KR101555571B1 - 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법 및 그에 의한 에어로겔이 담지된 복합 단열재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법 및 그에 의한 복합 단열재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단열재 내부에 형성된 무수한 개방형 기공에 에어로겔이 높은 밀도로 담지되도록 함으로써, 종래에 비하여 단열재의 단열성능이 월등하게 향상되도록 한 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법 및 그에 의한 에어로겔이 담지된 복합 단열재에 관한 것이다. 본 발명에서는, 일정 형태로 형성된 단열재 내부의 개방형 기공에, 졸(Sol) 상태의 실리카 혼합물을 담지시키고, 상기 기공에 담지된 졸 상태의 실리카 혼합물을 겔(Gell)화하여 에어로겔을 형성하는 단계를 포함하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법과 그에 따라 제조된 복합 단열재가 제공된다. 본 발명에 따른 에어로겔이 담지된 복합 단열재는, 단열성능이 우수하면서 경량이고 두께를 줄일 수 있는 단열재로서, 기존 단열재를 대체하여 널리 이용될 수 있다.

Description

에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법 및 그에 의한 에어로겔이 담지된 복합 단열재{A manufacturing method of multiple insulting material with aerogel and the multiple insulting material with aerogel thereby}

본 발명은 복합 단열재에 관한 것으로, 특히 에어로겔이 담지된 복합 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발포 단열재는 높은 강도, 경량성, 완충성, 방수성, 보온성이 우수하여 각종 가전, 농수산물, 공산품 등의 포장재로 사용되고 있으며, 특히, 주택단열 소재로도 적합하여 국내 수요의 70%를 차지하고 있다. 하지만 단열 성능의 향상과 함께 거주공간을 넓히기 위한 외벽의 슬림화를 위해 단열재의 두께를 줄일 것이 계속적으로 요구되고 있다.

위와 같은 요구에 부응하기 위하여 단열성능을 더욱 향상시키고자 하는 기술개발이 이루어지고 있는데, 그 내용을 보다 구체적으로 살펴보면, 미국공개특허 US2012/0142802에서는 멜라민 폼의 내부에 에어로겔 분말을 충진하여 단열재로 사용되는 멜라민 폼의 열전도를 낮춘 바 있고, 한국공개특허 10-2012-0133349에서는 진공흡입을 통하여 아미노 폼의 내부에 무기필러(에어로겔) 분말을 충진하여 열전도를 낮추고자 한 바 있다.

그러나, 미국공개특허 US2012/0142802에서는 단열성능의 향상이 미미하였을 뿐 아니라, 한국공개특허 10-2012-0133349의 경우, 아미노수지 폼은 에어로겔 분말을 충진하더라도 그 열전도도(mW/m.k)는 33 내지 35에 그치고 있는 실정이다. 이밖에도 에어로겔을 이용한 복합 단열재 기술이 많이 시도되고 있으나, 대부분 단열성능의 개선이 기대에 미치지 못하고 미미한 실정이다.

1. 미국공개특허 US2012/0142802(2012. 6. 7. 공개) 2. 한국공개특허 10-2012-0133349(2012. 12. 10. 공개)

에어로겔을 이용한 종래의 복합 단열재의 단열성능이 기대에 미치지 못하는 원인을 분석하여 본 결과, 분말 형태의 에어로겔은 공기의 흐름에 따라 단열재의 내부 기공에 담지되는 경향이 있고, 그로 인하여 분말 형태의 에어로겔은 단열재의 내부 기공에 균일하게 담지되지 아니하고, 불균일하게 담지되는 문제점이 있음을 발견하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 단열재 내부에 형성된 무수한 개방형 기공에 에어로겔이 높은 밀도로 담지되도록 함으로써, 종래에 비하여 단열재의 단열성능이 월등하게 향상되도록 한, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법 및 그에 의한 복합 단열재를 제공하고자 하는 데에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명에서는 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 해결수단으로, 일정 형태로 형성된 단열재 내부의 개방형 기공에, 졸(Sol) 상태의 실리카 혼합물을 담지시키고, 상기 기공에 담지된 졸 상태의 실리카 혼합물을 겔(Gell)화하여 에어로겔을 형성하는 단계를 포함하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서는, 내부에 다수의 개방형 기공이 형성된 일정 형상의 단열재; 상기 단열재의 내부 개방형 기공에 담지되는 에어로겔; 을 포함하여 이루어지되, 상기 에어로겔은, 상기 내부 기공에 졸(Sol) 상태의 실리카 혼합물을 먼저 담지한 후, 상기 담지된 실리카 혼합물을 겔화함으로써 단열재와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재를 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 해결수단은 이하와 같은 기술적, 경제적 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 종래의 에어로겔 단열재는, 진공흡입 등의 방법으로써 분말 형태의 에어로겔을 단열재의 내부 기공에 분산 및 담지되도록 하였으나, 이러한 방법은 에어로겔의 담지가 불균일하여 단열성능의 향상이 미미한 반면, 본 발명은 졸 상태의 실리카 혼합물을 사용하여 단열재의 내부 기공에 빈틈없이 담지되도록 한 후, 이를 겔(Gell)화하여 에어로겔로 형성되도록 함으로써 단열성능이 더욱 향상되도록 하는, 기술적 효과가 있다.

