KR20210038106A - Manufacturing method for metal foam - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원은 금속폼의 제조 방법에 관한 것이다. The present application relates to a method of manufacturing a metal foam.
금속폼(metal foam)은 경량성, 에너지 흡수성, 단열성, 내화성 또는 친환경 등의 다양하고 유용한 특성을 가진다. 이에 따라, 금속폼은 경량 구조물, 수송 기계, 건축 자재 또는 에너지 흡수 장치 등을 포함하는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 또한, 금속폼은 높은 비표면적을 가질 뿐만 아니라, 액체, 기체 등의 유체 또는 전자의 흐름을 보다 향상시킬 수 있으므로, 열 교환 장치용 기판, 촉매, 센서, 액츄에이터, 2차 전지, 연료 전지 등에 적용되어 유용하게 사용될 수 있다.Metal foam has a variety of useful properties such as light weight, energy absorption, heat insulation, fire resistance, or eco-friendliness. Accordingly, the metal foam can be applied to various fields including lightweight structures, transport machinery, building materials or energy absorbing devices. In addition, metal foam not only has a high specific surface area, but can further improve the flow of fluids or electrons such as liquids and gases, so it is applied to substrates for heat exchange devices, catalysts, sensors, actuators, secondary cells, fuel cells, etc. And can be usefully used.
일반적으로는, 금속 성분을 포함하는 슬러리를 이용해서 금속폼 전구체를 형성하고, 그 금속폼 전구체를 소결하는 방식으로 금속폼을 제조한다. 금속폼 전구체를 소결하는 방법으로는, 퍼니스(furnace) 등의 가열 장치를 사용해서 열을 인가하거나, 전자기장을 인가하여 금속 성분에 와전류를 발생시켜서, 그 금속 성분의 저항에 의해 발생한 줄열(Joule heat)을 발생시키는 방식(“유도 가열”로도 칭한다)이 알려져있다. 그러나, 전자의 경우 열처리 특성 상 특정 온도까지 승온시키고, 냉각시키는 과정이 필수적으로 수반되기에, 오랜 시간 동안 소요되는 문제가 있다. 후자의 경우, 상대적으로 빠른 시간 동안에 소결할 수 있다. 그러나, 후자의 경우 적용 가능한 금속 성분의 종류가 제한된다. 후자의 경우 전자기장 인가에 의해 발열할 수 있는 금속 성분만 적용 가능하기 때문이다. 또한, 후자의 경우, 그 금속폼 전구체를 지지하는 기판의 종류 또한 제한된다. 후자의 경우 금속 성분의 발열에 의해 소결하는 것이어서, 그 기판의 소재가 열의 인가로도 쉽게 변형되지 않아야 하기 때문이다. In general, a metal foam is manufactured by forming a metal foam precursor using a slurry containing a metal component and sintering the metal foam precursor. As a method of sintering the metal foam precursor, heat is applied using a heating device such as a furnace or an electromagnetic field is applied to generate an eddy current in a metal component, and Joule heat generated by the resistance of the metal component. ) (Also referred to as “induction heating”) is known. However, in the case of the former, since the process of raising the temperature to a specific temperature and cooling it is necessarily accompanied due to the heat treatment characteristics, there is a problem that it takes for a long time. In the latter case, it can be sintered for a relatively fast time. However, in the latter case, the types of applicable metal components are limited. This is because in the latter case, only metal components that can generate heat by applying an electromagnetic field can be applied. In addition, in the latter case, the type of substrate supporting the metal foam precursor is also limited. In the latter case, it is sintered by heat generation of a metal component, so the material of the substrate must not be easily deformed even by the application of heat.
본 출원에서는, 우수한 기공도 및 재료적 물성 등을 가지는 금속폼을, 적용되는 금속 성분과 금속폼을 지지하는 기판의 종류의 제한 없이도, 빠른 시간 내에 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다. In the present application, one object of the present application is to provide a method of manufacturing a metal foam having excellent porosity and material properties in a short time without limitation of the type of substrate supporting the applied metal component and the metal foam. It is done.
본 출원에서 용어 금속폼은, 금속을 주성분으로 포함하는 다공성 구조체를 의미한다. 상기에서 금속을 주성분으로 한다는 것은, 금속폼의 전체 중량을 기준으로 금속 또는 금속 합금의 비율이 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상인 경우를 의미한다. 상기 주성분으로 포함되는 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%일 수 있다. In the present application, the term metal foam refers to a porous structure containing a metal as a main component. In the above, the use of metal as the main component means that the ratio of the metal or metal alloy based on the total weight of the metal foam is 55% by weight or more, 60% by weight or more, 65% by weight or more, 70% by weight or more, 75% by weight or more, 80 It means a case of at least 85% by weight, at least 90% by weight, or at least 95% by weight. The upper limit of the proportion of the metal contained as the main component is not particularly limited, and may be, for example, 100% by weight.
본 출원에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상온에서 측정한 것이다. 용어 상온은 가온 또는 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 약 10 °C 내지 30 °C의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23 °C 또는 약 25 °C 정도의 온도를 의미할 수 있다. Among the physical properties mentioned in the present application, when the measurement temperature affects the property, the properties are measured at room temperature, unless otherwise specified. The term room temperature is a natural temperature that is not heated or reduced, and may mean, for example, any temperature within the range of about 10 °C to 30 °C, a temperature of about 23 °C or about 25 °C. .
본 출원에서, 단위 “중량부”는 어떤 성분의 다른 성분에 대한 상대적인 중량을 의미하며, g, kg, lb 등의 절대적 수치를 의미하는 것은 아니다. In the present application, the unit “parts by weight” refers to the relative weight of a component with respect to other components, and does not mean an absolute value such as g, kg, or lb.
본 출원은 금속폼의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원의 금속폼의 제조 방법은, 적어도 그린 구조체를 소결하는 단계를 포함한다. The present application relates to a method of manufacturing a metal foam. The method of manufacturing the metal foam of the present application includes at least sintering the green structure.
본 출원에서, 그린 구조체는, 상기 소결 등과 같이 금속폼을 형성하기 위해 수행되는 공정을 거치기 전의 구조체, 즉 금속폼이 생성되기 전의 구조체로서, 경우에 따라 금속폼 전구체로도 칭한다. 또한, 상기 그린 구조체는, 다공성 금속폼 전구체, 혹은 다공성 그린 구조체라고도 호칭되더라도 반드시 그 자체로 다공성일 필요는 없으며, 최종적으로 다공성의 금속 구조체인 금속폼을 형성할 수 있는 것이라면, 편의상 다공성 그린 구조체 혹은 다공성 금속폼 전구체로도 호칭될 수 있다. In the present application, the green structure is a structure before undergoing a process performed to form a metal foam such as sintering, that is, a structure before the metal foam is generated, and is sometimes referred to as a metal foam precursor. In addition, the green structure, even if it is also referred to as a porous metal foam precursor or a porous green structure, does not necessarily have to be porous by itself, and if it can finally form a metal foam that is a porous metal structure, for convenience, a porous green structure or It may also be referred to as a porous metal foam precursor.
한편, 상기 그린 구조체가 다공성 구조체인 경우, 상기 그린 구조체의 기공도는 30 % 내지 90 % 의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 그린 구조체의 기공도는, 다른 예시에서, 35 % 이상, 40 % 이상, 45 % 이상, 50 % 이상, 55 % 이상, 60 % 이상, 65 % 이상, 70 % 이상, 75 % 이상 또는 80 % 이상일 수 있고, 85 % 이하 또는 80 % 이하일 수 있다. Meanwhile, when the green structure is a porous structure, the porosity of the green structure may be in the range of 30% to 90%. The porosity of the green structure is, in another example, 35% or more, 40% or more, 45% or more, 50% or more, 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, or 80% It may be greater than or equal to 85% or less or 80% or less.
상기 그린 구조체는 적어도 슬러리를 이용하여 형성될 수 있고, 그 슬러리는 적어도, 금속 성분, 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제를 포함할 수 있다. The green structure may be formed using at least a slurry, and the slurry may contain at least a metal component, an aqueous solvent, an organic solvent, and a surfactant.
본 출원에서는, 특정의 소결 방식을 채택하기 때문에, 상기 슬러리에 적용되는 금속 성분의 종류는 특별히 제한되지 않는 이점이 있다. 예를 들어, 상기 금속 성분으로는, 어떤 금속 혹은 그 금속을 포함하는 합금을 포함하는 성분을 적용할 수 있다. 그 비제한적인 예시로서, 상기 금속으로는, 구리, 몰리브덴, 철, 니켈, 코발트, 은, 백금, 금, 알루미늄, 크롬, 인듐, 주석말, 마그네슘, 인, 아연, 망간 또는 이들의 조합 등이 적용될 수 있다. 상기에서 상기 금속을 포함하는 합금은, 상기 예시된 금속 중에서 2종 이상의 합금을 의미할 수 있다. In the present application, since a specific sintering method is adopted, there is an advantage that the type of metal component applied to the slurry is not particularly limited. For example, as the metal component, a component including a certain metal or an alloy containing the metal can be applied. As a non-limiting example, the metal includes copper, molybdenum, iron, nickel, cobalt, silver, platinum, gold, aluminum, chromium, indium, tin powder, magnesium, phosphorus, zinc, manganese, or a combination thereof. Can be applied. In the above, the alloy containing the metal may mean two or more types of alloys among the exemplified metals.
