KR20150093123A - 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 속실렛 추출을 이용한 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법, 및 이를 이용하여 제조된 소수성 실리카 에어로겔이 제공된다. 본 발명에 따른 제조방법에 의해 소수성 실리카 습윤겔에 대한 세척과 건조를 동시에 수행할 수 있을 뿐 아니라, 용매치환도 병행할 수 있으며, 추가적인 분리공정 없이 추출용매를 제거함으로써 낮은 탭밀도와 높은 비표면적을 갖는 소수성 실리카 에어로겔을 용이하게 제조할 수 있다.

Description

소수성 실리카 에어로겔의 제조방법{PREPARATION METHOD OF HYDROPHOBIC SILICA AEROGEL}
본 발명은 세척과 건조를 동시에 수행할 수 있을 뿐 아니라 용매치환도 병행할 수 있는 속실렛 추출을 이용한 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 소수성 실리카 에어로겔에 관한 것이다.
에어로겔(aerogel)은 85~99.9% 정도의 기공율과 1~100 nm 수준의 기공크기를 갖는 초다공성의 고비표면적(500 m2/g 이상) 물질로서, 뛰어난 초경량/초단열/초저유전 등의 특성을 갖는다. 이 같은 우수한 물성적 특성으로 인해 에어로겔 소재 개발연구는 물론, 투명단열재 및 환경 친화적 고온형 단열재, 고집적 소자용 극저유전 박막, 촉매 및 촉매 담체, 슈퍼 커패시터용 전극, 해수 담수화용 전극 재료로서의 응용연구도 활발히 진행되고 있다.
에어로겔의 가장 큰 장점은 종래 스티로폼 등의 유기 단열재보다 낮은 0.300 W/m·K 이하의 열전도율을 보이는 수퍼단열성(super-insulation)이다. 이와 같은 낮은 열전도율로 인해 통상 유기단열재의 치명적인 약점인 화재 취약성과 화재 시 유해가스 발생을 해결할 수 있다.
일반적으로 에어로겔은 물유리 또는 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane, TEOS) 등의 실리카 전구체로부터 습윤겔을 제조한 후, 습윤겔 내부의 액체성분을 미세구조 파괴 없이 제거함으로써 제조된다. 상기와 같은 제조방법에 의해 제조되는 실리카 에어로겔은 크게 분말상, 과립상, 및 모노리스(monolith)의 세 가지 형태로 제조되며, 주로 분말의 형태로 제조된다.
분말상의 실리카 에어로겔은 통상 섬유와 복합화하여 에어로겔 블랑켓(blanket) 또는 에어로겔 시트(sheet) 등과 같은 형태로의 제품화가 가능하다. 또, 실리카 에어로겔을 이용하여 제조한 블랑켓 또는 시트의 경우 유연성을 가지고 있어 임의의 크기나 형태로 굽히거나, 접거나 자를 수 있다. 이에, 액화천연가스(liquefied natural gas, LNG) 선의 단열패널, 공업용 단열재와 우주복, 교통 및 차량, 전력생산용 단열재 등과 같은 공업용으로의 응용뿐 아니라, 재킷이나 운동화류 등과 같은 생활용품에도 적용이 가능하다. 또한, 아파트와 같은 주택에서 지붕이나, 바닥뿐만 아니라 방화문에서 실리카 에어로겔을 사용할 경우 화재 예방에 큰 효과가 있다.
한편, 에어로겔 제조공정의 핵심기술은 습윤겔의 구조를 그대로 유지한 채로 수축 없이 겔을 건조시켜 제조할 수 있는 건조공정 기술이다. 대표적인 건조방법으로는 초임계 건조(super ciritical drying) 공정이 있다. 그러나, 초임계 건조 공정은 생산 원가가 높을 뿐만 아니라, 고압으로 인한 위험 부담이 크고, 연속 공정이 불가능한 고압 반응조(autoclave)를 이용하는 공정이기 때문에 공정의 경제성렙횰ㅌ볜연속성 면에서 많은 한계점을 가지고 있다.
한국공개특허 제 2012-0070948호 (공개일 2012.07.02)
본 발명의 목적은 세척과 건조를 동시에 수행할 수 있을 뿐 아니라 용매치환도 병행할 수 있는 속실렛 추출방법을 이용하여 우수한 탭 밀도 및 비표면적을 갖는 소수성 실리카 에어로겔을 제조할 수 있는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 제조방법에 의해 제조된 소수성 실리카 에어로겔을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 제조방법에 의해 제조된 소수성 실리카 에어로겔를 포함하는 블랑켓(blanket)을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 소수성 실리카 습윤겔을 속실렛 추출하는 단계를 포함하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법을 이용하여 제조된 소수성 실리카 에어로겔을 제공한다.
더 나아가 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 제조방법을 이용하여 제조된 소수성 실리카 에어로겔을 포함하는 블랑켓을 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법은 속실렛 추출을 이용하여 소수성 실리카 습윤겔의 세척과 건조를 동시에 수행할 수 있을 뿐 아니라 용매치환도 병행할 수 있다. 또, 추가적인 분리공정 없이 자연 건조에 의하여 추출용매를 제거함으로써 탭 밀도 특성과 비표면적이 개선된 소수성 실리카 에어로겔을 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법은 종래의 고온, 고압 건조 공정에 비하여 비교적 온화한 조건(낮은 온도 및 압력)에서 수행되므로 고온, 고압으로 인한 위험 부담이 적고, 또 추출용매의 연속적인 재사용이 가능하므로 경제성과 안정성의 면에서 많은 이점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔의 제조공정을 순서대로 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔의 제조시 사용가능한 속실렛 추출장치를 개략적으로 나타낸 구조도이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
일반적으로 물유리를 이용하여 제조된 실리카 습윤겔은 중공이 용매인 물로 채워져 있다. 이에 따라, 이후 건조 공정을 통해 상기 용매를 제거하게 되면 액상의 용매가 기상으로 기화하면서 기/액 계면에서의 물의 높은 표면장력으로 인하여 기공구조의 수축 및 균열이 발생하게 된다. 그 결과 최종 제조되는 실리카 에어로겔에서의 비표면적 감소 및 기공구조의 변화가 일어나게 된다. 따라서, 상기 습윤겔의 기공구조를 유지하기 위해서는 표면장력이 큰 물을 상대적으로 표면장력이 낮은 유기용매로 치환할 필요가 있을 뿐 아니라, 상기 습윤겔의 구조를 그대로 유지한 채로 수축 없이 습윤겔을 세척하고 건조시킬 수 있는 기술이 필요하다.
