KR102005153B1 - 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체 - Google Patents

에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 원사를 사용함으로써, 부직포 구조체의 내구성 및 경량화가 증가되며, 부피를 최소화할 수 있으며, 또한 에어로겔 발포층에 의하여 결로현상을 방지하며, 단열성 및 보온성을 증대시킬 수 있는 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체에 관한 것이다.

Description

에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체 { Non-woven structure for heat insulating materials including aerogel foaming layer }
본 발명은 보온재용 부직포 구조체에 관한 것으로써, 특히 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유로 제조된 웹(web)층과, 상기 웹(web)층의 일면 또는 양면에 함침 또는 코팅되어 형성된 에어로겔 발포층을 포함하는 보온재용 부직포 구조체에 관한 것이다.
일반적으로 농업용 보온재는 농작물을 재배할 때 보온 및 단열하기 위한 것으로, 주로 비닐하우스에 덮어서 그 내부의 온도가 떨어지는 것을 방지하여, 균일한 생육 온도를 유지시키는 역할을 한다.
일반적인 보온재는 주로 재생 부직포 또는 패딩솜 등을 사용하는데, 상기 재생 부직포는 주로 솜과 의류 등을 재활용하여 만든 부직포로서, 보온성 및 단열성이 떨어져 활용도가 높지 않다.
또한 상기 패딩솜은 최근에 보온재로 주로 사용하는 것으로, 재생 섬유 등을 재료로 하여, 솜 형태로 제조하고, 그 솜을 직물이나 얇은 부직포로 감싼 이불 형태로 만들어 사용하고 있다.
상기 보온재에 대한 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2010-0088977호에서는 접착심지를 사이에 두고 양측면에 발포수지시트가 합접된 구조의 단열심층부를 구비하고, 단열심층부의 양측면에 폴리솜을 보온소재로 하며 PE 발포시트를 사용을 하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스용 터널 보온덮개를 개시하고 있다. 상기 보온덮개는 보온성능이 우수하지만, 내부에 발생하는 고온다습한 습기를 내부로 방출하지 못하는 문제점이 있고, 또한, 습기를 폴리솜이 머금고 있어, 시간이 지남에 무거워지고, 폴리솜에서 곰팡이나 세균이 번식하여, 농작물에 병해충 피해를 일으킬 수 있다.
또한 대한민국 등록실용신안공보 제0127469호에는 섬유심재를 가운데 두고 양면에 장섬유 부직포와 합성수지제 필름, 표면재를 포개어서 펀칭하여 결착부를 형성시키는 비닐하우스용 보온덮개가 개시되어 있다. 그런데 상기와 같이 구성되는 비닐하우스용 보온덮개는 결착부의 면적이 증가하여, 상기 결착부로부터 열손실이 많이 발생하는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결할 수 있도록 가볍고, 보온성 및 내구성이 증대되고, 부피를 최소화하며, 결로현상을 방지할 수 있는 보온재의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 인장강도의 증가에 따라 내구성 및 경량화가 증대되며, 부피를 최소화할 수 있고, 결로현상을 방지하며, 단열성을 극대화하여 보온성을 증대시킬 수 있는 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 제공하기 위한 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체는 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유를 니들펀칭 공정 또는 스펀레이스 공정을 통해 제조되되, 그 밀도가 0.05 ~ 0.3 g/cm3 인 웹(web)층;과 상기 웹(web)층의 일면 또는 양면에 함침 또는 코팅되어 형성된 에어로겔 발포층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 폴리에스테르 중공사는 중공율이 5 내지 40 %인 것이 바람직하며, 상기 웹(web)층은 폴리올레핀 섬유, 폴리아마이드 섬유, 면 섬유, 마 섬유 및 케이폭 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 에어로겔 발포층은 60 내지 98 중량%의 발포된 고분자 수지와 2 내지 40 중량%의 에어로겔로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 보온재용 부직포 구조체의 단위중량은 80 내지 1,000 g/m2 이며, 상기 에어로겔 발포층의 발포도는 10 ~ 250 %인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체의 제조방법은 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유를 니들펀칭 공정 또는 스펀레이스 공정을 통해 밀도가 0.05 ~ 0.3 g/cm3 인 웹(web)층을 제조하는 단계; 1 ~ 100 ㎛의 입도를 갖는 에어로겔 분말을 이용하여 에어로겔 페이스트를 제조는 단계; 상기 에어로겔 페이스트와 액상 아크릴 수지 또는 액상 폴리우레탄 수지 및 팽창성 발포제를 혼합교반하여 함침액을 제조하는 단계; 및 상기 함침액을 웹(web)층에 함침하여 에어로겔 발포층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체는 1 ~ 20 데니어 굵기를 갖는 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 원사를 이용하여 보온재를 제조함으로써, 인장강도 증가에 따른 상기 보온재의 경량화 및 내구성이 증가되는 효과를 갖는다. 