KR101903363B1 - 친환경 bti 보온단열재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 BTI(Blanket-type insulation) 보온단열재의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법은 물 15 ~ 25중량%에 벤토나이트 분말 15 ~ 25중량%, 수용성 수지접착제 5 ~ 15중량%, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 40 ~ 60중량%를 교반 분산시켜 무기 바인더를 제조하는 제1단계; 상기 제조된 무기 바인더를 유리장섬유 펠트의 일면에 도포하는 제2단계; 상기 무기 바인더가 도포된 유리장섬유 펠트 위에 보온소재를 적재하고 그 위에 다시 상기 무기 바인더를 도포하는 제3단계; 상기 무기 바인더가 도포된 보온소재 위에 유리장섬유 펠트를 적재하여 성형하고 건조시키는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법에 의한 친환경 BTI 보온단열재는 물에 분산시킨 다공질의 벤토나이트 분말과 수용성 수지접착제를 이용하고 셀룰로오스의 분산작용에 의하여 고르게 분산된 상태로 유리장섬유 보온단열재에 도포된 후 압착될 때 벤토나이트 입자끼리 접촉 경화되면서 건조되므로, 기존의 가연성 유무기 혼합바인더 및 고가의 난연제를 사용하지 않고도 보온단열재의 불연성을 부여하고 신축성 및 강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 환경에 친화적이며, 또한 성형된 평판형, 곡면형, 엘보형 및 파이프형 유리장섬유 보온단열재가 자연건조로 경화되기 때문에 건조공정 생략에 따르는 생산비 절감효과가 있다.

Description

친환경 BTI 보온단열재의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ECO-FRIENDLY BTI HEAT INSULATING MATERIALS}

본 발명은 친환경 BTI(Blanket-type insulation) 보온단열재의 제조방법에 관한 것으로, 기존의 가연성 유무기 혼합바인더를 사용하지 않고 물에 분산시킨 다공질의 벤토나이트 분말과 수용성 수지접착제를 이용하여 보온단열재를 제조함으로써 불연성과 자연 경화성을 가지며, 또한 신축성이 좋아 가공성 및 내구성이 우수하고 휘발성 유기화합물(VOCs)이 거의 발생되지 않는 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법에 관한 것이다.

열전도에 의한 열전도 현상만을 대상으로 하는 대표적인 단열재는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 고무 등과 같은 각종 유기물의 발포체 단열재와 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리프로필렌 섬유를 이용한 유기섬유계의 부직포나 펠트 형태의 단열재, 그리고 글라스울, 락울, 유리장섬유 등과 같은 무기섬유계의 부직포 또는 펠트형태의 단열재 등이 가장 보편적인 단열재로 알려져 있다. 이러한 종래의 단열재는 열전도도가 낮고 두께가 두꺼울수록 우수한 단열성을 나타내는 특성 때문에 부피단열재라는 용어로 불리어진다.

현재까지 정유회사의 배관이나 플랜트 설비, 그리고 각종 보온, 보냉 장치들의 단열재로는 폴리에틸렌 및 폴리우레탄폼 단열재, 또는 퍼라이트(Perlite)나 규산칼슘 단열재, 유리섬유 단열재 등이 다양하게 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.

이에 비해 유리장섬유 단열재는 유리장섬유(E-Glass Fiber)로 이루어진 매트를 니들 펀칭하여 된 니들매트에 내열성 바인더를 도포하거나 함침시킨 후 이 니들매트를 2겹 이상으로 가압 성형하여 제조하며, 그 종류는 보드형 보온단열재, 파이프형 보온단열재 등과 같이 다양한 형태로 제작하여 사용되는데, 그 특성상 높은 내열성과 공극률로 경량화가 가능하고 각 매트는 니들펀칭을 통하여 고밀도화가 가능할 뿐만 아니라 이를 적층하여 접착 성형시킴으로써 보온단열재로서의 용도로 널리 사용될 수 있다.