또한, 건조된 실리카 에어로겔은 건조 직후에는 낮은 열전도율을 유지하지만, 실리카 표면에 존재하는 친수성의 실라놀기(Si-OH)가 공기 중의 물을 흡수함으로써 열전도율이 점차 높아지는 단점이 있다. 따라서, 낮은 열전도율을 유지하기 위해서는 실리카 에어로겔 표면을 소수성으로 개질할 필요가 있다.
이에 대해, 본 발명에서는, 소수성 실리카 에어로겔의 제조에 사용되는 소수성 실리카 습윤겔에 대해 속실렛 추출방법을 이용하여 세척 및 건조, 그리고 필요한 경우 용매치환을 동시에 수행함으로써, 습윤겔의 수축없이 기공구조와 낮은 열전도율을 유지하면서도 우수한 물성을 갖는 소수성 실리카 에어로겔을 제조할 수 있는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법은, 소수성 실리카 습윤겔을 속실렛 추출하는 단계를 포함한다.
상기 제조방법에 있어서, 소수성 실리카 습윤겔(wet gel)은 습윤겔의 중공이 비극성 유기용매로 채워진 소수성 실리카 리오겔(lyogel)이거나, 또는 습윤겔의 중공이 물로 채워진 소수성 실리카 하이드로겔(hydrogel)일 수 있다.
상기와 같은 소수성 실리카 습윤겔은 통상의 제조방법을 이용하여 제조될 수 있다. 구체적으로 상기 소수성 실리카 습윤겔은 물유리 용액에 표면개질제 및 무기산을 첨가하고 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 이때, 상기 소수성 실리카 습윤겔이 리오겔인 경우, 상기 표면개질제의 첨가 전이나 후, 또는 표면개질제와 함께 비극성 유기용매가 추가로 첨가됨으로써, 습윤겔의 중공에서 물이 빠져나오고 상기 비극성 유기용매로 채워진 소수성 실리카 리오겔이 제조될 수 있고, 만약 비극성 유기용매를 첨가하지 않을 경우, 습윤겔의 중공이 물로 채워진 소수성 실리카 하이드로겔이 제조될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법은 상기 소수성 실리카 습윤겔의 제조단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 상기 소수성 실리카 습윤겔의 제조단계를 더 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔의 제조 공정을 순서대로 도시한 공정도이다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔의 제조를 위한 단계 1은 소수성 실리카 습윤겔의 제조단계이다.
구체적으로, 상기 소수성 실리카 습윤겔은 물유리 용액에 표면개질제 및 무기산을 첨가하고 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 이때, 상기 소수성 실리카 습윤겔 제조를 위한 반응은 25℃ 내지 80℃의 온도범위에서 10분 내지 4시간 동안 교반함으로써 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 상기 소수성 실리카 습윤겔 제조에 사용가능한 물유리 용액은, 물유리에 물, 구체적으로 증류수를 첨가한 후 혼합함으로써 제조될 수 있다. 상기 물유리는 특별히 한정하는 것은 아니나, 28 중량% 내지 30 중량%의 실리카(SiO2)를 함유하는 것일 수 있다. 또, 상기 물유리 용액은 0.1 중량% 내지 10 중량%의 실리카를 함유하는 것일 수 있다.
또, 상기 소수성 실리카 습윤겔 제조에 있어서, 상기 표면개질제와 무기산은 순차적으로 상기 물유리 용액에 첨가되거나, 또는 동시에 첨가될 수 있으며, 보다 구체적으로 표면개질 효과를 고려할 때, 순차적으로 첨가될 수 있다.
또, 상기 표면개질제는 상기 물유리 용액에 대하여 1:0.05 내지 1:0.3의 부피비로 첨가될 수 있으며, 이때 상기 물유리 용액은 앞서 언급한 바와 같이 0.1 중량% 내지 10 중량%의 실리카를 함유하는 것일 수 있다. 만약, 상기 표면개질제가 0.05 부피비 미만일 경우에는 물유리 용액 내에 존재하는 실라놀기(Si-OH)에 비해 이와 반응할 수 있는 표면개질제의 양이 상대적으로 적어 표면개질 속도가 느려지고, 표면개질이 원활히 진행되지 않을 우려가 있다. 그 결과 건조과정에서 표면개질되지 않은 실라놀기가 축합반응을 일으켜 최종 생성되는 실리카 에어로겔 분말내 기공크기가 작아지고 다공성을 이루지 못할 우려가 있다. 또, 상기 표면개질제가 0.3 부피비를 초과할 경우에는 경제성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 실리카 습윤겔 제조시 사용가능한 표면개질제는 유기 규소 화합물일 수 있다. 구체적으로 상기 표면개질제로는 실란(silane)계 화합물, 실록산(siloxane)계 화합물, 실라놀(silanol)계 화합물, 또는 실라잔(silazane)계 화합물 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 실란계 화합물의 구체적인 예로는 디메틸 디메톡시 실란, 디메틸 디에톡시 실란, 메틸 트리메톡시 실란, 비닐 트리메톡시 실란, 페닐 트리메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 디메틸 디클로로 실란, 또는 3-아미노프로필 트리에톡시 실란 등을 들 수 있다.
또, 상기 실록산계 화합물의 구체적인 예로는 폴리디메틸 실록산, 폴리디에틸 실록산, 또는 옥타메틸 시클로테트라 실록산 등을 들 수 있다.
또, 상기 실라놀계 화합물의 구체적인 예로는 트리메틸실라놀, 트리에틸실라놀, 트리페닐실라놀 및 t-부틸디메틸실라놀 등을 들 수 있다.
또, 상기 실라잔계 화합물의 구체적인 예로는 1,2-디에틸디실라잔(1,2-diethyldisilazane), 1,1,2,2-테트라메틸디실라잔(1,1,2,2-tetramethyldisilazane), 1,1,3,3-테트라메틸디실라잔(1,1,3,3-tetramethyl disilazane), 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane), 1,1,2,2-테트라에틸디실라잔(1,1,2,2-tetraethyldisilazane) 또는 1,2-디이소프로필디실라잔(1,2-diisopropyldisilazane) 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로 상기 표면개질제는 하기 화학식 1의 디실라잔계 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, R1은 각각 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이고, R2는 각각 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기일 수 있으며, 단 R1 및 R2가 동시에 수소원자는 아니다.
상기 알킬디실라잔계 화합물은 1 분자당 실리카 표면의 친수성기(-OH) 2개와 반응할 수 있어, 상기 물유리 분산용액 내에 포함되어 있는 실리카 표면개질을 위해서는 많은 양이 필요할 수 있으나, 분자내 소수성기, 구체적으로 알킬기의 함량이 높아 표면개질시 소수화도 증가 효과가 크다.
이중에서도 상기 표면개질제는 상기 화학식 1의 디실라잔계 화합물에 있어서 두 개의 수소원자와 함께 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 4개 포함하는 테트라알킬디실라잔, 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 6개 포함하는 헥사알킬디실라잔일 수 있다.
또, 실리카와의 반응성을 고려할 때, 상기 표면개질제는 메틸 트리메톡시실란과 같이 1분자당 물유리 표면의 친수성기(-OH) 3개와 반응할 수 있는 우수한 반응성을 갖는 알킬트리알콕시실란일 수 있다. 이때 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이고, 상기 알콕시기는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기일 수 있다.
또, 상기 표면개질제는 수화된 유기 규소 화합물일 수 있다. 상기와 같이 수화된 유기 규소 화합물을 사용할 경우, 실리카와의 반응성이 증가되어 보다 효과적으로 표면개질이 이루어질 수 있다. 그 결과 우수한 소수화도를 유지하면서도 탭 밀도 특성과 비표면적이 현저히 향상된 소수성 실리카 에어로겔이 제조될 수 있다.
상기 유기 규소 화합물의 수화물은 통상의 방법에 따라 제조되어 사용될 수도 있고, 또 상업적으로 입수하여 사용될 수도 있다. 구체적으로, 직접 제조되어 사용될 경우, 유기 규소 화합물의 수화물은 유기 규소 화합물을 물과 1:0.5 내지 1:15의 중량비로 혼합한 후 20시간 내지 30시간 동안 교반함으로써 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유기 규소 화합물이 알킬디실라잔계 화합물인 경우, 상기 알킬디실라잔계 화합물의 수화물은 알킬디실라잔계 화합물을 물과 1:1 내지 1:15의 중량비로 혼합한 후 20시간 내지 30시간 동안 교반함으로써 제조될 수 있다. 또, 상기 유기 규소 화합물이 알킬트리알콕시실란계 화합물인 경우, 상기 알킬트리알콕시실란계 화합물의 수화물은 알킬트리알콕시실란계 화합물을 물과 1:0.5 내지 1:2의 중량비로 혼합하고 20시간 내지 30시간 동안 교반함으로써 제조될 수 있다.
한편, 상기 표면개질제가 수화될 경우, 표면개질제 내에 포함된 물에 의해 상기 물유리 용액이 더욱 희석될 수 있다. 따라서, 표면개질제가 수화될 경우에는 상기 물유리 용액으로 물유리(실리카 28 중량% 내지 30 중량% 함유) 자체 또는 실리카 함유량이 3 중량% 내지 30 중량%로 희석한 물유리 용액이 사용될 수 있다.
보다 구체적으로 실리카 습윤겔에 대한 표면개질 효율 및 그에 따른 소수성 증가 효과를 고려할 때, 상기 표면개질제는 헥사메틸디실라잔, 테트라메틸디실라잔, 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 헥사메틸디실라잔일 수 있다.
한편, 상기 소수성 실리카 습윤겔 제조에 사용가능한 무기산으로는 구체적으로 질산, 염산, 아세트산, 황산 및 불산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이중에서도 질산일 수 있다. 상기 무기산은 상기 표면개질제와 빠르게 반응하여 표면개질제를 분해하고, 이에 상기 물유리 용액과 표면개질제의 반응이 촉진되어 표면 소수성 실리카 졸을 형성할 수 있다, 또한 상기 무기산은 pH를 조절하여 상기 소수성 실리카 졸의 겔화를 촉진시킬 수 있다. 이에, 표면개질과 겔화를 동시에 유도하여, 소수성 실리카 습윤겔을 제조할 수 있다.
또, 상기 소수성 실리카 습윤겔의 제조시 상기 표면개질제의 첨가 전이나 후, 또는 표면개질제의 첨가와 동시에 비극성 유기용매가 선택적으로 더 첨가될 수 있다. 상기 비극성 유기용매는 제조된 소수성 실리카 습윤겔의 중공 내에 존재하는 물을 치환함으로써 상기 소수성 실리카 습윤겔의 건조 시 습윤겔 중공 내에 존재하는 물이 기상으로 기화하면서 발생시킬 수 있는 기공의 수축 및 균열을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 소수성 실리카 습윤겔의 건조 시 발생하는 비표면적 감소 및 기공구조의 변화를 방지할 수 있다.
