KR101287805B1 - An aerogel binder for forming insulating materials of glass long fibers and forming process of insulating materials thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더 및 이를 이용한 단열재 성형방법에 관한 것으로, 본 발명의 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더는, 물 100중량부에 대하여, 실리카졸(Silica Sol) 또는 벤토나이트(Bentonite) 2 ~ 6중량부, 에어로젤(Aerogel) 1 ~ 10중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 용액 20 ~ 30중량부, 수용성 접착제 5 ~ 15중량부, 난연제 5 ~ 15중량부의 비율로 포함되어 이루어짐을 특징으로 하며, 추가적으로 실란 커플링제(Silane Coupling Agent) 1 ~ 3중량부, 불소계 발수제 3 ~ 5중량부를 포함할 수 있다.
상기 에어로젤은 탄소를 첨가한실리카(Silica, SiO2) 또는 알루미나(Alumina, Al2O3), 티타니아(Titania, TiO2), 탄소(Carbon, C) 에어로젤 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 구성되고, 상기 수용성 접착제는 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate, PVA), 폴리아크릴산에스테르(Polyacrylic Ester) 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 구성되며, 상기 난연제는 브롬계, 인계, 수산화 알루미늄계, 안티몬계, 수산화 마그네슘계 난연제 중에서 선택되는 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하고 있다.
그리고 본 발명의 에어로젤 바인더를 이용한 유리장섬유 단열재의 성형방법은 상기 에어로젤 바인더를 교반 분산시키는 제1단계; 상기 에어로젤 바인더를 유리장섬유 매트에 함침시키거나 도포하는 제2단계; 상기 유리장섬유 매트를 롤러로 압착하여 두께를 조절하는 제3단계; 상기 유리장섬유 매트를 다층으로 적층하고, 성형 및 건조하는 제4단계를 차례로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더는 장기간 접착성능이 저하되지 않는 바인더를 얻을 수가 있게 됨은 물론, 주로 수용성 물질과 난연제로 조성되는 관계로 환경에 매우 친화적이며, 유리장섬유 단열재가 고열에 의해 연소되더라도 연기발생이 억제되고 유해물질 발생을 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 에어로젤 바인더를 사용한 유리장섬유 단열재는 상기 바인더에 에어로젤(Aerogel)을 일정량 사용함으로써 내화성이 향상되고, 유리장섬유 매트의 기공 증대로 인하여 흡음성이 개선될 뿐만 아니라, 발수성과 CUI(Corrosion Under Insulation) 저항성, 경량화 등의 특성을 향상시키는 효과가 있다.The present invention relates to an airgel binder for molding a glass filament insulating material and a method for forming a heat insulating material using the same. The airgel binder for molding a glass filament insulating material according to the present invention comprises silica sol or bentonite (100 parts by weight of water). Bentonite) 2 to 6 parts by weight, 1 to 10 parts by weight of aerogel, 20 to 30 parts by weight of 5% solution of sodium carboxymethyl cellulose (Sodium Carboxymethyl Cellulose), 5 to 15 parts by weight of water-soluble adhesive, 5 to 15 parts by weight of flame retardant Characterized by being included in a ratio, and may additionally include 1 to 3 parts by weight of a silane coupling agent (Silane Coupling Agent), 3 to 5 parts by weight of a fluorine-based water repellent.
The airgel is composed of any one or more selected from silica (Silica, SiO 2 ) or alumina (Alumina, Al 2 O 3 ), Titania (Titania, TiO 2 ), carbon (Carbon, C) airgel with carbon added , The water-soluble adhesive is composed of any one or more selected from polyvinyl acetate (PVA), polyacrylic ester (Polycrylic Ester), the flame retardant is bromine, phosphorus, aluminum hydroxide, antimony, magnesium hydroxide It is characterized by at least one selected from the group flame retardants.
And the molding method of the glass fiber insulation material using the airgel binder of the present invention comprises the first step of stirring and dispersing the airgel binder; A second step of impregnating or applying the airgel binder to a long glass fiber mat; A third step of controlling the thickness by pressing the glass filament mat with a roller; The glass filament mat is laminated in multiple layers, characterized in that it comprises a fourth step of forming and drying in sequence.
The airgel binder for forming the glass filament heat insulating material of the present invention can obtain a binder that does not degrade the long-term adhesion performance, and is very environmentally friendly because it is mainly composed of a water-soluble substance and a flame retardant, and the glass filament heat insulating material is resistant to high temperatures. Even if it is burned by the smoke is suppressed to generate the harmful substances have the effect of reducing.
In addition, the glass filament heat insulating material using the airgel binder according to the present invention is improved in fire resistance by using a certain amount of aerogel (Aerogel) in the binder, not only the sound absorption is improved due to the increase in pores of the glass filament mat, water repellency and CUI (Corrosion Under Insulation) It is effective in improving the characteristics such as resistance and weight reduction.
Description
본 발명은 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더 및 이를 이용한 단열재 성형방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유리장섬유 매트를 이용하여 단열재를 성형할 경우, 에어로젤(Aerogel)을 일정량 포함하는 바인더를 유리장섬유 매트에 함침 또는 도포시킴으로써, 그 접착력에 의해 2겹 이상의 매트가 일정한 형태로 성형된 유리장섬유 단열재는 내화성, 발수성, 흡음성, 경량화 등의 특성이 개선되어 각종 산업용 설비의 배관이나 공업용 로(爐)와 같은 보온보냉용 플랜트 시설은 물론, 항공기, 선박, 자동차, 건축 구조물 등의 불연, 단열흡음재로 다양하게 적용할 수 있는 환경 친화적인 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더 및 이를 이용한 단열재 성형방법에 관한 것이다.The present invention relates to an airgel binder for forming a long glass fiber insulating material and a method for forming an insulating material using the same, and more particularly, when forming a heat insulating material using a glass fiber mat, a glass sheet containing a certain amount of airgel (Aerogel) By impregnating or applying the fiber mat, the glass filament heat insulating material in which two or more layers of the mat are formed in a constant shape by the adhesive force is improved in the properties such as fire resistance, water repellency, sound absorption, and weight reduction, and thus, pipes and industrial furnaces of various industrial facilities are improved. Airgel Binder for molding environmentally friendly glass filament insulation materials that can be applied to various non-combustible and insulating sound absorbing materials for aircraft, ships, automobiles, building structures, etc. It is about.
일반적으로, 통상의 플랜트 현장이나 정유회사의 배관과 각종 보온, 보냉 장치들의 단열재로서 폴리에틸렌 및 폴리우레탄폼 단열재, 또는 퍼라이트(Perlite)나 규산칼슘 단열재, 유리섬유 단열재 등 여러 가지 종류가 사용되고 있으나, 이들 중 폴리에틸렌이나 폴리우레탄폼 단열재는 융점이 낮아 고온용으로서는 부적합하고 또 단열성이 떨어져 에너지 낭비를 가져오게 되며, 배관이나 장치물에 비해 낮은 수명으로 잦은 교체를 요하게 되므로 설치비용 부담이 가중된다.Generally, polyethylene and polyurethane foam insulations, or perlite, calcium silicate insulations, glass fiber insulations, etc. are used as insulation materials for pipes of various plant sites or oil refineries, and various thermal and cold insulation devices. Medium polyethylene or polyurethane foam insulation has a low melting point, which is unsuitable for high temperature and insulated, resulting in waste of energy, and requires frequent replacement due to low lifespan compared to piping or equipment.
