KR20080047020A - 액적낙하장치를 이용한 구형의 실리카 에어로겔 제조방법 - Google Patents

액적낙하장치를 이용한 구형의 실리카 에어로겔 제조방법 Download PDF

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KR20080047020A
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김선호
허덕도
장익수
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일광산업(주)
김선호
허덕도
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Abstract

본 발명은 졸-겔법을 이용하여 코팅용 실리카 졸을 제조하는 단계; 상기에서 제조된 실리카 졸을 액적 낙하 시스템을 이용하여 구형의 실리카 겔 비드로 제조하는 단계; 실리카 겔 비드를 숙성시키고, 용매치환/표면개질을 수행하는 단계; 용매치환/표면개질된 실리카 겔 비드를 상압건조장치를 이용하여 건조하는 단계; 및 건조된 실리카 겔 비드를 n-헵탄 용매중에서 열처리한 후 안정화시키고, 재차 열처리하여 실리카 에어로겔 비드를 수득하는 단계로 이루어진 실리카 에어로겔 비드의 제조 방법에 관한 것으로, 이에 의해 제조된 실리카 에어로겔 비드는 저렴한 가격 및 대량 공급 가능성으로 인하여 초단열성 제품의 기술개발의 원동력이 되고, 에너지절약, 환경보호, 전기전자 및 기계분야 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.
액적낙하 시스템, 규산 나트륨 용액, 상압건조, 비드, 초단열성, 실리카 에어로겔

Description

액적낙하시스템을 이용한 구형의 실리카 에어로겔 제조방법{Method for preparing a sphere type silica aerogel using the droplet falling system}
도 1은 본 발명에 따른 액적낙하 시스템을 이용하여 구형의 실리카 에어로겔을 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구형의 실리카 에어로겔 제조 시 사용되어지는 액적낙하 시스템의 도이다.
도 3a는 본 발명에 사용되는 상업건조장치를 개략적으로 나타낸 도이고, 도 3b는 실사진이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 실리카 에어로겔 비드의 FEG-SEM 형태를 나타낸 도이다.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 실리카 에어로겔 비드의 TEM 및 TEM-EDX 형태를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 실리카 에어로겔 비드의 TG/DTA 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 실리카 에어로겔 비드의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따라 수득된 실리카 에어로겔 비드의 사진이다.
** 도면의 부호에 대한 간단한 설명 **
1 이온교환수지 2, 4 교반기
3 필터 5 이온교환수지 용기
6 이송관 7 진공펌프
8 노즐
본 발명은 액적낙하시스템을 이용한 실리카 에어로겔의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 졸-겔법을 이용하여 코팅용 실리카 졸을 제조하는 단계; 상기에서 제조된 실리카 졸을 액적 낙하 시스템을 이용하여 구형의 실리카 겔 비드로 제조하는 단계; 실리카 겔 비드를 숙성시키고, 용매치환/표면개질을 수행하는 단계; 용매치환/표면개질된 실리카 겔 비드를 상압건조장치를 이용하여 건조하는 단계; 및 건조된 실리카 겔 비드를 n-헵탄 용매중에서 열처리한 후 안정화시키고, 재차 열처리하여 실리카 에어로겔 비드를 수득하는 단계로 이루어진 실리카 에어로겔 비드의 제조 방법에 관한 것이다.
실리카 에어로겔은 인류가 발견한 고체 물질 중에서 가장 가벼운 초경량의 물질로서, 가장 큰 단열성능을 보이는 초단열성 물질이며, 1~50nm의 기공크기와 80~99%의 기공율을 가진 높은 비표면적(～1000m2/g)의 물질이다.
이러한 실리카 에어로겔은 에너지/환경 산업 분야에서 폭넓은 응용성을 가진 고부가가치 신소재이기 때문에 저비용의 구형 실리카 에어로겔은 많은 가능성과 고부가가치를 창출할 수가 있다.
하지만, 현재 실리카 에어로겔은 제조공정상의 어려움과 낮은 기계적 강도 및 높은 생산원가 등으로 인해 매우 제한적인 분야에서만 사용되고 있다.
종래 실리카 에어로겔은 보편적인 졸-겔 공정으로 제조되고 있으며, 적절한 화학반응을 통해 소수성 표면으로 개질시켜 최종 산물로 제조된다. 이 때 졸-겔 공정으로 합성된 습윤 겔(wet gel)을 미세구조는 그대로 유지한 채 수축 없이 건조시키면, 10% 이하의 고상과 90% 이하의 공기(air)로 이루어진 실리카 에어로겔이 제조 된다.
