KR20110121102A - 실리카겔 쉬트, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 허니컴형 제습소재 - Google Patents

실리카겔 쉬트, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 허니컴형 제습소재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대풍량의 건조공기를 얻는 방법으로서 에너지 소비를 최소화 할 수 있는 회전식 제습공정에 사용될 수 있는 실리카겔 쉬트, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 허니컴형 제습소재에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 실리카겔 쉬트는 실리카겔 및 세라믹 섬유를 포함한다. 본 발명에 따른 실리카겔 쉬트는 종래의 실리카겔 흡습제의 형태와 완전히 다른 허니컴 형태로 성형하여 회전식 제습공정에 적용할 수 있으므로, 제습공정의 에너지 절약, 유지보수비의 절감, 미세분진이 포함되지 않은 양질의 건조공기를 얻을 수 있는 등 제습 공정의 효율성을 극대화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 허니컴형 제습소재는 상기 실리카겔 쉬트를 성형하여 제조할 수 있으므로, 종래와는 달리 매우 간단한 공정으로 제조할 수 있다.

Description

실리카겔 쉬트, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 허니컴형 제습소재{SILICA GEL SHEET, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND HONEYCOMB TYPE DEHUMIDIFYING ELEMENT}
본 발명은 대풍량의 건조공기를 얻는 방법으로서 에너지 소비를 최소화 할 수 있는 회전식 제습공정에 유용하게 사용할 수 있는 실리카겔 쉬트, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 허니컴형 제습소재에 관한 것이다.
실내의 습도가 높은 경우에는 부식, 부패, 곰팡이균의 증식으로 인체에 나쁜 영향을 미치게 되며, 또한 악취 등을 유발하여 생활공간에 좋지 않은 영향을 미치게 된다. 또한, 전자부품의 제조, 제약공정, 페인팅공정, 박물관, 도서관, 제철소, 저장창고 등 산업현장에서 수분이 제거된 공기를 필요로 하는 경우도 매우 많이 있다. 특히, 산업분야에서의 제습은 제품의 생산 및 품질유지, 생산성 향상을 위해서 필수적인 요소이다. 더욱이 최근에는 제습을 통한 잠열에너지를 교환하여 냉방을 위한 소비에너지를 절약하는 기술도 개발되고 있다. 이렇게 다양한 분야에서 필수적으로 공기의 제습이 필요하며, 따라서 보다 효율적인 제습공정이 요구되고 있다.
이러한 제습분야에서 사용되는 제습공정은 냉각방법, 공기압축방법, 또는 흡습제를 사용한 제습방법이 주를 이루고 있으나, 고풍량, 대용적의 건조공기를 얻기 위해서는 냉각방법 및 공기 압축방법은 한계가 있기 때문에 주로 실리카겔, 알루미나, 제올라이트 등의 구형 또는 실린더형 흡습제를 사용하는 제습공정이 많이 보급되어 있는 실정이다.
이와 같이 구형이나 실린더 형으로 성형한 흡습제를 사용하는 제습방법은 오래 전부터 범용적으로 사용되는 기술로서, 바인더와 함께 성형된 흡습제를 충진한 흡착탑에 다습한 공기를 통과 또는 가압시켜서 입구의 반대 방향으로 나오는 건조공기를 사용하는 방법이며, 흡습제에 흡착된 수분은 다시 열이나 압력변동을 통해서 제거하는 방법이다.
그러나, 이러한 방법은 흡착탑에 공기를 통과시킬 때 공기의 흐름에 대한 저항이 크게 되므로 결국 제습공정을 위한 소비에너지가 크다는 단점이 있다. 더욱이 이러한 흡착탑 내에 채워져 있는 구형이나 실린더형의 제습제는 반응탑 내에서 공기의 흐름에 의해 서로 마찰이 발생하여 결국 제습제가 조금씩 파쇄되므로 수분이 제거된 건조공기에 미세한 제습제 분말이 포함되어 배출되게 된다. 따라서, 이러한 미세분말은 산업공정 및 그 어떤 공정에서도 결코 좋은 영향을 미칠 수가 없으므로 이를 제거하기 또 다른 여과공정이 요구된다. 그뿐 아니라, 일정기간마다 파쇄되어 배출된 양만큼의 흡습제를 보충 해주어야 하는 문제점도 발생한다.
이러한 단점을 보완하기 위하여, 흡습제를 성형할 때 바인더를 좀더 많이 첨가시켜 구형이나 실린더 형태로 성형된 흡습제의 강도를 증가시킬 수 있으나, 이렇게 되면 결국 흡습제의 고유 특성인 기공이 보다 많이 막히기 때문에 흡습율 및 속도가 크게 저하하므로 한계가 따를 수밖에 없다.