구체적으로 상기 비극성 유기용매는 헥산, 헵탄, 톨루엔 및 크실렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로 상기 비극성 유기용매는 헥산일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔의 제조를 위한 단계 2는, 단계 1에서 제조된 소수성 실리카 습윤겔에 대해 속실렛 추출을 실시하여 소수성 실리카 에어로겔을 제조하는 단계이다.
상기 속실렛 추출 동안에 소수성 실리카 습윤겔에 대한 세척 및 건조, 그리고 필요한 경우 용매치환이 동시에 이루어질 수 있다
구체적으로, 앞서 언급한 바와 같이 상기 표면 소수성 실리카 습윤겔의 중공이 비극성 유기용매로 채워진 표면 소수성 실리카 리오겔인 경우, 상기 속실렛 추출에 의해 소수성 실리카 리오겔에 대한 세척 및 건조가 동시에 이루어질 수 있다. 또, 상기 소수성 실리카 습윤겔의 중공이 물로 채워진 소수성 실리카 하이드로겔인 경우에는 속실렛 추출 공정시 소수성 실리카 하이드로겔에 대한 세척 및 건조와 함께, 용매치환이 동시에 이루어질 수 있다.
상기 속실렛 추출은 통상의 속실렛 추출기를 이용하여 수행될 수 있다.
일반적으로, 상기 속실렛 추출기는 용매 플라스크 위에 추출관, 그 위에 환류냉각기가 연결된 장치로, 추출관 속의 원통형 여과지 또는 여과관(팀블)에 시료를 넣고 플라스크 속에 있는 용매를 가열하면, 용매가 기체상으로 증발하게 되고, 기체상의 용매는 환류냉각기에서 응축되어 추출관에 괴어 시료 속의 가용성분을 녹이고, 괸 액체는 사이펀 암에 의해 그 꼭지점에 이르면 전부 용매 플라스크로 돌아오고, 새로운 용매는 다시 추출관에 괸다. 이렇게 새로운 용매로 추출이 반복되고, 추출이 끝나면 플라스크를 떼어 속에 있는 액체를 증발시켜 비휘발성 성분인 최종 생성물이 플라스크 속게 남게 된다. 상기와 같은 단계를 포함하는 속실렛 추출기를 이용한 용매추출법에 의해 불순물이 제거된 건조된 생성물을 수득할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔 제조에 있어서, 속실렛 추출을 위한 속실렛 추출기의 구조를 개략적으로 나타낸 구조도이다. 도 2는 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2를 참조하여 이하 보다 구체적으로 설명한다.
도 2에 나타난 바와 같이, 상기 속실렛 추출기(100)는 재비기(30), 응축기(40) 및 추출기(50)를 포함하고, 부가적으로 상기 재비기(30)와 연결되어 재비기로 추출용매를 공급하는 추출용매 저장조(10), 상기 응축기(40)와 연결되어 응축기내 냉각수의 온도를 유지시키기 위한 냉각순환조(70), 그리고 상기 추출기(50)와 연결되어 추출용매를 추출기(50)에서 배출시키기 위한 사이폰 암(60)을 더 포함할 수 있다. 또, 상기 재비기(30), 응축기(40) 및 추출기(50)는 관을 통해 서로 연결되어 루프 1(a)을 형성하고, 상기 응축기(40)는 냉각순환조(70)와 관을 통해 서로 연결되어 루프 2(b)를 형성할 수 있다. 상기 루프 1(a)은 추출 공정 동안 추출용매가 순환하는 관로이며, 루프 2(b)는 냉각수가 순환하는 관로이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 속실렛 추출은 하기의 단계를 통하여 수행될 수 있다:
A 소수성 실리카 습윤겔을 추출기(50) 내로 공급하는 단계;
B 재비기(30)에 담긴 추출용매를 응축기(40)를 거쳐 상기 소수성 실리카 습윤겔이 들어있는 추출기(50) 안으로 흘려보내 추출을 수행하는 단계; 및
C 상기 추출의 결과로 수득된 추출용매를 추출기(50)로부터 배출(venting)하는 단계.
상기 단계 A는 소수성 실리카 습윤겔의 내부에 있는 불순물(나트륨 이온, 미반응물, 부산물, 물 등)을 제거하고, 건조된 소수성 실리카 에어로겔을 수득하기 위하여, 상기 소수성 실리카 습윤겔이 채워진 속실렛 팀블을 추출기(50) 안에 넣고 추출기(50)를 조립하는 단계이다. 상기 소수성 실리카 습윤겔은 앞서 언급한 바와 같이 소수성 실리카 리오겔이거나, 또는 소수성 실리카 하이드로겔일 수 있으며, 상기 소수성 실리카 습윤겔이 소수성 실리카 하이드로겔일 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 속실렛 추출은 세척 및 건조와 동시에 용매치환도 수행될 수 있다.
상기 단계 B는 추출용매를 추출기(50) 내부로 주입하여 불순물을 추출하기 위하여, 재비기(30)에 담긴 추출용매를 응축기(40)를 거쳐 상기 소수성 실리카 습윤겔이 들어있는 추출기(50) 안으로 흘려보내 속실렛 추출을 진행하는 단계이다.
상기 추출용매는 재비기(30)에서 기화되어 관을 통해 응축기(40)로 이송되고, 이송된 추출용매는 응축기(40)에 의해 액화되어 관을 통해 추출기(50)로 주입되어, 추출을 수행한다. 추출완료 후에는 사용된 추출용매는 추출기(50)로부터 배출되어 재비기(30)로 돌아온다. 즉, 상기 추출용매는 재비기(30)>>응축기(40)>>추출기(50)>>재비기(30)의 순으로 루프 1(a)을 따라 순환하면서 상기 소수성 실리카 습윤겔 내에 불순물을 추출할 수 있다. 특히, 사이폰 암(60)으로 인하여, 액화된 추출용매가 사이폰 암(60) 높이만큼 추출기(50) 내에 채워지면 중력에 의하여 추출기(50) 내의 추출용매가 모두 재비기(30)로 자동 이송되며, 이러한 속실렛 추출 과정이 반복되면서 불순물의 추출이 용이하게 이뤄질 수 있다.
