KR102025607B1 - Manufacturing method of hydrophobic spherical silver nano silica aerogel granules - Google Patents

Manufacturing method of hydrophobic spherical silver nano silica aerogel granules Download PDF

Info

Publication number
KR102025607B1
KR102025607B1 KR1020180155283A KR20180155283A KR102025607B1 KR 102025607 B1 KR102025607 B1 KR 102025607B1 KR 1020180155283 A KR1020180155283 A KR 1020180155283A KR 20180155283 A KR20180155283 A KR 20180155283A KR 102025607 B1 KR102025607 B1 KR 102025607B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrophobic
silver nano
weight
parts
spherical silver
Prior art date
Application number
KR1020180155283A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
염한균
홍선욱
박종현
염지은
Original Assignee
염한균
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 염한균 filed Critical 염한균
Application granted granted Critical
Publication of KR102025607B1 publication Critical patent/KR102025607B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157After-treatment of gels
    • C01B33/158Purification; Drying; Dehydrating
    • C01B33/1585Dehydration into aerogels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/146After-treatment of sols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/155Preparation of hydroorganogels or organogels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157After-treatment of gels
    • C01B33/159Coating or hydrophobisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/25Noble metals, i.e. Ag Au, Ir, Os, Pd, Pt, Rh, Ru
    • B22F2301/255Silver or gold
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/30Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32Spheres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases

Abstract

The present invention relates to a method for preparing hydrophobic spherical silver nano silica aerogel granules. More specifically, the method comprises: a hydrophobic silica sol preparation step for hydrolyzing a hydrophobic silane to prepare a silica sol; a wet gel preparation step for mixing a base, an organic solvent, and a surfactant with the hydrophobic silica sol prepared through the hydrophobic silica sol preparation step, to prepare a hydrophobic silica wet gel; an aerogel polymerization step for mixing a silver precursor and a reducing agent with the hydrophobic silica wet gel prepared through the wet gel preparation step, to polymerize an aerogel; and a drying step for drying the aerogel prepared through the aerogel polymerization step. The method of preparing hydrophobic spherical silver nano silica aerogel granules can easily control the particle size in the range of 0.5 mm to 3 mm through a simple process, and provide hydrophobic spherical silver nano silica aerogel granules that can be used at high temperature of 300°C due to excellent heat resistance.

Description

소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF HYDROPHOBIC SPHERICAL SILVER NANO SILICA AEROGEL GRANULES}Method for preparing hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules {MANUFACTURING METHOD OF HYDROPHOBIC SPHERICAL SILVER NANO SILICA AEROGEL GRANULES}

본 발명은 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간소한 공정으로 0.5mm 내지 3mm 범위에서 입자크기의 조절이 용이하며, 내열성이 우수하여 300℃의 고온에서도 사용할 수 있는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제공하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules, and more particularly, in a simple process, it is easy to control the particle size in the range of 0.5 mm to 3 mm, and can be used even at a high temperature of 300 ° C. due to its excellent heat resistance. A method for producing a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granule is provided.

일반적으로 에어로겔은 나노 구조체가 부직포처럼 성글게 얽혀 전체 부피의 98%를 차지하는 공간에는 공기가 가득 들어차 있으며, 기공 크기가 5~50㎚ 범위로 구성된 메조기공(mesopore)을 갖는 다공체이다. 에어로겔은 다공 구조에 기인하여 0.1g/㎤ 이하의 낮은 밀도, 700㎡/g 이상의 높은 비표면적, 100㎽/m·k의 낮은 열전도도를 나타내어 초경량의 단열 재료, 촉매 재료, 광학 및 음향 재료, 극저유 전성 재료, 고에너지 물리 등의 분야에 높은 응용잠재력을 갖고 있다.In general, an airgel is a porous body having mesopores having a pore size in the range of 5 to 50 nm and filled with air in a space in which nanostructures are coarsely woven like a nonwoven fabric and occupy 98% of the total volume. Aerogels have a low density of less than 0.1 g / cm 3, a high specific surface area of 700 m 2 / g and a low thermal conductivity of 100 mW / m · k due to the porous structure, resulting in ultra-light insulating materials, catalytic materials, optical and acoustic materials, It has high application potential in the fields of ultra low dielectric materials and high energy physics.

또한, 유기단열재의 치명적인 약점인 화재 취약성과 화재시 유해가스 발생을 해결 할 수 있다.In addition, it is possible to solve the fire vulnerability and the generation of harmful gases during the fire, which is a fatal weakness of the organic insulation.

일반적으로 에어로겔은 물유리, TEOS 등의 실리카 전구체로부터 습윤겔을 제조하고, 습윤겔 내부의 액체성분을 미세구조 파괴 없이 제거하여 제조된다. 대표적인 실리카 에어로겔의 형태는 분말, 과립, 모노리스의 세 가지로 나눌 수 있으며, 일반적으로는 분말의 형태로 제조된다.In general, aerogels are prepared by preparing wet gels from silica precursors such as water glass and TEOS, and removing liquid components inside the wet gels without destroying microstructures. Representative silica airgel forms can be divided into three types: powder, granule, and monolith, and are generally prepared in the form of powder.

분말의 경우 섬유와 복합화하여 에어로겔 블랑켓(blanket) 또는 에어로겔 시트(Sheet) 등과 같은 형태로의 제품화가 가능하며, 블랑켓 또는 시트의 경우 유연성을 가지고 있어 임의의 크기나 형태로 굽히거나, 접거나 자를 수 있다. 이에, LNG 선의 단열패널, 공업용 단열재와 우주복, 교통 및 차량 전력생산용 단열재 등과 공업용으로의 응용뿐 아니라 재킷이나 운동화류 등과 같은 생활용품에도 적용이 가능하다. 또한 아파트와 같은 주택에서 지붕이나 박닥뿐만 아니라 방화문에서 실리카 에어로겔을 사용할 경우 화재 예방에 큰 효과가 있다.In the case of powder, it can be commercialized in the form of airgel blanket or airgel sheet by complexing with fiber, and in the case of blanket or sheet, it is flexible and can be bent or folded to any size or shape. Can cut Accordingly, the present invention can be applied not only to industrial applications such as insulation panels of LNG carriers, industrial insulation and space suits, insulation for transportation and vehicle power production, but also to household goods such as jackets and sneakers. In addition, the use of silica aerogels in fire doors, as well as roofs and foils in houses such as apartments, has a great effect on fire protection.

그러나 실리카 에어로겔 분말은 높은 다공성과 매우 낮은 탭 밀도 및 작은 입자 크기로 인하여 비산되어 취급이 어려우며, 충진 또한 용이하지 않은 단점을 가지고 있다.However, silica airgel powder is scattered due to high porosity, very low tap density, and small particle size, making it difficult to handle, and it is also difficult to fill.