제습을 위한 개선된 방법으로서 원통형의 허니컴 제습소재를 사용하여 이를 회전시키면서 제습-탈습-냉각 또는 제습-탈습의 공정으로 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 회전식 제습방법이 최근 사용되고 있다. 이러한 제습방법은 허니컴 제습소재에 일정한 크기의 구멍이 형성되어 있어 공기의 흐름에 거의 영향을 받지 않으므로 대풍량의 제습 공정에서도 에너지 소비를 최소화 할 수 있으며, 또한 흡습제의 마찰이 없기 때문에 건조공기에 미분말이 포함되는 등의 문제점이 발생하지 않는다.
이러한 허니컴 제습소재를 만드는 방법으로서, 대한민국 특허 출원번호 10-2003-0023098에서는 세라믹 섬유로 만들어진 시트를 성형한 원통형의 허니컴에 규산나트륨 용액을 담지시킨 후 건조, 황산반응, 수세과정을 거쳐 실리카겔을 형성시킴으로써, 세라믹 허니컴 표면에 실리카겔을 형성시킨 허니컴형 실리카겔 제습소재를 만드는 방법을 제공하고 있다. 그러나, 이러한 허니컴 실리카겔 제습소재의 제조방법은 세라믹종이-허니컴 성형-바인더 함침-열처리-규산나트륨 함침-건조-황산반응 겔화-수세 등의 매우 많은 단계의 공정으로 이루어져 있을 뿐만 아니라, 물유리를 담지할 때 구멍의 막힐 염려가 있고, 황산반응의 위험, 산세 및 수세, 건조 등 여러 공정으로 인한 에너지 소비가 크다는 단점을 가지고 있다.
또한, 대한민국 특허 등록번호 10-0925745에서는 제올라이트를 함유한 제습소자의 제조방법을 제공하고 있는데, 이 방법은 5A 제올라이트를 제습제로 사용하는 제습 쉬트를 제조하는 방법을 제공하고 있다. 그러나, 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거할 때 5A형 제올라이트는 저습영역에서 제습효과가 뛰어나며, 고습의 영역에서는 실리카겔이 흡습능력이 뛰어나므로 실리카겔을 포함하는 허니컴 제습소재의 개발이 필요하다.
본 발명에서는 대풍량의 건조공기를 얻는 방법으로서 에너지 소비를 최소화 할 수 있는 회전식 제습공정에 사용될 수 있고, 흡습능력이 우수하며 보다 간단한 방법으로 제조할 수 있는 실리카겔 쉬트, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 허니컴형 제습소재를 제공하고자 한다.
본 발명은 실리카겔 및 세라믹 섬유를 포함하는 실리카겔 쉬트를 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 실리카겔, 세라믹 섬유 및 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계,
2) 상기 슬러리를 이용하여 쉬트를 형성하는 단계, 및
3) 상기 성형된 쉬트를 압축 및 건조하는 단계
를 포함하는 실리카겔 쉬트의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 실리카겔 쉬트를 포함하는 허니컴형 제습소재를 제공한다.
또한, 본 발명은
1) 실리카겔, 세라믹 섬유 및 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계,
2) 상기 슬러리를 이용하여 쉬트를 형성하는 단계,
3) 상기 성형된 쉬트를 압축 및 건조하여 실리카겔 쉬트를 제조하는 단계,
4) 제조한 두 장의 실리카겔 쉬트를 이용하여 한 면은 파형이고 다른 한 면은 평평한 형태인 편파성형체를 제조하는 단계, 및
5) 상기 편파성형체를 이용하여 허니컴형으로 성형하는 단계
를 포함하는 허니컴형 제습소재를 제공한다.