대기 중에서 습윤 겔 중의 용매를 증발시킬 때, 건조가 진행됨에 따라 기공크기에 따라 발생되는 기-액 계면에서의 모세관력과 표면/내?외부간의 증발속도 차에 따른 수축과 균열이 발생하기 쉽다. 따라서, 에어로겔 제조공정의 핵심기술은 습윤 겔의 구조는 그대로 유지한 채로 수축 없이 건조시켜 제조할 수 있는 건조공정 기술로서, 이들 중 대표적인 건조방법으로는 초임계건조 공정이 있다.
현재까지 개발된 대표적인 초임계건조 공정은 크게 알코올을 용매로 하는 고온 초임계건조법과, 액상의 이산화탄소를 이용하는 초임계조건으로 분류할 수 있 다.
고온 초임계건조법은 습윤 겔을 용매로 채운 오토클래브에 넣은 후, 용매의 임계 온도 및 압력 이상으로 고온, 고압을 유지하면 용매가 초임계유체 상태로 전이되는데, 이 유체를 서서히 제거한 후 반응기의 온도를 상온으로 냉각하여 겔을 건조시키는 방법이다. 이러한 고온 초임계건조법은 또한 첨가용매의 양과 초기 가압 여부에 따라서 용매 첨가법과 초기 가압법으로 분류될 수 있다.
저온 초임계건조법은 습윤 겔 내부에 포함된 알코올이나 물을 액상의 이산화탄소에 용해될 수 있는 아세톤으로 치환한 후 이산화탄소 임계 온도와 압력으로 건조시키는 방법이다.
이와 같은 초임계건조 공정은 높은 압력 및 온도가 요구되며 생산원가가 높아 공정의 경제성, 연속성 및 안정성 면에서 많은 한계점이 있기 때문에 이를 근본적으로 극복하고자 상압 건조공정의 필요성이 대두되었다.
이에 본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과 기존의 공정과는 달리 액적낙하시스템을 이용하여 구형 습윤 겔의 제조 방법을 구현하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 액적낙하시스템을 이용하여 구형 습윤 겔을 제조하고, 상압 대기 중에서 건조 시 발생하는 표면/내?외부간의 증발속도 차에 따른 수축과 균열을 상압건조장치를 이용하여 최대한 억제하여 상압 대기 중에서 건조가 가능한 구형의 실리카 에어로겔을 제조하고, 이를 수입에만 의존 하고 있는 고가의 실리카 에어로겔을 대체하여, 실리카 에어로겔을 사용하고 있는 국내 유수 기업에 제공하고, 본 발명을 바탕으로 자동차의 흡?차음재 및 초단열성 보온병 그리고 건물 단열재로 사용하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 상압건조장치를 이용하여 코크를 통해 표면/내?외부간의 증발속도차를 조절함으로써 수축과 균열을 최대한 억제하고, 고온 고압으로 인한 위험성과 생산원가가 높아 공정의 경제성/연속성/ 안정성 면에서 많은 한계점이 있는 초임계 건조를 배제하여, 상압 대기 중에서의 건조가 가능하게 함으로써 경제성, 연속성 및 안정성을 바탕으로 저비용의 구형 실리카 에어로겔을 대량으로 제조할 수 있는 방법을 개발하였다.
본 발명은 졸-겔법을 이용하여 코팅용 실리카 졸을 제조하는 단계; 상기에서 제조된 실리카 졸을 액적 낙하 시스템을 이용하여 구형의 실리카 겔 비드로 제조하는 단계; 실리카 겔 비드를 숙성시키고, 용매치환/표면개질을 수행하는 단계; 용매치환/표면개질된 실리카 겔 비드를 상압건조장치를 이용하여 건조하는 단계; 및 건조된 실리카 겔 비드를 n-헵탄 용매중에서 열처리한 후 안정화시키고, 재차 열처리하여 실리카 에어로겔 비드를 수득하는 단계로 이루어진 실리카 에어로겔 비드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조된 실리카 에어로겔 비드를 제공한 다.
본 발명에서 “실리카 졸(silica sol)”이라 함은 물유리를 이온교환하여 Na+를 제거한 상태를 의미한다.
본 발명에서 “실리카 겔(silica gel)”이라 함은 실리카 졸보다 습윤한 상태의 것으로, 실리카 졸이 유리 기판상에 코팅된 상태로서, 본 발명의 방법에 있어 용매치환/표면개질까지의 단계에서의 상태를 의미한다.