상기 유리장섬유는 용융점이 약 750℃ 정도의 고온에 충분히 견딜 수 있으나, 통상적인 바인더의 경우 고온에서 쉽게 연소되기 때문에 유리섬유 단열재를 고온이 발생되는 파이프라인의 보온단열용으로 이용하기 위해서는 고온에도 견딜 수 있고 또 유리섬유가 갖는 수명만큼 장기간 강한 접착력을 유지할 수 있는 바인더의 특성을 부여하는 것이 중요한 과제이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 종래기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허공보 제10-1165548호에서는 공조덕트를 감싸 대상물의 온도저하를 방지하거나 대상물로부터 작업자를 보호하기 위한 에어로젤 보온 단열재에 있어서, 직사각형상으로 이루어진 한 쌍의 에어로젤 판재(100,100')와; 상기 에어로젤 판재(100,100') 중 어느 하나에 상부와 측부 형성되는 본딩 표시부(101)와; 상기 본딩표시부(101)에 본딩하고 본딩 처리되지 않은 상, 하부는 끼움부(110)와 결합부(120)로 각각 형성하고, 상기 이것들을 서로 겹치게 하여 5~10분간 압착하여 본딩(200)이 굳어져 일체로 되게 한 후, 상기 일체로 결합된 한 쌍의 에어로젤판재(100,100')의 한쪽 측부(130') 반대편에 본딩을 도포하여 권취기에 넣어서 원통형태로 권취하여 열방출을 방지하여 보온력 높이고, 다른 권취된 에어로젤을 이용한 파이프 보온단열재(10)와 결합하여 빠른 시간 내에 시공할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 에어로젤을 이용한 파이프 보온 단열재로서, 이는 고가의 에어로젤 판재만을 사용함에 따르는 생산비 부담을 감당할 수 없는 것으로 조사된다.

또한, 동 등록특허공보 제10-1336964호를 보면, 메틸알코올(Methyl Alcohol) 또는 에틸알코올(Ethyl Alcohol) 중에서 선택되는 어느 1종 이상의 용매 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 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유리장섬유 단열재 성형용 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 하는 에어로젤 바인더를 이용한 유리장섬유 단열재의 성형방법을 개시하고 있다.

그리고 동 등록특허공보 제10-1400354호에는 평균직경이 7~40㎚크기의 나노미립자인 소수성 흄드실리카 0.05~15중량%를 비극성 유기용매 85~99.95중량%에 분산시켜서 발수용액을 얻도록 하는 발수용액 제조단계와; 상기 발수용액 제조단계에서 얻은 발수용액을 유리장섬유 매트에 함침하는 유리장섬유 매트 함침단계와; 상기 유리장섬유 매트 함침단계에서 얻은 발수용액이 함침된 유리장섬유 매트를 건조하여 발수용액 중의 소수성 흄드실리카가 유리장섬유에 고착되게 하는 유리장섬유 매트 건조단계 및; 상기 유리장섬유 건조단계에서 건조된 유리장섬유 매트와 바인더를 이용하여 평판형이나 곡면형 및 파이프형 등 원하는 형상의 유리장섬유 보온단열재를 성형하는 유리장섬유 보온단열재 성형단계로 구성함을 특징으로 하는 유리장섬유 보온단열재의 제조방법이 기재되어 있다.

한편, 본 발명에서는 단순히 물에 분산시킨 다공질의 벤토나이트 분말과 수용성 수지접착제를 이용하여 유리장섬유 보온단열재를 제조함으로써 불연성과 자연 경화성을 가지면서 신축성이 좋아 가공성 및 내구성이 우수하며, 그리고 휘발성 유기화합물(VOCs)이 거의 발생되지 않는 친환경 BTI 보온단열재를 개발하여 본 발명을 완성하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-1165548호(등록일자 : 2012. 07. 06) 대한민국 등록특허공보 제10-1336964호(등록일자 : 2013. 11. 28) 대한민국 등록특허공보 제10-1400354호(등록일자 : 2014. 05. 21)

본 발명의 목적은, 유리장섬유 매트를 접합시키기 위한 바인더에 물에 분산시킨 다공질의 벤토나이트 분말과 수용성 수지접착제를 이용하여 보온단열재를 제조함으로써 불연성과 자연 경화성은 물론 제품의 강도가 향상되고, 신축성이 좋아 가공성 및 내구성이 우수하며, 또한 건조공정 생략에 따르는 생산비 절감 및 휘발성 유기화합물(VOCs)이 거의 발생되지 않는 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법은 물 15 ~ 25중량%에 벤토나이트 분말 15 ~ 25중량%, 수용성 수지접착제 5 ~ 15중량%, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 40 ~ 60중량%를 교반 분산시켜 무기 바인더를 제조하는 제1단계; 상기 제조된 무기 바인더를 유리장섬유 펠트의 일면에 도포하는 제2단계; 상기 무기 바인더가 도포된 유리장섬유 펠트 위에 보온소재를 적재하고 그 위에 다시 상기 무기 바인더를 도포하는 제3단계; 상기 무기 바인더가 도포된 보온소재 위에 유리장섬유 펠트를 적재하여 성형하고 건조시키는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1단계에서 사용되는 수용성 수지접착제는 폴리아크릴산 에스테르(Polyacrylic ester)이고, 상기 제3단계에서 유리장섬유 펠트 위에 적재되는 보온소재는 에어로젤 매트 또는 유리단섬유 부직포 매트이며, 또한 상기 친환경 BTI 보온단열재의 일측 또는 양측 표면에 수성 발수제를 도포하는 것으로, 상기 수성 발수제는 실리카계 또는 불소계인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제조방법에 의한 친환경 BTI 보온단열재는 물에 분산시킨 다공질의 벤토나이트 분말과 수용성 수지접착제를 이용하고 셀룰로오스의 분산작용에 의하여 고르게 분산된 상태로 유리장섬유 보온단열재에 도포된 후 압착될 때 벤토나이트 입자끼리 접촉 경화되면서 건조되므로, 기존의 가연성 유무기 혼합바인더 및 고가의 난연제를 사용하지 않고도 보온단열재의 불연성을 부여하고 신축성 및 강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 환경에 친화적이며, 또한 성형된 평판형, 곡면형, 엘보형 및 파이프형 유리장섬유 보온단열재가 자연건조로 경화되기 때문에 건조공정 생략에 따르는 생산비 절감효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제조되는 BTI 보온단열재를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조되는 BTI 보온단열재의 구조를 나타내는 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법에 대하여 상세하게 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.

본 발명에 의한 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법은 물 15 ~ 25중량%에 벤토나이트 분말 15 ~ 25중량%, 수용성 수지접착제 5 ~ 15중량%, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 40 ~ 60중량%를 교반 분산시켜 무기 바인더를 제조하는 제1단계; 상기 제조된 무기 바인더를 유리장섬유 펠트의 일면에 도포하는 제2단계; 상기 무기 바인더가 도포된 유리장섬유 펠트 위에 보온소재를 적재하고 그 위에 다시 상기 무기 바인더를 도포하는 제3단계; 상기 무기 바인더가 도포된 보온소재 위에 유리장섬유 펠트를 적재하여 성형하고 건조시키는 제4단계로 이루어진다.

먼저, 제1단계는 물 15 ~ 25중량%에 벤토나이트 분말 15 ~ 25중량%, 수용성 수지접착제 5 ~ 15중량%, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 40 ~ 60중량%를 교반 분산시켜 무기 바인더를 제조하는 것으로, 벤토나이트는 주로 스멕타이트군(群)에 속하는 결정질 점토광물로 구성되어 있으며, 스멕타이트군은 나트륨이나 칼슘은 물론 철과 마그네슘을 함유하는 수화된 규산알루미늄으로서, 본 발명에서 사용되는 나트륨 벤토나이트는 팽창성이 없는 칼슘 벤토나이트와 달리, 많은 양의 물을 흡수해 원래 부피의 여러 배로 팽창되어 겔과 같은 상태가 되고 이 겔은 물(수분)을 배척하는 성질을 지니고 있으며, 다른 물질과 혼합될 경우 서로 점결시키는 성질을 지니고 있다. 이때 벤토나이트는 화학적으로 활성을 일으키지 않으므로 점착되는 재료의 원래의 화학적 성질에 영향을 주지 않으며, 벤토나이트를 이용한 현탁액은 장시간이 지나도 침전 등이 발생하지 않고 완벽한 콜로이드 상태를 이루는 특성이 있다.

