KR101169522B1

KR101169522B1 - Aerogel coating composition

Info

Publication number: KR101169522B1
Application number: KR1020100018269A
Authority: KR
Inventors: 이재환
Original assignee: 이재환
Priority date: 2010-02-27
Filing date: 2010-02-27
Publication date: 2012-07-27
Also published as: KR20100033396A

Abstract

본 발명은 소수성 에어로젤(Aerogel)을 수경성이고 친수성인 재료로 복합화하고 친화력 및 점착력을 높여 압축, 밀착하여 도료화한 것으로 친수성, 수경성 재료와의 반발력을 최소로 줄여 수경화 진행되며 에어로젤의 소수성과 저밀도 나노기공구조를 그대로 유지한다. 기존의 부착식 블랭킷형 시트와 판상형 패널의 작업성을 개선하여 도료화한 것으로 최종적으로 혼화합된 조성물은 일반 유기도료와 동일한 방식의 에어리스 스프레이 코팅 및 침지 코팅 등이 가능하다.The present invention is a composite of a hydrophobic airgel (hydrogel) with a hydraulic and hydrophilic material to increase the affinity and adhesion to compress and adhere to the paint to reduce the repulsive force with hydrophilic, hydraulic materials to minimize the hydrophobic process and hydrogel low density Maintain nanopore structure. The composition blended by improving the workability of the conventional adhesive blanket sheet and plate-like panel is finally blended composition can be airless spray coating and immersion coating in the same manner as the general organic paint.

에어로젤 소수성 수경화 폴리아크릴아마이드 산화아연 Airgel Hydrophobic Hydrocuring Polyacrylamide Zinc Oxide

Description

Airgel Coating Composition {AEROGEL COATING COMPOSITION}

본 발명은 에어로젤의 우수 특성인 소수성, 저밀도 나노기공구조와 초경량성의로 인하여 오히려 기타 유,무기 재료와의 복합화가 쉽지 않아 실용화하는데 많은 문제점을 갖고 있어 이를 극복하고 소수성 에어로젤과 기타 재료와의 물리적 표면 점착으로 에어로젤의 소수성 표면이 유지되게 하고 이를 활용하여 응용제품화한 것으로 일반 유기솔벤트 및 에어로젤의 소수성 표면 및 기공 와해재료의 사용을 배제하고 순수 수경성 재료의 사용으로 수경화 되게 한 것이 특징이다.The present invention has many problems in practical use because it is not easy to be combined with other organic and inorganic materials due to hydrophobicity, low density nanopore structure and ultra lightness, which are excellent characteristics of aerogels. The hydrophobic surface of the airgel is maintained by adhesion, and it is applied as a commercialized product. It is characterized by the use of pure hydraulic materials to eliminate the use of hydrophobic surfaces and pore-disrupting materials of general organic solvents and airgels.

지금까지 단열성 방음성 등의 우수 특성을 갖는 기초 소재인 에어로젤이 적용된 사례는 매우 더물고 제품화 하여 상용화한 경우는 미미하며 에어로젤을 응용화한 국내업체의 제품제조 및 판매가 없는 상태이며 에어로젤의 소수성 및 초경량성으로 인하여 단독 사용을 하기에는 많은 문제점이 있고 형성된 판재 내에 분말을 부어 넣어 충진하는 방식 등으로 매우 한정적이고 제한적으로 사용되고 있다. 이러한 현상은 에어로젤의 소수성 표면 및 기공이 저유전성을 요구하고 있고 유기솔벤트 등의 적용은 에어로젤의 소수성 표면 및 기공이 와해되어 그 우수 기능을 기대하기가 어렵기 때문이다. 또한 일반 수경성 재료와의 복합하는 에어로젤 소수성 표면과의 반발력으로 인하여 튕겨 나가는 현상으로 압축되고 일체화된 경화체 형성을 하기가 어려워 이를 해결하고 응용화하기 위하여 국내외 연구소 등에서 많은 연구가 진행 중에 있다. 외국산 블랭킷형 시트가 플랜트, 장비분야에서 단열용으로 유일하게 국내외 판매되고 있다.Until now, the case of applying airgel, which is a basic material with excellent characteristics such as heat insulation and sound insulation, is very small, and the case of commercialization after commercialization is insignificant. There is no product manufacturing and sales of domestic companies that apply airgel, and the hydrogel's hydrophobicity and light weight Due to this, there are many problems to use alone, and it is used in a very limited and limited manner by pouring powder into the formed plate. This phenomenon is because hydrophobic surfaces and pores of the airgel require low dielectric properties, and the application of organic solvents, etc. is difficult because the hydrophobic surfaces and pores of the airgel are broken, and thus its excellent function is difficult to expect. In addition, due to the repulsive force with the hydrogel hydrophobic surface complexed with the general hydraulic material, it is difficult to form a compacted and integrated hardened body due to the phenomenon of rebound, and many studies are being conducted in domestic and overseas research institutes to solve and apply it. Overseas blanket type sheets are the only ones sold in Korea and abroad for insulation in plants and equipment.

본 발명은 친수성 재료와의 복합화로 치밀성 및 강도를 부가하여 소수성 에어로젤의 소수성 표면이 유지되게 하여 그 고유 우수 특성을 활용하고 보다 쉽고 간편하게 에어로젤을 실용화 되게 하기 위한 것이다. 친수성 재료와의 복합화로 에어로젤의 소수성 표면 및 기공이 유지되며 단열 및 방음 용도로써 적용되게 한 에어로젤이 함유된 에어로젤 코팅 조성물을 제공함에 있다. 현재 국내외 연구 기관에서도 많은 연구를 하고 있으나 에어로젤의 복합체 형성이 어려운 상태로 인식하고 있으며 이를 해결하고 간편하게 적용될 수 있도록 하기 위해 본 발명에 이르게 되었다.The present invention is to add the density and strength by complexing with a hydrophilic material to maintain the hydrophobic surface of the hydrophobic airgel to utilize its inherent excellent properties and to make the airgel more practical and easier to use. It is to provide an airgel coating composition containing an airgel which, in combination with a hydrophilic material, maintains the hydrophobic surface and pores of the airgel and is adapted for thermal and sound insulation applications. At present, domestic and foreign research institutes are doing a lot of research, but it is recognized that it is difficult to form a complex of aerogels and has come to the present invention in order to solve this problem and easily apply it.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명과 같이 에어로젤의 소수성 및 기공이 유지된 상태로 수경성 복합물에 에어로젤을 함유하고 그 특성인 단열?방음용도로의 적용이 보다 쉽고 간편하게 에어로젤이 활용되게 한 것으로 이에 에어로젤 코팅 조성물을 제공함에 있다.In order to achieve the above object, the hydrogel contains the airgel in the hydrophobic composite with the hydrophobicity and pores maintained as in the present invention, and the application of the heat insulation and soundproofing as its characteristic is made easier and easier to use the airgel. In providing a composition.

에어로젤 코팅 조성물은 중량비(wt％)로The airgel coating composition is in weight percent (wt%)

수분산 아크릴계 폴리우레탄, 수분산 실리콘계 폴리우레탄, 물, 실리카 졸, 나노 규사 에멀젼, 수용성 아크릴 에멀젼, 수용성 실리콘 에멀젼, 수용성 에폭시 에멀젼 중 1종 이상 선택하는 수용성 에멀젼 20～80중량％.20 to 80% by weight of a water-soluble emulsion selected from water-based acrylic polyurethanes, water-based silicone polyurethanes, water, silica sol, nano silica sand emulsions, water-soluble acrylic emulsions, water-soluble silicone emulsions, and water-soluble epoxy emulsions.

실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤, 알루미나 에어로젤, 티타니아 에어로젤 중 1종 이상 선택하는 단독 및 혼합 에어로젤 3～25중량％.3 to 25% by weight of a single and mixed airgel selected from one or more of silica airgel, carbon airgel, alumina airgel and titania airgel.

산화아연, 황산아연, 수산화아연 중 1종 이상 선택하는 점도 조절제 2～10중량％.2-10 weight% of viscosity modifiers chosen from 1 type or more of zinc oxide, zinc sulfate, and zinc hydroxide.

폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴산나트륨 중 1종 이상 선택하는 고분자 응집제 0.1～10중량％.0.1-10 weight% of polymeric coagulants chosen by 1 or more types of polyacrylamide and sodium polyacrylate.

폴리아민, 폴리아마이드, 폴리염화알루미늄, 황산제일철, 황산제이철, 염화제일철, 염화제이철 중 1종 이상 선택하는 응집 보조제 0.1～5중량％.0.1 to 5% by weight of flocculent aid selected from polyamine, polyamide, polyaluminum chloride, ferrous sulfate, ferric sulfate, ferrous chloride and ferric chloride.

칼슘설포알루미네이트, 폴리나프탈렌설포네이트, 마이크로 시멘트, 폴리비닐아세테이트, 퓸드 실리카, 실리카 퓸, 소석회, 탄산칼슘, 황산알루미늄, 폴리카르본산염 중 1종 이상 선택하는 압축 충진제 0.1～40중량％.0.1-40% by weight of a compression filler selected from calcium sulfoaluminate, polynaphthalenesulfonate, micro cement, polyvinylacetate, fumed silica, silica fume, slaked lime, calcium carbonate, aluminum sulfate, and polycarbonate.

메틸에틸셀룰로스, 셀룰로스에테르, 폴리글리세린에스테르, 붕소왁스 중 1종 이상 선택하는 점탄성제 0.1～5중량％로 구성되는 에어로젤 코팅 조성물을 제시할 수 있다.An airgel coating composition composed of 0.1 to 5% by weight of a viscoelastic agent selected from one or more of methyl ethyl cellulose, cellulose ether, polyglycerol ester, and boron wax can be provided.

본 발명에 의한 조성물은 소수성 에어로젤이 친수성 재료와의 복합화로 인해 에어로젤의 소수성 표면 및 기공이 와해되지 않아 그 고유 우수 특성이 그대로 유지되어 단열, 방음, 절연용도의 코팅제로 적용되며 부착력, 지지력 등을 갖고 있어 일반 유성도료와 동일한 방법으로 코팅이 가능하다. 특히 전자, 전기, 반도체, 태양전지, 연료전지 등의 부속소재 및 정밀기기 등은 침지코팅이 가능하다. 우수한 열차단성 등으로 에너지 절감에 기여하며 수성재료의 사용으로 환경친화적이다. 에어로젤의 취성인 강도를 보완하고 단독 사용의 한계를 극복하고 쉽게 실생활에 적용되게 한 것 또한 특징으로 부착식 패널 방식의 작업성과 성능 대비 여러 면에서 경쟁력이 있다 하겠다.The composition according to the present invention does not disintegrate the hydrophobic surface and pores of the airgel due to the complexing of the hydrophobic airgel with the hydrophilic material, so that its excellent properties are maintained as it is, and is applied as a coating agent for insulation, soundproofing, and insulation. It can be coated in the same way as general oil paint. In particular, immersion coating of accessory materials and precision devices such as electronics, electricity, semiconductors, solar cells and fuel cells is possible. It contributes to energy saving through excellent thermal barrier properties and is environmentally friendly due to the use of aqueous materials. Complementing the brittle strength of aerogels, overcoming the limitations of single use and making it easy to apply in real life, it is also competitive in terms of workability and performance of the adhesive panel method.

본 발명의 구체적인 내용은 각 재료의 역할 및 기능으로 표기하며 실시예는 따로 표기하지 않으며 조성물 및 조성 재료의 과량 및 소량 적용 시로 기재한다.Specific details of the present invention are represented by the role and function of each material, and the examples are not described separately, and are described in the case of application of excess and small amounts of the composition and the composition material.

수용성 에멀젼은 전체 재료의 주바인드로 적용된다. 수분산 폴리우레탄 2종은 고형분 50％로 이하를 사용하고 수용성 아크릴, 실리콘, 에폭시 에멀젼은 고형분 80％ 이하를 사용한다. 이는 에어로젤의 자체 부피와 에멀젼의 자체 부피로 인해 전체 도료의 체적증가가 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로 수화 시 및 수화 후의 수경화 시 부피팽창은 도료 도막 내의 에어로젤의 산포로 그 성능을 기대하기 어렵다. 실예로 합성수지 성분이 많이 잔존하면 점도상승으로 인해 유동성이 좋지 않고 난연성에 문제가 발생될 수 있어 적정량 사용하는 것이 바람직하다.The water soluble emulsion is applied as the main bind of the whole material. Two water dispersion polyurethanes use 50% or less of solid content, and water content acrylic, silicone, and epoxy emulsion use 80% or less of solid content. This is to prevent the volume increase of the entire paint due to the airgel's own volume and the emulsion's own volume. The volume expansion during hydration and during hydration after hydration is difficult to expect due to the dispersion of airgel in the paint coating. For example, if a large amount of synthetic resin components remain, fluidity may not be good due to viscosity increase, and a problem may occur in flame retardancy.

소량 시는 전체 도료의 경화체 형성이 어렵고 과량 시는 체적증가로 인해 전체 도료의 뭉침현상이 발생되어 압축, 밀착되지 않아 에어로젤과 기타 재료가 일체화된 단열 층, 절연 층 형성을 할 수 없다. 본 발명의 제일 중요한 과제로써 에어로젤을 최대한 함유하면서 압축되어야만 에어로젤의 우수 특성이 발휘된다. 발포체형성 등과 같은 경우 그 기능을 기대하기 어렵다. 물, 실리카 졸, 나노규사에멀젼은 수화 필요 수분 공급 및 무기 바인드의 역할을 한다.When the amount is small, it is difficult to form the cured body of the entire paint, and when the amount is excessive, the aggregates of the whole paint are generated due to the increase of the volume. As the most important task of the present invention, the airgel exerts excellent properties only when it is compressed while containing as much as possible. It is difficult to expect such a function in the case of foam formation. Water, silica sol, and nano silica emulsions serve as hydration needed moisture supply and inorganic bind.

에어로젤은 초소수성 및 초경량성의 저밀도 나노기공구조를 가져 우수한 단열, 방음, 절연용도로의 사용이 용이한 기초 소재로 본 발명에서 적극 도입하여 그 기능을 발휘하게 한다. 주요 기능 재료로 적용된다. 초임계 및 상압건조방식 등으로 제조되며 나노기공구조를 갖는 비드상, 과립상, 분말상으로 정형된다. 본 발명에서의 입자분포는 기본적으로 20마이크로미터 이하의 미세분말 및 5밀리미터 이하의 과립상이 적용된다. 소량 시는 그 고유기능을 기대하기 어렵고 과량 시는 자체 부피로 인해 전체 코팅제의 체적증가를 가져와 경화체 형성이 어렵고 도막의 강도 및 부착력, 지지력이 부실해 균열 및 박리현상이 발생하고 들뜸현상으로 내구성이 낮아 코팅제의 역할을 할 수 없다.Aerogel has a superhydrophobic and ultra-light, low-density nano-porous structure, which is an easy-to-use base material that is easy to use for excellent heat insulation, soundproofing, and insulation purposes, and exhibits its function. Applied as the main functional material. It is manufactured by supercritical and atmospheric pressure drying methods and is shaped into beads, granules, and powders having nanoporous structures. Particle distribution in the present invention is basically a fine powder of 20 micrometers or less and a granule of 5 millimeters or less. When it is small, it is difficult to expect its inherent function, and when it is excessive, its volume increases the volume of the entire coating agent, making it hard to form a hardened body, resulting in poor strength, adhesion, and support of the coating, resulting in cracking and peeling, and durability due to lifting. It cannot serve as a coating.

점도 조절제는 폴리아크릴아마이드의 점성력을 줄이는 역할로 적용되며 전체 코팅제의 점도를 조정한다. 폴리아크릴아마이드는 물과의 표면 접촉 시 서서히 겔화로 진행되며 기타 재료와 에어로젤의 소수성 표면과의 점착으로 혼합되기 시작한다. 그 자체로는 부피가 축소되지 않으며 다가의 금속 양이온과 접촉하면 머금은 수분을 일부 배출하는 성질이 있어 이에 산화아연 등의 무기 충진제와의 반응으로 점도가 낮아지고 기타 재료들을 압축시킨다. 소량 시는 전체 코팅제의 점성이 줄지 않으며 과량 시 또한 점성이 너무 줄고 유동성이 증대하여 전체 재료를 점착, 혼화할 수 없다.Viscosity modifiers are applied to reduce the viscosity of polyacrylamide and to adjust the viscosity of the entire coating. Polyacrylamide slowly gels upon surface contact with water and begins to mix with other materials and adhesion to the hydrophobic surface of the airgel. In itself, the volume is not reduced, and when in contact with a polyvalent metal cation, some of the moisture is released, which causes a decrease in viscosity and compression of other materials by reaction with an inorganic filler such as zinc oxide. When the amount is small, the viscosity of the entire coating is not decreased. When the amount is too large, the viscosity is too low and the fluidity is increased so that the whole material cannot be adhered and mixed.

고분자 응집제는 위의 설명과 동일하게 칼슘, 아연 등 다가의 금속 양이온이 있는 수용액 상태에서 수분을 일부 배출하는 성질을 갖고 있어 수분접촉과 동시에 점도가 상승하고 겔화가 진행되며 에어로젤의 소수성 표면과 주변 친수성 재료의 표면을 우선 물리적으로 점착하게 하는 중요한 가교제의 역할을 한다. 전체 재료가 밀착된 상태에서 수경화 시 에어로젤 표면에 점착된 기타 재료가 서로 반응하여 경화체가 형성되고 코팅 도막이 형성된다. 과량 시는 점성이 증대하여 전체 재료의 뭉침현상으로 유동성이 줄고 체적증가로 인해 에어로젤과 주변 재료가 산포되어 균열발생 및 유동성이 줄어 코팅할 수 없으며 소량 시는 점성이 낮아 각 재료를 응집할 수 없다.As described above, the polymer coagulant has a property of discharging a part of water in an aqueous solution containing a polyvalent metal cation such as calcium and zinc, so that the viscosity increases and gelation proceeds at the same time as the water contact, and the hydrophobic surface of the airgel and the surrounding hydrophilicity It serves as an important crosslinker that first physically adheres the surface of the material. When the entire material is in close contact with water, other materials adhering to the surface of the airgel react with each other to form a cured product and form a coating film. In case of excessive viscosity, fluidity decreases due to agglomeration of entire materials, and due to volume increase, airgel and surrounding materials are scattered and cracks and fluidity cannot be reduced, and in small amounts, viscosity cannot be aggregated due to low viscosity. .

응집 보조제는 분자량이 400만 이상인 폴리아크릴아마이드의 부족한 부분. 즉, 추가 투입재료로 적용되고 잔존하는 에어로젤의 소수성 표면 주변의 친수성 재료를 에어로젤 주변으로 응집시키는 역할을 한다. 소량 시는 그 기능을 기대하기 어렵고 과량 시 또한 점도상승으로 도막의 균열을 초래한다.Agglomeration aids are deficient portions of polyacrylamides having a molecular weight of 4 million or more. That is, the hydrophilic material around the hydrophobic surface of the airgel applied and remaining as an additional input material serves to aggregate around the airgel. In small amounts, the function is difficult to expect, and in excess, the viscosity increases, resulting in cracking of the coating.

압축 충진제는 코팅제의 난연성 부여 및 에어로젤과 수용성 폴리우레탄, 산화아연, 폴리아크릴아마이드 등의 층 간에 충진 점착되며 코팅제의 강도 및 지지력을 강화하여 에어로젤과 기타 주변 재료가 밀착된 상태에서 에어로젤을 제외한 상호 간 화학반응으로 수경화체가 형성되도록 하며 도막이 압축되어 에어로젤을 함유한 상태의 전체 재료의 일체화가 된다. 과량 및 소량 시는 수용성 에멀젼 및 폴리아크릴아마이드 등과의 부조화로 점도상승, 균열발생, 강도저하 현상이 발생될 수 있다.Compression fillers impart flame retardancy of coatings and are filled and adhered between layers of aerogels and water-soluble polyurethanes, zinc oxide, polyacrylamide, etc., and reinforce the strength and support of the coatings to ensure that the airgels and other peripheral materials are in close contact with each other except airgels. The chemical reaction allows the formation of a hydrocuring body, and the coating film is compressed to integrate the entire material containing the airgel. In the case of excessive and small amounts, viscosity increase, cracking, and strength drop may occur due to incompatibility with water-soluble emulsion and polyacrylamide.

점탄성제는 전체 코팅 재료의 혼합 교반 시 혼화성을 좋게 하고 일부 점탄성을 부여하여 전체 코팅 도막의 균열을 방지한다. 소량시 전체 재료와의 점탄성이 낮아 균열이 발생될 수 있고 과량 시는 층 간에 혼재된 양이 많으므로 체적증가 현상이 발생되어 교반불량 및 균열발생이 초래될 수 있다.The viscoelastic agent provides good miscibility upon mixing and stirring the entire coating material and imparts some viscoelasticity to prevent cracking of the entire coating coating. In small amounts, cracks may occur due to low viscoelasticity with the entire material, and in excessive amounts, volume increases due to a large amount of mixed material between layers, which may result in poor stirring and cracking.

상술한 바와 같은 과제의 해결수단 및 구체적인 내용의 조성물과 조성비로 구성되며 전체 재료가 혼재된 상태에서 여기에 믹서 교반기 3000rpm 이하, 5분 이상의 교반을 통하여 이루어지는 에어로젤이 함유된 에어로젤 코팅 조성물로 일반 도장재와 동일한 방식으로 코팅한다.It consists of a solution of the problem as described above and the composition and composition ratio of the specific content, and in the state in which the whole material is mixed, the aerogel-containing airgel coating composition made by stirring the mixer agitator 3000rpm or less, 5 minutes or more in general coating material and Coating in the same way.

Claims

The airgel coating composition is in weight percent (wt%)

20 to 80% by weight of a water-soluble emulsion selected from water-based acrylic polyurethanes, water-based silicone polyurethanes, water, silica sol, nano silica sand emulsions, water-soluble acrylic emulsions, water-soluble silicone emulsions, and water-soluble epoxy emulsions.

3 to 25% by weight of a single and mixed airgel selected from one or more of silica airgel, carbon airgel, alumina airgel and titania airgel.

2-10 weight% of viscosity modifiers chosen from 1 type or more of zinc oxide, zinc sulfate, and zinc hydroxide.

0.1-10 weight% of polymeric coagulants chosen by 1 or more types of polyacrylamide and sodium polyacrylate.

0.1 to 5% by weight of flocculent aid selected from polyamine, polyamide, polyaluminum chloride, ferrous sulfate, ferric sulfate, ferrous chloride and ferric chloride.

0.1-40% by weight of a compression filler selected from calcium sulfoaluminate, polynaphthalenesulfonate, micro cement, polyvinylacetate, fumed silica, silica fume, slaked lime, calcium carbonate, aluminum sulfate, and polycarbonate.

An airgel coating composition composed of 0.1 to 5% by weight of a viscoelastic agent selected from methyl ethyl cellulose, cellulose ether, polyglycerol ester, and boron wax.