KR101539950B1 - 실리카 에어로겔과 유리섬유가 적층된 단열매트의 제조방법 및 이로부터 제조된 단열매트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유리섬유와 실리카 에어로겔이 교호로 적층된 단열매트를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 유리섬유 부직포 표면에 실리카졸과 경화조절제로 아세트산으로 조성된 1차 도포액도포하고, 그 위에 변성 실리케이트와 실리카 에어로겔로 조성되고, 2차 도포액을 도포한 다음 가압하여 유리섬유 부직포와 실리카 에어로겔층이 복수층으로 적층된 단열매트를 제조하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 유리섬유와 실리카 에어로겔이 교호로 적층된 단열매트는 보온, 단열성이 높고, 극소수성 실리카 에어로겔층에 의해 방습성도 향상되어 단열재의 흡습에 의해 단열성이 저하되는 현상도 방지되는 효과가 있으므로 보온, 단열이 요구되는 설비, 정유공장의 설비 등의 단열시공에 단열재로 매우 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명의 유리섬유와 실리카 에어로겔이 교호로 적층된 단열매트는 보온, 단열성이 높고, 극소수성 실리카 에어로겔층에 의해 방습성도 향상되어 단열재의 흡습에 의해 단열성이 저하되는 현상도 방지되는 효과가 있으므로 보온, 단열이 요구되는 설비, 정유공장의 설비 등의 단열시공에 단열재로 매우 유용하게 적용될 수 있다.
Description
본 발명은 정유공장의 설비, 열매체 등의 유체를 이송하는 난방시설 및 보온 단열이 요구되는 시설 등에 적용되는 단열매트의 제조방법에 관한 것이며, 구체적으로는 유리섬유와 실리카 에어로겔이 교호로 적층된 단열매트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리카 에어로겔은 기공율이 90% 이상이고, 비표면적이 수백 내지 1500m2/g 정도인 극저밀도이며, 높은 투광성과 낮은 열전도도 특성을 갖기 때문에 방음재, 단열재 등의 분야에 응용이 가능한 첨단소재이지만, 연하고 쉽게 부서지는 문제점을 지니고 있어 섬유상 매트릭스와 복합체(예, 매트)로 만들어 구조적으로 안정한 형태의 제품으로 사용하고 있다.
상기한 실리카 에어로겔과 섬유상 매트릭스의 복합체와 관련하여 선행기술로 예를 들면, 국내등록특허 등록번호제10-0385829호에 (a)졸을 제조하는 단계, (b)섬유를 단계(a)의 졸에 가하는 단계, (c)단계(b)에서 수득되는 졸을 겔로 전환시키는 단계, (d)겔에 적합한 변형공정을 수행하여, 겔에 존재하는 액체를 겔의 변형공정 이전, 도중 및 이후 중의 하나의 시점 또는 2개의 시점 또는 모든 시점에서 교체하거나 교체하지 않고서 평균 용적이 0.001㎣ 내지 1㎤인 섬유-연결된 단편을 형성하도록 하는 특정 방식으로 겔에 크랙(crack)을 도입하는 단계 및 (e)단계(d)에서 수득되는 변형된 겔을 에어로겔이 수득되는 방식으로 건조시키는 단계를 포함하는 복합재료의 제조방법을 개시하고 있으며, 이러한 실리카 에어로겔-섬유상 매트릭스 복합체는 제조공정이 복잡하고, 섬유와 에어로겔의 결합력이 약해져 건조후의 복합체로부터 에어로겔이 가루로 떨어져 나와 비산하기 때문에 작업 작업환경을 악화시키고 작업자의 신체와 접촉하여 작업자의 건강을 해지는 문제점이 있다.
또 국내 등록특허공보 등록번호 제10-1176137호에 소수성 실리카겔 분산액에 단섬유 부직포를 침지하여 부직포 내부에 실리카겔을 함침시키며, 이를 압축하여 추출된 혼합액은 침지액으로 재활용하고 부직포는 고온 건조부를 거쳐 회수되도록 구성된 단열패딩 제조방법을 개시하고 있으며, 국내 등록특허공보 등록번호 재10-1047965호에는 습윤겔을 표면 개질한 혼합액 중 상층액을 섬유 매트릭스 상에 배출시킨 후 300℃ 이상의 고온의 분위기에서 건조하고, 또는 가압롤러를 더 이용하여 함침시키는 것으로 구성된 에어로겔 매트의 제조방법이 개시되어 있으나 이들 선행기술은 다같이 에어로겔을 섬유상 소재에 '함침'시키는 기술로써 공정이 복잡하고 거기에 재료의 손실이 발생하여 생산성이 떨어지는 문제가 있을 뿐 아니라 에어로겔 입자가 섬유 내부에 균일하게 분산 및 분포되지 않고 부분적으로 뭉쳐지거나 존재하지 않아 단열효과가 균일하게 나타나지 않는 단점이 있다.
본 발명은 정유공장의 시설, 열매체 등의 유체를 이송하는 나방시설 등에 단열 시공이 편리하면서 단열재로부터 실리카 에어로겔의 미세입자의 비산이 없어 단열시공 시에 작업환경이 개선된 유리섬유층과 실리카 에어로겔층이 교호로 적층된 단열매트를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 정유공장의 설비, 열매체 등의 유체를 이송하는 난방시설 등에 적용되는 단열매트의 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있으며, 보다 상세하게는 실리카 에어로겔의 미세입자의 비산이 없어 단열 시공 시에 작업환경이 개선된 유리섬유와 실리카 에어로겔이 교호로 적층된 단열매트의 제조방법 및 이로부터 제조된 단열매트를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 목적 달성을 위한 해결수단으로 유리섬유와 실리카 에어로겔이 적층된 단열매트의 제조방법은 a). Al박막시트와 복수층의 유리섬유 부직포를 공급하는 유리섬유부직포 공급단계와, b). 복수층으로 공급되는 각각의 유리섬유 부직포의 상부 표면에 실리카졸과 경화조절제로 아세트산으로 조성된 1차 도포액(S1)을 0.5 ~ 1mm 도포한 다음, 그 위에 변성 실리케이트와 실리카 에어로겔로 조성되고, 점도가 200 ~ 1000cps의 2차 도포액(S2)을 1 ~ 3mm 두께로 도포하고, 가압로울러에 의해 Al박막시트에 유리섬유 부직포와 실리카 에어로겔층을 교대로 적층시켜 매트상으로 성형하는 단열매트 성형단계 및 c). 복수층으로 적층된 단열매트를 150 ~ 200℃에서 10 ~ 30분 건조시킨 후 재단하는 건조단계를 포함하는 것으로 이루어진다.
본 발명에 따른 상기 a). 유리섬유 부직포 공급단계에서 공급되는 Al박막시트는 통상 널리 이용되고 있는 Al박막시트를 선택하며, 특별히 한정되는 것은 아니며, 단열재의 내부에 형성되는 Al박막층은 단열시설과 단열재의 접촉을 긴밀하게 하면서 단열시설 표면에서 표출될 수 있는 수분을 원천적으로 차단함으로써 단열효과와 동시에 방습성을 보다 향상시키는 작용을 나타내며, 또 공급되는 유리섬유 부직포는 내열온도 400 ~ 750℃의 두께 3 ~ 10mm, 밀도 20 ~ 100㎏/㎥인 유리장섬유 부직포로 이루어지며, 단열소재로 이용되고 있는 E-글래스 파이버(E-glass Fifer) 부직포가 선택될 수가 있다.
상기 b). 단열매트 성형단계는 유리섬유 부직포를 복수로 공급하면서 공급되는 각각의 유리섬유 부직포 상부표면에 실리카졸과 경화조절제로 조성된 1차 도포액(S1)을 도포한 후, 변성실리케이트와 실리카 에어로겔로 조성된 2차 도포액(S2)을 도포하고 가압로울러에 의해 유리섬유 부직포 사이에 실리카 에어로겔층이 복수층으로 교호로 적층되게 하는 것으로 이루어지며, 유리섬유 부직포층이 3 ~ 10층으로 적층되게 하는 것으로 이루어진다.
그리고 상기 1차 도포액(S1)은 2차 도포액과 친화력이 있고, 유리섬유 부직포층 사이에 실리카 에어로겔층이 일정 두께로 형성되게 하는 작용을 하며, 1차 도포액(S1)의 실리카졸은 20℃에서 점도 20cps, 비중 1.15 ~ 1.4인 널리 시판되고 있는 제품으로 그 선택이 제한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자이면 쉽게 선택할 수가 있다.
또, 상기 2차 도포액(S2)의 변성실리케이트는 포타슘 메틸 실리케이트, 소듐 메틸 실리케이트 및 리튬 실리케이트로부터 1 이상의 성분이 선택되며, 실리카 에어로겔은 나노다공성 구조를 지니고 있는 저밀도 물질로서 열전도도가 매우 낮고, 1400℃ 정도의 용융한계점을 나타내므로 촉매의 담체, 내열재, 단열재, 소음 차폐재 등 다양한 분야에서 응용되고 있으며, 본 발명에서는 기공율 80 ~ 99.8%, 입자크기 10 ~ 100㎚, 굴절율 1.007 ~ 1.05. 열전도도 10 ~ 20 mW/mK의 실릴화된 극소수성 에어로겔(Aerogel)을 선택하는 것으로 이루어지며, 널리 알려진 물질로 시판(ISA 상사, REM텍 등)되고 있어 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자이면 쉽게 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 c). 건조단계는 유리섬유부직포와 실리카 에어로겔층이 교호로 적층된 단열매트로부터 수분 등을 제거하면서 도포액이 경화되도록 건조실에서 150 ~ 200℃에서 10 ~ 30분 건조시키는 것으로 이루어지며, 건조된 단열매트는 목적하는 규격으로 절단된다.
본 발명의 단열매트는 유리섬유 부직포층과 실리카 에어로겔층이 교호로 적층되어 리섬유와 실리카 에어로겔의 중복된 단열에 의해 단열성이 향상되면서 동시에 단열재의 부피 및 무게를 보다 감소시켜 제작할 수 있는 장점이 있을 뿐 아니라, 방습성이 향상되어 단열재의 수분 흡수에 따른 유리섬유의 열화를 방지하여 단열재의 수명이 향상되며, 실리카 에어로겔층이 유리섬유 부직포의 사이에 위치하기 때문에 단열재로부터 실리카 에어로겔의 미세입자의 비산이 없어 단열 시공 시에 작업환경이 개선되는 효과를 달성하는 특징이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 단열매트의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 제조장치.
이하에서는 본 발명을 실시예, 시험예 및 첨부한 도면에 의해 더욱 구체적으로 설명하겠으며, 아래 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
1). 1차 및 2차 도포액의 제조
시판하는 실리카졸 100부피부에 대하여 아세트산 1부피부를 배합하여 1차 도포액(S1)을 조제한다.
또 포타슘 메틸 실리케이트 50중량부, 소듐 메틸 실리케이트 50중량부로 조성된 변성실리케이드와 실리카 에어로겔(미국 케보트사 제품)을 부피비로 1 : 1의 비율로 고속혼합기(RPM 32000)에 투입하고, 균일하게 혼합하면서 점도가 800cps 되도록 조절하여 2차 도포액(S2)을 얻는다.
2). 단열매트의 제조
도 1을 참고하여 본 발명의 단열매트의 제조방법을 설명하면, Al박막시트 공급로울러(P1), 두께 3㎜인 5개의 유리섬유 부직포 공급로울러(도1은 3개의 공급로울러 P2를 예시한 것임)로부터 각각 Al박막시트와 유리섬유 부직포가 이송되면서 이송되는 복수의 유리섬유 부직포 각각의 상부표면에 1차 도포액(S1)을 0.5㎜두께로 도포하고, 순차적으로 2차 도포액(S2)를 3㎜ 두께로 도포한 다음, 가압로울러(R1)에 의해 Al박막시트와 복수의 유리섬유 부직포를 가압하여 유리섬유 부직포와 실리카 에어로겔이 교호로 복수층으로 적층된 매트상의 적층 단열재를 성형하고, 이어서 적층 단열매트를 건조로(D)를 통과시키면서 200℃에서 30분 건조시키고, 일정 규격으로 절단하여 실리카 에어로겔과 유리섬유가 적층된 두께 10㎜의 단열매트(건조과정에서 약30% 수축됨)의 최종제품으로 제조한다. 미설명 (S1)은 Al박막시트의 접착을 위한 접착제 도포수단이다.
<시험예>
상기 <실시예>에서 제조한 단열매트는 150㎏/㎥, 열전도도 20mW/m.k로 나타났으며, 위 실시예와 동일한 두께(10㎜)를 갖는 시중에 시판하고 있는 유리섬유단열재 및 에어로겔 복합단열재에 대하여 단열효과를 비교시험하고 그 결과를 아래 [표 1]에 나타내었다.
| 가열 표면온도(℃) | 단열 표면온도(℃) | ||
| 실시예 | 유리섬유단열재 | 에어로겔 복합단열재 | |
| 150 | 50 | 72 | 55 |
| 250 | 65 | 104 | 70 |
| 350 | 75 | 129 | 82 |
| 450 | 95 | 177 | 105 |
| 550 | 120 | 221 | 135 |
상기 [표 1]에 나타난 바와 같은 특성을 갖는 본 발명의 유리섬유와 실리카 에어로겔이 교호로 적층된 파이프형 단열재가 보온, 단열성이 높은 것을 알 수 있으며, 또한 본 발명의 유리섬유와 실리카 에어로겔이 적층된 단열매트는 극소수성 실리카 에어로겔층 및 최하층의 Al박막층에 의해 방습성이 보다 향상됨으로써 흡습 및 열에 의해 유리섬유의 열화 현상도 방지되어 단열재의 수명이 연장되는 효과가 있으므로 보온, 단열이 요구되는 설비, 정유공장 등의 단열시공에 단열재로 매우 유용하게 적용될 수 있다.
P1 : Al박막시트 공급로울러 P2 : 유리섬유부직포 공급로울러
R1 : 가압로울러 R2 : 안내로울러
S : Al박막시트 접착용 접착제 도포수단 S1 : 1차 도포액 도포수단
S2 : 2차 도포액 도포수단 D : 건조로
t : 절단수단
R1 : 가압로울러 R2 : 안내로울러
S : Al박막시트 접착용 접착제 도포수단 S1 : 1차 도포액 도포수단
S2 : 2차 도포액 도포수단 D : 건조로
t : 절단수단
Claims (4)
- a). Al박막시트와 복수층의 유리섬유 부직포를 공급하는 유리섬유부직포 공급단계와,
b). 복수층으로 공급되는 각각의 유리섬유 부직포의 상부 표면에 실리카졸과 경화조절제로 아세트산으로 조성된 1차 도포액(S1)을 0.5 ~ 1mm 도포한 다음, 그 위에 변성 실리케이트와 실리카 에어로겔로 조성되고, 점도가 200 ~ 1000cps의 2차 도포액(S2)을 1 ~ 3mm 두께로 도포하고, 가압로울러에 의해 Al박막시트에 유리섬유 부직포와 실리카 에어로겔층을 교대로 적층시켜 매트상으로 성형하는 단열매트 성형단계 및
c). 복수층으로 적층된 단열매트를 150 ~ 200℃에서 10 ~ 30분 건조시킨 후 재단하는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔과 유리섬유가 적층된 단열매트의 제조방법. - 청구항1에 있어서, 1차 도포액(S1)은 실리카졸 100부피부에 대하여 경화조절제로 아세트산 0.5 ~ 1부피부로 조성되고, 2차 도포액(S2)은 변성 실리케이트와 실리카 에어로겔이 부피비로 1 : 1 ~ 1.5의 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 유리섬유와 실리카 에어로겔이 적층된 단열매트의 제조방법.
- 청구항2에 있어서, 변성실리케이트는 포타슘 메틸 실리케이트, 소듐 메틸 실리케이트 및 리튬 실리케이트로부터 선택된 1 이상의 성분이고, 실리카 에어로겔은 기공율 80 ~ 99.8%, 입자크기 10 ~ 100㎚, 굴절율 1.007 ~ 1.05. 열전도도 10 ~ 20 mW/mK의 실릴화된 극소수성 에어로겔(Aerogel)인 것을 특징으로 하는 유리섬유와 실리카 에어로겔이 적층된 단열매트의 제조방법.
- 삭제
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2015
- 2015-01-19 KR KR1020150008796A patent/KR101539950B1/ko active IP Right Grant
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