を添加するというＷＯ２００６／０５２１４２の教示を考慮すると、カーボン粒子材料を断熱に用いることができるということは非常に驚くべきことである。ミクロ構造カーボン粒子材料が、赤外線照射に対し非常に高い消衰係数を有し、これがこの材料を断熱用途に理想的なものとしていることを見出したことは、本発明者らの功績である。

【0022】

Λ= １．４μｍ〜３５μｍの範囲の波長での有効比消衰係数e*_Λは、この材料を透過する熱照射の減衰の評価基準である。消衰は、材料内での吸収および散乱の両プロセスを含む。放射伝達での異方性の散乱の影響は、星でマークされた、いわゆる有効量（s^*_Λ、e^*_Λ、および ω^*_{0. Λ}）へのスケーリングにより包囲することができる。有効比消衰係数e*_Λは、スペクトル有効比散乱係数s^*_Λおよびスペクトル吸収係数a_Λの合計である。

【0023】

【数1】

【0024】

有効比消衰係数e*_Λと密度ρとの積の逆数は、媒体の熱放射の平均自由行程L_Λ、すなわち、散乱または吸収が起こる前の行程である：

【0025】

【数2】

【0026】

スペクトル有効アルベドω^*_{0. Λ}は、スペクトル有効比散乱係数s^*_Λおよびスペクトル有効比消衰係数e*_Λの商である。

【0027】

【数3】

【0028】

アルベドω^*_{0. Λ}の値は、０と１との間に見出される（吸収のみの場合は０であり、散乱のみの場合は１である。）

【0029】

赤外光学特性の完全な表現は、消衰係数およびアルベド、または散乱および吸収係数のいずれかにより与えられる。これらの４つの値は、式（１）および式（３）を介して連結される。

【0030】

散乱または吸収媒体を介した全熱放射輸送を表すために、温度e*(T)の関数としての全有効比消衰係数がΛ=１．４μｍ〜３５μｍの範囲の全波長Λにわたるスペクトル有効比消衰係数e*_Λを、ロスランド重量関数（Ｒｏｓｓｅｌａｎｄ ｗｅｉｇｈｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ） (f_R(Λ,T))を用いて積分することによって得る：

【0031】

【数4】

【0032】

式中、ロスランド関数は、所定の波長Λおよび温度Tで黒体から放出されたスペクトル強度i_B(Λ,T)の、同じ温度での全強度i_B(T)に関する偏導関数である：

【0033】

【数5】

【0034】

放射伝導度は、全有効比消衰係数が分っていれば、サンプル厚みにしたがって計算することができる：

【0035】

【数6】

【0036】

式中、Tは平均サンプル温度であり、σ= 5.67・10^-8 W m^-2K^-4 、ステファン−ボルツマン定数（ＳｔｅｆａｎＢｏｌｔｚｍａｎｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ）である。
光学的に厚いサンプル（すなわち、ｅ*・ρ・d >> 1)については、式（６）は以下のように要約される：

【0037】

【数7】

【0038】

λ_rad,∝はサンプル厚みに依存しない。
一般的に、Λ= １．４μｍ〜３５μｍの赤外線照射についての本発明のカーボン粒子材料の３００Ｋでの全有効比消衰係数e*は、１２００〜１７００ｍ²／ｋｇの範囲であり、典型的には、１２９０〜１６４０ｍ²／ｋｇの範囲である。カーボン粒子材料の全有効比消衰係数e*を計算するためのパラメータは実施例に記載したように得た。

【0039】

本発明のミクロ構造カーボン粒子材料の赤外線消衰は、実際、これまで不透熱性充填材として用いられている公知のカーボンブラックおよびグラファイトと比較してずっと高い。特定のカーボン粒子材料が工業スケールで通常のカーボンブラックとおおよそ同じ規模と生産コストで製造できることは、本発明のさらなる基本的な利点である。

