KR101966406B1 - 장기 내구성이 우수한 에어로젤 단열재 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

장기 내구성이 우수한 에어로젤 단열재 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 에어로젤 단열재는 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재; 및 상기 에어로젤 단열재 모재의 표면에 배치되는 수지 코팅막;으로 이루어지고, 상기 수지 코팅막의 일부는 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 연장되어 있으며, 상기 수지 코팅막은 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어로젤 단열재는 상기 구성을 통하여, 에어로젤 제품 제조 공정시 뿐만 아니라 에어로젤 제품 사용시 및 세탁시에 에어로젤 입자의 탈락을 방지할 수 있어, 분진 발생 억제 및 단열성능 저하 방지 등의 효과를 얻을 수 있다.

Description

장기 내구성이 우수한 에어로젤 단열재 제조 방법 {METHOD OF MANUFACTURING AEROGEL INSULATION MATERIALS WITH EXCELLENT LONG-TERM DURABILITY AND THE SAME}
본 발명은 에어로젤 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장기 내구성이 우수한 에어로젤 단열재에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 장기 내구성이 우수한 에어로젤 단열재 제조 방법에 관한 것이다.
에어로젤(Aerogel)이란 약 20~50nm의 나노기공을 95% 이상의 기공률로 보유한 초다공성 물질로 정의된다.
일반적으로, 에어로젤은 원료물질을 솔-젤(sol-Gel) 반응시켜 다량의 용매가 포함된 나노구조의 젤을 만든 후, 초임계 건조와 같은 방법으로 거의 수축 없이 용매를 제거하여 원래 젤의 나노구조가 그대로 유지된 상태로 제조된다.
에어로젤은 극히 낮은 열전도율, 우수한 방음성, 높은 완충성을 가진다. 이러한 낮은 열전도도는 에어로젤이 기체의 성질과 가까운 고체이며 특유의 나노기공 구조가 기체에서 발생할 수 있는 공기 분자의 이동을 차단하는 효과에서 기인한 것이다.
다만, 에어로젤은 어떤 형태를 지니더라도 깨지고 부서지기 쉬운 성질을 지니므로 그 자체로 바로 활용되는 데는 문제가 있으므로 모재에 담지된 블랑켓(blanket)과 같은 형태로 만들어 사용된다. 그러나 이 또한 담지된 에어로젤 분말이 모재로부터 쉽게 이탈할 수밖에 없으므로 에어로젤 단열재를 포함한 의류 등의 제품 제조 공정시 이탈된 에어로젤 입자에 기인하는 분진이 다량 발생하는 문제점이 있다.
에어로젤 입자의 이탈을 방지하기 위해, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이 보호 필름을 이용하는 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 방법은 에어로젤 입자가 포함된 에어로젤 단열재 모재에 보호 필름을 라미네이팅하는 방법이다. 특허문헌 1에서는 에어로젤 단열재 모재에 보호 필름을 라미네이팅하기 위해 2가지 방법을 제시하고 있는데, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
첫번째 방법은 도 1에 도시된 예와 같이 에어로젤 입자가 포함된 단열층(100)에 보호 필름(200)이 직접 라미네이팅되는 방법이다. 두번째 방법은 도 2에 도시된 예와 같이 에어로젤 입자가 포함된 단열층(10)에 점착 코팅층(30)이 배치되고, 점착 코팅층(30) 상에 보호 필름(20)이 라미네이팅되는 방법이다.
그러나, 첫번째 방법 및 두번째 방법으로 보호 필름이 배치된 에어로젤 단열재의 경우, 단열재 표면에 보호 필름이 존재함에 따라 에어로젤 제품 제조시 에어로젤 입자의 탈락을 억제할 수 있고, 이에 따라 분진 발생을 억제할 수 있다. 그러나, 에어로젤 제품의 사용 및 세탁이 반복되면서, 에어로젤 단열재의 구겨짐 등이 반복되는데, 이와 같이 구겨짐 등이 반복됨에 따라 점착 코팅층 또는 보호 필름이, 에어로젤 입자가 포함된 단열재로부터 쉽게 이탈될 수 있다. 이 경우, 보호 필름 배치 효과가 상쇄됨으로써, 에어로젤 입자가 단열재로부터 이탈하게 되고, 그에 따라 단열 효과가 크게 감소될 수 있다.
