KR102139954B1 - 유기 일체식 젤, 이의 사용 및 이를 제조하기 위한 과정을 위한 열 단열 조성물 - Google Patents
유기 일체식 젤, 이의 사용 및 이를 제조하기 위한 과정을 위한 열 단열 조성물 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102139954B1 KR102139954B1 KR1020157011854A KR20157011854A KR102139954B1 KR 102139954 B1 KR102139954 B1 KR 102139954B1 KR 1020157011854 A KR1020157011854 A KR 1020157011854A KR 20157011854 A KR20157011854 A KR 20157011854A KR 102139954 B1 KR102139954 B1 KR 102139954B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- poly
- water
- carbon
- polyhydroxybenzene
- composition
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000010538 cationic polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 22
- -1 poly(vinylpyridine) Polymers 0.000 claims description 20
- 239000003021 water soluble solvent Substances 0.000 claims description 11
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 229920000371 poly(diallyldimethylammonium chloride) polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 2
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 claims description 2
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- XTPPAVHDUJMWEX-UHFFFAOYSA-M 1-ethenylpyridin-1-ium;chloride Chemical compound [Cl-].C=C[N+]1=CC=CC=C1 XTPPAVHDUJMWEX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- YRHAJIIKYFCUTG-UHFFFAOYSA-M dimethyl-bis(prop-2-enyl)azanium;bromide Chemical compound [Br-].C=CC[N+](C)(C)CC=C YRHAJIIKYFCUTG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- 239000002954 polymerization reaction product Substances 0.000 claims 2
- 229920002518 Polyallylamine hydrochloride Polymers 0.000 claims 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 45
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N resorcinol Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1 GHMLBKRAJCXXBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 7
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 6
- DGXAGETVRDOQFP-UHFFFAOYSA-N 2,6-dihydroxybenzaldehyde Chemical compound OC1=CC=CC(O)=C1C=O DGXAGETVRDOQFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical class OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 2
- JXTHNDFMNIQAHM-UHFFFAOYSA-N dichloroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(Cl)Cl JXTHNDFMNIQAHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- LBLYYCQCTBFVLH-UHFFFAOYSA-N 2-Methylbenzenesulfonic acid Chemical compound CC1=CC=CC=C1S(O)(=O)=O LBLYYCQCTBFVLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KGIGUEBEKRSTEW-UHFFFAOYSA-N 2-vinylpyridine Chemical compound C=CC1=CC=CC=N1 KGIGUEBEKRSTEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JPYHHZQJCSQRJY-UHFFFAOYSA-N Phloroglucinol Natural products CCC=CCC=CCC=CCC=CCCCCC(=O)C1=C(O)C=C(O)C=C1O JPYHHZQJCSQRJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004965 Silica aerogel Substances 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 1
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 229960005215 dichloroacetic acid Drugs 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- QCDYQQDYXPDABM-UHFFFAOYSA-N phloroglucinol Chemical compound OC1=CC(O)=CC(O)=C1 QCDYQQDYXPDABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001553 phloroglucinol Drugs 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N pyrogallol Chemical class OC1=CC=CC(O)=C1O WQGWDDDVZFFDIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 125000005372 silanol group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-N triflic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)F ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZSDSQXJSNMTJDA-UHFFFAOYSA-N trifluralin Chemical compound CCCN(CCC)C1=C([N+]([O-])=O)C=C(C(F)(F)F)C=C1[N+]([O-])=O ZSDSQXJSNMTJDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
- E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
- C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
- C08J3/075—Macromolecular gels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/07—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2201/00—Foams characterised by the foaming process
- C08J2201/04—Foams characterised by the foaming process characterised by the elimination of a liquid or solid component, e.g. precipitation, leaching out, evaporation
- C08J2201/048—Elimination of a frozen liquid phase
- C08J2201/0484—Elimination of a frozen liquid phase the liquid phase being aqueous
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2201/00—Foams characterised by the foaming process
- C08J2201/04—Foams characterised by the foaming process characterised by the elimination of a liquid or solid component, e.g. precipitation, leaching out, evaporation
- C08J2201/05—Elimination by evaporation or heat degradation of a liquid phase
- C08J2201/0504—Elimination by evaporation or heat degradation of a liquid phase the liquid phase being aqueous
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2205/00—Foams characterised by their properties
- C08J2205/02—Foams characterised by their properties the finished foam itself being a gel or a gel being temporarily formed when processing the foamable composition
- C08J2205/026—Aerogel, i.e. a supercritically dried gel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2205/00—Foams characterised by their properties
- C08J2205/02—Foams characterised by their properties the finished foam itself being a gel or a gel being temporarily formed when processing the foamable composition
- C08J2205/028—Xerogel, i.e. an air dried gel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2205/00—Foams characterised by their properties
- C08J2205/04—Foams characterised by their properties characterised by the foam pores
- C08J2205/042—Nanopores, i.e. the average diameter being smaller than 0,1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2361/00—Characterised by the use of condensation polymers of aldehydes or ketones; Derivatives of such polymers
- C08J2361/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
- C08J2361/06—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
- C08J2361/12—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols with polyhydric phenols
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
- E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
- E04B2001/742—Use of special materials; Materials having special structures or shape
Abstract
본 발명은 열분해(pyrolysis)에 의해 다공성 탄소 단일체(carbon monolith)를 형성할 수 있는 유기 중합체 일체식(monolithic) 젤을 형성하는 탄소-기반 조성물, 이의 사용, 및 탄소-기반 조성물을 제조하는 과정에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조성물은 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F로부터 적어도 부분적으로 유래된 수지 상에서 기반되고, 40 mW.m- 1.K-1 이하의 열 전도성을 가지고, 및 적어도 하나의 수용성 양이온 중합전해질 P(polyelectrolyte P)를 포함한다. 상기 조성물을 제조하는 과정은 하기를 포함한다: a) 수지에 기반한 용액을 얻기 위하여, 용매에 용해된 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 및 촉매의 존재에서, 폴리하이드록시벤젠 및 포름알데하이드의 중합하는 단계, b) 젤을 얻기 위하여 용액을 젤화(gelling)하는 단계, 및 c) 유기 중합 단일체 젤(organic polymeric monolithic gel)을 얻기 위하여 건조하는 단계.
