KR20190058275A - 고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법 - Google Patents

고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190058275A
KR20190058275A KR1020180097399A KR20180097399A KR20190058275A KR 20190058275 A KR20190058275 A KR 20190058275A KR 1020180097399 A KR1020180097399 A KR 1020180097399A KR 20180097399 A KR20180097399 A KR 20180097399A KR 20190058275 A KR20190058275 A KR 20190058275A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silica
thermal conductivity
blanket
airgel blanket
silica airgel
Prior art date
Application number
KR1020180097399A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102190889B1 (ko
Inventor
강태경
이제균
오경실
전현우
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to JP2020524350A priority Critical patent/JP7105881B2/ja
Priority to CN201880070154.4A priority patent/CN111278773B/zh
Priority to PCT/KR2018/009999 priority patent/WO2019103287A1/ko
Priority to US16/761,565 priority patent/US11485892B2/en
Priority to EP18881479.2A priority patent/EP3715331B1/en
Publication of KR20190058275A publication Critical patent/KR20190058275A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102190889B1 publication Critical patent/KR102190889B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14Solid materials, e.g. powdery or granular
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157After-treatment of gels
    • C01B33/158Purification; Drying; Dehydrating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157After-treatment of gels
    • C01B33/158Purification; Drying; Dehydrating
    • C01B33/1585Dehydration into aerogels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/042Magnesium silicates, e.g. talc, sepiolite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/0605Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances by sublimating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/28Compounds of silicon
    • C09C1/30Silicic acid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/02Particle morphology depicted by an image obtained by optical microscopy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/10Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/54Particles characterised by their aspect ratio, i.e. the ratio of sizes in the longest to the shortest dimension
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10Solid density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32Thermal properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/02Compounds of alkaline earth metals or magnesium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법에 관한 것으로서, 실리카 에어로겔 블랭킷 제조 공정 중 실리카 전구체 용액 제조 단계에 침상형 금속-실리카 복합체를 첨가함으로써, 고단열, 고강도, 고내열성 및 저분진의 특성을 갖는 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조할 수 있다.

Description

고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법{METHOD FOR PREPARING SILICA AEROGEL BLANKET WITH HIGH THERMAL INSULATION AND HIGH STRENGTH}
본 발명은 고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법에 관한 것이다.
실리카 에어로겔 블랭킷은 에어로겔에 무기 섬유를 도입하여 구조를 강화하고 사용성을 크게 높인 제품으로, 매우 낮은 열전도도를 바탕으로 다양한 산업 분야에 활용되고 있다.
하지만 약 400 ℃ 이상의 고온에서는 열전도도가 급격히 상승하는 경향을 나타내며, 650 ℃ 이상의 초고온에서는 주성분인 실리카의 용융 온도를 초과하면서 심각한 수축이 발생하게 된다.
이러한 문제점들로 인해 사용 온도 범위가 600 ℃ 이하로 제한되는 단점이 있으며 이를 극복하기 위해서는 비중이 높은 무기 첨가제를 도입하거나, 사용하는 섬유 자체의 밀도를 높임으로써 에어로겔 블랭킷의 전체적인 밀도를 높이는 방법이 사용되고 있다. 에어로겔 블랭킷의 밀도가 높아지게 되면 초고온 하에서도 심각한 수축을 방지할 수 있어 열전도도의 급격한 증가를 막을 수 있기 때문이다.
하지만 위에 언급한 방법을 통해 에어로겔 블랭킷의 밀도를 높이는 경우 열처리 후 열전도도의 증가를 둔화시킬 수는 있지만, 무기 첨가제와 고밀도 섬유의 영향으로 열처리 전의 상온에서의 열전도도가 눈에 띄게 높아지는 문제가 발생한다.
따라서, 에어로겔 블랭킷의 활용도를 높이고 사용 범위를 넓히기 위해서는 단열 성능의 저하를 최소화하면서 에어로겔 블랭킷의 밀도를 높일 수 있는 방법의 개발이 필요하다.
특허공개공보 제10-2012-0070948호 (2012.07.02)
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 열처리 이후에도 단열 성능이 우수한 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 고강도, 고내열성 및 저분진의 특성을 갖는 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 실리카 에어로겔 블랭킷 제조 공정 중 실리카 전구체 용액 제조 단계에 침상형 금속-실리카 복합체를 첨가하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 실리카 에어로겔 블랭킷을 제공한다.
본 발명에 따른 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법에 의하면, 열처리 이후에도 열전도도의 상승이 최소화되어 단열 성능이 우수한 고단열의 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법에 의하면, 고강도, 고내열성 및 저분진의 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 구체적인 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에서 사용한 침상형 금속-실리카 복합체의 광학 현미경 사진이다(x 100).
도 2는 본 발명의 실시예의 실리카 에어로겔 블랭킷에 대한 형태안정성 실험 이후의 모습을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예의 실리카 에어로겔 블랭킷에 대한 형태안정성 실험이후의 모습을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 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 실리카 에어로겔은 실리카 전구체 용액 제조 - 겔화 반응 - 숙성 - 표면개질 - 건조의 단계를 거쳐 제조된다. 그러나 상기 실리카 에어로겔은 다공성 구조로 인해 매우 낮은 기계적 강도를 갖기 때문에 기존의 단열섬유인 무기섬유 또는 유기섬유 등의 섬유상 블랭킷에 에어로겔을 함침하여 결합시킨 에어로겔 복합체(실리카 에어로겔 블랭킷)를 제조하여 사용하고 있다.
그러나 상기 실리카 에어로겔 블랭킷은 약 400 ℃ 이상의 고온에서는 열전도도가 급격히 상승하는 경향을 나타내며, 650 ℃ 이상의 초고온에서는 주성분인 실리카의 용융 온도를 초과하면서 심각한 수축이 발생하는 문제점이 있다.
상기 문제점을 극복하기 위해 종래에는 무기 첨가제를 도입하거나, 사용하는 섬유 자체의 밀도를 높임으로써 에어로겔 블랭킷의 전체적인 밀도를 높여 전달되는 복사 에너지를 감소시켜 열처리 이후에도 열전도도의 상승을 둔화시키려는 시도가 있었으나, 상기 시도들은 무기 첨가제와 고밀도 섬유의 영향으로 열처리 전의 상온에서의 열전도도가 눈에 띄게 높아지는 또 다른 문제를 발생시켰다.
이에 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 열처리하여도 열전도도의 상승이 최소화되어 단열 성능이 우수한 고단열의 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법은 실리카 에어로겔 블랭킷 제조 공정 중 실리카 전구체 용액 제조 단계에 침상형 금속-실리카 복합체 입자를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 침상형 금속-실리카 복합체는 구체적으로 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체인 것으로서, 일반 에어로겔에 비해 높은 밀도를 가지면서도 일반 무기 금속 첨가제에 비해 열전도도가 낮은 바, 열처리 후에도 열전도도의 상승을 최소화할 수 있다.
구체적으로 에어로겔 블랭킷 제조 시 첨가제로 무기 금속 분말을 사용하는 경우 비중이 높아 밀도를 증가시키기 쉬워 열처리 후의 열전도도의 증가를 둔화시킬 수는 있으나, 무기 금속 자체의 열전도도가 매우 높기 때문에 열처리 전에도 열전도도가 눈에 띄게 증가한다.
반면, 본 발명에서 사용한 침상형 금속-실리카 복합체는 높은 밀도를 가져 실리카 에어로겔 블랭킷에 대한 열처리 이후에도 열전도도의 증가를 둔화시킬 있으면서도, 무기 금속 분말에 비해 상대적으로 낮은 열전도도를 갖기 때문에 실리카 에어로겔 블랭킷의 상온 열전도도 상승을 최소화 할 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용할 수 있는 침상형 금속-실리카 복합체는 산성 용액에 물유리 용액을 첨가하고, 이후 금속염을 포함하는 용액을 첨가하여 침상형의 중간체를 형성한 뒤 염기성 촉매를 첨가하여 겔화 반응을 수행하여 금속-실리카 복합 습윤겔을 제조한 뒤 세척 및 건조하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 침상형 금속-실리카 복합체의 금속은 Ca, Mg 또는 이들의 혼합일 수 있으며, 실리카와의 반응성을 고려하여 Ca이 가장 바람직하다.