한국 등록특허공보 제10-1237013호(2013.02.25. 공고)
본 발명의 목적은 에어로젤 제품 제조 공정시 뿐만 아니라 에어로젤 제품 사용시 및 세탁시에도 에어로젤 입자 탈락을 억제할 수 있는 에어로젤 단열재를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 상기의 에어로젤 단열재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에어로젤 단열재는 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재; 및 상기 에어로젤 단열재 모재의 표면에 배치되는 수지 코팅막;으로 이루어지고, 상기 수지 코팅막의 일부는 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 연장되어 있으며, 상기 수지 코팅막은 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 따른 에어로젤 단열재는 전자 부품 등에 적용될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로젤 단열재는 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재; 상기 에어로젤 단열재 모재의 표면에 배치되는 수지 코팅막; 및 상기 수지 코팅막 상에 배치되는 표피재로 이루어지고, 상기 수지 코팅막의 일부는 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 연장되어 있으며, 상기 수지 코팅막은 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 경화성 수지 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 표피재는 섬유, 필름, 가죽, 폴리머, 지류 등이 될 수 있다. 본 실시예에 따른 에어로젤 단열재는 기능성 의류, 잠수복, 소방복 등에 적용될 수 있다.
종래의 라미네이트법에 의한 보호 필름 적층 방식, 점착제층을 이용한 보호 필름의 접착 방식 등에 의해 제조된 에어로젤 단열재의 경우, 보호 필름 또는 점착제층이 에어로젤 단열재 모재의 표면에 배치된 형태로서, 시간이 경과할수록 에어로젤 단열재 모재와 보호 필름 또는 점착제층 간의 밀착력이 저하되는 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명의 경우, 에어로젤 단열재 모재 상에서 용액 상태의 수지 조성물로부터 수지 코팅막을 직접 제조하고, 특히 수지 조성물의 일부가 에어로젤 단열재 모재 내부로 침투함으로써 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재 내부로 연장됨으로써 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 홀딩하는 형태가 될 수 있다. 이를 통하여, 에어로젤 단열재 또는 이를 이용한 에어로젤 제품 제조 공정에서 분진이 날리는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 에어로젤 단열재를 포함하는 의류 등의 제품의 사용시 및 세탁시 많은 구겨짐이 발생하더라도, 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 계속 홀딩할 수 있으므로, 에어로젤 입자의 탈락을 저감할 수 있다. 그 결과 초기의 높은 단열 성능이 계속 유지될 수 있다.
아울러, 수지 코팅막이 폴리이미드 등 고온에 견딜 수 있는 재질인 경우, 상온뿐만 아니라 고온에서도 사용하기에 적합하며, 나아가 소방용 소재로도 활용할 수 있다.
상기 실시예들에서, 상기 수지 코팅막에는 실리콘 고무 수지가 추가로 포함되어 있을 수 있다.
또한, 상기 실시예들에서, 상기 에어로젤 단열재 모재는 편직물, 제직물, 스펀지, 다공성 폴리머 또는 신축성 재질을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 편직물, 제직물, 스펀지 또는 다공성 폴리머의 경우, 다수의 기공을 포함하고 있어, 액상의 수지 조성물의 일부가 에어로젤 단열재 모재 내부로 침투하기 용이하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에어로젤 단열재 제조 방법은 (a) 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재에 액상의 수지 조성물을 도포하는 단계; 및 (b) 상기 수지 조성물에 포함된 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계에서 상기 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절하여 수지 조성물의 일부가 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 침투하도록 하여, 상기 (b) 단계에서 상기 수지 코팅막이 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부까지 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 (a) 단계 이후에, 도포된 수지 조성물 상에 표피재를 배치하는 단계를 추가로 포함하거나, 상기 (b) 단계 이후에, 수지 코팅막 상에 표피재를 배치하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 수지 조성물을 가압 도포할 수 있다. 수지 조성물 도포 시에, 롤 등으로 압력을 부여함으로써 수지 조성물의 일부가 에어로젤 단열재 모재 내부로 보다 용이하게 침투할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로젤 단열재 제조 방법은 (a) 표피재에 액상의 수지 조성물을 도포하는 단계; (b) 에어로젤 입자를 포함하는 단열재 모재 상에 상기 (a) 단계의 결과물을 합포하는 단계; 및 (c) 상기 수지 조성물에 포함된 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 (a) 단계에서 상기 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절하여 상기 (b) 단계에서 수지 조성물의 일부가 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 침투하도록 하여, 상기 (c) 단계에서 상기 수지 코팅막이 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부까지 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에어로젤 단열재 제조 방법은 (a) 표피재에 액상의 수지 조성물을 도포하는 단계; (b) 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재 상에 상기 (a) 단계의 결과물을 합포하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 성형부를 구비하는 금형 틀에 투입하고, 상기 금형 틀 내에서 상기 (b) 단계의 결과물을 상기 금형 틀의 성형부에 대응하는 형상으로 성형하면서 상기 수지 조성물에 포함된 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계에서 상기 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절하여 상기 (b) 단계에서 수지 조성물의 일부가 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 침투하도록 하여, 상기 (c) 단계에서 상기 수지 코팅막이 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부까지 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어로젤 단열재 제조 방법의 경우, 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절함으로써 수지 조성물의 일부가 에어로젤 단열재 모재로 침투할 수 있게 되고, 에어로젤 단열재 모재의 표면 상에 있는 수지 조성물 및 에어로젤 단열재 모재의 내부로 침투한 수지 조성물이 용매 제거 공정을 통하여 하나의 수지 코팅막으로 형성될 수 있다. 형성된 수지 코팅막은 에어로젤 단열재 모재 내외부에서 일체 구조를 가지게 되어 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 홀딩하는 형태가 될 수 있다.
이때, 수지 조성물의 점도가 5,000cps 미만으로 너무 낮으면 용액 상태의 수지 조성물의 대부분이 에어로젤 단열재 모재로 침투하여 에어로젤 입자에 의해 흡수되므로 단열 성능이 크게 저하될 수 있다. 반대로, 수지 조성물의 점도가 200,0000cps를 초과하여 너무 높을 경우, 수지 조성물이 에어로젤 단열재 모재 내부로 거의 침투되지 않아, 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 표면 상에만 존재하여 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 홀딩하는 형태가 될 수 없다.
상기 실시예들에서, 상기 수지 조성물에는 실리콘 고무 수지가 더 포함되어 있을 수 있다.
또한, 상기 실시예들에서, 상기 에어로젤 단열재 모재는 편직물, 제직물, 스펀지, 다공성 폴리머 또는 신축성 재질을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 장기 내구성이 우수한 에어로젤 단열재 제조 방법은 에어로젤 단열재 모재 상에서 액상의 수지 조성물로부터 수지 코팅막을 직접 제조하되, 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절하는 것이 특징이다. 이를 통해, 수지 조성물의 일부가 에어로젤 단열재 모재 내부로 침투할 수 있고, 형성된 수지 코팅막은 에어로젤 단열재 모재의 내외부에 일체로 존재하여 에어로젤 단열재 모재를 홀딩하는 형태가 될 수 있다.
그 결과, 본 발명에 따른 에어로젤 단열재는 에어로젤 단열재를 포함하는 에어로젤 제품 제조 공정에서 분진이 날리는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 의류 등의 에어로젤 제품 사용시 및 세탁시 많은 구겨짐이 발생하더라도, 에어로젤 단열재 모재 내외부에 형성된 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 계속 홀딩할 수 있으므로, 에어로젤 입자의 탈락을 저감할 수 있다. 그 결과 초기 높은 단열 성능이 계속 유지될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로젤 입자가 포함된 에어로젤 단열재 모재에 보호 필름이 직접 라미네이팅되어 있는 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 에어로젤 입자가 포함된 에어로젤 단열재 모재에 점착 코팅층이 배치된 후, 점착 코팅층 상에 보호 필름이 배치된 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 7은 (a) 폴리이미드 코팅막 형성 이전의 에어로젤 단열재의 사진 및 (b) 폴리이미드 코팅막 형성 이후의 에어로젤 단열재의 사진을 나타낸 것이다.
도 8은 폴리이미드 코팅막 상에 표피재가 배치된 사진을 나타낸 것이다.
도 9는 폴리이미드 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 10회 구부렸을 때의 사진을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 장기 내구성이 우수한 에어로젤 단열재 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 에어로젤 단열재는 에어로젤 단열재 모재(310) 및 수지 코팅막(320)을 포함한다.
에어로젤 단열재 모재(310)는 모재와, 모재에 분산된 에어로젤 입자를 포함한다.
수지 코팅막(320)은 에어로젤 단열재 모재(310)의 표면에 배치된다. 도 3에서는 수지 코팅막(320)이 에어로젤 단열재 모재(310)의 양면에 배치되어 있는 예를 나타내었으나 이에 한정되지 않는다. 수지 코팅막은 에어로젤 단열재 모재의 하나의 면에만 배치되어 있을 수 있다. 또한, 수지 코팅막은 에어로젤 단열재 모재의 측면까지 완전히 감싸는 형태로 배치되어 있을 수 있다.
수지 코팅막의 수지는 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 광경화성 수지 중 1종 이상이 될 수 있다. 열경화성 수지로는 테프론 수지, 에폭시 수지, 아미노 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 폴리우레탄 수지, 불포화폴리에스테르 수지, 아릴 수지 등이 제시될 수 있다. 광경화성 수지로는 폴리우레탄 수지, 우레탄아크릴레이트 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 폴리에스테르아크릴레이트 수지 등이 제시될 수 있다. 열가소서 수지로는 열가소성 폴리이미드(TPI) 수지, 에틸렌 초산 비닐(EVA) 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리염화비닐(PVC) 수지, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 등이 제시될 수 있다. 이들 제시된 수지들 이외에도 공지된 다양한 수지들이 이용될 수 있다.
이때, 본 발명의 경우, 도 3에 도시된 예와 같이, 수지 코팅막(320)의 일부가 에어로젤 단열재 모재(310)의 내부로 침투해 있다. 이는 에어로젤 단열재 모재(310) 상에서 액상의 수지 조성물로부터 수지 코팅막(320)을 직접 제조함으로써 얻어지는 결과이다. 이는 PET 필름과 같은 수지 필름을 직접 또는 점착층을 통하여 라미네이팅하는 것과는 상이한 개념이다. 이미 만들어진 수지 필름의 경우 에어로젤 단열재 모재 내부로 침투하기는 어렵다.
그러나, 예를 들어 폴리아믹산 용액과 같은 액상의 수지 조성물의 경우, 적정 점도 하에서 일부가 에어로젤 단열재 모재 내부로 침투가 가능하다. 예를 들어 폴리이미드 코팅막의 경우, 폴리아믹산 용액을 에어로젤 단열재 모재 상에 도포한 후 가열을 통한 용매 제거 및 이미드화 과정에서 에어로젤 단열재 모재의 표면 상에 있는 폴리아믹산 뿐만 아니라 에어로젤 단열재 모재의 내부로 침투된 폴리아믹산도 함께 이미드화됨으로써 폴리이미드 코팅막의 일부가 에어로젤 단열재 모재의 내부로 연장되는 결과를 얻을 수 있다. 다른 종류의 수지를 포함하는 수지 조성물의 경우도 마찬가지 원리가 적용될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 경우, 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 붙잡고 있는, 즉 홀딩(holding)하는 형태가 될 수 있다.
이와 같은 수지 코팅막을 통하여, 에어로젤 단열재를 포함하는 의류 등의 제품 제조 공정에서 에어로젤 입자의 이탈에 의한 분진 발생을 방지할 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 에어로젤 단열재를 포함하는 의류 등의 제품의 사용시 및 세탁시 많은 구겨짐이 발생하더라도, 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 계속 홀딩할 수 있으므로, 에어로젤 입자의 탈락을 저감할 수 있다. 그 결과 초기의 높은 단열 성능이 장시간동안 유지될 수 있다.