본 발명에서 “실리카 에어로겔 비드(silica aerogel beed)”라 함은 _일반적으로 사용되는 지르코니아, 이트리아등의 비드는 분쇄용으로 사용되어지지만 저희 실리카 에어로겔 비드는 시판되고 있는 에어로겔 파우더와는 달리 에어로겔 파우더는 초경량으로 인해 분진이 발생하고 에어로겔을 이용한 단열제품에서 사용이 많은 양을 사용하게 되는데 에어로겔비드는 그런 분진을 동반하지 않으며, 바인더 등과 사용과 적은 양으로도 초단열제품에 사용되어집니다. 한마디로 에어로겔 파우더가 아닌 구형의 형태를 가진 에어로겔을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실리카 에어로겔 비드의 제조공정을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실리카 에어로겔 비드의 제조 공정은 다음과 같은 단계로 이루어진다.
제1 단계 : 졸-겔법을 이용하여 코팅용 실리카 졸을 제조하는 단계;
출발 물질로서 종래 공정에서 사용되어온 고가의 금속 알콕사이드 대신 그보다 1/10정도 저렴한 물유리를 사용한다.
졸의 몰 농도가 높을 경우, 시효 영향을 덜 받는 안정한 졸의 합성이 어렵고, 불균일한 비드가 생성되거나, 비드 제조 후 건조 시에 균열이 발생한다. 이를 방지하여 균일한 비드를 제조하기 위해서 물유리와 탈이온수를 로 혼합하여 6.25 중량%의 실리카 졸을 제조한 후, 이온 교환 수지에 2M HCl을 통과시켜 이온교환을 실시한다.
이온 교환이 잘 되게 하기 위해서 교반기를 장착하여 교반함으로써 원활한 이온 교환이 이루어지도록 하며, 물유리의 구성 성분 중 균열을 일으키는 Na+성분을 이온교환시스템을 이용하여 제거하여, 균열 발생 요인을 제거한다.
이렇게 제조된 실리카 졸에 염기촉매인 1M NH4OH를 혼합시켜 졸의 겔화 시간을 측정하며, 원활한 혼합을 위해서 교반기를 장착하여 사용하였다. 졸의 pH값이 3.5~5정도일 때 쉽게 겔화되고, 겔화 소요 시간이 30초 이하이기 때문에 졸에서부터 노즐까지 이송시간이 30초 이내에서 처리하지 못하면 이송관이나 노즐 부분에 겔화 되어 실리카 비드를 제조할 수 없다.
상기와 같은 경우 때문에 다량으로 제조하기 불가능하며 이를 해결하기 위해서는 졸에서 겔화 되는 시간을 정확히 측정하여 제어하여야 한다.
제2 단계 : 실리카 졸을 액적 낙하 시스템을 이용하여 구형의 실리카 겔 비드로 제조하는 단계;
상기 제1 단계 제조한 실리카 졸을 액적낙하시스템을 이용하여 구형의 습윤 겔을 제조할 수 있다. 여기서, 실리카 졸을 액적낙하시스템을 통해 적가하여 구형의 비드를 제조할 수 있으나, 구형의 비드를 제조하기 위해서는 졸의 겔화 시간뿐만 아니라 졸이 적가 될 때 졸과 용매의 표면장력을 고려해야 하는데, 표면장력에 의해서 구형의 비드를 생산할 수 없게 되므로 졸과 적가 될 때 표면장력을 고려해야만 구형의 실리카 비드를 얻을 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이온교환 수지 (1)이 들어있는 용기 (5)에 실리카 졸을 주입시킨다. 이때 pH 값이 겔의 속도에 영향을 미치므로 pH값을 3.5~5 영역으로 적정하여 겔의 진행 속도를 확인할 수 있다. 사용된 이온교환 수지는 재생을 위해 2 M HCl을 사용해 수지 (1)에 있는 Na+를 H+로 치환시켜 사용할 수 있다.
원활한 혼합을 위해 이온교환 용기에 교반기 (2)를 장착하여 혼합 및 교반을 동시에 행할 수 있으며, 순수한 실리카 졸을 얻기 위하여 100㎛ 유리 필터 (3)를 장착하여 사용할 수 있다.
이렇게 얻은 실리카 졸을 이용하여 겔화 진행 속도를 확인하기 위하여, 1M NH4OH를 실리카 졸에 주입하여 겔화 진행 속도를 확인하였고, 원활한 교반과 혼합을 위해서 교반기 (4)를 장착하여 사용하였다.