일 예시에서, 상기 그린 구조체를 형성하는 상기 금속 성분은 분말(powder) 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 성분 내의 금속 또는 그 합금들은, 평균 입경이 약 1 μm 내지 100 μm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 평균 입경은, 다른 예시에서, 2 μm 이상, 3 μm 이상, 4 μm 이상, 5 μm 이상, 6 μm 이상, 7 μm 이상, 8 μm 이상, 9 μm 이상 또는 10 μm 이상일 수 있고, 95 μm 이하, 90 μm 이하, 85 μm 이하, 80 μm 이하, 75 μm 이하, 70 μm 이하, 65 μm 이하, 60 μm 이하, 55 μm 이하, 50 μm 이하, 45 μm 이하, 40 μm 이하, 35 μm 이하, 30 μm 이하, 25 μm 이하, 20 μm 이하, 15 μm 이하 또는 10 μm 이하일 수 있다. 상기 평균 입경은, 목적하는 금속폼의 형태, 예를 들어, 금속폼의 두께나 기공도 등을 고려하여 적절한 범위로 선택할 수 있고, 이는 특별히 제한되지 않는다. 본 출원에서 금속 성분의 평균 입경은, 공지의 입도 분석 방식에 의해 구해질 수 있고, 예를 들면, 상기 평균 입경은, 소위 D50 입경일 수 있다.In one example, the metal component forming the green structure may be in the form of a powder. For example, the metal or alloys thereof in the metal component may have an average particle diameter in the range of about 1 μm to 100 μm. The average particle diameter, in another example, may be 2 μm or more, 3 μm or more, 4 μm or more, 5 μm or more, 6 μm or more, 7 μm or more, 8 μm or more, 9 μm or more, or 10 μm or more, and 95 μm or less , 90 μm or less, 85 μm or less, 80 μm or less, 75 μm or less, 70 μm or less, 65 μm or less, 60 μm or less, 55 μm or less, 50 μm or less, 45 μm or less, 40 μm or less, 35 μm or less, 30 It may be μm or less, 25 μm or less, 20 μm or less, 15 μm or less, or 10 μm or less. The average particle diameter may be selected in an appropriate range in consideration of the shape of the desired metal foam, for example, the thickness or porosity of the metal foam, and this is not particularly limited. In the present application, the average particle diameter of the metal component may be obtained by a known particle size analysis method, and for example, the average particle diameter may be a so-called D50 particle diameter.
금속 분말의 형태도, 목적하는 기공률이나 기공 크기 등을 고려하여 선택되는 것으로서, 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 상기 금속 성분이 분말 형태인 경우, 상기 분말 형태의 금속 성분은 수지상(dentritic)의 성분이거나 판상(plate-type)의 성분일 수 있다. The shape of the metal powder is also selected in consideration of a desired porosity or pore size, and is not particularly limited. For example, when the metal component is in a powder form, the metal component in the powder form is dentritic. It may be a component of or a plate-type component.
슬러리 내에서 금속 성분의 비율은 특별히 제한되지 않고, 목적하는 정도나 공정 효율 등을 고려하여 선택될 수 있다. 일 예시에서, 슬러리 내에서의 금속 성분의 비율은 중량을 기준으로 0.5 % 내지 95 % 정도일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속 성분의 비율은, 다른 예시에서, 1 중량% 이상, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상, 50 중량% 이상 또는 55 중량% 이상일 수 있고, 90 중량% 이하, 85 중량% 이하, 80 중량% 이하, 75 중량% 이하, 70 중량% 이하, 65 중량% 이하, 60 중량% 이하, 55 중량% 이하일 수 있다. The ratio of the metal component in the slurry is not particularly limited, and may be selected in consideration of a desired degree or process efficiency. In one example, the proportion of the metal component in the slurry may be about 0.5% to 95% by weight, but is not limited thereto. The proportion of the metal component, in another example, 1% by weight or more, 5% by weight or more, 10% by weight or more, 15% by weight or more, 20% by weight or more, 25% by weight or more, 30% by weight or more, 35% by weight or more , 40% by weight or more, 45% by weight or more, 50% by weight or more, or 55% by weight or more, and 90% by weight or less, 85% by weight or less, 80% by weight or less, 75% by weight or less, 70% by weight or less, 65% by weight % Or less, 60% by weight or less, and 55% by weight or less.
전술한 것처럼, 그린 구조체를 형성하는 슬러리는, 상기 금속 성분과 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제를 포함한다.As described above, the slurry forming the green structure contains the metal component, an aqueous solvent, an organic solvent, and a surfactant.
상기 슬러리 내에서, 상기 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제의 비율 및 종류를 적절이 선택 및/또는 조절하게 되면, 그린 구조체 내에서 미세 에멀젼(액적, emulsion)이 형성될 수 있으며, 이러한 에멀젼은 금속폼의 기공 특성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 것처럼, 상기 슬러리를 건조하여 그린 구조체를 형성하는 과정에서, 유기 용제와 수성 용매 간의 증기압의 차이로 인해서 보다 큰 증기압을 가지는 성분이 기화되면서, 금속폼의 기공 특성을 결정지을 수 있다. In the slurry, by appropriately selecting and/or controlling the ratio and type of the aqueous solvent, organic solvent, and surfactant, a fine emulsion (droplet, emulsion) may be formed in the green structure, and this emulsion is a metal The porosity properties of the foam can be determined. For example, as described later, in the process of forming a green structure by drying the slurry, a component having a greater vapor pressure is evaporated due to the difference in vapor pressure between the organic solvent and the aqueous solvent, thereby determining the pore characteristics of the metal foam. I can.
상기 수성 용매로는, 물 또는 기타 극성 용매를 적용할 수 있으며, 대표적으로는 물이 적용될 수 있다. 상기 슬러리는 수성 용매를, 금속 성분 100 중량부 대비 약 10 중량부 내지 1500 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 상기 수성 용매의 비율은, 다른 예시에서 15 중량부 이상, 20 중량부 이상, 25 중량부 이상, 30 중량부 이상, 35 중량부 이상, 40 중량부 이상, 45 중량부 이상, 50 중량부 이상, 55 중량부 이상 또는 60 중량부 이상일 수 있고, 1400 중량부 이하, 1300 중량부 이하, 1200 중량부 이하, 1100 중량부 이하, 1000 중량부 이하, 900 중량부 이하, 800 중량부 이하, 700 중량부 이하, 600 중량부 이하, 500 중량부 이하, 400 중량부 이하, 300 중량부 이하, 200 중량부 이하, 100 중량부 이하, 90 중량부 이하, 80 중량부 이하, 70 중량부 이하 또는 65 중량부 이하일 수 있다. As the aqueous solvent, water or other polar solvents may be used, and water may be used as a representative example. The slurry may contain an aqueous solvent in a ratio of about 10 parts by weight to 1500 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal component. In another example, the ratio of the aqueous solvent is 15 parts by weight or more, 20 parts by weight or more, 25 parts by weight or more, 30 parts by weight or more, 35 parts by weight or more, 40 parts by weight or more, 45 parts by weight or more, 50 parts by weight or more, It may be 55 parts by weight or more or 60 parts by weight or more, and 1400 parts by weight or less, 1300 parts by weight or less, 1200 parts by weight or less, 1100 parts by weight or less, 1000 parts by weight or less, 900 parts by weight or less, 800 parts by weight or less, 700 parts by weight Or less, 600 parts by weight or less, 500 parts by weight or less, 400 parts by weight or less, 300 parts by weight or less, 200 parts by weight or less, 100 parts by weight or less, 90 parts by weight or less, 80 parts by weight or less, 70 parts by weight or less, or 65 parts by weight It can be below.
상기 슬러리에 적용되는 유기 용제의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 유기 용제로는, 전술한 수성 용매와 후술하는 계면활성제와의 작용을 통해서 에멀젼을 형성할 수 있고, 적절한 증기압을 가져서 기화에 의해 건조 공정에서 발포될 수 있는 것과, 슬러리의 성분, 예를 들어 상기 금속 성분이나 후술하는 바인더 등과의 용해성을 고려하여 적절한 성분을 적용할 수 있다. 이러한, 유기 용제로는, 예를 들어, n-펜탄, 네오펜탄, 헥산, 시클로헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄, 옥탄, 톨루엔, 벤젠 또는 이소프로필에테르 등 중 어느 하나 혹은, 이들 중 2종 이상의 조합을 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The type of organic solvent applied to the slurry is not particularly limited. As an organic solvent, an emulsion can be formed through the action of the above-described aqueous solvent and a surfactant to be described later, and can be foamed in a drying process by vaporization by having an appropriate vapor pressure, and components of the slurry, such as the above. An appropriate component can be applied in consideration of solubility with a metal component or a binder to be described later. As such an organic solvent, for example, any one of n-pentane, neopentane, hexane, cyclohexane, isohexane, heptane, isoheptane, octane, toluene, benzene or isopropyl ether, or two of these The above combination may be applied, but is not limited thereto.
상기 유기 용제의 슬러리 내에서의 비율 또한 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 슬러리는 유기 용제를 금속 성분 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 10 중량부의 범위 내에 있는 비율로 포함할 수 있다. 상기 유기 용제의 비율은, 다른 예시에서, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 0.5 중량부 이상 또는 0.6 중량부 이상일 수 있고, 7 중량부 이하, 5 중량부 이하, 3 중량부 이하 또는 1 중량부 이하일 수 있다. The ratio of the organic solvent in the slurry is also not particularly limited. For example, the slurry may contain an organic solvent in a ratio within the range of 0.1 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal component. The ratio of the organic solvent, in another example, may be 0.2 parts by weight or more, 0.3 parts by weight or more, 0.4 parts by weight or more, 0.5 parts by weight or more, or 0.6 parts by weight or more, and 7 parts by weight or less, 5 parts by weight or less, 3 parts by weight It may be less than or equal to 1 part by weight.
그린 구조체 내에서의 적절한 미세 에멀젼을 형성하거나, 및/또는 전술한 기화에 적합한 조건을 형성하기 위해서 상기 슬러리에는 계면활성제가 포함된다. A surfactant is included in the slurry to form a suitable fine emulsion in the green structure, and/or to form conditions suitable for vaporization described above.
계면활성제로는, 적용되는 수성 용매와 유기 용제의 종류를 고려하여 상기 에멀젼을 형성할 수 있는 것이라면, 특별한 제한 없이 다양한 종류의 것을 적용할 수 있다. 예를 들어, 계면활성제로는, 양쪽성 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 상기 중에서 2종 이상의 혼합물을 적용할 수 있다. 경우에 따라서는 양쪽성 계면활성제, 비이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제 중에서 어느 한 종류의 계면활성제가 사용되는 경우에도 그 한 종류 내에서 서로 다른 구조의 2 이상의 계면활성제의 혼합이 적용될 수도 있다.As the surfactant, as long as the emulsion can be formed in consideration of the types of the aqueous solvent and organic solvent to be applied, various types of surfactants can be applied without any particular limitation. For example, as the surfactant, any one selected from the group consisting of an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant, and an anionic surfactant, or a mixture of two or more of the above may be applied. In some cases, even when any one type of surfactant among amphoteric surfactant, nonionic surfactant, and anionic surfactant is used, a mixture of two or more surfactants having different structures may be applied within one type.
음이온 계면활성제는, 계면 활성을 나타내는 부분이 음이온인 계면 활성제를 의미할 수 있다. 음이온 계면활성제로는, 예를 들면, 카복실레이트(carboxylate) 화합물, 설페이트(sulfate) 화합물, 이세티오네이트(isethionate) 화합물, 설포석시네이트(sulfosuccinate) 화합물, 타우레이트(taurate) 화합물 및/또는 글루타메이트(glutamate) 화합물이 적용될 수 있다. The anionic surfactant may mean a surfactant in which a moiety exhibiting surface activity is an anion. Examples of anionic surfactants include carboxylate compounds, sulfate compounds, isethionate compounds, sulfosuccinate compounds, taurate compounds, and/or glutamate. (glutamate) compounds may be applied.
적절한 기공 특성을 확보하기 위해서 음이온 계면활성제로는 탄소수 4 이상, 탄소수 8 이상 또는 탄소수 10 이상의 탄화수소 사슬 부위를 가지거나, 옥시알킬렌 반복 단위 또는 알킬렌옥시 반복 단위를 가지면서, 해당 반복 단위의 수가 3개 내지 20개의 범위 내인 계면활성제가 선택될 수 있다. 상기에서 탄화수소 사슬 부위의 탄소수는 다른 예시에서 대략 30 이하, 26 이하 또는 22 이하일 수 있다. 탄화수소 사슬 부위로는 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알킬렌기, 알케닐렌기 및/또는 알키닐렌기 등이 예시될 수 있다. In order to secure appropriate pore characteristics, the anionic surfactant has a hydrocarbon chain moiety of 4 or more, 8 or more, or 10 or more carbon atoms, or has an oxyalkylene repeating unit or an alkyleneoxy repeating unit, and the number of repeating units is Surfactants within the range of 3 to 20 can be selected. In the above, the number of carbon atoms in the hydrocarbon chain portion may be approximately 30 or less, 26 or less, or 22 or less in other examples. Examples of the hydrocarbon chain moiety include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkylene group, an alkenylene group, and/or an alkynylene group.
음이온 계면활성제는, 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물이 예시될 수 있다.As the anionic surfactant, a compound represented by the following Formula 6 may be exemplified.
[화학식 6] [Formula 6]
화학식 6에서 P는 탄소수 8 내지 30의 알킬기 또는 탄소수 8 내지 30의 알콕시기이고, T는 단일 결합, 옥시알킬렌 반복 단위, 알킬렌옥시 반복 단위, -C(=O)O-L10- 또는 -OC(=O)-L10이며, 상기 L10은 알킬렌기 또는 단일 결합이고, Q는 -CO2 -M+ 또는 - SO3 -M+이며, 상기 M+는 알칼리 금속 이온 또는 암모늄 양이온일 수 있다.In Formula 6, P is an alkyl group having 8 to 30 carbon atoms or an alkoxy group having 8 to 30 carbon atoms, and T is a single bond, an oxyalkylene repeating unit, an alkyleneoxy repeating unit, -C(=O)OL 10 -or -OC (= O) -L, and 10, wherein L 10 is an alkylene group or a single bond, Q is -CO 2 - M + or a - SO 3 - and M +, wherein M + can be an alkali metal ion or an ammonium cation .
화학식 6에서 P는 일 예시에서 탄소수 8 내지 26, 탄소수 8 내지 22, 탄소수 8 내지 18 또는 탄소수 8 내지 14의 알킬기, 또는 탄소수 8 내지 26, 탄소수 8 내지 22, 탄소수 8 내지 18 또는 탄소수 8 내지 14의 알콕시기일 수 있다. 상기 알킬기 또는 알콕시기는 직쇄 또는 분지쇄 구조일 수 있다. 상기 알킬기 또는 알콕시기는 임의로 1 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수도 있다.In Formula 6, P is an alkyl group having 8 to 26 carbon atoms, 8 to 22 carbon atoms, 8 to 18 carbon atoms, or 8 to 14 carbon atoms, or 8 to 26 carbon atoms, 8 to 22 carbon atoms, 8 to 18 carbon atoms, or 8 to 14 carbon atoms. It may be an alkoxy group of. The alkyl group or alkoxy group may have a linear or branched structure. The alkyl group or the alkoxy group may be optionally substituted with one or more substituents.
화학식 6에서 T가 옥시알킬렌 반복 단위 또는 알킬렌옥시 반복 단위인 경우에 상기 반복 단위는 -(-O-A-)n- 또는 -(-A-O-)n-의 구조를 가질 수 있다. 상기에서 A는 알킬렌기이며, 이 때 알킬렌기는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기일 수 있다. 상기 옥시알킬렌 반복 단위 또는 알킬렌옥시 반복 단위의 수, 즉 상기 -(-O-A-)n- 또는 -(-A-O-)n-의 구조에서 n은, 일 예시에서 3 내지 20의 범위 내일 수 있다. 상기에서 알킬렌기는 임의로 1 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수도 있다. In Formula 6, when T is an oxyalkylene repeating unit or an alkyleneoxy repeating unit, the repeating unit may have a structure of -(-OA-) n -or -(-AO-) n -. In the above, A is an alkylene group, and in this case, the alkylene group may be a linear or branched alkylene group having 1 to 4 carbon atoms. The number of oxyalkylene repeating units or alkyleneoxy repeating units, that is, in the structure of -(-OA-) n -or -(-AO-) n -, n may be in the range of 3 to 20 in one example. have. In the above, the alkylene group may be optionally substituted with one or more substituents.
화학식 6에서 T가 -C(=O)O-L10- 또는 -OC(=O)-L10인 경우에 상기 L10은 알킬렌기 또는 단일 결합일 수 있고, 상기에서 알킬렌기는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기일 수 있다. 이러한 알킬렌기는, 임의로 1 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수도 있다.In Formula 6, when T is -C(=O)OL 10 -or -OC(=O)-L 10 , the L 10 may be an alkylene group or a single bond, wherein the alkylene group has 1 to 4 carbon atoms. It may be a linear or branched alkylene group. Such an alkylene group may be optionally substituted with one or more substituents.
상기에서 화학식 6의 Q는 계면활성제의 음이온 또는 이온성 부위로서, 예를 들면, 카복실레이트 음이온(CO2 -) 부위 또는 설페이트 음이온(SO3 -) 부위이거나, 그 염 부위일 수 있다. 예를 들면, 상기 Q는 -CO2 -M+ 또는 - SO3 -M+로 표시될 수 있다. 상기에서 M+는 알칼리 금속 이온 또는 암모늄 양이온일 수 있다. 상기에서 알칼리 금속 이온은 리튬 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온 등일 수 있고, 암모늄 이온은 테트라알킬암모늄 이온 등일 수 있다. 상기에서 테트라알킬암모늄 이온의 알킬기는, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알킬기일 수 있고, 임의로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다. Q of formula (6) above is an anionic or ionic portion of the surface active agent, for example, a carboxylate anion (CO 2 -) moiety or sulfate anions (SO 3 -) It may be a site or a salt site thereof. For example, the Q is -CO 2 - M + or a - SO 3 - may be represented by M +. In the above, M + may be an alkali metal ion or an ammonium cation. In the above, the alkali metal ions may be lithium ions, sodium ions, potassium ions, and the like, and the ammonium ions may be tetraalkylammonium ions. In the above, the alkyl group of the tetraalkylammonium ion may be a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms, and optionally one or more It may be substituted with a substituent.
그린 구조체 내에서의 적절한 미세 에멀젼을 형성 및/또는 전술한 기화의 적합한 조절을 위해서 상기 음이온 계면활성제의 pH는 예를 들면, 약 6 내지 12의 범위 내로 조절될 수 있다. 이러한 pH의 범위 내에서 적합한 기공 특성을 금속폼에 구현할 수 있다.The pH of the anionic surfactant may be adjusted within a range of, for example, about 6 to 12 for forming an appropriate microemulsion in the green structure and/or controlling the vaporization described above. Within this pH range, suitable pore properties can be implemented in the metal foam.
계면활성제의 pH는 계면활성제의 제조 과정에서 제어할 수 있다. 예를 들면, 일 예시에서 상기 화학식 6의 계면활성제는, 라우릭산, 미리스틱산, 팔미틱산, 올레인산, 리놀레익산, 스테아린산, 베헤닉산 등의 지방산과 알칼리 금속염을 적용하여 형성할 수 있다. 이 과정에서 알칼리 금속염의 적용양을 조절하여 pH의 조절이 가능할 수 있다. The pH of the surfactant can be controlled during the preparation of the surfactant. For example, in an example, the surfactant of Formula 6 may be formed by applying a fatty acid such as lauric acid, myristic acid, palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, stearic acid, behenic acid, and an alkali metal salt. In this process, it is possible to adjust the pH by adjusting the amount of alkali metal salt applied.
비이온 계면활성제는, 공지된 바와 같이 이온으로 분리되지 않는 계면활성제를 의미할 수 있다. 비이온 계면활성제로는, 하기 화학식 2 내지 5 중 어느 하나의 화학식으로 표시되는 화합물을 적용할 수 있다.Nonionic surfactant, as known, may mean a surfactant that is not separated into ions. As the nonionic surfactant, a compound represented by any one of the following formulas 2 to 5 may be used.
[화학식 2][Formula 2]
화학식 2에서 m은 1 내지 3의 범위 내의 수이고, L4는 알킬렌기이며, R6는 수소, 알킬기 또는 알콕시기이고, L4 및 R6에 존재하는 탄소수의 합은 5 내지 20의 범위 내이다.In Formula 2, m is a number within the range of 1 to 3, L 4 is an alkylene group, R 6 is a hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, and the sum of the number of carbon atoms in L 4 and R 6 is within the range of 5 to 20 to be.
상기와 같은 화학식의 계면활성제는 소위 알킬 폴리글루코사이드 화합물로 알려져 있으며, 상기 알킬 폴리글루코사이드 화합물 중 상기 화학식 2의 화합물은 특히 적합한 기공 특성을 구현하는 것에 유리할 수 있다.Surfactants of the above formula are known as so-called alkyl polyglucoside compounds, and among the alkyl polyglucoside compounds, the compound of formula 2 may be advantageous in implementing particularly suitable pore properties.
[화학식 3][Formula 3]
화학식 3에서 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 알킬기 또는 알콕시기이고, L5 및 L6는 각각 알킬렌기이며, R9은 수소, 알킬기, 알콕시기 또는 히드록시기일 수 있다.In Formula 3, R 7 and R 8 are each independently hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, L 5 and L 6 are each an alkylene group, and R 9 may be hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group or a hydroxy group.
상기 구조에서 R7 및 L5에 존재하는 탄소수의 합은 8 내지 20의 범위 내의 수일 수 있다. 즉, 상기 R7의 알킬기 또는 알콕시기에 존재하는 탄소수와 상기 L5의 알킬렌기에 존재하는 탄소수의 합이 상기 범위 내일 수 있으며, 상기 탄소수의 합은 다른 예시에서 약 10 내지 15의 범위 내일 수도 있다. 상기 R7의 알킬기 또는 알콕시기와 상기 L5의 알킬렌기는 직쇄 또는 분지쇄의 구조일 수 있다.In the above structure, the sum of the number of carbon atoms present in R 7 and L 5 may be a number within the range of 8 to 20. That is, the sum of the number of carbon atoms in the alkyl group or alkoxy group of R 7 and the number of carbon atoms in the alkylene group of L 5 may be within the above range, and the sum of the number of carbons may be in the range of about 10 to 15 in another example. . The alkyl group or alkoxy group of R 7 and the alkylene group of L 5 may have a linear or branched structure.
상기 구조에서 R8, R9 및 L6에 존재하는 탄소수의 합은 2 내지 10의 범위 내의 수일 수 있다. 즉, 상기 R8 및 R9의 알킬기 또는 알콕시기에 존재하는 탄소수와 상기 L6의 알킬렌기에 존재하는 탄소수의 합이 상기 범위 내일 수 있다. In the above structure, the sum of the number of carbon atoms present in R 8 , R 9 and L 6 may be a number within the range of 2 to 10. That is, the sum of the number of carbon atoms in the alkyl group or alkoxy group of R 8 and R 9 and the number of carbon atoms in the alkylene group of L 6 may be within the above range.
상기 R7의 알킬기 또는 알콕시기, 상기 L5의 알킬렌기 외에 상기 화학식 3의 알킬기, 알콕시기 또는 알킬렌기는 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 알콕시기 또는 알킬렌기일 수 있고, 이는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있으며, 임의로 1개 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.In addition to the alkyl group or alkoxy group of R 7 and the alkylene group of L 5, the alkyl group, alkoxy group or alkylene group of Formula 3 has 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 carbon number. It may be an alkyl group of to 4, an alkoxy group, or an alkylene group, which may be linear, branched, or cyclic, and may be optionally substituted with one or more substituents.
[화학식 4][Formula 4]
화학식 4에서 R10 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 알킬기 또는 알콕시기이고, L7은 알킬렌기일 수 있다.In Formula 4, R 10 to R 12 may each independently represent hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, and L 7 may be an alkylene group.
상기 구조에서 R10 및 L7에 존재하는 탄소수의 합은 8 내지 20의 범위 내의 수일 수 있다. 즉, 상기 R10의 알킬기 또는 알콕시기에 존재하는 탄소수와 상기 L7의 알킬렌기에 존재하는 탄소수의 합이 상기 범위 내일 수 있으며, 상기 탄소수의 합은 다른 예시에서 약 10 내지 15의 범위 내일 수도 있다. 상기 R10의 알킬기 또는 알콕시기와 상기 L7의 알킬렌기는 직쇄 또는 분지쇄의 구조일 수 있다.In the above structure, the sum of the number of carbon atoms present in R 10 and L 7 may be a number within the range of 8 to 20. That is, the sum of the number of carbon atoms in the alkyl group or alkoxy group of R 10 and the number of carbon atoms in the alkylene group of L 7 may be within the above range, and the sum of the number of carbons may be in the range of about 10 to 15 in another example. . The alkyl group or alkoxy group of R 10 and the alkylene group of L 7 may have a linear or branched structure.
상기 구조에서 R11 및 R12에 존재하는 탄소수의 합은 0 내지 8의 범위 내의 수일 수 있다. 즉, 존재한다면, 상기 R11 및 R12의 알킬기 또는 알콕시기에 존재하는 탄소수의 합은 8 이하일 수 있으며, 상기 R11 및 R12가 모두 수소인 경우에는 탄소수는 0이다.In the above structure, the sum of the number of carbon atoms present in R 11 and R 12 may be a number within the range of 0 to 8. That is, if present, the sum of the number of carbon atoms present in the alkyl group or alkoxy group of R 11 and R 12 may be 8 or less, and when both R 11 and R 12 are hydrogen, the number of carbons is 0.
상기 R11 및 R12의 알킬기 또는 알콕시기는 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 알콕시기일 수 있고, 이는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있으며, 임의로 1개 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.The alkyl group or alkoxy group of R 11 and R 12 may be an alkyl group or alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms, which is a straight chain, branched chain or ring Type, and may be optionally substituted with one or more substituents.
[화학식 5][Formula 5]
화학식 5에서 R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 히드록시기 또는 알콕시기이고, n, p 및 q는 각각 독립적으로 10 내지 20의 범위 내의 수이고, a 내지 f는 그 합계가 0 내지 40의 범위 내인 수일 수 있다.In Formula 5, R 1 to R 3 are each independently hydrogen, an alkyl group, a hydroxy group, or an alkoxy group, n, p and q are each independently a number within the range of 10 to 20, and a to f have a total of 0 to 40 It may be a number within the range of.
상기에서 a 내지 f의 합계는 다른 예시에서 4 이상, 8 이상, 12 이상, 16 이상, 20 이상, 24 이상 또는 28 이상이거나, 36 이하 정도일 수도 있다.In the above, the sum of a to f may be 4 or more, 8 or more, 12 or more, 16 or more, 20 or more, 24 or more, 28 or more, or 36 or less in another example.
상기 화학식 5의 화합물은 소위 에톡실화 캐스터 오일(ethoxylated castor oil)에 대한 화학식이며, 상기에서 a 내지 f의 합계는 상기 오일에서 에틸렌옥시드 단위의 부가 몰수를 의미한다.The compound of Formula 5 is a formula for a so-called ethoxylated castor oil, wherein the sum of a to f refers to the number of moles added of ethylene oxide units in the oil.
양쪽성 계면활성제는, 음이온 부위와 양이온 부위를 동시에 가지는 계면활성제이며, 예를 들면, 하기 화학식 1의 화합물이 적용될 수 있다.The amphoteric surfactant is a surfactant having an anionic moiety and a cationic moiety at the same time, and, for example, the compound of Formula 1 may be applied.
[화학식 1] [Formula 1]
화학식 1에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알콕시기 또는 -NR5-이고, L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 알킬렌기이며, X는 -C(=O)-NR6- 또는 단일 결합이고, Y는 -CO2 -, -CO2 -M+, -SO3 - 또는 - SO3 -M+이며, q는 0 또는 1이고, 상기 R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 알킬기 또는 알콕시기이며, 상기 M+는 알칼리 금속 이온 또는 암모늄 양이온일 수 있다.In Formula 1, R 1 to R 4 are each independently hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, or -NR 5 -, L 1 to L 3 are each independently a single bond or an alkylene group, and X is -C(=O)- NR 6 - or a single bond, Y is -CO 2 -, -CO 2 - M +, -SO 3 - or-SO 3 - M + , q is 0 or 1, and R 5 and R 6 are each independently hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, and M + may be an alkali metal ion or an ammonium cation have.
상기 구조에서 R4 및 L1에 존재하는 탄소수의 합은 8 내지 20의 범위 내의 수일 수 있다. 즉, 상기 R4의 알킬기 또는 알콕시기에 존재하는 탄소수와 상기 L1의 알킬렌기에 존재하는 탄소수의 합이 상기 범위 내일 수 있으며, 상기 탄소수의 합은 다른 예시에서 약 8 내지 15 또는 약 10 내지 15의 범위 내일 수도 있다. 상기 R4의 알킬기 또는 알콕시기와 상기 L1의 알킬렌기는 직쇄 또는 분지쇄의 구조일 수 있다.In the above structure, the sum of the number of carbon atoms present in R 4 and L 1 may be a number within the range of 8 to 20. That is, the sum of the number of carbon atoms in the alkyl group or alkoxy group of R 4 and the number of carbon atoms in the alkylene group of L 1 may be within the above range, and the sum of the number of carbons is about 8 to 15 or about 10 to 15 in another example. It may be within the range of. The alkyl group or alkoxy group of R 4 and the alkylene group of L 1 may have a linear or branched structure.
화학식 1에 존재하는 다른 알킬기, 알콕시기 또는 알킬렌기는 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 알콕시기 또는 알킬렌기일 수 있고, 이는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있으며, 임의로 1개 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.Another alkyl group, alkoxy group or alkylene group present in Formula 1 may be an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms or 1 to 4 carbon atoms, an alkoxy group or an alkylene group, It may be straight chain, branched chain or cyclic, and may be optionally substituted with one or more substituents.
화학식 1의 Y는 카복실레이트계 음이온 또는 그 염 부위이거나, 설페이트계 음이온 또는 그 염 부위로서, 예를 들면, -CO2 -, -CO2 -M+, -SO3 - 또는 - SO3 -M+일 수 있다.Y of the formula (1) or a salt thereof or a carboxylate-based anionic site, a sulfate-based anion or a salt site, for example, -CO 2 -, -CO 2 - M +, -SO 3 - or - SO 3 - M Can be +
화학식 1의 Y가 카복실레이트계 음이온 또는 그 염 부위인 경우에는 상기 화학식 1에서 에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 알킬기 또는 알콕시기이고, L1 내지 L3는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 알킬렌기이며, X는 -C(=O)-NR5- 또는 단일 결합이고, Y는 -CO2 -, -CO2 -M+, -SO3 - 또는 - SO3 -M+이며, q는 0 또는 1이고, 상기 R5는 수소, 알킬기 또는 알콕시기이며, 상기 M+는 알칼리 금속 이온 또는 암모늄 양이온일 수 있다. 상기에서 알칼리 금속 이온은 리튬 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온 등일 수 있고, 암모늄 이온은 테트라알킬암모늄 이온 등일 수 있다. 상기에서 테트라알킬암모늄 이온의 알킬기는, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알킬기일 수 있고, 임의로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.When Y in Formula 1 is a carboxylate-based anion or a salt moiety thereof, R 1 to R 4 in Formula 1 are each independently hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, and L 1 to L 3 are each independently a single bond or an alkylene group, X is -C (= O) -NR 5 - or a single bond, Y is -CO 2 -, -CO 2 - M +, -SO 3 - or - SO 3 - M a +, q is 0 or 1, R 5 is hydrogen, an alkyl group or an alkoxy group, and M + may be an alkali metal ion or an ammonium cation. In the above, the alkali metal ions may be lithium ions, sodium ions, potassium ions, and the like, and the ammonium ions may be tetraalkylammonium ions. In the above, the alkyl group of the tetraalkylammonium ion may be a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms, and optionally one or more It may be substituted with a substituent.
화학식 1에서 q는 0 또는 1이며, q가 0인 경우에는 L2와 L3가 직접 연결된다.In Formula 1, q is 0 or 1, and when q is 0, L 2 and L 3 are directly connected.
계면활성제로는, 상기 언급된 각 화학식의 음이온, 비이온 또는 양쪽성 계면활성제 중 어느 한 종류의 계면활성제가 단독으로 사용되거나, 2종 이상의 계면활성제가 혼합되어 사용될 수 있다. As the surfactant, any one type of anionic, nonionic, or amphoteric surfactant of each of the above-mentioned formulas may be used alone, or two or more surfactants may be used in combination.
또한, 상기 각 화학식의 계면활성제로도 그 화학식의 범주 내에 속하면서 구체적인 구조는 다른 2종 이상의 계면활성제가 혼합 사용될 수 있다. In addition, as surfactants of each of the above formulas, two or more surfactants having different specific structures may be mixed and used within the scope of the formula.
적절한 계면활성제의 혼합의 예로는 음이온 계면활성제와 비이온 계면활성제의 혼합 또는 음이온 계면활성제와 양쪽성 계면활성제의 혼합, 또는 비이온 계면활성제와 양쪽성 계면활성제의 혼합 또는 상기 3종의 계면활성제의 혼합 등이 예시될 수 있다.Examples of suitable surfactant mixing include mixing of anionic surfactant and nonionic surfactant or mixing of anionic surfactant and amphoteric surfactant, or mixing of nonionic surfactant and amphoteric surfactant, or of the three surfactants. Mixing and the like can be exemplified.
이러한 혼합 시에 혼합 비율은 적절하게 제어될 수 있다. 예를 들면, 음이온 계면활성제가 포함되는 혼합의 경우, 전체 pH가 전술한 범위, 즉 6 내지 12의 범위이거나, 중성 수준으로서 대략 6 내지 8의 수준이 될 수 있도록 혼합될 수 있다. 또한, 음이온 계면활성제가 포함되는 혼합의 경우, 상기 음이온 계면활성제 100 중량부 대비 대략 10 내지 50 중량부의 다른 계면활성제가 존재하도록 상기 혼합 비율이 결정될 수 있다.In such mixing, the mixing ratio can be appropriately controlled. For example, in the case of mixing in which an anionic surfactant is included, the total pH may be in the above-described range, that is, in the range of 6 to 12, or may be mixed so as to be at the level of approximately 6 to 8 as a neutral level. In addition, in the case of mixing containing an anionic surfactant, the mixing ratio may be determined such that approximately 10 to 50 parts by weight of another surfactant is present relative to 100 parts by weight of the anionic surfactant.
계면활성제의 슬러리 내에서의 비율 또한 적절히 조절될 수 있다. 슬러리는, 상기 계면활성제를 유기 용제 100 중량부 대비 10 중량부 내지 1000 중량부의 범위 내에 있는 비율로 포함할 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 20 중량부 이상, 30 중량부 이상, 40 중량부 이상, 50 중량부 이상, 60 중량부 이상, 70 중량부 이상, 80 중량부 이상, 90 중량부 이상 또는 100 중량부 이상일 수 있고, 900 중량부 이하, 800 중량부 이하, 700 중량부 이하, 600 중량부 이하, 500 중량부 이하, 400 중량부 이하, 300 중량부 이하, 200 중량부 이하 또는 100 중량부 이하일 수 있다. 이러한 비율 하에서 목적하는 기공 특성의 금속폼을 효과적으로 제조할 수 있다.The ratio of the surfactant in the slurry can also be appropriately adjusted. The slurry may contain the surfactant in a ratio within a range of 10 parts by weight to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent. The ratio, in another example, 20 parts by weight or more, 30 parts by weight or more, 40 parts by weight or more, 50 parts by weight or more, 60 parts by weight or more, 70 parts by weight or more, 80 parts by weight or more, 90 parts by weight or more, or 100 parts by weight It may be at least 900 parts by weight, 800 parts by weight or less, 700 parts by weight or less, 600 parts by weight or less, 500 parts by weight or less, 400 parts by weight or less, 300 parts by weight or less, 200 parts by weight or less, or 100 parts by weight or less. have. Under this ratio, it is possible to effectively manufacture a metal foam having a desired pore property.
일 예시에서, 슬러리는 상기 성분들 외에도 필요한 성분을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 슬러리는 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 상기 슬러리는 바인더를 포함함으로 해서, 공극 홀더의 역할을 해서 최종적으로 형성된 금속폼 내에 기공을 형성하기 위한 성분일 수도 있고, 혹은, 그 슬러리에 포함된 금속 성분을 흩어지지 않게 지탱해주는 역할을 해줄 수도 있다. 바인더로는, 특별한 제한 없이, 예를 들면, 수용성을 가지는 바인더나, 슬러리의 제조 시에 적용된 금속 성분 및/또는 유기 용제 등의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더로는, 메틸 셀룰로오스 또는 에틸 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 가지는 알킬 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스 등의 탄소수 1 내지 8의 히드록시알킬 셀룰로오스, 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트 등의 탄소수 1 내지 8의 알킬렌 단위를 가지는 폴리알킬렌 카보네이트 또는 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐아세테이트 등의 폴리비닐알코올계 바인더 (이하, 폴리비닐알코올 화합물로 호칭할 수 있다.) 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one example, the slurry may further include necessary ingredients in addition to the above ingredients. For example, the slurry may further include a binder. The slurry may be a component for forming pores in the metal foam finally formed by serving as a pore holder by including a binder, or it may serve to support the metal component contained in the slurry so that it does not scatter. have. As the binder, without particular limitation, for example, it may be appropriately selected according to the type of a water-soluble binder or a metal component and/or an organic solvent applied at the time of preparation of the slurry. For example, as the binder, alkyl cellulose having an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms such as methyl cellulose or ethyl cellulose, hydroxyalkyl cellulose having 1 to 8 carbon atoms such as hydroxypropyl cellulose, polypropylene carbonate or polyethylene carbonate, etc. A polyalkylene carbonate having an alkylene unit having 1 to 8 carbon atoms, or a polyvinyl alcohol-based binder such as polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate (hereinafter may be referred to as a polyvinyl alcohol compound), etc. may be exemplified. , But is not limited thereto.
상기 바인더의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 기공 특성에 따라서 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 슬러리는 상기 바인더를 유기 용제 100 중량부 대비 50 중량부 내지 2000 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 100 중량부 이상, 150 중량부 이상, 200 중량부 이상, 250 중량부 이상, 300 중량부 이상, 350 중량부 이상, 400 중량부 이상, 450 중량부 이상, 500 중량부 이상, 550 중량부 이상, 600 중량부 이상, 650 중량부 이상, 700 중량부 이상, 750 중량부 이상, 800 중량부 이상, 850 중량부 이상, 900 중량부 이상, 950 중량부 이상, 1000 중량부 이상, 1050 중량부 이상, 1100 중량부 이상, 1150 중량부 이상, 1200 중량부 이상, 1250 중량부 이상일 수 있고, 1900 중량부 이하, 1800 중량부 이하, 1700 중량부 이하, 1600 중량부 이하, 1500 중량부 이하, 1400 중량부 이하, 1300 중량부 이하 또는 1280 중량부 이하일 수 있다. The ratio of the binder is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the desired pore characteristics. For example, the slurry may contain the binder in a ratio of 50 parts by weight to 2000 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent. The ratio is, in another example, 100 parts by weight or more, 150 parts by weight or more, 200 parts by weight or more, 250 parts by weight or more, 300 parts by weight or more, 350 parts by weight or more, 400 parts by weight or more, 450 parts by weight or more, 500 parts by weight Parts by weight or more, 550 parts by weight or more, 600 parts by weight or more, 650 parts by weight or more, 700 parts by weight or more, 750 parts by weight or more, 800 parts by weight or more, 850 parts by weight or more, 900 parts by weight or more, 950 parts by weight or more, 1000 parts by weight May be at least 1050 parts by weight, 1100 parts by weight or more, 1150 parts by weight or more, 1200 parts by weight or more, 1250 parts by weight or more, and 1900 parts by weight or less, 1800 parts by weight or less, 1700 parts by weight or less, 1600 parts by weight or less, It may be 1500 parts by weight or less, 1400 parts by weight or less, 1300 parts by weight or less, or 1280 parts by weight or less.
상기 슬러리는, 기타 공지의 첨가제를 추가로 포함할 수도 있다. 이러한 첨가제의 예시로는 가소제를 들 수 있다. 본 출원과 같이 발포 방식을 적용해서 금속폼으로 형성되는 슬러리는 결점(defect) 등의 발생 방지를 위해 가소제가 적용될 수 있고, 본 출원에서는 슬러리에 가소제가 적절량 포함될 수도 있다. 이러한 가소제로는, 에틸렌글리콜과 같은 다가 알코올, 트리스(2-에틸헥실) 포스페이트와 같은 에테르계 화합물 또는 비스(2-에틸헥실)프탈레이트와 같은 에스테르계 화합물 등을 들 수 있다. The slurry may further contain other known additives. Examples of such additives include plasticizers. As in the present application, a plasticizer may be applied to the slurry formed of a metal foam by applying a foaming method, and in this application, a plasticizer may be included in the slurry in an appropriate amount. Examples of such plasticizers include polyhydric alcohols such as ethylene glycol, ether compounds such as tris(2-ethylhexyl)phosphate, or ester compounds such as bis(2-ethylhexyl)phthalate.
상기 가소제의 비율 또한 목적하는 기공 특성을 확보하는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다. 슬러리는 상기 가소제를, 유기 용제 100 중량부 대비, 10 중량부 내지 1000 중량부의 비율로 포함할 수 있다. 상기 비율은, 다른 예시에서, 50 중량부 이상, 100 중량부 이상, 150 중량부 이상, 200 중량부 이상, 250 중량부 이상, 300 중량부 이상 또는 350 중량부 이상일 수 있고, 900 중량부 이하, 800 중량부 이하, 700 중량부 이하, 600 중량부 이하, 500 중량부 이하 또는 400 중량부 이하일 수 있다. The ratio of the plasticizer may also be appropriately adjusted within a range to ensure desired pore characteristics. The slurry may contain the plasticizer in a ratio of 10 parts by weight to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the organic solvent. The ratio may be, in another example, 50 parts by weight or more, 100 parts by weight or more, 150 parts by weight or more, 200 parts by weight or more, 250 parts by weight or more, 300 parts by weight or more, or 350 parts by weight or more, and 900 parts by weight or less, It may be 800 parts by weight or less, 700 parts by weight or less, 600 parts by weight or less, 500 parts by weight or less, or 400 parts by weight or less.
상기와 같은 슬러리를 사용해서 상기 그린 구조체를 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 금속폼의 제조 분야에서는 그린 구조체를 형성하기 위한 다양한 방식이 공지되어 있고, 본 출원에서는 이와 같은 방식이 모두 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 그린 구조체를 적정한 틀(template)에 상기 슬러리를 유지하거나, 이에 열을 인가하여 건조하는 방식으로 제조할 수도 있고, 또는, 상기 슬러리를 기판에 도포한 다음, 이에 열을 인가하여 건조하는 과정을 포함하는 방식으로 제조할 수도 있다. 특히 건조 과정을 통해, 상기 슬러리 내에 포함된 유기 용제가 증발하게 되며, 이러한 유기 용제는 슬러리 내에서 미세 액적을 형성하기 때문에, 그린 구조체 내에는 상기 미세 액적과 대략 유사한 크기의 기공이 형성될 수 있고, 이러한 기공이 금속폼의 기공 특성을 결정할 수 있다. The method of forming the green structure using the above slurry is not particularly limited. In the field of manufacturing a metal foam, various methods for forming a green structure are known, and all of these methods can be applied in the present application. For example, the green structure may be manufactured by maintaining the slurry in an appropriate template, or by applying heat to dry it, or by applying the slurry to a substrate and then applying heat thereto. It can also be prepared in a manner that includes a drying process. In particular, through a drying process, the organic solvent contained in the slurry is evaporated, and since such an organic solvent forms fine droplets in the slurry, pores of approximately the same size as the fine droplets may be formed in the green structure. , These pores can determine the pore characteristics of the metal foam.
상기에서, 슬러리를 도포하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 딥코팅, 다이코팅, 바코팅 등의 공지의 도포 방식이 적용될 수 있다. In the above, a method of applying the slurry is not particularly limited, and a known application method such as dip coating, die coating, and bar coating may be applied.
또한, 상기 건조는 상기한 유기 용제의 끓는점보다 높되, 그 슬러리를 지탱하고 있는 틀 또는 기판이 손상되지 않는 범위 내에 있는 온도에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 건조는 100 ℃ 이하의 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 상기 온도는 다른 예시에서 30 ℃ 이상, 35 ℃ 이상, 40 ℃ 이상일 수 있고, 95℃ 이하, 90℃ 이하, 85℃ 이하, 80℃ 이하, 75℃ 이하, 70℃ 이하, 65℃ 이하, 60 ℃ 이하 또는 55 ℃ 이하일 수 있다. 상기 건조 공정의 시간은 그린 구조체의 목적하는 기공도 등을 고려하여 선택될 수 있으며, 대략 1 분 내지 1 시간의 범위 내에 있을 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. In addition, the drying may be performed at a temperature higher than the boiling point of the organic solvent, but within a range in which the frame or substrate supporting the slurry is not damaged. For example, the drying may be performed within a temperature range of 100° C. or less. The temperature may be 30 ℃ or more, 35 ℃ or more, 40 ℃ or more in other examples, 95 ℃ or less, 90 ℃ or less, 85 ℃ or less, 80 ℃ or less, 75 ℃ or less, 70 ℃ or less, 65 ℃ or less, 60 ℃ It may be less than or equal to or less than 55°C. The time of the drying process may be selected in consideration of the desired porosity of the green structure, and may be in the range of approximately 1 minute to 1 hour, but is not limited thereto.
본 출원에서는 후술하는 특정한 소결 방식을 채택하고 있고, 그 방식은 그린 구조체의 소결이 비교적 높지 않은 온도에서도 이루어질 수 있도록 구성되기 때문에, 상기 그린 구조체가 형성되기 위해 슬러리가 도포되는 기판(혹은 틀)의 종류는 특별히 제한되지 않는 이점이 있다. 따라서, 종래 유도 가열 혹은 퍼니스 등을 적용한 가열 방식에서는 기판 혹은 틀이 높은 온도에서도 손상되지 않는 금속 기판 등으로 제한되지만, 본 출원에서는 상기한 금속 외에도, PET(polyethylene therephthalate), COP(cycloolefin polymer), PC(polycarbonate) 등의 고분자로 구성된 기판 또는 graphite foil 등의 탄소계 기판을 틀로 적용할 수도 있다. In the present application, a specific sintering method described later is adopted, and since the method is configured so that sintering of the green structure can be performed at a relatively low temperature, the substrate (or frame) on which the slurry is applied to form the green structure The kind has an advantage that is not particularly limited. Therefore, in the conventional induction heating or heating method using a furnace, etc., the substrate or frame is limited to a metal substrate that is not damaged even at a high temperature, but in this application, in addition to the above metals, PET (polyethylene therephthalate), COP (cycloolefin polymer), A substrate made of a polymer such as PC (polycarbonate) or a carbon-based substrate such as graphite foil may be applied as a frame.
이와 같은 그린 구조체의 형태는 목적하는 금속폼에 따라 정해지는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서 상기 그린 구조체는, 필름 또는 시트 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 그린 구조체가 필름 또는 시트 형태일 때에 그 두께는 50 μm 내지 500 μm의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 범위로 두께를 조절함으로 해서, 목적에 따라 적합한 특성의 금속폼의 제조가 가능하다. 또한, 상기 그린 구조체의 두께는 슬러리의 구성 성분에 따라 결정될 수 있고, 특히 본 출원에서는 슬러리에 포함된 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제가 형성하는 미세 에멀젼의 크기에 따라서 결정될 수도 있으며, 이는 통상적인 바인더와 유기 용제를 주로 포함하는 슬러리로 형성된 그린 구조체보다는 통상 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 상기 두께는 다른 예시에서, 60 μm 이상, 70 μm 이상, 80 μm 이상, 90 μm 이상, 100 μm 이상, 110 μm 이상, 120 μm 이상, 130 μm 이상, 140 μm 이상 또는 150 μm 이상일 수 있고, 450 μm 이하, 400 μm 이하, 350 μm 이하, 300 μm 이하, 250 μm 이하, 200 μm 이하, 190 μm 이하, 180 μm 이하, 170 μm 이하 또는 160 μm 이하일 수 있다. The shape of the green structure is not particularly limited as it is determined according to the desired metal foam. In one example, the green structure may be in the form of a film or a sheet. For example, when the green structure is in the form of a film or sheet, the thickness may be in the range of 50 μm to 500 μm. By controlling the thickness in this range, it is possible to manufacture a metal foam having suitable properties according to the purpose. In addition, the thickness of the green structure may be determined according to the constituent components of the slurry, and in particular, in the present application, it may be determined according to the size of the microemulsion formed by the aqueous solvent, organic solvent, and surfactant included in the slurry. It may have a generally thicker thickness than a green structure formed of a slurry mainly containing a binder and an organic solvent. In another example, the thickness may be 60 μm or more, 70 μm or more, 80 μm or more, 90 μm or more, 100 μm or more, 110 μm or more, 120 μm or more, 130 μm or more, 140 μm or more, or 150 μm or more, and 450 It may be μm or less, 400 μm or less, 350 μm or less, 300 μm or less, 250 μm or less, 200 μm or less, 190 μm or less, 180 μm or less, 170 μm or less, or 160 μm or less.
본 출원에서는 전술한 그린 구조체를 소결함으로 해서 금속폼을 제조한다. 본 출원에서는 이와 같은 소결을 위한 방식으로, 종래의 퍼니스 등을 이용한 단순 가열, 혹은 전자기장 등의 인가에 의한 유도 가열이 아닌, 광 조사(이하에서는, 광소결로도 지칭할 수 있다) 방식을 적용한다. 이와 같이, 광소결 방식을 적용하면, 우수한 재료적 물성(기공도, 강도, 얇은 두께 등)을 갖는 금속폼을, 빠른 시간에 제조할 수 있으며, 그 금속폼을 구성하는 금속 성분이나, 금속폼 전구체(또는 그린 전구체)를 지지하기 위한 틀 또는 기재 등이 특정 성분 혹은 재료 등으로 제한되지 않는 이점이 있다. In the present application, a metal foam is manufactured by sintering the green structure described above. In the present application, as a method for such sintering, a method of light irradiation (hereinafter, also referred to as optical sintering) is applied, rather than simple heating using a conventional furnace or induction heating by application of an electromagnetic field. . In this way, when the light sintering method is applied, a metal foam having excellent material properties (porosity, strength, thin thickness, etc.) can be produced in a short time, and the metal component or metal foam constituting the metal foam There is an advantage that the frame or substrate for supporting the precursor (or green precursor) is not limited to a specific component or material.
상기 그린 구조체에 광을 조사하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 본 출원에서는, 상기 광으로 자외선, 전자기선, 적외선 또는 전자빔 등의 다양한 종류의 광을 조사하여 상기 그린 구조체를 소결할 수 있다. 예를 들어, 상기 소결은 상기 그린 구조체에 펄스 전자기 복사선(pulsed electromagnetic radiation)을 조사하여 수행할 수도 있다. 상기에서 펄스 전자기 복사선이란 펄스(pulse) 형태로 조사되는, 전자기파 파장의 범위 내에 있는 복사선을 의미할 수 있다. 따라서, 본 출원에서는 파장 범위가 200 nm 내지 1500 nm의 범위 내에 있는 광을 펄스 형태로 조사함으로 해서 상기 그린 구조체를 소결하는 방식이 적용될 수 있다. 이러한 방식을 적용하게 되면, 빠른 시간 내에 큰 발열이 없이도, 금속폼에 적용되는 금속 성분의 소결이 충분히 이루어질 수 있는 이점이 있을 수 있다. The method of irradiating light to the green structure is not particularly limited. In the present application, the green structure may be sintered by irradiating various types of light such as ultraviolet rays, electromagnetic rays, infrared rays, or electron beams with the light. For example, the sintering may be performed by irradiating the green structure with pulsed electromagnetic radiation. In the above, the pulsed electromagnetic radiation may mean radiation that is irradiated in the form of a pulse and falls within a range of an electromagnetic wave wavelength. Accordingly, in the present application, a method of sintering the green structure by irradiating light having a wavelength range of 200 nm to 1500 nm in a pulse form may be applied. If this method is applied, there may be an advantage in that sintering of the metal component applied to the metal foam can be sufficiently performed without large heat generation within a short time.
상기 펄스 전자기 복사선의 조사 조건은 전술한 목적 달성을 위해서는 제한 없이 적절히 조절될 수 있다. The irradiation condition of the pulsed electromagnetic radiation may be appropriately adjusted without limitation in order to achieve the above-described object.
일 예시에서, 상기 펄스 전자기 복사선의 펄스 폭(pulse width)은 100 μs 내지 10 ms의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 펄스 폭은, 다른 예시에서, 0.5 ms 이상, 1 ms 이상, 1.5 ms 이상 또는 2 ms 이상일 수 있고, 9 ms 이하, 8 ms 이하, 7 ms 이하, 6 ms 이하, 5 ms 이하 또는 4 ms 이하일 수 있다. 상기에서, 펄스 폭의 의미는 업계에서 익히 알려져 있고, 예를 들어 단일의 펄스의 시간 간격을 의미할 수 있다. In one example, the pulse width of the pulsed electromagnetic radiation may be in the range of 100 μs to 10 ms. The pulse width, in another example, may be 0.5 ms or more, 1 ms or more, 1.5 ms or more, or 2 ms or more, and may be 9 ms or less, 8 ms or less, 7 ms or less, 6 ms or less, 5 ms or less, or 4 ms or less. I can. In the above, the meaning of the pulse width is well known in the industry, and may mean, for example, a time interval of a single pulse.
일 예시에서, 상기 펄스 전자기 복사선의 펄스 레이트(pulse rate)는 0.1 Hz 내지 1 kHz의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 펄스 레이트는, 다른 예시에서, 0.5 Hz 이상, 1 Hz 이상, 1.5 Hz 이상, 2 Hz 이상일 수 있고, 500 Hz 이하, 100 Hz 이하, 50 Hz 이하, 30 Hz 이하, 10 Hz 이하, 5 Hz 이하 또는 3 Hz 이하일 수 있다. 상기에서, 펄스 레이트는, 단일의 펄스에서 다음 펄스까지 소요되는 시간, 즉 전자기 복사선이 펄스 형태로 조사될 때 펄스가 반복되는 주기를 의미할 수 있다. In one example, the pulse rate of the pulsed electromagnetic radiation may be in the range of 0.1 Hz to 1 kHz. The pulse rate, in another example, may be 0.5 Hz or more, 1 Hz or more, 1.5 Hz or more, 2 Hz or more, and 500 Hz or less, 100 Hz or less, 50 Hz or less, 30 Hz or less, 10 Hz or less, 5 Hz or less Or 3 Hz or less. In the above, the pulse rate may mean a time taken from a single pulse to the next pulse, that is, a period in which a pulse is repeated when electromagnetic radiation is irradiated in a pulse form.
일 예시에서, 상기 펄스 전자기 복사선의 전압은 350 V 내지 500 V의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 전압은, 다른 예시에서, 360 V 이상, 370 V 이상, 380 V 이상, 390 V 이상 또는 400 V 이상일 수 있고, 490 V 이하, 480 V 이하, 470 V 이하, 460 V 이하, 450 V 이하, 440 V 이하, 430 V 이하, 420 V 이하, 410 V 이하 또는 400 V 이하일 수 있다. In one example, the voltage of the pulsed electromagnetic radiation may be in the range of 350 V to 500 V. The voltage, in another example, may be 360 V or more, 370 V or more, 380 V or more, 390 V or more, or 400 V or more, and 490 V or less, 480 V or less, 470 V or less, 460 V or less, 450 V or less, It may be 440 V or less, 430 V or less, 420 V or less, 410 V or less, or 400 V or less.
일 예시에서, 상기 펄스 전자기 복사선의 펄스 수(pulse number)는 1 내지 100의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 펄스 수는, 다른 예시에서, 2 이상, 3 이상, 4 이상, 5 이상, 6 이상, 7 이상, 8 이상, 9 이상 또는 10 이상일 수 있고, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 20 이하 또는 10 이하일 수 있다. 상기에서 펄스 수는, 상기 광소결 과정에서 펄스 전자기 복사선이 조사될 때, 전자기 복사선이 펄스 형태로 조사되는 횟수를 의미할 수 있다. In one example, the pulse number of the pulsed electromagnetic radiation may be in the range of 1 to 100. The number of pulses, in another example, may be 2 or more, 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, 7 or more, 8 or more, 9 or more, or 10 or more, and 90 or less, 80 or less, 70 or less, 60 or less, It may be 50 or less, 40 or less, 30 or less, 20 or less, or 10 or less. In the above, the number of pulses may mean the number of times the electromagnetic radiation is irradiated in the form of a pulse when the pulsed electromagnetic radiation is irradiated during the light sintering process.
일 예시에서, 상기 펄스 전자기 복사선의 에너지는 0.1 J/cm2 내지 100 J/cm2 의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 에너지는, 다른 예시에서, 0.5 J/cm2 이상, 1 J/cm2 이상, 1.5 J/cm2 이상, 2 J/cm2 이상 또는 2.5 J/cm2 이상일 수 있고, 90 J/cm2 이하, 80 J/cm2 이하, 70 J/cm2 이하, 60 J/cm2 이하, 50 J/cm2 이하, 40 J/cm2 이하, 30 J/cm2 이하, 20 J/cm2 이하, 10 J/cm2 이하 또는 7 J/cm2 이하일 수 있다. In one example, the energy of the pulsed electromagnetic radiation may be in the range of 0.1 J/cm 2 to 100 J/cm 2. The energy, in another example, may be 0.5 J/cm 2 or more, 1 J/cm 2 or more, 1.5 J/cm 2 or more, 2 J/cm 2 or more, or 2.5 J/cm 2 or more, and 90 J/cm 2 Or less, 80 J/cm 2 or less, 70 J/cm 2 or less, 60 J/cm 2 or less, 50 J/cm 2 or less, 40 J/cm 2 or less, 30 J/cm 2 or less, 20 J/cm 2 or less , 10 J/cm 2 or less or 7 J/cm 2 or less.
상기한 것처럼, 광의 조사를 통해 그린 구조체를 소결하여 금속폼을 제조하는 경우, 금속폼은 빠른 시간 내에 형성될 수 있는 이점이 있다. 따라서, 상기 광 구체적으로, 펄스 전자기 복사선의 조사 시간은, 예를 들어, 1초 내지 30 분의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 조사 시간은, 다른 예시에서, 30 초 이상, 1 분 이상, 3 분 이상 또는 5 분 이상일 수 있고, 20 분 이하, 10 분 이하, 또는 5 분 이하일 수 있다. As described above, in the case of manufacturing a metal foam by sintering the green structure through irradiation of light, there is an advantage that the metal foam can be formed in a short time. Accordingly, the light, specifically, the irradiation time of the pulsed electromagnetic radiation may be in the range of, for example, 1 second to 30 minutes. The irradiation time, in another example, may be 30 seconds or more, 1 minute or more, 3 minutes or more, or 5 minutes or more, and may be 20 minutes or less, 10 minutes or less, or 5 minutes or less.
상기 언급한 광조사의 조건, 예를 들어 펄스 수, 복사선의 에너지, 펄스 레이트 등은 적용되는 금속 성분의 종류, 그린 구조체를 지지하는 틀 혹은 기판의 종류 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다. The above-mentioned conditions of light irradiation, for example, the number of pulses, energy of radiation, and pulse rate may be appropriately changed in consideration of the type of metal component to be applied, the type of frame or substrate supporting the green structure, and the like.
또한, 상기 광조사는, 특정 대기 분위기, 예를 들어, 아르곤, 아르곤과 질소의 혼합 가스 등의 비활성 기체의 존재 하에서 수행될 수도 있다. In addition, the light irradiation may be performed in the presence of an inert gas such as a specific atmospheric atmosphere, for example, argon or a mixed gas of argon and nitrogen.
일 예시에서, 상기 소결은 상기한 광조사를 통해서만 이루어질 수도 있고, 상기 광조사와 함께 적절한 열을 인가하거나, 전자기장 등을 인가하면서 수행할 수도 있다.In one example, the sintering may be performed only through the above-described light irradiation, and appropriate heat may be applied together with the light irradiation, or may be performed while applying an electromagnetic field or the like.
본 출원은, 또한 금속폼에 관한 것이다. 상기 금속폼은 전술한 방법에 의해 제조된 것일 수 있다. This application also relates to a metal foam. The metal foam may be manufactured by the above-described method.
전술한 것처럼 상기 그린 구조체를 소결함으로 해서 금속폼이 형성될 수 있는데, 전술한 것처럼 그린 구조체가 필름 또는 시트형인 경우에는, 금속폼 또한 그린 구조체와 마찬가지로 필름 또는 시트형일 수도 있다. 또한, 금속폼의 두께 또한 상기한 그린 구조체와 같을 수도 있고, 다르더라도 그 차이가 극히 미미할 수 있다. 그 차이(그린 구조체의 두께-금속폼의 두께)는, 예를 들어, 0 μm 초과 30 μm 이하, 25 μm 이하, 20 μm 이하, 15 μm 이하, 10 μm 이하, 5 μm 이하 또는 1 μm 이하의 범위 내에 있을 수도 있다. 이러한 범위로 두께를 제어함으로써, 목적에 따라 적합한 특성의 금속폼의 제조가 가능하다. As described above, a metal foam may be formed by sintering the green structure. As described above, when the green structure is in the form of a film or a sheet, the metal foam may also be in the form of a film or a sheet like the green structure. In addition, the thickness of the metal foam may be the same as the above-described green structure, or even if different, the difference may be very slight. The difference (thickness of green structure-thickness of metal foam) is, for example, more than 0 μm and less than 30 μm, less than 25 μm, less than 20 μm, less than 15 μm, less than 10 μm, less than 5 μm, or less than 1 μm. It may be within range. By controlling the thickness in this range, it is possible to manufacture a metal foam having suitable properties according to the purpose.
상기 금속폼은, 기공도(porosity)가 특정 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 방법으로 제조된 금속폼의 기공도는 99 % 이하일 수 있다. 상기 기공도는 다른 예시에서, 95 % 이하, 90 % 이하 또는 85 % 이하일 수 있고, 10 % 이상, 20 % 이상, 30 % 이상, 40 % 이상, 50 % 이상, 60 % 이상 또는 70 % 이상일 수 있다. 상기 기공도는 금속폼 등의 밀도를 계산하여 공지의 방식으로 산출할 수 있다. The metal foam may have a porosity within a specific range. For example, the porosity of the metal foam manufactured by the above method may be 99% or less. In another example, the porosity may be 95% or less, 90% or less, or 85% or less, and may be 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, or 70% or more. have. The porosity can be calculated in a known manner by calculating the density of metal foam.
또한, 상기 금속폼은, 이를 구성하는 기공의 평균 크기가 특정 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속폼의 기공의 평균 크기는, 상기 슬러리의 조성, 금속 전구체의 두께, 소결 조건 등에 따라서 조절될 수 있다. 상기 금속폼의 평균 기공 크기는, 예를 들어, 10 μm 내지 100 μm의 범위 내에 있을 수 있다. 본 출원에서는, 금속폼의 기공을 형성하는 방식으로 수성 용매, 유기 용제 및 계면활성제가 형성하는 액적에 의해서 형성되기 때문에, 상기 기공 크기는 이러한 방식을 적용하지 않고 제조된 금속폼 보다는 클 수 있다. In addition, the metal foam may have an average size of pores constituting it within a specific range. For example, the average size of the pores of the metal foam may be adjusted according to the composition of the slurry, the thickness of the metal precursor, and sintering conditions. The average pore size of the metal foam may be, for example, in the range of 10 μm to 100 μm. In the present application, since it is formed by droplets formed by an aqueous solvent, an organic solvent, and a surfactant in a manner of forming pores of the metal foam, the pore size may be larger than that of the metal foam manufactured without applying this method.
이와 같은 금속폼은, 다공성의 금속 구조체가 요구되는 다양한 용도로 적용될 수 있다. 특히, 본 출원의 방식에 따르면, 전술한 것처럼 목적하는 수준의 기공도와, 기공 크기 및 두께 등을 가지는, 필름 또는 시트 형태의 금속폼의 제조가 가능하기에, 기존 대비 금속폼의 용도를 확대할 수 있는 이점 또한 있다. Such a metal foam can be applied to various applications requiring a porous metal structure. In particular, according to the method of the present application, it is possible to manufacture a metal foam in the form of a film or a sheet having a desired level of porosity, pore size and thickness, etc., as described above, so that the use of the metal foam can be expanded compared to the existing one. There are also benefits that can be done.
본 출원의 금속폼 제조 방법은, 우수한 기공도 및 재료적 물성 등을 가지는 금속폼을, 적용되는 금속 성분과 금속폼을 지지하는 기판의 종류의 제한 없이도, 빠른 시간 내에 제조할 수 있는 이점이 있다. The metal foam manufacturing method of the present application has the advantage of being able to manufacture a metal foam having excellent porosity and material properties in a short time without limitation of the type of substrate supporting the metal component and the metal foam to be applied. .
도 1 및 도 2는 실시예의 그린 구조체의 SEM 사진이다.
도 3 및 도 4는 실시예의 금속폼의 SEM 사진이다.
도 5 및 도 6은 비교예의 금속폼의 SEM 사진이다. 1 and 2 are SEM photographs of the green structure of the embodiment.
3 and 4 are SEM photographs of the metal foam of the embodiment.
5 and 6 are SEM photographs of a metal foam of a comparative example.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. The present application will be described in detail through the following examples, but the scope of the present application is not limited by the following examples.
[측정 방법][How to measure]
기공도 측정Porosity measurement
실시예 및 비교예에서의 그린 구조체 또는 금속폼의 기공도는 제조된 금속폼 시편의 크기와, afleh alc 무게를 이용하여 이를 역산함으로 해서 측정되었다. The porosity of the green structure or metal foam in Examples and Comparative Examples was measured by inverting the size of the manufactured metal foam specimen and the weight of afleh alc.
SEM 사진 촬영SEM photo shoot
실시예 및 비교예에서의 그린 구조체 또는 금속폼의 단면 사진은 SEM(scanning electron microscope, JSM7610F, JEOL社)을 이용하여 촬영하였다. Cross-sectional photographs of green structures or metal foams in Examples and Comparative Examples were taken using a scanning electron microscope (SEM), JSM7610F, JEOL.
[제조예][Production Example]
실시예 Example
실시예에서 적용한 성분은 다음과 같다:Components applied in the examples are as follows:
<적용 성분><Applicable ingredients>
금속 성분: 평균 입경(D50 입경)이 대략 10 ㎛ 이하 정도인 판상의 구리 분말Metal component: plate-shaped copper powder with an average particle diameter (D50 particle diameter) of about 10 μm or less
수성 용매: 물Aqueous solvent: water
유기 용제: 헥산Organic Solvent: Hexane
바인더: 히드록시프로필 셀룰로오스와 메틸 셀룰로오스의 5.2:1.8(히드록시프로필 셀룰로오스:메틸 셀룰로오스) 중량비 혼합물Binder: 5.2:1.8 (hydroxypropyl cellulose: methyl cellulose) weight ratio mixture of hydroxypropyl cellulose and methyl cellulose
계면활성제: 비이온계 계면활성제인 라우라민 옥시드(lauramine oxide)Surfactant: lauramine oxide, a nonionic surfactant
가소제: 에틸렌글리콜Plasticizer: Ethylene glycol
그린 구조체Green structure
수성 용매에, 금속 성분, 유기 용제, 바인더, 계면활성제 및 가소제를 35:57.7:0.4:5.1:0.4:1.4(수성 용매:금속 성분:유기 용제:바인더:계면활성제:가소제)의 중량 비율로 혼합하여 슬러리를 제조하였다.In an aqueous solvent, a metal component, an organic solvent, a binder, a surfactant, and a plasticizer are mixed in a weight ratio of 35:57.7:0.4:5.1:0.4:1.4 (aqueous solvent: metal component: organic solvent: binder: surfactant: plasticizer). Thus, a slurry was prepared.
상기 슬러리를 공지의 이형 필름 상에 약 175 ㎛의 두께로 코팅하고, 건조하여 두께가 대략 170 ㎛이고, free-standing한 그린 구조체를 제조하였다. 상기 그린 구조체의 기공도는 대략 85 % 정도였다. 도 1은 그린 구조체의 SEM 사진이고, 도 2는 도 1의 사진을 4배 확대한 사진이다. The slurry was coated on a known release film to a thickness of about 175 μm, and dried to prepare a green structure having a thickness of about 170 μm and a free-standing green structure. The porosity of the green structure was about 85%. FIG. 1 is an SEM photograph of the green structure, and FIG. 2 is a photograph magnified 4 times of the photograph of FIG. 1.
금속폼Metal foam
상기 그린 구조체를 광소결 시켜서 필름 형태의 금속폼을 제조하였다. 광소결은, 구체적으로 수소/아르곤 가스로 퍼징하면서, 상기 그린 구조체에 펄스 전자기 제논 복사선을 조사하면서 수행되었다. 조사 장치로는 PulseForge 2300(Novacentrix社) 장치를 적용하였으며, 펄스 전자기 복사선의 조사 조건은 다음과 같다:The green structure was photosintered to prepare a film-type metal foam. Photosintering was specifically performed while purging with hydrogen/argon gas and irradiating pulsed electromagnetic xenon radiation to the green structure. PulseForge 2300 (Novacentrix) was applied as an irradiation device, and the irradiation conditions of pulsed electromagnetic radiation are as follows:
인가 전압: 약 400 VApplied voltage: about 400 V
펄스 폭: 약 4 msPulse width: about 4 ms
펄스 레이트: 약 2.3 HzPulse rate: about 2.3 Hz
펄스 수: 10Number of pulses: 10
에너지: 약 3.2 J/cm2 Energy: about 3.2 J/cm 2
조사 시간: 약 4분Irradiation time: about 4 minutes
상기의 방법으로 제조된 금속폼의 SEM 사진을 도 3에, 도 3의 사진을 6배 확대한 사진을 도 4에 도시하였다. 상기 금속폼의 두께는 약 170 μm 였으며, 기공도는 약 82 % 정도였다. 상기의 방법으로 후술하는 실시예와 동등한 정도의 기공도를 가지는 금속폼을 보다 빠른 시간 내에 제조할 수 있음을 확인할 수 있다. The SEM photograph of the metal foam manufactured by the above method is shown in FIG. 3, and the photograph of FIG. 3 is enlarged 6 times in FIG. 4. The thickness of the metal foam was about 170 μm, and the porosity was about 82%. It can be seen that by the above method, a metal foam having a porosity equivalent to that of the examples to be described later can be manufactured in a shorter time.
비교예 Comparative example
금속폼Metal foam
실시예에서 제조한 그린 구조체가 수소/아르곤 가스 분위기와 약 1000 ℃의 온도에서 2 시간 동안 유지되도록, 전기로(퍼니스)에서 외부 열원을 인가하여 소결을 진행하여 필름 형태의 금속폼을 제조하였다. 상기 금속폼의 기공도는 약 85 % 정도의 수준이었으며, 그 두께는 대략 140 μm 정도 였다. 상기의 금속폼의 SEM 사진을 도 5에 도시하였으며, 도 5의 2배 확대도를 도 6에 도시하였다. In order that the green structure prepared in the example was maintained in a hydrogen/argon gas atmosphere and a temperature of about 1000° C. for 2 hours, sintering was performed by applying an external heat source in an electric furnace (furnace) to prepare a film-shaped metal foam. The metal foam had a porosity of about 85%, and its thickness was about 140 μm. The SEM image of the metal foam is shown in FIG. 5, and a double enlarged view of FIG. 5 is shown in FIG. 6.
Claims (20)
The method of claim 1, wherein the green structure is in the form of a film or sheet.
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CN115194153A (en) * | 2022-06-30 | 2022-10-18 | 瑞声科技(南京)有限公司 | Preparation method of foam copper |
EP4234126A1 (en) * | 2022-02-23 | 2023-08-30 | ETH Zurich | Metallic foams and methods for producing them |
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- 2019-09-30 KR KR1020190120828A patent/KR20210038106A/en active Search and Examination
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Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination |