KR100864783B1

KR100864783B1 - 단열성 폼의 조성물

Info

Publication number: KR100864783B1
Application number: KR20070063426A
Authority: KR
Inventors: 이재환
Original assignee: 이재환
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2008-10-22

Abstract

본 발명은 우수한 단열성, 방음성, 충격 흡수성등의 기능을 갖는 실리카 에어로젤(Aerogel)과 수분산 폴리 우레탄을 주 단열성분으로 하고 여기에 수용성 접착제 및 혼화성과 강도 향상을 위한 마이크로 실리카, 수분을 순간적이고 선택적으로 흡수하여 타 재료와 실리카 에어로젤과의 혼화성을 높이는 폴리 아크릴산계 고 흡수성 폴리머, 단열성이 높은 팽창 질석과 초 미립 시멘트이고 접착력 증대와 강도 향상을 위한 무기질계 마이크로 시멘트, 부착성이 강하고 윤활작용을 하는 탈크, 수화반응에 의한 체적 팽창작용을 하고 각 재료간 혼화성을 높여 결합력을 증대시키는 생석회 및 소석회, 내열성과 흡착성 보강용으로 사용하는 활성탄소 섬유 분말, 미세한 다공질로 흡착성을 높이는 제올라이트로 구성되며 환경보전 및 에너지 절감에 기여하는 단열성 폼의 조성물이다.

단열성 실리카 에어로젤 수분산 폴리 우레탄 흡수성 폴리머

Description

단열성 폼의 조성물{THE COMPOSITION OF ADIABATIC FOAM}

본 발명은 단열성 폼의 조성물에 관한 것으로 구체적으로는 충격 흡수성과 방진성이 우수한 수분산 폴리 우레탄 성분과 초 단열성과 방음성 충격 완화성등의 우수한 기능을 갖고 있는 실리카 에어로젤을 합성시킨 것으로서 접착력 향상을 위한 수지, 분말 및 수분 흡수성을 가져 분자간을 연결하는 폴리 아크릴산계 고 흡수성 폴리머, 여기에 수화성을 갖는 마이크로 실리카, 마이크로 시멘트, 생석회 및 소석회, 단열성의 팽창 질석, 흡착성 윤활성의 탈크, 활성 탄소 섬유 분말, 제올라이트등으로 구성되는 단열성 폼의 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서 사용되는 수분산 폴리 우레탄 및 실리카 에어로젤은 그 자체가 탁월한 기능을 갖고 있으며 실리카 에어로젤은 강도 및 신축성이 약해서 그 자체적로는 사용을 하는데 어려움이 있어 유연성과 판상의 성형이 가능한 수분산 폴리 우레탄 및 기타 재료에 합성을 시켜 단열성 방음성 충격 완화성등의 기능을 제대로 형성시켜 일체화 시킨 것이 특징이라 하겠다.

근년에 이르러 에너지 절감을 위한 각종 단열재가 생산 판매되고 있으며 단열성이 뛰어난 새로운 개념의 단열재가 개발되고 있는 실정이다. 아직까지 실리카 에어로젤 그자체의 단열성보다 뛰어난 것은 없으며 실리카 에어로젤의 단열성을 실생활에 적용시키기 위해서 대기업 공공연구소 대학교 등에서 많은 연구를 하고 있으나 기초 소재의 생산 단계로 판상형의 단열재를 만드는데 많은 문제점을 가지고 있다. 실리카 에어로젤이 같은 부피의 공기보다 3배 정도 밖에 무겁지 않아서 초경량으로서의 장점도 많으나 친수성 표면이 소수성으로 개질된 에어로젤 분말로 물 및 유기 용제에 흡수가 되면서 단열성을 가지는 것이 아니기 때문에 물 및 유기 용제에 합성하여 단열재로 사용하는데 한계가 있다 하겠다. 현재 실리카 에어로젤을 사용한 단열재는 판상내에 분말 자체를 충진하는 등 실리카 에어로젤을 함유한 합성단열재는 국내에서 생산되지 않고 있으며 판상형의 단열재를 개발하는데 많은 어려움을 겪고 있다.

실리카 에어로젤을 합성하여 일반 단열재보다 단열성이 우수하고 강도 및 지지력을 가지며 실리카 에어로젤의 단열성을 그대로 유지하게 하는 기술 개발이 중요한 것으로서 최근 기술이 개발되고 있는 상태이지만 실적이 저조한 상태로 우수한 성능의 단열재의 보급이 시급하다. 소수성 표면을 습윤화하고 경화시키는 기술이 중요한 과제이다.