또한 상기 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 구성하는 웹(web)층의 일면 또는 양면에 함침 또는 코팅되어 형성된 에어로겔 발포층에 의하여 보온재의 보온성을 증대시키는 장점이 있다. 그리고 상기 에어로겔 발포층에 의하여 보온재의 부피를 최소화하고, 결로현상을 방지하며, 단열성을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 섬유부분과 중공부분을 갖는 중공사의 단면 모식도이며,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중공사의 현미경 사진이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 공정에 의해 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체(a)와, 함침 공정에 의해 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체(b)의 단면 모식도이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체의 표면의 전자현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실험예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실험예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실험예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 본 발명의 일실시에에 따른 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명에 첨부된 도 1은 섬유부분과 중공부분을 갖는중공사의 단면 모식도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중공사의 현미경 사진이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅 공정에 의해 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체(a)와, 함침 공정에 의해 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체(b)의 단면 모식도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체의 표면의 전자현미경 사진이다.
본 발명의 일실시예에 따른 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체는 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유를 니들펀칭 공정 또는 스펀레이스 공정을 통해 제조되되, 그 밀도가 0.05 ~ 0.3 g/cm3 인 웹(web)층;과, 상기 웹(web)층의 일면 또는 양면에 함침 또는 코팅되어 형성된 에어로겔 발포층;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체는 도 1과 같이 폴리에스테르 원사의 중앙부에 중공부분을 갖는 중공사 또는 중공부분이 없는 일반 폴리에스테르 원사를 이용하여 제조할 수 있다. 상기 폴리에스테르 섬유는 나이론 원사 다음으로 인장강도가 우수하며, 마모에도 강하다. 특히 수분을 흡수해도 인장강도 저하가 없으며, 섬유중에서 자외선과 열에 가장 강한 장점을 갖는다. 따라서 폴리에스테르 섬유를 이용하여 보온재용 부직포 구조체의 제조시 인장강도 등의 기계적 물성이 우수하여 경량화가 가능하며, 또한 내구성을 증대할 수 있다.
중공사를 이용하여 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체의 제조시, 상기 중공사의 중공율은 5 내지 40 % 인 것이 바람직하다. 상기 중공율(%)은 원사의 단면을 사진 측정 후에 아래의 식으로부터 계산하며, 36개의 필라멘트의 중공율을 측정한 후 이를 평균하여 사용하였다.
Figure 112017111433825-pat00001
상기 폴리에스테르 중공사의 중공율이 5 % 미만인 경우에는 보온재용 부직포 구조체 내부의 함기율이 낮아서 단열효과가 적으며, 또한 중공율이 40 %를 초과하는 경우에는 중공사의 외벽이 얇기 때문에 보온재용 부직포 구조체의 내마모성, 인장강도 및 인열강도 등이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
또한 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 제조하는 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유의 섬도는 1 내지 20 데니어인 것이 바람직하다. 상기 섬도가 1 데니어 미만인 경우에는 상기 보온재용 부직포 구조체의 제조시 내마모성 등의 기계적 물성이 저하되며, 섬도가 20 데니어를 초과하는 경우에는 상기 보온재용 부직포 구조체의 조직이 치밀하게 되어 이후에 수행되는 에어로겔 발포층의 형성시 함침공정이 불가하게 될 수 있다.
상기와 같은 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유는 장섬유 또는 단섬유를 사용할 수 있으며, 장섬유와 단섬유의 혼용에 의해서도 본 발명의 보온재용 부직포 구조체를 제조할 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 제조하기 위한 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유의 섬도는 1 내지 20 데니어인 것이 바람직하며, 특히 폴리에스테르 중공사를 사용하는 경우에 중공율은 5 내지 40 % 인 것이 바람직하다.
일반적으로 섬유는 열전도율이 적은 소재로서, 보온성 및 경량성은 섬유 내부에 함축하고 있는 공기량 즉, 함기량과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 상기 함기량은 직물을 두껍게 제조하거나, 밀도가 작은 조직일 경우에는 기모가공으로 직물 표면에 기모를 많이 형성시켜서 벌키한 구조로 제조하면 증가하게 된다. 특히 중공사는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중공부분과 섬유부분으로 형성되고, 상기 중공부분에 공기층을 형성하여 함기량이 매우 크다. 따라서 중공사로 제조된 섬유원단은 겉보기 비중이 작고 보온성과 단열성이 우수하며, 그 결과 가볍고 따뜻하다는 우수한 특성을 갖는다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 보온재용 부직포 구조체는 일반 폴리에스테르 섬유를 이용하여 제조가 가능하다. 주지하는 바와 같이, 폴리에스테르 섬유는 인장강도가 우수하며, 특히 습윤시 인장강도가 건조시와 유사하다. 따라서 일반 폴리에스테르 원사를 이용하여 본 발명의 보온재용 부직포 구조체의 제조시 인장강도 증가에 따른 상기 보온재의 내구성 및 경량성이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유를 이용하여 본 발명의 보온재용 부직포 구조체를 구성하는 웹(web)층은 니들펀칭 공정 또는 스펀레이스 공정을 통해 제조하게 된다.
상기 니들펀칭 공정은 장섬유 또는 단섬유를 니들펀칭기를 통하여 적층된 섬유의 표면 또는 이면에서 니들(needle)을 사용하여 반복적으로 상하운동에 의해 펀칭(punching)함으로써 섬유들이 기계적으로 서로 엉켜 일정한 두께와 밀도를 갖는 웹(web)을 형성하는 공정을 가리킨다.
또한 스펀레이스 공정은 고압의 유체를 분사하여 섬유상호간의 마찰운동에 의하여 결합되는 웹 형성공정을 가리킨다.
본 발명은 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유를 니들펀칭 공정 또는 스펀레이스 공정을 통해 웹(web)층을 형성하게 된다. 이 때 상기 웹(web)층의 밀도가 0.05 ~ 0.3 g/cm3 인 것이 바람직하다. 상기 웹(web)층의 밀도가 0.05 g/cm3 미만인 경우에는 밀도가 낮아 웹(web)층의 강도가 약하고, 0.3 g/cm3 을 초과하는 경우에는 말도가 높아 에어로겔 발포층이 상기 웹(web)층의 내부로 함침이 불가하다. 따라서 상기와 같은 웹(web)층의 밀도의 범위에서 제조된 보온재용 부직포 구조체의 기계적 물성이 우수하며, 또한 웹(web)층의 내부에서 에어로겔 발포층의 형성이 용이하다.
또한 상기 웹(web)층은 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 면 섬유, 마 섬유 및 케이폭 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 기타 섬유를 추가로 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀 섬유는 비중이 작아 보온재용 부직포 구조체의 중량을 가볍게 할 수 있으며, 폴리아미드 섬유는 인장강도 및 인열강도를 증대시킬 수 있다. 또한 면 섬유 및 마 섬유는 보온재용 부직포 구조체의 내일광성 등을 개선하기 위하여 추가할 수 있으며, 케이폭 섬유는 상기 보온재용 부직포 구조체의 중량을 가볍게 하고, 제조비용을 낮추기 위하여 추가될 수 있다.
폴리에스테르 섬유와 상기 기타섬유의 중량비는 1 ~ 9 : 9 ~ 1의 비율로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 4 ~ 6 : 6 ~ 4로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유는 장섬유, 또는 단섬유를 사용할 수 있으며 장섬유와 단섬유의 혼용에 의해서도 제조될 수 있다.
상기와 같은 공정을 거쳐 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 형성하기 위한 웹(web)층의 형성이 완료된다. 상기 웹(web)층의 형성이 완료된 후에는 상기 웹(web)층의 일면 또는 양면에 에어로겔 발포층을 형성하게 된다.