상기와 같은 특징을 통해, 본 발명에 따른 에어로젤 단열재는 채광스크린, 커튼, 벽지, 장판, 데코타일, 단열시트, 데코타일, 융복합 섬유원단, 잠수복, 밀리터리 특수원단, 자동차 내장재 및 시트재, 항공 소재, 조선 소재, 전자부품 소재, 콜드체인, 태양광 발전 케이스 소재 등 단열이 요구되는 분야에 적용 가능하다.
나아가, 폴리이미드와 같은 고온에 견딜 수 있는 수지로 된 수지 코팅막은 상온 뿐만 아니라 고온에서도 사용하기에 적합하며, 폴리이미드의 경우, 고온 특성과 함께 불연 특성을 활용하여 소방용 소재로도 적용할 수 있다.
한편, 상기 에어로젤 단열재 모재는 편직물, 제직물, 스펀지, 다공성 폴리머 또는 신축성을 가지는 재질의 모재를 포함하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 편직물, 제직물, 스펀지, 다공성 폴리머 또는 신축성을 가지는 재질의 경우, 다수의 기공을 포함하고 있어, 액상의 수지 조성물의 일부가 에어로젤 단열재 모재 내부로 침투하기 용이하다. 물론, 에어로젤 단열재 모재는 부직포 등의 형태도 가능하다. 그러나 부직포 등의 경우 표면 기공이 적어 액상의 수지 조성물의 침투량이 많지 않으므로, 부직포보다는 편직물, 제직물 등이 보다 바람직하다.
또한, 상기 수지 코팅막 상에 표피재가 추가로 배치되어 있을 수 있다. 표피재는 섬유, 필름, 가죽, 폴리머, 지류 등이 될 수 있다. 표피재의 예로, 알루미늄 호일 적층 유리섬유(Aluminum Foil Laminated Fiberglass)와 같은 불연 소재를 이용할 경우, 해당 에어로젤 제품은 우수한 단열 효과 및 불연 효과를 나타낼 수 있어 소방용 소재 등에 활용하기 적합하다.
또한, 수지 코팅막에는 실리콘 고무 수지가 포함되어 있을 수 있다. 이는 수지 코팅막의 수지가 폴리이미드 수지나 우레탄아크릴레이트 수지와 같은 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지인 경우 보다 바람직하게 적용될 수 있다. 수지 코팅막에 실리콘 고무 수지가 포함되어 있음으로써, 연질의 수지 코팅막이 형성될 수 있다. 이 경우, 잠수복 등 텐션이 가능한 불연소재 등에 활용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 도시된 에어로젤 단열재 제조 방법은 액상의 수지 조성물 도포 단계(S410) 및 용매 제거를 통한 수지 코팅막 형성 단계(S420)를 포함한다.
본 실시예에 따른 에어로젤 단열재 제조 방법은 액상의 수지 조성물을 에어로젤 단열재 모재 상에 직접 도포하는 예이다.
액상의 수지 조성물 도포 단계(S410)에서는 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재에 액상의 수지 조성물을 도포한다.
수지 조성물은 용매와 수지를 포함한다. 여기서, 수지는 고분자화된 수지 뿐만 아니라, 모노머, 올리고머 상태의 것도 포함하여 중합 반응, 축합 반응 등에 의해 수지로 될 수 있는 것도 포함한다.
예를 들어, 폴리이미드 코팅막을 형성하기 위해 수지 조성물로 폴리아믹산 용액을 이용할 수 있는데, 폴리아믹산 용액은 디안하이드라이드 성분과 디아민 성분을 용매에 용해하여 약 30~70℃ 정도에서 반응시켜 제조할 수 있다. 디안하이드라이드 성분은 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)헥사플루오로프로판 디안하이드라이드(FDA), 4-(2,5-디옥소테트라하이드로푸란-3-일)-1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-1,2-디카르복실릭 안하이드라이드(TDA) 등의 방향족 디안하이드라이드를 제시할 수 있다. 디아민 성분은 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)-페닐]프로판(6HMDA), 3,3'-비스(트리프루오로메틸)-4,4′-디아미노비페닐(3,3′-TFDB) 등의 방향족 디아민을 제시할 수 있다. 용매는 m-크로졸, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸 설폭사이드, 아세톤, 디에틸아세테이트 등의 공지된 유기 용매나 물이 이용될 수 있다.
한편, 수지 조성물에는 실리콘 고무 수지가 추가로 포함될 수 있다. 이 경우, 실리콘 고무 수지가 포함됨으로써 연질의 수지 코팅막이 제조될 수 있다. 실리콘 고무 수지 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 수지 조성물 100중량부에 대하여 1~50중량부로 포함될 수 있다.
또한, 수지 조성물에는 열경화제, 광경화제나, 기타 중합방지제, 소포제 등 필요에 따라 다양한 첨가제가 포함될 수 있다. 이들 첨가제가 첨가될 경우, 그 함량은 수지 조성물 100중량부에 대하여 각각 5중량부 이하로 포함될 수 있다.
이때, 본 발명의 경우, 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절하는 것이 특징이다. 수지 조성물의 점도는 용매의 함량이나 실리콘 고무 수지의 함량 등에 따라 조절될 수 있다.
이때, 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절함으로써 수지 조성물의 일부가 에어로젤 단열재 모재로 침투할 수 있게 되고, 수지 코팅막 형성 공정을 통해 에어로젤 단열재 모재 상부 및 에어로젤 단열재 내부에 하나의 수지 코팅막이 형성될 수 있다. 수지 코팅막은 에어로젤 단열재 모재 내외부에서 일체 구조를 가지게 되어 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 홀딩하는 형태가 될 수 있다.
이때, 수지 조성물의 점도가 5,000cps 미만으로 너무 낮으면 수지 조성물의 대부분이 에어로젤 단열재 모재로 침투하고 에어로젤 입자가 이를 흡수하게 되므로 단열 성능이 크게 저하될 수 있다. 반대로, 수지 조성물의 점도가 200,000cps를 초과하여 너무 높을 경우, 수지 조성물이 에어로젤 단열재 모재 내부로 거의 침투되지 않아, 수지 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 홀딩하는 형태가 될 수 없다.
한편, 수지 조성물을 에어로젤 단열재 모재에 가압 도포하는 것이 보다 바람직하다. 수지 조성물의 5,000 cps 이상의 높은 점도로 인하여 수지 조성물이 에어로젤 단열재 모재 내부로 쉽게 침투하기는 어려울 수 있다. 이 경우, 롤 등을 이용하여 도포시 압력을 부여함으로써 수지 조성물의 일부가 에어로젤 단열재 모재 내부로 보다 용이하게 침투할 수 있다.
수지 코팅막 형성 단계(S420)에서는 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성한다. 이 단계에서는 중합 반응이나 축합 반응과 같은 고분자화 반응이 함께 이루어질 수 있다. 또한 열경화성 수지의 경우 열을 가함으로써 경화될 수 있고, 광경화성 수지의 경우 자외선이나 전자선 조사에 의해 경화될 수 있다.
예를 들어 수지 조성물로 폴리아믹산 용액을 도포한 경우, 약 100~400℃의 온도에서 용매 제거와 함께 열경화 반응이 진행될 수 있다. 다른 예로, 수지 조성물로 용매와 우레탄아크릴레이트 수지와 광개시제가 포함된 수지 조성물의 경우, 열을 가하여 용매를 제거한 후, 약 100 ~ 600mJ/cm2의 에너지로 5 ~ 30초간 광을 조사하는 방식으로 광경화 반응이 진행될 수 있다.
한편, 수지 조성물 도포 이후에, 도포된 수지 조성물 상에 표피재를 배치하는 단계를 추가로 포함하거나 또는 수지 코팅막을 형성한 후 수지 코팅막 상에 표피재를 배치하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재 제조 방법은 액상의 수지 조성물 도포 단계(S510), 합포 단계(S520) 및 수지 코팅막 형성 단계(S530)를 포함한다.
수지 조성물 도포 단계(S510)에서는 표피재의 일면에 액상의 수지 조성물을 도포한다.
본 실시예에 따른 에어로젤 단열재 제조 방법은 표피재에 액상의 수지 조성물을 균일하게 도포한 후, 이를 에어로젤 단열재 모재와 합포하는 예이다. 이 방법의 경우, 수지 코팅막의 두께 균일도를 향상시키는 데 보다 유리한 방법이다. 또한, 이 방법의 경우, 표피재가 성형틀로 작용할 수 있다.
이때, 액상의 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절한다.
다음으로, 합포 단계(S520)에서는 에어로젤 입자를 포함하는 단열재 모재 상에 수지 조성물이 도포된 표피재를 합포한다. 합포시, 표피재의 수지 조성물 도포면이 에어로젤 단열재 모재에 접촉된다.
다음으로, 수지 코팅막 형성 단계(S530)에서는 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재 제조 방법은 액상의 수지 조성물 도포 단계(S610), 합포 단계(S620) 및 성형틀을 이용한 성형 및 수지 코팅막 형성 단계(S630)를 포함한다.
수지 조성물 도포 단계(S610)에서는 표피재에 액상의 수지 조성물을 도포한다. 이때, 수지 조성물의 점도를 5,000~20,000cps로 조절한다.
다음으로, 합포 단계(S620)에서는 에어로젤 입자를 포함하는 단열재 모재 상에 수지 조성물이 도포된 표피재를 합포한다.
이후 합포된 결과물을 성형부를 구비하는 금형 틀에 투입한다. 금형 틀에는 용매 제거 및 열 경화를 위해 100~400℃ 온도를 제공하거나 또는 광 경화를 위해 자외선을 조사를 제공할 수 있는 가열/경화부가 구비될 수 있다. 그리고, 금형 틀 내에 열을 가하여 합포된 결과물을 금형 틀의 성형부에 대응하는 형상으로 성형하면서 수지 조성물에 포함된 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성한다. 이때, 중합 반응, 축합 반응, 경화 반응이 함께 이루어질 수 있다.
도 6에 도시된 방법은 수지 코팅막 형성 과정에서 성형이 가능하도록 성형부를 구비하는 금형 틀을 이용하여 합포된 결과물을 가압 가열하여 금형 내에서 성형이 이루어지도록 하는 방법으로, 규격화된 부품소재를 제조하기에 용이한 방법이다.
도 6에 도시된 방법으로 제조된 수지 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재는, 산업부품소재 부분에 있어 성형 가공된 형태로 공급될 수 있다.
도 7은 (a) 폴리이미드 표면처리 이전의 에어로젤 단열재의 사진 및 (b) 폴리이미드 표면처리 이후의 에어로젤 단열재의 사진을 나타낸 것이다.
도 7의 경우, 도 4에 도시된 방법, 즉 수지 조성물로 폴리아믹산 용액을 에어로젤 단열재 모재 상에 직접 도포한 후, 용매 제거 및 이미드화시킨 결과이다.
도 7을 참조하면, 에어로젤 단열재 모재(도 7의 (a))에 대하여 폴리이미드 표면처리가 됨에 따라, 에어로젤 단열재 모재 상에 황색 계열의 폴리이미드 코팅막이 잘 형성되어 있음을 볼 수 있다(도 7의 (b)).
표 1은 수지 코팅막이 형성되지 않은 에어로젤 단열재 모재의 열전도도 및 폴리이미드 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재 모재의 열전도도를 나타낸 것이다. 측정은 ASTM 518-04법에 의거하여 수행하였으며, 2개 샘플에 대하여 실시하였다.
[표 1]
Figure 112018047265793-pat00001
표 1을 참조하면, 도 7의 (b)의 폴리이미드 코팅막 형성 이후의 열전도도는, 도 7의 (a)의 폴리이미드 코팅막 형성 이전의 열전도도와 거의 동일한 것을 볼 수 있다. 이를 통해, 폴리이미드 코팅막 형성 이후의 단열 특성과 폴리이미드 코팅막 형성 이전의 단열 특성이 거의 동일한 것을 알 수 있다.
도 8은 폴리이미드 코팅막 상에 표피재가 배치된 사진을 나타낸 것이다.
구체적으로는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 에어로젤 단열재 모재 상에 폴리이미드 코팅막을 형성하고, 이후, 폴리이미드 코팅막 상에 알루미늄 호일 적층 유리섬유(Aluminum Foil Laminated Fiberglass) 재질의 표피재를 형성하였다. 도 8에 도시된 바와 같이, 폴리이미드 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재 모재를 표피재로 완전히 감쌀 수 있다. 알루미늄 호일 적층 유리섬유와 같은 불연 소재로 표피재를 형성할 경우, 해당 에어로젤 제품을 우수한 단열 효과 및 불연 효과를 통하여 소방용 소재로 활용할 수 있다.
도 9는 폴리이미드 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 구부리고 펴는 것을 10회 반복하였을 때의 사진을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 폴리이미드 코팅막이 형성된 에어로젤 단열재를 10회 구부리고 펴는 것을 반복한 이후에도 폴리이미드 코팅막이 견고히 유지되고 있는 것을 볼 수 있다. 이는 에어로젤 단열재 모재 상에서 폴리아믹산 용액으로부터 폴리이미드 코팅막을 직접 제조한 결과로 볼 수 있다. 특히, 상기 결과는 폴리아믹산 용액의 일부가 에어로젤 단열재 모재 내부로 침투함으로써 폴리이미드 코팅막이 에어로젤 단열재 모재 내부로 연장된 결과로 볼 수 있다. 이와 같이 폴리이미드 코팅막이 에어로젤 단열재 모재 내부로 연장됨으로써 폴리이미드 코팅막이 에어로젤 단열재 모재를 홀딩할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
310 : 에어로젤 단열재 모재
320 : 수지 코팅막

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. (a) 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재에 액상의 수지 조성물을 도포하는 단계; 및
    (b) 상기 수지 조성물에 포함된 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 에어로젤 단열재 모재는 편직물, 제직물, 스펀지 또는 다공성 폴리머 재질이고,
    상기 (a) 단계에서 상기 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절하고 상기 수지 조성물을 가압 도포하여 수지 조성물의 일부가 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 침투하도록 하여, 상기 (b) 단계에서 상기 수지 코팅막이 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부까지 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 단열재 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이후에, 도포된 수지 조성물 상에 표피재를 배치하는 단계를 추가로 포함하거나,
    상기 (b) 단계 이후에, 수지 코팅막 상에 표피재를 배치하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 단열재 제조 방법.
  7. 삭제
  8. (a) 표피재에 액상의 수지 조성물을 도포하는 단계;
    (b) 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재 상에 상기 (a) 단계의 결과물을 가압 합포하는 단계; 및
    (c) 상기 수지 조성물에 포함된 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 에어로젤 단열재 모재는 편직물, 제직물, 스펀지 또는 다공성 폴리머 재질이고,
    상기 (a) 단계에서 상기 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절하여 상기 (b) 단계에서 수지 조성물의 일부가 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 침투하도록 하여, 상기 (c) 단계에서 상기 수지 코팅막이 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부까지 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 단열재 제조 방법.
  9. (a) 표피재에 액상의 수지 조성물을 도포하는 단계;
    (b) 에어로젤 입자를 포함하는 에어로젤 단열재 모재 상에 상기 (a) 단계의 결과물을 가압 합포하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계의 결과물을 성형부를 구비하는 금형 틀에 투입하고, 상기 금형 틀 내에서 상기 (b) 단계의 결과물을 상기 금형 틀의 성형부에 대응하는 형상으로 성형하면서 상기 수지 조성물에 포함된 용매를 제거하여 수지 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 에어로젤 단열재 모재는 편직물, 제직물, 스펀지 또는 다공성 폴리머 재질이고,
    상기 (a) 단계에서 상기 수지 조성물의 점도를 5,000~200,000cps로 조절하여 상기 (b) 단계에서 수지 조성물의 일부가 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부로 침투하도록 하여, 상기 (c) 단계에서 상기 수지 코팅막이 상기 에어로젤 단열재 모재의 내부까지 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 단열재 제조 방법.
  10. 제6항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 조성물에는 실리콘 고무 수지가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 에어로젤 단열재 제조 방법.
  11. 삭제
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