겔화 진행 속도를 확인하는 이유는, 이를 확인하지 못하면 구형의 비드를 제조할 시 이송관 (6)이나 노즐 (8)이 막혀서 구형 비드의 제조가 불가능할 수 있기 때문이다. 또한, 겔화 진행속도는 pH값이 중요하기 때문에 pH값을 측정하여 겔화 진행속도를 확인하였다.
한편, 겔화시키기 위한 실리카 졸은 일정한 양으로 이송하여야 하는데, 양이 너무 많거나 적으면 구형의 비드를 제조할 수 없기 때문이다. 이를 위하여 진공 펌프 (7)를 이용하여 일정한 양이 이동할 수 있도록 조절할 수 있다.
이와 같이 노즐을 통해 실리카 졸을 이동 시켜 적가하는 방식으로 구형의 실리카 비드로 제조할 수 있으며, 노즐의 크기에 따라 원하는 크기의 비드를 제조할 수 있다. 적가 방식을 이용하여 제조할 때, 겔의 진행 속도도 중요하지만, 졸과 오일 용액의 표면장력과 졸의 낙하 속도도 고려해야 한다. 졸이 적가 되면서 표면장력의 영향으로 모양이 일정하지 않고 비드의 속도가 빠르거나 느리면 불균일한 비드가 생길 수 있기 때문이다.
이런 문제점을 해결하기 위해서 적가되는 속도와 표면장력이 작은 용매를 선택해야만 하여야 한다. 본 발명에서는 오일 용액을 이용하여 이와 같은 문제점을 해결하였고, 이 때 사용된 오일로는 표면장력이 작은 용매로는 알코올계의 에탄올과 메탄올을 사용할 수 있다.
오일의 역할은 졸이 적가 되면서 표면장력의 영향으로 모양이 일정하지 않고 비드의 속도가 빠르거나 느리면 불균일한 비드가 생길 수 있는데 표면장력이 작은 오일은 사용함으로서 구형의 형태를 가지는 비드를 만들 수 있습니다.
제3 단계 : 실리카 겔 비드를 숙성시키고, 용매치환/표면개질을 수행하는 단계;
액적낙하시스템 적가 공정으로 제조된 구형 실리카 겔 비드를 낮은 온도와 압력 하에서 제조하기 위하여 초임계 건조 용매로 널리 사용하고 있는 메탄올이나 에탄올보다 임계온도와 압력이 낮은 이소프로판올(2-propanol)을 용매로 사용하여 망목구조를 강화를 위해서 60℃로 숙성한다.
숙성시간이 60℃인 이유는 여러 조건을 거쳐 실험한 결과 60℃에서 구형의 실리카 습윤겔의 망목강화가 가장 잘 이루어져 60℃에서 숙성을 하며, 숙성 시간은 구형의 실리카 겔의 양에 따라 틀리지만 통상적으로 12hr정도로 숙성을 합니다.
숙성이 끝난 비드를 상압건조 하기 위해서는 용매치환 및 표면개질 공정이 요구되므로 비드 용매치환은 젤 내부 용매를 표면장력이 낮은 유기용매를 사용하여 표면개질에 적당한 용매로 치환시켜 준다.
반면. 표면개질 공정은 건조 시 축합반응을 일으키는 OH기를 반응성이 없는 화학종으로 바꿔줌과 동시에 에어로겔의 표면 소수성을 확보하기 위한 표면 결합 반응기의 개질 공정이다. IPA/TMCS/n-헥산를 사용하여 용매치환 및 표면개질을 실시한다. 용매치환으로 n-헥산은 용매치환용과 기공수와 용매들 간의 격렬한 반응을 억제하여 겔의 균열/파괴를 방지하는 완충 용매로 주로 작용하게 된다. 그리고 다른 용매와 반응을 하지 않고 용해도가 뛰어난 용매로 알려져 있기 때문이다.
제4 단계 : 용매치환/표면개질된 실리카 겔 비드를 상압건조장치를 이용하여 건조하는 단계;
용매치환 및 표면개질이 끝난 실리카 비드를 상압건조장치를 이용하여 표면/내·외부간의 증발속도 차를 제어하여 수축과 균열을 최대한 억제하여 상압 대기 중에서 건조가 가능하게 한다.
제5 단계 : 건조된 실리카 겔 비드를 n-헵탄 용매로 열처리하여 시리카 에어로겔 비드를 수득하는 단계;
기존의 실리카 에어로겔 건조 시 사용되는 초임계 건조가 아닌 n-헵탄 용매 속에 넣고 끊임으로써 상압에서의 건조가 가능하게 한다. 이어서, 건조된 실리카 겔 비드를 상온의 n-헵탄에 넣어 안정화 시킨 후, 2℃/분으로 230℃에서 열처리하여 최종적으로 실리카 에어로겔 비드를 수득한다.
이하 하기의 실시예를 통해 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 보다 상세히 설명한다. 하지만 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
실리카 졸의 제조
물유리(Na2O : SiO2 = 1: 3.3)를 증류수에 희석하여 6.25 중량%의 물유리를 제조하고, 교반기를 이용하여 상온(25℃)에서 2~3시간 충분히 교반시켜 주어 실리카 졸 용액을 제조하였다.
<실시예 2>
액적낙하시스템을 이용한 실리카 겔 비드의 제조
상기 실시예 1에서 제조한 실리카 졸을, 도 2에 도시한 바와 같이, 이온교환 수지 (1)이 들어있는 용기 (5)에 주입하였다. 이때 pH 값이 겔의 속도에 영향을 미치므로 pH값을 3.5～5 영역으로 적정하여 겔의 진행 속도를 확인하였으며, 사용된 이온교환 수지는 재생을 위해 2 M HCl을 사용해 수지 (1)에 있는 Na+를 H+로 치환시켜 사용하였다.
원활한 혼합을 위해 교반기 (2)를 장착하여 혼합 및 교반을 동시에 행하였으며, 100㎛ 유리 필터 (3)를 장착하여 여과하였다.
이렇게 얻은 실리카 졸의 겔화 진행 속도를 확인하기 위하여, 1M NH4OH를 실리카 졸에 주입하여 겔화 진행 속도를 확인하였고, 원활한 교반과 혼합을 위해서 교반기 (4)를 장착하여 사용하였다. 또한, 겔화 진행속도는 pH값이 중요하기 때문에 pH값을 측정하여 겔화 진행속도를 확인하였으며, 진공 펌프 (7)를 이용하여 일정한 졸의 이동량을 조절하였다..
이와 같이 노즐을 통해 실리카 졸을 이동시켜 이 때 사용된 오일로는 표면장력이 작은 용매로는 알코올계의 에탄올과 메탄올을 사용할 수 있다. 오일 용액이 담긴 용기에 적가하는 방식으로 구형의 실리카 겔 비드를 제조하였으며, 노즐의 크기에 따라 원하는 크기의 비드를 제조할 수 있었다.
<실시예 3>
실리카 겔 비드의 숙성 및 용매치환/ 표면개질
실시예 2에서 수득한 실리카 겔 비드의 망목구조 강화시키기 위하여, 이소프로판올(2-propanol) 용매를 사용하여 60℃에서 24 시간 동안 숙성하였다.
숙성이 끝난 실리카 겔 비드를, 표면장력이 낮은 유기용매인TMCS(Tri-Methly-Cloro-Silane)/IPA/n-헥산을 사용하여 겔 내부 용매를 사용하여 표면개질에 적당하도록 치환시켜 준 동시에 표면개질을 수행하였다.
<실시예 4>
상압건조장치를 이용한 건조
용매치환/표면개질이 완료된 실리카 비드를 상온건조 공정을 실시하였다.
일반적으로 건조 온도가 높게 되면 급속한 용매의 증발로 인하여 겔의 파괴가 일어나고 표면장력은 낮아지게 된다. 따라서 건조 시 실리카 에어로겔 비드내부의 급속한 용매 증발을 억제하기 위하여 상압건조장치를 이용하여 표면/내?외부간의 증발속도 차를 제어하여 수축과 균열을 최대한 억제하여 상압 대기 중에서 건조가 가능하게 하였다.
<실시예 5>
실리카 에어로겔 비드 수득
건조된 실리카 겔 비드를 n-헵탄을 이용하여 초임계 건조가 아닌 용매에 넣고 50℃에서 20분, 230℃에서 20분 끊임으로써 상압에서의 건조가 가능하게 하고, 실리카 겔 비드를 상온의 n-헵탄에 넣어 안정화 시킨 후, 2℃/분으로 230℃에서 열처리하여 최종적으로 실리카 에어로겔 비드를 수득하였다.
<실시예 6>
실리카 에어로겔 비드의 물성 측정
1. 실리카 에어로겔 비드의 구조
위에서 상술한 바와 같은 방법으로 제조된 초단열성 구형의 실리카 비드는, 도 4과 도 5 에서 보듯이 IPA/TMCS/n-헥산 용액법으로 개질/치환 한 후 상압건조하여 제조한 실리카 에어로겔 비드의 미세구조를 관찰한 FEG-SEM 사진으로서, 합성된 실리카 에어로겔 비드는 3차원적 망목구조를 갖는 고다공성 물질임을 확인할 수 있었으며, TEM을 이용해 실리카 에어로겔 비드의 네크 상태 및 기공분포, 기공 사이즈가 평균 50nm인 것을 확인하였으며, EDX를 이용하여 원소분석을 실시하여 확인하였다.
2. 실리카 에어로겔 비드의 TG/DTA
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명 초단열성 실리카 비드의 TG/DTA는 420° 부근에서 산화발열피크가 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.
3. 실리카 에어로겔 비드의 FT-IR 스펙트럼
도 7 (a)는 IPA/TMCS/n-헥산을 사용하여 용매치환 및 표면개질을 실시한 젤이며, (b)는 표면개질을 실시하지 않은 젤로 (a)의 TMCS로 개질한 경우 960cm-1 부근에 존재하던 Si-OH결합피크가 거의 소멸됨과 동시에, TMCS로 처리하지 않은 경우에서 볼 수 없었던 C-H피크(2965cm-1)가 발견됨을 알 수 있었다.
이상의 분석 결과들은 OH기들이 TMCS 처리에 의해 Si-CH 기로 치환됨을 보여 주는 것이며, 3420cm-1 Si-OH 피크와 1629cm-1 부근의 H-OH 피크는 공기 중 수분의 물리적 흡착에 의해 나타나는 것으로서, 개질 후 표면 특성의 변화로 인해 그 크기가 상당량 감소하였지만 측정을 위해 첨가되는 KBr 분말에 흡착된 수분의 영향으로 어느 정도의 강도를 유지하고 있다.
4. 실리카 에어로겔 비드의 밀도, 기공도 및 BET 표면적
IPA/TMCS/n-헥산 용액법을 이용해 제조된 단일형(monolith type) 실리카 에어로겔 비드의 밀도는 기하학적 방법으로 측정하기 용이하였으며, 1mm 크기에 따른 밀도와 기공율 및 BET 표면적를 표 1에 나타내었다.
실리카 에어로겔 비드의 밀도, 기공도 및 BET 표면적
실리카 에어로겔 비드의 두께 밀도(g/cm3) 기공도(%) BET 표면적(m2/g)
3mm 0.12 95.8 798
5. 실리카 에어로겔 비드의 열전도도
핫 디스크(hot disk) 방식인 TPA-501을 이용하여 제조된 실리카 에어로겔 비드의 열전도도를 측정하였다. 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.
실리카 에어로겔 비드의 열전도도
두께 Thermal Conductivity
3mm 0.015W/m?K
마지막으로 본 발명으로 제조되어진 초단열성 실리카 에어로겔 비드의 실제 사진을 도 9에 나타내었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실리카 에어로겔 비드의 제조 방법에 의 해 제조된 실리카 에어로겔 비드는 저렴한 가격 및 대량 공급 가능성으로 인하여 초단열성 제품의 기술개발의 원동력이 되고, 에너지절약, 환경보호, 전기전자 및 기계분야 등 다양한 분야에 활용될 수 있기 때문에, 실리카 에어로겔 관련 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

  1. 졸-겔법을 이용하여 코팅용 실리카 졸을 제조하는 단계;
    상기에서 제조된 실리카 졸을 액적 낙하 시스템을 이용하여 구형의 실리카 겔 비드로 제조하는 단계;
    실리카 겔 비드를 숙성시키고, 용매치환/표면개질을 수행하는 단계; 용매치환/표면개질된 실리카 겔 비드를 상압건조장치를 이용하여 건조하는 단계; 및
    건조된 실리카 겔 비드를 n-헵탄 용매중에서 열처리한 후 안정화시키고, 재차 열처리하여 실리카 에어로겔 비드를 수득하는 단계
    로 이루어진 실리카 에어로겔 비드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액적낙하시스템에서 순수 실리카 졸을 얻기 위해서 100㎛ 필터를 장착하여 여과시키는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 비드의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 실리카 겔 비드의 n-헵탄 용매 열처리가 50℃에서 20분, 230℃에서 20분 끓이고, 실리카 겔 비드를 상온의 n-헵탄에 넣어 안정화 시킨 후, 2℃/분으로 230℃에서 열처리되어 수행되는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 비드의 제조 방법.
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