둘째, 본 발명에 의하여 형성되는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재는 일정 형태로 발포성형된 단열재의 내부에 졸 상태의 실리카 혼합물을 주입하여 담지된 상태에서 에어로겔로 형성되도록 한 것이어서, 종래 모노머 혹은 폴리머 형태의 발포재 입자와 에어로겔 입자를 혼합하여 형성하는 구성에 비하여 구조강도가 월등히 높아 사용과 작업이 용이하고, 단열성능이 오래 유지되는 기술적 효과도 있다.

셋째, 본 발명은 난연성이 우수한 에어로겔이 단열재의 내부 기공에 일체형으로 담지됨으로써, 종래의 단열재에 비하여 난연성이 크게 증대되는 기술적 효과가 있고, 아울러 그로 인하여 소방상의 안전효과도 있다.

도 1은 졸 상태의 실리카 혼합물이 담지되기 전의 단열재의 내부 기공 상태도
도 2는 졸 상태의 실리카 혼합물이 담지된 단열재의 내부 기공 상태도
도 3은 본 발명에 의하여 단열재의 내부 기공에 담지된 에어로겔의 확대도
도 4는 본 발명에 의한 멜라민 폼 단열재의 에어로겔 담지 전, 후 대비도
도 5는 본 발명에 의한 우레탄 폼 단열재의 에어로겔 담지 전, 후 대비도
도 6은 본 발명에 의한 실리케이트 섬유보드의 에어로겔 담지 전, 후 대비도
도 7은 본 발명에 의한 실리케이트 섬유보드 표면의 소수성 도시도

본 발명에 의한 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법은, 일정 형태로 형성된 단열재 내부의 개방형 기공에, 졸(Sol) 상태의 실리카 혼합물을 담지시키고, 상기 기공에 담지된 졸 상태의 실리카 혼합물을 겔(Gell)화하여 에어로겔을 형성하는 단계를 포함하는데, 이하에서는 상기 구성 각각에 대해 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

상기 단열재는 입자의 형태가 아니라 일정 형상으로 성형되되, 특히 내부에 다수의 개방성 기공이 형성된 단열재이다. 상기 단열재는 바람직하게는 유기물, 무기물, 금속 중 어느 하나를 이용하여 폼 또는 섬유보드로 성형된 것이다.

본 발명에서 "폼"은 작은 기포가 균일하게 분포한 고체상태의 재료로 정의된다. 따라서 폼은 가공 형태에 따라 보드, 매트, 패널 등의 다양한 형태로 이용될 수 있다. 본 발명에서 "섬유보드"는 섬유구조를 갖는 보드 형태의 재료를 의미한다.

상기 유기물은, 바람직하게는 멜라민, 폴리우레탄, 아미노, 폴리스티렌 중 어느 하나이다. 상기 단열재로 더욱 바람직하게는 멜라민, 폴리우레탄, 아미노, 폴리스티렌 중 어느 하나의 유기물을 일정형태의 폼으로 성형한 것을 사용할 수 있다.

상기 무기물은, 바람직하게는 실리케이트 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 울(Wool) 중에서 어느 하나이다. 상기 단열재로 더욱 바람직하게는 실리케이트 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 울(Wool) 중 어느 하나를 일정형태의 폼 또는 섬유보드로 성형한 것을 사용할 수 있다.

상기 금속은, 바람직하게는 알루미늄, 구리, 니켈 중에서 어느 하나이다. 상기 단열재로 더욱 바람직하게는 알루미늄, 구리, 니켈 중 어느 하나를 일정형태의 폼 또는 섬유보드로 성형한 것을 사용할 수 있다.

또한, 적용하고자 하는 분야에 따라, 상기 유기물, 무기물, 금속 중에서 2개 이상을 복합적으로 사용하여 상기 단열재를 구성하는 것도 가능함은 물론이다.

