KR20120028633A - 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법에 관한것으로, 보다 상세하게는 웹상의 부직포 사이에 에어로겔 분말을 고르게 분포시킨 후, 통상의 열융착(thermal bonding) 공법을 이용하여 융착함으로써, 에어로겔이 균일하게 분포되고 안정적으로 유지되는 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법은 열융착이 가능한 고밀도의 부직포를 준비하는 단계와; 상기 고밀도의 부직포 사이에 폴리머 필름을 삽입시키는 단계와; 상기 삽입된 폴리머 필름 사이에 에어로겔을 고르게 분포시키는 단계 및; 상기 폴리머 필름 및 상기 에어로겔이 내재된 상기 고밀도의 부직포를 열융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법은 고분자 부직포 섬유에 에어로겔을 도포하고 열융착시킴으로써, 에어로겔을 함유한부직포를 열융착하는 방식에 따라 다양한 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 고분자 부직포 및 비닐 소재가 혼합된 고분자 부직포를 사용할 수 있다. 또한, 에어로겔을 부직포 사이에 개재시킴으로써, 2층 이상의 에어로겔이 포함된 단열 부직포를 제작할 수 있다. 또한, 건식/습식 방식을 이용하여, 에어로겔을 부직포 사이에 쉽게 분포시킬 수 있다. 또한, 폴리머 필름을 추가하여 부직포의 조직과 무관하게 에어로겔 분말이 밖으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법은 열융착이 가능한 고밀도의 부직포를 준비하는 단계와; 상기 고밀도의 부직포 사이에 폴리머 필름을 삽입시키는 단계와; 상기 삽입된 폴리머 필름 사이에 에어로겔을 고르게 분포시키는 단계 및; 상기 폴리머 필름 및 상기 에어로겔이 내재된 상기 고밀도의 부직포를 열융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법은 고분자 부직포 섬유에 에어로겔을 도포하고 열융착시킴으로써, 에어로겔을 함유한부직포를 열융착하는 방식에 따라 다양한 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 고분자 부직포 및 비닐 소재가 혼합된 고분자 부직포를 사용할 수 있다. 또한, 에어로겔을 부직포 사이에 개재시킴으로써, 2층 이상의 에어로겔이 포함된 단열 부직포를 제작할 수 있다. 또한, 건식/습식 방식을 이용하여, 에어로겔을 부직포 사이에 쉽게 분포시킬 수 있다. 또한, 폴리머 필름을 추가하여 부직포의 조직과 무관하게 에어로겔 분말이 밖으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법에 관한것으로, 보다 상세하게는 웹상의 부직포 사이에 에어로겔 분말을 고르게 분포시킨 후, 통상의 열융착(thermal bonding) 공법을 이용하여 융착함으로써, 에어로겔이 균일하게 분포되고 안정적으로 유지되는 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 에어로겔(Aerogel)이란 기공율이 90%이상이고, 비표면적이 수백~1000m2/g정도이며, 수십 나노 크기의 open pore를 가진 나노 다공성 구조로 인하여 열전도도가 매우 낮은 소재이다.
이와 같은 에어로겔 고유의 구조적 특성으로 인하여, 에어로겔은 매우 효율적인 초단열 특성을 갖고 있는데, 특히, 실리카 에어로겔은 약 15 mW/mk의 매우 우수한 단열성능을 보이며, 제조 조건에 따라 0.003~0.2g/cm3의 밀도값을 갖는다.
참고로, 공기의 열전도율은 25mW/mk이고, 밀도는 0.001g/cm3이며, 스티로폼은 열전도율이 35mW/mk이고, 우레탄폼은 열전도율이 30mW/mk이다.
한편, 에어로겔은 사용 용도나 제품의 형상에 따라 모노리스, 분말, flexible sheet, 비드 등으로 제조가 가능하며, flexible sheet형 에어로겔 단열재는 부직포 등과 같은 섬유 또는 섬유웹과 에어로겔의 복합체를 형성하여 제조되는데, 기존의 단열섬유제품에 비해 수 배에서 많게는 수십 배의 단열 특성을 갖는다.
그러나, 현재 개발된 에어로겔 시트는 제조공정이 복잡하고 비용이 많이 드는 관계로 그 단가가 매우 높은 편이며, 시트의 가공에 있어서 절단, 구부림 등의 과정에서 에어로겔 파우더가 분리되어 떨어지는 문제가 있어 2중, 3중의 추가적인 보수(보강)작업이 수반되었다.