이러한 벤토나이트의 결정화 반응을 이용하기 위해 불연성 무기입자인 벤토나이트를 사용한 바인더를 유리장섬유 매트 위에 도포하여 자연 경화시키면 매트 표면에 도포된 벤토나이트 입자는 결정화 반응을 진행하게 되고, 표면 공극에 침투된 벤토나이트 입자들이 결정화 되면서 매트간의 결속을 하는 역할을 할 수 있으며, 상기 벤토나이트의 결정화 반응은 유리장섬유 매트 간의 접착력을 강화시켜주는 역할을 하게 된다. 이와 같이 경화된 벤토나이트는 성형된 보온단열재의 신축성을 양호하게 하고 강도를 향상시켜 형상을 유지하게 해주는 역할을 하면서 결정화된 벤토나이트는 불에 타지 않으므로 불연성을 나타내게 되는 것이다.

그리고 본 발명에서는 벤토나이트 분말 15 ~ 25중량% 대비 수용성 수지접착제 5 ~ 15중량%를 함유하는바, 상기 수용성 수지접착제는 유리장섬유 매트의 층간 접착력에 문제가 없다면 특별히 제한되는 것은 아니므로, 유해물질을 발생시키지 않는 폴리비닐 아세테이트(Polyvinyl Acetate, PVA), 폴리아크릴산 에스테르(Polyacrylic Ester) 중에서 선택되는 어느 1종을 사용하면 VOCs 발생에 따르는 제품의 품질과 작업성 등에 특별한 문제가 없지만, 본 발명에서는 내후성, 유연성, 접착성이 뛰어난 폴리아크릴산 에스테르(Polyacrylic ester)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose) 5% 수용액을 40 ~ 60중량% 범위로 포함하는데, 상기 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.

그리고 본 발명에서의 물의 함량은 벤토나이트 분말의 분산성, 유리장섬유 매트의 종류와 작업성 등을 고려하여 바인더의 점도를 유지하기 위한 적정량으로 사용해야 함은 물론이다.

상기 무기 바인더에서 한정하고 있는 각 구성성분의 조성비는 유리장섬유 니들매트에 함침하거나 도포하여 보온단열재를 성형하기 위한 반복된 실험에 기초한 것으로, 반드시 주어진 조성비를 유지하여야 원하는 특성의 바인더 및 그로부터 제조된 친환경 BTI 보온단열재를 얻을 수 있다.

본 발명의 무기 바인더 제조공정은 물 15 ~ 25중량%에 벤토나이트 분말 15 ~ 25중량%, 수용성 수지접착제 5 ~ 15중량%, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 40 ~ 60중량%를 투입하고 교반시키는데, 물의 함량이 25중량%를 초과하여 바인더의 점성이 낮을 경우 유리장섬유 매트에 도포되는 바인더의 양이 적어서 접착력과 강도가 약화될 뿐 아니라 벤토나이트 분말에 비하여 수분이 많기 때문에 경화 후 여분의 수분이 건조되기 위해 시간이 많이 소요되는 문제가 발생한다. 그 반면에 물이 15중량% 미만으로 투입되어 점성이 높을 경우 바인더를 유리장섬유 매트 표면에 골고루 도포하기 어렵고 표면기공에 침투가 되지 않기 때문에 접착력 약화를 나타낸다.

위와 같이, 본 발명의 무기 바인더는 유리장섬유 매트 표면에 벤토나이트 분말이 균일하게 도포되는 것이 중요하므로, 적당한 수분과 점증제인 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 수용액에 의해 그 표면에 적당량의 바인더가 도포되기에 적합한 점도를 유지하게 된다.

또한, 본 발명에서는 바인더의 접착력과 장기간 안정성을 유지시키기 위해 상기 무기 바인더 100중량부에 대하여, 추가적으로 실란 커플링제(Silane Coupling Agent) 1 ~ 3중량부를 포함할 수도 있고, 또 연소하기 쉬운 성질을 가지고 있는 유기물질을 물리, 화학적인 방법으로 개선하여 연소를 억제하거나 완화시키는 효과를 갖는 난연제를 1 ~ 5중량부의 비율로 포함할 수도 있다.