본 발명은 단열성 폼에서 요구되는 일반적인 물성을 구비하면서 실리카 에어로젤의 초 단열성을 그대로 유지하게 하여 단열 성능을 높인 단열성 폼을 제공함에 있으며 주 재료인 수분산 폴리 우레탄 및 실리카 에어로젤 분말과 그 외 접착제, 강도 강화제, 혼화제, 흡수제등에 의하여 나타나는 물성을 효과적으로 합성하여 일체화한 단열성 폼의 조성물을 제공함에 있다.

본 발명에 의한 단열성 폼의 조성물에 대한 조성비는 중량비로 수분산 아크릴계 폴리 우레탄, 수분산 실리콘계 폴리 우레탄중 하나 이상 선택 하는 30 ∼35wt％, 스티렌 부타디엔, 에틸렌 초산 비닐 수지, 에테르계 셀룰로스 중 하나 이상 선택하는 3∼5wt％, 실리카 에어로젤 분말8∼15wt％, 마이크로 실리카 2∼4wt％, 폴리 아크릴산계 고 흡수성 폴리머3∼8wt％, 팽창 질석 5∼10wt％, 마이크로 시멘트20∼25wt％, 탈크5∼8wt％, 생석회, 소석회 중 하나 이상 선택 하는7∼10wt％, 활성 탄소 섬유 분말0.5∼1.3wt％, 제올라이트 3∼ 5 wt％로 구성되는 단열성 폼의 조성물이라 하겠다.

상기 조성물의 주성분이 되는 수분산 폴리 우레탄은 우레탄 결합을 가지는 사슬 모양의 고분자로 내열성과 내 마모성이 뛰어 나다. 신축성이 크고 탄성 회복력이 우수하며 고무보다 강하고 쉽게 노화되지 않는 특성이 있다. 또한 비중이 1.0으로 폴리 프로필렌 다음으로 가벼운 것이 특징이다. 폴리 우레탄 내에 잔존하는 이소시아네이트가 물의 -OH기와 만나 굳게 되는 현상으로 실리카 에어로젤 분말의 표면과 여러 혼화제가 물과 반응을 하고 실리카 에어로젤과의 점착력을 높여 서서히 경화 시킨다. 스티렌 부타디엔 고무는 스티렌과 부타디엔을 1:3의 비율로 혼성 중합한 합성 고무로 탄성, 내열성, 내 노화성이 우수하다. 타 재료와의 접착력을 높인다. 에티렌 초산 비닐 또한 접착용으로 사용 된다. 에테르계 유도체 셀룰로오스를 주성분으로 하는 에테르계 셀룰로오스는 메틸 셀룰로스 및 카복시 메틸 셀룰로스가 주로 사용되고 각 재료간의 점성력을 향상시키고 접착력을 강화시킨다.

실리카 에어로젤(Aerogel)은 규소 산화물로 이루어진 물질로 전체 부피의 98％가 공기가 차지하는 매우 높은 기공도를 가지며 높은 단열성과 방음성 충격 완충성을 갖는 우수한 특성이 있다. 그러나 자체적으로는 제조 기간 및 강도와 신축성이 약해서 실생활에 적용하는데 한계가 있으며 실리카 에어로젤 분말의 소수성 표면과 일반 재료와의 친수성 표면과의 친화력이 낮아 결합력이 떨어지므로 실리카 에어로젤을 합성하기 위해서는 타 재료와의 혼화성을 높이는게 중요하고 잘 결합이 되어서 경화 될수 있어야 단열성 및 강도, 지지력을 유지하므로 단열재로서의 기능을 한다 하겠다.

본 발명에서는 실리카 에어로젤을 수분산 폴리 우레탄과 접착제, 활성 탄소 섬유 분말, 폴리 아크릴산계 고 흡수성 폴리머등과의 점착으로 일체화시켜 경화된 단열체로 만들어 그 기능을 발휘하도록 한 것이 특징이라 하겠다. 마이크로 실리카는 비중이 낮고 침전이 되지 않으며 좁은 입도 분포와 고순도의 다공질 실리카로 유동성과 분산성이 우수하고 비중이 낮은 실리카 에어로젤과의 혼화성으로 고 흡수성 폴리머 및 마이크로 시멘트에 잘 혼화되어 경화되도록 하는 특징이 있다. 마이크로 시멘트는 인체에 무해한 초 미립형의 무기질계 시멘트로서 일반 시멘트의 2배 이상의 강도를 가지고 있으며 마이크로 실리카 및 기타 재료와의 혼화성으로 부착력 증대로 경화하여 단열성 폼의 지지력과 강도를 높인다. 폴리 아크릴산계 고 흡수성 폴리머는 아크릴 아마이드를 자가 중합하여 NaOH로 가수 분해시켜 제조된 고 흡수성 고분자 중합체로 물을 순간적이고 선택적으로 자중의 100배 이상 수분을 흡수하는 특수한 기능으로 물이 첨가되면 수분을 흡수할려는 성질이 강하고 일반 친수성이고 수경성인 마이크로 시멘트 및 석회는 경화할려는 성질을 가지므로 분자간 반발 및 충돌이 일어나며 오히려 분자간 거리가 조밀해져서 경화가 촉진된다. 이를 적용하여 소수성인 실리카 에어로젤 분말의 표면과 마이크로 실리카등의 조직들을 연결하여 치밀화가 되고 수분산 폴리 우레탄과의 점성도 향상되어 전체적인 경화를 진행시키는 중요한 가교제의 역할을 하는 것이 특징이라 하겠다. 팽창 질석은 질석을 고온으로 팽창한 것으로 층 간 공간을 머물고 있으며 실리카 에어로젤 및 마이크로 실리카, 마이크로 시멘트등과의 접촉력을 높여 경화체 형성 및 충전 작용 등으로 단열성을 높인다.

탈크(Talc)는 마그네슘 실리게이트 광물로 물에 대해서는 소수성이며 치수 안전성과 산 알카리에 녹지 않으며 부착성과 윤활 성질이 강한 것이 특징이며 폴리 아크릴산계 고 흡수성 폴리머의 작용으로 친수성인 기타 경화제와 소수성인 에어로젤 분말의 표면과 균일한 결합력을 만들고 타 재료와의 부착력을 증대하며 유동성을 가져 잘 혼화되게 하는 기능을 갖는다. 생석회(CaO)는 물과 접촉하면 200℃ 이상의 온도로 상승하며 격렬하게 반응한다. 이를 활용하여 기포 생성 및 발열 반응의 영향으로 경우에 따라 발포 폼도 만들 수 있다. 소 석회는 수산화 칼슘이라고도 하는데 생석회에 물을 작용시키면 생성되고 마이크로 시멘트등 타 재료와의 경화제로 사용을 한다. 또한 활성 탄소 섬유는 섬유 분말이 사용되고 강도와 내열성이 강하며 고온에서의 성능이 매우 좋고 높은 흡착 성능을 가지므로 재료간 흡착력으로 경화성을 좋게 하고 제올라이트는 일정한 지름의 미세한 기공과 열에 대한 저항이 강하고 높은 내부 표면 공간으로 분자 구조상 원자들 간의 거리가 멀고 수분을 날려 보내더라도 구조 자체는 변하지 않는 성질이 있어서 흡착 및 충진 기능을 한다.

모든 재료를 혼합하고 총 재료의 중량비 1에 대해서 물0.25∼0.45wt％를 혼합하고 5분내로 교반하여 여러 형태의 성형판에 주입하여 단열성 폼을 제조한다.

본 발명에 의한 단열성 폼의 조성물은 일반적인 단열성 폼이 갖고 있는 지지력 강도 및 유연성 등을 갖고 있으며 우수한 단열성 방음성 충격 완화성등 실리카 에어로젤의 물성을 그대로 유지하게 하여 단열 성능을 향상시킨 단열성 폼의 조성물로 단열 및 방음을 필요로 하는 실 내외, 장치 산업등 모든 곳에 적용을 할 수 있으며 에너지 절감과 화석 연료의 사용을 줄여 지구온난화 방지 및 온실 가스 감축등 환경보전에 기여한다.

Claims

다음의 조성비를 갖는 단열성 폼의 조성물.

조성물 조성비(중량비wt％)

수분산 아크릴계 폴리 우레탄

수분산 실리콘계 폴리 우레탄중 하나 이상 선택 30∼35

스티렌 부타디엔 고무 에멀젼

에틸렌 초산 비닐 수지

에테르계 셀룰로오스 수지중 하나 이상 선택 3∼5

실리카 에어로젤 분말 8∼15

마이크로 실리카 2∼4

폴리 아크릴산계 고 흡수성 폴리머 3∼8

팽창 질석 5∼10

마이크로 시멘트 20∼25

탈크 5∼8

생석회

소석회중 하나 이상 선택 7∼10

활성 탄소 섬유 분말 0.5∼1.3

제올라이트 3∼5