특히, 섬유 또는 섬유웹의 중량비 20% 이상의 에어로겔을 포함하기 어렵기 때문에 에어로겔의 단열 특성을 충분히 나타낼 수가 없는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 고분자 부직포 섬유에 에어로겔을 도포하고 열융착시킴으로써, 열융착 방식에 따라 다양한 형태의 패턴이 형성될 수 있는 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법은 열융착이 가능한 고밀도의 부직포를 준비하는 단계와; 상기 고밀도의 부직포 사이에 폴리머 필름을 삽입시키는 단계와; 상기 삽입된 폴리머 필름 사이에 에어로겔을 고르게 분포시키는 단계 및; 상기 폴리머 필름 및 상기 에어로겔이 내재된 상기 고밀도의 부직포를 열융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고밀도의 부직포는 2층 이상으로 적층가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고밀도의 부직포는 폴리에스터 화이버, 폴리프로필렌 화이버, 비스코레이언 화이버, 나일론 화이버인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에어로겔은 입자의 크기가 10~900㎛의 에어로겔 분말 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에어로겔은 열전도도가 10~30mW/mk인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리머 필름은 열가소성 재질의 폴리비닐부티랄(PVB: polyvinyl butyral), 폴리에틸렌(PE: polyethylen), 폴리프로필렌(PP: polypropylen), 폴리스틸렌(PS: polystyren), 염화비닐리텐(PVDC; polyvinylidene chloride), 아크릴(acryl), 폴리아세트산비닐(polyvinyl acetate), 플로오르(fluoro), 폴리아미드(PA: polyamide), 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 아세탈(acetal), 폴리페닐렌옥사이드(PPO: polyphehyleneoxide), 폴리에스테르(polyester), 폴리술폰(polysulfone), 폴리이미드(PI: polyimide)인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법은 고분자 부직포 섬유에 에어로겔을 도포하고 열융착시킴으로써, 에어로겔을 함유한부직포를 열융착하는 방식에 따라 다양한 패턴이 형성될 수 있다는 이점이 있다.
또한, 고분자 부직포 및 비닐 소재가 혼합된 고분자 부직포를 사용할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 에어로겔을 부직포 사이에 개재시킴으로써, 2층 이상의 에어로겔이 포함된 단열 부직포를 제작할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 건식/습식 방식을 이용하여, 에어로겔을 부직포 사이에 쉽게 분포시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 폴리머 필름을 추가하여 부직포의 조직과 무관하게 에어로겔 분말이 밖으로 유출되는 것을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 에어로겔 입자의 SEM 도시도.
도 2는 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포의 개략적 구성도.
도 3은 열융착으로 패턴이 형성된 에어로겔이 포함된 단열 부직포 도시도.
도 4는 도 3의 상세 단면도.
도 5는 도 3의 일부분의 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법의 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포의 개략적 구성도.
도 3은 열융착으로 패턴이 형성된 에어로겔이 포함된 단열 부직포 도시도.
도 4는 도 3의 상세 단면도.
도 5는 도 3의 일부분의 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법의 순서도.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.
도 1은 에어로겔 입자의 SEM 도시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포의 개략적 구성도이며, 도 3은 열융착으로 패턴이 형성된 에어로겔이 포함된 단열 부직포 도시도이며, 도 4는 도 3의 상세 단면도이며, 도 5는 도 3의 일부분의 확대도이며, 도 6은 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법의 순서도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법에는 에어로겔 분말과 부직포가 사용되는데, 본 발명에 사용된 에어로겔과 부직포는 다음과 같다.
* 에어로겔
본 발명에서 사용되는 에어로겔은 도 1에 도시된 바와 같이 골격이 망목구조를 이루며, 내부에 공기를 90% 이상 함유한다. 상기 에어로겔은 기공율이 80-99 %, 바람직하게는 85-97%인 것이 사용될 수 있으며, 밀도가 0.001-0.5 g/cm3, 바람직하게는 0.005-0.35 g/cm3 인 것이 사용될 수 있다. 또한 내부 표면적이 200-2000 m2/g, 바람직하게는 400-1800m2/g 인 것이 사용될 수 있으며, 평균 기공 직경은 1-100 nm, 바람직하게는 10-70 nm 인 것이 사용될 수 있다.
또한 상기 에어로겔의 기공크기는 1?100 ㎚ 이며, 바람직하게는 5?60 ㎚, 더 바람직하게는 10?50 ㎚이다. 이하에서, 상기 에어로겔의 기공크기는 평균 기공 직경을 의미한다. 에어로겔의 기공크기가 1 ㎚ 미만일 경우 공기보다 골격이 차지하는 비율이 높아지면서 밀도 증가 및 골격에 의한 열전도가 증가될 수 있고, 100 ㎚ 를 초과할 경우 공기의 이론적 평균자유행로인 60 ㎚보다 기공크기가 커져서 공기의 대류를 저하시켜 단열효과 발현하는 에어로겔의 특성이 발휘되지 못할 수도 있다.