본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 유리섬유매트를 이용한 단열파이프의 제조방법에 대하여 이미 국내특허 제274314호, 제522568호 등을 통해 개시한 바 있으며, 그러한 제조방법을 통하여 제조되는 단열파이프는 유리섬유가 갖는 특성상 고열에 견딜 수 있고 또 바인더가 도포된 유리섬유매트를 성형롤러에 권취하여 가압 성형함으로써 경량화는 물론, 약 180 ~ 220kg/㎥의 고밀도화로 높은 단열성을 지닐 수가 있어 정유회사나 발전소 등의 산업용 배관과 건축 구조물은 물론, 불연성, 흡음성 등이 요구되는 각종 부위의 보온 단열용으로 매우 적합한 것으로 평가받고 있다.Applicant has already disclosed in Korea Patent Nos. 274314, 522568, and the like for a method of manufacturing an insulating pipe using a glass fiber mat to solve the above problems, the insulating pipe manufactured through such a manufacturing method Due to the characteristics of glass fibers, it can withstand high heat and is wound by pressing a glass fiber mat coated with a binder on a molding roller to make it lightweight and have high heat insulation with a high density of about 180 ~ 220kg / ㎥. In addition to industrial piping and building structures such as power plants, it has been evaluated as being very suitable for thermal insulation of various parts where nonflammability, sound absorption and the like are required.
상기 유리장섬유 단열재는 유리장섬유(E-Glass Fiber)로 이루어진 매트를 니들펀칭하여서 된 니들매트에 내열성 바인더를 도포하거나 함침한 후, 상기 니들매트를 2겹 이상으로 가압 성형하여 제조되며, 그 종류는 보드형 보온단열재, 파이프형 보온단열재 등과 같이 다양한 형태로 제작되어 사용할 수 있으며, 그 특성상 내열성이 높고 높은 공극률로 경량화가 가능하며, 각 층의 매트는 니들펀칭을 통하여 고밀도화가 가능할 뿐만 아니라 이를 적층시켜 접착 성형시킴으로써 고온단열재로서의 용도로 널리 사용될 수 있다.The glass filament heat insulating material is manufactured by applying or impregnating a heat resistant binder on a needle mat formed by needle punching a mat made of glass filament (E-Glass Fiber), and then pressing the needle mat in two or more layers. The type can be manufactured and used in various forms such as board-type thermal insulation material, pipe-type thermal insulation material, etc., due to its characteristics, the heat resistance is high and the weight can be reduced with high porosity, and the mat of each layer is not only densified through needle punching but also By laminating and adhesive molding, it can be widely used as a high temperature heat insulating material.
그리고 상기 유리장섬유는 용융점이 약 750℃ 정도로서 고온에 충분히 견딜 수가 있으나, 일반적으로 이용되고 있는 바인더의 경우 고온에서 쉽게 연소되므로, 유리섬유 단열파이프를 고온이 발생되는 파이프라인의 보온단열용으로 이용하기 위해서는 고온에도 견딜 수 있고, 또 유리섬유가 갖는 수명만큼 장기간 강한 접착력을 유지할 수 있는 특성을 부여하는 것이 가장 중요한 과제이다.In addition, the glass filament has a melting point of about 750 ° C., which can withstand high temperatures. However, since the commonly used binder is easily burned at a high temperature, the glass fiber insulation pipe is used for thermal insulation of pipelines in which high temperature is generated. In order to achieve this, it is the most important problem to provide a property capable of withstanding high temperatures and maintaining strong adhesion for a long time as long as the life of glass fibers.
한편, 에어로젤(Aerogel)은 고체 상태의 물질로 젤에서 액체 대신 기체로 채워져 있는 형태로서, 결과적으로 초저밀도와 같은 현저한 물성을 나타내며, 특히 단열효과가 높은 것으로 잘 알려져 있다. 에어로젤은 초임계 건조 및 상압 건조방식을 통하여 제조되는 저밀도 나노기공 구조의 미세 분말로서, 단열, 방음 및 우수한 전극 재료로의 활용도가 높은 신소재이나, 그 자체적으로는 고유 기공을 유지하는 초경량성과 소수성에 따른 기타 재료와의 혼화성이 매우 낮아 응용 제품화하는데 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다.On the other hand, the airgel (Aerogel) is a solid state of the form filled with a gas instead of a liquid in the gel, as a result shows a remarkable physical properties such as ultra-low density, it is well known that the thermal insulation effect is particularly high. Aerogels are fine powders of low density nanoporous structure manufactured through supercritical drying and atmospheric pressure drying. They are new materials that are highly utilized as insulation, soundproofing, and excellent electrode materials, but they are very light and hydrophobic in themselves. Due to its miscibility with other materials is very difficult to commercialize the situation.
에어로젤은 기존의 석고 보드와 같은 무기질계 단열재 및 우레탄폼과 같은 합성수지 단열재 등에 비해 우수한 단열 성능을 갖고 있으나, 실용화에 있어서 매우 느린 상태로 기술 개발이 진행 중에 있으며, 이러한 기술적 문제로 소수화 처리된 에어로젤이 최근 들어 상용화가 일부 이루어지고 있으나, 그 기능을 유지하기 위한 소수성으로 인해 기타 재료와의 혼화력이 낮아 상품화하여 실용화하는데 많은 애로사항이 있다.Aerogels have excellent thermal insulation performance compared to inorganic insulating materials such as gypsum board and synthetic resin insulating materials such as urethane foam. However, the development of technology is progressing very slowly in practical use. Recently, some commercialization has been made, but due to the hydrophobicity to maintain its function, there is a lot of difficulties in commercializing the low commercialization with other materials.
이와 같이, 에어로젤은 초경량 소수성으로 인한 장점도 있으나, 이로 인해 기타 재료와의 혼화가 잘 되지 않는 단점이 있으며, 이를 극복하고 기공 상태를 유지한 상태로 일반 재료와 잘 혼화되게 하는 것이 현재 해결해야 할 주요 과제로 여러 기관에서 많은 연구가 진행 중에 있다.As described above, aerogels have advantages due to their ultra-light hydrophobicity, but they have a disadvantage in that they are miscible with other materials. Overcoming these problems and making them well blended with general materials while maintaining porosity have to be solved at present. As a major challenge, many studies are underway at various institutions.
본 발명은 역설적으로 에어로젤의 소수성을 이용한 단열재에 관한 것으로, 에어로젤이 포함된 바인더에 유리장섬유 매트를 함침시켜 다층으로 접착 성형된 단열재는 고다공성으로 인하여 단열성과 내화성, 흡음성, 발수성이 향상될 뿐만 아니라, 소재의 경량화를 달성한다는 점에 착안하여 본 발명을 완성한 것이다. 이때, 에어로젤 분말의 함량을 극대화하면 최고의 내화성과 경량화 특징을 발휘할 수 있지만, 소재의 특성상 그 자체적으로 단열성이 높으면 강도 및 부착력이 취약하고, 강도가 높으면 단열, 방음이 낮은 상반된 관계로 에어로젤과 기타 재료와의 조성비율의 조정 또한 매우 중요하다.The present invention paradoxically relates to a heat insulating material using hydrophobicity of an airgel, and the insulating material adhesively molded in multiple layers by impregnating a glass filament mat in a binder containing an airgel improves heat insulation, fire resistance, sound absorption and water repellency due to high porosity. Rather, the present invention has been completed by focusing on achieving lighter weight of the material. In this case, maximizing the content of the airgel powder can exhibit the best fire resistance and light weight characteristics, but due to the characteristics of the material itself, if the insulation is high, the strength and adhesion are weak, and if the strength is high, the insulation and sound insulation are low. The adjustment of the composition ratio of wah is also very important.