Description
본 발명은 열분해(pyrolysis)에 의해 다공성 탄소 단일체(carbon monolith)를 형성할 수 있는 유기 중합체 일체식(monolithic) 젤을 형성하는 탄소-기반 조성물, 상기 조성물의 사용, 및 탄소-기반 조성물을 제조하는 과정에 관한 것이다. 본 발명은 열 초단열(superinsulator) 물질로서 이의 사용을 위하여(예를 들면, 통상적으로 대략 40 mW.m- 1.K-1 이하의 열 전도성을 가지는), 에어로겔(aerogels)과 같은, 유기 젤(organic gels), 또는 매우 낮은 밀도, 높은 특정 표면적 및 높은 기공 부피를 가지는 탄소 단일체(carbon monoliths)를 얻는 것을 개시한다.
에어로겔은 용매로서 행하는 액체가 가스 또는 가스 혼합물로 대체되는, 젤화 및 젤의 건조 후에 얻은 다공성 물질이다. 매우 낮은 밀도 (또는 높은 기공 부피에서) 상기 물질은 열 단열체(thermal insulators)로서 사용을 위해 매우 유망하다. 이것은 자체의 나노기공률(porosity)이 기공에서 얻어진 공기의 대류(convection)의 효과를 제한하는 것을 가능하게 하기 때문이다.
그러나, 매우 낮은 밀도 에어로겔의 제조는 자체의 제한된, 지금까지 통상적 오븐-건조를 허용하지 않는, 기계적인 성질, 특히 나노구조를 파괴시키고 거대균열을 만드는, 물질에서 내부 스트레스를 주는, 상기 오븐-건조 동안에 용매를 증발시키기 때문에 복잡하다. 이것은 초임계 CO2로 건조가 낮은-밀도 에어로겔의 생성을 위하여 통상적으로 사용되는 이유이다. 상기 방법은 나노구조의 안정을 간주하는 좋은 결과를 주지만, 에어로겔의 제조 비용을 페널티로 주는 결점을 가진다.
열 초단열로서 응용을 위해 대부분 넓게 연구해온 실리카 에어로겔(상기 에어로겔은 약 0.015 내지 0.020 W.m- 1.K-1의 열 전도성을 가질 수 있다), 상기 결과를 벗어나지 않는다. 따라서, 통상적 오븐-건조로, 상기 실리카 젤은 상당한 치밀화 및 자체의 나노구조의 손실을 진행한다. 추가적으로, 상기 젤의 균열은 실리카 나노입자의 분말에 의한 방출에 기인한 독성 문제를 제기하는, 미립자(fines)을 만든다. 연구 노력은 자체의 표면의 화학 성질의 변형 후에 실리카 에어로겔의 반동(spring-back) 효과 및 증발 건조 후에 치밀화 가역적을 제공하는 것을 가능하게 만드는 비반응 그룹으로 실라노 군(silanol groups)의 교체에 집중되어 왔다.
상기 원칙은 열 초단열 나노구조 에어로겔의 형성에서 낮은-밀도 실리카 분말의 산업적 생성을 허용하지만, 또한 자체가 열 초단열로서 사용에 유망한, 높은 특정 표면적의 유기 에어로겔과 대조하여, 안정적 일체식(monolithic) 물질의 합성을 허용하지 않는다.
알려진 방식으로, 상기 유기 에어로겔은 제조 조건(예를 들면, 시약 R 및 F 와 촉매사이의 비율에 따라)에 의존하는 다양한 기공률(porosity) 값 및 밀도 값을 가질 수 있고 물에서 사용되는 젤을 줄 수 있는 비싸지 않은 장점을 가지는 레조르시놀(resorcinol)-포름알데하이드(RF) 수지로부터 통상적으로 제조된다. 추가적으로, 상기 유기 에어로겔은 적외선 방사선을 흡수하고 높은 온도에서 낮은 열 전도성을 가지는 장점을 가진 높은 특정 표면적을 가지는 탄소 형태로 열분해(pyrolyzed)될 수 있다. 반대로, 전구체의 중축합(polycondensation)에 의해 얻어진 상기 화학 젤은 비가역적이고 따라서 재사용될 수 없다. 추가적으로, 높은 전환에서, 상기 젤은 소수성(hydrophobic) 및 침전되고, 상기 물질에서 기계적인 스트레스를 유도하고 자체의 부서지기 쉬운 것을 증가시킨다.
실리카 에어로겔에 있어서, 매우 낮은 밀도 유기 일체식(monolithic) 에어로겔을 얻기 위하여, 에어로겔을 위한 나노구조의 파괴 또는 수축 및 특정 표면적으 손실을 피하기 위해 충분히 약한(mild) 건조 기술을 사용하는 것이 필요하다. 상기 건조는 알코올로 용매 교환을 경유한 다음 초임계 CO2에 의한 건조를 경유하여 통상적으로 수행된다.
언급은, 예를 들면, 용매 교환에 의해 그런 다음 초임계 액체(supercritical fluid)에 의해 상기 건조를 사용하는, 레조르시놀(resorcinol)-포름알데하이드 수지 상에 유기 일체식(monolithic) 에어로겔 제조를 위한 과정을 설명하는 문서 US-A-4 997 804로 만들어질 수 있다.
이전에 지적된 바와 같이, 상기 건조 기술의 주요 결점은 실행하기에 복잡하고 매우 비싸다는 것이다.
본 발명의 하나의 목적은 열분해(pyrolysis)에 의해 앞서 말한 결점의 모두를 극복하는 것을 가능하게 하는 열 초단열 다공성 탄소 탄소 단일체(carbon monolith)(예를 들면, 40 mW.m- 1.K- 1이하의 열 전도성을 가지는)를 형성할 수 있는 유기 중합체 일체식(monolithic) 젤을 형성하는 젤화된 탄소-기반 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적은 출원자가, 놀랍게도, 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) 및 포름알데하이드 유형의 수지, 수용성 양이온 중합전해질(polyelectrolyte)을 구성하는 첨가제의 특정 페밀리의 전구체에, 수용성 층의 첨가가 일체식(monolithic) 젤 또는 높은 특정표면적, 매우 낮은 밀도 및 높은 기공 부피를 동시에 가지는 반면, 용매 교환 및 초임계 액체에 의한 건조를 제공할 수 있는 이의 열분해 생성물(pyrolyzate)을 얻는 것을 가능하게 하는 것을 발견했다는 것을 성취하는데 있다.
상기 효과에 대하여, 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F로부터 적어도 부분적으로 유래된 수지에 기반된 본 발명에 따른 탄소-기반 조성물은 수용성 양이온 중합전해질 P(polyelectrolyte P)을 포함한다는 것이다.
상기 양이온 중합전해질을 혼합하는 본 발명의 조성물은 오븐 건조를 사용하여 장점적으로 얻어질 수 있고, 이것은 수행하기에 많이 간단하고 초임계 CO2로 건조하는 것보다 젤의 생성비용에서 덜 페널티를 준다는 것에 주목하게 될 것이다. 정말로, 출원자는 상기 첨가물이 오븐 건조에 따라서 얻어진 젤의 높은 기공률(porosity)을 보존하고 높은 특정표면적 및 높은 기공 부피에 공동의 매우 낮은 밀도를 수여하는 것을 가능하게 한다는 것을 발견하였다.
용어 "젤(gel)"은, 알려진 방식으로, 동시에 또는 콜로이드(colloidal) 용액에 의한 촉매 작용하에서 형성하는, 콜로이드(colloidal) 물질 및 액체의 혼합물을 의미한다.
용어 "수용성 중합체"는 물로 혼합될 때 분산을 형성할 수 있는 물-분산시킬수 있는 중합체와는 다르게, 첨가제(특히 계면활성제)의 첨가 없이 물에서 용해될 수 있는 중합체를 의미한다.
본 발명의 다른 특성에 따르면, 상기 탄소-기반 조성물은, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F의 수용성 용매 W에서, 상기 용매에서 용해된 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P 및 산성 또는 염기성 촉매의 존재에서, 중합을 위한 반응 생성물을 포함한다.
장점적으로, 상기 중합반응의 생성물은 하기를 포함할 수 있다:
- 0.2%와 2%사이 및 바람직하게는 0.3%와 1% 사이인 매우 낮은 질량 분획에서 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P(polyelectrolyte P), 및/또는
- 2%와 10%사이 바람직하게는 사이 3%와 7%사이인, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F에 대하여 P/(R+F) 질량비의 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P(polyelectrolyte P), 및/또는
- 0.3%와 2% 사이 바람직하게는 0.4%와 1.5% 사이인, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R, 포름알데하이드 F 및 수용성 용매 W에 대하여 P/(R+F+W) 질량비의 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P.
상기 적어도 하나의 중합전해질(polyelectrolyte)은 물에 전체적으로 수용성인 양이온 중합전해질일 수 있고 낮은 이온 강도를 가진다.
바람직하게는, 4차 암모늄 염(quaternary ammonium salts), 폴리(비닐피리디니움 클로라이드)(poly(vinylpyridinium chloride)), 폴리(에틸렌이민)(poly(ethyleneimine)), 폴리(비닐피리딘)(poly(vinylpyridine)), 폴리(아릴아민 하이드로쿨로라이드)(poly(allylamine hydrochloride)), poly(trimethylammonium ethylmethacrylate chloride), 폴리(아크릴아미드-코-디메틸암모늄 클로라이드)poly(acrylamide-co-dimethylammonium chloride)) 및 이의 혼합물을 구성하는 군으로부터 선택되는 유기 중합체이다.
더욱 더 우선적으로, 상기 적어도 하나의 수용성 양이온 중합전해질 P(polyelectrolyte P)는 폴리(디아릴디메틸암모늄 할리드)(poly(diallyldimethylammonium halide))로부터 선택되는 4차 암모늄으로부터 유래된 유닛(units)을 포함하는 염(salt)이고 바람직하게는 폴리(디아릴디메틸암모늄 클로라이드)(poly(diallyldimethylammonium chloride)) 또는 폴리(디아릴디메틸암모늄 브로마이드)(poly(diallyldimethylammonium bromide))이다.
본 발명에서 사용할 수 있는 상기 수지의 전구체 중합체(precursor polymers) 중에서, 언급은 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) 유형의 적어도 하나의 단량체 및 적어도 하나의 포름알데하이드 단량체의 중축합(polycondensation)으로부터 초래되는 중합체로 만들어질 수 있다. 상기 중합반응은, 추가 단량체는 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) 유형인 2개 이상의 뚜렷한 단량체를 포함할 수 있다. 사용할 수 있는 폴리하이드록시벤젠은 디(di)- 또는 트리-하이드록시벤젠(tri-hydroxybenzenes)이고, 장점적으로 레조르시놀(resorcinol) (1,3-dihydroxybenzene) 또는 카테콜, 하이드로퀴논(hydroquinone) 및 플로로글루시놀(phloroglucinol)으로부터 선택되는 다른 화합물을 가지는 레조르시놀(resorcinol)의 혼합물이다.