상기 에어로겔의 기공 부피는 1?10 ㎤/g이며, 바람직하게는 1.5?7 ㎤/g, 더 바람직하게는 2?4 ㎤/g이다. 기공 부피가 1 ㎤/g 미만일 경우 공기가 차지하는 공간이 너무 적으면서, 동시에 골격으로의 열전도경로가 우세해져서 단열효과가 저하될 수 있으며, 10 ㎤/g를 초과할 경우 기공이 너무 커서 공기의 대류에 의해 단열 효과가 저하될 수 있다.
본 발명에 사용된 상기 에어로겔은 10~900㎛의 에어로겔 분말 형태이며, 열전도도가 10~30mW/mk인 것이 사용될 수 있다.
* 부직포
본 발명에서 사용되는 부직포는 일반적으로 열융착이 가능하고 소수성을 지니고 있는 소재가 바람직하며, 특히 에어로겔 입자가 통과되지 못할 정도의 조밀도를 가진 것이 바람직하며, 특별한 제한은 없다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기의 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
열융착이 가능하고 소수성을 지닌 고밀도의 부직포를 준비하고, 상기 고밀도의 부직포 사이에 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름을 삽입하며, 상기 삽입된 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 사이에 에어로겔을 고르게 분포시키며, 상기 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 및 에어로겔이 내재된 상기 고밀도의 부직포를 열융착시킴으로써, 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포를 제조한다.
여기서, 상기 고밀도의 부직포는 2층 이상으로 적층가능하며, 상기 고밀도의 부직포는 폴리에스터 화이버, 폴리프로필렌 화이버, 비스코레이언 화이버, 나일론 화이버가 주로 사용되며, 상기 에어로겔은 입자의 크기가 10~900㎛의 에어로겔 분말 형태이며, 열전도도가 10~30mW/mk인 것이 사용된다.
또한, 상기 한 세트의 폴리머 필름은 열가소성 재질의 폴리비닐부티랄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 염화비닐리덴, 아크릴, 폴리아세트산비닐, 플로오르, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리이미드가 사용된다.
이러한 본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법은 열융착에의해 에어로겔 분말이 부직포 내부에 고정된 에어로겔 분말의 패턴을 다양하게 디자인할 수 있는데, 열융착 영역이 좁을수록, 패턴의 수가 적을수록 단열 효과가 크다.
본 발명에 따른 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법은 고분자 부직포 섬유에 에어로겔을 도포하고 열융착시킴으로써, 에어로겔을 함유한부직포를 열융착하는 방식에 따라 다양한 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 고분자 부직포 및 비닐 소재가 혼합된 고분자 부직포를 사용할 수 있다. 또한, 에어로겔을 부직포 사이에 개재시킴으로써, 2층 이상의 에어로겔이 포함된 단열 부직포를 제작할 수 있다. 또한, 건식/습식 방식을 이용하여, 에어로겔을 부직포 사이에 쉽게 분포시킬 수 있다. 또한, 폴리머 필름을 추가하여 부직포의 조직과 무관하게 에어로겔 분말이 밖으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (6)
- 열융착이 가능한 고밀도의 부직포를 준비하는 단계와;
상기 고밀도의 부직포 사이에 폴리머 필름을 삽입시키는 단계와;
상기 삽입된 폴리머 필름 사이에 에어로겔을 고르게 분포시키는 단계 및;
상기 폴리머 필름 및 상기 에어로겔이 내재된 상기 고밀도의 부직포를 열융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 고밀도의 부직포는 2층 이상으로 적층가능한 것을 특징으로 하는 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 고밀도의 부직포는 폴리에스터 화이버, 폴리프로필렌 화이버, 비스코레이언 화이버, 나일론 화이버인 것을 특징으로 하는 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에어로겔은 입자의 크기가 10~900㎛의 에어로겔 분말 형태인 것을 특징으로 하는 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에어로겔은 열전도도가 10~30mW/mk인 것을 특징으로 하는 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 폴리머 필름은 열가소성 재질의 폴리비닐부티랄(PVB: polyvinyl butyral), 폴리에틸렌(PE: polyethylen), 폴리프로필렌(PP: polypropylen), 폴리스틸렌(PS: polystyren), 염화비닐리텐(PVDC; polyvinylidene chloride), 아크릴(acryl), 폴리아세트산비닐(polyvinyl acetate), 플로오르(fluoro), 폴리아미드(PA: polyamide), 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 아세탈(acetal), 폴리페닐렌옥사이드(PPO: polyphehyleneoxide), 폴리에스테르(polyester), 폴리술폰(polysulfone), 폴리이미드(PI: polyimide)인 것을 특징으로 하는 에어로겔이 포함된 단열 부직포 제조방법.
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2010
- 2010-09-15 KR KR1020100090607A patent/KR20120028633A/ko not_active Application Discontinuation
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