상기 단열재는 내부에도 무수한 개방형 기공들이 형성되어 있고 필요에 따라 외부 표면에도 기공이 형성될 수 있다. 개방형 기공은 각각의 기공, 즉 셀이 오픈되어 있는 형태로, 상기 개방형 기공의 크기는 바람직하게는 0.5 내지 2000㎛이며, 더욱 바람직하게는 10 내지 500㎛이다. 또한, 상기 단열재에 형성되는 기공의 부피는, 바람직하게는 상기 단열재의 부피 대비 적어도 10% 이상으로 형성된 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 내지 95부피%로 형성된 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기와 같이 내부에 개방형 기공이 무수히 형성된 단열재의 내부 기공에 졸 형태의 실리카 혼합물이 빈틈없이 담지되도록 한 후, 상기 실리카 혼합물을 담지된 상태 그대로 겔(Gell)화하여 에어로겔로 형성되도록 함으로써, 상기 에어로겔과 단열재가 일체로 형성되도록 하고, 동시에 상기 내부 기공에 에어로겔이 고밀도로 균일하게 담지되도록 한다.

상기 단열재의 내부 기공에 담지된 실리카 혼합물을 담지된 상태 그대로 겔화하여 에어로겔로 형성하는 과정, 즉 겔화 과정에 대하여 설명한다. 겔화 과정은, 먼저 졸 상태의 실리카 혼합물을 숙성시켜 하이드로-겔(Hydro-Gell)을 형성한 후, 불순물인 나트륨이온을 제거하고, 표면개질 및 용매치환한 다음, 건조하는 과정을 포함한다. 이하, 과정 각각에 대해 구체적으로 설명한다.

먼저, 단열재의 내부 기공에 담지되는 실리카 혼합물은 유동적인 졸(Sol) 상태로서, 출발물질로서, 물유리(Water-glass) 혹은 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)가 사용가능하다.

물유리를 출발물지로 사용하는 경우에는 상기 물유리에 물을 혼합한 다음, 촉매로서 산용액을 첨가하여 형성하는 것이 바람직한데, 이 때, 상기 산용액은 황산, 염산, 질산 중 어느 하나를 이용한 산용액을 사용하는 것이 바람직하다.

TEOS를 출발물질로 사용하는 경우에는 상기 TEOS에 에탄올과 물을 혼합한 다음, 촉매로서 알칼리용액을 첨가하여 사용하는 것이 바람직하며, 이 때, 상기 알칼리용액으로는 암모니아수를 사용하는 것이 바람직하다.

여기에서는 물유리를 출발물질로 하는 경우를 예를 들어 설명한다.

물유리를 출발물질로 하여 상기 졸 상태의 실리카 혼합물을 형성하고자 하는 경우, 상기 물유리는 이산화규소의 중량비가 28 내지 30중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 물유리에 물을 더하여 혼합하되, 상기 물은 물유리 중량기준으로 2 내지 3배 중량으로 더하여 혼합하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 물유리에 물을 더하여 혼합하는 과정에서 사용하는 촉매로는 산용액이 바람직한데, 상기 산용액의 첨가량은 물유리 및 물의 중량 대비 5 내지 10중량%에 상당하는 양으로 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 산의 종류로는 황산, 질산, 염산 중에서 하나를 사용하는 것이 바람직하고, 황산을 사용하는 경우에는 20 내지 40부피%의 농도로 희석하여 사용하는 것이 바람직하다.

위와 같이 물유리, 물, 산용액을 일정 비율로 혼합하여 졸 상태의 실리카 혼합물을 형성하게 되는데, 상기 실리카 혼합물은 일정 시간이 경과하면 겔화되어 하이드로-겔로 변하게 되며, 보다 구체적으로 상기 졸 상태의 실리카 혼합물은 약 2분 내지 4분 내에 겔화된다.

상기 졸 상태의 실리카 혼합물은, 필요에 따라 적외선 차단물질을 더 포함함으로써, 형성되는 에어로겔이 적외선을 차단하도록 하는 것도 가능하다. 상기 적외선 차단물질은, 바람직하게는 흑연, 카본블랙, 산화티타늄 중에서 어느 하나 혹은 2개 이상을 분말 형태로 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적외선 차단물질은, 바람직하게는 물유리 및 물의 총 중량 대비 1 내지 20중량%의 비율로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 형성되는 졸 상태의 실리카 혼합물은 바람직하게는 노즐을 통한 분사방법으로 단열재의 내부 기공에 담지될 수 있다. 이렇게 분사기를 이용하여 단열재에 분사를 하게 되면, 상기 졸 상태의 실리카 혼합물은 단열재의 내부 기공으로 유동적으로 깊숙이 침투를 하게 되고, 이에 따라, 상기 졸 상태의 실리카 혼합물은 단열재의 내부 기공에 빈틈없이 충진 및 담지된다.

위와 같은 졸 상태의 실리카 혼합물을 단열재 내부 기공에 빈틈없는 담지하는 방법은, 종래 분말 상태의 에어로겔을 진공흡입을 통해 공기흐름에 따라 상기 단열재의 내부 기공에 담지되도록 하는 방법에 비하여 담지율이 월등하게 높다.

상기 졸 상태의 실리카 혼합물은 앞서 설명한 바와 같이 약 2 내지 4분 내에 겔화되므로 물유리와 물은 미리 혼합해 두었다가, 분사작업에 들어가기 약 1분 전에 촉매인 산용액을 첨가하여 교반하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 졸 상태의 실리카 혼합물을 단열재에 분사하여 그 내부 기공에 담지되어 일정 시간이 경과하면, 상기 졸 상태의 실리카 혼합물은 겔화되어 하이드로-겔로 변화하게 되고, 상기 단열재의 내부 기공에 담지된 상태로 형성된 하이드로-겔은 단열재과 일체로 형성되는 것이다.

이때, 단열재의 내부 기공에 형성된 하이드로-겔은 결합구조가 다소 약하기 때문에, 이를 더욱 견고하게 결합시키기 위하여 숙성과정을 거치게 된다. 바람직하게는 황산용액에 담긴 상태로 숙성(Aging)시킴으로써 실리카의 공유결합을 더욱 견고하게 형성할 수 있다. 숙성과정은 약 5시간 내외로 진행하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 숙성과정을 통하여 결합구조가 더욱 견고하게 형성된 하이드로-겔은 불순물 세척과정을 통하여 나트륨이온을 제거하게 된다. 바람직하게는 상기 나트륨이온 제거 과정은 하이드로-겔이 담지된 단열재를 상온의 물에 약 10시간동안 담근 상태에서 이루어진다. 이때 상기 하이드로-겔의 불순물인 나트륨이온을 제거하는 데에 사용되는 물은 2시간마다 교체하여 주는 것이 바람직하다.

상기와 같이 불순물이 제거된 하이드로-겔은 표면개질 및 용매치환과정을 거치게 된다. 상기 표면개질은 하이드로-겔의 표면에 존재하는 수산기를 메틸기로 개질하여 줌으로써, 상기 하이드로-겔의 표면을 친수성에서 소수성으로 바꾸어주게 되고, 이에 따라, 비로소 소수성인 에어로겔을 형성하게 된다. 이때, 상기 표면개질에는 유기실란 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는 헥산메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane), 트리메틸크로로실란(Trimethylchlorosilane), 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane) 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 표면개질에 사용되는 유기실란 화합물은 하이드로-겔의 중량 대비 5 내지 20중량%에 상당하는 양으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 용매치환은 상기 하이드로-겔의 내부에 존재하는 물을 알코올을 사용하여 치환하는 것으로서, 이는 상기 하이드로-겔을 에어로겔로 변화되도록 하면서 건조시키는 도중에 수축 및 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이때, 상기 용매치환에 사용되는 유기용매는 비극성 유기용매를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 비극성 유기용매는 하이드로-겔 부피 대비 100 내지 110부피%에 상당하는 양을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 비극성 유기용매로 n-헥산, n-헵탄, c-헥산 중 어느 하나를 사용한다.

상기와 같은 표면개질 및 용매치환과정은 동시에 진행하는 것이 바람직하며, 상기 표면개질 및 용매치환과정에 사용되는 용액은 50 내지 80도의 온도로 하여 사용하는 것이 바람직하고, 총 공정시간은 6 내지 8시간동안 진행하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 표면개질 및 용매치환과정을 거치게 되면, 하이드로-겔은 에어로겔 구조로 변화하게 되며, 상기 에어로겔과 함께 일체형성된 단열재를 함께 건조시켜줌으로써 비로소 에어로겔이 담지된 단열재를 완성하게 되는 것이다. 이때 상기 건조과정은 섭씨 100도에서 2 내지 4시간 동안 건조하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 얻어진 에어로겔이 담지된 복합 단열재는, 단열재와; 상기 단열재의 내부 개방형 기공에 담지되는 에어로겔;을 포함하여 이루어지되, 상기 에어로겔은, 상기 내부 기공에 졸(Sol) 상태의 실리카 혼합물을 먼저 담지한 후 상기 담지된 실리카 혼합물을 겔화함으로써 단열재와 일체로 형성된다. 본 발명의 에어로겔이 담지된 복합 단열재는, 바람직하게는 에어로겔이 단열재의 전체 부피 대비 10 내지 90부피%에 상당하는 부피로 담지된다.

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1>

지지체(단열재)로 멜라민 폼(1)을 사용한 실시예를 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한다.

본 실시예에서 지지체로 사용하는 멜라민 폼(1)은 멜라민수지를 발포시켜 일정 형태로 성형한 것으로서, 기공의 크기는 120㎛가 되도록 하여 발포 및 성형하였으며, 상기 멜라민 폼(1)은 가로 및 세로 23센티미터, 두께 10밀리미터의 형태로 형성한 것을 사용하였다. 멜라민 폼(1)의 내부에 형성되는 기공(2)의 부피는 전체 멜라민 폼(1)의 부피에 대하여 90% 이었다.

물유리 39중량%, 물 61중량%를 혼합한 혼합용액 450g에 황산용액 35g을 첨가하고 교반하여 졸 상태의 실리카 혼합물을 만들었다. 이때 상기 황산용액은 28부피%의 농도로 희석하여 사용하였다. 준비된 졸 상태의 실리카 혼합물을 노즐 분사기를 이용하여 멜라민 폼(1)에 분사하였다. 분사된 졸 상태의 실리카 혼합물이 멜라민 폼(1)의 내부 기공(2)에 깊숙히 유동적으로 침투하여 담지된 후 빠른 속도로 겔화되어 하이드로-겔이 형성되는데, 본 실시예에서 총 30초가 소요되었다.

상기와 같이 형성된 하이드로-겔이 담지된 멜라민 폼을 황산용액에 담가 숙성시킨다. 이때 황산용액은 2부피%의 농도로 희석하여 사용하였으며, 황산용액에 총 5시간 정도 담가 숙성시켰다.

상기와 같이 숙성과정을 거친 하이드로-겔이 담지된 멜라민 폼을 물 10리터에 담그고 약 2시간마다 물을 교체해 주면서 약 10시간 정도 담가 나트륨이온이 제거되도록 하였다.

헥산메틸디실라잔 1리터, n-헥산은 10리터를 섭씨 65도로 유지되도록 하여 함께 담은 용기에, 상기 나트륨이온 제거 과정을 거친 하이드로-겔이 담지된 멜라민 폼을 8시간 담가 줌으로써 표면개질과 용매치환이 함께 이루어지도록 하였다.

상기와 같은 표면개질 및 용매치환이 끝나면, 상기 하이드로-겔이 에어로겔(3)로 형성되는데, 상기 에어로겔이 담지된 멜라민 폼(1)을 건조기에서 섭씨 100도로 5시간동안 건조하여 줌으로써, 비로소 도 3에 도시된 바와 같이, 에어로겔이 담지된 멜라민 폼이 완성되었다. 부호 4는 에어로겔 기공(4)이다.

상기와 같이 제조된 에어로겔이 담지된 멜라민 폼에 대해 열전도를 측정하였다. 에어로겔을 담지하기 전 멜라민 폼의 열전도도를 미리 측정하여 값을 비교함으로써 에어로젤 담지에 따른 열전도도의 변화를 파악하였다. 열전도도 측정기기로는 평판열류계법 열전도 측정기인 HFM 436을 사용하였으며, 설정온도는 25도로 하였다.

멜라민 폼에 에어로겔을 담지하기 전의 멜라민 폼의 열전도도는 35mW/m.K 이었다. 본 실시예에 따라 얻어진 에어로겔이 담지된 멜라민 폼의 열전도도를 동일한 환경에서 측정한 결과, 21mW/m.K 로 열전도도가 크게 낮아진 것으로 나타났다. 이는 멜라민 폼만으로 구성된 단열재에 비하여 단열성능이 40%나 향상된 결과이다. 그리고 열전도도 21mW/m.K 는 멜라민 폼에 분말 형태의 에어로겔을 담지한 미국특허 US2012/0142802와 단순 비교해도 4.1mW/m.K 이나 낮은 수치이다.

< 실시예 2>

본 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 지지체로서 우레탄 폼을 이용하였다. 지지체로 멜라민 폼 대신 우레탄 폼을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 에어로겔이 담지된 우레탄 폼을 얻었다.

실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔을 담지하기 전 후의 우레탄 폼의 열전도를 측정하였다.

먼저, 에어로겔을 담지하기 전의 우레탄 폼의 열전도도를 측정한 결과, 우레탄 폼의 열전도는 40mW/m.K 이었다.

본 실시예에 따라 얻어진 에어로겔이 담지된 우레탄 폼의 열전도도를 동일한 환경에서 측정한 결과, 25mW/m.K로 나타났다. 이로써 우레탄 폼만으로 구성된 단열재에 비하여 단열성능이 37.5% 향상되었음을 알 수 있었다.

< 실시예 3>

본 실시예에서는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 지지체로서 실리케이트 섬유보드를 이용하였다. 지지체로 멜라민 폼 대신 실리케이트 섬유보드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 에어로겔이 담지된 실리케이트 섬유보드를 얻었다. 실리케이트 섬유보드는 모간 단열보드(Superwool HT Board, Superwool 607 VF Board)를 이용하였다.

실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔을 담지하기 전 후의 실리케이트 섬유보드의 열전도를 측정하였다.

먼저, 에어로겔을 담지하기 전의 실리케이트 섬유보드의 열전도도를 측정한 결과, 우레탄 폼의 열전도는 44mW/m.K 이었다.

본 실시예에 따라 얻어진 에어로겔이 담지된 실리케이트 섬유보드의 열전도도를 동일한 환경에서 측정한 결과, 26mW/m.K로 나타났다. 이로써 실리케이트 섬유보드만으로 구성된 단열재에 비하여 단열성능이 40.9% 향상되었음을 알 수 있었다.

상기와 같은 실시예를 통해 본 발명에 따라 단열재의 내부 기공에 에어로겔을 담지함으로써 단열성능이 월등하게 향상되는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 얼마든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 에어로겔이 담지된 복합 단열재는, 단열성능이 우수하면서 경량이고 두께를 줄일 수 있는 단열재로서, 기존 발포 단열재나 복합 단열재는 물론 에어로겔이 이용된 기존 복합 단열재를 대체하여 다양한 분야에서 널리 이용될 수 있다.

1 : 멜라민 폼 2 : 기공
3 : 에어로겔 4 : 에어로겔 기공
5 : 실리카 입자

Claims (24)

1. 일정 형태로 형성된 단열재 내부의 개방형 기공에, 졸(Sol) 상태의 실리카 혼합물을 담지시키고, 상기 기공에 담지된 졸 상태의 실리카 혼합물을 겔(Gell)화하여 에어로겔을 형성하는 단계를 포함하되,
   상기 단열재는 유기물, 무기물, 금속 중 어느 하나를 이용하여 폼으로 성형된 것이고,
   상기 졸 상태의 실리카 혼합물은, 물유리(Water-glass)를 물과 혼합한 후, 상기 담지 전에 산용액을 첨가하여 이루어지며,
   상기 담지는, 졸 상태의 실리카 혼합물을 노즐을 통한 분사방법으로 단열재의 내부 기공에 담지시키는 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유기물은, 멜라민, 폴리우레탄, 아미노, 폴리스티렌 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 무기물은, 실리케이트 섬유, 세라믹 섬유, 미네랄 울(Wool) 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속은, 알루미늄, 구리, 니켈 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 기공은 0.5 내지 2000㎛의 크기로 형성된 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
   
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 겔(Gell)화는, 졸 상태의 실리카 혼합물을 숙성시켜 하이드로-겔(Hydro-Gell)을 형성한 후, 불순물인 나트륨이온을 제거하고, 표면개질 및 용매치환한 다음, 건조하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 숙성은, 황산용액에 담긴 상태에서 이루어짐을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
    
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 나트륨이온 제거는, 물에 담긴 상태에서 이루어짐을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
    
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 표면개질은 하이드로-겔 표면에 있는 수산기를 메틸기로 개질하여 상기 하이드로-겔 표면이 소수성이 되도록 하는 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
    
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 용매치환은 비극성 유기용매를 사용하는 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
    
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 졸 상태의 실리카 혼합물은, 적외선 차단물질을 더 포함하되, 물유리 및 물의 총 중량 대비 1 내지 20중량%의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적외선 차단물질은, 흑연, 카본블랙, 산화티타늄 중에서 어느 하나 혹은 2개 이상을 분말 형태로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 에어로겔이 담지된 복합 단열재의 제조방법.
    
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제

Images