본 발명은 유리장섬유 매트를 이용하여 단열재를 성형할 경우, 에어로젤(Aerogel)을 일정량의 비율로 포함하는 바인더를 유리장섬유 매트에 함침 또는 도포시킴으로써 그 접착력에 의해 2겹 이상의 매트가 일정한 형태로 성형되어 제조된 유리장섬유 단열재는 내화성과 흡음성은 물론, 발수성, 경량화 등의 특성이 향상되는 환경 친화적인 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더 및 이를 이용한 단열재 성형방법을 제공함에 그 목적이 있다.According to the present invention, when molding an insulating material using a glass filament mat, two or more layers of mats are formed in a constant form by impregnating or applying a binder including an airgel in a predetermined amount to the glass filament mat. It is an object of the present invention to provide an air-gel binder for forming an environmentally friendly glass filament insulating material which is improved in properties such as fire retardance and sound absorption, water repellency, and weight reduction, and a method of forming the insulating material using the same.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더는, 물 100중량부에 대하여, 실리카졸(Silica Sol) 또는 벤토나이트(Bentonite) 2 ~ 6중량부, 에어로젤(Aerogel) 1 ~ 10중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 용액 20 ~ 30중량부, 수용성 접착제 5 ~ 15중량부, 난연제 5 ~ 15중량부의 비율로 포함되어 이루어짐을 특징으로 하며, 추가적으로 실란 커플링제(Silane Coupling Agent) 1 ~ 3중량부, 불소계 발수제 3 ~ 5중량부를 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, the airgel binder for forming the long glass fiber thermal insulation material of the present invention is based on 100 parts by weight of water, silica sol or bentonite, 2 to 6 parts by weight, aerogel (Aerogel) 1 ~ 10 parts by weight, sodium carboxymethyl cellulose (Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% solution of 20 to 30 parts by weight, water-soluble adhesive 5 to 15 parts by weight, flame retardant 5 to 15 parts by weight of the composition, characterized in that the additional silane coupling 1 to 3 parts by weight of a ring agent (Silane Coupling Agent), and may include 3 to 5 parts by weight of a fluorine-based water repellent.
또한, 상기 에어로젤은 탄소를 첨가한 실리카(Silica, SiO2) 또는 알루미나(Alumina, Al2O3), 티타니아(Titania, TiO2), 탄소(Carbon, C) 에어로젤 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 구성되고, 상기 수용성 접착제는 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate, PVA), 폴리아크릴산에스테르(Polyacrylic Ester) 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 구성되며, 상기 난연제는 브롬계, 인계, 수산화 알루미늄계, 안티몬계, 수산화 마그네슘계 난연제 중에서 선택되는 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하고 있다.In addition, the airgel is any one or more selected from silica (Silica, SiO 2 ) or alumina (Alumina, Al 2 O 3 ), Titania (Titania, TiO 2 ), carbon (Carbon, C) airgel added with carbon The water-soluble adhesive is composed of any one or more selected from polyvinyl acetate (PVA), polyacrylic ester (Polyacrylic Ester), the flame retardant is bromine, phosphorus, aluminum hydroxide, antimony, It is characterized by one or more types selected from magnesium hydroxide flame retardants.
그리고 본 발명의 에어로젤 바인더를 이용한 유리장섬유 단열재의 성형방법은, 상기 에어로젤 바인더를 교반 분산시키는 제1단계; 상기 에어로젤 바인더를 유리장섬유 매트에 함침시키거나 도포하는 제2단계; 상기 유리장섬유 매트를 롤러로 압착하여 두께를 조절하는 제3단계; 상기 유리장섬유 매트를 다층으로 적층하고, 성형 및 건조하는 제4단계를 차례로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And the molding method of the glass fiber insulation using the airgel binder of the present invention, the first step of stirring and dispersing the airgel binder; A second step of impregnating or applying the airgel binder to a long glass fiber mat; A third step of controlling the thickness by pressing the glass filament mat with a roller; The glass filament mat is laminated in multiple layers, characterized in that it comprises a fourth step of forming and drying in sequence.
본 발명의 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더는 물 100중량부에 대하여, 탄소를 첨가한 실리카졸(Silica Sol) 또는 벤토나이트(Bentonite) 2 ~ 6중량부, 에어로젤(Aerogel) 1 ~ 10중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 용액 20 ~ 30중량부, 수용성 접착제 5 ~ 15중량부, 난연제 5 ~ 15중량부의 비율로 포함되어 이루어짐으로써 장기간 접착성능이 저하되지 않는 바인더를 얻을 수가 있게 됨은 물론, 주로 수용성 물질과 난연제로 조성되는 관계로 환경에 매우 친화적이며, 유리장섬유 단열재가 고열에 의해 연소되더라도 연기발생이 억제되고 유해물질 발생을 감소시키는 효과가 있다.The airgel binder for shaping the glass filament heat insulating material of the present invention is based on 100 parts by weight of water, 2 to 6 parts by weight of silica sol or bentonite added with carbon, 1 to 10 parts by weight of aerogel, 20 to 30 parts by weight of a 5% solution of sodium carboxymethyl cellulose (Sodium Carboxymethyl Cellulose), 5 to 15 parts by weight of water-soluble adhesive, and 5 to 15 parts by weight of flame retardant, so that a binder that does not degrade long-term adhesion performance can be obtained. Of course, since it is mainly composed of a water-soluble substance and a flame retardant, it is very friendly to the environment, and even if the glass fiber insulation is burned by high heat, smoke generation is suppressed and harmful substances are reduced.
또한, 본 발명에 의한 에어로젤 바인더를 사용한 유리장섬유 단열재는 상기 바인더에 에어로젤(Aerogel)을 일정량 사용함으로써 내화성이 향상되고, 유리장섬유 매트의 기공 증대로 인하여 흡음성이 개선될 뿐만 아니라, 발수성과 CUI(Corrosion Under Insulation) 저항성, 경량화 등의 특성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, the glass filament heat insulating material using the airgel binder according to the present invention is improved in fire resistance by using a certain amount of aerogel (Aerogel) in the binder, not only the sound absorption is improved due to the increase in pores of the glass filament mat, water repellency and CUI (Corrosion Under Insulation) It is effective in improving the characteristics such as resistance and weight reduction.
도 1은 본 발명에 의한 에어로젤 바인더를 이용한 유리장섬유 단열재의 성형방법을 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a method for forming a glass fiber insulation using an airgel binder according to the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 의한 에어로젤 바인더를 이용한 유리장섬유 단열재의 성형방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a method for forming a glass fiber insulation using the airgel binder according to the present invention, which can be easily carried out self-invention having ordinary knowledge in the art to which the present invention belongs. It is intended to illustrate, but does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 에어로젤 바인더를 이용한 유리장섬유 단열재의 성형방법은 제1단계 내지 제4단계를 포함하여 이루어진다.As shown in Figure 1, the molding method of the glass fiber insulating material using the airgel binder according to the present invention comprises a first step to a fourth step.
제1단계 공정은, 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더를 교반 분산시키는 것으로, 상기 에어로젤 바인더는 물 100중량부에 대하여, 실리카졸(Silica Sol) 또는 벤토나이트(Bentonite) 2 ~ 6중량부, 에어로젤(Aerogel) 1 ~ 10중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 용액 20 ~ 30중량부, 수용성 접착제 5 ~ 15중량부, 난연제 5 ~ 15중량부의 비율로 포함되어 이루어짐을 특징으로 하며, 추가적으로 실란 커플링제(Silane Coupling Agent) 1 ~ 3중량부, 불소계 발수제 3 ~ 5중량부를 포함하여 이루어진다.The first step is to stir and disperse the aerogel binder for forming the glass fiber insulation, the airgel binder is based on 100 parts by weight of water, silica sol (Silica Sol) or bentonite (Bentonite) 2 to 6 parts by weight, airgel ( Aerogel) 1 to 10 parts by weight, 20 to 30 parts by weight of 5% sodium carboxymethyl cellulose solution, 5 to 15 parts by weight of water-soluble adhesive, and 5 to 15 parts by weight of flame retardant, Additionally, 1 to 3 parts by weight of a silane coupling agent (Silane Coupling Agent), and 3 to 5 parts by weight of a fluorine-based water repellent.
먼저, 본 발명에서는 물 100중량부에 대하여, 실리카졸(Silica Sol) 또는 벤토나이트(Bentonite)를 2 ~ 6중량부로 함유하는바, 상기 실리카졸 및 벤토나이트는 분말 상태로 물에 의해 팽윤되어 겔화되며, 이는 유리장섬유 매트의 형상을 유지하고 단열재의 표면을 평탄화하기 위한 작용을 함과 아울러, 각 매트 층간의 접착력을 향상시켜 성형된 단열재의 변형을 방지한다.First, in the present invention, containing 2 to 6 parts by weight of silica sol (Silica Sol) or bentonite (Bentonite) with respect to 100 parts by weight of water, the silica sol and bentonite is swelled and gelated by water in a powder state, This serves to maintain the shape of the glass filament mat and to planarize the surface of the heat insulating material, and to improve the adhesion between the mat layers to prevent deformation of the molded heat insulating material.
그리고 상기 실리카졸의 실리카 입자는 구형이고 -SiOH그룹과 -OH이온이 입자표면에 존재하고 알칼리 이온에 의해 이중전기층 구조를 가지며, 같은 음전하를 띤 입자들 사이의 반발력 때문에 실리카졸은 안정된 상태를 유지할 수 있다. 그러나 이러한 전기화학적 균형이 깨어지면 입자들이 서로 얽히게 되고 점도가 상승하여 겔화, 응집 등의 반응이 일어나 겔이 되는데, 이러한 겔화의 정도는 일정하지 않고 실리카졸의 종류, 농도, 온도 등에 따라 다를 수 있으므로 그 함유량은 물 100중량부에 대하여 2 ~ 6중량부 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 벤토나이트는 주로 스멕타이트군(群)에 속하는 결정질 점토광물로 구성되어 있으며, 스멕타이트군은 나트륨이나 칼슘은 물론 철과 마그네슘을 함유하는 수화된 규산알루미늄이다. 그러한 성질로 인하여 벤토나이트는 많은 양의 물을 흡수해 원래 부피의 여러 배로 팽창되며 겔과 같은 상태가 됨으로써 본 발명에서 요구되는 작용을 수행한다.The silica sol silica particles are spherical, -SiOH group and -OH ions are present on the particle surface and have a double electric layer structure by alkali ions, and the silica sol is stable because of the repulsive force between the same negatively charged particles. I can keep it. However, when the electrochemical balance is broken, the particles are entangled with each other and the viscosity is increased, resulting in a gelation, agglomeration, and the like reaction. The gelation is not constant and may vary depending on the type, concentration, and temperature of the silica sol. It is preferable to add 2-6 weight part of the content with respect to 100 weight part of water. The bentonite is mainly composed of crystalline clay minerals belonging to the smectite group, and the smectite group is a hydrated aluminum silicate containing sodium and calcium, as well as iron and magnesium. Due to such properties, bentonite absorbs large amounts of water, expands to several times its original volume, and becomes gel-like to perform the action required by the present invention.
한편, 본 발명에서 사용되는 에어로젤(Aerogel)은 90 ~ 99.8%가 공기로 이루어져 있고, 보통 밀도는 3 ~ 150㎎/㎤이다. 에어로젤은 스티로폼과 같은 느낌이 나지만 말랑말랑하지는 않고 한 번 눌리면 복원되지 않는다. 아주 세게 압력을 가하면 유리와 같이 산산조각으로 깨지는 특성이 있지만, 구조적으로는 매우 튼튼하여 자기 무게의 2000배 정도로 지탱할 수 있다. 이는 2 ~ 5nm 크기의 구형 파티클(particle)들이 결합되어 나뭇가지 형태의 클러스터(cluster)를 형성하는 미세구조에 기인한다. 이런 클러스터는 3차원적인 그물망 모양으로 100nm보다 작은 기공을 가진 다공성 구조를 형성하며, 기공의 평균 크기와 밀도는 제조공정 중 조절될 수 있다.On the other hand, the airgel (Aerogel) used in the present invention is 90 to 99.8% of the air, the density is usually 3 ~ 150mg / ㎠. The airgel feels like styrofoam, but it's not soft and won't restore when pressed once. When applied very hard, it breaks into pieces like glass, but it is structurally very strong and can support about 2000 times its own weight. This is due to the microstructure in which spherical particles having a size of 2 to 5 nm are combined to form a cluster of twigs. These clusters form a three-dimensional mesh and form a porous structure with pores smaller than 100 nm, and the average size and density of the pores can be controlled during the manufacturing process.
위와 같은 이유로, 에어로젤은 현저한 단열 및 내화성능을 보이는데, 이는 열전달이 일어나는 3가지 방법인 대류, 전도, 복사를 무력화시키기 때문이다. 대류를 효과적으로 차단하는 이유는 공기가 기공을 통해 순환할 수 없기 때문이다. 통상 실리카(Silica, SiO2) 에어로젤이 전도를 효과적으로 차단하는 이유는 실리카가 열전도가 잘 되지 않는 물질이기 때문이다(반면, 금속 에어로젤은 좀 더 나은 열전도체가 될 수 있다). 탄소(Carbon, C) 에어로젤이 복사를 효과적으로 차단하는 이유는 탄소가 열전달이 일어나는 적외선 복사를 흡수해 버리기 때문이다. 가장 단열성능이 좋은 에어로젤은 탄소를 첨가한 실리카(Silica, SiO2) 에어로젤이며, 여기에 알루미나(Alumina, Al2O3), 티타니아(Titania, TiO2), 탄소(Carbon, C) 에어로젤 중에서 선택되는 어느 1종 이상을 혼합 사용하여도 무방하고, 각각 단독으로 사용하더라도 그 특성을 나타내기에 충분한 것으로 조사되었다.For these reasons, aerogels exhibit significant heat insulation and fire resistance because they neutralize the three methods of heat transfer: convection, conduction and radiation. The reason for effectively blocking convection is that air cannot circulate through the pores. Normally, silica (SiO 2 ) airgels effectively block conduction because silica is a poorly conductive material (while metal airgels can be better thermal conductors). Carbon (C) airgels effectively block radiation because carbon absorbs infrared radiation, which causes heat transfer. The most insulated aerogels are carbon-added silica (Silica, SiO 2 ) airgels, which are selected from alumina (Alumina, Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), carbon (Carbon, C) airgel Any one or more of the above compounds may be used in combination, and each of them may be used alone to provide sufficient properties.