본 발명의 웹(web)층의 일면 또는 양면에 형성되는 에어로겔 발포층을 형성하기 위해서는 우선적으로 에어로겔 페이스트(paste)를 제조한다. 즉, 상기 에어로겔(aerogel)은 합성시 형성된 겔(gel) 구조를 그대로 유지한 상태에서 상기 겔(gel) 구조 내부의 액체를 공기로 치환해 얻은 고다공성 나노 구조체를 가리킨다. 상기 에어로겔은 내부에 다공성 구조를 갖고 있어 단열성과 방음성이 탁월하고 매우 가벼워 미래형 단열·방음재로 각광을 받고 있다.
상기 에어로겔은 발포층을 형성하기 위한 고분자 매트릭스(matrix)와의 혼합에 어려움이 있으므로 1차적으로 1 ~ 100 ㎛의 입도를 갖는 에어로겔 분말을 이용하여 에어로겔 페이스트를 제조한 후에 에어로겔 발포층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 에어로겔 페이스트의 제조방법은 폴리아크릴산 나트륨 또는 폴리비닐알코올(PVA)와 같은 고분자의 주사슬에 작용기가 존재하는 계면활성제를 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 즉, 상기와 같은 계면활성제와 30 내지 80 ℃의 물을 1 : 10 내지 1 : 65의 중량비율로 혼합하여 계면활성제 수용액을 제조한 후, 상기 에어로겔과 계면활성제 수용액을 1 : 1.1 내지 1 : 1.6의 중량비율로 혼합하여 1,000 내지 15,000 rpm의 속도로 교반하여 제조한다.
또는 상기 에어로겔 페이스트는 에탄올 수용액을 이용하여 제조가 가능하다. 즉, 10 내지 30 중량%로 제조되는 에탄올 수용액과 에어로겔을 1 : 1 내지 1 : 5의 중량비율로 혼합하고, 1,000 내지 10,000 rpm의 속도로 교반하여 상기 에어로겔 페이스트를 제조할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 에어로겔 페이스트는 10,000 내지 50,000 cps의 점도를 갖게 된다. 이후의 웹층에 함침 또는 코팅 공정을 거쳐 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 형성하게 된다.
상기와 같이 제조된 에어로겔 페이스트는 이후에 액상 아크릴 수지 또는 액상 폴리우레탄 수지와, 저비점의 탄화수소 즉, 비닐클로라이드 등이 포함되는 팽창성 발포제와 1 : 1.05 내지 1 : 1.5의 중량비율로 혼합교반하여 함침액을 제조한다.
상기 발포제는 플라스틱이나 고무 등과 배합해 기포를 만들어 내는 물질을 총칭한다. 상기 발포제와 혼합되는 수지의 종류와 가공방법 및 가공조건 등에 따라 적합한 발포제를 선택해야 한다. 본 발명의 발포제는 아조다이카본아마이드(ADCA), 다이나이트로소펜타메틸렌테트라민(DPT), p,p'-옥시비스벤젠술포닐하이드라지드(OBSH)와 같은 유기발포제가 바람직하다. 상기 발포제는 수지와 혼합되어 발포제의 비점보다 높은 온도에서 수행되는 건조공정을 통해 고분자 수지 내부에서 기포를 형성하게 된다.
상기와 같이 제조된 함침액을 이용한 함침 공정을 통해, 웹(web)층을 상기 함침액에 함침하고, 스퀴징 로울러 사이를 통과시켜 과량의 함침액을 제거하게 된다. 상기와 같은 함침 공정을 통해서는 도 3의 (b)와 같이, 웹(web)층의 내부에 에어로겔 발포층이 형성된다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 의하면 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체의 제조시 웹(web)층의 일면 또는 양면에 코팅 공정을 통해 에어로겔 발포층을 형성하는 것도 가능하다. 이 때 상기와 같이 코팅 공정에 의해 에어로겔 발포층의 형성시에는 상기와 같이 제조된 함침액에 증점제를 혼입하여 점도가 30,000 내지 40,000 cps인 코팅액으로 제조하여 이용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 코팅 공정을 통해서는 도 3의 (a)와 같이, 웹(web)층의 양면에 에어로겔 발포층이 형성된다. 또한 상기 코팅 공정을 통해서는 웹(web)층의 일면에 에어로겔 발포층의 형성도 가능하다.
