KR101448141B1

KR101448141B1 - 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101448141B1
Application number: KR1020140066851A
Authority: KR
Inventors: 이태정; 김경환
Original assignee: 주식회사 하이템스
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2014-10-08

Abstract

본 발명은 열처리 제조공정에 사용되는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 이산화규소, 산화칼슘 및 산화알루미늄을 포함하여 이루어진 세라믹 단열재에 콜로이드 실리카가 포함된 버퍼층 및 실란코팅층을 도포하여 고온에서 사용 시 분진이 없어 내부 오염 원인을 제거한 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재는 세라믹 단열재; 상기 세라믹 단열재 표면에 도포되는 것으로, 콜로이드 실리카 및 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺ 또는 Ca²⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 이루어지는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 표면에 도포되는 유기실란으로 이루어진 실란코팅층; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법{Energy-saving particle-free heat insulating material and manufacturing method thereof}

본 발명은 열처리 제조공정에 사용되는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 이산화규소, 산화칼슘 및 산화알루미늄을 포함하여 이루어진 세라믹 단열재에 콜로이드 실리카가 포함된 버퍼층 및 실란코팅층을 도포하여 고온에서 사용 시 분진이 없어 내부 오염 원인을 제거한 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 단열재는 일정한 온도가 유지되도록 열 손실을 적게 하기 위해 열전도율을 낮게 한 재료로써, 사용하는 온도에 따라 100℃ 이하의 보냉재, 100 ~ 500℃의 보온재, 500 ~ 1,100℃의 단열재, 1,100℃ 이상의 내화단열재로 나뉘는데, 대부분은 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질이 되도록 만들어 기공 속의 공기의 단열성을 이용한다.

소재는 유기질과 무기질로 크게 나뉘는데, 유기질은 일반적으로 약 150℃ 이하에서 사용하는데 적합한 코르크, 면, 펠트, 탄화코르크 및 거품고무 등이 있으며, 고온에서 사용되는 무기질에는 석면, 유리솜, 석영솜, 규조토, 탄산마그네슘 분말, 마그네시아 분말, 균산칼슘, 펄라이트 등이 사용된다.

하지만 이러한 일반적인 무기 단열재는 분진 발생으로 인해 오염의 원인이 되어 반도체 및 LCD와 같은 공정에서 사용할 수 없는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 이산화규소, 산화칼슘 및 산화알루미늄을 포함하여 이루어진 세라믹 단열재에 콜로이드 실리카를 포함하는 버퍼층이 도포되어 버퍼층이 세라믹 단열재에서 박리되는 현상을 방지하고, 상기 버퍼층이 표면에 유기실란으로 이루어진 실란코팅층을 도포하여 유기실란의 규소와 유기화합물의 치환기가 고온에서 증착되면서 코팅막을 형성하여 열전도율을 낮추며 고온에서 분진이 생성되지 않는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 세라믹 단열재; 상기 세라믹 단열재 표면에 도포되는 것으로, 콜로이드 실리카 및 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺ 또는 Ca²⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 이루어지는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 표면에 도포되는 유기실란으로 이루어진 실란코팅층; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재를 제공하고자 한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명에서 상기 세라믹 단열재는 이산화규소(SiO₂), 산화칼슘(CaO) 및 산화알루미늄(Al₂O₃)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재를 제공하고자 한다.