그리고 기존 단열재 성형용 바인더에 상기 에어로젤의 첨가로 인하여 유리장섬유 매트의 내부에 기공이 형성되어 단열재의 경량화와 더불어 내화성과 흡음성을 향상시키며, 또한 단열재의 표면 전체에 걸쳐 형성된 에어로젤의 소수성에 따른 탁월한 발수성능으로 인하여 장치나 배관에 빗물이 유입되거나 응축수가 발생되어 전기화학전지가 형성됨에 의해 금속이 부식되는 현상(CUI, Corrosion Under Insulation)에 대한 저항성을 현저히 높일 수 있게 된다.Also, due to the addition of the airgel to the existing insulating material forming binder, pores are formed in the glass filament mat to improve the fire resistance and sound absorption as well as the weight of the heat insulating material, and also excellent due to the hydrophobicity of the airgel formed on the entire surface of the heat insulating material. Due to the water repellency, it is possible to significantly increase the resistance to corrosion of metal (CUI, Corrosion Under Insulation) by the introduction of rainwater or condensate into the device or piping to form an electrochemical cell.
참고로, 에어로젤은 흡습성으로 인해 건조한 느낌이 나며, 강력한 제습제로 작용한다. 대부분이 공기로 이루어져 있기 때문에 반투명하며, 색깔이 나는 것은 나노 크기의 수지 구조에 의해 파장이 짧은 가시광선의 산란에 기인한다. 이로 인해 어두운 배경에서는 푸르스름한 색이 나타나고, 밝은 배경에서는 흰색이 나타난다. 에어로젤은 그 자체로서는 친수성으로 물을 흡수하면 수축이나 분해와 같은 구조적 변화가 유발되므로 화학처리를 통해 소수성으로 만들어 이를 방지하고 있으며, 내부까지 소수성 처리를 하면 깊은 크랙이 발생하더라도 에어로젤이 분해되는 것을 방지할 수 있다.For reference, the airgel feels dry due to hygroscopicity, and acts as a powerful dehumidifying agent. Most of them are made of air, so they are translucent, and the color comes from the scattering of short wavelengths of visible light due to the nano-sized resin structure. This results in a bluish color on a dark background and white on a light background. Airgel itself is hydrophilic in itself, so it absorbs water and causes structural changes such as shrinkage or decomposition, so it is made hydrophobic through chemical treatment, and hydrophobic treatment to the inside prevents decomposition of airgel even if deep cracks occur. can do.
상기 에어로젤은 물 100중량부에 대하여 1 ~ 10중량부로 함유되는 것이 바람직하며, 에어로젤 분말의 함량을 극대화하면 최고의 내화성능과 경량화 특성을 발휘할 수 있지만, 소재의 특성상 그 자체적으로 단열성이 높으면 강도 및 부착력이 약하고 강도가 높으면 단열, 방음 등의 성능이 낮은 상반된 관계로 에어로젤과 기타 재료와의 조성비율의 조정은 본 발명에 있어 매우 중요한 기술적 요건이다.The airgel is preferably contained in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of water. When the content of the airgel powder is maximized, the best fire resistance and light weight property can be exhibited. If the strength is weak and high, the performance ratio of the airgel and the other materials is inconsistent with the low performance of insulation, soundproofing, and the like, which is a very important technical requirement for the present invention.
또한, 본 발명은 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 용액을 20 ~ 30중량부로 포함하는데, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨은 물을 흡수하여 팽대하는 성질이 강하며, 상기 용액은 증점제로 작용하여 바인더의 수분증발과 노화를 방지하고 점성을 적절히 유지시킴으로써 유리장섬유 매트에 대한 바인더의 도포를 고르게 하고 작업성을 양호하게 한다.In addition, the present invention comprises 20 to 30 parts by weight of a 5% sodium carboxymethyl cellulose solution (Sodium Carboxymethyl Cellulose), sodium carboxymethyl cellulose is strong in absorbing water to expand, the solution acts as a thickener binder By preventing moisture evaporation and aging and maintaining the viscosity properly, the application of the binder to the glass fiber mat is even and the workability is good.
또한, 본 발명은 수용성 접착제를 사용하는바, 상기 수용성 접착제는 유리장섬유 매트의 층간 접착력에 문제가 없다면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 본 발명에서는 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate, PVA), 폴리아크릴산에스테르(Polyacrylic Ester) 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 사용함으로써 유기용제 사용에 따른 유해물질을 발생시키지 않기 때문에 작업자나 주변 환경에 나쁜 영향을 미치지 않는다. 상기 수용성 접착제는 유리장섬유 매트의 규격 등을 고려하여 물 100중량부에 대하여 5 ~ 15중량부로 함유하는 것이 안정된 접착력과 내구성을 확보하기에 바람직하다.In addition, the present invention uses a water-soluble adhesive, the water-soluble adhesive is not particularly limited if there is no problem in the interlaminar adhesion of the glass filament mat, in the present invention, polyvinyl acetate (PVA), polyacrylic acid ester ( Polyacrylic Ester) does not adversely affect workers or the surrounding environment because it does not generate harmful substances due to the use of organic solvents. The water-soluble adhesive is preferably contained in 5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of water in consideration of the specification of the glass filament mat, etc. It is preferable to ensure a stable adhesive strength and durability.
참고로, 상기 폴리비닐아세테이트는 단량체인 아세트산비닐을 과산화물 촉매로 처리하여 제조되며, 폴리아크릴산에스테르는 단량체인 아크릴산에 개시제를 첨가하여 가열하면 용이하게 부가 중합되어 제조된다.For reference, the polyvinylacetate is prepared by treating a vinyl acetate as a monomer with a peroxide catalyst, and the polyacrylic acid ester is easily added and polymerized when an initiator is added to acrylic acid as a monomer and heated.
또한, 본 발명에서는 바인더에 난연성을 부여하기 위해 난연제를 5 ~ 15중량부의 비율로 포함하는데, 난연제는 연소하기 쉬운 성질을 가지고 있는 유기물질을 물리, 화학적인 방법으로 개선하여 연소를 억제하거나 완화시키는 효과를 갖는 물질로서, 가열, 분해, 발열 등의 특정한 연소단계를 방해함으로써 그 기능을 나타내며, 본 발명에서는 브롬계, 인계, 수산화 알루미늄계, 안티몬계, 수산화 마그네슘계 난연제 중에서 선택되는 어느 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 그 요구되는 특성은 난연성, 용해성, 내후성, 상용성, 내이행성, 기본 수지와의 물성 변화를 고려하여 특별한 제한 없이 적절하게 그 종류와 사용량을 선택할 수 있다.In addition, the present invention comprises a flame retardant in the ratio of 5 to 15 parts by weight in order to impart flame retardancy to the binder, flame retardant to suppress or mitigate combustion by improving the organic material having the property of easy combustion by physical and chemical methods As a material having an effect, it exhibits its function by interfering with specific combustion steps such as heating, decomposition, and heat generation, and in the present invention, any one or more selected from bromine, phosphorus, aluminum hydroxide, antimony and magnesium hydroxide flame retardants It is preferable to use, and the required properties can be selected appropriately without particular limitation in consideration of flame retardancy, solubility, weather resistance, compatibility, migration resistance, physical properties change with the base resin.