구체적으로 본 발명에서 사용하는 침상형 금속-실리카 복합체는 밀도가 0.3 내지 0.8 g/ml, 보다 구체적으로 0.4 내지 0.5 g/ml 인 것을 특징으로 한다. 침상형 금속-실리카 복합체가 상기 범위의 밀도를 가지는 경우, 최종 실리카 에어로겔 블랭킷의 밀도 조절이 용이하기 때문이다.
상기 범위의 밀도를 갖는 침상형 금속-실리카 복합체를 사용하여 제조한 본 발명의 실리카 에어로겔 블랭킷의 밀도는 190 내지 265 kg/m3, 190 내지 240 kg/m3, 보다 구체적으로 200 내지 240 kg/m3 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실리카 에어로겔 블랭킷의 밀도가 상기 범위보다 작은 경우, 실리카 에어로겔 블랭킷의 열처리 이후 열전도도가 증가하는 문제가 있을 수 있으며, 상기 범위보다 큰 경우, 실리카 에어로겔 블랭킷의 밀도가 지나치게 높아 상온 열전도도가 크게 증가하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 침상형 금속-실리카 복합체의 종횡비(aspect ratio)는 1:10 내지 1:30, 구체적으로는 1:10 내지 1:20 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 종횡비(aspect ratio)란 입자의 길이 대비 직경의 값을 의미하는 것으로, 비구형 첨가제에 있어 종횡비는 가장 기본적인 물성값에 해당한다.
본 발명의 침상형 금속-실리카 복합체는 상기 우수한 종횡비를 갖는 바, 첨가 시 섬유와 유사한 형태를 갖기 때문에 실리카 에어로겔이 형성될 때 실리카 에어로겔 내부에 쉽게 도입되고, 섬유에 잘 흡착되어 실리카 에어로겔 블랭킷의 구조를 크게 강화시켜주며, dust를 감소시킬 수 있어, 고강도 및 저분진의 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 침상형 금속-실리카 복합체는 고유 특성인 높은 내열성까지 가지고 있어, 750 ℃ 이상의 초고온에 노출되었을 때의 수축 현상이 다른 첨가제를 사용했을 때에 비해 눈에 띄게 감소하여 내열성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 종횡비가 1:10 보다 작은 경우, 침상형이 갖는 구조 강화 효과가 감소될 수 있으며, 종횡비가 1:30 를 초과하는 경우, 침상형 입자 자체의 강도가 크게 약화되어 에어로겔 블랭킷 제조 과정 중 침상형 입자의 형태를 유지하지 못하고 쉽게 부서지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 제조방법은 상기 침상형 금속-실리카 복합체를 적절한 양으로 첨가하며, 구체적으로 실리카 전구체 용액에 포함된 실리카 대비 50 내지 200 중량%, 보다 구체적으로 50 내지 170 중량% 로 첨가할 수 있다.
상기 범위 미만으로 첨가하는 경우, 본 발명이 목적하는 열처리 전후 모두에서의 우수한 열전도도를 구현할 수 없는 문제가 있을 수 있으며, 상기 범위를 초과하여 첨가하는 경우, 실리카 에어로겔 블랭킷의 밀도가 지나치게 상승하여 상온 열전도도가 증가하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법에 의해 제조되어 침상형 금속-실리카 복합체를 포함하는 실리카 에어로겔 블랭킷을 제공한다.
본 발명의 실리카 에어로겔 블랭킷은 상온 열전도도는 20 mw/mk 이하, 더 구체적으로는 19 mw/mk 이하이며, 열처리 이후 열전도도의 증가가 최소화되는 바, 2 시간 동안 600 ℃ 에서 열처리한 이후의 상온 열전도도 증가율이 9.5 % 이하, 구체적으로 7.5 % 이하, 보다 구체적으로 2.5 % 이하인 것으로서, 단열 성능이 우수한 것을 특징으로 한다.
한편, 상온 열전도도 증가율(%)은 '(열처리 후의 상온 열전도도 - 열처리하기 전의 상온 열전도도)/(열처리하기 전의 상온 열전도도)] X 100' 로 계산될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실리카 에어로겔 블랭킷을 포함하고, 물에 대해 불투과성이고, 수증기에 대해 투과성인 층을 더 포함하는 절연재를 제공할 수 있다. 상기 실리카 에어로겔 블랭킷 표면에 형성된 상기 추가의 층이 물에 대해 불투과성인 경우 절연재가 적용된 설비 또는 기기에 물이 침투하는 것을 방지하여 물로 인한 부식을 방지할 수 있으며, 수증기에 대해 투과성인 경우, 절연재가 적용된 설비 또는 기기에서 수증기를 밖으로 투과시켜 내부에서 수증기가 응결되는 것을 방지하여 수증기로 인한 부식을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 물에 대해 불투과성이고, 수증기에 대해 투과성인 층은 셀룰로오스 물질일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법에 의해 제조된 실리카 에어로겔 블랭킷은 고단열, 고강도, 고내열성 및 저분진의 특성을 가져 다양한 산업 분야에 더욱 높은 활용도를 가질 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
제조예 : 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체 제조
반응기에 1.0 내지 3.0 M 농도의 황산 용액 100 ml 을 준비하고, 여기에 황산 용액/물유리 용액 ≥ 3 molar ratio 인 농도의 물유리 용액 100 ml을 투입하였다. 0.5 시간 후에 황산과 동일한 농도의 염화칼슘(CaCl2·2H2O) 용액 100 ml 을 천천히 적가하고, 교반 속도 100 내지 300 rpm으로 교반한 뒤, 반응 온도 60 내지 100 ℃ 에서 1 내지 3 시간 동안 침전 반응을 수행하였다. 상기 침전 반응이 완료된 후 염기 촉매(NH4OH)를 넣어 pH 범위를 7 내지 8로 맞추어 겔화 반응을 진행하여 금속-실리카 습윤겔 복합체를 제조하였다.
이후, 불순물을 제거하기 위하여 증류수로 3 내지 5 회 세척하고, 에탄올을 통해 용매 치환 후, 150 ℃ 의 온도에서 2 시간 동안 상압 건조하여 수분 함유량을 2 중량% 이내로 맞추어 최종적으로 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체 분말을 제조하였다.
실시예 1: 실리카 에어로겔 블랭킷 제조
테트라에틸오르소실리케이트(TEOS), 물 및 에탄올을 실리카:물:에탄올의 질량비가 1:2:16 되도록 혼합하여 실리카 전구체 용액 100 ml을 제조하였다.
상기 실리카 전구체 용액에 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체 분말을 실리카 전구체 용액에 포함된 실리카 중량 대비 150 중량%(실리카 전구체 용액 대비 7.3 wt%)가 되도록 첨가하여 30 분간 교반하였다.
이후, 상기 실리카 전구체 혼합 용액에 상기 전구체 혼합 용액 대비 1 vol% 의 암모니아를 전구체 혼합 용액 대비 12 vol% 의 에탄올에 희석시킨 촉매 용액을 첨가한 후 유리섬유에 casting하여 겔화를 유도하였다.
겔화 완료 후, 1 내지 10 vol%의 암모니아 용액을 이용하여 25 내지 80 ℃에서 25 내지 100 분간 Aging을 실시하였으며, 상기 Aging이 완료된 샘플의 소수화를 위해 1 내지 10 vol%의 HMDS를 첨가하여 소수화 반응을 1 내지 24 시간 진행하였다.
상기 소수화 반응이 완료된 실리카 에어로겔 습윤겔을 7.2 L 초임계 추출기(extractor)에 넣고 CO2 를 주입하였다. 이후 추출기 내의 온도를 1 시간에 걸쳐 60 ℃로 승온하고, 60 ℃, 100 bar 에서 초임계 건조하여 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.
실시예 2 내지 4
상기 실시예 1에서, 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체 분말을 하기 표 1에 기재된 양으로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서, 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체 분말을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서, 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체 분말 대신 무기 금속 분말(Kaolinite)을 하기 표 1에 기재된 양으로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.
실험예 : 실리카 에어로겔 블랭킷의 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 실리카 에어로겔 블랭킷의 각 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1, 도 1 및 도 2에 나타내었다.
1) Final density (kg/m3)
실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 실리카 에어로겔 블랭킷에 대해 10 cm X 10 cm 크기의 에어로겔 블랭킷 샘플 5개를 준비한 뒤 각각의 무게를 측정하고, NETZSCH社의 HFM 436 Lambda장비(열전도도 측정 장비)로 샘플의 두께를 측정한다. 측정된 무게와 두께 및 크기로 밀도를 계산하여 샘플 5개의 평균 밀도를 Final density로 결정한다.
2) 상온 열전도도 (mW/mK, 25 ℃)
실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 실리카 에어로겔 블랭킷에 대해 30 cm X 30 cm 크기의 샘플을 준비하고, NETZSCH社의 HFM 436 Lambda장비를 이용하여 열처리하기 전의 상온 열전도도를 측정하고, 600 ℃ 에서 2 시간 동안 열처리 이후 다시 상온으로 냉각시켜 열처리 후의 상온 열전도도를 측정하였다.
상온 열전도도 증가율(%)= (열처리 후의 상온 열전도도 - 열처리하기 전의 상온 열전도도)/(열처리하기 전의 상온 열전도도)] X 100
3) 형태안정성
실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 실리카 에어로겔 블랭킷에 대해 1 시간 동안 750 ℃ 로 열처리하여 실리카 에어로겔 블랭킷의 수축 발생 여부를 관찰하였다.
◎: 육안으로 블랭킷의 수축이 관찰되지 않는 경우
○: 블랭킷 전체적으로 경미한 수축이 관찰되는 경우
△: 블랭킷 전체적으로 수축이 관찰되는 경우
X: 블랭킷 전체적으로 심각한 수축이 관찰되는 경우
첨가제 첨가량
(wt%)
Final density (kg/m3) 상온 열전도도 (mW/mK, 25 ℃) 형태안정성
열처리 전 열처리 후 증가율(%)
실시예 1 침상형 금속-실리카 복합체 150 239 18.71 19.21 2.6
실시예 2 100 220 18.50 19.23 3.9
실시예 3 50 197 18.03 19.39 7.5
실시예 4 170 238 18.92 19.38 2.4
비교예 1 - - 178 17.81 19.99 12.2 X
비교예 2 Kaolinite 150 243 20.68 21.30 2.9
(Final density 비교)
침상형 금속-실리카 복합체 분말을 첨가한 실시예의 실리카 에어로겔 블랭킷의 밀도가 첨가제를 첨가하지 아니한 비교예 1의 밀도보다 큰 것을 확인할 수 있었으며, 고온 열처리 이후의 열전도도 증가율을 살펴보면, 상기 밀도가 큰 실시예가 밀도가 작은 비교예 1에 비해 열전도도 증가가 둔화된 것을 알 수 있었다.
(상온 열전도도 비교)
첨가제를 첨가하지 아니한 비교예 1의 실리카 에어로겔 블랭킷은 고온 열처리 이후의 상온 열전도도가 현저하게 상승한 것을 확인할 수 있었다.
반면, 실리카 전구체 용액에 침상형 금속-실리카 복합체 분말을 첨가한 실시예의 실리카 에어로겔 블랭킷은 열처리 후 상온 열전도도의 상승이 비교예 1에 비해 둔화된 것을 확인할 수 있었다.
이를 통해 실시예의 실리카 에어로겔 블랭킷이 고단열 성능을 가진다는 것을 알 수 있었다.
한편, 무기 금속 분말(Kaolinite)을 첨가한 비교예 2는 열처리 이후 상온 열전도도의 증가율은 크지 않았으나, 열처리 전에도 상온 열전도도 자체가 높아 단열 성능이 실시예 대비 우수하지 못함을 알 수 있었다.
(형태안정성 비교)
도 2에서 보는 바와 같이, 실리카 전구체 용액에 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체 분말을 첨가한 실시예 1 및 4는, 초고온 열처리 후에도 비교적 형태안정성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
반면, 도 3에서 보는 바와 같이, 첨가제를 첨가하지 아니한 비교예 1의 실리카 에어로겔 블랭킷은 750 ℃ 의 초고온 열처리 후 블랭킷이 전체적으로 심각하게 수축된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실리카 전구체 용액에 무기 금속 분말을 첨가한 비교예 2의 실리카 에어로겔 블랭킷 역시 초고온 열처리 후 블랭킷이 전체적으로 수축된 것을 확인할 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

  1. 실리카 에어로겔 블랭킷 제조 공정 중 실리카 전구체 용액 제조 단계에 침상형 금속-실리카 복합체를 첨가하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 침상형 금속-실리카 복합체는 침상형 금속-실리카 에어로겔 복합체인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 침상형 금속-실리카 복합체는 밀도가 0.3 내지 0.8 g/ml 인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 침상형 금속-실리카 복합체의 종횡비(aspect ratio)는 1:10 내지 1:30 인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 침상형 금속-실리카 복합체는 실리카 전구체 용액에 포함된 실리카 중량 대비 50 내지 200 중량% 로 첨가하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 침상형 금속-실리카 복합체의 금속은 Ca, Mg 또는 이들의 혼합인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 블랭킷의 밀도는 190 내지 265 kg/m3 인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 블랭킷은 상온 열전도도가 20 mw/mk 이하인 것을 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 블랭킷은 2 시간 동안 600 ℃ 에서 열처리 이후 상온 열전도도 증가율이 9.5 % 이하인 것을 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법.
  10. 침상형 금속-실리카 복합체를 포함하는 실리카 에어로겔 블랭킷.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔 블랭킷은 상온 열전도도가 20 mw/mk 이하이고, 2 시간 동안 600 ℃ 에서 열처리 이후 상온 열전도도 증가율이 9.5 % 이하인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 블랭킷.
  12. 제10항의 실리카 에어로겔 블랭킷; 및
    물에 대해 불투과성이고, 수증기에 대해 투과성인 층을 더 포함하는 절연재.
KR1020180097399A 2017-11-21 2018-08-21 고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법 KR102190889B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020524350A JP7105881B2 (ja) 2017-11-21 2018-08-29 高断熱及び高強度シリカエアロゲルブランケットの製造方法
CN201880070154.4A CN111278773B (zh) 2017-11-21 2018-08-29 具有高隔热性和高强度的二氧化硅气凝胶毡的制备方法
PCT/KR2018/009999 WO2019103287A1 (ko) 2017-11-21 2018-08-29 고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법
US16/761,565 US11485892B2 (en) 2017-11-21 2018-08-29 Method for producing silica aerogel blanket having high thermal insulation and high strength
EP18881479.2A EP3715331B1 (en) 2017-11-21 2018-08-29 Method for producing silica aerogel blanket having high thermal insulation and high strength

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20170155223 2017-11-21
KR1020170155223 2017-11-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190058275A true KR20190058275A (ko) 2019-05-29
KR102190889B1 KR102190889B1 (ko) 2020-12-14

Family

ID=66672541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180097399A KR102190889B1 (ko) 2017-11-21 2018-08-21 고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11485892B2 (ko)
EP (1) EP3715331B1 (ko)
JP (1) JP7105881B2 (ko)
KR (1) KR102190889B1 (ko)
CN (1) CN111278773B (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100710887B1 (ko) * 2006-04-21 2007-04-27 요업기술원 에어로젤 블랑켓트의 제조 방법
KR20070052269A (ko) * 2004-06-29 2007-05-21 아스펜 에어로겔, 인코포레이티드 에너지 효율적이고 절연된 건물 외피들
KR20120070948A (ko) 2010-12-22 2012-07-02 주식회사 화인텍 단열 성능을 지닌 소수성 실리카 에어로젤 분말의 제조방법
CN106431168A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 成都新柯力化工科技有限公司 一种常压干燥制备大块状柔性气凝胶的方法
KR20170104914A (ko) * 2016-03-08 2017-09-18 주식회사 엘지화학 에어로겔 블랑켓의 제조방법 및 이로부터 제조된 에어로겔 블랑켓

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4430642A1 (de) * 1994-08-29 1996-03-07 Hoechst Ag Aerogel- und Xerogelverbundstoffe, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung
DE4430669A1 (de) 1994-08-29 1996-03-07 Hoechst Ag Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Xerogelen, sowie ihre Verwendung
JP4895597B2 (ja) 2005-12-13 2012-03-14 川崎重工業株式会社 高性能断熱構造
KR101556800B1 (ko) 2007-03-23 2015-10-01 버드에어, 인코포레이티드 건축용 멤브레인 구조물 및 이의 제조 방법
KR101079308B1 (ko) 2008-11-12 2011-11-04 한국세라믹기술원 에어로젤 블랑켓의 제조방법
KR101129375B1 (ko) 2009-05-04 2012-03-20 유미선 물유리 및 에어로겔로부터 제조된 세라믹 다공체 및 이의 제조방법
CN102010179B (zh) * 2010-12-20 2013-05-22 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 一种含有纤维的二氧化硅气凝胶复合隔热材料的制备方法
JP6026504B2 (ja) 2012-03-23 2016-11-16 井前工業株式会社 断熱材組成物、これを用いた断熱材、及び断熱材の製造方法
WO2014032226A1 (zh) * 2012-08-27 2014-03-06 Sun Yingui 人造常温雪
BR112017006480B1 (pt) 2014-10-03 2022-10-11 Aspen Aerogels, Inc. Compósito em aerogel reforçado e método para preparar um compósito em aerogel reforçado
CN104446305B (zh) 2014-11-17 2016-08-24 广州大学 一种硫酸钙晶须气凝胶隔热复合材料及其制备方法
EP3305727B1 (en) 2015-06-01 2020-01-01 LG Chem, Ltd. Method for preparing metal oxide-silica composite aerogel
WO2017043721A1 (ko) * 2015-09-10 2017-03-16 주식회사 엘지화학 실리카 에어로겔 포함 블랑켓 및 이의 제조방법
EP3235788B1 (en) * 2015-09-10 2019-10-09 LG Chem, Ltd. Blanket comprising silica aerogel and manufacturing method therefor
KR101931569B1 (ko) * 2015-11-03 2018-12-21 주식회사 엘지화학 소수성의 산화금속-실리카 복합 에어로겔의 제조방법 및 이로부터 제조된 소수성의 산화금속-실리카 복합 에어로겔
KR101938369B1 (ko) * 2015-12-09 2019-01-14 주식회사 엘지화학 산화금속-실리카 복합 에어로겔의 제조방법 및 이로부터 제조된 산화금속-실리카 복합 에어로겔
WO2017155311A1 (ko) * 2016-03-08 2017-09-14 주식회사 엘지화학 에어로겔 블랑켓의 제조방법 및 이로부터 제조된 에어로겔 블랑켓
CN105837244B (zh) * 2016-04-01 2018-06-12 山东省科学院新材料研究所 一种环保型硅酸镁纤维毡增强二氧化硅气凝胶复合材料及其制备方法
KR102152215B1 (ko) * 2017-04-07 2020-09-04 주식회사 엘지화학 침상형 금속-실리카 복합 에어로겔 입자 제조방법 및 이에 의해 제조된 침상형 금속-실리카 복합 에어로겔 입자

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070052269A (ko) * 2004-06-29 2007-05-21 아스펜 에어로겔, 인코포레이티드 에너지 효율적이고 절연된 건물 외피들
KR100710887B1 (ko) * 2006-04-21 2007-04-27 요업기술원 에어로젤 블랑켓트의 제조 방법
KR20120070948A (ko) 2010-12-22 2012-07-02 주식회사 화인텍 단열 성능을 지닌 소수성 실리카 에어로젤 분말의 제조방법
KR20170104914A (ko) * 2016-03-08 2017-09-18 주식회사 엘지화학 에어로겔 블랑켓의 제조방법 및 이로부터 제조된 에어로겔 블랑켓
CN106431168A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 成都新柯力化工科技有限公司 一种常压干燥制备大块状柔性气凝胶的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111278773B (zh) 2023-03-28
EP3715331B1 (en) 2022-02-23
EP3715331A1 (en) 2020-09-30
EP3715331A4 (en) 2021-01-06
CN111278773A (zh) 2020-06-12
US20200332168A1 (en) 2020-10-22
JP2021501113A (ja) 2021-01-14
US11485892B2 (en) 2022-11-01
KR102190889B1 (ko) 2020-12-14
JP7105881B2 (ja) 2022-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101079308B1 (ko) 에어로젤 블랑켓의 제조방법
KR101015430B1 (ko) 실리카 에어로겔 분말의 제조방법
KR101868682B1 (ko) 금속산화물-실리카 복합 에어로겔의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속산화물-실리카 복합 에어로겔
KR101907737B1 (ko) 금속산화물-실리카 복합 에어로겔의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속산화물-실리카 복합 에어로겔
KR101064869B1 (ko) 유연성을 갖는 실리카 에어로젤 제조방법
KR100710887B1 (ko) 에어로젤 블랑켓트의 제조 방법
KR20110082379A (ko) 고단열 에어로젤 함침 섬유의 제조 방법
KR20140146814A (ko) 제조비용을 절감한 실리카 에어로겔 분말의 제조방법
KR20170071285A (ko) 산화금속-실리카 복합 에어로겔의 제조방법 및 이로부터 제조된 산화금속-실리카 복합 에어로겔
KR20090118200A (ko) 카본 에어로겔의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조된카본 에어로겔
KR101870958B1 (ko) 카테콜 계열 화합물로 표면 개질된 에어로젤 및 이의 제조방법
CN113526513B (zh) 块状木质素-二氧化硅复合气凝胶
CN107365426B (zh) 一种聚酰亚胺基复合气凝胶及其可控制备方法与应用
KR20190058275A (ko) 고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법
CN116535788A (zh) 一种ptfe复合介质材料及其制备方法与应用
CN113307306B (zh) 复合硅石气凝胶材料及其制备方法与应用
KR101111662B1 (ko) 건조조절 화학첨가제를 이용한 대면적 실리카 에어로젤 막의 제조 방법
CN105778091A (zh) 一种高模量、低收缩交联型聚酰亚胺气凝胶材料的制备方法
TWI568841B (zh) Anti - fire material of organic foam combined with airgel and its manufacturing method
TWI568840B (zh) Wooden material combined with airgel fireproof material and its manufacturing method
KR101708496B1 (ko) 낮은 열팽창계수를 가지는 유기-무기 하이브리드 및 이의 제조방법
US9315632B1 (en) Process for preparing epoxy-reinforced silica aerogels
US11981576B2 (en) Method for recycling supercritical waste liquid generated during process of producing silica aerogel blanket
WO2019103287A1 (ko) 고단열 및 고강도 실리카 에어로겔 블랭킷 제조방법
CN115784765B (zh) 一种柔性气凝胶/碳泡沫多孔复合材料

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