삭제

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명에서 상기 실란코팅층에는 콜로이드 실리카가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재를 제공하고자 한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명에서 상기 유기실란은 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, i-프로필트리메톡시실란, i-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-펜틸트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헵틸트리메톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 시클로헥실트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-히드록시에틸트리메톡시실란, 2-히드록시에틸트리에톡시실란, 2-히드록시프로필트리메톡시실란, 2-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-히드록시프로필트리메톡시실란, 3-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로피트리에톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란 또는 3-우레이도프로필트리에톡시실란 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 트리알콕시실란류; 및 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디-n-프로필디메톡시실란, 디-n-v프로필디에톡시실란, 디-i-프로필디메톡시실란, 디-i-프로필디에톡시실란, 디-n-부틸디메톡시실란, 디-n-부틸디에톡시실란, 디-n-펜틸디메톡시실란, 디-n-펜틸디에톡시실란, 디-n-헥실디메톡시실란, 디-n-헥실디에톡시실란, 디-n-헵틸디메톡시실란, 디-n-헵틸디에톡시실란, 디-n-옥틸디메톡시실란, 디-n-옥틸디에톡시실란, 디-n-시클로헥실디메톡시실란, 디-n-시클로헥실디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 또는 디페닐디에톡시실란 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 디알콕시실란류; 으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재를 제공하고자 한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법에 있어서, (a) 세라믹 단열재 표면에 스프레이 방식으로 수분산 콜로이드 실리카 및 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺ 또는 Ca²⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 이루어지는 버퍼층을 도포하는 단계; (b) 상기 버퍼층이 도포된 세라믹 단열재를 열처리하는 단계; (c) 상기 버퍼층이 열처리된 세라믹 단열재를 스프레이 방식으로 유기실란과 유기용매의 혼합물을 분사하여 실란코팅층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 실란코팅층이 도포된 세라믹 단열재를 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법을 제공하고자 한다.

삭제

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명에서 상기 실란코팅층에는 수분산 콜로이드 실리카가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법을 제공하고자 한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명에서 상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 부탄올 중 적어도 어느 하나 이상이 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법을 제공하고자 한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명에서 상기 (c) 단계에서, 유기실란과 유기용매의 혼합물은 유기실란 100 중량부에 대하여 유기용매 80 ~ 110 중량부를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법을 제공하고자 한다.

다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명에서 상기 (b) 및 (d) 단계에서 열처리는 건조로에서 150 ~ 200℃의 온도로 30 ~ 60분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법을 제공하고자 한다.

첫째, 본 발명에 의하면 이산화규소, 산화칼슘 및 산화알루미늄을 포함하여 이루어진 세라믹 단열재에 규소를 포함하는 동질의 버퍼층과 실란코팅층을 도포하여 고온에서도 분진이 생성되지 않는 효과를 얻을 수 있다.

둘째, 본 발명에 의하면 세라믹 단열재, 버퍼층 및 실란코팅층에 규소를 포함하고 있어, 세라믹 단열재와 실란코팅층 사이에 물리적 또는 화학적으로 결합되어 고온에서도 실란코팅층이 박리되는 현상을 줄일 수 있다.

셋째, 본 발명에 의하면 세라믹 단열재에 버퍼층과 실란코팅층만을 도포하면 되는 것으로, 제작이 쉽고 간편하며, 단가가 낮다.

넷째, 본 발명에 의하면 버퍼층과 실란코팅층만을 도포한 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재는 중량이 가벼워 양중 및 운송 부담이 없으며, 단열 성능이 뛰어나다.

도 1은 본 발명의 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재를 도시하는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재(1)는 세라믹 단열재(10), 상기 세라믹 단열재(10) 표면에 도포되는 버퍼층(20) 및 상기 버퍼층(20) 표면에 도포되는 유기실란으로 이루어진 실란코팅층(30)을 포함하여 이루어진다.

세라믹 단열재(10)는 이산화규소(silicon dioxide; SiO₂), 산화칼슘(calcium oxide; CaO) 및 산화알루미늄(aluminum oxide; Al₂O₃)을 포함하여 이루어진다.

일반적으로 세라믹 단열재는 이산화규소(SiO₂) 및 산화알루미늄(Al₂O₃)이 주재료로 구성되는 반면, 본 발명의 세라믹 단열재(10)는 이산화규소(SiO₂) 40 ~ 60 중량% 및 산화칼슘(CaO) 38 ~ 59.5 중량%가 주재료로 구성되고 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.5 ~ 2 중량%가 소량 첨가되는 것이 특징이다.

상기 이산화규소(SiO₂)는 가격이 저렴하며 고온에 강하기 때문에 세라믹 단열재의 주재료로 많이 사용된다.

상기 이산화규소는 40 ~ 60 중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 이산화규소가 40 중량% 미만이면 다른 재료가 많이 사용되어 비경제적이며, 60 중량% 이상이면 강도가 약해지게 된다.

상기 산화칼슘(CaO)은 다공성의 재료이기 때문에 고온에서 단열 성능이 우수하다.

상기 산화칼슘은 38 ~ 59.5 중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 산화칼슘이 38 중량% 미만이면 고온에서 원하는 단열 성능을 기대하기 어렵고, 59.5 중량% 이상이면 단열 성능의 효과가 차이가 없어 필요 이상으로 사용하게 된다.

상기 산화알루미늄(Al₂O₃)은 알루미늄 원광석의 주성분으로써, 고온에 강하며 강도가 우수하다.

상기 산화알루미늄은 0.5 ~ 2 중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 산화알루미늄이 0.5 중량% 미만이면 산화알루미늄의 성능을 발휘하기에 너무 미비한 양이고, 2 중량% 이상이면 단가가 올라가 비경제적이다.

또한 상기 세라믹 단열재(10)에는 이산화규소(SiO₂), 산화칼슘(CaO) 및 산화알루미늄(Al₂O₃) 이외에 산화마그네슘(magnesium oxide; MgO), 이산화타이타늄(titanium dioxide; TiO₂), 지르코니아(zirconia; ZrO₂) 등을 더 첨가할 수 있다.

상기 산화마그네슘(MgO)은 대단히 가볍고 녹는점이 2,800℃라서 고온에 사용되는 단열재의 성분으로 좋은 재료이다.

상기 이산화타이타늄(TiO₂)는 고온에서 강하며 절연체로써 고온에 사용되는 단열재에 사용하기 좋은 재료이다.

상기 지르코니아(ZrO₂)는 산화칼슘, 산화마그네슘 등을 고용시켜 강도와 인성이 좋아 세라믹 단열재(10)의 내구성과 내충격성을 우수하게 해준다.

버퍼층(20)은 콜로이드 실리카 및 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg² ⁺ 또는 Ca² ⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 이루어진다.

상기 버퍼층(20)은 세라믹 단연재(10)의 구성물질 중 하나인 이산화규소(SiO₂)에 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg² ⁺ 또는 Ca² ⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 네트워크 연결되어 형성된다.

상기 버퍼층(20)은 후술할 실란코팅층(30)이 세라믹 단열재(10)에 더 잘 도포되도록 하기 위한 것으로 세라믹 단열재(10)와 실란코팅층(30)의 결합력을 증진시키는 브릿지 역할을 한다.

상기 버퍼층(20)은 세라믹 단열재(10)와 같은 구성물질을 포함하여 이루어지기 때문에 유기적 결합에 의해 버퍼층(20)이 고온에서도 박리되는 현상을 방지할 수 있다.

실란코팅층(30)은 유기실란으로 이루어져 있으며, 상기 실란코팅층(30)에는 콜로이드 실리카가 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.

상기 실란코팅층(30)은 상기 세라믹 단열재(10)의 열전도율을 낮추며, 고온에서 세라믹 단열재(10) 표면에 분진이 생기는 현상을 방지한다.

상기 실란코팅층(30)은 규소(Si)를 포함하고 있기 때문에, 버퍼층(20)의 구성물질과 동일한 원소로 되어 있어 버퍼층(20)과의 결합 능력이 우수하다. 나아가 실란코팅층(30)에 버퍼층(20) 및 세라믹 단열재(10)의 구성물질인 이산화규소(SiO₂)를 더 첨가하면 더 우수한 유기적 결합으로 버퍼층(20)에 더욱 밀착되어 상기 실란코팅층(30)이 박리되는 현상을 방지할 수 있다.

상기 유기실란은 트리알콕시실란류와 디알콕시실란류으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어진다.

상기 트리알콕시실란류는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, i-프로필트리메톡시실란, i-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-펜틸트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헵틸트리메톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 시클로헥실트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-히드록시에틸트리메톡시실란, 2-히드록시에틸트리에톡시실란, 2-히드록시프로필트리메톡시실란, 2-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-히드록시프로필트리메톡시실란, 3-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로피트리에톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란 또는 3-우레이도프로필트리에톡시실란 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된다.