【0040】

独特のＩＲ消衰特性により、本発明のカーボン粒子材料は、単独で、または好ましくは、他のいずれかの材料との組み合わせで、断熱のための如何なる用途でも有用である。上記の他の材料は、典型的には、断熱性であり、有機または無機の断熱材料の両方が挙げられる。断熱材料に本発明のカーボン粒子材料を加えることにより、このコンポシットを介して熱伝導度が顕著に減少し、それによって断熱効果が向上する。本発明のカーボン粒子材料と組み合わせて用いることのできる断熱材料の例としては、熱可塑性または熱硬化性のいずれかのポリマー材料；木毛およびコルクなどの木質繊維材料；大麻、亜麻、羊毛などの植物または動物繊維；鉱物、グラスウール、板状の発泡ガラス；ケイ酸カルシウム板、石こうボード；ヒュームド・シリカ、およびこれらの材料の少なくとも２つの混合物が挙げられる。ポリマー材料の例としては、ビニルポリマー、好ましくは、ビニル芳香族ポリマー、例えばポリスチレン、スチレンの少なくとも１つの共重合性モノマーとの共重合体、およびポリプロピレン；ならびにポリウレタンが挙げられる。様々なポリマーのブレンドもまた使用することができる。上記のものを含む断熱ポリマー材料は、典型的には、開放型または閉鎖型セルのフォームの形態で存在する。本発明のカーボン粒子材料とともに使用されるポリマーフォームとしては、例えば発泡性ポリスチレン（ＥＰＳ）、スチレンと少なくとも１つの共重合性モノマーとの発泡性共重合体、発泡性ポリプロピレン、押出ポリスチレン（ＸＰＳ）、およびポリウレタンフォームが挙げられる。幾つかの実施態様では、ポリマーフォームは、ポリマー材料の重量に基づいて、１〜１０重量％、好ましくは１．５〜８重量％、より好ましくは、２〜６重量％の本発明のカーボン粒子材料を含む。

【0041】

本発明のカーボン粒子材料は、不透熱性充填材として用いられ、好ましくは上述のポリマーフォームであるマトリックス材料に包含され／組み込まれる。幾つかの実施態様では、カーボン粒子材料は、断熱性であっても断熱性でなくてもよい他の充填材料の少なくとも１つと共に不透熱性充填材として用いられる（例えば、好ましくは上述のようなポリマーフォームであるマトリックス材料中で）。本発明のカーボン粒子材料とともに用いられる充填材の例としては、Ａｅｒｏｓｉｌ（登録商標）Ｒ８１２（ヘキサメチルジシラザンで後処理されたな疎水性ヒュームド・シリカであって、エボニックインダストリーズＡＧ（Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＡＧ）（ドイツ）から入手可能なもの）が挙げられる。当業者には、不透熱性充填材をポリマーフォームにどのように組み込むかについてはよく知られており、様々な方法が文献、例えば、ＷＯ２０１１／０４２８００に記載されており、ＷＯ２０１１／０４２８００は、不透熱性充填材を負荷された、熱可塑性ポリマー、好ましくは、ポリスチレン、の発泡シートまたは発泡押出シートの製造方法を幾つか開示している。

【0042】

さらに、本発明のカーボン粒子材料は、真空断熱パネル（ＶＩＰｓ）に使用して、さらに熱伝導性を下げることができる。これは、支持コアとして使用される材料に加えることができ、好ましくは、多孔性コア材料に組み込まれる。本発明のカーボン粒子材料とともに上記コアとして使用することのできる材料としては、ポリウレタンフォーム、ミクロファイバー材料、ヒュームド・シリカ、およびパーライトなどの開放型セルポリマーフォームが挙げられる。

【0043】

本発明のカーボン粒子材料が単独で、または他の断熱材料との組み合わせで用いることができる他の用途は、高温加熱炉の断熱のための充填材としての用途である。

【実施例】

【0044】

本発明の幾つかの実施態様が、以下の実施例で詳細に記載される。

【0045】

材料
全てのカーボンブラック粉末は、オリオンエンジニアードカーボンズゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング（Ｏｒｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｃａｒｂｏｎｓ ＧｍｂＨ）（ハーナウ、ドイツ）より、市販品として入手可能である。

実施例番号 説明
ＩＥ１ ディスクおよびコーンを含むカーボン粒子材料¹
ＩＥ２ ３重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム²
ＩＥ３ ５重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム²
ＣＥ４^* 天然グラファイト粉末<sup>3

*</sup>比較例
¹ＷＯ９８／４２６２１に記載のクベルネルカーボンブラック＆水素プロセスで製造
²重量％はポリスチレンの重量に基づく
³カナダのカナダカーボンより入手可能

【0046】

粉末試料（実施例）および２つのフォーム（実施例２および３）は、環境温度（３００Ｋ）において、全有効比消衰係数e*を得るために研究された。

【0047】

測定
サンプルは、ブルカー フーリエ変換赤外分光計Ｖｅｒｔｅｘ ７０ｖを用いて、環境温度での放射熱輸送に決定的な１．４μｍ〜３５μｍの波長範囲で測定された。スペクトル方向性半球透過率および反射率の測定のために、粉末試料の薄膜を、赤外線波長域において透明である支持ＰＥ層上に拡げた。粉末薄膜は上記ＰＥ層に真空ゲージを用いて噴霧される。均一薄膜の調製は、市販の粉末分散システムであるＧＡＬＡＩ ＰＤ １０を用いて行う。真空チャンバーへの強い空気流入により、上記粉末が塊のない状態、部分的に帯電した細粉となり、ゆっくりと支持体ホイル上に堆積して、適度に安定な試料を形成する。図２は、真空粉末分散システムＧＡＬＡＩ ＰＤ １０を示す：真空管の最上部のウェル内に配置される粉粒子が開放部に吸い込まれ、ＰＥホイル上に堆積する。３０μｍおよび５００μｍの間の厚みの粉末層を粉末の量を変化させることにより達成することができる。

【0048】

フォームのスペクトル方向性半球透過率および反射率の測定のために、各フォーム試料の幾つかの層がフォームボードから完全に無くされた。上記層の直径は１６ｍｍである。

【0049】

その後、サンプルは分光計に接続された積分球の開口部に配置される。図３は、環境温度で、表面の垂直方向での、方向性半球透過率Ｔ_dh（左側）、および方向性半球反射率Ｒ_dh（右側）の決定のための積分球の配置を示す。サンプルは表面の垂直方向で照射され、半球の正面側へ反射された放射または半球の後側へ透過した放射を、それぞれ透過スペクトルまたは反射スペクトルのために測定する。異なる厚みの幾つかのサンプルを最終的な不均等性を考慮し、十分良い平均測定値を保証するために測定した。スペクトル有効比消衰係数e*_Λを計算するために、各サンプルの面積当たり質量m"もまた決定された。

【0050】

スペクトル方向性半球透過率および反射率から、各試料のスペクトル有効比消衰係数e*_Λおよびスペクトル有効アルベドω^*_{0. Λ}が、放射伝達の式の特定のソリューション、いわゆる、３フラックスソリューション（three-flux solution）を用いて計算された。３フラックスソリューションにより、拡散または吸収する媒体を介して放射伝達を定量すること、および研究試料のスペクトル拡散および吸収係数を決定することが可能になる。

【0051】

図４は、ディスクおよびコーンを含むカーボン粒子材料（ＩＥ１）の、１．４〜３５μｍの波長Λに従ったスペクトル比吸光係数a_Λを示す。

【0052】

図５は、ディスクおよびコーンを含むカーボン粒子材料（ＩＥ１）の、１．４〜３５μｍの波長Λに従ったスペクトル有効比散乱係数s^*_Λを示す。

【0053】

図６は、ディスクおよびコーンを含むカーボン粒子材料（ＩＥ１）の、１．４〜３５μｍの波長Λに従ったスペクトル有効比消衰係数e*_Λを示す。

【0054】

図７は、ＩＥ２（３重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム）およびＩＥ３（５重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム）の、１．４〜３５μｍの波長Λに従ったスペクトル比吸光係数a_Λを示す。

【0055】

図８は、ＩＥ２（３重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム）およびＩＥ３（５重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム）の、１．４〜３５μｍの波長Λに従ったスペクトル有効比散乱係数s^*_Λを示す。

【0056】

図９は、ＩＥ２（３重量％のＩＥ１を含む発泡ポリスチレンフォーム）およびＩＥ３（５重量％のＩＥ１を含むポリ発泡スチレンフォーム）の、１．４〜３５μｍの波長Λに従ったスペクトル有効比消衰係数e*_Λを示す。

【0057】

１．４μｍと３５μｍとの間の波長範囲のスペクトル有効比消衰係数e*_Λより、環境温度での全有効比係数が本願の明細書中の式に従って計算される。

【0058】

結果
表１に研究された試料の３００Ｋにおける全有効比消衰係数e*が報告されている。式（４）から計算される全有効比消衰係数e*は、誤差約１０％〜１５％で決定することができる。

【0059】

【表1】

【0060】

表２においては、研究されたＩＥ２およびＩＥ３の、温度Ｔ＝３００Ｋにおける全有効比消衰係数e*、式（７）に従って計算される放射伝導度λ_rad,∝、およびフォーム密度ρが示される。

【0061】

【表2】

【0062】

表１に示される結果から、ディスクおよびコーンを含むミクロドメインカーボン粒子材料（ＩＥ１）が、これまで不透熱性充填材として用いられているグラファイトと比較して顕著に高い全有効比消衰係数e*を有していることが明らかである。さらに、表２から見て取れるように、本発明のカーボン粒子材料を負荷されたＥＰＳフォームが、通常真空断熱パネルで到達する範囲の非常に低い熱伝導度であることは、極めて興味深い。これは、約１６ｋｇ／ｍ³の比較的低い密度のＥＰＳフォームにおいて得られているため、特に注目に値する。低い密度は熱伝導度を極度に増加させるため、断熱目的で使用される負荷されていないＥＰＳフォームは少なくとも３０ｋｇ／ｍ³の密度でなければならないものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】