나아가, 본 발명의 바인더는 물 100중량부에 대하여, 각각 실란 커플링제 1 ~ 3중량부, 불소계 발수제 3 ~ 5중량부를 포함할 수 있는바, 실란 커플링제는 바인더의 접착력과 장기간 안정성을 유지시키며, 불소계 발수제는 내열성과 내연성이 탁월할 뿐만 아니라 강력한 발수성능이 요구되는 용도에 추가적으로 첨가함으로써 주변 환경에 열악하게 노출되어 있는 단열재의 기능과 수명을 더욱 향상시키게 되는 것이다.Furthermore, the binder of the present invention may include 1 to 3 parts by weight of the silane coupling agent and 3 to 5 parts by weight of the fluorine-based water repellent, respectively, based on 100 parts by weight of water, and the silane coupling agent maintains the adhesive strength and long-term stability of the binder. In addition, the fluorine-based water repellent is not only excellent in heat resistance and flame resistance, but also added to applications requiring strong water repellency, thereby further improving the function and life of the insulation that is poorly exposed to the surrounding environment.
제2단계 공정은, 상기 제1단계 공정에서 제조된 에어로젤 바인더를 유리장섬유 매트에 함침시키거나 도포하는 것으로, 유리장섬유 매트는 주로 긴 유리섬유(E-glass fiber)를 카딩작업 후 니들펀칭하는 방법으로 제작되며, 이로 인하여 요구되는 매트 밀도와 층간의 결합력, 바인더의 함침성 및 형태유지에 필요한 지지력을 더욱 견고하게 확보하게 된다. 본 공정은 연속적으로 유리장섬유 매트를 에어로젤 바인더에 함침시키거나 그 표면 전체에 걸쳐 에어로젤 바인더가 도포되도록 하며, 만약 에어로젤 바인더를 유리장섬유 매트에 도포할 경우, 후공정인 롤링과 동시에 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명한 것이다.The second step process is to impregnate or apply the aerogel binder prepared in the first step to the glass filament mat, the glass filament mat is needle punching mainly after the long glass fiber (E-glass fiber) carding work It is manufactured by the method, which ensures the required mat density and the bonding force between the layers, the impregnation of the binder and the supporting force necessary for maintaining the shape. This process continuously impregnates the long filament mat into the aerogel binder or spreads the aerogel binder over its entire surface.If the aerogel binder is applied to the filament mat, it can be carried out simultaneously with the rolling process. Will be apparent to those skilled in the art.
이하, 본 명세서에서 “유리장섬유 (니들)매트(E-Glass Fiber Needle Mat, EGNM))”는 E-Glass Fiber를 얇은 슬라브 형태로 하여 그것을 적층하여 니들펀칭기에 의해 침자방식으로 결속시킨 매트 형상의 단열흡음소재를 의미하며, E-Glass는 비중 2.45 정도의 매우 딱딱한 재질이지만, E-Glass Fiber는 직경이 5 ~ 10㎛, 길이 2 ~ 3inch 수준의 섬유상으로 제조되어 유연성이 우수하고, 이 E-Glass Fiber를 적층하여 제조한 매트는 비중이 0.2 정도로서 다공질의 경량성 재질 특성을 나타낸다.Hereinafter, in the present specification, "E-Glass Fiber Needle Mat (EGNM)" is a mat shape in which E-Glass Fiber is laminated in a thin slab form and bound by needle needle punching. E-Glass is a very hard material with a specific gravity of 2.45, but E-Glass Fiber is made of 5 ~ 10㎛ diameter and 2 ~ 3inch long fiber, so it has excellent flexibility. -Mat manufactured by laminating glass fiber has specific gravity of about 0.2 and shows porous lightweight material properties.
또한, 본 발명에 이용되는 유리장섬유 매트는 상기 니들펀칭된 유리섬유 매트로 한정하는 것은 아니고, 유리장섬유 매트를 가공하여 제작된 다양한 형태의 단열재이면 본 발명의 기술적 범위에 모두 해당된다. In addition, the glass filament mat to be used in the present invention is not limited to the needle punched glass fiber mat, and various types of heat insulating materials manufactured by processing the glass filament mat are included in the technical scope of the present invention.
참고로, 유리섬유는 매우 가늘고 길게 성형한 후에 급냉시켜 만든 섬유형태의 유리를 말한다. 유리섬유는 그 형태와 생산방법에 따라 단열흡음재로 사용하는 단섬유와 각종 수지보강재로 사용되는 장섬유로 구분되며, 일반적으로 단섬유를 글라스 울(Glass Wool), 단섬유를 글라스 파이버(Glass Fiber)라고 부른다. 또한, 그 조성에 따라 E-Glass, C-Glass, S-Glass, 석영유리로 구분하고, 인장율이 높은 M-Glass도 있다. 장섬유인 글라스 파이버 가운데 가장 먼저 개발된 E-Glass는 조성 중 알칼리 성분이 거의 없어 고온에서의 안정성이 우수하고 전기전도도가 낮아 절연성이 우수한 재료로 평가되고 있다. E-Glass는 열경화성 수지가 개발된 1930년대부터 수지를 보강시켜 주는 수지강화제로 사용되기 시작하여 전기절연성을 이용한 각종 전기전자 제품부터 고강도가 요구되는 항공기 부품에까지 사용되고 있다.For reference, the glass fiber refers to the glass in the form of fiber made by quenching after forming very thin and long. Glass fiber is divided into short fiber used as insulation sound absorbing material and long fiber used as various resin reinforcement materials according to its shape and production method. Generally, short fiber is glass wool and short fiber is glass fiber. It is called). In addition, depending on the composition, there are E-Glass, C-Glass, S-Glass, quartz glass, and M-Glass with high tensile modulus. E-Glass, which was developed first among the long fiber glass, has almost no alkali component in its composition, so it is evaluated as a material having excellent stability at high temperature and low electrical conductivity, and having excellent insulation. E-Glass has been used as a resin reinforcing agent to reinforce resins since the 1930's when thermosetting resins were developed, and have been used in various electrical and electronic products using electrical insulation to aircraft parts requiring high strength.
제3단계 공정은, 유리장섬유 매트를 롤러로 압착하여 두께를 조절하는 것으로, 상기와 같은 롤링을 통하여 유리장섬유 매트의 내부 조직과 표면 형상을 균일하게 함과 아울러 비중을 일정하게 유지토록 하며, 후공정에서 이루어지는 지그나 프레스에 의한 단열재의 성형을 원활하게 한다.The third step is to control the thickness by pressing the glass filament mat with a roller, and to make the internal structure and surface shape of the glass filament mat uniform and maintain specific gravity through the rolling as described above. And shaping | molding of the heat insulating material by a jig | tool or a press made in a post process is performed smoothly.
제4단계 공정은, 에어로젤 바인더가 함침 또는 도포된 유리장섬유 매트를 다층으로 적층하고, 성형 및 건조하여 유리장섬유 단열재를 제조하는 것으로서, 단열재의 종류에 따라 원통형의 지그를 이용하여 다층으로 접합시켜 파이프 형태의 단열재로 성형하거나 프레스로 압착하여 다층으로 접합시킴에 의해 보드 형태의 단열재로 성형할 수도 있다. 이때, 적층되는 유리장섬유 매트는 사용되는 매트나 단열재의 두께에 따라 2 ~ 10겹(枚) 정도로 조정할 수 있다. 그리고 성형이 완료된 유리장섬유 단열재는 본 출원인이 특수 제작한 마이크로파(micro wave) 가열장치를 거쳐 건조시키며, 단열재의 규격에 따라 약 300℃ 이하의 온도에서 2 ~ 10 시간 이내로 가열하여 숙성시킴으로써 에어로젤 바인더를 사용함에 따른 균일한 접착력과 단열효과 등의 성질을 극대화할 수 있는 것으로 연구되었다.The fourth step is to manufacture a glass filament heat insulating material by laminating, molding and drying a glass filament mat impregnated or coated with an aerogel binder in multiple layers, and joining in a multi-layer using a cylindrical jig according to the type of heat insulating material. It can also be molded into a heat insulating material in the form of a pipe, or molded into a board-shaped heat insulating material by pressing in a press to join a multilayer. At this time, the laminated glass filament mat may be adjusted to about 2 to 10 layers depending on the thickness of the mat or heat insulating material used. And the glass filament heat insulating material is completed is dried through a microwave heating device specially prepared by the present applicant, the airgel binder by heating and maturing within 2 ~ 10 hours at a temperature of about 300 ℃ or less according to the specification of the heat insulating material It was studied to maximize the properties such as uniform adhesive strength and insulation effect by using.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.
<실시예 1>≪ Example 1 >
(에어로젤 바인더의 제조)(Manufacture of Aerogel Binder)
가열수단을 갖는 교반기에 물 100중량부를 투입하여 약 80℃의 온도로 가열한 상태에서 벤토나이트(Bentonite) 분말 4중량부를 투입하여 100℃로 상승할 때까지 3시간 동안 교반 분산시킨 다음, 탄소를 첨가한 실리카 에어로젤(Silica Aerogel) 3중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 용액 20중량부, 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate, PVA) 10중량부, 난연제(수산화마그네슘) 5중량부의 비율로 투입한 후 충분히 교반하여 에어로젤 바인더를 제조하였다. 이때, 상기 바인더의 점도는 약 15Pa/s로 유지한다.100 parts by weight of water was added to a stirrer having a heating means, and 4 parts by weight of bentonite powder was added at a temperature of about 80 ° C., stirred and dispersed for 3 hours until the temperature rose to 100 ° C., and then carbon was added. 3 parts by weight of a silica aerogel, 20 parts by weight of 5% sodium carboxymethyl cellulose solution, 10 parts by weight of polyvinyl acetate (PVA), and 5 parts by weight of flame retardant (magnesium hydroxide) After the addition, the mixture was sufficiently stirred to prepare an airgel binder. At this time, the viscosity of the binder is maintained at about 15 Pa / s.
(유리장섬유 단열재 성형)(Fiberglass Fiber Insulation Molding)
에어로젤 바인더에 두께 10㎜인 유리장섬유 매트를 함침시킨 다음, 롤러로 압착하고, 다시 원통형의 지그에 3층으로 적층 성형하여 두께 30㎜인 파이프 형태의 유리장섬유 단열재를 제조하고, 당사에서 보유하고 있는 마이크로파 건조장치에서 약 180 ~ 200℃의 온도로 2시간 동안 건조하였다.The airgel binder is impregnated with a glass fiberglass mat having a thickness of 10 mm, and then crimped with a roller, and laminated into three layers on a cylindrical jig to produce a glass fiberglass insulation material having a thickness of 30 mm. The microwave drying apparatus was dried at a temperature of about 180 ~ 200 ℃ for 2 hours.
<실시예 2><Example 2>
(에어로젤 바인더의 제조)(Manufacture of Aerogel Binder)
가열수단을 갖는 교반기에 물 100중량부를 투입하여 약 80℃의 온도로 가열한 상태에서 실리카졸(Silica Sol) 분말 4중량부를 투입하여 100℃로 상승할 때까지 3시간 동안 교반 분산시킨 다음, 탄소를 첨가한 실리카 에어로젤(Silica Aerogel) 5중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 용액 25중량부, 폴리아크릴산에스테르(Polyacrylic Ester) 10중량부, 난연제(수산화마그네슘) 5중량부의 비율로 투입한 후 충분히 교반하여 에어로젤 바인더를 제조하였다. 이때, 상기 바인더의 점도는 약 15Pa/s로 유지한다.100 parts by weight of water was added to a stirrer having a heating means, and 4 parts by weight of silica sol powder was added while heated to a temperature of about 80 ° C., stirred and dispersed for 3 hours until the temperature rose to 100 ° C., followed by carbon 5 parts by weight of silica aerogel (Silica Aerogel), 25 parts by weight of 5% sodium carboxymethyl cellulose solution, 10 parts by weight of polyacrylic ester, and 5 parts by weight of flame retardant (magnesium hydroxide) After the addition, the mixture was sufficiently stirred to prepare an airgel binder. At this time, the viscosity of the binder is maintained at about 15 Pa / s.
(유리장섬유 단열재 성형)(Fiberglass Fiber Insulation Molding)
실시예 2에 따른 유리장섬유 단열재의 성형은 상기 에어로젤 바인더의 구성성분이 실시예 1과 다른 것을 제외하고는, 동일한 조건에 의한 방법으로 유리장섬유 단열재를 제조하였다.Molding of the glass filament heat insulating material according to Example 2 was prepared in a glass filament heat insulating material by the same conditions, except that the components of the airgel binder is different from Example 1.
<실시예 3><Example 3>
(에어로젤 바인더의 제조)(Manufacture of Aerogel Binder)
가열수단을 갖는 교반기에 물 100중량부를 투입하여 약 80℃의 온도로 가열한 상태에서 벤토나이트(Bentonite) 분말 4중량부를 투입하여 100℃로 상승할 때까지 3시간 동안 교반 분산시킨 다음, 실리카 에어로젤(Silica Aerogel)과 탄소(Carbon Aerogel) 에어로젤 각각 4중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 용액 30중량부, 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate, PVA) 10중량부, 난연제(수산화마그네슘) 5중량부의 비율로 투입한 후 충분히 교반하여 에어로젤 바인더를 제조하였다. 이때, 상기 바인더의 점도는 약 15Pa/s로 유지한다.100 parts by weight of water was added to a stirrer having a heating means, and 4 parts by weight of bentonite powder was added while heated to a temperature of about 80 ° C., and stirred and dispersed for 3 hours until the temperature rose to 100 ° C., followed by silica airgel ( 4 parts by weight of Silica Aerogel) and 4 parts of Carbon Aerogel, 30 parts by weight of 5% solution of Sodium Carboxymethyl Cellulose, 10 parts by weight of Polyvinyl Acetate (PVA), flame retardant (magnesium hydroxide) 5 After the addition in parts by weight, the mixture was sufficiently stirred to prepare an airgel binder. At this time, the viscosity of the binder is maintained at about 15 Pa / s.