상기와 같이 함침 공정 또는 코팅 공정을 거쳐 웹(web)층에 상기 함침액을 함침 또는 코팅 한 후에는 예비건조공정 및 건조공정을 통해 발포층을 형성하고, 웹(web)층을 건조한다. 상기 함침 공정 또는 코팅 공정을 거친 웹(web)층은 60 내지 80 ℃의 발포개시온도(예비건조공정)를 거쳐 100 내지 150 ℃에서 발포(건조공정)를 완성시켜 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 제조하게 된다. 상기와 같이 제조된 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체는 도 4에 도시된 바와 같이, 웹(web)층의 내부에는 고분자 수지가 발포되며, 상기 웹(web)층을 구성하는 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 원사의 표면에 에어로겔이 부착되어 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 형성하게 된다. 상기 에어로겔 발포층은 60 내지 98 중량%의 발포된 고분자 수지와 2 내지 40 중량%의 에어로겔로 구성되는 것이 보온재의 성능 즉, 보온성 및 단열성을 증대시키고, 결로현상을 방지하기 위하여 가장 바람직하다.
상기와 같이 발포가 완성된 보온재용 부직포 구조체의 발포도는 10 내지 250 %이며, 단위중량은 80 내지 1,000 g/m2 인 것이 바람직하다. 상기 발포도는 발포후 수지의 부피와 발포전의 수지의 부피의 비를 나타내며, 상기와 같은 발포도 및 단위중량의 범위에서 보온재용 부직포 구조체의 경량화가 가능하고, 결로현상의 방지가 가능하다. 특히 상기와 같은 발포도의 범위에서 함기량이 높아 보온재의 보온성이 가장 우수하다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예는 본 발명의 일실시예에 따른 에어로겔 발포층을 포함하는 보온재용 부직포 구조체에서 혼입된 에어로겔의 함량변화에 따른 열전도율을 측정한 것이다.
<실시예 1-4>
3 데니어의 섬도를 갖고 중공율이 20 %인 폴리에스테르 중공사 장섬유를 니들펀칭하여 상기 폴리에스테르 중공사 장섬유를 교락시켜 웹(web)층을 형성하였다. 그리고 10 ㎛의 입도를 갖는 에어로겔과 30 중량%인 에탄올 수용액을 1 : 3의 중량비율로 혼합하여 8,000 rpm으로 10분간 교반하여 에어로겔 페이스트를 제조하였다.
그리고 상기와 같이 제조된 에어로겔 페이스트는 이후에 액상 폴리우레탄 수지 및 발포제와 적절하게 혼합교반하여 상기 에어로겔의 함량이 0 중량%, 15 중량%, 30 중량% 및 40 중량%인 함침액을 제조하고, 상기 함침액에 웹층을 디핑(dipping) 처리하였다.
상기와 같이 웹(web)층을 에어로겔의 함량이 0 중량%, 15 중량%, 30 중량% 및 40 중량%인 함침액에 디핑 처리한 후에 스퀴징 로울러 사이를 통과시켜 과량의 함침액을 제거한 후, 80 ℃의 발포개시온도를 거쳐 120 ℃에서 발포를 완성시켜 본 발명의 에어로겔 발포층이 형성된 보온재용 부직포 구조체를 제조하여 각각 실시예 1 내지 실시예 4의 시험편으로 사용하였다.
<비교예>
3 데니어의 섬도를 갖고 중공부분이 없는 일반 폴리에스테르 장섬유 원사를 니들펀칭하여 상기 일반 폴리에스테르 장섬유 원사를 교락시켜 웹(web)층을 형성하였다. 이후에 에어로겔 발포층의 형성없이 상기 웹(web)층을 비교예의 시험편으로 사용하였다.
상기 실시예 1-4 및 비교예에 의하여 제조된 시험편을 대상으로 다음과 같이 열전도율에 대한 물성 테스트를 실시하였다. 상기 열전도율(mW/mK)측정은 상기 시험편을 채취하여, 20 cm x 20 cm의 크기로 절단한 후, KS L 9106 (평판형 열류계법)에 의거하여 측정하였다. 상기와 같이 실시한 시험편에 대한 열전도율 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
시험항목 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
열전도율 (mW/mK) 53 48 35 26 19
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 2-4의 시험편은 에어로겔 발포층이 형성되지 않은 실시예 1에 비해 열전도율이 향상된 것을 확인 할 수 있다. 또한 실시예 1-4의 시험편의 경우에 에어로겔의 함량이 증가함에 따라 점차로 열전도율이 저하되어 보온성이 개선됨을 확인할 수 있다.
또한 실시예 1과 비교예는 동일하게 에어로겔 발포층은 형성하지 않은 시험편이나, 폴리에스테르 중공사를 이용하여 제조된 실시예 1의 시함편이 일반 폴리에스테르 원사를 이용하여 제조된 비교예의 시험편 대비 열전도율이 다소 개선된 것을 확인할 수 있다.,
즉, 상기 표 1로부터 웹(web)층에 에어로겔 발포층을 도입하고, 중공사를 이용하여 웹(web)층을 형성함으로써, 시험편의 열전도율을 점차로 낮출 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예를 바탕으로 상세하게 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
1 : 섬유부분, 3 ; 중공부분
10 : 에어로겔 발포층, 20 : 웹층, 30 : 함침층

Claims (7)

  1. 보온재용 부직포 구조체로서,
    섬도가 1 ~ 20 데니어인 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유를 니들펀칭 공정 또는 스펀레이스 공정을 통해 제조하되, 그 밀도가 0.05 ~ 0.3 g/cm3 인 웹(web)층;과,
    상기 웹(web)층의 일면 또는 양면에 함침 또는 코팅되어 형성되는 에어로겔 발포층으로 구성되되, 상기 에어로겔 발포층은 1 ~ 100 ㎛의 입도를 갖는 에어로겔 분말과 폴리아크릴산 나트륨 또는 폴리비닐알코올의 주사슬에 작용기가 존재하는 계면활성제 수용액을 1:1.1 내지 1:1.6의 중량비율로 혼합하여 점도가 10,000 ~ 50,000 cps인 에어로겔 페이스트와, 액상 아크릴 수지 또는 액상 폴리우레탄 수지 및 팽창성 발포제를 포함하는 함침액으로 형성함으로써, 발포도가 10 ~ 250 %이며, 단위중량이 80 내지 1,000 g/m2 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 보온재용 부직포 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리에스테르 중공사는 중공율이 5 내지 40 %인 것을 특징으로 하는 보온재용 부직포 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 웹(web)층은 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 면섬유, 마섬유 및 케이폭 섬유로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 섬유를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 보온재용 부직포 구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 에어로겔 발포층은 60 내지 98 중량%의 발포된 고분자 수지와 2 내지 40 중량%의 에어로겔로 구성되는 것을 특징으로 하는 보온재용 부직포 구조체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 섬도가 1 ~ 20 데니어인 폴리에스테르 중공사 또는 일반 폴리에스테르 섬유를 니들펀칭 공정 또는 스펀레이스 공정을 통해 밀도가 0.05 ~ 0.3 g/cm3 인 웹(web)층을 제조하는 단계;
    1 ~ 100 ㎛의 입도를 갖는 에어로겔 분말과 폴리아크릴산 나트륨 또는 폴리비닐알코올의 주사슬에 작용기가 존재하는 계면활성제 수용액을 1:1.1 내지 1:1.6의 중량비율로 혼합하고, 1,000 내지 15,000 rpm의 속도로 교반하여 점도가 10,000 ~ 50,000 cps인 에어로겔 페이스트를 제조하는 단계;
    상기 에어로겔 페이스트와 액상 아크릴 수지 또는 액상 폴리우레탄 수지 및 팽창성 발포제를 혼합교반하여 함침액을 제조하는 단계; 및
    상기 함침액을 웹(web)층에 함침 또는 코팅하여 에어로겔 발포층을 형성하는 단계를 포함하되, 발포도가 10 ~ 250 %이며, 단위중량이 80 내지 1,000 g/m2인 보온재용 부직포 구조체의 제조방법


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