JP7105367B2 - エアロゲルブランケットの製造装置及び方法 - Google Patents

エアロゲルブランケットの製造装置及び方法 Download PDF

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Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１９年９月３日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１０９１５８号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、エアロゲルブランケットの製造装置及び方法に関し、特にエアロゲルブランケットの生産性を高めることができるエアロゲルブランケットの製造装置及び方法に関する。
一般的にエアロゲル（ａｅｒｏｇｅｌ）は、９０～９９．９％程度の気孔率と１～１００ｎｍ範囲の気孔サイズを有する超多孔性の高比表面積（≧５００ｍ２／ｇ）物質であって、優れた超軽量／超断熱／超低誘電等の特性を有する材料であるため、エアロゲル素材の開発と研究はもちろん、透明断熱材及び環境に優しい高温型断熱材、高集積素子用超低誘電薄膜、触媒及び触媒担体、スーパーキャパシタ用電極、海水淡水化用電極材料としての応用の研究も活発に行われている。
前記エアロゲルは、繊維と複合化してエアロゲルブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）又はエアロゲルシート（ｓｈｅｅｔ）等のような形態への製品化が可能であり、ブランケット又はシートの場合、柔軟性を有しているため、任意のサイズや形状に曲げるか、折るか切ることができる。このため、ＬＮＧ船の断熱パネル、工業用断熱材と宇宙服、交通及び車両、電力生産用断熱材等のような工業用への応用だけでなく、ジャケットや運動靴類等のような生活用品にも適用が可能である。また、アパートのような住宅で、屋根や床だけでなく、防火戸でエアロゲルを用いる場合、火事の予防に大きい効果がある。
一方、前記エアロゲルブランケットはエアロゲルが含浸された物質であって、ブランケットにシリカゾルを混合及びゲル化して製造する。
しかし、前記エアロゲルブランケットは製造に多くの時間が費やされるため、エアロゲルブランケットの大量生産は困難であるという問題点があった。
本発明は、前記のような問題点を解決するために発明されたものであって、本発明は、エアロゲルブランケットの生産性を大きく高めることができ、これによりエアロゲルブランケットを大量生産できるエアロゲルブランケットの製造装置及び方法を提供することに目的がある。
前記のような目的を達成するための本発明のエアロゲルブランケットの製造装置は、ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）が巻き取られるボビンと、前記ボビンを収容するゲル化タンクが備えられた本体と、前記ゲル化タンクに収容されたボビンを回転させる駆動部材と、前記ゲル化タンクにシリカゾルを注入して前記ボビンにより回転するブランケットに含浸させることで前記ブランケットのシリカゾルをゲル化するシリカゾル供給部材と、を含んでよい。
前記ボビンは、前記ブランケットが巻き取られる巻取棒と、前記巻取棒の両端部にそれぞれ結合され前記巻取棒に巻き取られたブランケットの側部を支持する支持板と、を含んでよい。
前記巻取棒は、内部に前記ゲル化タンクに注入されたシリカゾルを流入する中空が形成され、外部に前記中空に流入されたシリカゾルが巻取棒の外に流出されて巻取棒に巻き取られたブランケットに含浸させる複数の連結孔が形成されてよい。
前記支持板には複数の開放孔が形成されてよい。
前記ゲル化タンクは、内部に備えられて前記ボビンを収容するゲル化室、外部下端に備えられてゲル化室と連結される排出部、外部上端に備えられてゲル化室と連結される流入部を含み、前記ゲル化室は、上部が蓋によって開放されるＵ字状の断面形状を有してよい。
前記ゲル化タンクは、前記ゲル化室の両壁面に備えられ、前記ボビンの両端に結合されながら前記ボビンを前記ゲル化室に回転可能に設置する回転部材を含んでよい。
前記ボビンの両端には結合溝が形成され、前記回転部材には前記結合溝に結合される結合突起が形成され、前記結合溝と前記結合突起の結合により前記ボビンと回転部材は連動して回転できる。
前記駆動部材は、前記ゲル化タンクに備えられた何れか一つの回転部材を介して前記ボビンを回転させることができる。
前記ゲル化タンクは、前記ゲル化タンクに備えられた他の一つの回転部材と結合されながら前記ボビンを回転させる回転ハンドルを含んでよい。
一方、本発明のエアロゲルブランケットの製造方法は、ボビンにブランケットを巻き取る巻取り段階（Ｓ１０）と、ブランケットが巻き取られたボビンをゲル化タンクの内部に回転可能に設置する収容段階（Ｓ２０）と、シリカゾル供給部材に前駆体溶液と触媒溶液を入れて混合しシリカゾルを製造するシリカゾル製造段階（Ｓ３０）と、駆動部材を介してブランケットが巻き取られたボビンを回転させる回転段階（Ｓ４０）と、前記シリカゾル供給部材に混合されたシリカゾルを前記ゲル化タンクに注入して前記ボビンにより回転する前記ブランケットに含浸させることで前記ブランケットのシリカゾルをゲル化するゲル化段階（Ｓ５０）と、を含んでよい。
一方、回転段階（Ｓ４０）は、ボビンを１５ｒｐｍから３２５ｒｐｍの速度、好ましくは３０ｒｐｍから２００ｒｐｍの速度で回転させながらブランケットのシリカゾルをゲル化させることができる。
一方、ゲル化段階（Ｓ５０）で前記シリカゾルは、ブランケットの体積を基
準に８０から１２０％となる量を投入することができる。
前記ゲル化段階（Ｓ５０）後、ゲル化タンクに残っているシリカゾルを回収
する回収段階（Ｓ６０）をさらに含んでよい。
前記回収段階（Ｓ６０）後、ゲル化タンクにエージング溶液を投入してボビ
ンにより回転するブランケットをエージングし、前記ブランケットのエージン
グが完了するとゲル化タンクに残っているエージング溶液を回収するエージン
グ段階（Ｓ７０）をさらに含んでよい。
前記エージング段階（Ｓ７０）後、表面改質溶液をゲル化タンクに投入して
ボビンにより回転するブランケットの表面を改質し、前記ブランケットの表面
改質が完了するとゲル化タンクに残っている表面改質溶液を回収する表面改質
段階（Ｓ８０）をさらに含んでよい。
前記表面改質段階（Ｓ８０）後、ブランケットを乾燥してエアロゲルブラン
ケットを完成する乾燥段階（Ｓ９０）を含んでよい。
前記収容段階（Ｓ２０）は、ブランケットが巻き取られたボビンをゲル化タ
ンクのゲル化室に収容した後、ボビンの両端をゲル化室の両壁面に回転可能に
備えられた回転部材に結合すれば、ブランケットが巻き取られたボビンがゲル
化タンクの内部に回転可能に設置され得る。
本発明のエアロゲルブランケットの製造装置は、ボビン、ゲル化タンクを備
えた本体、駆動部材及びシリカゾル供給部材を含むことに特徴を有する。すな
わち、ゲル化タンク内でブランケットを回転させた状態でシリカゾルを含浸さ
せてゲル化し、エージングし、表面改質し、乾燥することに特徴を有し、この
ような特徴によりエアロゲルブランケットの製造時間が大きく短縮され、これ
によりエアロゲルブランケットの生産性を大きく高めることができ、その結果
、エアロゲルブランケットを大量生産することができる。特に、ブランケット
を回転させることでブランケット全体を均一にゲル化させることができる。
また、本発明のエアロゲルブランケットの製造装置におけるボビンは、巻取
棒と支持板を含むことに特徴を有する。このような特徴によりボビンにブラン
ケットを安定的に巻き取ることができ、特に、支持板を介してブランケットを
同一の位置に巻き取ることができ、その結果、作業の効率性を高めることがで
きる。
また、本発明のエアロゲルブランケットの製造装置における巻取棒は、中空と複数の連結孔を含むことに特徴を有する。このような特徴により巻取棒に巻き取られたブランケットの内側に効果的にシリカゾルを流入させることができ、これによってブランケットの内側のシリカゾルを安定的にゲル化でき、その結果、ブランケット全体が均一にゲル化され、ブランケットのシリカゾルのゲル化にかかる時間を大きく短縮できる。
また、本発明のエアロゲルブランケットの製造装置における支持板は、複数の開放孔を含むことに特徴を有する。このような特徴により巻取棒に巻き取られたブランケットの側部にシリカゾルを流入することができ、これによってブランケット側部のシリカゾルを安定的にゲル化でき、その結果、ブランケット全体のシリカゾルが均一にゲル化され、ブランケットのシリカゾルゲル化時間を大きく短縮することができる。
また、本発明のエアロゲルブランケットの製造装置におけるゲル化タンクは、Ｕ字状の断面形状を有することに特徴を有する。このような特徴によりゲル化タンクの底に貯蔵されるシリカゾルとブランケットの接触力を高めることができ、その結果、投入されたゾル全部がブランケットに含浸されてゾルの消耗を最小化でき、ブランケットのシリカゾルのゲル化を大きく高めることができる。すなわち、ゲル化タンクの底とブランケットとの間の空間を最小化してゾル全部がブランケットに含浸されるように誘導することができる。
また、本発明のエアロゲルブランケットの製造装置におけるゲル化タンクは
、ボビンを回転可能に設置する回転部材を含むことに特徴を有する。このよう
な特徴によりゲル化タンク内でボビンを安定的に回転させることができる。
また、本発明のエアロゲルブランケットの製造装置におけるボビンと回転部
材は、結合溝と結合突起を介して結合されることに特徴を有する。このような
特徴により回転部材とボビンを簡単に連結又は分離することができ、その結果
、作業の効率性を高めることができる。
本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置を示 した斜視図である。 図１の正面図である。 図１の平面図である。 図１の側面図である。 本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置にお いてボビンを示した正面図である。 図５の側断面図である。 本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置にお いてゲル化タンクを示した断面図である。 図１においてボビンと回転部材の結合状態を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置にお いてエージング部材、表面改質部材及び乾燥部材を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造方法を 示した流れ図である。 本発明の第２実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置を 示した断面図である。