또한, 모노리스의 경우 가시광선 영역에서 높은 투명도를 갖고 있으나, 제조 할 수 잇는 크기가 제한적이며, 다양한 형태로 성형하기 어렵고 쉽게 깨지는 단점이 있다.In addition, the monolith has a high transparency in the visible light region, but the size that can be manufactured is limited, it is difficult to mold in a variety of forms, there is a disadvantage that easily broken.

상기와 같은 실리카 에어로겔 분말과 모노리스 형태의 단점을 해결하기 위하여 크기가 0.5 mm 이상 되는 실리카 에어로겔 과랍을 제조하여 취급 용이성과 형상 대응성을 높이고자 하는 시도가 행하여져 왔다. 일례로, 알콕시실란을 가수분해한 반응용액을 충전체로 제조한 후 촉매와 함께 중축합반응하여 겔화하고, 소수화제와 반응시켜 소수화 처리한 후 초임계 건조하여 소수성 실리카 에어로겔 과립을 얻는 방법; 부가제, 첨가제 및 결합제를 부과한 에어로겔 입자를 성형장치에 공급하고 압축하여 실리카 에어로겔 과립을 제조하는 방법 등이 있다.In order to solve the disadvantages of the silica airgel powder and the monolithic form as described above, attempts have been made to increase the ease of handling and shape correspondence by preparing silica airgel oversizes of 0.5 mm or more. For example, a method of preparing a reaction solution obtained by hydrolyzing an alkoxysilane as a filler, followed by gelation by polycondensation reaction with a catalyst, hydrophobization treatment with a hydrophobic agent, and supercritical drying to obtain hydrophobic silica airgel granules; And a method of producing silica airgel granules by supplying airgel particles impregnated with additives, additives, and binders to a molding apparatus and compressing the same.

그러나, 상기와 같은 방법들은 부수적인 과립화 장치 및 결합제와 같은 첨가제를 사용하므로 기술적으로 복잡한 공정과 긴 공정시간이 요구되는 단점이 있을 뿐 아니라, 상기와 같은 방법으로 실리카 에어로겔을 대량생산 할 경우에는 복잡한 처리 절차와 많은 투자비가 소요되며, 결과적으로 많은 시간과 고가의 화학물질이 요구되고, 그로 인해 생산단가가 상승하는 문제가 있을 뿐 아니라 최종적으로 얻을 수 있는 실리카 에어로겔의 입자 크기가 균일하지 않거나 너무 크다는 단점이 있다.However, the above methods use additives such as an additional granulation device and a binder, which not only requires technically complicated processes and long processing time but also requires mass production of silica airgel as described above. Complicated processing procedures and high investment costs, as a result, require a lot of time and expensive chemicals, resulting in increased production costs, as well as the resulting particle size of the silica airgel is not uniform or too high. It has a big disadvantage.

또한, 실리카 에어로겔을 고온용으로 사용 시 2~8㎛파장 대역에서는 투과 하므로 적외선 방사에 의한 열전도도 급격히 상승하게 된다. 방사 열전도도를 낮추는 방법으로는 8㎛ 이하 파장 대역의 적외선을 흡수할 수 있는 불투명화제를 실리카 에어로겔 내에 첨가하는 방법이 주로 연구되고 있으며, Carbon black이나 티타니아 파우더, 산화철 파우더, 산화 알루니늄 파우더 등 광물 파우더가 효과적인 불투명화제로 많이 알려져 있으나 카본블랙를 불투명화제로 사용하는 경우는 제조가 용이하다는 장점이 있으나 500℃ 이상에서는 산화되므로 그 이상의 온도에서 사용하고자 할 때에는 열적 방사를 억제하는 효과를 거둘 수 없게 되므로 300℃ 이상의 고온 단열재로 사용할 경우에는 광물 파우더가 실리카 에어로겔의 불투명화제로 적합하다. 그러나 불투명화제 첨가시 기공율 및 열전도도 상승으로 고온용 제품에는 한계가 있었다.In addition, when the silica airgel is used for high temperature, it transmits in the wavelength range of 2 ~ 8㎛, so that the thermal conductivity due to infrared radiation also increases rapidly. In order to lower the radiation thermal conductivity, a method of adding an opaque agent capable of absorbing infrared rays in the wavelength range of 8 μm or less into a silica airgel has been mainly studied. Carbon black, titania powder, iron oxide powder, aluminum oxide powder, etc. Mineral powder is widely known as an effective opacifier, but the use of carbon black as an opacifier has the advantage that it is easy to manufacture. However, it is oxidized at 500 ° C or higher. Therefore, the mineral powder is suitable as an opacifying agent for silica airgel when used as a high temperature insulating material of more than 300 ℃. However, there was a limit to high temperature products due to the increase in porosity and thermal conductivity when the opaque agent is added.

한국특허등록 제10-0868989호(2008.11.10)Korean Patent Registration No. 10-0868989 (2008.11.10) 한국특허등록 제10-1717833호(2017.03.13)Korea Patent Registration No. 10-1717833 (2017.03.13)

본 발명의 목적은 간소한 공정으로 0.5mm 내지 3mm 범위에서 입자크기의 조절이 용이하며, 내열성이 우수하여 300℃의 고온에서도 사용할 수 있는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제공하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granule which provides a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granule which can be easily controlled in a range of 0.5mm to 3mm in a simple process and has excellent heat resistance and can be used even at a high temperature of 300 ° C. It is to provide a manufacturing method.