상기 디알콕시실란류는 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디-n-프로필디메톡시실란, 디-n-v프로필디에톡시실란, 디-i-프로필디메톡시실란, 디-i-프로필디에톡시실란, 디-n-부틸디메톡시실란, 디-n-부틸디에톡시실란, 디-n-펜틸디메톡시실란, 디-n-펜틸디에톡시실란, 디-n-헥실디메톡시실란, 디-n-헥실디에톡시실란, 디-n-헵틸디메톡시실란, 디-n-헵틸디에톡시실란, 디-n-옥틸디메톡시실란, 디-n-옥틸디에톡시실란, 디-n-시클로헥실디메톡시실란, 디-n-시클로헥실디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 또는 디페닐디에톡시실란 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된다.

상기와 같은 실란코팅층(30)의 유기실란은 규소(Si)와 유기화합물의 치환기가 고온에서 증착되면서 코팅막을 형성하여 고온에서 견딜 수 있어 열전도율을 낮추어주며, 분진이 생성되는 것을 방지해주는 효과가 있다.

다음으로, 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재(1)의 제조방법에 관하여 살펴본다.

먼저, (a) 세라믹 단열재(10) 표면에 스프레이 방식으로 버퍼층(20)을 도포한다.

상기 세라믹 단열재(10)는 이산화규소(SiO₂), 산화칼슘(CaO) 및 산화알루미늄(Al₂O₃)을 포함하여 이루어지고, 상기 버퍼층(20)은 이산화규소(SiO₂)인 실리카가 물에 분산되어 있는 수분산 콜로이드 실리카 및 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg² ⁺ 또는 Ca² ⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 이루어진다.

상기 수분산 콜로이드 실리카는 물 100 중량부에 대하여 실리카 26 ~ 33 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 실리카가 26 중량부 미만이면 실리카가 적어 점도가 낮아 후술할 고온의 열처리시 물의 급격한 기화현상으로 인하여 국부적으로 실리카의 함량이 높은 부분이 존재할 수 있고, 33 중량부 이상이면 실리카의 점도가 높아 물에 골고루 분산되지 않아 실리카가 뭉치는 현상이 생길 수 있다.

상기 콜로이드 실리카는 10 ~ 20㎚ 사이즈의 실리카로 이루어진 것이 바람직한데, 실리카가 10㎚ 미만이면 미세분말을 만들기 위해 제조 단가가 올라가며, 20㎚ 이상이면 입자가 너무 커서 얇게 코팅하기 어렵다.

세라믹 단열재(10)에 버퍼층(20)을 도포하기 위해 세라믹 단열재(10)를 수분산 콜로이드 실리카와 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg² ⁺ 또는 Ca² ⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 이루어진 버퍼층액에 함침하면 단열재 안에 있는 기공까지 함께 도포되어 후술할 고온의 열처리에서 기공에 도포된 버퍼층(20) 때문에 세라믹 단열재(10) 표면에 우는 현상이 생길 수 있다. 이러한 우는 현상을 방지하고자, 세라믹 단열재(10)에 스프레이 방식으로 버퍼층(20)을 세라믹 단열재(10)의 표면만 빨리 도포하는 방법을 채택한다.

다음으로, (b) 상기 버퍼층(20)이 도포된 세라믹 단열재(10)를 열처리한다.

상기 열처리는 건조로에서 150℃ ~ 200℃의 온도로 30 ~ 60분 동안 이루어진다.

상기 건조로 온도는 150℃ ~ 200℃로 하는 것이 바람직한데, 건조로 온도가 150℃ 미만이면 상기 버퍼층(20)의 증착이 잘 일어나지 않아서 버퍼층(20)의 코팅시간이 오래 걸리고, 200℃ 이상이면 증착이 그 전에 다 일어나기 때문에 필요가 없다.

또한, 상기 건조 시간은 150℃ ~ 200℃ 온도의 건조로에서 30 ~ 60분 동안 건조하는 것이 바람직한데, 30분 미만이면 상기 버퍼층(20)의 증착이 다 이루어지지 않고, 60분 이상이면 벌써 증착이 다 일어나기 때문에 필요가 없다.

그 다음으로, (c) 상기 버퍼층(20)이 열처리된 세라믹 단열재(10)를 스프레이 방식으로 유기실란과 유기용매의 혼합물을 분사하여 실란코팅층(30)을 형성한다.

(c) 단계 역시 (a) 단계와 마찬가지로 열처리 후 버퍼층(20) 표면에 실란코팅층(30)이 우는 현상을 방지하기 위하여 스프레이 방식으로 실란코팅층(30)을 도포하는 방법을 채택한다.