(유리장섬유 단열재 성형)(Fiberglass Fiber Insulation Molding)
실시예 3에 따른 유리장섬유 단열재의 성형은 에어로젤 바인더의 구성성분이 실시예 1과 다른 것을 제외하고는, 동일한 조건에 의한 방법으로 유리장섬유 단열재를 제조하였다.Molding of the glass filament heat insulating material according to Example 3 was prepared in a glass filament heat insulating material by the method under the same conditions, except that the components of the airgel binder is different from Example 1.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
(바인더의 제조)(Manufacture of Binder)
비교예 1에 따른 바인더는 실리카 에어로젤(Silica Aerogel)을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건으로 제조하였다.The binder according to Comparative Example 1 was prepared under the same conditions as in Example 1, except that silica aerogel was not added.
(유리장섬유 단열재 성형)(Fiberglass Fiber Insulation Molding)
비교예 1에 따른 유리장섬유 단열재의 성형 또한 바인더의 구성성분이 다른 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건에 의한 방법으로 유리장섬유 단열재를 제조하였다.Molding of the glass filament insulating material according to Comparative Example 1 A glass filament insulating material was manufactured by the same method as in Example 1 except that the components of the binder were different.
<비교예 2>Comparative Example 2
비교예 2에 따른 단열재는 시중에서 판매되고 있는 두께 30㎜인 규산칼슘(Calcium Silicate)재의 파이프 커버를 사용하였다.As a heat insulating material according to Comparative Example 2, a pipe cover made of calcium silicate (Calcium Silicate) having a thickness of 30 mm was commercially available.
<실험예><Experimental Example>
실시예 1 내지 실시예 3, 그리고 비교예 1 및 비교예 2에서 각각 제조된 단열재를 KS L9016, KS M3500, KS F2271, KS F4714 등 공인된 시험기준에 따라 5회 반복 측정하고, 그 평균값을 아래 표 1에 나타내었다.Insulation materials prepared in Examples 1 to 3, and Comparative Examples 1 and 2, respectively, was repeated five times according to the recognized test standards, such as KS L9016, KS M3500, KS F2271, KS F4714, and the average value was Table 1 shows.
(W/mk, at 70℃)Thermal conductivity
(W / mk, at 70 ℃)
(kPa)Compressive strength
(kPa)
(㎏/㎥, Max)density
(Kg / ㎥, Max)
(℃)Application temperature
(℃)
(%, 1시간 후)Surface water repellency
(% After 1 hour)
(316℃, 48시간)CUI resistance
(316 ° C, 48 hours)
(%)Absorption rate
(%)
(%)Drainage
(%)
상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 에어로젤 바인더를 이용하여 성형된 유리장섬유 단열재로 시험한 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 1의 유리장섬유 단열재에 비해 밀도, 내화성 등의 성능이 현저히 개선되어 보다 고온에서 안정되게 사용할 수 있는 것으로 나타났으며, 아울러 별도의 발수제를 사용하지 않더라도 발수성이 매우 향상되어 CUI 저항성은 물론, 장기간 우수한 접착력을 확보할 수 있는 관계로 내구성과 흡음성이 향상되는 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 아울러 본 발명의 유리장섬유 단열재는 에어로젤 바인더를 사용함으로써 압축강도가 다소 저하되지만 매트 자체의 유연성이 증대되어 성형가공이 더욱 양호하게 되는 장점도 있다.As shown in Table 1, Examples 1 to 3, which were tested with a glass filament heat insulating material molded by using the airgel binder of the present invention, the performance of the density, fire resistance, etc. is remarkably higher than the glass filament heat insulating material of Comparative Example 1 It has been shown to be able to be used more stably at a higher temperature, and also the water repellency is greatly improved even without using a separate water repellent agent, so that the durability and sound absorption can be improved due to the excellent adhesion of CUI as well as long term. It was confirmed that there is. In addition, the glass filament heat insulating material of the present invention is somewhat reduced in compressive strength by using an airgel binder, but also has the advantage that the molding process is improved by increasing the flexibility of the mat itself.
따라서 본 발명의 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더 및 이를 이용하여 성형된 단열재는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능한 것으로, 각종 산업용 설비의 배관이나 공업용 로(爐)와 같은 보온보냉용 플랜트 시설은 물론, 항공기, 선박, 자동차, 건축 구조물 등의 불연, 단열흡음재로 적용할 수 있는 환경 친화적인 소재로서 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.Therefore, the airgel binder for molding the glass filament heat insulating material of the present invention and the heat insulating material molded by using the same may be substituted, modified, and changed in various ways without departing from the technical spirit of the present invention, and for various industrial equipment piping or industrial use As well as thermal insulation plant facilities such as furnaces, as well as environmentally-friendly materials that can be applied as a non-combustible, insulating sound absorbing material of aircraft, ships, automobiles, building structures, etc. can be used in various uses and forms.
Claims (7)
상기 에어로젤은 탄소를 첨가한 실리카(Silica, SiO2) 또는 알루미나(Alumina, Al2O3), 티타니아(Titania, TiO2), 탄소(Carbon, C) 에어로젤 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 구성되고,
상기 수용성 접착제는 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate, PVA), 폴리아크릴산에스테르(Polyacrylic Ester) 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 구성되며,
상기 난연제는 브롬계, 인계, 알루미늄계, 안티몬계, 수산화 마그네슘계 난연제 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더.
2 to 6 parts by weight of silica sol or bentonite, 1 to 10 parts by weight of aerogel, 20 to 30 parts by weight of 5% solution of sodium carboxymethyl cellulose Part, containing 5 to 15 parts by weight of water-soluble adhesive, 5 to 15 parts by weight of flame retardant,
The airgel is composed of any one or more selected from carbon-added silica (Silica, SiO 2 ) or alumina (Alumina, Al 2 O 3 ), Titania (TiO 2 ), carbon (Carbon, C) airgel ,
The water-soluble adhesive is composed of any one or more selected from polyvinyl acetate (PVA), polyacrylic acid ester (Polyacrylic Ester),
The flame retardant is an airgel binder for forming a glass filament insulating material, characterized in that it is composed of any one or more selected from bromine, phosphorus, aluminum, antimony, magnesium hydroxide flame retardant.
물 100중량부에 대하여, 추가적으로 실란 커플링제(Silane Coupling Agent) 1 ~ 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더.The method of claim 1,
An airgel binder for forming a long glass fiber insulating material, comprising 1 to 3 parts by weight of a silane coupling agent (Silane Coupling Agent) additionally based on 100 parts by weight of water.
물 100중량부에 대하여, 추가적으로 불소계 발수제 3 ~ 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리장섬유 단열재 성형용 에어로젤 바인더.The method of claim 1,
An airgel binder for shaping a glass filament insulating material, further comprising 3 to 5 parts by weight of a fluorine-based water repellent based on 100 parts by weight of water.
상기 에어로젤 바인더를 유리장섬유 매트에 함침시키거나 도포하는 제2단계;
상기 유리장섬유 매트를 롤러로 압착하여 두께를 조절하는 제3단계;
상기 유리장섬유 매트를 다층으로 적층하고, 성형 및 건조하는 제4단계;
를 차례로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로젤 바인더를 이용한 유리장섬유 단열재의 성형방법.A first step of stirring and dispersing the airgel binder according to any one of claims 1 to 3;
A second step of impregnating or applying the airgel binder to a long glass fiber mat;
A third step of controlling the thickness by pressing the glass filament mat with a roller;
Stacking, molding, and drying the glass filament mat in multiple layers;
Forming method of a glass fiber insulating material using an airgel binder, characterized in that comprises sequentially.
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Legal Events
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