KR101953348B1 - 에어로겔 시트의 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어로겔 시트의 제조장치에 관한 것으로서, 섬유시트가 삽입되는 고정용기; 및 상기 복수의 고정용기가 다단으로 적층되게 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 내부에 실리카 전구체를 주입하여 상기 고정용기에 삽입된 섬유시트에 함침시키는 실리카 전구체 주입부로 마련된 함침용기를 포함한다.

Description

에어로겔 시트의 제조장치{PREPARATION APPARATUS OF AEROGEL SHEET}
본 발명은 에어로겔 시트의 제조장치에 관한 것으로서, 특히 에어로겔 시트의 생산량을 크게 향상시킨 에어로겔 시트의 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 에어로겔 시트는 현재까지 알려진 고체 중에서 90%이상, 최대 99% 정도의 높은 기공율을 갖는 고다공성 물질로서, 실리카 전구체 용액을 졸-겔 중합반응시켜 겔을 만든 후, 초임계 조건 혹은 상압 조건 하에서 건조함에 따라 얻을 수 있다. 즉, 에어로겔 시트는 공기가 가득차 있는 기공 구조를 가지고 있다.
이와 같은 에어로겔 시트는 내부 공간의 90~99%가 비어있는 독특한 기공구조로 인하여 가벼우면서도 단열성, 흡음성 등의 물성을 가지며, 그 중에서도 가장 큰 장점은 종래 스티로폼 등의 유기 단열재의 열전도도인 36mW/m.k보다 현저히 낮은 30mW/m.k 이하의 열전도율을 보이는 고단열성이다.
특허등록번호 제10-1105436호
종래기술에 따른 에어로겔 시트는 블랑켓의 표면에 에어로겔과 촉매용액을 분사하여 함침시켜서 제조한다.
그러나 종래기술에 따른 에어로겔 시트는 제조과정이 복잡하여 작업성, 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 에어로겔 시트의 제조과정을 단순화하여 작업성과 생산성을 높인 에어로겔 시트의 제조장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 섬유시트가 삽입되는 고정용기; 및 상기 복수의 고정용기가 상하로 적층된 상태로 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 내부에 실리카 전구체를 주입하여 상기 고정용기에 삽입된 섬유시트에 함침시키는 실리카 전구체 주입부로 마련된 함침용기를 포함할 수 있다.
상기 수용부는 밀폐된 진공챔버로 마련되고, 상기 실리카 전구체 주입부는 상기 진공챔버의 주면에 높이방향으로 복수개가 구비될 수 있다.
상기 고정용기는 상부가 개방된 박스 형태를 가지며, 바닥면에 복수의 타공이 형성될 수 있다.
상기 함침용기는 상기 수용부 내의 공기를 외부로 배출시킴에 따라 발생하는 흡입력으로 실리카 전구체와 섬유시트의 함침을 높이는 진공발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 실리카 전구체 주입부에 실리카 전구체를 공급하는 실리카 전구체 공급용기를 더 포함할 수 있다.
상기 실리카 전구체는 실리카졸과 겔화용 촉매의 혼합으로 마련될 수 있다.
상기 실리카졸은 TEOS(tetraethyl orthosilicate)와 에탄올의 혼합으로 마련될 수 있다.
상기 TEOS(tetraethyl orthosilicate)는 가수분해된 것을 사용할 수 있다.
상기 겔화용 촉매는 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합으로 마련할 수 있다.
상기 함침용기로부터 인출된 복수의 고정용기가 상하로 적층된 상태로 수용되고, 상기 고정용기에 삽입된 섬유시트를 에이징, 표면개질 및 고온으로 건조하는 반응용기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 섬유시트가 삽입되는 고정용기와, 복수의 고정용기가 다단으로 적층되게 수용되는 함침용기를 포함함으로써 복수의 섬유시트를 한번에 함침시킬 수 있으며, 이에 에어로겔 시트를 대량으로 생산할 수 있어 생산량을 크게 높일 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 함침용기에 복수의 실리카 전구체 주입부를 형성함으로써 섬유시트와 실리카 전구체의 함침력을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 고정용기의 바닥면에 타공을 형성함으로써 고정용기의 바닥면을 통해 실리카 전구체가 유입되면서 섬유시트와 실리카 전구체의 함침력을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 반응용기에 진공발생부를 포함함으로써 흡입력을 통해 섬유시트와 실리카 전구체의 함침력을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 고정용기를 도시한 사시도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 고정용기의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 반응용기를 도시한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 복수의 섬유시트를 한번에 함침, 에이징, 표면개질 및 건조시키는 구조를 가지며, 이에 동일한 품질의 실리카겔 시트를 대량 생산할 수 있어 생산성과 작업성을 높일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 섬유시트(10)가 삽입되는 고정용기(100), 고정용기(100)가 다단으로 적층되게 수용되고 섬유시트(10)에 실리카 전구체(20)를 함침시키는 함침용기(200), 및 함침용기(200)로부터 인출된 고정용기(100)가 다단으로 적층된 상태로 수용되고 섬유시트(10)를 에이징, 표면개질 및 건조하는 반응용기(300)를 포함한다.
고정용기
고정용기(100)는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 섬유시트(10)가 삽입되도록 상부가 개방된 박스 형태를 가진다.
그리고 고정용기(100)의 바닥면에는 하부로 관통되는 복수의 타공(110)이 형성되며, 타공(110)을 통해 고정용기(100)의 바닥면으로 실리카 전구체가 유입되면서 섬유시트(10)와 실리카 전구체의 함침력을 높일 수 있다.
여기서 고정용기(100)는 다양한 실시예를 통해 섬유시트(10)와 실리카 전구체의 함침력을 높일 수 있다.
첫번째 실시예로, 도 3a에 도시되어 있는 것과 같이, 고정용기(100)의 바닥면은 메쉬망(120)으로 형성될 수 있으며, 메쉬망(120)을 통해 고정용기(100)의 바닥면으로부터 유입되는 실리카 전구체의 유입량을 높일 수 있어 섬유시트(10)와 실리카 전구체(20)의 함침력을 높일 수 있다.
두번째 실시예로, 고정용기(100)의 측벽은 도 3b에 도시되어 있는 것과 같이, 섬유시트(10)의 측면을 지지하는 지지부(130)를 제외하고 외측으로 개방된 관통홈(140)으로 형성될 수도 있으며, 관통홈(140)을 통해 실리카 전구체의 유입량을 높일 수 있어 섬유시트(10)와 실리카 전구체(20)의 함침력을 높일 수 있다.
세번째 실시예로, 다단으로 적층되는 고정용기(100)는 상호 대응하는 고정용기 끼리 끼움 결합되게 마련될 수 있다. 즉, 도 3c에 도시되어 있는 것과 같이, 상호 밀착되는 고정용기(100) 중 상측에 위치한 고정용기(100)의 저면에 상기 하측에 위치한 고정용기(100)의 개구에 결합되도록 결합돌기(150)를 형성한다. 이에 다단으로 적층되는 고정용기(100)를 안정적으로 적층할 수 있다.
함침용기
함침용기(200)는 도 1을 참조하면, 복수의 고정용기(100)가 다단으로 적층(도 1에서 보았을 때 상하로 적층)되게 수용되는 수용부(210)와, 수용부(210)의 내부에 실리카 전구체(20)를 주입하여 고정용기(100)에 삽입된 섬유시트(10)에 함침시키는 실리카 전구체 주입부(220)로 마련된다.
수용부(210)는 내부에 복수의 고정용기(100)를 수용하는 수용공간이 마련되고, 상면에 진공발생부(230)가 결합되며, 측면에 실리카 전구체 주입부(220)가 결합된다.
한편, 수용부(210)는 밀폐된 진공챔버로 마련될 수 있으며, 이에 진공상태를 이용하여 섬유시트(10)와 실리카 전구체(20)의 함침력을 높일 수 있다.
한편, 수용부(210)의 수용공간 바닥에는 바닥면으로부터 소정 높이 이격되는 지지판(211)이 마련되며, 지지판(211)은 수용부(210)의 최하단에 적층되는 고정용기(100)를 수용공간 바닥면으로 이격시킬 수 있어 최하단 고정용기(100)에 삽입된 섬유시트(10)의 함침력을 높일 수 있다.
그리고 수용부(210)는 밀폐된 구조를 가진 박스 형태로 마련될 수 있으며, 이에 박스 형태의 고정용기(100)를 움직이지 않게 적층시킬 수 있다.
실리카 전구체 주입부(220)는 진공챔버인 수용부(210)의 주면에 높이방향으로 복수개가 구비되며, 복수개의 실리카 전구체 주입부(220)는 하나로 연결된 상태로 실리카 전구체 공급용기(300)와 연결된다.