상기 실란코팅층(30)은 유기실란으로 이루어져 있으며, 실란코팅층(30)에는 수분산 콜로이드 실리카가 더 첨가되는 것을 특징으로 한다.

실란코팅층(30)의 유기실란은 규소(Si)를 포함하고 있으며, 수분산 콜로이드 실리카 역시 버퍼층(20)과 동일한 구성물질이어서 실란코팅층(30)과 버퍼층(20)의 결합이 유기적으로 결합되어 두 층이 박리되는 현상을 방지할 수 있다.

상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 부탄올 중 적어도 어느 하나 이상이 포함하여 이루어진다.

상기 유기용매는 유기실란의 점도를 적절하게 하여 유기실란이 고르게 분산된 실란코팅층(30)을 형성하게 한다.

유기실란과 유기용매의 혼합물은 유기실란 100 중량부에 대하여 유기용매 80 ~ 110 중량부를 혼합하여 이루어진다.

상기 유기실란 100 중량부에 대하여 유기용매 80 ~ 110 중량부를 혼합하는 것이 바람직한데, 유기용매가 80 중량부 미만이면 그 양이 적어 유기용매에 유기실란이 고르게 분산되기 힘들고, 110 중량부 이상이면 유기실란이 버퍼층(20)의 표면에 흡착되는 시간이 길어져 불필요하다.

마지막으로, (d) 상기 실란코팅층(30)이 도포된 세라믹 단열재(10)를 열처리한다.

상기 열처리는 버퍼층(20)의 열처리와 같은 조건인 건조로에서 150℃ ~ 200℃의 온도로 30 ~ 60분 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 건조로 온도는 150℃ ~ 200℃로 하는 것이 바람직한데, 건조로 온도가 150℃ 미만이면 실란코팅층(30)의 증착이 잘 일어나지 않아서 코팅막을 형성하는데 시간이 오래 걸리고, 200℃ 이상이면 증착이 그 전에 다 일어나기 때문에 필요가 없다.

상기 건조 시간은 150℃ ~ 200℃ 온도의 건조로에서 30 ~ 60분 동안 건조하는 것이 바람직한데, 30분 미만이면 실란코팅층(30)의 증착이 다 이루어지지 않고, 60분 이상이면 벌써 증착이 다 일어나기 때문에 필요가 없다.

상기와 같은 열처리는 고온에서 유기실란의 규소와 유기화합물의 치환기가 증착되면서 코팅막을 형성하여 실란코팅층(30)이 고온에서 견딜 수 있기 때문에 세라믹 단열재(10)의 열전도율을 낮추어주고, 상기 세라믹 단열재(10)의 표면에 분진이 생기는 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재(1)의 단열성능을 확인하기 위하여 아래와 같이 실험을 하였다.

시험을 위해 온도 27℃ ± 1℃ 및 상대습도 27% R.H. ± 1% R.H.의 동일한 조건에서 실시되었다.

본 발명에 사용되는 세라믹 단열재(10)는 이산화규소 40 ~ 60 중량%, 산화칼슘 38 ~ 59.5 중량% 및 산화알루미늄(Al₂O₃) 0.5 ~ 2 중량%로 제조하였고, 상기 세라믹 단열재(10)에 도포되는 버퍼층(20)은 물 100 중량부에 대하여 10 ~ 20㎚ 사이즈의 콜로이드 실리카 29 ~ 31 중량부의 수분산 콜로이드 실리카에 Na⁺ 이온 0.5 중량부를 혼합하여 제조하였다.

상기 버퍼층(20)이 도포된 세라믹 단열재(10)는 건조로에서 150 ~ 200℃의 온도로 30분 동안 열처리하였다.

상기 열처리된 세라믹 단열재(10)에 도포되는 실란코팅층(30)은 유기실란 100 중량부에 대하여 아세톤 및 메탄올을 3:7 중량비로 제조한 유기용매 110 중량부를 혼합하여 제조하였다.

상기 실란코팅층(30)이 도포된 세라믹 단열재(10)는 건조로에서 150 ~ 200℃의 온도로 30분 동안 열처리하여 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재(1)를 제조하였다.