상기 속실렛 추출 시, 상기 재비기(30)의 온도는 25℃ 내지 40℃, 응축기(40)의 온도는 -20℃ 내지 10℃일 수 있다. 또, 상기 속실렛 추출은 5 bar 내지 70 bar의 압력에서 수행될 수 있다. 이때 상기 압력은 사용하는 추출용매에 따라 상이할 수 있다. 또, 상기 속실렛 추출은 상기한 조건 하에서 1시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 속실렛 추출 시 사용가능한 추출 용매로는, 재비기에서는 용이하게 기화되고, 응축기에서는 용이하게 액화될 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로 상기 추출 용매로는 20℃ 내지 40℃의 온도 및 0.5 atm 내지 1.5 atm의 압력 조건에서 기체상으로 존재하는 화합물이 사용될 수 있다.
또, 상기 추출 용매는 속실렛 추출 공정시 용이하게 휘발되어 실리카졸 내 기공구조의 수축 및 균열을 방지할 수 있도록 20℃에서의 증기압(vapor pressure)이 100kPa 이상, 구체적으로는 100kPa 내지 10MPa인 것일 수 있다.
또, 상기 추출 용매는 건조 공정시 실리카졸 내 기공구조의 수축 및 균열을 방지할 수 있도록 낮은 표면장력을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로 상기 추출용매는 표면장력이 12mN/m 이하, 구체적으로는 0.1 내지 12 mN/m 인 것일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 추출 용매는 상기한 조건을 충족하는 이산화탄소 등의 비극성 용매; 또는 디메틸에테르 등의 극성 용매일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 추출 용매는 용매치환의 우수함을 고려할 때 이산화탄소와 같이 상기한 조건을 충족하는 비극성 용매일 수 있다.
한편, 상기 속실렛 추출은 5 bar 내지 70 bar의 압력에서 수행될 수 있는데, 상기 추출용매가 이산화탄소일 경우 상기 속실렛 추출 공정은 40 bar 내지 70 bar의 압력에서 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는 40 bar 내지 60 bar의 압력에서 수행될 수 있다. 또, 상기 추출용매가 디메틸에테르일 경우에는 상기 속실렛 추출은 5 bar 내지 20 bar의 압력에서 수행될 수 있다.
상기 단계 C는 추출 결과로 수득된 추출용매를 상기 추출기(50)로부터 제거하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하기 위한 것으로, 불순물의 추출이 완료된 후, 상기 재비기(30)와 응축기(40)를 끄고 추출기(50) 온도를 서서히 상승시켜 추출용매를 배출(venting) 함으로써 수행될 수 있다. 또, 상기 추출용매가 모두 배출되어 상압에 도달하면, 추출기(50)를 열어서 소수성 실리카 에어로겔을 수득할 수 있다.
또, 상기 속실렛 추출 후, 상기 실리카 에어로겔에 남아 있을 수 있는 추출용매의 제거를 위한 건조 공정, 구체적으로, 진공 건조 공정이 선택적으로 더 수행될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법은, 상기 속실렛 추출 후 건조 공정, 구체적으로, 진공 건조 공정을 선택적으로 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 건조 공정은 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기한 제조방법에 의해 제조된 소수성 실리카 에어로겔을 제공한다.
구체적으로, 상기 제조방법에 의해 제조된 소수성 실리카 에어로겔은 속실렛 추출 공정의 실시로 낮은 탭밀도와 높은 비표면적을 갖는 소수성 실리카 에어로겔 분말일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 소수성 실리카 에어로겔은 650 m2/g 내지 720 m2/g 범위의 비표면적 및 0.09 g/ml 내지 0.24 g/ml의 탭 밀도(Tap density)를 갖는 것일 수 있다. 또 상기 실리카 에어로겔 분말은 분말 총 중량에 대하여 9% 이상의 탄소함량을 갖는 것일 수 있다.
이와 같이 낮은 탭밀도와 높은 비표면적 그리고 높은 소수성을 갖는 실리카 에어로겔은 단열재, 극저유전 박막, 촉매, 촉매 담체, 또는 블랑켓 등의 다양한 분야에 사용될 수 있으며, 특히 상기와 같은 물성적 특성으로 낮은 열전도도를 갖기 때문에 단열 블랑켓의 제조에 유용할 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 보다 더 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
1-1) 소수성 실리카 리오겔 제조
물유리(영일화성, 실리카 함량 28~30 중량%, SiO2:Na2O=3.52:1)에 증류수를 넣어 실리카(SiO2) 함량이 4.35 중량%가 되도록 제조한 물유리 용액 100 g(약 100 ㎖)에 헥사메틸디실라잔 11.6 ㎖를 첨가하여 혼합하고, 여기에 120 ㎖의 n-헥산을 첨가하고 혼합하여 혼합용액을 제조하였다.
상기 혼합용액을 50℃로 유지시키고, 여기에 70% HNO3 4.6 ㎖를 첨가하고 3시간 동안 300 rpm으로 교반하여 반응을 진행하여 소수성 실리카 리오겔을 제조하였다.
1-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 실시예 1-1)에서 제조된 소수성 실리카 리오겔을 세척 및 건조하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하기 위하여, 속실렛 추출을 수행하였다.