본 발명에 따른 실리카겔 쉬트는 종래의 실리카겔 흡습제의 형태와 완전히 다른 허니컴 형태로 성형하여 회전식 제습공정에 적용할 수 있으므로, 제습공정의 에너지 절약, 유지보수비의 절감, 미세분진이 포함되지 않은 양질의 건조공기를 얻을 수 있는 등 제습 공정의 효율성을 극대화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 허니컴형 제습소재는 상기 실리카겔 쉬트를 성형하여 제조할 수 있으므로, 종래와는 달리 매우 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 실리카겔 쉬트, 이를 포함하는 허니컴형 제습소재로부터 양질의 제습공기를 저렴하게 얻을 수 있으므로, 회전식 제습공정의 보급이 크게 확대될 수 있고, 제습뿐만 아니라 악취 등을 동시에 제거할 수 있는 소재의 제조도 가능하므로, 보급가능성이 매우 우수한 특징이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 실리카겔 쉬트를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 4에 따른 실리카겔 쉬트를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 실리카겔 쉬트 표면의 전자현미경 사진을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 실리카겔 쉬트 표면의 전자현미경 사진을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 5에 따른 실리카겔 쉬트 표면의 전자현미경 사진을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 실리카겔 쉬트를 사용한 육면체 및 원통형 실리카겔 제습소재의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 6에 따른 원통형 실리카겔 제습소재를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 실리카겔 쉬트의 수분흡착량 비교선도를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 실리카겔 쉬트의 수분흡착량 비교선도를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 실리카겔 쉬트의 수분흡착량 비교선도를 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 실리카겔 쉬트는 실리카겔 및 세라믹 섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실리카겔 쉬트에 있어서, 실리카겔 쉬트에 포함되는 실리카겔은 당 기술분야에서 시판되는 제품을 사용할 수 있으며, 실리카겔 쉬트에 최종적으로 실리카겔의 형태는 분말형으로서 입자크기는 0.1 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리카겔은 SiO2-nH2O 화합물이며, 아르곤가스 흡착에 의한 비표면적이 10 내지 2,000 m2/g 인 것이 바람직하다. 상기 실리카겔의 비표면적이 10 m2/g 미만인 것은 흡습량이 매우 적기 때문에 흡제로서의 의미가 없으며, 상기 실리카겔의 비표면적이 2,000 m2/g을 초과하는 경우에는 제조가 곤란하며, 제조되었다 하더라도 대풍량의 제습공정에 범용적으로 적용하기 위한 경제성이 없다.
상기 실리카켈 쉬트 내 실리카겔의 함량은 5 내지 60 중량%인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 실리카겔의 함량에 따라서 실리카겔 쉬트와 이를 포함하는 허니컴형 제습소재의 흡습량이 달라질 수 있다. 상기 실리카겔의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 실리카겔 쉬트의 흡습량이 매우 적기 때문에 제습소재로서 활용 효과를 내지 못할 수 있고, 60 중량%를 초과하는 경우에는 실리카겔 쉬트 자체의 흡습량은 많아질 수 있으나 실리카겔 쉬트의 인장특성이 저하되어 실리카겔 쉬트 제조 이후의 공정인 편파성형, 허니컴 성형 등이 곤란해질 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 실리카겔 쉬트에 있어서, 상기 세라믹 섬유는 SiO2, SiO2-Al2O3, Al2O3를 단독 또는 혼합으로 98% 이상 함유하는 것으로서 실리카겔 쉬트의 주요 골격을 이루는 첨가물이며, 길이 2 ~ 50mm 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 실리카겔 쉬트는 무기 섬유, 유기 섬유, 유기 바인더, 응집제, 분산제, 지력증강제 등을 1종 이상 추가로 포함할 수 있다.
상기 무기 섬유는 세라믹 섬유와 성분이 동일하거나 비슷한 것으로서 SiO2, SiO2-Al2O3, Al2O3를 단독 또는 혼합으로 95% 이상 함유하는 것을 사용할 수 있다.
상기 유기 섬유는 실리카겔 쉬트의 성형성, 건조 후 인장특성 등을 향상시키기 위한 것으로서, 활엽수 셀롤로우스 섬유 등을 사용할 수 있으며, 비팅 및 해리 과정을 거친 후 건조한 것을 사용할 수 있다.
상기 유기 바인더는 실리카겔 쉬트가 성형될 때 무기물들의 결합을 돕기 위한 것으로서, 폴리비닐아세테이트(PVA), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 기타 수용성 고분자 물질 등을 사용할 수 있다.
상기 지력증강제는 실리카겔 쉬트의 성형 건조 후 성형성을 좋게 하는 역할을 하고, 상기 응집제는 첨가물들의 응집을 수행하며, 상기 분산제는 응집물의 크기를 조절하는 역할을 할 수 있다. 상기 지력증강제, 응집제, 분산제 등은 당 기술분야에 알려진 물질들을 제한없이 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리카겔 쉬트의 제조방법은 1) 실리카겔, 세라믹 섬유 및 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계, 2) 상기 슬러리를 이용하여 쉬트를 형성하는 단계, 및 3) 상기 성형된 쉬트를 압축 및 건조하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 실리카겔 쉬트의 제조방법의 일 구체예를 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
상기 1) 단계의 슬러리는 pH 조절용액, 고분자 증점제, 무기 섬유, 유기 섬유, 유기 바인더, 응집제, 분산제, 지력증강제 등을 1종 이상 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실리카겔 쉬트의 제조방법의 상세한 설명으로서, 수돗물 2리터를 비이커에 취한 후 500rpm으로 교반하면서 pH 조절용액을 투입하여 pH를 7 ~ 10으로 유지시킨다. 그 후, 고분자 증점제인 카복시메틸셀롤루우즈(CMC)를 첨가하여 점도를 20 ~ 60cps의 범위로 상승시킨다. 이러한 점도 상승은 추후 투입되는 세라믹 섬유, 유기 섬유 및 무기 첨가물들의 분산을 유도하기 위한 것이다. 상기 점도가 20cps 미만인 경우에는 첨가되는 각각의 섬유의 균일한 분산이 느려질 수 있고, 60cps를 초과하는 경우에는 오히려 유동성이 저하하여 첨가물들의 분산이 곤란해질 수 있어서 바람직하지 않다. 본 발명의 목적을 위해 사용하는 증점제는 시판되는 일반의 제품 중 그 어느 것이라도 사용할 수 있다.
그 후, 미세섬유 형태의 무기 섬유를 물 총중량을 기준으로 0.03 ~ 0.5 중량% 첨가하여 쉬트의 성형성을 증가시키도록 한다. 여기에 사용되는 무기 섬유의 종류는 세라믹 섬유와 성분이 동일하거나 비슷한 것으로서 SiO2, SiO2-Al2O3, Al2O3를 단독 또는 혼합으로 95% 이상 함유하는 것을 사용한다. 상기 무기 섬유의 함량이 물 총중량을 기준으로 0.03 중량% 미만인 경우에는 세라믹 섬유 사이의 공극이 커져 성형성이 나쁘고, 또한 성형 후 쉬트의 인장특성이 좋지 못할 수 있고, 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 쉬트의 물리적 특성은 좋아질 수 있으나, 상대적으로 실리카겔의 함량이 적어지므로 우수한 흡습특성을 가진 쉬트를 제조하기가 곤란해질 수 있어서 바람직하지 않다.
그 후, 유기 섬유를 물 총중량을 기준으로 0.02 ~ 0.3 중량%를 첨가한다. 유기 섬유는 활엽수 셀롤로우스 섬유를 사용할 수 있고, 비팅 및 해리 과정을 거친 후 건조한 것을 사용할 수 있다. 상기 유기 섬유는 실리카겔 쉬트의 성형성, 건조 후 인장특성을 좋게 한다. 상기 유기 섬유의 함량이 물총중량을 기준으로 0.02 중량% 미만인 경우에는 세라믹 섬유 사이의 공극이 커져 성형성이 나쁘고. 또한 성형 후 쉬트의 인장특성이 좋지 못할 수 있고, 0.3 중량%를 초과하는 경우에는 쉬트의 물리적 특성은 좋아질 수 있으나 상대적으로 실리카겔의 함량이 적어지므로 우수한 흡습특성을 가진 쉬트를 제조하기가 곤란해질 수 있어 바람직하지 않다.
그 후, 세라믹 섬유를 물 총중량을 기준으로 0.1 ~ 1.0 중량%를 첨가한다. 세라믹 섬유는 SiO2, SiO2-Al2O3, Al2O3를 단독 또는 혼합으로 98% 이상 함유하는 것으로서 실리카겔 쉬트의 주요 골격을 이루는 첨가물이며, 길이 2 ~ 50mm 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 섬유의 함량이 물 총중량을 기준으로 0.1 중량% 미만인 경우에는 실리카겔 쉬트가 치밀해져서 허니컴을 성형할 때 파형화된 부분이 깨지는 현상이 발생할 수 있고, 인장특성이 좋지 못할 수 있으며, 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 쉬트의 물리적 특성은 좋아질 수 있으나 상대적으로 실리카겔의 함량이 적어지므로 우수한 흡습특성을 가진 쉬트를 제조하기가 곤란해질 수 있어 바람직하지 않다.
상기한 첨가물들을 순차적으로 넣은 후 2시간 이상 교반하여 첨가된 물질들이 슬러리 내에서 잘 분산되도록 한다. 이 때, 섬유의 분산이 충분하지 않으면 실리카겔 쉬트의 성형성이 좋지 못하고 성형된 후에 쉬트의 평활도도 좋지 못하다.
그 후, 입자 크기 3 ~ 4㎛인 실리카겔 분말을 물 총중량을 기준으로 0.1 ~ 2 중량% 첨가한다. 상기 실리카겔 분말은 흡습을 위한 성분으로서 실리카겔 분말의 첨가량에 따라서 최종적으로 만들어진 실리카겔 쉬트와 허니컴 제습소재의 흡습량이 달라진다. 상기 실리카겔 분말의 함량이 물 총중량을 기준으로 0.1 중량% 미만인 경우에는 실리카겔 쉬트의 흡습량이 매우 적기 때문에 제습소재로서 활용 효과를 내지 못할 수 있고, 2 중량%를 초과하는 경우에는 쉬트 자체의 흡습량은 많아질 수 있으나 쉬트의 인장특성이 매우 나빠지기 때문에 편파성형 및 허니컴 성형이 곤란해질 수 있어 바람직하지 않다.
그 후, 유기 바인더로서 폴리비닐아세테이트(PVA)를 물 총중량을 기준으로 0.01 ~ 0.2 중량%를 첨가한다. 유기 바인더는 쉬트가 성형될 때 무기물들의 결합을 돕기 위한 것으로서, 폴리비닐아세테이트(PVA) 뿐만 아니라 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 기타 수용성 고분자 물질을 사용할 수 있다. 상기 유기 바인더의 함량이 0.2 중량%를 초과하는 경우에는 쉬트의 성형성은 매우 좋아지나 허니컴 성형 후 열처리 과정에서 태워 없애면 공극이 많이 형성되어 쉬트의 결합력이 급격히 저하되는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
상기한 첨가물들을 첨가한 후 30분 이상 교반하여 첨가물들이 골고루 섞이도록 유도한다. 그 후, 건조 지력증강제를 물 총중량을 기준으로 0.005 ~ 0.05 중량%를 첨가하여 쉬트의 성형 건조 후 성형성을 좋게 할 수 있다. 그 후, 양이온 응집제를 첨가하여 슬러리의 이온농도(제타전위)가 -20 내지 +20mV 범위 내에 들어오도록 하며, 10분 교반 후 분산제를 투입하여 -50 내지 +50mV의 범위로 조절한다. 양이온 응집제로 슬러리 첨가물들을 응집시킬 때 이온농도 범위가 이 범위 안에 있지 않으면 첨가물들의 응집이 미흡하여 미세 입자들 특히 실리카겔의 보류 특성이 좋지 않다. 또한, 분산제를 사용한 응집물의 분산은 응집물의 크기를 조절하는 역할을 할 수 있으며, 결국 쉬트 성형시에 평활도를 우수성을 좌우할 수 있다. 상기한 지력증강제, 양이온성 응집제, 분산제 등은 상기한 목적을 달성하기 위해 어떤 제품을 사용하더라도 가능할 수 있으므로 슬러리의 이온농도 범위를 제한한 것이다.
상기한 방법으로 슬러리를 제조하였을 때 슬러리 내 고형분의 농도는 물 총중량을 기준으로 0.7 내지 3.0 중량% 범위 내에 있게 되며, 이를 사용하여 표준쉬트제조장치(KSM-7030)를 사용하여 성형하였으며, 성형된 실리카겔 쉬트를 건조오븐에서 120℃, 12시간 유지시킴으로써 최종적인 실리카겔 쉬트를 얻을 수 있다.
또한, 상기한 동일한 방법과 조성으로 대량의 슬러리를 제조할 경우 장방형의 초지설비를 사용하여 두께 0.1 내지 0.4mm의 실리카겔 쉬트를 연속적으로 성형할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실리카겔 쉬트를 포함하는 허니컴형 제습소재를 제공한다.
상기 허니컴형 제습소재는 1) 실리카겔, 세라믹 섬유 및 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계, 2) 상기 슬러리를 이용하여 쉬트를 형성하는 단계, 3) 상기 성형된 쉬트를 압축 및 건조하여 실리카겔 쉬트를 제조하는 단계, 4) 제조한 두 장의 실리카겔 쉬트를 이용하여 한 면은 파형이고 다른 한 면은 평평한 형태인 편파성형체를 제조하는 단계, 및 5) 상기 편파성형체를 이용하여 허니컴형으로 성형하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조할 수 있다.
상기 허니컴형 제습소재의 제조방법에 있어서, 상기 5) 단계의 허니컴형으로의 성형은 편파성형체를 말아서 일정한 크기의 원통형으로 제조하거나, 일정한 길이로 잘라서 이를 적층함으로써 육면체의 허니컴형으로 성형할 수 있다.
또한, 상기 허니컴형 제습소재의 제조방법에 있어서, 상기 5) 단계 이후 6) 상기 허니컴형 성형체를 무기 바인더에 함침하는 단계, 및 7) 건조 및 소성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 6) 단계의 무기 바인더는 이산화규소(SiO2), 삼산화알루미늄(Al2O3) 등의 미세입자가 단독 또는 혼합으로 포함되어 있는 실리카졸 용액, 알루미나졸 용액 등을 이용할 수 있다.
종래의 허니컴형 제습소재의 제조방법은 세라믹 쉬트 제조 - 허니컴 성형 - 바인더 함침 - (열처리) - 규산나트륨 함침 - 건조 - 황산반응겔화 - 수세 - 건조 또는 세라믹쉬트 제조 - 허니컴 성형 - 바인더 함침 - (열처리) - 실리카겔 함침 - 건조 등 매우 많은 단계의 비효율적인 제조공정을 이루었으나, 본 발명에 따른 허니컴형 제습소재의 제조방법은 실리카겔 쉬트 제조 - 허니컴 성형의 2 단계 또는 쉬트 제조 - 허니컴 성형 - 바인더 함침 - 열처리의 4 단계 공정으로 이루어질 수 있으므로, 매우 간단한 공정으로 허니컴형 제습소재를 제조할 수 있는 특징이 있다.
본 발명에 따른 실리카겔 쉬트를 포함하는 허니컴형 제습소재는 회전식 제습장치에 사용할 때 공기흐름의 압력 손실이 없으며, 생산된 건조공기에 미분말 등 불순물이 포함되지 않는다. 또한, 실리카겔 흡습제를 포함하고 있기 때문에 고습의 영역에서 제올라이트계 흡습제보다 유리한 제습특성을 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 허니컴형 제습소재의 제조방법은 실리카겔 분말이 포함된 쉬트를 사용하여 성형하기 때문에 매우 간단한 공정으로 만들어질 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 악취제거를 위한 활성탄 분말 등을 동시에 포함시켜서 제습 및 악취가 동시에 제거되는 다기능 허니컴 소재를 만들 수도 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
< 실시예 1>
수돗물 2리터를 비이커에 취한 후 500rpm으로 교반하면서 pH 조절용액(중조, NaHCO3) 0.04g, 증점제(카복시메틸셀롤루우즈, CMC) 0.32g, 무기 섬유(세피오라이트 광물) 2.0g, 유기 섬유(활엽수 셀롤로우스 섬유) 0.8g, 세라믹 섬유(알루미노 실리케이트 섬유, Al2O3-SiO2) 5.0g을 순차적으로 넣고 1시간 이상 교반하였다. 그 후, 입자 크기 3 ~ 4㎛인 실리카겔 분말(SS-110, 에스켐텍)을 8g, 폴리비닐아세테이트(PVA)를 0.3g 넣고 30분 교반하였다. 그 후, 지력증강제(폴리아크릴 아미드) 0.01g, 고분자 양이온 응집제(HF-400, 한솔케미칼) 0.1g, 고분자 음이온 분산제(A-PAM) 0.1g을 첨가하여 실리카겔 쉬트 제조를 위한 슬러리를 완성하였다.
완성된 슬러리를 표준쉬트제조장치(KSM-7030)를 사용하여 성형하였으며, 성형된 실리카겔 쉬트를 건조오븐에서 120℃, 12시간 유지시켰다.
< 실시예 2>
수돗물 2리터를 비이커에 취한 후 500rpm으로 교반하면서 pH 조절용액(중조, NaHCO3) 0.04g, 증점제(카복시메틸셀롤루우즈, CMC) 0.32g, 무기 섬유(세피오라이트 광물) 2.0g, 유기 섬유(활엽수 셀롤로우스 섬유) 0.8g, 세라믹 섬유(알루미노 실리케이트 섬유, Al2O3-SiO2) 5.0g을 순차적으로 넣고 1시간 이상 교반하였다. 그 후, 입자 크기 3 ~ 4㎛인 실리카겔 분말(SS-110, 에스켐텍)을 10g, 폴리비닐아세테이트(PVA)를 0.3g 넣고 30분 교반하였다. 그 후, 지력증강제(폴리아크릴 아미드) 0.01g, 고분자 양이온 응집제(HF-400, 한솔케미칼) 0.1g, 고분자 음이온 분산제(A-PAM) 0.1g을 첨가하여 실리카겔 쉬트 제조를 위한 슬러리를 완성하였다.
완성된 슬러리를 표준쉬트제조장치(KSM-7030)를 사용하여 성형하였으며, 성형된 실리카겔 쉬트를 건조오븐에서 120℃, 12시간 유지시켰다.
< 실시예 3>
수돗물 2리터를 비이커에 취한 후 500rpm으로 교반하면서 pH 조절용액(중조, NaHCO3) 0.04g, 증점제(카복시메틸셀롤루우즈, CMC) 0.32g, 무기 섬유(세피오라이트 광물) 2.0g, 유기 섬유(활엽수 셀롤로우스 섬유) 0.8g, 세라믹 섬유(알루미노 실리케이트 섬유, Al2O3-SiO2) 5.0g을 순차적으로 넣고 1시간 이상 교반하였다. 그 후, 입자 크기 3 ~ 4㎛인 실리카겔 분말(SS-110, 에스켐텍)을 12g, 폴리비닐아세이트(PVA)를 0.3g 넣고 30분 교반하였다. 그 후, 지력증강제(폴리아크릴 아미드) 0.01g, 고분자 양이온 응집제(HF-400, 한솔케미칼) 0.1g, 고분자 음이온 분산제(A-PAM) 0.1g을 첨가하여 실리카겔 쉬트 제조를 위한 슬러리를 완성하였다.
완성된 슬러리를 표준쉬트제조장치(KSM-7030)를 사용하여 성형하였으며, 성형된 실리카겔 쉬트를 건조오븐에서 120℃, 12시간 유지시켰다.
< 실시예 4>
수돗물 2,000리터를 용액 교반조에 취한 후 1,000rpm으로 교반하면서 pH 조절용액(중조, NaHCO3) 40g, 증점제(카복시메틸셀롤루우즈, CMC) 320g, 무기 섬유(세피오라이트 광물) 2,000g, 유기 섬유(활엽수 셀롤로우스 섬유) 800g, 세라믹 섬유(알루미노 실리케이트 섬유, Al2O3-SiO2) 5,000g을 순차적으로 넣고 1시간 이상 교반하였다. 그 후, 입자크기 3 ~ 4㎛인 실리카겔 분말(SS-110, 에스켐텍)을 8,000g, 폴리비닐아세테이트(PVA)를 300g 넣고 30분 교반하였다. 그 후, 지력증강제(폴리아크릴 아미드) 10g, 고분자 양이온 응집제(HF-400, 한솔케미칼) 100g, 고분자 음이온 분산제(A-PAM) 100g을 첨가하여 실리카겔 쉬트 제조를 위한 슬러리를 완성하였다.
완성된 슬러리를 세라믹쉬트제조장치(한국에너지기술연구원 자체설계 제작)를 사용하여 두께 0.21mm의 실리카겔 쉬트 230m를 성형하였다.
< 실시예 5>
실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 실리카겔 쉬트를 15% 실리카졸 용액에 침지한 후 꺼내어 건조오븐에서 120℃, 12시간 유지하였다. 그 후 실리카겔 쉬트에 포함되어 있는 유기물을 태워 없애기 위해 고온로에서 550℃, 3시간 유지하였다.
< 실시예 6>
실시예 4에서 제조된 실리카겔 쉬트를 사용하여 핏치 3.8mm, 높이 1.8mm인 편파성형제를 제조하였으며, 편파성형체의 산 부분에 무기 접착제를 도포하면서 롤링하여 직경 55cm, 폭 40cm이고 구멍 크기가 250 셀/inch2 인 허니컴형 실리카겔 제습소재를 제조하였다.
< 실험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 실리카겔 쉬트를 150℃에서 12시간 유지시킨 후 수분흡착장치(Q5000-SA)를 사용하여 상대습도 30%RH, 50%RH, 80%RH, 흡습온도 30℃에서 수분흡습량을 측정하였으며 그 결과를 도 7 내지 도 9에 나타내었다.
측정 결과로서 실시예 1에 의한 실리카겔 쉬트는 상대습도 30%RH, 50%RH, 80%RH 일 때, 각각 6.806 중량%, 12.42 중량%, 17.45 중량%로서 원료에 비하여 48.4%, 54.6%, 59.8%의 수분을 흡수하였다.
측정 결과로서 실시예 2에 의한 실리카겔 쉬트는 상대습도 30%RH, 50%RH, 80%RH 일 때, 각각 8.297 중량%, 14.37 중량%, 19.24 중량%로서 원료에 비하여 59.5%, 63.1%, 65.9%의 수분을 흡수하였다.
측정 결과로서 실시예 3에 의한 실리카겔 쉬트는 상대습도 30%RH, 50%RH, 80%RH 일 때, 각각 9.247 중량%, 15.60 중량%, 20.34 중량%로서 원료에 비하여 65.8%, 68.5%, 69.7%의 수분을 흡수하였다.
상기한 수분 흡습량 측정 결과로부터 실시예 1 내지 실시예 3에 의해 제조 된 실리카겔 쉬트에는 슬러리 제조시점에서 첨가한 실리카겔 미세분말이 잘 보류되어 있으며, 실리카겔의 첨가량을 증가시킬수록 수분 흡습량을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 그렇지만 실리카 분말이 많을 경우에는 실리카겔 쉬트의 강도가 저하되어 허니컴을 성형할 수 없다.
< 실험예 2>
실시예 1, 실시예 4, 실시예 5에서 제조된 실리카겔 쉬트의 표면 상태를 전자현미경을 분석하였으며 그 결과를 도 3 내지 도 5에 나타내었다.
도 3에서 볼 수 있듯이 실시예 1의 방법으로 실리카겔 미세 분말을 슬러리 제조단계에서 투입하여 표준쉬트 제조장치로 제조한 실리카겔 쉬트의 표면에 실리카겔 입자가 골고루 분포되어 있음을 알 수 있다. 또한, 이와 함께 첨가한 세라믹섬유의 경우에도 잘 분포되어 쉬트의 골격을 형성하고 있음을 볼 수 있다.
도 4에서 볼 수 있듯이 실시예 4의 방법으로 생산규모의 쉬트제조설비를 사용하여 제조한 경우에도 실시예 1에 의해 제조한 실리카겔 쉬트와 마찬가지로 실리카겔 쉬트의 표면에 실리카겔 입자가 골고루 분포되어 있음을 알 수 있다. 또한, 이와 함께 첨가한 세라믹 섬유의 경우에도 잘 분포되어 쉬트의 골격을 형성하고 있음을 볼 수 있다.
도 5에서 볼 수 있듯이 실시예 5의 방법으로 실리카겔 쉬트에 15% 실리카졸 용액을 침지하여, 건조 및 열처리 과정을 거친 실리카겔 쉬트의 표면은 실리카 미세입에 의해 실리카겔-실리카겔 및 실리카겔-세라믹섬유의 형태로 견고하게 부착되어 있음을 볼 수 있다. 이러한 경우 제습공정에서 공정가스의 큰 유속에도 실리카겔 및 그와 입자들이 떨어져 나가지 않고 견고하게 유지 될 수 있음을 예측할 수 있다.
상기의 결과로부터, 본 발명에 따른 실리카겔 쉬트는 종래의 실리카겔 흡습제의 형태와 완전히 다른 허니컴 형태로 성형하여 회전식 제습공정에 적용할 수 있으므로, 제습공정의 에너지 절약, 유지보수비의 절감, 미세분진이 포함되지 않은 양질의 건조공기를 얻을 수 있는 등 제습 공정의 효율성을 극대화시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 허니컴형 제습소재는 상기 실리카겔 쉬트를 성형하여 제조할 수 있으므로, 종래와는 달리 매우 간단한 공정으로 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 실리카겔 쉬트, 이를 포함하는 허니컴형 제습소재로부터 양질의 제습공기를 저렴하게 얻을 수 있으므로, 회전식 제습공정의 보급이 크게 확대될 수 있고, 제습뿐만 아니라 악취 등을 동시에 제거할 수 있는 소재의 제조도 가능하므로, 보급가능성이 매우 우수한 특징이 있다.

Claims (13)

  1. 실리카겔 및 세라믹 섬유를 포함하는 실리카겔 쉬트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리카겔의 아르곤가스 흡착에 의한 비표면적은 10 내지 2,000 m2/g 이고, 입자의 크기는 0.1 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 실리카겔 쉬트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리카겔 쉬트 내 실리카겔의 함량은 5 내지 60 중량%인 것을 특징으로 하는 실리카겔 쉬트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 섬유는 SiO2, SiO2-Al2O3 및 Al2O3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고, 길이는 2 ~ 50mm 범위인 것을 특징으로 하는 실리카겔 쉬트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리카겔 쉬트는 무기 섬유, 유기 섬유, 유기 바인더, 응집제, 분산제 및 지력증강제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카겔 쉬트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실리카겔 쉬트의 두께는 0.1 내지 0.4mm 인 것을 특징으로 하는 실리카겔 쉬트.
  7. 1) 실리카겔, 세라믹 섬유 및 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계,
    2) 상기 슬러리를 이용하여 쉬트를 형성하는 단계, 및
    3) 상기 성형된 쉬트를 압축 및 건조하는 단계
    를 포함하는 실리카겔 쉬트의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 1) 단계의 슬러리는 pH 조절용액, 고분자 증점제, 무기 섬유, 유기 섬유, 유기 바인더, 응집제, 분산제 및 지력증강제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카겔 쉬트의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 1) 단계의 슬러리 내 고형분의 농도는 물 총중량을 기준으로 0.7 내지 3.0 중량% 범위인 것을 특징으로 하는 실리카겔 쉬트의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 실리카겔 쉬트를 포함하는 허니컴형 제습소재.
  11. 1) 실리카겔, 세라믹 섬유 및 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계,
    2) 상기 슬러리를 이용하여 쉬트를 형성하는 단계,
    3) 상기 성형된 쉬트를 압축 및 건조하여 실리카겔 쉬트를 제조하는 단계,
    4) 제조한 두 장의 실리카겔 쉬트를 이용하여 한 면은 파형이고 다른 한 면은 평평한 형태인 편파성형체를 제조하는 단계, 및
    5) 상기 편파성형체를 이용하여 허니컴형으로 성형하는 단계
    를 포함하는 허니컴형 제습소재의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 5) 단계 이후 6) 상기 허니컴형 성형체를 무기 바인더에 함침하는 단계, 및 7) 건조 및 소성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 허니컴형 제습소재의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 6) 단계의 무기 바인더는 이산화규소(SiO2) 및 삼산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 실리카졸 용액 또는 알루미나졸 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 허니컴형 제습소재의 제조방법.
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