상기 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재(1)는 KS L 1604:2007의 시험방법에 따라 실시하였으며, 시험 결과를 [표 1]에 나타내었다.

<온도에 따른 열전도도 시험>

온도 (℃)	기존 세라믹 단열재	에너지 저감형 고온용 무분진 단열재
27	0.16 (W/mK)	0.10 (W/mK)
200	0.12 (W/mK)	0.09 (W/mK)
400	0.14 (W/mK)	0.09 (W/mK)
600	0.19 (W/mK)	0.09 (W/mK)
800	0.47 (W/mK)	0.23 (W/mK)

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실란코팅층(30)이 도포되지 않은 기존 세라믹 단열재의 열전도도 보다 실란코팅층(30)이 도포된 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재(1)의 열전도도가 낮은 것을 확인할 수 있으며, 800℃에서는 열전도도가 월등히 낮아 단열성능이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

1: 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 10: 실란코팅층
20: 버퍼층 30: 세라믹 단열재

Claims

세라믹 단열재(10);
상기 세라믹 단열재(10) 표면에 도포되는 것으로, 콜로이드 실리카 및 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺ 또는 Ca²⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 이루어지는 버퍼층(20); 및
상기 버퍼층(20) 표면에 도포되는 유기실란으로 이루어진 실란코팅층(30); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재.
제1항에서,
상기 세라믹 단열재(10)는 이산화규소(SiO₂), 산화칼슘(CaO) 및 산화알루미늄(Al₂O₃)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재.
삭제
제1항에서,
상기 실란코팅층(30)에는 콜로이드 실리카가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재.
제1항에서,
상기 유기실란은 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, i-프로필트리메톡시실란, i-프로필트리에톡시실란, n-부틸트리메톡시실란, n-부틸트리에톡시실란, n-펜틸트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-헵틸트리메톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 시클로헥실트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-히드록시에틸트리메톡시실란, 2-히드록시에틸트리에톡시실란, 2-히드록시프로필트리메톡시실란, 2-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-히드록시프로필트리메톡시실란, 3-히드록시프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로피트리에톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란 또는 3-우레이도프로필트리에톡시실란 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 트리알콕시실란류; 및
디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디-n-프로필디메톡시실란, 디-n-v프로필디에톡시실란, 디-i-프로필디메톡시실란, 디-i-프로필디에톡시실란, 디-n-부틸디메톡시실란, 디-n-부틸디에톡시실란, 디-n-펜틸디메톡시실란, 디-n-펜틸디에톡시실란, 디-n-헥실디메톡시실란, 디-n-헥실디에톡시실란, 디-n-헵틸디메톡시실란, 디-n-헵틸디에톡시실란, 디-n-옥틸디메톡시실란, 디-n-옥틸디에톡시실란, 디-n-시클로헥실디메톡시실란, 디-n-시클로헥실디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란 또는 디페닐디에톡시실란 중 적어도 어느 하나 이상이 포함된 디알콕시실란류; 으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재.
제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 의한 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재(1)의 제조방법에 있어서,
(a) 세라믹 단열재(10) 표면에 스프레이 방식으로 수분산 콜로이드 실리카 및 Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺ 또는 Ca²⁺ 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 이온을 포함하여 이루어지는 버퍼층(20)을 도포하는 단계;
(b) 상기 버퍼층(20)이 도포된 세라믹 단열재(10)를 열처리하는 단계;
(c) 상기 버퍼층(20)이 열처리된 세라믹 단열재(10)를 스프레이 방식으로 유기실란과 유기용매의 혼합물을 분사하여 실란코팅층(30)을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 실란코팅층(30)이 도포된 세라믹 단열재(10)를 열처리하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법.
삭제
제6항에서,
상기 실란코팅층(30)에는 수분산 콜로이드 실리카가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법.
제6항에서,
상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 부탄올 중 적어도 어느 하나 이상이 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법.
제6항에서,
상기 (c) 단계에서, 유기실란과 유기용매의 혼합물은 유기실란 100 중량부에 대하여 유기용매 80 ~ 110 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법.
제6항에서,
상기 (b) 및 (d) 단계에서 열처리는 건조로에서 150 ~ 200℃의 온도로 30 ~ 60분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재의 제조방법.