먼저, 재비기와 응축기의 온도를 각각 30℃ 및 5℃로 맞추고, 온도가 유지되면 상기 소수성 실리카 리오겔을 속실렛 팀블 안에 채우고, 이를 추출기 안으로 넣어 조립하였다. 그 후, 상기 재비기의 압력이 60 bar가 되도록 액상 이산화탄소(CO2)(20℃에서의 증기압: 2.73MPa, 표면장력: 0.35mN/m)를 채우고, 7시간 동안 추출을 수행하였다. 추출이 끝난 후 재비기와 응축기를 끄고, 추출기 온도를 60℃로 서서히 올리면서 이산화탄소를 배출하였다. 이때, 이산화탄소를 빠르게 배출할 경우 팀블 내부에서 이산화탄소와 생성된 소수성 실리카 에어로겔 분말이 같이 얼어버릴 수 있으므로 천천히 배출한다. 배출 후 추가 건조 공정 없이 소수성 실리카 에어로겔을 제조하였다.
실시예 2
2-1) 소수성 실리카 리오겔의 제조
상기 실시예 1-1)과 동일한 방법을 통하여 소수성 실리카 리오겔을 제조하였다.
2-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 실시예 2-1)에서 제조된 소수성 실리카 리오겔을 세척 및 건조하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하기 위하여, 속실렛 추출을 수행하였다.
먼저, 재비기와 응축기의 온도를 각각 30℃ 및 -5℃로 맞추고, 온도가 유지되면 상기 소수성 실리카 리오겔을 속실렛 팀블 안에 채우고, 이를 추출기 안으로 넣어 조립하였다. 그 후, 상기 재비기에 액상 디메틸에테르(20℃에서의 증기압: 100kPa 초과, 표면장력: 11.7mN/m) 550 ㎖를 채우고, 5 bar의 압력에서 7시간 동안 추출을 수행하였다. 추출이 끝난 후 재비기와 응축기를 끄고, 추출기 온도를 60℃로 서서히 올리면서 디메틸에테르를 배출하였다. 이때, 디메틸에테르를 빠르게 배출할 경우 팀블 내부에서 디메틸에테르와 생성된 소수성 실리카 에어로겔 분말이 같이 얼어버릴 수 있으므로 천천히 배출한다. 배출 후 추가 건조 공정 없이 소수성 실리카 에어로겔을 제조하였다.
실시예 3
3-1) 소수성 실리카 하이드로겔 제조
물유리(영일화성, 실리카 함량 28~30 중량%, SiO2:Na2O=3.52:1)에 증류수를 넣어 실리카(SiO2) 함량이 4.35 중량%가 되도록 제조한 물유리 용액 100 g에 헥사메틸디실라잔 11.6 ㎖를 첨가하여 혼합하여 혼합용액을 제조하였다.
상기 혼합용액을 70℃로 유지시키고, 여기에 70% HNO3 4.6 ㎖를 첨가하고 25분 동안 300 rpm으로 교반하여 소수성 실리카 하이드로겔을 제조하였다.
3-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
소수성 실리카 리오겔 대신에 상기 실시예 3-1)에서 제조한 소수성 실리카 하이드로겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-2)와 동일한 방법을 통하여 속실렛 추출하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하였다.
실시예 4
4-1) 소수성 실리카 하이드로겔의 제조
상기 실시예 3-1)과 동일한 방법을 통하여 소수성 실리카 하이드로겔을 제조하였다.
4-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
소수성 실리카 리오겔 대신에 상기 실시예 4-1)에서 제조한 소수성 실리카 하이드로겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2-2)와 동일한 방법을 통하여 소수성 실리카 에어로겔을 제조하였다.
실시예 5
5-1) 소수성 실리카 리오겔 제조
헥사메틸디실라잔 대신에 1,1,3,3-테트라메틸디실라잔을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1)에서와 동일한 방법으로 수행하여 소수성 실리카 리오겔을 제조하였다.
5-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 실시예 5-1)에서 제조한 소수성 실리카 리오겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-2)와 동일한 방법을 통하여 속실렛 추출하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하였다.
실시예 6
6-1) 소수성 실리카 리오겔 제조
헥사메틸디실라잔 대신에 수화된 헥사메틸디실라잔을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1)에서와 동일한 방법으로 수행하여 소수성 실리카 리오겔을 제조하였다. 이때, 상기 수화된 헥사메틸디실라잔은 헥사메틸디실라잔 10 g과 증류수 10 g을 혼합하고 20시간 동안 교반하여 제조하였다.
6-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 실시예 6-1)에서 제조한 소수성 실리카 리오겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-2)와 동일한 방법을 통하여 속실렛 추출하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하였다.
실시예 7
7-1) 소수성 실리카 리오겔 제조
헥사메틸디실라잔 대신에 메틸 트리메톡시 실란을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1)에서와 동일한 방법으로 수행하여 소수성 실리카 리오겔을 제조하였다.
7-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 실시예 7-1)에서 제조한 소수성 실리카 리오겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-2)와 동일한 방법을 통하여 속실렛 추출하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하였다.
실시예 8
8-1) 소수성 실리카 리오겔 제조
헥사메틸디실라잔 대신에 수화된 메틸 트리메톡시 실란을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1)에서와 동일한 방법으로 수행하여 소수성 실리카 리오겔을 제조하였다.
8-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 실시예 8-1)에서 제조한 소수성 실리카 리오겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-2)와 동일한 방법을 통하여 속실렛 추출하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하였다.
실시예 9
9-1) 소수성 실리카 리오겔 제조
헥사메틸디실라잔 대신에 트리메틸실라놀을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1)에서와 동일한 방법으로 수행하여 소수성 실리카 리오겔을 제조하였다.
9-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 실시예 9-1)에서 제조한 소수성 실리카 리오겔을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1-2)와 동일한 방법을 통하여 속실렛 추출하여 소수성 실리카 에어로겔을 수득하였다.
비교예 1
1-1) 소수성 실리카 리오겔의 제조
상기 실시예 1-1)과 동일한 방법을 통하여 소수성 실리카 리오겔을 제조하였다.