사용은, 예를 들면, 0.3과 0.7사이의 R/F 몰라비에 따라 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F로 만들어 질 수 있다.
본 발명의 다른 특성에 따르면, 상기 탄소-기반 조성물은 장점적으로 400 m2/g와 1200 m2/g 사이의 특정 표면적, 및/또는 0.1 cm3/g 과 3 cm3/g사이의 기공 부피, 및/또는 3 nm 과 30 nm사이의 평균 기공 지름, 및/또는 0.04과 0.4사이의 밀도를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔과 같은 유기 중합체 일체식 젤은 상기에서 정의된 비와 같이 탄소-기반 조성물로 구성된다.
장점적으로, 자체의 열분해(pyrolysis)를 경유하여 얻어진 상기 젤 및 탄소 단일체는 10 mW.m- 1.K-1 와 40 mW.m- 1.K- 1사이, 예를 들면, 20 및 35 mW.m- 1.K- 1사이의 열 전도성을 가질 수 있고 상기 젤은 건축(building)의 열 단열을 위해 사용될 수 있다.
상기에서 정의된 바와 같은 탄소-기반 조성물을 제조하기 위한 본 발명에 따른 과정은 하기를 포함한다:
a) 상기 수지에 기반된 용액을 얻기 위하여, 상기 용매에 용해된 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P 및 촉매의 존재에서, 수용성 용매 W에서, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F를 중합(polymerization)하는 단계,
b) 상기 수지의 젤을 얻기 위하여 a)에서 얻어지는 용액의 젤화(gelling)하는 단계, 및
c) 상기 유기 중합체 일체식 젤을 얻기 위하여 b)에 얻은 젤을 건조하는 단계.
다공성 탄소 단일체(carbon monolith)를 얻기 위하여, c)에서 얻은 건조된 젤을 열분해(pyrolysis)를 수행한다.
장점적으로 및 상기에서 지적한 바와 같이, 단계 a)는 0.2%와 2% 사이의 조성물에 있는 질량 분획에서, 및/또는 2%와 10% 사이의 P/(R+F) 질량비에서, 및/또는 0.3%와 2% 사이의 P/(R+F+W) 질량비에서 상기 적어도 하나의 중합전해질 P를 사용하여 수행될 수 있다.
장점적인것과 같이, 하기를 수행하는 것이 가능하다:
- 단계 a)는 바람직하게는 물로 구성된, 상기 수용성 용매에, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P를 용해한 후, 상기 포름알데하이드 F 및 상기 산성 또는 염기성일 수 있는 촉매를 얻어진 용액에 첨가하여, 주위(ambient) 온도에서 수행되고, 그럼 다음
- 단계 b)는 오븐에서 상기 용액을 처리하여 수행된다.
단계 a)에서 사용할 수 있는 촉매에 의하여, 언급은, 예를 들면, 염산, 황산(sulfuric acid), 질산(nitric acid), 아세트산(acetic acid), 인산(phosphoric acid), 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid), 트리플루오로메탄술폰산(trifluoromethanesulfonic acid), 과염소산(perchloric acid), 옥살산(oxalic acid), 톨루엔술폰산(toluenesulfonic acid), 디클로로아세트산(dichloroacetic acid) 또는 포름산(formic acid)의 수용성 용액과 같은 산성 촉매, 또는 소듐 카보네이트, 소듐 하이드로젠 카보네이트, 포타슘 카보네이트, 암모늄 카보네이트, 리튬 카보네이트, 수용성 암모니아, 포타슘 하이드록사이드 및 소듐 하이드록사이드와 같은 그밖의 염기성 촉매로 만들어 질 수 있다.
사용은, 단계 a)에서, 예를 들면, 0.001과 0.07사이의 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene)과 물 사이의 R/W 질량비로 만들어질 수 있다.
바람직하게는, 단계 c)는 400 m2/g과 1200 m2/g사이의 특정표면적, 및/또는 0.1 cm3/g과 3 cm3/g사이의 기공 부피, 및/또는 3 nm와 30 nm사이의 평균 기공 지름, 및/또는 0.04과 0.4사이의 밀도를 가지는(합성 조건 및 특히 pH에 따라) 상기 유기 중합체 일체식(monolithic) 젤을 얻기 위하여, 용매 교환 또는 초임계 액체(supercritical fluid)로 건조없이, 예를 들면 오븐에서, 습한 공기로 건조에 의해 수행된다.
따라서 본 발명에 따른 상기 수용성-층 제조 과정은 합성 조건에 따라 다양한 조절된 다공성 구조를 얻는 것을 가능하게 한다는 것을 주목할 것이다. 단독 나노기공(nanoporous)(예를 들면, 50 nm 미만의 기공 지름으로), 또는 대안적으로 나노기공과 거대기공 사이의 공동존재(예를 들면, 50 nm 보다 큰 기공 지름으로)인 낮은 밀도의 구조를 얻는 것이 가능하다.
다른 특성, 본 발명의 장점 및 세부사항은 비제한적 설명 방식으로 주어진, 본 발명의 몇가지 실행 실시예의 하기 설명을 읽는데서 나타날 것이다.
본 발명에 따른 제조의
실시예
:
하기의 실시예는 하기의 시작 시약으로서, 와 같이, 본 발명에 따른 5개의 유기 일체식(monolithic) 젤인 G1 내지 G5의 및 해당 "대조군(control)" 다공성 탄소 C0 내지 C0' 및 본 발명 C1 내지 C5에 따른 다공성 탄소의 2개의 "대조군(control)" 유기 일체식(monolithic) 젤 G0 및 G0'의 제조를 설명한다:
- 아크로스 유기(Acros Organics)로부터 레조르시놀(resorcinol) (R), 98% 순수,
- 아크로스 유기(Acros Organics)로부터 포름알데하이드 (F), 37% 순수,
- 젤 G1 내지 G4를 위한 염산 및 젤 G5를 위한 소듐 카보네이트를 구성하는 촉매 (C), 및
- 젤 G1 내지 G5를 위한, 폴리(디아릴디메틸암모늄 클로라이드)(poly(diallyldimethylammonium chloride)) (P), 35% 순수(물 W에 있는 용액).
상기 젤 G0, G0' 및 G1 내지 G5를 하기와 같이 제조하였다.
첫번째 단계에서, 레조르시놀 R 및 중합전해질 P(젤 G0 및 G0'를 제외하고)는 물을 포함하는 용기(container)에서 용해되었다. 이후, 전체적으로 용해한 후에, 포름알데하이드 F 를 첨가하였다. 얻어진 중합체 용액을 촉매 C로 적절한 pH가 되도록 조정하였고, 상기 작동의 모든 것은 주위 온도(ambient temperature)(대략 22℃에서)에서 수행되는 것이 특정화되었다. 두번째 단계에서, 얻어진 용액은 Teflon® 주형(molds)으로 옮겨졌고, 이것은 젤화를 수행하기 위하여 24 시간 동안 90℃에서 오븐에 놓여졌다.
이후 젤은 건조되었다:
- 젤 G0', G2, G4 및 G5를 얻기 위하여, 17 시간 동안 90%의 습도 정도를 가지는 85℃의 습한 챔버에서, 또는
- 에어로겔 G0, G1 및 G3를 얻기 위하여, 3일동안 트리플루오로아세트산 배스 이후에 4일 동안 무수 에탄올 배스에서 용매 교환 후에 초임계 CO2를 사용하여.
마지막으로, 유기 젤 G0, G0' 및 G1 내지 G5는 다공성 일체식(monolithic) 탄소 C0, C0' 및 C1 내지 C5를 얻기 위하여, 800℃의 온도에서 질소하에서 열분해되었다.
하기의 표 1에서:
- R/F는 레조르시놀(resorcinol)과 포름알데하이드 사이의 몰라비이다,
- R/W는 레조르시놀(resorcinol)과 물 사이의 질량비이다,
- P는 중합전해질(polyelectrolyte)의 질량 분획을 나타낸다,
- P/(R+F)는 중합전해질(polyelectrolyte)과 레조르시놀(resorcinol)-포름알데하이드 전구체 사이의 질량비이다,
- P/(R+F+W)는 중합전해질(polyelectrolyte)과 물로 보충된 레조르시놀-포름알데하이드 전구체 사이의 질량비이다. 및
- CO2 sc는 본 발명에 따른 사용할 수 있는 오븐-건조에 반대되는 것과 같은, 초임계 CO2를 사용하여 건조를 나타낸다.
젤 G0, G2 및 G4 (표 2 참조) 및 다공성 탄소 C0, C2 및 C4 (표 3 참조)의 열 전도성은 뜨거운 전선 기술(hot wire technique)에 따른 네오팀 전도성 미터(Neotim conductivity meter)로 22℃에서 측정되고, 세-지점 압축(three-point compression)에서 기계적인 성질 및 젤 G4 및 해당 다공성 탄소 C4의 장력(tension)은 표준 ASTM C165-07에 따라 기계를 테스트하는 MTS 장력/압축(tensile/compression)를 가지는 "대조군(control)" 실리카 에어로겔 G0 (표 4 참조)의 것과 비교하여 측정되었다.
각각의 다공성 탄소 C0, C0' 및 C1 내지 C5를 위하여, 특정표면적, 기공 부피 및 평균 기공 지름은 마이크로메리틱(Micromeritics)로부터 Tristar 3020 기구를 사용하여 측정되었다(표 2).
| 시약의 양/ 과정 |
G0 | G0' | G1 | G2 | G3 | G4 | G5 |
| R/F | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| R/W | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.20 |
| P | 0 | 0 | 0.4% | 0.4% | 0.4% | 0.4% | - |
| P/(R+F) | 0 | 0 | 0.0626 | 0.0626 | 0.0640 | 0.0640 | 0.0379 |
| P/(R+F+W) | 0 | 0 | 0.0044 | 0.0044 | 0.0070 | 0.0070 | 0.0127 |
| pH | 3 | 3 | 3 | 3 | 1 | 1 | 6.13 |
| 건조 방법 | CO2 sc | 오븐 | CO2 sc | 오븐 | CO2 sc | 오븐 | 오븐 |
| 유기 젤(유기 젤) | G0 | G0' | G1 | G2 | G3 | G4 | G5 |
| 젤의 밀도 | 0.40 | 1 | 0.20 | 0.40 | 0.04 | 0.04 | 0.20 |
| 젤의 열 전도성 (mW/mK) | 24 | - | - | 26 | - | 24 | - |
| 다공성 탄소 | C0 | C0' | C1 | C2 | C3 | C4 | C5 |
| 탄소의 특정 표면적 (m2/g) | 983 | 18 | 1014 | 1080 | 769 | 1170 | 670 |
| 탄소의 기공 부피 (cm3/g) | 0.58 | 0.012 | 0.87 | 0.95 | 0.32 | 0.47 | 0.26 |
| 탄소의 평균 기공 지름 (nm) | 3.6 | - | 10 | 10 | 5.4 | 4.1 | 3.9 |
| 탄소의 밀도 | 0.40 | 0.90 | 0.20 | 0.40 | 0.04 | 0.06 | 0.20 |
| 탄소의 열 전도성 (mW/mK) | 30 | - | - | 33 | - | 29 | - |
"대조군" 다공성 탄소 C0 및 C0'와 본 발명 C1 내지 C5의 비교는 양이온 중합전해질 P이 첨가가, 얻어진 낮은 밀도를 위하여, 심지어 오븐 건조(C0의 것과 동일한 순서인 다공성 탄소 C2, C4 및 C5의 특정표면적, 기공 부피 및 평균 기공 지름 값을 참조)로 나노 구조(nanometric structure)를 유지하는 것을 가능하게 하는 반면, 중합전해질 없이는, 초임계 CO2로 건조의 사용은 다공성 탄소 C0의 상기 나노구조를 유지하기 위하여 필요하다는 것을 나타낸다.
상기 조건하에서, 본 발명에 따른 나노-구조 젤 G1 내지 G5 및 탄소 C1 내지 C5의 밀도는 항상 0.4 이하(less than or equal)이다.
만약 pH가 1로 조정된다면, 상기 결과는 또한 매우 낮은 밀도(0.06 이하)로 일체식(monolithic) 물질(본 발명의 젤 G3 및 G4 및 탄소C3 및 C4를 참조)을 얻는 것이 가능하다는 것을 나타낸다.
마지막으로, 본 발명에 따른 젤 G5 및 해당 탄소 C5에 대하여 얻어진 결과는 합성이 약한 산성(less acidic) 및 심지어 약간 염기성 배지 (pH > 6)에서 조차 수행될 수 있다는 것을 나타낸다.
| 탄소 또는 젤의 구조 | 실리카 에어로겔* G0 | 젤 G4 | 다공성 탄소 C4 |
| 밀도 | 0.1* | 0.04 | 0.06 |
| 압축 계수 (MPa) | 55* | 800 | 1050 |
| 파괴 강도 (MPa) | 4* | 25 | 20 |
* M.A. Aegerter et al.에 따라, "Aerogel Handbook" Advances in Sol-Gel Derived Materials and Technologies, chap. 22.
상기 표 4는 본 발명에 따른 젤 및 다공성 탄소가 알려진 실리카 에어로겔의 것에 비해서 매우 현저하게 개선된 기계적인 성질을 가진다는 것을 나타낸다.
Claims (13)
- 조성물은 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F로부터 적어도 부분적으로 유래된 수지에 기반되고 40 mW.m-1.K-1 이하(less than or equal)의 열전도도를 가지고, 젤화된 조성물은 적어도 하나의 수용성 양이온 중합전해질 P(polyelectrolyte P) 를 0.2%와 2% 사이의 질량 분획(mass fraction)으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 열분해(pyrolysis)에 의해 다공성 탄소 단일체(carbon monolith)를 형성할 수 있는 유기 중합체 일체식 젤(organic polymeric monolithic gel)을 형성하는 젤화된 탄소-기반 조성물(gelled carbon-based composition).
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은 촉매의 수용성 용매 W에 용해된 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P(polyelectrolyte P) 및 촉매의 존재에서, 수용성 용매 W에서, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F의 중합(polymerization)을 위한 반응 생성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소-기반(carbon-based) 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 중합 반응 생성물은 2%와 10% 사이의, 상기 폴리하이드록시벤젠 R 및 포름알데하이드 F에 대한 P/(R+F) 질량비에서 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소-기반 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 중합 반응 생성물은 0.3% 와 2% 사이의, 상기 폴리하이드록시벤젠 R, 포름알데하이드 F 및 수용성 용매 W에 대한 P/(R+F+W) 질량비에서 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소-기반 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 양이온 중합전해질 P는 4차 암모늄 염(quaternary ammonium salts), 폴리(비닐피리디니움 클로라이드)(poly(vinylpyridinium chloride)), 폴리(에틸렌이민)(poly(ethyleneimine)), 폴리(비닐피리딘)(poly(vinylpyridine)), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드)(poly(allylamine hydrochloride)), 폴리(트리메틸암모늄 에틸-메타크릴에이트 클로라이드)(poly(trimethylammonium ethyl-methacrylate chloride)), 폴리(아크릴아미드-코-디메틸암모늄 클로라이드)(poly(acrylamide-co-dimethylammonium chloride)) 및 이의 혼합물을 구성하는 군으로부터 선택된 유기 중합체인 것을 특징으로 하는 탄소-기반 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 양이온 중합전해질(polyelectrolyte)은 폴리(디알릴디메틸암모늄 할리드)(poly(diallyldimethylammonium halide))로부터 선택된 4차 암모늄으로부터 유래된 유닛을 포함하는 염(salt) 인 것을 특징으로 하는 탄소-기반 조성물.
- 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 양이온 중합전해질(polyelectrolyte)은 폴리(디알릴디메틸암모늄 클로라이드)(poly(diallyldimethylammonium chloride)) 또는 폴리(디알릴디메틸암모늄 브로마이드)(poly(diallyldimethylammonium bromide))인 것을 특징으로 하는 탄소-기반 조성물.
- 제1항에 있어서, 하기를 가지는 것을 특징을 하는 탄소-기반 조성물:
- 400 m2/g와 1200 m2/g 사이의 특정표면적, 또는
- 0.1 cm3/g와 3 cm3/g 사이의 기공 부피, 또는
- 3 nm와 30 nm 사이의 평균 기공 지름, 또는
- 0.04 g/cm3와 0.4 g/cm3사이의 밀도.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 조성물을 건축(builing)의 열 단열을 위하여 사용하는 것을 포함하는 조성물의 사용방법.
- 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 탄소-기반 조성물의 제조 방법:
a) 수지를 얻기 위하여, 수용성 용매 W에 용해된 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P 및 산성 또는 염기성 촉매의 존재에서, 수용성 용매 W에서, 상기 폴리하이드록시벤젠 R 및 포름알데하이드 F의 중합(polymerization)하는 단계,
b) 상기 수지의 젤을 얻기 위하여, a)에서 얻어진 용액을 젤화(gelling)하는 단계, 및
c) 상기 유기 중합체 일체식(monolithic) 젤을 얻기 위하여 b)에서 얻은 젤을 건조하는 단계.
- 제10항에 있어서, 단계 a)는 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법:
- 0.2%와 2%사이의 조성물의 질량 분획에서, 또는
- 2%와 10% 사이의, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 포름알데하이드 F에 대하여 P/(R+F) 질량비에서, 또는
- 0.3%과 2%사이의, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R, 포름알데하이드 F 및 수용성 용매 W에 대하여 P/(R+F+W) 질량비에서.
- 제10항에 있어서, 하기를 특징으로 하는 제조 방법:
- 단계 a)는 상기 수용성 용매 W에서, 상기 폴리하이드록시벤젠(polyhydroxybenzene) R 및 상기 적어도 하나의 양이온 중합전해질 P를 용해한 후, 상기 포름알데하이드 F 및 상기 산성 또는 염기성 촉매를 얻어진 용액에 첨가하여, 주위(ambient) 온도에서 수행되고, 그럼 다음
- 단계 b)는 오븐에서 상기 용액을 처리하여 수행된다.
- 제10항에 있어서, 단계 c)는 하기를 가지는, 상기 유기 중합체 일체식 젤을 얻기 위하여, 초임계 액체(supercritical fluid)로 용매 교환 또는 건조없이, 오븐에서, 습한 공기로 건조에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법:
- 400 m2/g와 1200 m2/g 사이의 특정 표면적, 또는
- 0.1 cm3/g와 3 cm3/g사이의 기공 부피, 또는
- 3 nm와 30 nm사이의 평균 기공 지름, 또는
- 0.04 g/cm3와 0.4 g/cm3사이의 밀도.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1259895A FR2996850B1 (fr) | 2012-10-17 | 2012-10-17 | Composition thermiquement isolante pour gel monolithique organique ou son pyrolysat, son utilisation et son procede de preparation. |
| FR1259895 | 2012-10-17 | ||
| PCT/IB2013/059208 WO2014060906A1 (fr) | 2012-10-17 | 2013-10-08 | Composition thermiquement isolante pour gel monolithique organique, son utilisation et son procede de preparation. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150075092A KR20150075092A (ko) | 2015-07-02 |
| KR102139954B1 true KR102139954B1 (ko) | 2020-07-31 |
Family
ID=47425108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020157011854A KR102139954B1 (ko) | 2012-10-17 | 2013-10-08 | 유기 일체식 젤, 이의 사용 및 이를 제조하기 위한 과정을 위한 열 단열 조성물 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10508436B2 (ko) |
| EP (1) | EP2909137B1 (ko) |
| JP (1) | JP6263189B2 (ko) |
| KR (1) | KR102139954B1 (ko) |
| CN (2) | CN104755419A (ko) |
| CA (1) | CA2888421A1 (ko) |
| FR (1) | FR2996850B1 (ko) |
| MX (1) | MX2015004836A (ko) |
| WO (1) | WO2014060906A1 (ko) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2996849B1 (fr) | 2012-10-17 | 2015-10-16 | Hutchinson | Composition pour gel organique ou son pyrolysat, son procede de preparation, electrode constituee du pyrolysat et supercondensateur l'incorporant. |
| JP6329632B2 (ja) * | 2014-02-12 | 2018-05-23 | ユッチンソン | 有機エアロゲルを有する真空断熱ボード |
| MX2016010884A (es) | 2014-03-04 | 2016-11-17 | Hutchinson | Composicion gelificada para un gel monolitico organico, sus usos y su proceso de preparacion. |
| CA2944715A1 (fr) * | 2014-04-11 | 2015-10-15 | Hutchinson | Procede de preparation d'une composition d'aerogel monolithique organique super isolant thermique, cette composition et son utilisation |
| FR3044739B1 (fr) | 2015-12-02 | 2018-05-18 | Hutchinson | Piece isolante mecanique |
| CN109680816B (zh) * | 2019-02-13 | 2024-02-27 | 吴葆永 | 一种控温空气层阻断式绝热超低能耗外墙构造 |
| KR102375793B1 (ko) | 2020-05-11 | 2022-03-16 | 울산과학기술원 | 다공성 형상 기억 중합체 및 이의 제조 방법 |
| DE202021101441U1 (de) | 2021-03-22 | 2021-06-17 | Hutchinson | Modulare Anordnung |
| CN113862706A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-12-31 | 天津晨祥丰凯新材料科技有限公司 | 碳气凝胶及其前体的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007016249A (ja) * | 2001-03-16 | 2007-01-25 | American Aerogel Corp | 有機オープン・セル発泡材 |
| EP2080736B1 (de) | 2008-01-17 | 2016-01-13 | Orion Engineered Carbons GmbH | Kohlenstoff-Aerogele, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3775158A (en) * | 1971-10-18 | 1973-11-27 | Du Pont | Composite article containing an alpha-olefin hydrocarbon copolymer |
| US4873218A (en) * | 1988-05-26 | 1989-10-10 | The United States Department Of Energy | Low density, resorcinol-formaldehyde aerogels |
| US4997804A (en) | 1988-05-26 | 1991-03-05 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Low density, resorcinol-formaldehyde aerogels |
| US5744510A (en) * | 1995-04-25 | 1998-04-28 | Regents Of The University Of California | Organic carbon aerogels from the sol-gel polymerization of phenolic-furfural mixtures |
| US5877100A (en) * | 1996-09-27 | 1999-03-02 | Cabot Corporation | Compositions and insulation bodies having low thermal conductivity |
| US6297293B1 (en) * | 1999-09-15 | 2001-10-02 | Tda Research, Inc. | Mesoporous carbons and polymers |
| JP3576433B2 (ja) * | 1999-10-18 | 2004-10-13 | 群栄化学工業株式会社 | 球状フェノール樹脂の製造方法 |