즉, 실리카 전구체 주입부(220)는 도 1을 참조하면, 수용부(210)의 상단, 하단, 상단과 하단 사이인 중단에 실리카 전구체(20)를 주입함에 따라 수용부(210)에 적재된 복수의 고정용기(100)에 실리카 전구체(20)를 공급할 수 있어 균일한 함침력을 얻을 수 있다.
한편, 실리카 전구체 주입부(220)는 수용부(210)의 높이방향과 함께 주면 방향으로도 더 구비될 수 있으며, 이에 수용부(210)의 전체에 실리카 전구체(20)를 공급할 수 있다.
한편, 실리카 전구체 주입부(220)를 통해 수용부(210)에 주입된 실리카 전구체(20)는 수용부(210)의 바닥면을 향해 낙하하게 되며, 이에 수용부(210)의 최상단에 배치된 고정용기(100)의 섬유시트(10)와 최하단에 배치된 고정용기(100)의 섬유시트(10)의 함침력에 차이가 발생하면서 제품불량이 발생할 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 수용부(210)에 수용된 실리카 전구체(20)를 일측에서 타측으로 강제로 이동시켜서 복수의 고정용기(100)에 삽입된 섬유시트(10)들의 함침력을 균일하게 조절한다.
즉, 함침용기(200)는 상면에 수용부(210)의 내부 공기를 외부로 배출시켜서 흡입력을 발생시키는 진공발생부(230)가 포함되며, 진공발생부(230)는 수용부(210)의 내부 공기를 외부로 배출시킴에 따라 수용부(210)의 바닥면에 축적된 실리카 전구체(20)가 강제로 진공발생부(230)가 위치한 수용부(210)의 상단까지 승강하며, 이때 수용부(210)의 바닥면에 추척된 실리카 전구체(20)는 최하단 고정용기(100)의 섬유시트(10)를 통해 최상단 고정용기(100)의 섬유시트(10)를 통과하게 된다.
이에, 본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 진공발생부(230)를 포함함으로써 다단으로 적층된 고정용기(100)에 삽입되어 있는 섬유시트(10)들의 함침력을 높일 수 있고, 특히 균일화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 실리카 전구체 주입부(220)에 실리카 전구체(20)를 공급하는 실리카 전구체 공급용기(300)를 포함한다.
실리카 전구체 공급용기
실리카 전구체 공급용기(300)는 실리카 전구체를 제조하고 공급하기 위한 것으로, 실리카 전구체(20)가 수용되는 공급부(310), 공급부(310)와 실리카 전구체 주입부(220)를 연결하는 연결라인(320)을 포함하며, 연결라인(320)에는 열결라인(320)을 통과하는 실리카 전구체(20)의 공급량을 조절하는 펌프(330)가 구비된다.
여기서 실리카 전구체(20)는 실리카졸과 겔화용 촉매의 혼합으로 마련되며, 상기 실리카졸은 TEOS(tetraethyl orthosilicate)와 에탄올의 혼합으로 마련되고, 겔화용 촉매는 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합으로 마련된다.
여기서 상기 TEOS(tetraethyl orthosilicate)는 물과의 반응성이 뛰어난 용매로, 가수분해된 것을 사용하며, 이에 반응성을 더욱 높일 수 있다. 즉, 가수분해된 TEOS와 에탄올을 혼합함에 따라 반응성이 우수한 실리카졸을 얻을 수 있다.
이와 같이 실리카 전구체 공급용기(300)를 구비함으로써 실리카 전구체(20)를 함침용기(200)에 공급함으로써 실리카 전구체를 안정적으로 공급할 수 있다.
한편, 이와 같이 함침용기(200)에 의해 섬유시트(10)와 실리카 전구체(20)의 함침이 완료되면, 실리카 전구체가 함침된 섬유시트(10)를 에이징하고, 표면개질하고, 건조하여 에어로겔 시트를 제조하게 된다. 이때 반응용기(400)를 사용한다.
반응용기
반응용기(400)는 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 함침용기(200) 내의 적층된 복수의 고정용기(100)가 수용되는 수용공간(410)과, 일단에 수용공간(410)과 연결되는 주입구(420)와, 타단에 수용공간(410)와 연결되는 배출구(430)가 형성된다.
즉, 반응용기(400)는 수용공간(410)에 복수의 고정용기(100)를 다단으로 적층되게 수용한 상태로 상기 주입구(420)를 통해 수용공간(410) 내부 온도를 상승시키켜서 에이징을 진행하여 섬유시트(10)의 조직을 균일화할 수 있다. 또한, 주입구(420)를 통해 수용공간(410)에 HMDS(Hexamethyldisilazane)를 주입하여 섬유시트910)의 표면을 개질할 수 있다. 또한, 주입구(420)를 통해 수용공간(410)의 온도를 다단으로 조절하여 섬유시트(10)를 건조할 수 있다. 한편 배출구(430)를 통해 섬유시트로부터 배출되는 에탄올을 외부로 배출하여 섬유시트(10)의 불량 발생을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치는 복수의 섬유시트(10)와 실리카 전구체를 함번에 함침시킴으로써 에어로겔 시트를 대량으로 생산할 수 있어 생산량을 크게 높일 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 에어로겔 시트의 제조장치의 사용상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 고정용기(100)에 섬유시트(10)를 삽입한다. 여기서 고정용기(100)의 바닥면은 복수의 타공(110)이 형성되어 있다.
다음으로, 섬유시트(10)가 삽입된 고정용기(100)를 함침용기(200)의 수용부(210)에 다단으로 적층시키고, 고정용기(100)의 적층이 완료되면 수용부(210)를 밀폐시킨다.
다음으로, 실리카 전구체 공급용기(300)에 저장된 실리카 전구체를 함침용기(200)의 실리카 전구체 주입부(220)를 통해 수용부(210)에 주입한다. 이때 복수의 실리카 전구체 주입부(220)를 통해 실리카 전구체가 주입되면서 섬유시트(10)와 실리카 전구체(20)의 함침력을 높일 수 있다.
한편, 실리카 전구체(20)를 주입하는 과정만으로는 다단으로 적층된 고정용기(100)의 섬유시트(10)를 균일하게 함침시킬 수 없다. 이에 진공발생부(230)를 작동시켜서 수용부(210)의 하부에 축적된 실리카 전구체(20)를 상방향으로 강제로 승상시키며, 이때 실리카 전구체(20)는 최하단 고정용기(100)의 섬유시트(10)에서 최상단 고정용기(100)의 섬유시트(10)까지 관통하면서 함침력을 높일 수 있다. 특히 균일화할 수 있다.
여기서 고정용기(100)의 바닥면에는 타공(110)이 형성되어 있어 섬유시트(10)와 실리카 전구체(20)의 함침력을 높일 수 있다.
섬유시트(10)와 실리카 전구체(20)의 함침이 완료되면, 함침용기(200)로부터 복수의 고정용기(100)를 인출한 다음, 복수의 고정용기(100)를 반응용기(400)에 수용한다.
그런 다음, 반응용기(400)의 내부 온도를 상승시키면서 섬유시트(10)의 조직을 균일화하고, 다음으로 반응용기(400)에 HMDS(Hexamethyldisilazane)를 주입하여 섬유시트(10)의 표면을 개질하며, 다음으로 반응용기(400)의 온도를 다단으로 조절하여 섬유시트(10)를 건조하면 완제품인 실리카졸 시트를 얻을 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 고정용기
110: 타공
200: 함침용기
210: 수용부
220: 실리카 전구체 공급부
230: 진공발생부
300: 반응용기

Claims (10)

  1. 섬유시트가 삽입되는 복수의 고정용기; 및
    상기 복수의 고정용기가 다단으로 적층되게 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 내부에 실리카 전구체를 주입하여 상기 고정용기에 삽입된 섬유시트에 함침시키는 실리카 전구체 주입부로 마련된 함침용기를 포함하고,
    상기 고정용기는 상부가 개방된 박스 형태를 가지며, 바닥면에 복수의 타공이 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용부는 밀폐된 진공챔버로 마련되고,
    상기 실리카 전구체 주입부는 상기 진공챔버의 주면에 높이방향으로 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 함침용기는 상기 수용부 내의 공기를 외부로 배출시킴에 따라 발생하는 흡입력으로 실리카 전구체를 상승시켜서 섬유시트와의 함침을 높이는 진공발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리카 전구체 주입부에 실리카 전구체를 공급하는 실리카 전구체 공급용기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리카 전구체는 실리카졸과 겔화용 촉매의 혼합으로 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 실리카졸은 TEOS(tetraethyl orthosilicate)와 에탄올의 혼합으로 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 TEOS(tetraethyl orthosilicate)는 가수분해된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 겔화용 촉매는 에탄올과 암모니아수(NH4OH)의 혼합으로 마련되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 함침용기로부터 인출된 복수의 고정용기가 상하로 적층된 상태로 수용되고, 상기 고정용기에 삽입된 섬유시트를 에이징, 표면개질 및 고온으로 건조하는 반응용기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 시트의 제조장치.
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