상기 난연제는 가열, 분해, 발열 등의 특정한 연소단계를 방해함으로써 그 기능을 나타내는데, 본 발명에서는 브롬계, 인계, 수산화 알루미늄계, 안티몬계, 수산화 마그네슘계 중에서 선택되는 어느 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 그 요구되는 특성은 난연성, 용해성, 내후성, 상용성, 내이행성 등을 고려하여 특별한 제한 없이 적절하게 그 종류와 사용량을 선택할 수 있음은 물론이다.

그리고 본 발명의 무기 바인더는 증점제로서 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨(Sodium Carboxymethyl Cellulose)이 사용되는데, 이는 천연물로서 미생물의 먹이가 되어 무기 바인더의 분산이 저하되고 기포가 사라짐과 동시에 점도가 떨어지게 되는 현상으로 인해 사용이 어렵게 되는 경우가 종종 발생된다. 본 발명에서는 이러한 천연물이 미생물의 먹이가 되는 것을 방지하기 위하여 소량의 방부제를 첨가함으로써 바인더의 사용이 안정적으로 이루어질 수 있게 하였다.

위와 같은 이유로, 본 발명의 바인더에 첨가되는 방부제는 불연성 바인더의 보존에 목적을 가지고 미생물의 생리적 활동을 억제하고 생육을 저해하기 위해 수용액 상태를 유지할 수 있고 환경에 유해성이 적은 것이라면 그 구체적인 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 바람직하게는 바인더 100중량부를 기준으로 할 때, 추가적으로 1 ~ 5중량부 정도의 크레오소트, 타르, 황산구리, 염화아연, 클로로페놀, 붕산, 벤조산 및 벤조산나트륨 등이 단독 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 상기 방부제는 2종 이상 적절하게 혼합하거나 각 유리장섬유 매트에 번갈아 사용하는 것이 다양한 미생물에 대응하는 효능을 발휘하기에 더욱 적합하다.

상기와 같이 제조되는 무기 바인더에 있어서, 벤토나이트 분말은 바인더 상태에서는 수용성 수지접착제에 의하여 안정한 분산상태를 이루고 있으나, 유리장섬유 매트의 표면에 균일하게 도포된 후에 파이프, 곡면, 평판 등의 모양으로 성형되고 가압되는 과정에서 무기 바인더의 점소성(viscoplasticity)에 의하여 바인더에 점착되어 가압 후에는 형상을 유지하게 된다. 또한, 성형과정에서 가압에 의하여 무기 바인더의 기포가 소멸되면서 벤토나이트 입자의 접촉이 원활하게 이루어지게 되어 결정화 반응이 쉽게 진행된다.

다음으로, 제2단계는 상기 제조된 무기 바인더를 유리장섬유 펠트의 일면에 도포하는 공정이고, 제3단계는 상기 무기 바인더가 도포된 유리장섬유 펠트 위에 보온소재를 적재하고 그 위에 다시 상기 무기 바인더를 도포하는 공정을 거친다.

본 발명에서 사용되는 유리장섬유 펠트는 약 10 ~ 30㎜ 두께의 E-글라스(glass) 매트이고, 보온소재는 약 5 ~ 20㎜ 두께의 에어로젤(aerogel) 매트 또는 유리단섬유 부직포 매트인데, 상기 유리장섬유 펠트는 E-Glass 섬유를 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 섬유는 직경이 5 ~ 10㎛, 길이 2 ~ 3inch 수준의 섬유상으로 제조되어 유연성이 우수하며, 이 E-Glass 섬유를 적층하여 제조한 매트는 비중이 0.2 정도로 다공질의 경량성 재질 특성을 나타낸다. 또한, 본 발명에 이용되는 유리장섬유 펠트는 상기와 같이 니들펀칭된 유리장섬유 매트로 한정하는 것은 아니고, 유리장섬유 매트를 가공하여 제작된 다양한 형태의 단열재이면 모두 본 발명의 기술적 범위에 해당된다.

참고로, 에어로젤(aerogel)은 90 ~ 99.8%가 공기로 이루어져 있고 밀도는 3 ~ 150㎎/㎤ 정도로 폭이 넓으며, 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.

상기 에어로젤(aerogel)로 만든 에어로젤 매트는 자체로서는 친수성이지만 화학처리를 통해 소수성으로 만들 수 있다. 물을 흡수하면 수축이나 분해와 같은 구조적 변화가 유발되므로 소수성으로 만들어 이를 방지할 수 있다. 내부까지 소수성 처리를 하면 깊은 크랙이 발생하더라도 에어젤이 분해되는 것을 방지할 수 있다. 소수성 처리가 되어 있으면 워터젯 재단 가공을 할 수 있다. 이 에어로젤 매트는 첨가물 및 섬유구조물이 추가된 후 섬유구조물로 보강된 젤 상태로부터 액체성분을 완전히 뽑아내는 초임계 건조공법을 적용함으로써 에어로젤 입자가 부서지거나 깨어지는 것을 막을 수 있도록 형성된다.

그리고 상기 유리단섬유 부직포 매트는 유리섬유를 서로 엉키거나 접착에 의해 층상화하여 직기나 편기를 사용하지 않고 만든 시트형상의 재료로서, 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.

마지막 제4단계는 상기 무기 바인더가 도포된 보온소재 위에 유리장섬유 펠트를 적재하여 성형하고 건조시키는 공정인데, 상기 제2단계 및 제3단계를 통해 무기 바인더가 도포된 유리장섬유 펠트 위에 보온소재를 적재한 후 다시 상기 무기 바인더를 도포하고 유리장섬유 펠트를 적재하여 성형하고 건조하여 BTI 보온단열재를 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 펠트 및 보온소재는 사용되는 매트나 단열재의 두께에 따라 여러 겹(枚)으로 적층될 수 있음은 물론이다. 그리고 성형이 완료된 BTI 보온단열재는 무기 바인더의 자연 경화성으로 인하여 건조공정의 생략에 따르는 생산비를 절감할 수 있다.

상기와 같은 제1단계 내지 제4단계 공정을 통해 제조된 친환경 BTI 보온단열재의 일측 또는 양측 표면에는 예를 들면, 실리카계 또는 불소계 수성 발수제를 도포하는 것이 바람직한데, 상기 발수제의 역할은 유리장섬유 펠트 표면의 독립기포 구간을 실리카 또는 불소의 작은 알갱이가 채워 수분과 오염물의 침투를 지연시켜 주는 작용을 하는 것으로, 실리카계 또는 불소계 수성 발수제는 내열성과 내연성이 탁월할 뿐만 아니라 강력한 발수성능을 발휘함으로써 주변 환경에 열악하게 노출되어 있는 보온단열재의 기능과 수명을 더욱 향상시키게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

무기 바인더의 제조

물 15중량부에 벤토나이트 분말 15중량부, 폴리아크릴산 에스테르 수지접착제 20중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 50중량부를 투입하고 균일하게 교반시켜 무기 바인더를 제조하였다.

BTI 보온단열재의 성형

상기 무기 바인더 100중량부를 기준으로 실란 커플링제 2중량부, 안티몬계 난연제 3중량부, 황산구리 방부제 3중량부를 첨가하여 혼합한 바인더 용액을 두께 20㎜의 유리장섬유 펠트에 도포하고 그 위에 두께 10㎜의 에어로젤 매트를 적재시키고 상기 무기 바인더를 도포한 다음, 다시 두께 20㎜의 유리장섬유 펠트를 적재하고 프레스로 압착하여 다층으로 접합시킴에 의해 보드 형태의 단열재로 성형하였으며, 이를 실온에서 72시간 동안 건조하였다.

[실시예 2]

물 20중량부에 벤토나이트 분말 20중량부, 폴리아크릴산 에스테르 수지접착제 10중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 50중량부를 투입하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 무기 바인더를 제조하였으며, 또 실시예 1과 동일한 방법으로 BTI 보온단열재를 성형하고 건조하였다.

[실시예 3]

물 25중량부에 벤토나이트 분말 25중량부, 폴리아크릴산 에스테르 수지접착제 10중량부, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 40중량부를 투입하는 것을 제외하고는, 실시예 1, 2와 동일한 방법으로 무기 바인더를 제조하였으며, 또 두께 10㎜의 에어로젤 매트 대신 두께 20㎜의 유리단섬유 부직포 매트를 적재하는 것을 제외하고는, 실시예 1, 2와 동일한 방법으로 BTI 보온단열재를 성형하고 건조하였다.

[비교예 1]

벤토나이트 분말 대신에 황토 분말을 투입하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 무기 바인더를 제조하였으며, 또 실시예 1, 2(보온소재 : 두께 10㎜의 에어로젤 매트)와 동일한 방법으로 BTI 보온단열재를 성형하였다. 이후 건조장치에서 약 180 ~ 200℃의 온도로 2시간 동안 건조시킨 후 실온에서 72시간 동안 건조하였다.

[비교예 2]

벤토나이트 분말 대신에 소석고 분말을 투입하는 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 무기 바인더를 제조하였으며, 또 실시예 3(보온소재 : 두께 20㎜의 유리단섬유 부직포 매트)과 동일한 방법으로 BTI 보온단열재를 성형하였다. 이후 건조장치에서 약 180 ~ 200℃의 온도로 2시간 동안 건조시킨 후 실온에서 72시간 동안 건조하였다.

[실험예]

실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1, 비교예 2에서 각각 제조된 BTI 보온단열재를 공인된 시험기준에 따라 5회 반복 측정하고, 그 평균값을 아래 [표 1]에 나타내었다.

항목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
열전도율 (W/mk. at 70℃)	0.022	0.025	0.028	0.035	0.030
휨강도 (MPa)	1.04	1.02	0.99	0.88	0.92
밀도 (㎏/㎥. Max)	219	213	198	232	225
최고적용온도 (℃)	840	850	870	810	830

상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명의 무기 바인더를 이용하여 성형된 BTI 보온단열재는 바인더에 다공성 벤토나이트 분말을 사용함으로 인하여 열전도율, 휨강도, 밀도 등의 물성이 비교예에 따른 제품보다 월등히 개선됨으로써 고온에서 더욱 안정되게 사용할 수 있으며, 자연건조만으로도 단단하게 경화되기 때문에 건조공정의 생략에 따르는 생산비 절감효과가 있다. 또한, BTI 보온단열재의 시공조건에 따라 표면에 수성 발수제를 도포함으로써 표면발수도(1시간 후) 99%, 이상이라는 사실을 확인하였으며, 그에 따라 제품의 내구성도 향상되는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 물 15 ~ 25중량%에 벤토나이트 분말 15 ~ 25중량%, 수용성 수지접착제 5 ~ 15중량%, 카르복시메틸 셀룰로오스나트륨 5% 수용액 40 ~ 60중량%를 교반 분산시켜 무기 바인더를 제조하는 제1단계;
   상기 제조된 무기 바인더를 유리장섬유 펠트의 일면에 도포하는 제2단계;
   상기 무기 바인더가 도포된 유리장섬유 펠트 위에 보온소재를 적재하고 그 위에 다시 상기 무기 바인더를 도포하는 제3단계;
   상기 무기 바인더가 도포된 보온소재 위에 유리장섬유 펠트를 적재하여 성형하고 건조시키는 제4단계;
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계에서 사용되는 수용성 수지접착제는 폴리아크릴산 에스테르(Polyacrylic ester)인 것을 특징으로 하는 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제3단계에서 유리장섬유 펠트 위에 적재되는 보온소재는 에어로젤 매트 또는 유리단섬유 부직포 매트인 것을 특징으로 하는 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 친환경 BTI 보온단열재의 일측 또는 양측 표면에 수성 발수제를 도포하는 것을 특징으로 하는 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수성 발수제는 실리카계 또는 불소계인 것을 특징으로 하는 친환경 BTI 보온단열재의 제조방법.
   
   

Images