1-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 비교예 1-1)에서 제조한 소수성 실리카 리오겔을 n-헥산(20℃에서의 표면장력: 17.9mN/m)으로 2회 세척한 후 150℃의 오븐에서 1시간 동안 건조하여 소수성 실리카 에어로겔을 제조하였다.
비교예 2
2-1) 소수성 실리카 하이드로겔의 제조
상기 실시예 3-1)과 동일한 방법을 통하여 소수성 실리카 하이드로겔을 제조하였다.
2-2) 소수성 실리카 에어로겔의 제조
상기 비교예 2-1)에서 제조한 소수성 실리카 하이드로겔을 n-헥산으로 2회 세척한 후 150℃의 오븐에서 1시간 동안 건조하여 소수성 실리카 에어로겔을 제조하였다.
하기 표 1에 실시예 1 내지 9, 및 비교예 1, 2에서 제조한 각 소수성 실리카 에어로겔을 정리하여 나타내었다.
구분 표면개질제 종류 습윤겔 종류 추출용매 세척/건조 방법
실시예 1 헥사메틸디실라잔 실리카 리오겔 이산화탄소 속실렛 추출
실시예 2 헥사메틸디실라잔 실리카 리오겔 디메틸에테르 속실렛 추출
실시예 3 헥사메틸디실라잔 실리카 하이드로겔 이산화탄소 속실렛 추출
실시예 4 헥사메틸디실라잔 실리카 하이드로겔 디메틸에테르 속실렛 추출
실시예 5 1,1,3,3-테트라메틸디실라잔 실리카 리오겔 이산화탄소 속실렛 추출
실시예 6 수화된 헥사메틸디실라잔 실리카 리오겔 이산화탄소 속실렛 추출
실시예 7 메틸트리메톡시실란 실리카 리오겔 이산화탄소 속실렛 추출
실시예 8 수화된 메틸트리메톡시실란 실리카 리오겔 이산화탄소 속실렛 추출
실시예 9 트리메틸실라놀 실리카 리오겔 이산화탄소 속실렛 추출
비교예 1 헥사메틸디실라잔 실리카 리오겔 n-헥산 고온 상압건조
비교예 2 헥사메틸디실라잔 실리카 하이드로겔 n-헥산 고온 상압건조
실험예 1: 물성평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 소수성의 구형 실리카 에어로겔의 탭 밀도(tap density), 비표면적 및 탄소 함량을 측정하고, 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1) 탭 밀도(Tap density)
탭 밀도는 밀도 측정기(TAP Density Volumeter, Engelsmann Model STAV II)를 이용하여 분석하였다.
2) 비표면적(BET 표면적)
비표면적은 Micrometrics의 3Flex 기기를 이용하여 부분압(0.11<p/po<1)에 따라 흡착되는 질소 가스의 흡착량으로 분석하였다.
3) 탄소 함량
탄소 분석기를 이용하여 탄소 함량을 측정하였다.
구분 탭 밀도(g/㎖) 비표면적(m2/g) 탄소 함량(중량%)
실시예 1 0.09 720 10.73
실시예 2 0.18 690 10.39
실시예 3 0.14 700 11.3
실시예 4 0.24 650 12.2
실시예 5 0.10 720 10.33
실시예 6 0.09 710 10.73
실시예 7 0.15 690 10.01
실시예 8 0.14 700 9.30
실시예 9 0.14 700 10.05
비교예 1 0.09 710 10.32
비교예 2 0.22 650 11.4
표 2에 나타난 바와 같이, 속실렛 추출방법을 이용한 본 발명의 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법에 의해 제조된 실시예 1 내지 9의 소수성 실리카 에어로겔은, 낮은 탭 밀도와 높은 비표면적, 그리고 높은 소수성을 나타내었으며, 실시예 1 내지 9의 소수성 실리카 에어로겔의 물성적 특성 및 소수화도의 개선 효과는 종래 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법에 의해 제조된 비교예 1 및 2와 비교하여 동등 수준 이상이었다.
또, 소수성 실리카 에어로겔 제조를 위해 사용한 소수성 실리카 습윤겔이 리오겔인 경우, 속실렛 추출용매로서 비극성의 이산화탄소를 사용하여 제조한 실시예 1의 소수성 실리카 에어로겔은, 디메틸에테르를 추출용매로서 사용한 실시예 2의 소수성 실리카 에어로겔에 비해, 더 낮은 탭밀도 및 더 높은 비표면적과 소수화도를 나타내었다. 이로부터, 소수성 실리카 리오겔에 대한 속실렛 추출시 이산화탄소와 같은 비극성의 추출용매 사용에 의해 제조되는 소수성 실리카 에어로겔의 물성적 특징을 더욱 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
또, 상기 소수성 실리카 습윤겔이 하이드로겔인 경우, 속실렛 추출용매로서 비극성의 이산화탄소를 사용하여 제조한 실시예 3의 소수성 실리카 에어로겔은 디메틸에테르를 추출용매로서 사용한 실시예 4의 소수성 실리카 에어로겔과 비교하여 탄소함량은 낮은 반면, 더 낮은 탭밀도 및 더 큰 비표면적을 나타내었다. 이 같은 결과는 소수성 실리카 하이드로겔을 이용한 소수성 실리카 에어로겔의 제조시 속실렛 추출 동안에 소수성 실리카 하이드로겔에 대한 세척 및 건조와 함께 용매치환이 일어나게 되는데, 이때 비극성의 이산화탄소가 극성의 디메틸에테르 보다 용매치환의 면에서 보다 유리하기 때문에 실리카 하이드로겔의 건조 동안에 비표면적의 감소 및 기공 구조의 변화가 작았다. 그 결과 최종 제조되는 소수성 실리카 에어로겔의 탭밀도 및 비표면적의 개선 효과 면에서는 추출용매가 이산화탄소와 같은 비극성 용매인 경우가 보다 우수함을 알 수 있다.
또, 동일한 추출 용매를 이용한 속실렛 추출에 의해 실리카 에어로겔 제조시, 실리카 리오겔을 이용하여 제조한 실시예 1 및 2의 실리카 에어로겔은, 실리카 하이드로겔을 이용하여 제조한 실시예 3 및 4와 비교하여, 속실렛 추출 동안에 용매치환 없이 안정적으로 세척 및 건조가 수행되기 때문에 보다 개선된 탭밀도 및 비표면적을 나타내었다. 반면, 실리카 하이드로겔을 이용하여 제조한 실시예 3 및 4의 실리카 에어로겔은 그 제조과정에서 n-헥산과 같은 비수성 유기 용매가 사용되지 않았기 때문에 표면개질제의 농도가 상대적으로 높아져 실리카 리오겔을 이용하여 제조한 실시예 1 및 2의 실리카 에어로겔에 비해 높은 탄소 함량을 나타내었다.
또, 동일한 추출 용매를 이용한 속실렛 추출에 의해 실리카 에어로겔 제조시, 표면개질제를 다양하게 변경하여 실리카 리오겔을 제조한 실시예 1, 5 내지 9를 살펴보면, 표면개질제로서 디실라잔계 화합물 또는 그 수화물을 사용한 실시예 1, 5 및 6의 실리카 에어로겔이 실란계 화합물 또는 실라놀계 화합물을 사용한 실시예 7 내지 9에 비해 보다 개선된 물성적 특성 및 소수화도를 나타내었다. 이 같은 결과는, 실시예 1, 5 및 6에서 사용한 디실라잔계 화합물의 경우 분자내 소수성기인 알킬기의 비율이 실시예 7 내지 8에서 사용한 실란 및 실라놀계 화합물에 더 높기 때문에 최종 제조되는 실리카 에어로겔에서의 소수화도 및 물성적 특성을 더욱 개선시킬 수 있었다.
상기한 실험 결과로부터, 본 발명에 따른 속실렛 추출을 이용한 제조방법에 의해 낮은 탭밀도와 높은 비표면적, 그리고 높은 소수성을 갖는 실리카 에어로겔이 제조될 수 있으며, 상기 속실렛 추출에 의해 세척, 건조 그리고 필요한 경우 용매치환이 동시에 수행됨으로써 종래의 제조방법에 비해 보다 용이하게 소수성 실리카 에어로겔의 제조가 가능함을 알 수 있다.
100: 속실렛 추출기
10: 추출용매 저장조
30: 재비기
40: 응축기
50: 추출기
60: 사이폰 암
70: 냉각 순환조

Claims (28)

  1. 소수성 실리카 습윤겔을 속실렛 추출하는 단계를 포함하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 실리카 습윤겔은 물유리 용액에 표면개질제 및 무기산을 첨가하고 반응시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 표면개질제는 물유리 용액에 대하여 1:0.05 내지 1:0.3의 부피비로 첨가되고;
    상기 물유리 용액은 0.1 중량% 내지 10 중량%의 실리카를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 표면개질제는 실란계 화합물, 실록산계 화합물, 실라놀계 화합물, 실라잔계 화합물 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 표면개질제는 헥사알킬디실라잔, 테트라알킬디실라잔, 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 표면개질제는 헥사메틸디실라잔, 수화된 헥사메틸디실라잔 및 테트라메틸디실라잔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 반응은 25℃ 내지 80℃의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 무기산은 질산, 염산, 아세트산, 황산 및 불산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 물유리 용액에 비극성 유기용매를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비극성 유기용매는 헥산, 헵탄, 톨루엔 및 크실렌으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하는것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소수성 실리카 습윤겔은 소수성 실리카 리오겔 또는 소수성 실리카 하이드로겔인 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출시 상기 소수성 실리카 습윤겔에 대한 용매치환, 세척 및 건조가 동시에 수행되는 것인 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은,
    A) 소수성 실리카 습윤겔을 추출기 내에 공급하는 단계;
    B) 재비기에 담긴 추출용매를 응축기를 거쳐 상기 소수성 실리카 습윤겔이 들어있는 추출기 안으로 흘려보내 추출을 수행하는 단계; 및
    C) 상기 추출의 결과로 수득된 추출용매를 배출(venting)하는 단계를 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 추출용매는 재비기에서 기화되어 응축기로 이송되고, 상기 응축기에서 액화되어 추출기 안으로 이송되는 것인 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 추출용매가 재비기, 응축기 및 추출기 순으로 순환하면서 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 25℃ 내지 40℃의 재비기 온도, -20℃ 내지 10℃의 응축기 온도 및 5 bar 내지 70 bar의 압력에서 수행하는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 20℃ 내지 40℃의 온도 및 0.5atm 내지 1.5 atm의 압력 조건에서 기체상으로 존재하는 추출용매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 20℃에서의 증기압이 100kPa 이상인 추출용매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 표면장력이 12mN/m 이하인 추출용매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 이산화탄소 또는 디메틸에테르를 추출용매로 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 이산화탄소를 추출용매로 하여 40 bar 내지 70 bar의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 디메틸에테르를 추출용매로 하여 5 bar 내지 20 bar의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 속실렛 추출은 표면장력이 0.1 내지 12mN/m인 비극성의 추출용매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔의 제조방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 소수성 실리카 에어로겔.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 소수성 실리카 에어로겔은 소수성 실리카 에어로겔 분말인 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 소수성 실리카 에어로겔 분말은 650 m2/g 내지 720 m2/g 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 소수성 실리카 에어로겔 분말은 0.09 g/ml 내지 0.24 g/ml의 탭 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 소수성 실리카 에어로겔.
  28. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 소수성 실리카 에어로겔을 포함하는 블랑켓.
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