以下、図を参照しつつ、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるよう、本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明は色々と異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図において本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は省略し、明細書の全体にかけて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けてある。
［本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置］
本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置は、図１から図９に示されている通り、ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）１０が巻き取られるボビン１００、前記ボビン１００を収容するゲル化タンク２１０が備えられた本体２００、前記ゲル化タンク２１０に収容されたボビン１００を回転させる駆動部材３００、及び前記ゲル化タンク２１０にシリカゾル２０を注入して前記ボビン１００により回転するブランケット１０に混合させることで前記ブランケット１０をゲル化するシリカゾル供給部材４００、前記ゲル化タンク２１０にエージング溶液を注入して前記ボビン１００により回転するブランケット１０をエージングするエージング部材５００、前記ゲル化タンク２１０に表面改質溶液を注入して前記ボビン１００により回転するブランケット１０が表面を改質する表面改質部材６００、及び前記ゲル化タンク２１０の温度を上昇させて前記ボビン１００により回転するブランケット１０を乾燥する乾燥部材７００を含む。
＜ボビン＞
ボビン１００は、図５及び図６に示されている通り、ブランケットをロール状に巻き取るためのものであって、ブランケット１０がロール状に巻き取られる巻取棒１１０と、前記巻取棒１１０の両端部にそれぞれ結合され、前記巻取棒１１０に巻き取られたブランケット１０の側部を支持する支持板１２０と、を含む。
前記巻取棒１１０は、長手方向に貫通する中空１１１が形成された円筒状を有し、外周面に長いシート状のブランケット１０がロール状に巻き取られる。
一方、巻取棒１１０に巻き取られたブランケット１０の外側は、シリカゾルを速く含浸させることができるため安定的にゲル化できるが、ブランケット１０の内側は、シリカゾルが含浸されるまで時間が多く所要されるという問題点がある。これを防止するため、巻取棒１１０の外周面には中空１１１と連結される複数の連結孔１１２を含む。
すなわち、前記巻取棒１１０は、前記ゲル化タンク２１０に注入されたシリカゾルを流入するよう内部に中空１１１が形成され、前記中空１１１に流入されたシリカゾルが巻取棒１１０の外に流出され、巻取棒１１０に巻き取られたブランケット１０の内側に含浸されるようにする複数の連結孔１１２が形成される。これにより、シリカゾルを含浸させることでブランケット１０の外側と内側を同時にゲル化でき、その結果、ブランケット１０のゲル化に所要される時間を大きく短縮でき、その結果、ブランケット１０全体を均一にゲル化させることができる。
一方、前記複数の連結孔１１２の直径は３～５ｍｍを有し、巻取棒１１０の外周面に規則的な間隔で形成される。これにより、巻取棒１１０の外周面に巻き取られたブランケット１０全体に均一にシリカゾルを供給でき、それによってブランケット１０の内側全体のシリカゾルを均一にゲル化させることができる。
前記支持板１２０は、巻取棒１１０に巻き取られたブランケット１０が不規則に巻き取られないよう支持するものであって、円板状を有し、前記巻取棒１１０の両端部にそれぞれ結合され前記巻取棒１１０に巻き取られたブランケット１０の側部を支持する。
一方、支持板１２０は、前記巻取棒１１０の端部が結合される締結溝１２１と、前記締結溝１２１の底面に形成される締結孔１２２と、を含む。すなわち、支持板１２０は、締結溝１２１を介して巻取棒１１０の端部に結合できる。
一方、支持板１２０は、複数の開放孔１２３が形成され、複数の開放孔１２３は、巻取棒１１０に巻き取られたブランケット１０の側部にシリカゾルを流入でき、これによってブランケット１０の側部のシリカゾルを安定的にゲル化させることができる。
したがって、前記ボビン１００は、巻取棒１１０と支持板１２０を含み、これによってブランケット１０をロール状に巻き取ることができる。
＜本体＞
本体２００は、ボビンを収容するゲル化タンクが設置されるものであって、ゲル化タンク２１０、及び前記ゲル化タンク２１０が設置される第１設置部材２２０を含む。
前記ゲル化タンク２１０は、ボビンに収容されたブランケットのシリカゾルをゲル化するためのものであって、内部に備えられて前記ボビン１００を収容するゲル化室２１１、外部下端に備えられてゲル化室２１１と連結される排出部２１２、外部上端に備えられてゲル化室２１１と連結される流入部２１３を含む。
特に、ゲル化タンク２１０のゲル化室２１１は、上部が蓋２１４によって開放され、下部が巻取棒１１０に巻き取られたブランケット１０と対応する曲率を有したＵ字状の断面形状を有し、これによってゲル化室２１１にシリカゾルが流入される場合、シリカゾルとブランケット１０の接触力を高めることができ、その結果、ブランケット１０のシリカゾルのゲル化を高めることができる。
一方、前記ゲル化タンク２１０は、前記ゲル化室２１１の両壁面に備えられ、前記ボビン１００の両端に結合されながら前記ボビン１００を前記ゲル化室２１１に回転可能に設置する回転部材２１５を含む。
前記回転部材２１５は、前記ゲル化室の両壁面に形成された貫通ホールに回転可能に設置され、ゲル化室２１１に収容されたボビン１００の端部が動力伝達可能に設置される。
例えば、図８に示されている通り、回転部材２１５の一面に直線状の結合突起２１５ａが形成され、ボビン１００の端部に前記結合突起２１５ａが結合される直線状の結合溝１２４が形成される。すなわち、結合突起２１５ａと結合溝１２４の結合を介して回転部材２１５の回転時にボビン１００を同方向に回転させることができる。その結果、ゲル化タンク２１０の内部にボビン１００を回転可能に設置できる。
一方、本体２００は、シリカゾル供給部材４００が設置される第２設置部材２３０がさらに含まれ、前記第２設置部材２３０は、底片２３１と、前記底片２３１の上部に設置され、シリカゾル供給部材４００がゲル化タンク２１０より高く位置するように設置される設置台２３２と、前記底片２３１の一側端部に設置される階段２３３と、を含む。
一方、前記ゲル化タンクは、前記ゲル化タンクに備えられた他の一つの回転部材（図１で見た時に左側の回転部材）２１５と結合されながら前記ボビンを回転させる回転ハンドル２１６を含み、回転ハンドル２１６は、外部でボビン１００を手動で回転させることができる。
一方、前記第２設置部材２３０の設置台２３２には、図９を参照すれば、エージング部材５００、表面改質部材６００及び乾燥部材７００がさらに設置される。
＜駆動部材＞
駆動部材３００は、前記ゲル化タンクに収容されたボビンを回転させるためのものであって、前記ゲル化タンク２１０に備えられた他の一つの回転部材（図１で見た時に右側の回転部材）２１５と動力伝達可能に連結される。すなわち、駆動部材３００は、回転部材２１５を回転させると、回転部材２１５と連動してゲル化タンク２１０に収容されたボビン１００を回転させることができる。
＜シリカゾル供給部材＞
シリカゾル供給部材４００は、ゲル化タンクにシリカゾルを注入してボビンに巻き取られたブランケットを含浸させることでブランケットのシリカゾルをゲル化するためのものであって、前記設置台２３２に設置され、シリカゾルをゲル化タンク２１０の流入部２１３を介してゲル化室２１１に供給する。
＜エージング部材＞
エージング部材５００は、ゲル化タンクにエージング溶液を注入してボビンに巻き取られたブランケットをエージングするためのものであって、前記設置台２３２に設置され、エージング溶液をゲル化タンク２１０の流入部２１３を介してゲル化室２１１に供給する。
＜表面改質部材＞
表面改質部材６００は、ゲル化タンクに表面改質溶液を注入してボビンに巻き取られたブランケットの表面を改質するためのものであって、前記設置台２３２に設置され、表面改質溶液をゲル化タンク２１０の流入部２１３を介してゲル化室２１１に供給する。
＜乾燥部材＞
乾燥部材７００は、ゲル化タンクに高温の熱風を供給してボビンに巻き取られたブランケットを乾燥するためのものであって、前記設置台２３２に設置され、ゲル化タンク２１０の温度を上昇させてゲル化タンク２１０に収容されたブランケット１０を乾燥する。
したがって、本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置は、エアロゲルブランケットの製造時間を大きく短縮でき、エアロゲルブランケットの生産性を大きく高めることができ、その結果、エアロゲルブランケットを大量生産することができる。
特に、本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置は、ブランケットを回転させることでブランケットの厚さ及び長さに係わりなく安定的なゲル化を誘導でき、ボビンが回転するため、ボビンに巻き取られたブランケット全体を均一にゲル化させることができ、ゲル化タンクを回転せずにボビンだけ回転するため、ゲル化タンクの形態が制限されない。また、ゲル化タンクのゲル化室を「Ｕ」字状の断面形状に形成することにより、ボビンに巻き取られたブランケットをより効果的にゲル化できる。
以下、本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造方法を説明する。
［本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造方法］
本発明の第１実施形態によるエアロゲルブランケットの製造方法は、図１、図９及び図１０に示されている通り、ボビン１００にブランケット１０を巻き取る巻取り段階（Ｓ１０）、ブランケット１０が巻き取られたボビン１００を本体２００のゲル化タンク２１０の内部に回転可能に設置する収容段階（Ｓ２０）、シリカゾル供給部材３００に前駆体溶液と触媒溶液を入れて混合しシリカゾルを製造するシリカゾル製造段階（Ｓ３０）、駆動部材４００を介してブランケット１０が巻き取られたボビン１００を回転させる回転段階（Ｓ４０）、前記シリカゾル供給部材４００に混合されたシリカゾルを前記ゲル化タンク２１０に注入してボビン１００により回転する前記ブランケット１０に含浸及びゲル化するゲル化段階（Ｓ５０）、ゲル化タンク２１０に残っているシリカゾルを回収する回収段階（Ｓ６０）、エージング部材５００を介してゲル化タンク２１０にエージング溶液を投入し、ボビン１００により回転するブランケット１０をエージングするエージング段階（Ｓ７０）、表面改質部材６００を介して表面改質溶液をゲル化タンク２１０に投入し、ボビン１００により回転するブランケット１０の表面を改質する表面改質段階（Ｓ８０）、及び乾燥部材７００を介してゲル化タンク２１０の温度を上昇させ、ゲル化タンク２１０に収容されたブランケット１０を乾燥することでエアロゲルブランケットを完成する乾燥段階（Ｓ９０）を含む。
＜巻取り段階＞
巻取り段階（Ｓ１０）は、ボビン１００を用いてブランケット１０をロール状に巻き取る。すなわち、ボビン１００の巻取棒１１０にブランケット１０の開始点を位置させた状態でロール状に巻き取る。このとき、巻取棒１１０に巻き取られるブランケット１０の側部は、支持板１２０に支持されることで均一に巻き取ることができる。
一方、ブランケットは、エアロゲルブランケットの断熱性を改善するという側面で、具体的には多孔質（ｐｏｒｏｕｓ）基材のものであってよい。多孔質のブランケットを用いると触媒化されたゾルが基材の内部に容易に浸透するため、ブランケットの内部で均一にエアロゲルを形成することにより、製造されたエアロゲルブランケットが優れた断熱性を有し得る。
すなわち、ブランケットは、フィルム、シート、ネット、繊維、発泡体、不織布体又はこれらの２層以上の積層体であってよい。また、用途によってその表面に表面粗度が形成されるかパターン化されたものであってもよい。より具体的には、前記ブランケットは、エアロゲルの挿入が容易な空間又は空隙を含むことにより、断熱性能をより向上させることができる繊維であってよい。前記ブランケットは、低い熱伝導度を有するものが好ましい。
具体的に前記ブランケットは、ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリアラミド、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの共重合体等）、セルロース、カーボン、綿、ウール、麻、不織布、ガラス繊維及びセラミックウール等であってよく、より具体的に前記ブランケットはガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｅｌｔ）であってよい。
＜収容段階＞
収容段階（Ｓ２０）は、ブランケット１０が巻き取られたボビン１００を本体２００に備えられたゲル化タンク２１０の内部に回転可能に設置する。すなわち、ボビン１００をゲル化タンク２１０に収容した後、ボビン１００の両端部をゲル化タンク２１０の両壁面に備えられた回転部材２１５に設置する。そうすれば、ボビン１００は、回転部材２１５と連動して回転させることができる。すなわち、回転部材２１５が回転すれば、回転部材２１５と連動してボビン１００が回転し、ボビン１００が回転することでブランケット１０を回転させることができる。
＜シリカゾル製造段階＞
シリカゾル製造段階（Ｓ３０）は、シリカゾル供給部材３００に前駆体溶液と触媒溶液を入れて混合し触媒化されたシリカゾルを製造する。
一方、前記触媒化されたシリカゾルは、ゾルと塩基触媒を混合して製造するものであってよく、塩基触媒は、ゾルのｐＨを増加させてゲル化を促進する役割を担う。
このとき、シリカゾルは、ゾル－ゲル反応により多孔性のゲルを形成できる物質であれば制限せず、具体的に無機ゾル、有機ゾル又はこれらの組み合わせを含んでよい。無機ゾルは、ジルコニア、酸化イットリウム、ハフニア、アルミナ、チタニア、セリア、シリカ、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム及びこれらを組み合わせたものを含んでよく、有機ゾルは、ポリアクリレート、ポリオレフィン、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、レゾルシノールホルムアルデヒド、クレゾールホルムアルデヒド、フェノールホルムアルデヒド、ポリビニルアルコールジアルデヒド、ポリシアヌレート、ポリアクリルアミド、多様なエポキシ、寒天、アガロース及びこれらを組み合わせたものを含んでよい。
一方、シリカゾルは、シリカ前駆体物質とアルコールを混合して製造するものであってよい。また、シリカゾルは、ゲル化を容易にするために低いｐＨで加水分解を進行してよい。
ここで、シリカゾルの製造に使用可能なシリカ前駆体である前駆体溶液は、シリコン含有アルコキシド系化合物であってよく、具体的には、テトラメチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ；ＴＭＯＳ）、テトラエチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ；ＴＥＯＳ）、メチルトリエチルオルトシリケート（ｍｅｔｈｙｌ ｔｒｉｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、ジメチルジエチルオルトシリケート（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｄｉｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラプロピルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｐｒｏｐｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトライソプロピルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラブチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｂｕｔｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラセカンダリーブチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂｕｔｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラターシャリブチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａ ｔｅｒｔｉａｒｙ ｂｕｔｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラヘキシルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｈｅｘｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラシクロヘキシルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、テトラドデシルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｄｏｄｅｃｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）等のようなテトラアルキルシリケートであってよい。この中でも、より具体的に、本発明の一実施形態による前記シリカ前駆体は、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）であってよい。
前記シリカ前駆体である前駆体溶液は、シリカゾル内に含まれるシリカ（ＳｉＯ2）の含量が３重量％から３０重量％となる量で用いられてよい。前記シリカの含量が３重量％未満であれば、最終的に製造されるブランケットでのシリカエアロゲルの含量が過度に低いため、目的とする水準の断熱効果を期待できないという問題が発生することがあり、３０重量％を超過する場合、過度なシリカエアロゲルの形成によりブランケットの機械的物性、特に柔軟性が低下する虞がある。
一方、シリカゾルの製造に使用可能なアルコールは、具体的にメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のような一価アルコール；又はグリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、及びソルビトール等のような多価アルコールであってよく、これらのうち何れか一つ又は二つ以上の混合物が用いられてよい。この中でも水及びエアロゲルとの混和性を考慮する時、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のような炭素数１から６の一価アルコールであってよい。
一方、シリカゾルは、シリカ前駆体である前駆体溶液と水が１：４から１：１のモル比で含まれてよい。また、シリカ前駆体とアルコールは１：２から１：９の重量比で含まれるものであってよく、好ましくは１：４から１：６の重量比で含まれるものであってよい。シリカ前駆体溶液が前記重量比を満たす場合、断熱性能の側面で改善効果がある。
一方、触媒化されたシリカゾルで使用可能な塩基触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機塩基；又は水酸化アンモニウムのような有機塩基であってよい。具体的に、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、アンモニア（ＮＨ3）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＥＡＨ）、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド（ＴＰＡＨ）、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＢＡＨ）、メチルアミン、エチルアミン、イソプロピルアミン、モノイソプロピルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、コリン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、２－アミノエタノール、２－（エチルアミノ）エタノール、２－（メチルアミノ）エタノール、Ｎ－メチルジエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、ニトリロトリエタノール、２－（２－アミノエトキシ）エタノール、１－アミノ－２－プロパノール、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジブタノールアミン及びピリジンからなる群より選択される１種以上であってよく、好ましくは、水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化アンモニウム又はこれらの混合物であってよい。
前記塩基触媒は、ゾルのｐＨが７から１１となる量で含まれてよい。前記シリカゾルのｐＨが前記範囲から外れる場合、ゲル化が容易でないか、ゲル化速度が過度に遅くなるため工程性が低下する虞がある。また、前記塩基は固体状で投入する時に析出される虞があるので、前記アルコール（極性有機溶媒）によって希釈された溶液状で添加されるのが好ましい。このとき、前記塩基触媒及びアルコールの希釈の比率は体積を基準に１：４から１：１００であってよい。
前記のような成分を参照しつつ、シリカゾルを製造する方法をより詳しく説明する。シリカゾル供給部材３００にアルコキシド（ａｌｋｏｘｉｄｅ）基盤のシリカ前駆体と水、エタノールを混合して前駆体溶液を準備する。ここで、シリカ前駆体がテトラエチルオルトシリケート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ；ＴＥＯＳ）の場合、ＴＥＯＳとエタノールを１：５の重量比を有するように希釈した後、ＴＥＯＳと水を１：４のモル比で混合する。次にＴＥＯＳを加水分解する。このとき、加水分解を促進するためにシリカ前駆体溶液のｐＨが３以下となるように塩酸を添加する。次に、前駆体溶液に前駆体溶液の０から１重量比に該当する不透明化剤及び難燃剤を投入し３０分間撹拌する。次に、０から１０ｖｏｌ％のアンモニアエタノール溶液（塩基触媒溶液）を前記前駆体溶液に混合しシリカゾルを製造する。
＜回転段階＞
回転段階（Ｓ４０）は、駆動部材３００を介してゲル化タンク２１０の回転部材２１５を回転させる。そうすれば、回転部材２１５を介してゲル化タンク２１０に収容されたボビン１００を回転させることができ、ボビン１００の回転によってボビン１００にロール状に巻き取られたブランケット１０をゲル化タンク２１０の内部で回転させることができる。このとき、ボビン１００は、ゲル化タンク２１０に備えられた２個の回転部材２１５によって安定的に回転させることができる。
＜ゲル化段階＞
ゲル化段階（Ｓ５０）は、前記シリカゾル供給部材３００に混合されたシリカゾルを前記ゲル化タンク２１０の流入口２１３を介して供給する。そうすれば、ゲル化タンク２１０に供給されたシリカゾルがボビン１００に巻き取られたブランケット１０に含浸されながらブランケット１０をゲル化できる。特に、ボビン１００に巻き取られたブランケット１０は回転するため、ブランケット１０全体を均一にゲル化させることができる。
＜回収段階＞
回収段階（Ｓ６０）は、ゲル化が完了すると、ゲル化タンク２１０の排出口２１２を介してゲル化室２１１に残っているシリカゾルを外部に排出させて回収する。
＜エージング段階＞
エージング段階（Ｓ７０）は、ゲル化タンク２１０の流入口２１３を介してエージング部材５００のエージング溶液を投入し、ボビン１００により回転するブランケット１０をエージングする。すなわち、１－１０ｖｏｌ％のアンモニアとエタノール溶液をゲル化タンク２１０に投入し、ゲル化タンク２１０を２５～８０゜に維持させた状態で２５～１００分間エージングする。ブランケットのエージングが完了すると、ゲル化タンク２１０の排出口２１２を介してゲル化室２１１に残っているエージング溶液を回収する。このとき、ブランケット１０は、ボビン１００により回転した状態を維持してブランケット１０の表面を効果的にエージングすることができる。
＜表面改質段階＞
表面改質段階（Ｓ８０）は、表面改質部材６００の表面改質溶液をゲル化タンク２１０に投入し、ボビン１００により回転するブランケット１０の表面を改質する。すなわち、ブランケット１０の表面改質のために、１－１０ｖｏｌ％のヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）エタノール希釈液で１～２４時間表面改質を進行した。ブランケットの表面改質が完了すると、ゲル化タンク２１０に残っている表面改質溶液を回収する。このとき、ブランケット１０は、ボビン１００により回転した状態を維持してブランケット１０の表面をより効果的に改質することができる。
＜乾燥段階＞
乾燥段階（Ｓ９０）は、乾燥部材７００を介してゲル化タンク２１０の内部温度を上昇させ、ゲル化タンク２１０に収容されたブランケット１０を乾燥してエアロゲルブランケットを完成する。すなわち、ゲル化タンク２１０の流入口２１３を介してＣＯ2を注入し、ゲル化タンク２１０の温度を１時間にかけて６０℃に昇温し、６０℃、１００ｂａｒで超臨界乾燥を実施する。超臨界乾燥が完了したゲル化タンク２１０を２００℃に上昇させた状態で、ブランケット１０を２時間常圧乾燥して残存する塩と水分を完全に除去する。そうすれば、疎水性シリカエアロゲルブランケットを製造することができる。
このとき、ブランケット１０は、ボビン１００により回転するため、ブランケット１０全体を均一に乾燥することができる。
したがって、本発明のエアロゲルブランケットの製造方法は、ゲル化タンク内でブランケットにシリカゾルをゲル化し、エージングし、表面改質し、乾燥して完成品のエアロゲルブランケットを製造することができる。
以下、本発明の他の実施形態を説明することにおいて、前述した実施形態に記載された構成と同一の機能を有した構成に対しては同一の構成符号を用い、重複の説明は省略する。
［本発明の第２実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置］
本発明の第２実施形態によるエアロゲルブランケットの製造装置は、図１１に示されている通り、ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）１０が巻き取られるボビン１００を含み、この際、前記ボビン１００は巻取棒１１０と支持板１２０を含む。
ここで、前記巻取棒１１０の外周面にはブランケット１０の巻取り開始点が嵌合され固定される固定クリップ１１３を含む。
すなわち、固定クリップ１１３は、図１１を参照すれば、弾性復元力を有したピンの形状を有し、一端が巻取棒１１０の外周面に固定され、他端が巻取棒１１０の外周面に弾力的に支持される。これにより、固定クリップ１１３の他端と巻取棒１１０との間にブランケット１０の開始点を挿入すると、固定クリップ１１３の弾性力によってブランケット１０に巻取棒１１０の開始点を固定でき、その結果、巻取棒１１０の外周面にブランケット１０を簡単に巻き取ることができる。
本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その均等の概念から導出される多様な実施形態が可能である。

Claims (15)

  1. ブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）が巻き取られるボビンと、
    前記ボビンを収容するゲル化タンクが備えられた本体と、
    前記ゲル化タンクに収容されたボビンを回転させる駆動部材と、
    前記ゲル化タンクにシリカゾルを注入して前記ボビンにより回転するブランケットに含浸させることで前記ブランケットのシリカゾルをゲル化するシリカゾル供給部材と、
    を含む、エアロゲルブランケットの製造装置。
  2. 前記ボビンは、
    前記ブランケットが巻き取られる巻取棒と、
    前記巻取棒の両端部にそれぞれ結合され前記巻取棒に巻き取られたブランケットの側部を支持する支持板と
    を含む、請求項１に記載のエアロゲルブランケットの製造装置。
  3. 前記巻取棒は、
    内部に、前記ゲル化タンクに注入されたシリカゾルを流入する中空が形成され、
    外部に、前記中空に流入されたシリカゾルが巻取棒の外に流出されて巻取棒に巻き取られたブランケットに含浸させる複数の連結孔が形成される、
    請求項２に記載のエアロゲルブランケットの製造装置。
  4. 前記支持板には複数の開放孔が形成される、請求項２または３に記載のエアロゲルブランケットの製造装置。
  5. 前記ゲル化タンクは、
    内部に備えられて前記ボビンを収容するゲル化室、
    外部下端に備えられてゲル化室と連結される排出部、
    外部上端に備えられてゲル化室と連結される流入部を含み、
    前記ゲル化室は、上部が蓋によって開放されるＵ字状の断面形状を有する、
    請求項１～４のいずれか一項に記載のエアロゲルブランケットの製造装置。
  6. 前記ゲル化タンクは、前記ゲル化室の両壁面に備えられ、前記ボビンの両端に結合されながら前記ボビンを前記ゲル化室に回転可能に設置する回転部材を含む、請求項５に記載のエアロゲルブランケットの製造装置。
  7. 前記ボビンの両端には結合溝が形成され、前記回転部材には前記結合溝に結合される結合突起が形成され、
    前記結合溝と前記結合突起の結合により前記ボビンと回転部材は連動して回転する、請求項６に記載のエアロゲルブランケットの製造装置。
  8. 前記駆動部材は、前記ゲル化タンクに備えられた何れか一つの回転部材を介して前記ボビンを回転させる、請求項６または７に記載のエアロゲルブランケットの製造装置。
  9. 前記ゲル化タンクは、前記ゲル化タンクに備えられた他の一つの回転部材と結合されながら前記ボビンを回転させる回転ハンドルを含む、請求項６～８のいずれか一項に記載のエアロゲルブランケットの製造装置。
  10. ボビンにブランケットを巻き取る巻取り段階（Ｓ１０）と、
    ブランケットが巻き取られたボビンをゲル化タンクの内部に回転可能に設置する収容段階（Ｓ２０）と、
    シリカゾル供給部材に前駆体溶液と触媒溶液を入れて混合しシリカゾルを製造するシリカゾル製造段階（Ｓ３０）と、
    駆動部材を介してブランケットが巻き取られたボビンを回転させる回転段階（Ｓ４０）と、
    前記シリカゾル供給部材に混合されたシリカゾルを前記ゲル化タンクに注入し、前記ボビンにより回転する前記ブランケットに含浸させることで前記ブランケットのシリカゾルをゲル化するゲル化段階（Ｓ５０）と、を含む、エアロゲルブランケットの製造方法。
  11. 前記ゲル化段階（Ｓ５０）後、前記ゲル化タンクに残っているシリカゾルを回収する回収段階（Ｓ６０）をさらに含む、請求項１０に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
  12. 前記回収段階（Ｓ６０）後、前記ゲル化タンクにエージング溶液を投入してボビンにより回転するブランケットをエージングし、前記ブランケットのエージングが完了するとゲル化タンクに残っているエージング溶液を回収するエージング段階（Ｓ７０）をさらに含む、請求項１１に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
  13. 前記エージング段階（Ｓ７０）後、表面改質溶液を前記ゲル化タンクに投入してボビンにより回転するブランケットの表面を改質し、前記ブランケットの表面改質が完了するとゲル化タンクに残っている表面改質溶液を回収する表面改質段階（Ｓ８０）をさらに含む、請求項１２に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
  14. 前記表面改質段階（Ｓ８０）後、ブランケットを乾燥してエアロゲルブランケットを完成する乾燥段階（Ｓ９０）を含む、請求項１３に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
  15. 前記収容段階（Ｓ２０）は、ブランケットが巻き取られたボビンを前記ゲル化タンクのゲル化室に収容した後、ボビンの両端を前記ゲル化室の両壁面に回転可能に備えられた回転部材に結合すれば、ブランケットが巻き取られたボビンがゲル化タンクの内部に回転可能に設置される、請求項１０～１４のいずれか一項に記載のエアロゲルブランケットの製造方法。
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