본 발명의 목적은 소수성 실란을 가수분해하여 실리카졸을 제조하는 소수성실리카졸제조단계, 상기 소수성실리카졸제조단계를 통해 제조된 소수성 실리카 졸에 염기, 유기용매 및 계면활성제를 혼합하여 소수성 실리카 습윤겔을 제조하는 습윤겔제조단계, 상기 습윤겔제조단계를 통해 제조된 소수성 실리카 습윤겔에 은 전구체 및 환원제를 혼합하여 에어로겔을 중합하는 에어로겔중합단계 및 상기 에어로겔중합단계를 통해 제조된 에어로겔을 건조하는 건조단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.An object of the present invention is to prepare a hydrophobic silica sol by hydrolyzing a hydrophobic silane, a hydrophobic silica wet gel by mixing a base, an organic solvent and a surfactant with a hydrophobic silica sol prepared through the hydrophobic silica sol manufacturing step Wet gel manufacturing step of preparing a, a hydrogel to prepare a hydrogel by mixing a precursor and a reducing agent in a hydrophobic silica wet gel prepared by the wet gel manufacturing step of airgel polymerization step and drying the airgel prepared by the airgel polymerization step It is achieved by providing a method for producing a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules, characterized in that it comprises a step.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 소수성실리카졸제조단계는 정제수 100 중량부에 소수성 실란 75 내지 85 중량부 및 무기산 2 내지 2.5 중량부를 혼합하고 60 내지 120분 동안 가수분해하여 이루어지는 것으로 한다.According to a preferred feature of the present invention, the hydrophobic silica sol production step is made by mixing 75 to 85 parts by weight of hydrophobic silane and 2 to 2.5 parts by weight of inorganic acid to 100 parts by weight of purified water and hydrolyzed for 60 to 120 minutes.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 소수성 실란은 메틸트리에톡시실란 또는 메틸트리메톡시실란으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the present invention, the hydrophobic silane is made of methyltriethoxysilane or methyltrimethoxysilane.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 무기산은 질산, 염산, 아세트산, 황산 및 불산으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the invention, the inorganic acid is to be made of one or more selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, sulfuric acid and hydrofluoric acid.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 습윤겔제조단계는 상기 소수성실리카졸제조단계를 통해 제조된 소수성 실리카 졸 100 중량부에 염기 4 내지 6 중량부, 유기용매 1500 내지 2500 중량부 및 계면활성제 0.1 내지 3 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the present invention, the wet gel manufacturing step is based on 100 parts by weight of hydrophobic silica sol prepared by the hydrophobic silica sol step 4 to 6 parts by weight of the base, 1500 to 2500 parts by weight of an organic solvent and a surfactant It is assumed that 0.1 to 3 parts by weight are mixed.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 염기는 암모니아수로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the base is made of ammonia water.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유기용매는 헥산, 헵탄, 톨루엔 및 크실렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the organic solvent is to be made of one or more selected from the group consisting of hexane, heptane, toluene and xylene.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 계면활성제는 라노린, 소르비탄 모노올리에이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 모노팔미테이트 및 소르비탄 모노라우레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.According to an even more preferred feature of the invention, the surfactant is composed of at least one selected from the group consisting of lanolin, sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, sorbitan monopalmitate and sorbitan monolaurate do.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 에어로겔중합단계는 상기 습윤겔제조단계를 통해 제조된 소수성 실리카 습윤겔 100 중량부에 은 전구체 20 내지 50 중량부 및 환원제 2 내지 5 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the present invention, the airgel polymerization step is to be made by mixing 20 to 50 parts by weight of the silver precursor and 2 to 5 parts by weight of the reducing agent to 100 parts by weight of the hydrophobic silica wet gel prepared by the wet gel manufacturing step do.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 은 전구체는 AgNO3, AgBF4, AgPF3, Ag2O, CH3COOAg, AgCF3SO3, AgCl, Ag2SO4 및 CH3COCH-COCH3Ag로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것으로 한다.According to a still further preferred feature of the present invention, the silver precursor is AgNO 3 , AgBF 4 , AgPF 3 , Ag 2 O, CH 3 COOAg, AgCF 3 SO 3 , AgCl, Ag 2 SO 4 and CH 3 COCH-COCH 3 Ag It shall consist of one selected from the group which consists of these.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 환원제는 sodium borohydride 또는 hydrazine으로 이루어지는 것으로 한다.According to a further preferred feature of the invention, the reducing agent is to consist of sodium borohydride or hydrazine.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 건조단계는 대기압의 조건과 65 내지 75℃온도로 50 내지 70분 동안 진행된 후에, 140 내지 160℃의 온도에서 50 내지 70분 동안 이루어지는 것으로 한다.According to an even more preferred feature of the present invention, the drying step is to be carried out for 50 to 70 minutes at a temperature of 140 to 160 ℃ after 50 to 70 minutes at atmospheric pressure and 65 to 75 ℃ temperature.

본 발명에 따른 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법은 간소한 공정으로 0.5mm 내지 3mm 범위에서 입자크기의 조절이 용이하며, 내열성이 우수하여 300℃의 고온에서도 사용할 수 있는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.The method for preparing hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules according to the present invention is a simple process, which is easy to control the particle size in the range of 0.5mm to 3mm, has excellent heat resistance and can be used even at high temperatures of 300 ° C. It gives an excellent effect.

도 1은 본 발명에 따른 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
Figure 1 is a flow chart showing a method for producing a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules according to the present invention.
Figure 2 is a photograph taken by a scanning electron microscope (SEM) of the hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules prepared in Example 1 of the present invention.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.In the following, preferred embodiments of the present invention and the physical properties of each component will be described in detail, which is intended to explain in detail enough to be able to easily carry out the invention by one of ordinary skill in the art, This does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.

일반적으로 물유리 및 Tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate를 이용하여 제조된 실리카 습윤겔은 동공이 용매인 물로 채워진 형태를 취하게 되며, 상기 용매를 단순히 건조하여 제거하게 되면 액상의 용매가 기상으로 기화하면서 기/액 계면에서의 물의 높은 표면장력으로 인하여 기공구조의 수축 및 균열이 발생하기 쉬우며, 이에 따른 표면적 감소 및 기공구조의 변화를 일으키게 된다.Generally, silica wet gel prepared by using water glass, tetraethyl orthosilicate, and tetramethyl orthosilicate takes the form of water filled with pupils of the solvent, and when the solvent is simply dried and removed, the liquid solvent vaporizes in gaseous / liquid phase. Due to the high surface tension of water at the interface, pore structure shrinkage and cracking tend to occur, resulting in surface area reduction and pore structure change.

또한, 상기와 같은 상태로 건조된 실리카 에어로겔은 건조 과정 중 실리카 표면의 실라놀기(Si-OH)의 친수성에 의해 서로 축합반응이 일어나게 되고, 2차적으로 공기 중의 물을 흡수하게 되어 기공구조를 붕괴시켜 열전도율이 높아지는 단점이 있다.In addition, the silica airgel dried in the above state is condensation reaction with each other due to the hydrophilicity of the silanol group (Si-OH) on the silica surface during the drying process, and secondly absorb the water in the air to collapse the pore structure There is a disadvantage that the thermal conductivity is increased.

따라서, 기공구조를 유지하기 위해서는 물을 유기용매로 치환할 필요가 있으며, 낮은 열전도율을 유지하기 위해서는 실리카 에어로겔 표면을 소수성으로 개질할 필요가 있다.Therefore, in order to maintain the pore structure, water needs to be replaced with an organic solvent, and in order to maintain low thermal conductivity, it is necessary to modify the surface of the silica airgel hydrophobicly.