| JP2002283488A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-10-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 乾燥ゲル複合体およびその製造方法 |
| US7167354B2 (en) * | 2002-02-12 | 2007-01-23 | Tda Research, Inc. | Mesoporous carbons and polymers from hydroxylated benzenes |
| JP3779700B2 (ja) * | 2002-06-03 | 2006-05-31 | 三洋化成工業株式会社 | ミセル含有有機ポリマー、有機ポリマー多孔体及び多孔炭素材料 |
| DE10357539A1 (de) | 2003-12-10 | 2005-07-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Herstellung von füllstoffhaltigen Aerogelen |
| CN1281484C (zh) * | 2004-05-28 | 2006-10-25 | 中山大学 | 一种制备炭气凝胶的方法 |
| JP4899041B2 (ja) * | 2005-08-01 | 2012-03-21 | 国立大学法人 宮崎大学 | レゾルシノール系ポリマー粒子を前駆体とした球状炭素及びその製造方法 |
| KR100805303B1 (ko) * | 2006-10-27 | 2008-02-20 | 한국기계연구원 | 다중적 기공구조를 가지는 다공성 세라믹 재료 및 그제조방법 |
| US20110282444A1 (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-17 | Allergan, Inc. | Porous materials, methods of making and uses |
| EP2569021B1 (en) * | 2010-05-11 | 2017-01-04 | Allergan, Inc. | Porogen compositions, methods of making and uses |
| FR2996849B1 (fr) * | 2012-10-17 | 2015-10-16 | Hutchinson | Composition pour gel organique ou son pyrolysat, son procede de preparation, electrode constituee du pyrolysat et supercondensateur l'incorporant. |
-
2012
- 2012-10-17 FR FR1259895A patent/FR2996850B1/fr active Active
-
2013
- 2013-10-08 KR KR1020157011854A patent/KR102139954B1/ko active IP Right Grant
- 2013-10-08 JP JP2015537385A patent/JP6263189B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2013-10-08 WO PCT/IB2013/059208 patent/WO2014060906A1/fr active Application Filing
- 2013-10-08 CA CA2888421A patent/CA2888421A1/fr not_active Abandoned
- 2013-10-08 US US14/435,617 patent/US10508436B2/en active Active
- 2013-10-08 EP EP13795862.5A patent/EP2909137B1/fr active Active
- 2013-10-08 CN CN201380054232.9A patent/CN104755419A/zh active Pending
- 2013-10-08 MX MX2015004836A patent/MX2015004836A/es active IP Right Grant
- 2013-10-08 CN CN201811482253.1A patent/CN109553919A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007016249A (ja) * | 2001-03-16 | 2007-01-25 | American Aerogel Corp | 有機オープン・セル発泡材 |
| EP2080736B1 (de) | 2008-01-17 | 2016-01-13 | Orion Engineered Carbons GmbH | Kohlenstoff-Aerogele, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A direct and quantitative image of the internal nanostructure(Journal ofMicroscopy, Vol. 246, Pt 3 2012, pp. 274-278)* |
| A novel way to maintain resorcinol-formaldehyde porosity during drying(Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 362 (2010) 28-32)* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6263189B2 (ja) | 2018-01-17 |
| EP2909137B1 (fr) | 2020-06-03 |
| JP2015533384A (ja) | 2015-11-24 |
| FR2996850B1 (fr) | 2016-01-08 |
| US10508436B2 (en) | 2019-12-17 |
| CN104755419A (zh) | 2015-07-01 |
| CA2888421A1 (fr) | 2014-04-24 |
| EP2909137A1 (fr) | 2015-08-26 |
| MX2015004836A (es) | 2016-01-20 |
| FR2996850A1 (fr) | 2014-04-18 |
| US20150267400A1 (en) | 2015-09-24 |
| CN109553919A (zh) | 2019-04-02 |
| KR20150075092A (ko) | 2015-07-02 |
| WO2014060906A1 (fr) | 2014-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102139954B1 (ko) | 유기 일체식 젤, 이의 사용 및 이를 제조하기 위한 과정을 위한 열 단열 조성물 | |
| US8304465B2 (en) | High strength air-dried aerogels | |
| ES2636614T3 (es) | Procedimiento para la preparación de materiales meso y macroporosos estructurados jerárquicamente | |
| JP6329632B2 (ja) | 有機エアロゲルを有する真空断熱ボード | |
| KR20110039312A (ko) | 특징적인 중기공 크기를 갖는 미세다공성 및 중간다공성 카본 크세로겔 및 그의 전구체, 및 또한 그의 제조 방법 및 그의 용도 | |
| KR102205917B1 (ko) | 가요성 복합 에어로겔 및 그의 제조 방법 | |
| US11155690B2 (en) | Monolithic, super heat-insulating, organic aerogel composition preparation method, said composition, and the use thereof | |
| Rojas-Cervantes | Some strategies to lower the production cost of carbon gels | |
| KR20090118200A (ko) | 카본 에어로겔의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된카본 에어로겔 | |
| JP6397929B2 (ja) | 有機モノリスゲル用のゲル化組成物、その使用及びその製造方法 | |
| US20220209234A1 (en) | Fibrous carbon aerogels coated with nano-thin silicon as lithium battery anodes | |
| ES2631728B1 (es) | Composites monolíticos nanoporosos, uso del material y su procedimiento de obtención | |
| Ratchahat et al. | Mesoporous RF-xerogels by facile hydrothermal synthesis | |
| WO2022144736A1 (en) | Fibrous carbon aerogels coated with nano-thin silicon as lithium battery anodes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |