KR20200037989A - 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제 - Google Patents

실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외면합지층과 내면합지층 사이에 심지층으로 이루어진 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 있어서 심지층의 한쪽면 또는 양쪽면에 단열성이 우수한 실리카 에어로겔 분말을 사용하여 접착제에 실리카 에어로겔 분말의 단열성을 부여함으로써 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 관한 것이다.

Description

실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제{airogel adhensive coating component}
본 발명은 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외면합지층과 내면합지층 사이에 심지층으로 이루어진 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 있어서 심지층의 한쪽면 또는 양쪽면에 단열성이 우수한 실리카 에어로겔 분말을 사용하여 접착제에 실리카 에어로겔 분말의 단열성을 부여함으로써 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 관한 것이다.
골판지는 중앙부에 요철형으로 절곡 형성된 골심지의 일측면 또는 양측면에 표면지와 이면지를 접착시켜 형성한 것을 말한다. 골판지를 제조하는 과정은 골심지의 소재가 되는 골심지용 종이롤을 풀어 가이드 로울러와 다수의 장력 로울러를 거쳐 외주면 전체에 소정의 크기로 톱니형 요철을 형성한 한 쌍의 골 성형 로울러를 'S'자 형으로 통과시키며, 이 과정에서 평면의 종이가 요철형의 골심지로 형성되고, 이대 골 성형 로울러의 하측에 접착제 도포 로울러와 접착제 통이 밀착되어 구동하면서 성형되는 골심지의 이면에 접착제를 도포하게 된다.
성형 로울러의 하부에는 표면지를 안내하는 두개의 안내 로울러가 설치되어 표면지롤로부터 공급되는 표면지를 안내함과 동시에 성형 로울러와 안내 로울러가 접동되어 표면지가 골심지에 일정한 압력으로 접착 이송된다. 성형 로울러와 안내 로울러는 고온을 유지하도록 가열하여 종이에 함유된 수분을 증발시키며 성형하게 되어 골심지의 성형이 안정적으로 이루어질 수 있으며, 표면지도 고온으로 가열하여 수분을 증발시킴과 동시에 로울러 표면에 밀착이송하는 과정에서 주름이 없이 펴진 상태로 이송 공급되어 고온에서 접착성능이 뛰어난 전분을 주원료로 한 접착제에 의해 골심지의 표면이 접착 형성된다.
종래의 골판지는 요철형상으로 반복 절곡된 골심지와 표면지의 접착력만으로 강도를 유지시키고 변형을 방지해야 하는 것이므로 이중 양면 골판지를 주로 사용하게 되어 골판지상자의 무게가 무거워지고 종이 원료가 많이 소모되어 원가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명에 의한 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지를 제조하는 방법에는 일반적으로 알려져 있는 임의의 실리카 에어로겔 분말이 사용될 수 있다. 이러한 에어로겔 분말은 일반적으로 졸-겔화 공정으로 제조된다. 졸-겔화공정은 당업자에게는 널리 공지된 졸-겔기술[RKColloid Chemistry of Silica and Silicates 1954, chapter 6; CJ Brinker, GW Scherer, Sol-Gel Science, 1990, Chaps 2 and 3 참고]을 기초로 하여 행해질 수 있다. 즉, 에어로겔 분말 전구체의 졸-겔화 공정으로 습윤 겔을 제조하고 습윤 겔을 건조하므로써 에어로겔 분말이 얻어진다. 습윤겔은 구체적으로는 졸-겔화 공정 도중의 에어로겔 분말 전구체와 물의 반응에 의한 가수분해, 축합반응 및 숙성과정을 거처 얻어진다. 예를 들어, 알코올 용매 중에서 에어로겔 분말 전구체와 물에 촉매를 첨가함으로써 가수분해가 진행되며, 가수분해물의 축합반응이 진행되어 "졸" 상태의 화합물이 형성된다. 이때, 축합반응은 염기 또는 산 촉매 존재하에 행할 수 있으나, 메탈알콕사이드를 사용하는 경우 염기 촉매를 사용하는 것이 좀더 바람직하다. 졸 상태의 용액이 겔화된 후 충분한 시간동안 숙성시켜 습윤 겔로 제조된다.
본 발명에 따라 제공되는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지 제조방법은 단열접착제를 제조하거나 기능성 광물물질을 첨가하는 종래기술에 비하여 단열 성능 효과가 획기적으로 우수하다. 특히 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 증가시키면서 불연성 실리카의 화학적 특성으로 인하여 내화성을 증가시킬수 있다. 본 발명에 따른 실리카 에어로겔 분말 단열 골판지는 실리카 에어로겔 분말의 함량을 조절함으로써 다양한 접착성, 도포성 등이 제공된다.
본 발명은 단열성이 우수한 실리카 에어로겔 분말을 사용하여 접착제에 실리카 에어로겔 분말의 단열성을 부여함으로써 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 외면합지층과 내면합지층 사이에 심지층으로 이루어진 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 있어서 심지층의 한쪽면 또는 양쪽면에 단열재 실리카 에어로겔층이 도포된 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 관한 것이다.
본 발명에서는 단열성이 우수한 실리카 에어로겔 분말을 첨가하여 간단하게 단열성 및 내화성이 향상된 접착제풀을 구성할 수 있으며 단열 특성을 극대화시키는 실리카 에어로겔을 함유한 단열성 및 내화성 골판지를 제조하고자 한다.
도 1은 본 발명의 포장재용 에어로겔 접착코팅제를 나타낸 분해단면도.
도 2는 본 발명의 포장재용 에어로겔 접착코팅제를 나타낸 분해단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지 제조 방법을 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.
본 발명은 외면합지층(11)과 내면합지층(12) 사이에 심지층(13)으로 이루어진 포장박스의 접착코팅제에 있어서, 상기 접착코팅제는 포장박스 심지층의 한쪽면 또는 양쪽면에 코팅되는 실리카 에어로겔로 이루어진 것을 특징으로 하는 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 에어로겔 접착코팅제는 접착제에 단열재 실리카 에어로겔 분말을 혼합하여 사용된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 에어로겔 접착코팅제는 아크릴접착제 또는 전분질 접착제인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 에어로겔 접착코팅제는 접착제 베이스에 실리카 에어로겔 분말을 접착제 100 중량부 당 20 내지 90 중량부 혼합하여 사용된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 에어로겔 접착코팅제는 단열특성을 발현하는 실리카 에어로겔을 실리카 에어로겔이 함침될 유기용매에 대한 중량비로 10 내지 90 중량비 되게 비극성 유기용매에 함침시킨 단열재 실리카 에어로겔층으로 이루어진 것을 특징한다.
본 발명에 있어서 비극성 유기용매는 n-헥산, 사이크로헥산, DMF를 비롯하여 -OH기를 갖지 않는 비극성 유기용매를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 에어로겔 접착코팅제는 유기용매가 함침된 실리카에어로겔을 용융된 고분자수지와 혼합하여 실리카 에어로겔이 혼합된 고분자수지로부터 나노섬유를 제조하여 나노미터 수준의 기공을 갖도록 적층하고 상기 실리카 에어로겔이 상기 나노미터 수준의 기공 내에 함유되어 그 기공과 분리되지 않도록 나노섬유와 함께 적층되어 나노섬유 방사포 시트 또는 매트를 제조하여 제조된 단열재 실리카에어로겔 시트인 것을 특징으로 한다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명은 외면합지층(11)과 내면합지층(12) 사이에 심지층(13)으로 이루어진 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 있어서 심지층의 한쪽면 또는 양쪽면에 단열재 실리카 에어로겔층이 도포되어 있어 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지를 제공할 수 있다.
도 1과 같이 본 발명에서 외면합지층(11)과 내면합지층(12) 사이에 심지층(13)이 한개의 층으로 구성되거나 도 2와 같이 외면합지층(11)과 내면합지층(12) 사이에 심지층(13)이 2개 이상의 다수개 층으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명에 있어서 단열재 실리카 에어로겔층은 접착제에 단열재 실리카 에어로겔 분말을 혼합하여 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명에 있어서 접착제는 아크릴접착제 또는 전분질 접착제인 것을 사용하여 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명에 있어서 단열재 실리카 에어로겔층은 접착제 베이스에 실리카 에어로겔 분말을 접착제 100 중량부 당 20 내지 90 중량부 혼합하여 사용된 것을 사용하여 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명에 있어서 단열재 실리카 에어로겔층은 단열특성을 발현하는 실리카 에어로겔을 실리카 에어로겔이 함침될 유기용매에 대한 중량비로 10 내지 90 중량비 되게 비극성 유기용매에 함침시킨 단열재 실리카 에어로겔층으로 이루어진 것을 사용하여 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명에 있어서 실리카 에어로겔을 함침하는 비극성 유기용매는 n-헥산, 사이크로헥산, DMF를 비롯하여 -OH기를 갖지 않는 비극성 유기용매를 사용하는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명에 있어서 단열재 실리카 에어로겔층은 유기용매가 함침된 실리카에어로겔을 용융된 고분자수지와 혼합하여 실리카 에어로겔이 혼합된 고분자수지로부터 나노섬유를 제조하여 나노미터 수준의 기공을 갖도록 적층하고 상기 실리카 에어로겔이 상기 나노미터 수준의 기공 내에 함유되어 그 기공과 분리되지 않도록 나노섬유와 함께 적층되어 나노섬유 방사포 시트 또는 매트를 제조하여 제조된 단열재 실리카에어로겔 시트인 것을 사용하여 나노 다공성인 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 최대한 유지할 수 있으며 실리카의 불연성으로 인하여 내화성의 기능을 증가시킬 수 있는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 골판지를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명은 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 골판지에 관한 것이다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명에서 전분질 접착제풀 베이스에 실리카 에어로겔 분말(밀도 005~03g/ml, 열전도율 5~30mW/mK)을 혼합 경우 실리카 에어로겔 분말의 입도가 20㎛ 내지 50㎛이면 바람직하며, 만약 입도가 20㎛보다 작으면 너무 가벼워 접착풀 베이스 내에 골고루 분산이 어려우며, 실리카 에어로겔 분말의 입도가 50㎛를 초과하는 경우는 입도가 너무 커서 접착시에 접착층의 두께가 울퉁불퉁해져서 매끄러운 접착을 할 수 없게 된다.
도 1 내지 도 2와 같이 본 발명에서 첨가하는 실리카 에어로겔 분말의 양은 접착제 100 중량부 당 20 내지 90 중량부가 바람직하며, 만일 20 중량부 보다 첨가량이 적을 경우는 단열성능이 제대로 나오지 않으며 실리카 에어로겔 분말의 첨가량이 90 중량부를 넘게 되는 경우는 접착제의 접착력이 너무 작아져서 시공이 불가능해질 수 있다.
또한 본 발명에서 전분질 접착은 전분과 물을 혼합하여 제조되는 수용성 풀이므로 소수성 실리카 에어로겔 분말을 단순히 혼합할 경우에는 실리카 에어로겔 분말이 섞이지 않고 수용액 상부에 떠 있거나 섞이더라도 고르게 분산되질 못하는 단점이 있다.
따라서 본 발명에서 소수성 실리카 에어로겔 분말을 에탈올과 혼합하여 슬러리 상태로 만든 후에 접착제에 혼합하면 효과적으로 분산시킬 수 있다. 본 발명에 의해 구성된 실리카 에어로겔 분말을 함유한 접착제에 시공방법에 맞춰 물을 적당히 첨가하여 간편하게 사용할 수 있다. 실리카 에어로겔 분말의 단열특성을 그대로 유지하기 위해서는 표면이 소수성으로 개질된 실리카 에어로겔 분말을 사용해야 접착제 혼합시 실리카 에어로겔 분말 내부에 수분이 침투하지 못하여 나노 다공성이 그대로 유지할 수 있다.
본 발명에 따라 제공되는 실리카 에어로겔을 함유한 접착제는 단열접착제를 제조하거나 기능성 광물물질을 첨가하는 종래기술에 비하여 간단한 공정으로 구성할 수 있으며 실리카 에어로겔 분말의 단열 특성을 그대로 유지함으로써 접착제의 단열 특성을 극대화시킴은 물론 내화성을 개선시킬 수 있다.
실시예 1
소수성 실리카 에어로겔 분말 120g에 에탈올 100ml를 혼합하여 교반하여 슬러리를 만든다. 전분질 분말 200g에 물 350g을 혼합한 후에 100℃로 40분간 가열하면서 겔 상태로 만들고 슬러리 상태의 실리카 에어로겔 분말을 첨가하여 20분간 교반한다. 교반물을 식힌 후에 점도 조절제로서 물 100g을 더 넣고 고르게 분산될 때까지 20분간 교반하였다. 혼합된 교반물의 열전도율 측정을 위해 시판(30㎝× 30㎝× 1㎝)에 일정량의 교반물을 도포하여 접착한 후 건조하여 열전도율(hotplate)을 측정하였다. 이때 열전도율은 0049kcal/mh이며, 실리카 에어로겔 접착층 두께는 052mm였다.
본 발명은 단열특성을 발현하는 실리카 에어로겔을 실리카 에어로겔이 함침될 유기용매에 대한 중량비로 20 내지 90 중량비 되게 비극성 유기용매에 함침시킨 단열재 실리카 에어로겔층으로 이루어진 것이다.
본 발명에서 실리카 에어로겔을 함침하는 비극성 유기용매는 n-헥산, 사이크로헥산, DMF를 비롯하여 -OH기를 갖지 않는 비극성유기용매를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 유기용매가 함침된 실리카에어로겔을 용융된 고분자수지와 혼합하여 실리카 에어로겔이 혼합된 고분자수지로부터 나노섬유를 제조하여 나노미터 수준의 기공을 갖도록 적층하고 상기 실리카 에어로겔이 상기 나노미터 수준의 기공 내에 함유되어 그 기공과 분리되지 않도록 나노섬유와 함께 적층되어 나노섬유 방사포 시트 또는 매트를 제조하여 제조된 실리카에어로겔 시트를 사용하는 것이 바람직하다.
< 실시예 2>
실리카 에어로겔 20g에 DMF 10ml을 함침시킨다. 그리고 실란 1ml을 가해서 실리카 에어로겔의 표면개질을 한다. 또한 PAN 34g을 DMF 15ml에 완전히 녹인 다음 이 PAN용액에 상기의 표면개질되고 DMF가 함침된 실리카에어로겔을 넣고 잘 교반하여 전기방사용 원료 혼합물을 준비한다. 전기방사 시스템의 토출부에 장입하기 전 원료혼합물의 점도는 토출부를 빠져나와 흘러내리지 않고 액적을 만들 수 있을 정도로 유지한다. 전압을 30,000V의 조건으로 유지하며 나노방사를 진행하고 방사되어 나오는 나노섬유를 적층시킨다. 적층포의 두께는 사용 용도에 따라 임의로 조정가능하다. 적층포의 두께가 02~05mm 되면 나노방사된 적층포를 취하여 160℃ 정도에서 건조시킴으로서 실리카 에어로겔이 적층포 내부로부터 이탈되지 않는 PAN수지로 형성된 실리카 에어로겔 단열시트를 얻는다.
< 실시예 3>
* 일반 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 바나나를 저장한 경우
Figure pat00001
* 본 발명의 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 바나나를 저장한 경우
Figure pat00002
본 발명의 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 바나나를 넣고 바나나에 대한 저장기간 테스트를 실시하였다. 일반 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 바나나를 저장한 경우 3일 경과한 상태에서 바나나가 물러지고 색깔이 변색되었다. 그러나 본 발명의 포장재용 에어로겔 접착코팅제에 바나나를 저장한 경우 3일 경과한 경우에도 바나나가 물러지지 않고 색깔이 변색되지 않으며 장기간 저장이 가능하였다.
본 발명의 포장재용 에어로겔 접착코팅제는 일반 대기 중에서 장기간 보관이 어려운 바나나, 수삼, 버섯, 야채 등과 같은 제품을 포장하여 상당기간 제품이 물러지거나 변색되는 것을 방지할 수 있으며, 더 나아가서 제품의 부패를 상단기간 방지할 수 있다.
10: 포장재용 에어로겔 접착코팅제 11: 외면합지층
12: 내면합지층 13: 심지층

Claims (7)

  1. 외면합지층(11)과 내면합지층(12) 사이에 심지층(13)으로 이루어진 포장박스의 접착코팅제에 있어서, 상기 접착코팅제는 포장박스 심지층의 한쪽면 또는 양쪽면에 코팅되는 실리카 에어로겔로 이루어진 것을 특징으로 하는 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 에어로겔 접착코팅제는 접착제에 단열재 실리카 에어로겔 분말을 혼합하여 사용된 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 에어로겔 접착코팅제는 아크릴접착제 또는 전분질 접착제인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 에어로겔 접착코팅제는 접착제 베이스에 실리카 에어로겔 분말을 접착제 100 중량부 당 20 내지 90 중량부 혼합하여 사용된 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 에어로겔 접착코팅제는 단열특성을 발현하는 실리카 에어로겔을 실리카 에어로겔이 함침될 유기용매에 대한 중량비로 10 내지 90 중량비 되게 비극성 유기용매에 함침시킨 단열재 실리카 에어로겔층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 비극성 유기용매는 n-헥산, 사이크로헥산, DMF를 비롯하여 -OH기를 갖지 않는 비극성 유기용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 에어로겔 접착코팅제는 유기용매가 함침된 실리카에어로겔을 용융된 고분자수지와 혼합하여 실리카 에어로겔이 혼합된 고분자수지로부터 나노섬유를 제조하여 나노미터 수준의 기공을 갖도록 적층하고 상기 실리카 에어로겔이 상기 나노미터 수준의 기공 내에 함유되어 그 기공과 분리되지 않도록 나노섬유와 함께 적층되어 나노섬유 방사포 시트 또는 매트를 제조하여 제조된 단열재 실리카에어로겔 시트인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔 분말층으로 이루어진 단열성 및 내화성 포장재용 에어로겔 접착코팅제.


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