그러나 고온에서는 2~8 ㎛파장 대역에서는 투과 하므로 적외선 방사에 의한 열전도도 급격히 상승하게 되어 실리카 에어로겔의 본래의 단열효과가 떨어진다.However, at high temperatures, it transmits in the 2 ~ 8 ㎛ wavelength band, so the thermal conductivity due to infrared radiation also rises sharply, reducing the intrinsic thermal insulation effect of silica airgel.

이에, 본 발명에 따른 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법은 고온에서도 기공구조와 낮은 열전도도을 유지하면서도, 미세하고 균일한 입자크기를 갖는 비산성이 낮은 취급이 용이한 에어로겔 과립을 제조하기 위해, 소수성 실리카 화합물, 무기산, 유기용매 및 겔화를 동시에 진행하였을 뿐만 아니라, 계면활성제를 반응에 첨가시킴으로써 안정화된 구형의 에어로겔 과립을 형성하였다.Accordingly, the method for preparing hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules according to the present invention is to prepare easy to handle airgel granules having low scattering properties having fine and uniform particle size while maintaining pore structure and low thermal conductivity even at high temperature. Not only hydrophobic silica compound, inorganic acid, organic solvent and gelation proceeded simultaneously, but also surfactant was added to the reaction to form stabilized spherical airgel granules.

본 발명에 따른 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법은 소수성 실란을 가수분해하여 실리카졸을 제조하는 소수성실리카졸제조단계(S101), 상기 소수성실리카졸제조단계(S101)를 통해 제조된 소수성 실리카 졸에 염기, 유기용매 및 계면활성제를 혼합하여 소수성 실리카 습윤겔을 제조하는 습윤겔제조단계(S103), 상기 습윤겔제조단계(S103)를 통해 제조된 소수성 실리카 습윤겔에 은 전구체 및 환원제를 혼합하여 에어로겔을 중합하는 에어로겔중합단계(S105) 및 상기 에어로겔중합단계(S105)를 통해 제조된 에어로겔을 건조하는 건조단계(S107)로 이루어진다.In the method for preparing hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules according to the present invention, a hydrophobic silica sol manufacturing step (S101) of preparing hydrophobic silica sol to produce a silica sol, and a hydrophobic silica sol prepared through the hydrophobic silica sol manufacturing step (S101) Mixing a base, an organic solvent, and a surfactant to produce a hydrophobic silica wet gel (S103), by mixing a silver precursor and a reducing agent with the hydrophobic silica wet gel prepared through the wet gel manufacturing step (S103). It consists of an airgel polymerization step (S105) for polymerizing airgel and a drying step (S107) for drying the airgel produced through the airgel polymerization step (S105).

상기 소수성실리카졸제조단계(S101)는 소수성 실란을 가수분해하여 실리카 졸을 제조하는 단계로, 정제수 100 중량부에 소수성 실란 75 내지 85 중량부 및 무기산 2 내지 2.5 중량부를 혼합하고 60 내지 120분 동안 가수분해하여 이루어진다.The hydrophobic silica sol manufacturing step (S101) is a step of preparing a silica sol by hydrolyzing hydrophobic silane, and mixed 75 to 85 parts by weight of hydrophobic silane and 2 to 2.5 parts by weight of inorganic acid in 100 parts by weight of purified water and 60 to 120 minutes By hydrolysis.

상기 소수성 실란은 메틸트리에톡시실란(METS, Methyltriethoxysilane) 또는 메틸트리메톡시실란(MEMS, Methyltriemethoxysilane)으로 이루어지는 것이 바람직하다.The hydrophobic silane is preferably made of methyl triethoxy silane (METS, Methyltriethoxysilane) or methyl trimethoxy silane (MEMS, Methyltriemethoxysilane).

상기 소수성실리카졸제조단계(S101)에서 정제수와 무기산을 첨가하지 않으면 가수분해가 일어나지 않아 실리카 졸이 생성되지 않고, 상기 정제수 100 중량부 대비 소수성 실란의 함량이 75 중량부 미만이면 가수분해 효과가 미미하며, 상기 정제수 100 중량부 대비 소수성 실란의 함량이 85 중량부를 초과하게 되면 가수분해반응이 제대로 진행되지 않아 에어로겔의 입자크기 조절이 어려워진다. If the hydrophobic silica sol manufacturing step (S101) does not add purified water and inorganic acid, hydrolysis does not occur and silica sol is not generated. If the content of hydrophobic silane is less than 75 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the purified water, the hydrolysis effect is insignificant. When the content of the hydrophobic silane is more than 85 parts by weight based on 100 parts by weight of the purified water, hydrolysis does not proceed properly, making it difficult to control the particle size of the aerogel.

이때, 상기 무기산은 질산, 염산, 아세트산, 황산 및 불산으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the inorganic acid is preferably made of one or more selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, acetic acid, sulfuric acid and hydrofluoric acid.

상기 습윤겔제조단계(S103)는 상기 소수성실리카졸제조단계(S101)를 통해 제조된 소수성 실리카 졸에 염기, 유기용매 및 계면활성제를 혼합하여 소수성 실리카 습윤겔을 제조하는 단계로, 상기 소수성실리카졸제조단계(S101)를 통해 제조된 소수성 실리카 졸 100 중량부에 염기 4 내지 6 중량부, 유기용매 1500 내지 2500 중량부 및 계면활성제 0.1 내지 3 중량부를 혼합하여 이루어진다.The wet gel manufacturing step (S103) is a step of preparing a hydrophobic silica wet gel by mixing a base, an organic solvent and a surfactant with a hydrophobic silica sol prepared through the hydrophobic silica sol manufacturing step (S101), the hydrophobic silica sol 100 parts by weight of the hydrophobic silica sol prepared through the preparation step (S101) is made by mixing 4 to 6 parts by weight of a base, 1500 to 2500 parts by weight of an organic solvent, and 0.1 to 3 parts by weight of a surfactant.

이때, 상기 염기, 유기용매 및 분산제를 순차적으로 상기 소수성 실리카졸에 첨가하거나, 또한 동시에 첨가 할 수 있는데, 바람직하게는, 상기 실리카 졸에 염기를 첨가하고 혼합한 후, 비극성 유기용매와 분산제를 순차적으로 첨가하는 것일 수 있다.At this time, the base, the organic solvent and the dispersant may be sequentially added to the hydrophobic silica sol, or may be added simultaneously. Preferably, after adding and mixing a base to the silica sol, the nonpolar organic solvent and the dispersant are sequentially It may be added as.

상기 혼합은 교반을 통하여 수행할 수 있으며, 상기 교반은 400 내지 800 rpm의 속도로 10 내지 60분 동안 진행하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The mixing may be performed by stirring, the stirring is preferably performed for 10 to 60 minutes at a speed of 400 to 800 rpm, but is not limited thereto.

또한, 상기 계면활성제는 상기 유기용매 내에서 상기 소수성 실리카 졸을 안정화시켜 균일한 크기의 습윤젤을 형성할 뿐만 아니라 상기 습윤젤의 크기를 조절하는 역할을 하는데, 더욱 상세하게는 상기 계면활성제(surfactant)는 통상적으로 극성(친수성)을 갖는 ‘head’부분과 비극성(소수성)을 갖는 ‘tall’부분으로 나누어져 있어, 용매에 따라 미셀(micelle) 또는 역미셀 즉 구형의 입자를 형성 할 수 있도록 하는 역할을 한다.In addition, the surfactant stabilizes the hydrophobic silica sol in the organic solvent to form a wet gel having a uniform size as well as to control the size of the wet gel. More specifically, the surfactant (surfactant) ) Is usually divided into 'head' part having polarity (hydrophilic) and 'tall' part having nonpolarity (hydrophobic), so that it is possible to form micelles (micelles) or reverse micelles, ie, spherical particles depending on the solvent. Play a role.

예컨대, 극성 용매(친수성) 내에 첨가될 경우에는 용매 내에 계면활성제 각 분자들이 서로 모여 극성인 부분(head)은 용매와 닿으려고 하고 비극성인 부분(tail)은 용매와 닿지 않으려고 함으로써 미셀을 형성하게 된는 것이다.For example, when added in a polar solvent (hydrophilic), each molecule of the surfactant in the solvent gathers together to form a micelle by trying to contact the polar head with the solvent and the non-polar tail with the solvent. It will be.

상기와 같은 계면활성제의 특성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 소수성 실리카 습윤젤은 비극성 유기용매내에서 소수성 실리카 졸과 염기물질과 혼합되어 역 미셀을 형성한 계면활성제 내에 존재하는 형태일 수 있다. 이 때, 상기 소수성 실리카 졸과 염기물질은 앞서 언급한 바와 같이, 반응하지 않고 공존하는 형태 일 수 있다. By the characteristics of the surfactant as described above, the hydrophobic silica wet gel according to an embodiment of the present invention is in the non-polar organic solvent is mixed with the hydrophobic silica sol and a base material to form in the form of a reverse micelle to form a micelle Can be. At this time, the hydrophobic silica sol and the base material may be in the form of coexistence without reacting, as mentioned above.

또한, 상기 계면활성제는 비극성 용매 내에 균일한 크기의 소수성 습윤젤을 형성시키고 상기 소수성 습윤젤을 안정화시킬 수 있으며, 첨가되는 계면활성제의 양에 따라 생성되는 습윤젤의 크기를 조절할 수도 있다. 예컨대, 계면활성제의 첨가량이 증가할수록 생성되는 소수성 습윤젤의 크기는 감소할 수 있다.In addition, the surfactant may form a hydrophobic wet gel of uniform size in the nonpolar solvent, stabilize the hydrophobic wet gel, and adjust the size of the wet gel generated according to the amount of the surfactant added. For example, as the amount of the surfactant added increases, the size of the hydrophobic wet gel produced may decrease.

상기 계면활성제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 계면활성제의 첨가량이 너무 적어 균일한 크기의 소수성 습윤젤을 형성하기 어려울 수 있으며, 이에 반해 상기의 계면활성제의 함량이 3 중량부를 초과하여 첨가될 경우에는 계면활성제가 과량으로 첨가되어 습윤젤 간의 응집현상이 발생할 수 있다.When the amount of the surfactant is less than 0.1 part by weight, the amount of the surfactant may be too small to form a hydrophobic wet gel having a uniform size. On the other hand, when the amount of the surfactant is added in excess of 3 parts by weight. Excessive addition of surfactant may cause cohesion between the wet gels.

이때, 상기 계면활성제는 비이온성 계면활성제이며 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나, 라노린, 소르비탄 모노올리에이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 모노팔미테이트 및 소르비탄 모노라우레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the surfactant is a nonionic surfactant and is not particularly limited and can be used in any one, but consisting of lanolin, sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, sorbitan monopalmitate and sorbitan monolaurate It is preferably made of one or more selected from the group.

또한, 상기 염기는 암모니아수로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 용매는 비극성인 것이 바람지하며, 헥산, 헵탄, 톨루엔 및 크실렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the base is preferably made of ammonia water, the solvent is preferably nonpolar, more preferably at least one selected from the group consisting of hexane, heptane, toluene and xylene.

상기 에어로겔중합단계(S105)는 상기 습윤겔제조단계(S103)를 통해 제조된 소수성 실리카 습윤겔에 은 전구체 및 환원제를 혼합하여 에어로겔을 중합하는 단계로, 상기 습윤겔제조단계(S103)를 통해 제조된 소수성 실리카 습윤겔 100 중량부에 은 전구체 20 내지 50 중량부 및 환원제 2 내지 5 중량부를 혼합하여 이루어진다.The airgel polymerization step (S105) is a step of polymerizing an airgel by mixing a silver precursor and a reducing agent with a hydrophobic silica wet gel prepared through the wet gel manufacturing step (S103), the wet gel manufacturing step (S103) 20 to 50 parts by weight of the silver precursor and 2 to 5 parts by weight of the reducing agent are mixed with 100 parts by weight of the hydrophobic silica wet gel.

상기 은 전구체의 함량이 20 중량부 미만이면 고온에서 에어로겔의 성능이 저하될 수 있으며, 상기 은 전구체의 함량이 50 중량부를 초과하게 되면 에어로겔 기공이 저하되어 열전도도가 높아지면서 제조비용을 증가시키게 된다.If the content of the silver precursor is less than 20 parts by weight, the performance of the airgel at high temperature may be lowered. If the content of the silver precursor exceeds 50 parts by weight, the airgel pores are lowered to increase the thermal conductivity and increase the manufacturing cost. .

또한, 상기 환원제의 함량이 2 중량부 미만이면 은전구체가 은나노로 전환되는 과정의 효율성이 저하되며, 상기 환원제의 함량이 5 중량부를 초과하게 되면, 은전구체가 은나노로 모두 전환되고도 남을 만한 양을 첨가하는 것으로 바람직하지 못하다.In addition, when the content of the reducing agent is less than 2 parts by weight, the efficiency of the process of converting the silver precursor into silver nano is reduced, and when the content of the reducing agent exceeds 5 parts by weight, the amount of silver precursor is converted to all the silver remaining It is not preferred to add.

이때, 상기 은 전구체는 AgNO3, AgBF4, AgPF3, Ag2O, CH3COOAg, AgCF3SO3, AgCl, Ag2SO4 및 CH3COCH-COCH3Ag로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 환원제는 sodium borohydride 또는 hydrazine으로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, the silver precursor is preferably made of one selected from the group consisting of AgNO 3 , AgBF 4 , AgPF3, Ag 2 O, CH 3 COOAg, AgCF 3 SO 3 , AgCl, Ag 2 SO 4 and CH 3 COCH-COCH 3 Ag The reducing agent is preferably made of sodium borohydride or hydrazine.

상기 건조단계(S107)는 상기 에어로겔중합단계(S105)를 통해 제조된 에어로겔을 건조하는 단계로, 대기압의 조건과 65 내지 75℃온도로 50 내지 70분 동안 진행된 후에, 140 내지 160℃의 온도에서 50 내지 70분 동안 이루어지는 것이 바람직하다.The drying step (S107) is a step of drying the airgel produced through the airgel polymerization step (S105), after 50 to 70 minutes at atmospheric pressure and 65 to 75 ℃ temperature, at a temperature of 140 to 160 ℃ It is preferably made for 50 to 70 minutes.

상기 건조단계(S107)는 대기압하에서 20 내지 190℃의 온도로 1 내지 4시간 동안 이루어질 수 있으나, 상기와 같이 65 내지 75℃의 온도에서 50 내지 70분 동안 건조시키고 140 내지 160℃의 온도에서 50 내지 70분 동안 추가 건조시키는 경우에 건조시 발생될 수 있는 균열생성 또는 깨짐을 방지할 수 있다.The drying step (S107) may be made for 1 to 4 hours at a temperature of 20 to 190 ℃ under atmospheric pressure, as described above dried for 50 to 70 minutes at a temperature of 65 to 75 ℃ and 50 at a temperature of 140 to 160 ℃ Further drying for about 70 minutes may prevent cracking or cracking that may occur during drying.

상기 습윤겔제조단계(S103)에서 짧은 시간 동안 급속한 속도로 휘발되어 나가면서 실리카 구조체를 수축시키지 때문에, 내부 균열이 생성되거나 갈라지고 깨질 수 있는데, 상기와 같은 단계적인의 건조과정을 통해 상기의 문제점을 방지할 수 있다.In the wet gel manufacturing step (S103), since the silica structure contracts while being volatilized at a rapid speed for a short time, internal cracks may be generated or cracked and broken. Can be prevented.

이하에서는, 본 발명에 따른 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, the physical properties of the hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules prepared according to the present invention and the hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules prepared through the preparation method will be described with reference to Examples.

<실시예 1><Example 1>

MTES(methyltriethoxysilane; Sigma-Aldrich) 17.8g에 물 14.4g 및 염산 0.004g를 첨가하여 1.5시간 동안 가수분해시켜 실리카 졸을 제조하고, 제조된 실리카 졸 20ml를 뷰렛을 이용하여 drop size로 유기용매인 헥산 400ml에 떨어뜨리고, 상기 헥산에 계면활성제(Lanolin 0.4g) 및 질량농도가 28%인 암모니아수 1ml를 첨가한 후에 700rpm으로 3분 동안 교반하는 가수분해 반응을 통해 입자크기가 3 내지 4mm인 소수성 습윤겔을 제조하고, 제조된 소수성 습윤겔을 100rpm 이하의 속도로 20분 동안 교반하면서 AgNO3 0.16g과 sodium borohydride 0.016g를 drop size로 주입하여 소수성 실리카 에어로겔을 제조하고, 제조된 소수성 실리카 에어로겔을 건조오븐에 투입하고 대기압의 조건으로 70℃에서 1시간 동안 건조한 후에 150℃에서 1시간 동안 추가로 건조하여 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제조하였다.14.4 g of water and 0.004 g of hydrochloric acid were added to 17.8 g of MTES (methyltriethoxysilane; Sigma-Aldrich) to hydrolyze for 1.5 hours to prepare a silica sol, and 20 ml of the prepared silica sol was used as a drop size using a burette in hexane as an organic solvent. It was dropped in 400 ml, and a hydrophobic wet gel having a particle size of 3 to 4 mm was added to the hexane by adding a surfactant (Lanolin 0.4g) and 1 ml of ammonia water having a mass concentration of 28%, and then stirring the mixture at 700 rpm for 3 minutes. And hydrophobic silica airgel was prepared by injecting 0.16 g of AgNO 3 and 0.016 g of sodium borohydride in a drop size while stirring the prepared hydrophobic wet gel for 20 minutes at a speed of 100 rpm or less, and preparing the hydrophobic silica airgel. And hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules were prepared by drying at 70 ° C. for 1 hour under atmospheric pressure and further drying at 150 ° C. for 1 hour. Was done.

<실시예 2><Example 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 계면활성제(Lanolin 0.1g)을 사용하여 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제조하였다.Proceed in the same manner as in Example 1, using a surfactant (Lanolin 0.1g) to prepare a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules.

<실시예 3><Example 3>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 계면활성제(Lanolin 0.2g)을 사용하여 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제조하였다.Proceed in the same manner as in Example 1, using a surfactant (Lanolin 0.2g) to prepare a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules.

<실시예 4><Example 4>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 계면활성제(Lanolin 0.3g)을 사용하여 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제조하였다.Proceed in the same manner as in Example 1, using a surfactant (Lanolin 0.3g) to prepare a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules.

<실시예 5>Example 5

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 계면활성제(Lanolin 0.5g)을 사용하여 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제조하였다.Proceed in the same manner as in Example 1, using a surfactant (Lanolin 0.5g) to prepare a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules.

<비교예 1>Comparative Example 1

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 계면활성제를 사용하지 않고 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제조하였다.Proceed in the same manner as in Example 1, to prepare a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules without using a surfactant.

상기 실시예 1을 통해 제조된 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 아래 도 2에 나타내었다.Hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules prepared in Example 1 were photographed with a scanning electron microscope (SEM) and are shown in FIG. 2 below.

아래 도 2에 나타낸 것처럼, 상기 실시예 1을 통해 제조된 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립은 은나노 입자가 소수성 실리카 에어로겔에 잘 형성되어 있는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 2 below, the hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules prepared in Example 1 can be seen that the silver nanoparticles are well formed in the hydrophobic silica airgel.

또한, 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1을 통해 제조된 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 평균입자크기, 기공크기, 열전도도 및 소수성 유무를 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.In addition, the average particle size, pore size, thermal conductivity and the presence of hydrophobicity of the hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules prepared through Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were measured and shown in Table 1 below.

{단, 기공크기는 BET 측정기(ASAP2010)로 확인하고, BHJ법을 통해 평균 기공 크기 및 기공 부피를 측정하였으며, 열전도도는 Heat Flow Meter(Netsch, HFM-436/3/1 Lambdal)법으로 측정하였고, 소수성 유무는 적외선 분광기(IR) 분석기로 측정하였다.}{However, the pore size was confirmed by the BET measuring instrument (ASAP2010), the average pore size and pore volume were measured by the BHJ method, and the thermal conductivity was measured by the Heat Flow Meter (Netsch, HFM-436 / 3/1 Lambdal) method. Hydrophobicity was measured by an infrared spectroscopy (IR) analyzer.}

<표 1>TABLE 1

Figure 112018121919657-pat00001
Figure 112018121919657-pat00001

상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1과 같이 실리카 졸 20ml에 계면활성제(Lanolin) 0.4g를 첨가하였을 때, 생성되는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립은 2 내지 3mm의 입자크기를 가졌으며, 기공크기는 20.5nm, 열전도도는 0.018 W/mk를 나타내고, 소수성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.As shown in Table 1, when 0.4 g of a surfactant (Lanolin) was added to 20 ml of silica sol as in Example 1 of the present invention, the hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules had a particle size of 2 to 3 mm, The pore size is 20.5 nm, the thermal conductivity is 0.018 W / mk, it can be seen that the hydrophobicity is very excellent.

또한, 본 발명의 실시예 4와 같이 소수성 실리카 졸 20ml에 대해 계면활성제(Lanolin) 0.3g을 첨가하는 경우에는 기공크기는 감소하고 열전도도가 다소 증가하였으나, 실시예 1을 통해 제조된 에어로겔 대비 유사한 수준의 물성을 유지하는 것을 알 수 있다.In addition, when 0.3 g of a surfactant (Lanolin) is added to 20 ml of hydrophobic silica sol as in Example 4 of the present invention, the pore size was decreased and thermal conductivity was slightly increased, but it was similar to that of the aerogel prepared in Example 1. It can be seen that the physical properties of the level are maintained.

그러나, 본 발명의 실시예 2 내지 3과 같이 소수성 실리카 졸 20ml에 대비 계면활성제(Lanolin)가 0.3g 미만으로 첨가될 경우에는 기공크기가 감소하고, 열전도도가 상당히 증가하는 것을 알 수 있다.However, when the surfactant (Lanolin) is added to less than 0.3g compared to 20ml of hydrophobic silica sol as in Examples 2 to 3 of the present invention, it can be seen that the pore size is reduced, and the thermal conductivity is significantly increased.

또한, 본원발명의 실시예 5와 같이 소수성 실리카 졸 20ml에 대비 계면활성제(Lanolin)의 함량이 0.4g을 초과하는 경우에는 기공크기 및 열전도도는 실시예1과 동등한 수준인 것으로 나타나, 소수성 실리카 졸 20ml 대비 계면활성제(Lanolin)의 최적함량은 0.4g인 것을 알 수 있다.In addition, when the content of the surfactant (Lanolin) to more than 0.4g compared to 20ml of hydrophobic silica sol as in Example 5 of the present invention, the pore size and thermal conductivity was found to be the same level as in Example 1, hydrophobic silica sol It can be seen that the optimal content of the surfactant (Lanolin) compared to 20ml is 0.4g.

따라서, 본 발명에 따른 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법은 간소한 공정으로 0.5mm 내지 3mm 범위에서 입자크기의 조절이 용이하며, 내열성이 우수하여 300℃의 고온에서도 사용할 수 있는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립을 제공할 수 있다.Accordingly, the method for preparing hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules according to the present invention is a simple process, which is easy to control the particle size in the range of 0.5 mm to 3 mm, and has excellent heat resistance and can be used even at high temperatures of 300 ° C. Airgel granules can be provided.

S101 ; 소수성실리카졸제조단계
S103 ; 습윤겔제조단계
S105 ; 에어로겔중합단계
S107 ; 건조단계
S101; Hydrophobic silica sol manufacturing step
S103; Wet Gel Manufacturing Step
S105; Airgel polymerization step
S107; Drying stage

Claims (12)

소수성 실란을 가수분해하여 실리카졸을 제조하는 소수성실리카졸제조단계;
상기 소수성실리카졸제조단계를 통해 제조된 소수성 실리카 졸에 염기, 유기용매 및 계면활성제를 혼합하여 소수성 실리카 습윤겔을 제조하는 습윤겔제조단계;
상기 습윤겔제조단계를 통해 제조된 소수성 실리카 습윤겔에 은 전구체 및 환원제를 혼합하여 에어로겔을 중합하는 에어로겔중합단계; 및
상기 에어로겔중합단계를 통해 제조된 에어로겔을 건조하는 건조단계;로 이루어지며,
상기 소수성실리카졸제조단계는 정제수 100 중량부에 소수성 실란 75 내지 85 중량부 및 무기산 2 내지 2.5 중량부를 혼합하고 60 내지 120분 동안 가수분해하여 이루어지고,
상기 소수성 실란은 메틸트리에톡시실란으로 이루어지며,
상기 무기산은 질산, 아세트산, 황산 및 불산으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
Hydrophobic silica sol manufacturing step of hydrolyzing hydrophobic silane to prepare a silica sol;
A wet gel manufacturing step of preparing a hydrophobic silica wet gel by mixing a base, an organic solvent, and a surfactant with a hydrophobic silica sol prepared through the hydrophobic silica sol preparation step;
An airgel polymerization step of polymerizing an airgel by mixing a silver precursor and a reducing agent with the hydrophobic silica wet gel prepared through the wet gel manufacturing step; And
Consists of a drying step of drying the airgel produced through the airgel polymerization step,
The hydrophobic silica sol manufacturing step is made by mixing 75 to 85 parts by weight of hydrophobic silane and 2 to 2.5 parts by weight of inorganic acid to 100 parts by weight of purified water and hydrolyzed for 60 to 120 minutes,
The hydrophobic silane consists of methyltriethoxysilane,
The inorganic acid is a method for producing a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules, characterized in that made of one or more selected from the group consisting of nitric acid, acetic acid, sulfuric acid and hydrofluoric acid.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 습윤겔제조단계는 상기 소수성실리카졸제조단계를 통해 제조된 소수성 실리카 졸 100 중량부에 염기 4 내지 6 중량부, 유기용매 1500 내지 2500 중량부 및 계면활성제 0.1 내지 3 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
The method according to claim 1,
The wet gel production step is a mixture of 4 to 6 parts by weight of the base, 1500 to 2500 parts by weight of the organic solvent and 0.1 to 3 parts by weight of the surfactant to 100 parts by weight of the hydrophobic silica sol prepared by the hydrophobic silica sol manufacturing step. A method for producing hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 염기는 암모니아수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
The method according to claim 1 or 5,
The base is a method for producing a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules, characterized in that consisting of ammonia water.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 유기용매는 헥산, 헵탄, 톨루엔 및 크실렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
The method according to claim 1 or 5,
The organic solvent is a method for producing a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules, characterized in that consisting of one or more selected from the group consisting of hexane, heptane, toluene and xylene.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 계면활성제는 라노린, 소르비탄 모노올리에이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 모노팔미테이트 및 소르비탄 모노라우레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
The method according to claim 1 or 5,
The surfactant is a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules, characterized in that consisting of at least one selected from the group consisting of lanolin, sorbitan monooleate, sorbitan monostearate, sorbitan monopalmitate and sorbitan monolaurate. Manufacturing method.
청구항 1에 있어서,
상기 에어로겔중합단계는 상기 습윤겔제조단계를 통해 제조된 소수성 실리카 습윤겔 100 중량부에 은 전구체 20 내지 50 중량부 및 환원제 2 내지 5 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
The method according to claim 1,
The aerogel polymerization step of the hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules, characterized in that by mixing 20 to 50 parts by weight of the silver precursor and 2 to 5 parts by weight of the reducing agent to 100 parts by weight of the hydrophobic silica wet gel prepared by the wet gel manufacturing step Manufacturing method.
청구항 1 또는 9에 있어서,
상기 은 전구체는 AgNO3, AgBF4, AgPF3, Ag2O, CH3COOAg, AgCF3SO3, AgCl, Ag2SO4 및 CH3COCH-COCH3Ag로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
The method according to claim 1 or 9,
The silver precursor is composed of one selected from the group consisting of AgNO 3 , AgBF 4 , AgPF 3 , Ag 2 O, CH 3 COOAg, AgCF 3 SO 3 , AgCl, Ag 2 SO 4 and CH 3 COCH-COCH 3 Ag Method for producing hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules.
청구항 1 또는 9에 있어서,
상기 환원제는 sodium borohydride 또는 hydrazine으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
The method according to claim 1 or 9,
The reducing agent is a method for producing a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules, characterized in that consisting of sodium borohydride or hydrazine.
청구항 1에 있어서,
상기 건조단계는 대기압의 조건과 65 내지 75℃온도로 50 내지 70분 동안 진행된 후에, 140 내지 160℃의 온도에서 50 내지 70분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법.
The method according to claim 1,
The drying step is a hydrophobic spherical silver nano silica airgel granules manufacturing method characterized in that after the 50 to 70 minutes at a temperature of 65 to 75 ℃ temperature and conditions of atmospheric pressure, it is made for 50 to 70 minutes.
KR1020180155283A 2018-03-30 2018-12-05 Manufacturing method of hydrophobic spherical silver nano silica aerogel granules KR102025607B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20180037176 2018-03-30
KR1020180037176 2018-03-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102025607B1 true KR102025607B1 (en) 2019-09-27

Family

ID=68096774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180155283A KR102025607B1 (en) 2018-03-30 2018-12-05 Manufacturing method of hydrophobic spherical silver nano silica aerogel granules

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102025607B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005110919A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Dynax Corporation Process for producing silica aerogel
KR100831877B1 (en) * 2007-02-27 2008-05-23 한국에너지기술연구원 Method of synthesizing silica aerogel monoliths via ambient pressure drying
KR20080084438A (en) * 2007-03-16 2008-09-19 한국생산기술연구원 A method for coating silvering on aerogel and silver-coated aerogel
KR100868989B1 (en) 2007-05-23 2008-11-17 엠파워(주) Method of fabricating superhydrophobic silica chain powders
KR101717833B1 (en) 2014-02-06 2017-03-17 주식회사 엘지화학 Preparation method of hydrophobic silica aerogel

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005110919A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Dynax Corporation Process for producing silica aerogel
KR100831877B1 (en) * 2007-02-27 2008-05-23 한국에너지기술연구원 Method of synthesizing silica aerogel monoliths via ambient pressure drying
KR20080084438A (en) * 2007-03-16 2008-09-19 한국생산기술연구원 A method for coating silvering on aerogel and silver-coated aerogel
KR100868989B1 (en) 2007-05-23 2008-11-17 엠파워(주) Method of fabricating superhydrophobic silica chain powders
KR101717833B1 (en) 2014-02-06 2017-03-17 주식회사 엘지화학 Preparation method of hydrophobic silica aerogel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101955314B1 (en) Method of preparing for spherical silica aerogel granules and spherical silica aerogel granules prepared thereby
US10196274B2 (en) Porous SiO2-xerogel with a characteristic pore size, stable drying precursors thereof and use of same
KR101955307B1 (en) Preparation method of hydrophobic silica aerogel and hydrophobic silica aerogel produced by the same
KR101015430B1 (en) Preparation method of silica aerogel powders
JP4975050B2 (en) Method for producing silica structure
Kanamori Organic–inorganic hybrid aerogels with high mechanical properties via organotrialkoxysilane-derived sol–gel process
KR102092769B1 (en) Method of preparing for silica aerogel and silica aerogel prepared by the same
KR101800938B1 (en) Preparation method of hydrophobic silica aerogel and hydrophobic silica aerogel produced by the same
JP6330145B2 (en) Method for producing xerogel
CA2746933A1 (en) Hydrophobic aerogels
KR102638656B1 (en) Coating solution, coating film manufacturing method and coating film
TW200835648A (en) Porous material and method for preparing the same
KR102092770B1 (en) Method of preparing for silica aerogel and silica aerogel prepared by the same
US20120228545A1 (en) Method for producing a porous sio2-xerogel with a characteristic pore size by means of a bottom-up method using a precursor that has organic solid skeletal supports
KR102210029B1 (en) Method preparing silicon carbide particle and the silicon carbide particle prepared the same
KR101129375B1 (en) Porous Ceramic Prepared From Sodium Silicate and Aerogel and A Method for Preparing Thereof
CN111183113B (en) Method for producing hydrophobic silica aerogel particles
Leivo et al. Evolution of aluminosilicate structure and mullite crystallization from homogeneous nanoparticulate sol–gel precursor with organic additives
KR101790390B1 (en) Preparation method of spherical silica aerogel granules
KR100823072B1 (en) A method for preparation of aerogel having high transparency and an aerogel prepared therefrom
KR101498562B1 (en) Manufacturing method of silica aerogel powders
Vale et al. Silica-based microspheres with interconnected macroporosity by phase separation
KR20180029909A (en) Method of preparing for silica aerogel and silica aerogel prepared by the same
KR100896790B1 (en) Fabrication method for silica aerogel and silica aerogel fabricated therefrom
KR102117617B1 (en) Method for preparing hydrophobic silica aerogel and hydrophobic silica aerogel prepared by using the same

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant