KR20210080035A - 에어로겔 블랭킷의 건조 방법 및 이를 이용한 에어로겔 블랭킷의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습윤겔 블랭킷의 건조 과정에서 발생하는 겔 망상 구조의 수축 현상을 최소화하여 우수한 단열 성능을 가질 수 있고, 시간 대비 건조 효율이 우수한 에어로겔 블랭킷의 건조방법 및 이를 이용한 에어로겔 블랭킷의 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

에어로겔 블랭킷의 건조 방법 및 이를 이용한 에어로겔 블랭킷의 제조방법 {METHOD FOR DRYING AEROGEL BLANKET AND PREPARING METHOD THEREOF}

본 발명은 건조 과정에서 발생하는 수축 현상을 최소화하여 우수한 단열 성능을 가질 수 있고, 시간 대비 건조 효율이 우수한 건조방법을 이용한 에어로겔 블랭킷의 건조 방법 및 이를 이용한 에어로겔 블랭킷의 제조방법에 관한 것이다.

에어로겔(aerogel)은 나노입자로 구성된 고다공성 물질로서, 높은 기공률과 비표면적, 그리고 낮은 열전도도를 가져 고효율의 단열재, 방음재 등의 용도로 주목 받고 있다. 이러한 에어로겔은 다공성 구조로 인해 매우 낮은 기계적 강도를 갖기 때문에 기존의 단열섬유인 무기섬유 또는 유기섬유 등의 섬유상 블랭킷에 에어로겔을 함침하여 결합시킨 에어로겔 복합체가 개발되고 있다.

일례로, 실리카 에어로겔을 이용한 실리카 에어로겔 함유 블랭킷의 경우, 실리카 졸 제조 단계, 겔화 단계, 숙성(Aging) 단계, 표면개질 단계 및 건조 단계를 통해 제조된다.

에어로겔 블랭킷 분야에서 일반적으로 상압 열풍 건조방법(열풍 건조)가 주로 실시되어 왔으나, 열풍 건조방법은 건조 샘플 외부에서 내부로 순차적으로 가열되기 때문에 휘발성 높은 유기 용매가 휘발성 낮은 물보다 먼저 증발된다. 이에 따라 건조가 진행될수록 겔의 기공 내 물의 함량이 높아지게 되므로 모세관 현상이 빈번하게 발생하여 수축 현상 등으로 기공 구조가 파괴되는 문제가 발생하게 된다. 기공 구조가 파괴된 에어로겔 블랭킷은 상대적으로 단열 성능이 악화되는 문제가 있다. 이러한 문제는 표면장력이 낮은 유기 용매로의 치환 없이 바로 건조하는 경우에는 더욱 심화될 수 있다.

또한, 열풍 건조방법은 건조 샘플의 온도가 최적의 건조 온도까지 상승하는데 비교적 장시간이 소요되므로 최적의 건조 온도보다 낮은 온도에서 건조가 이루어지므로 열풍 건조만으로 에어로겔 블랭킷을 건조하는 경우에는 건조 효율이 크게 떨어지는 문제가 있다.

열풍 건조방법의 낮은 건조 효율 및 단열 성능 악화를 보완하기 위한 건조 방법으로 초임계 건조방법이 제안되었다. 초임계 건조는 초임계 상태의 유체, 예컨대 초임계 상태의 이산화탄소(CO₂)를 고압 반응기에 투입하여 습윤겔 블랭킷 내 에탄올과 치환되어, 치환된 에탄올이 추출됨으로써 건조가 진행되는 방법이다. 그러나, 초임계 건조방법은 초임계 추출을 위한 별도의 건조 장치가 필요하여 초기 투자 비용이 매우 높은 단점이 있다. 또한, 초임계 건조방법은 가압-추출-감압 단계를 필수적으로 거치게 되므로 건조 소요 시간이 큰 문제가 있다. 특히 초임계 건조 단계 중 추출 단계는 초임계 유체 대비 용매의 비율이 높은 초기에는 초임계 상태가 아닌 액상의 유체가 용매를 희석시켜 제거하는 원리가 적용되어 용매의 비율이 높을수록 추출에 필요한 시간이 현저하게 길어지게 된다. 또한, 초임계 추출기에서 건조가 이루어지므로 연속 건조공정이 불가능하고, 배치 공정만 가능한 단점이 있다. 이에 따라 건조 공정 중 초임계 건조 공정만 적용하는 경우 에어로겔 블랭킷의 상업화/양산화가 곤란하다는 문제점도 야기될 수 있다.

뿐만 아니라, 에어로겔 블랭킷을 제조하는 공정에 사용되거나, 공정 중 발생할 수 있는 암모니아가 초임계 유체, 예컨대 이산화탄소와 반응하여 불용성의 중탄산암모늄염을 생성하므로 이에 따른 건조 효율 저하, 배관 막힘 및 회수된 용매의 재사용이 어려워지는 문제도 발생할 수 있다.

이에, 건조 장치 유지 비용 등이 크게 소비되지 않아 경제적인 효과를 누릴 수 있으면서도 건조 효율이 우수하고, 건조 중 수축 현상이 최소화되어 우수한 단열 성능을 확보할 수 있는 건조방법을 이용한 에어로겔 블랭킷의 제조방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.

한국공개실용신안공보 제20-2008-0001404호 (2008.05.28 공개) 한국공개특허공보 제10-1998-073855호 (1998.11.05 공개)

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 습윤겔 블랭킷의 건조 과정에서 발생하는 겔 망상 구조의 수축 현상을 최소화하여 우수한 단열 성능을 가질 수 있고, 시간 대비 건조 효율이 우수한 에어로겔 블랭킷의 건조방법 및 이를 적용한 에어로겔 블랭킷의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 하여, 본 발명은 1) 습윤겔 블랭킷을 상압 건조 공정에 의해 1차 건조하는 단계; 및 2) 상기 1차 건조된 습윤겔 블랭킷을 초임계 건조 공정에 의해 2차 건조하여 에어로겔 블랭킷을 제조하는 단계를 포함하는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 1차 건조에서 건조 전 용매 총 부피 기준으로 25 내지 65 부피%의 용매를 제거하도록 건조가 수행되는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 A) 습윤겔 블랭킷을 제조하는 단계; B) 상기 제조된 습윤겔 블랭킷을 건조하여 에어로겔 블랭킷을 제조하는 단계를 포함하며, 이 때 건조는 전술한 에어로겔 블랭킷의 건조방법에 따라 수행되는 것인 에어로겔 블랭킷의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 용매의 비율이 높은 건조 초기에는 상압 건조 공정을 수행하고, 건조가 일부 완료된 이후에 초임계 건조 공정을 수행함으로써 건조 과정에서 발생하는 에어로겔의 수축 현상을 최소화하여 우수한 기공 특성과 함께 높은 비표면적 등의 물성을 가지고, 우수한 단열 성능을 확보함과 동시에 건조 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.

또한, 1차 건조에서 상압 건조를 수행하는 경우 겔화 촉매 또는 표면개질제로부터 기인한 암모니아가 다량 제거되어 2차 건조인 초임계 건조 공정 중 중탄산암모늄염(NH₄HCO₃)의 발생량을 크게 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 건조 효율이 더욱 개선될 수 있고, 불용성 염에 따른 배관 막힘 문제를 해소할 수 있으며 초임계 폐액의 재사용률을 더욱 높일 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예 3에서 사용된 초임계 건조 장비 내 필터부를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 비교예 3에서 사용된 초임계 건조 장비 내 필터부를 촬영한 사진이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 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.

본 명세서에서 사용되는 용어 "상압 건조"는 상압 하에서 통상의 방법에 따라 수행될 수 있는 모든 건조 방법을 포괄하는 용어로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "상압"은 별도의 오토클레이브와 같은 고압의 장치를 사용하지 아니하고, 특별히 압력을 줄이거나 높이지 않을 때의 압력을 의미하는 것으로, 예컨대 1±0.3 atm의 압력을 나타내는 것일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "상온"은 별도로 가열시키거나 냉각시키지 않았을 때의 온도를 의미하는 것으로, 예컨대 20±5 ℃의 온도를 나타내는 것일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "겔화" 또는 "겔화 반응"은 졸-겔 반응을 나타내는 것일 수 있으며, 이 때 "졸-겔(sol-gel)반응"은 실리콘이나 금속 알콕사이드 단위 전구체 물질로부터 망상구조를 형성시키는 것으로, 예컨대 실리콘과 물이 반응하여 금속에 하이드록시(-OH) 작용기를 형성하는 가수분해 반응(hydrolysis)이 일어난 후, 두 개의 하이드록시 작용기로부터 하나의 물 분자가 동시에 금속-산소간의 결합을 형성하는 축합반응(condensation)을 거쳐 반응물과 반응물이 서로 연결되어 성장하는 반응을 나타내는 것일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "망상구조(network structure)"는 원자배열이 1종 혹은 그 이상의 종류로 되어 있는 어떤 특정한 다각형이 이어진 평면 그물 모양의 구조 또는 특정 다면체의 정점, 모서리, 면 등을 공유하여 3차원 골격구조를 형성하고 있는 구조를 나타내는 것일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "습윤겔"은 졸의 겔화 반응으로 생성된 망상 구조의 생성물을 의미하는 것으로 건조하기 전의 상태로 용매를 포함하고 있는 겔을 의미하는 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "에어로겔"은 습윤겔을 건조하여 겔 표면 및/또는 내부에 존재하는 용매를 제거한 후의 겔을 의미하는 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "습윤겔 블랭킷" 또는 "에어로겔 블랭킷"은 습윤겔/에어로겔과 블랭킷용 기재의 복합체를 의미하는 것으로 다공질의 블랭킷용 기재 표면 및 내부 기공에 습윤겔/에어로겔이 형성된 복합체를 나타내는 것이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 블랭킷의 건조방법과, 이를 이용한 에어로겔 블랭킷의 제조방법을 순차적으로 상세히 기재하였다.

<에어로겔 블랭킷의 건조방법>

본 발명은 1) 습윤겔 블랭킷을 상압 건조 공정에 의해 1차 건조하는 단계; 및 2) 상기 1차 건조된 습윤겔 블랭킷을 초임계 건조 공정에 의해 2차 건조하여 에어로겔 블랭킷을 제조하는 단계를 포함하는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법을 제공한다. 여기에서 에어로겔 블랭킷의 건조방법은 구체적으로 겔화 반응으로 형성된 습윤겔 블랭킷을 건조하는 방법을 나타내는 것이며, 상기 건조방법을 수행하여 에어로겔 블랭킷을 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상압 건조와 초임계 건조가 순차적으로 이루어지도록 순서를 특정하였다.

만약, 습윤겔 블랭킷을 건조할 때 상압 건조 방법만 사용하여 건조하면, 상압 건조의 경우 건조 샘플 외부에서 내부로 순차적으로 가열되기 때문에 휘발성 높은 유기 용매가 휘발성 낮은 물보다 먼저 증발된다. 이에 따라 건조가 진행될수록 겔의 기공 내 물의 함량이 높아지게 되므로 모세관 현상이 빈번하게 발생하여 수축 현상으로 인해 기공 구조가 파괴되는 문제가 발생할 수 있으며 기공 구조가 파괴된 에어로겔 블랭킷은 상대적으로 단열 성능이 악화되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 습윤겔 블랭킷을 초임계 건조 방법만 사용하여 건조하면 건조 시간이 상당히 길어지게 되고, 특히 초임계 건조는 초기에는 초임계 상태가 아닌 액상의 유체가 용매를 희석시켜 제거하는 원리를 적용하고 있으므로, 용매의 비율이 높은 건조 초기에 추출에 필요한 시간이 매우 길어지게 되어 건조 효율이 현저하게 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 또한, 초임계 건조만 수행하는 경우 겔화 촉매 및 표면개질제로부터 기인한 암모니아가 건조 중에도 계속하여 잔류하기 때문에 초임계 유체로 사용되는 이산화탄소와 반응하여 불용성 염인 중탄산암모늄염을 생성하고, 이에 따라 건조 효율 저하, 배관 막힘 현상 및 초임계 폐액의 재사용률 저하 등의 문제를 발생시킬 수 있다.

또한, 건조 방법의 순서를 변경하여 1차 건조에서 초임계 건조 방법을 수행하고, 2차 건조에서 상압 건조를 수행하면, 초임계 건조를 용매의 비율이 높은 건조 초기에 수행하게 되므로 전술한 초임계 건조 초기의 문제점, 즉 추출 시간이 매우 길어지게 되는 문제를 해소할 수 없고, 또 용매의 일부만 제거되고 일부는 잔류하고 있기 때문에 감압 공정에서 용매에 포함된 물로 인한 모세관 현상 때문에 겔 구조의 수축 현상이 발생하여 견고한 망상 구조를 유지할 수 없고, 이에 따라 에어로겔 블랭킷의 단열 성능이 크게 악화되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라 1차 건조에서 상압 건조 방법을 수행하고 2차 건조에서 초임계 건조 방법을 수행하면 1차 건조에서 용매를 제거하여 습윤겔 블랭킷 내 용매의 비율을 낮추었기 때문에 초임계 건조 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있고, 또 상압 건조를 계속하여 진행할 때 발생할 수 있는 수축 현상을 감소시켜 우수한 단열 성능을 확보할 수 있다. 또한, 1차 건조에서 겔화 촉매 및 표면개질제로부터 기인하는 암모니아가 다량 제거되어 초임계 건조 공정 중 중탄산암모늄의 발생량이 크게 감소할 수 있다.

이하에서는 건조방법을 각 단계 별로 상세히 설명한다.

단계 1)

본 발명의 일 실시예에 따른 단계 1)은 습윤겔 블랭킷을 상압 건조 공정에 의해 1차 건조하는 단계이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 1차 건조는 건조 전 용매 총 부피 기준으로 10 내지 80 부피%의 용매가 제거되도록 수행되는 것일 수 있다. 만약, 1차 건조에서 건조 전 용매 총 부피 기준으로 10 부피% 미만의 용매가 제거되면 초임계 건조 시간에서 유의미한 감소 폭을 보일 수 없어 건조 효율이 개선되지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 또 초임계 건조 시간을 무리하게 감소시키면 불완전하게 건조되어 초임계 건조 중 감압 단계에서 구조의 수축 현상이 발생할 수 있다. 또한, 1차 건조에서 건조 전 용매 총 부피 기준으로 80 부피%를 초과하는 용매가 제거되면 상압 건조가 진행될수록 빈번하게 발생하는 물의 모세관 현상으로 인해 구조의 수축 현상이 발생할 수 있다. 건조 중 수축 현상을 억제하여 더욱 견고한 구조를 가지고 단열성능이 우수한 에어로겔 블랭킷을 확보하는 측면에서, 바람직하게는 상기 1차 건조는 건조 전 용매 총 부피 기준으로 25 부피% 내지 65 부피%, 30 부피% 내지 60 부피%, 보다 바람직하게는 40 부피% 내지 50 부피%의 용매가 제거되도록 수행되는 것일 수 있다. 특히 25 부피% 내지 65 부피%, 30 부피% 내지 60 부피% 또는 40 부피% 내지 50 부피% 범위 내에서 용매가 제거되도록 1차 건조를 수행하는 경우 전술한 건조 효율과 에어로겔 블랭킷의 단열 특성을 더욱 크게 개선할 수 있다.

여기에서, 건조 전 용매 총 부피는 건조 공정이 수행되기 직전 습윤겔 블랭킷에 포함된 용매의 부피를 나타내는 것으로, 제조공정에서 겔화 이후 습윤겔 블랭킷에 포함된 용매의 총 부피를 나타내는 것일 수 있으며, 겔화 이후 숙성 공정을 거치는 경우 숙성 공정을 거친 이후 습윤겔 블랭킷에 포함된 용매의 총 부피를 나타내는 것일 수 있다. 또 다른 실시예에서 겔화 이후 습윤겔 블랭킷에 포함된 용매의 총 부피는 졸 부피와 동일한 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 용매는 에어로겔 블랭킷 제조공정에서 겔 전구체인 졸에 포함되는 용매를 나타내는 것일 수 있으며, 구체적으로 물 및 유기용매를 포함하는 것일 수 있다. 여기에서 상기 유기용매는 구체적으로 알코올을 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 등과 같은 1가 알코올; 또는 글리세롤, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 및 솔비톨 등과 같은 다가 알코올일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이 중에서도 물 및 에어로겔과의 혼화성을 고려할 때 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 등과 같은 탄소수 1 내지 6의 1가 알코올, 예컨대 에탄올일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상압 건조 공정은 적외선 방사체 기반의 적외선 건조(IR 건조), 가열 및/또는 건조된 공기 또는 다른 기체를 이용한 열풍 건조, 증기가 가열된 롤러를 이용한 건조, 마이크로파 건조, RF 건조 또는 전기 저항 기반의 가열기를 사용하는 건조, 자연 건조 및 원심 분리를 이용한 원심 건조로 이루어진 건조 방법들로부터 선택된 하나 이상의 방법을 적용하는 것일 수 있다. 상기 상압 건조 공정은 건조 효율을 높이면서도 건조 장치 설치 및 유지 비용을 절감하는 측면에서 바람직하게는 적외선 건조, 열풍 건조 또는 원심 건조 방법으로 수행하는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 적외선 건조 또는 열풍 건조 방법으로 수행하는 것일 수 있다.

상기 상압 건조 공정이 적외선 건조 방법으로 수행되는 경우, 열원이 되는 적외선 방사체의 표면 온도는 일반적으로 에어로겔 건조 기술 분야에서 적용될 수 있는 온도라면 제한 없이 적용 가능하며, 건조 효율을 더욱 높이는 측면에서 일례로 200 ℃ 내지 1100 ℃, 바람직하게는 250 ℃ 내지 900 ℃일 수 있다. 건조 공정 중의 안전성을 확보하는 측면에서 250 ℃ 내지 700 ℃ 또는 400 ℃ 내지 700 ℃가 더욱 바람직하다.

또한, 적외선 건조에서, 조사되는 적외선 방사체의 종류는 일반적으로 적용되는 방사체라면 제한 없이 적용 가능하며, 일례로 중간 적외선(MIR)용 카본 히터, 원적외선(FIR)용 세라믹 히터를 적용할 수 있다. 또한, 조사되는 적외선의 파장은 일반적으로 알려진 중간 적외선 범위 또는 원적외선 범위에 포함될 수 있는 적외선이라면 파장 범위의 제한은 없으나, 일례로 2 내지 15 ㎛ 파장 영역 대의 적외선을 포함하는 것일 수 있으며, 또는 적외선 조사 시 메인 피크의 평균 파장 값이 2 내지 15 ㎛인 적외선을 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 상압 건조 공정이 열풍 건조 방법으로 수행되는 경우, 건조는 90 ℃ 내지 200 ℃의 온도, 바람직하게는 120 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 수행될 수 있고, 상기 온도를 달성하기 위하여 오븐과 같은 열풍 건조기를 사용하는 것일 수 있으며, 통상적인 열풍 건조 방법을 통해 건조를 수행하는 것일 수 있다.

또한, 상기 원심 건조는 원심 분리기에서 원심력을 이용하여 탈용매하는 방법으로, 상기 상압 건조 공정이 원심 건조 방법으로 수행되는 경우, 회전 속도는 에어로겔 블랭킷의 구조를 유지할 수 있고, 탈용매가 가능한 범위라면 제한 없이 적용 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 1차 건조는 건조 전 용매 총 부피 기준으로 10 부피% 내지 80 부피%, 바람직하게는 25 부피% 내지 65 부피%, 보다 바람직하게는 30 부피% 내지 60 부피%의 용매를 제거할 수 있다면 건조 시간의 제한 없이 수행 가능하며, 일례로 2 분 내지 50 분 동안 수행하는 것일 수 있다. 또한 건조 효율을 높이고 상압 건조로 인한 구조 붕괴 및 에어로겔 블랭킷의 물성 저하 문제를 방지하기 위한 측면에서 바람직하게는 2 분 내지 40 분, 보다 바람직하게는 5 분 내지 30 분 동안 수행하는 것일 수 있다. 이 때 상기 예시의 1차 건조 시간은 건조 대상과 열원(방사체, 열풍 노즐 등) 간 거리가 5 내지 20 cm일 때의 건조 시간을 나타낸 것일 수 있다. 그러나, 건조 시간은 건조 조건, 예컨대 열원의 온도, 건조 대상과 열원 간의 거리 등에 따라 조절될 수 있는 것이므로 상기 범위를 벗어나는 건조 시간을 가지더라도 용매 제거율이 전술한 범위를 충족한다면 본 발명의 범위로 포함되는 것이다.

단계 2)

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단계 2)는 1차 건조된 습윤겔 블랭킷을 초임계 건조 공정에 의해 2차 건조하는 단계이다.

우선, 초임계 건조에 대해서 설명한다. 초임계 건조는 초임계 유체를 사용하여 용매를 추출, 제거하는 방법이다. 구체적으로, 초임계 건조에 사용되는 초임계 유체의 기능 물질에는 3태라고 칭하는 기상(기체), 액상(액체), 고상(고체)의 3개의 존재 상태가 있다. 상기 3개의 상은, 상 상태 그래프에서, 기상과 액상과의 경계를 나타내는 증기압 곡선(기상 평형 선), 기상과 고상과의 경계를 나타내는 승화 곡선, 고상과 액상과의 경계를 나타내는 용해 곡선으로 구획된다. 이들 3개의 상이 겹친 곳이 삼중점이다. 이 삼중점에서 증기압 곡선이 고온 측으로 연장되면, 기상과 액상이 공존하는 한계인 임계점에 도달한다. 이 임계점에서는 기상과 액상의 밀도가 같거나 기액 공존 상태의 계면이 소실된다.

그리고 임계점보다 고온, 고압의 상태에서는 기상, 액상의 구별이 없어지고, 물질은 초임계 유체가 된다. 초임계 유체는 임계 온도 이상으로 고밀도로 압축된 유체이다. 초임계 유체는, 용매 분자의 확산력이 지배적인 점에서는 기체와 유사하다. 한편, 초임계 유체는, 분자의 응집력의 영향을 무시할 수 없는 점에서는 액체와 유사하기 때문에, 다양한 물질을 용해하는 성질이 있다.

또한, 초임계 유체는 액체에 비해 매우 높은 침윤성(wettability)을 갖고, 미세한 구조에도 용이하게 침투하는 특징이 있다.

또한, 초임계 유체는 초임계 상태에서 직접 기상으로 전이하도록 건조함으로써, 기체와 액체의 계면이 존재하지 않도록, 즉 모관력(표면 장력)이 기능하지 않도록 하여 미세 구조를 파괴하지 않고 건조할 수 있다. 초임계 건조는, 이러한 초임계 유체의 초임계 상태를 이용해서 습윤겔 블랭킷을 건조하는 것이다.

이 초임계 건조에 사용되는 초임계 유체로서는 예를 들어 이산화탄소, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 메탄, 에탄, 프로판, 물, 암모니아, 에틸렌, 플루오로메탄 등이 선택된다. 특히, 이산화탄소는 임계 온도가 31.1℃, 임계 압력이 7.37MPa로 비교적 저온·저압이므로, 용이하게 처리가 가능한 이점이 있다. 또한, 초임계 이산화탄소는 분자의 밀도는 액체에 가깝지만, 점성도는 낮아 기체에 가까운 성질을 가지며, 확산이 빠르고 열전도성이 높아 건조 효율이 높고, 건조 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 건조는 바람직하게는 초임계 이산화탄소(CO₂)를 사용한 건조일 수 있다.

상기 초임계 건조는 초임계 건조 반응기 안에 1차 건조가 완료된 습윤겔 블랭킷을 넣은 다음, 액체 상태의 CO₂를 채우고 습윤겔 블랭킷 내부의 용매를 CO₂로 치환하는 용매치환 공정을 수행함으로써 개시된다. 이후에는 가압-추출-감압 단계를 거쳐 습윤겔 블랭킷으로부터 용매를 제거한다.

구체적으로, 일정 승온 속도, 예컨대 0.1 ℃/min 내지 1 ℃/min의 속도로, 40 내지 90 ℃로 승온시킨 후, 이산화탄소가 초임계 상태가 되는 압력 이상의 압력, 구체적으로는 100 bar 내지 200 bar의 압력이 되도록 가압하고 유지한다.

상기의 온도 및 압력 범위에서 용매의 추출과 휴지(dwell)를 반복하다가 서서히 압력을 제거하여 초임계 건조 공정을 완료하여 에어로겔 블랭킷을 제조할 수 있으며, 용매의 추출 시간은 2차 건조 전 용매 총 부피 기준으로 95 내지 100 %, 구체적으로 95 내지 97 %가 제거될 수 있는 시간이라면 제한 없이 적용 가능하다. 일례로 상기 추출 시간은 상기한 온도 및 압력 범위에서 20 분 내지 60 분, 구체적으로 30 분 내지 50 분일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 추출시간과 가압 공정, 추출과 추출 간 휴지 공정 및 감압 공정 소요 시간을 포함한 전체 2차 건조 시간은 2차 건조 전 용매 총 부피 기준으로 95 내지 100 %, 구체적으로 95 내지 97 %가 제거될 수 있는 시간이라면 제한 없이 적용 가능하다. 일례로 상기 2차 건조 시간은 100 분 내지 200 분일 수 있고, 바람직하게는 120 분 내지 180 분일 수 있다. 그러나, 상기 추출 시간 및 이를 포함한 2차 건조 시간은 건조 조건, 예컨대 초임계 추출기 내 습윤겔 블랭킷의 로딩(loading)률, 습윤겔 블랭킷의 두께, 초임계 유체의 유량 등에 따라 조절될 수 있는 것이므로 상기 범위를 벗어나는 추출 시간 또는 2차 건조 시간을 가지더라도 2차 건조 전 용매 부피 대비 용매 제거율이 전술한 범위를 충족한다면 본 발명의 범위로 포함되는 것이다.

본 발명에서는, 초임계 건조 전 1차 건조로 상압 건조 공정을 수행하여 용매의 양을 감소시킴으로써, 초임계 건조 시 추출 시간을 현저하게 줄일 수 있고, 이에 따라 전체 초임계 건조 시간도 크게 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 초임계 건조 이전에 상압 건조를 수행하여 습윤겔 블랭킷 내에 존재하는 암모니아를 다량 제거할 수 있기 때문에 제조되는 에어로겔 블랭킷의 내부에 탄산암모늄, 중탄산암모늄 등의 불용성 염이 형성되지 않으므로 초임계 건조 효율이 우수하고, 기공 붕괴가 발생하지 않는 이점이 있다.

<에어로겔 블랭킷의 제조방법>

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 A) 습윤겔 블랭킷을 제조하는 단계; B) 상기 제조된 습윤겔 블랭킷을 건조하여 에어로겔 블랭킷을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 건조는 전술한 에어로겔 블랭킷의 건조방법에 따라 수행되는 것인 에어로겔 블랭킷의 제조방법을 제공한다.

이하 각 단계 별로 상세히 설명한다.

단계 A)

본 발명의 일 실시예에 따른 단계 A)는 건조 대상인 습윤겔 블랭킷을 제조하는 단계로 에어로겔 블랭킷 제조 기술분야에서 습윤겔 블랭킷을 제조하는 공정으로 알려진 것이라면 제한 없이 적용 가능하다.

구체적으로, 상기 단계 A)는 A-1) 졸을 준비하는 단계; 및 A-2) 상기 졸을 블랭킷 기재에 침적시키고 겔화하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단계 A-1)은 졸을 준비하는 단계로서, 졸은 전구체 물질, 유기용매 및 물, 산 촉매를 혼합하여 제조되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에서의 졸은 예컨대 실리카 졸일 수 있으며, 상기 졸이 실리카 졸일 때 전구체 물질은 실리카 전구체일 수 있다.

상기 실리카 전구체는 실리콘 함유 알콕사이드계 화합물일 수 있으며, 구체적으로 테트라메틸 오르소실리케이트(tetramethyl orthosilicate; TMOS), 테트라에틸 오르소실리케이트(tetraethyl orthosilicate; TEOS), 메틸트리에틸 오르소실리케이트(methyl triethyl orthosilicate), 디메틸디에틸 오르소실리케이트(dimethyl diethyl orthosilicate), 테트라프로필 오르소실리케이트(tetrapropyl orthosilicate), 테트라이소프로필 오르소실리케이트(tetraisopropyl orthosilicate), 테트라부틸 오르소실리케이트(tetrabutyl orthosilicate), 테트라세컨드리부틸 오르소실리케이트(tetra secondary butyl orthosilicate), 테트라터셔리부틸 오르소실리케이트(tetra tertiary butyl orthosilicate), 테트라헥실오르소실리케이트(tetrahexyl orthosilicate), 테트라시클로헥실 오르소실리케이트(tetracyclohexyl orthosilicate), 테트라도데실 오르소실리케이트(tetradodecyl orthosilicate) 등과 같은 테트라알킬 실리케이트일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 실리카 전구체는 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS)일 수 있다.

상기 실리카 전구체는 실리카 졸 내 포함되는 실리카의 함량이 0.1 중랑% 내지 30 중랑%가 되도록 하는 양으로 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 실리카의 함량이 상기 범위를 충족하면 에어로겔 블랭킷의 기계적 물성, 특히 유연성을 우수한 수준으로 확보하면서도 개선된 단열 효과를 가지는 측면에서 바람직하다.

상기 유기용매는 구체적으로 알코올을 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 등과 같은 1가 알코올; 또는 글리세롤, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 및 솔비톨 등과 같은 다가 알코올일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이 중에서도 물 및 에어로겔과의 혼화성을 고려할 때 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 등과 같은 탄소수 1 내지 6의 1가 알코올, 예컨대 에탄올일 수 있다.

상기와 같은 유기용매는 표면개질 반응을 촉진시키는 동시에 최종 제조되는 에어로겔 블랭킷에서의 소수화도를 고려하여, 통상의 기술자가 적절한 함량으로 사용할 수 있다.

상기 산 촉매는 후술하는 졸의 겔화를 촉진시키는 것일 수 있으며, 구체적으로 질산, 염산, 아세트산, 황산 및 불산 등과 같은 1종 이상의 무기산을 포함할 수 있으며, 이후 졸의 겔화를 촉진시킬 수 있도록 하는 함량으로 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단계 A-2)는 졸을 블랭킷 기재에 침적시키고 겔화하여 습윤겔 블랭킷을 제조하기 위한 것으로서, 단계 A-1)의 졸에 염기 촉매를 첨가한 후 블랭킷 기재에 침적시켜 수행할 수 있다.

겔화를 유도하기 위하여 사용하는 염기 촉매는 졸의 pH를 증가시켜 겔화를 촉진하는 역할을 한다. 상기 염기 촉매로는 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 무기 염기; 또는 수산화암모늄과 같은 유기 염기를 들 수 있으나, 무기 염기의 경우 화합물 내 포함된 금속 이온이 Si-OH 화합물에 배위(coordination)될 우려가 있으므로, 유기 염기가 바람직할 수 있다.

구체적으로 상기 유기 염기는 수산화암모늄(NH₄OH; 암모니아수), 테트라메틸암모늄 히드록시드(TMAH), 테트라에틸암모늄 히드록시드(TEAH), 테트라프로필암모늄 히드록시드(TPAH), 테트라부틸암모늄 히드록시드(TBAH), 메틸아민, 에틸아민, 이소프로필아민, 모노이소프로필아민, 디에틸아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리이소프로필아민, 트리부틸아민, 콜린, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 2-아미노에탄올, 2-(에틸 아미노)에탄올, 2-(메틸 아미노)에탄올, N-메틸 디에탄올아민, 디메틸아미노에탄올, 디에틸아미노에탄올, 니트릴로트리에탄올, 2-(2-아미노에톡시)에탄올, 1-아미노-2-프로판올, 트리에탄올아민, 모노프로판올아민, 또는 디부탄올아민 등을 들 수 있으며, 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 염기는 수산화암모늄(NH₄OH)일 수 있다.

상기 염기 촉매는 졸, 특히 실리카 졸의 pH가 4 내지 8이 되도록 하는 양으로 포함될 수 있다. 상기한 pH 범위에서 겔화가 용이하게 이루어져 공정성이 더욱 개선될 수 있다. 또한, 상기 염기 촉매는 고체상으로 투입 시 석출될 우려가 있으므로, 상기 단계 1)의 유기용매, 예컨대 알코올에 의해 희석된 용액상으로 첨가되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 졸의 겔화는 블랭킷 기재에 졸이 침적된 상태에서 일어날 수 있다.

상기 침적은 블랭킷 기재를 수용할 수 있는 반응 용기 내에서 이루어질 수 있으며, 상기 반응 용기에 염기 촉매가 첨가된 졸을 붓거나, 염기 촉매가 첨가된 졸이 담긴 반응 용기 내에 블랭킷 기재를 넣어 적시는 방법으로 침적시킬 수 있다. 이 때 블랭킷 기재와 졸의 결합을 좋게 하기 위해 블랭킷 기재를 가볍게 눌러 충분히 함침되도록 할 수 있다. 이후 일정한 압력으로 블랭킷 기재를 일정 두께로 가압하여 잉여의 졸을 제거하여 이후의 건조 시간을 줄일 수도 있다.

상기 블랭킷 기재는 필름, 시트, 네트, 섬유, 다공질체, 발포체, 부직포체 또는 이들의 2층 이상의 적층체일 수 있다. 또한, 용도에 따라 그 표면에 표면조도가 형성되거나 패턴화된 것일 수도 있다. 구체적으로 상기 블랭킷용 기재는 블랭킷 기재 내로 졸의 삽입 및 에어로겔의 형성이 용이한 공간 또는 공극을 포함함으로써 단열 성능을 보다 향상시킬 수 있는 섬유일 수 있으며, 낮은 열 전도도를 갖는 것을 사용할 수 있다.

구체적으로 상기 블랭킷 기재는 폴리아미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아라미드, 아크릴수지, 페놀수지, 폴리에스테르, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 공중합체 등), 셀룰로오스, 카본, 면, 모, 마, 부직포, 유리섬유 또는 세라믹울 등일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계 A-2) 이후 숙성(aging) 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 숙성은 임의적인 단계로서 습윤겔 블랭킷을 적당한 온도에서 방치하여 화학적 변화가 완전히 이루어지도록 함으로써, 망상구조를 더욱 견고하게 형성시키고 기계적 안정성 또한 강화시킬 수 있다.

본 발명의 숙성 단계는 전술한 유기 용매에서, 또는 유기 용매 없이 상온 내지 90 ℃의 온도에서 1 내지 10시간 동안 방치시켜 수행하는 것일 수 있다. 여기에서 상온은 가열하거나 냉각하지 않은 자연 그대로의 기온을 의미하는 것이며 구체적으로 20±5 ℃의 온도일 수 있다. 숙성이 유기 용매에서 수행되는 것인 경우, 상기 유기용매는 상기 단계 A-1)에서 전술한 유기용매로부터 선택된 것일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 숙성 시 용매는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화암모늄(NH₄OH), 트리에틸아민, 피리딘 등의 염기 촉매를 상기한 유기용매에 1 내지 10% 농도로 희석시킨 용액 내에서 이루어지는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단계 A-2)의 겔화가 완료된 습윤겔 블랭킷 또는 이후 숙성된 습윤겔 블랭킷을 표면개질하는 단계를 더 포함할 수 있다.

습윤겔 블랭킷을 표면개질하는 단계는 습윤겔 블랭킷, 특히 실리카 습윤겔 블랭킷을 표면개질제로 소수화하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 실리카 습윤겔의 표면에 표면개질제로부터 유래된 소수화기를 결합시킴으로써 이루어질 수 있다.

실리카 에어로겔 블랭킷에서, 실리카 표면에는 실라놀기(Si-OH)가 존재하여 이의 친수성 때문에 공기 중의 물을 흡수하게 되어 열 전도도가 점차 높아지는 단점이 있다. 따라서, 공기 중의 수분 흡수를 억제시켜 낮은 열전도율을 유지하기 위해서는 실리카 에어로겔 표면을 미리 소수성으로 개질할 필요성이 있다.

본 발명의 상기 표면개질제는 습윤겔 표면을 소수화하는 화합물은 제한 없이 적용 가능하며, 예컨대 실란(silane)계 화합물, 실록산(siloxane)계 화합물, 실라놀(silanol)계 화합물, 실라잔(silazane)계 화합물 또는 이의 조합일 수 있다.

구체적으로, 트리메틸클로로실란(Trimethylchlorosilane, TMCS), 디메틸 디메톡시 실란, 디메틸 디에톡시 실란, 메틸 트리메톡시 실란(methyltrimethoxysilane), 트리메틸에톡시실란(rimethylethoxysilane), 비닐 트리메톡시 실란, 에틸 트리에톡시 실란(ethyltriethoxysilane), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane), 페닐 트리메톡시 실란, 테트라에톡시 실란, 디메틸 디클로로 실란, 3-아미노프로필 트리에톡시 실란 등을 포함하는 실란계 화합물; 폴리디메틸 실록산, 폴리디에틸 실록산, 또는 옥타메틸 시클로테트라 실록산 등을 포함하는 실록산계 화합물; 트리메틸실라놀, 트리에틸실라놀, 트리페닐실라놀 및 t-부틸디메틸실라놀 등을 포함하는 실라놀계 화합물; 1,2-디에틸디실라잔(1,2-diethyldisilazane), 1,1,2,2-테트라메틸디실라잔(1,1,2,2-tetramethyldisilazane), 1,1,3,3-테트라메틸디실라잔(1,1,3,3-tetramethyl disilazane), 1,1,1,2,2,2-헥사메틸디실라잔(1,1,1,2,2,2-hexamethyldisilazane, HMDS), 1,1,2,2-테트라에틸디실라잔(1,1,2,2-tetraethyldisilazane) 또는 1,2-디이소프로필디실라잔(1,2-diisopropyldisilazane) 등을 포함하는 실라잔계 화합물; 또는 이의 조합일 수 있고, 구체적으로 헥사메틸디실라잔일 수 있다.

상기 표면개질제는 유기용매에 희석시킨 용액 상으로 사용될 수 있으며, 상기 유기용매는 단계 A-1)에서 전술한 유기용매로부터 선택된 것일 수 있고, 이 때 상기 표면개질제는 전체 희석용액 부피 기준으로 1 내지 15 부피%로 희석될 수 있다.

또한, 상기 표면개질제는 실리카 습윤겔에 대하여 0.01 내지 10 부피%가 되는 양으로 첨가하는 것일 수 있다. 상기한 범위로 표면개질제가 첨가될 때, 표면개질제의 양이 충분하여 표면개질 반응성이 더욱 개선될 수 있으며, 이에 따라 건조 시 실라놀기의 축합 반응이 발생하는 것을 억제하여 다공성의 에어로겔 블랭킷을 얻을 수 있다. 또한, 적절한 양의 표면개질제를 사용하기 때문에 고가의 표면개질제가 낭비되는 문제를 방지하여 경제성을 더욱 높일 수 있다.

상기 표면개질 단계는 50 내지 90 ℃의 온도, 바람직하게는 50 내지 70 ℃의 온도에서 표면개질제를 첨가하여 1 내지 24 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.

단계 B)

본 발명의 일 실시예에 따른 단계 B)는 제조된 습윤겔 블랭킷을 건조하는 단계일 수 있으며, 건조 공정을 통해 에어로겔 블랭킷을 제조하는 단계일 수 있다. 이 때 건조는 전술한 에어로겔 블랭킷의 건조방법에 따라 수행되는 것일 수 있으며, 전술한 에어로겔 블랭킷의 건조방법의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로겔 블랭킷의 제조방법은, 건조시키는 단계 전 세척하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 상기 세척은 반응 중 발생된 불순물 및 잔류 암모니아 등을 제거하여 고순도의 소수성의 에어로겔 블랭킷을 얻기 위한 것으로, 비극성 유기용매를 이용한 희석공정 또는 교환공정으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 제조방법으로 제조된 단열성이 우수한 에어로겔 블랭킷을 제공한다. 상기 에어로겔 블랭킷은 건조 공정 중 발생할 수 있는 수축 현상을 억제하여 비표면적, 기공 특성이 우수하고, 열전도도가 개선된 에어로겔 블랭킷일 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속한 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

실시예 1

테트라에틸오르소실리케이트(TEOS)와 에탄올을 3:1의 중량비로 혼합하여 제조한 혼합 용액에, 물에 희석한 염산 용액(농도=0.15 중량%)을 상기 혼합 용액의 pH가 1이 되도록 첨가한 후 혼합하여 실리카 졸(실리카 졸 내 실리카 함량=4 중량%)을 제조하였다. 다음으로, 상기 실리카 졸에 수산화암모늄(NH₄OH) 촉매를 실리카 졸 부피 기준으로 0.5 부피%로 첨가하고, 유리 섬유를 침적시킨 후 겔화시켜 습윤겔 블랭킷을 제조하였다.

제조한 습윤겔 블랭킷을, 수산화암모늄 용액(용매: 에탄올) 중에 50 ℃의 온도에서 3시간 동안 방치하여 숙성시켰다.

이후, 헥사메틸디실라잔과 에탄올을 1:9의 부피비로 혼합하여 제조한 표면개질제 용액을 습윤겔에 대하여 90 부피%로 첨가하고 70 ℃ 에서 10 시간 동안 표면개질시켜 소수성의 습윤겔 블랭킷을 제조하였다. 이후 표면개질된 습윤겔 블랭킷을 적외선 램프가 장착된 적외선 건조 장치의 기판 위에 올려놓고, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 10 부피%의 용매가 제거되도록 700 ℃의 표면온도를 가지는 적외선 방사체를 이용하는 조건에서 4 분 동안 상압 조건 하 적외선 건조를 수행하였다. 또한, 적외선 건조가 완료된 습윤겔 블랭킷을 초임계 추출기에 넣고 CO₂를 주입하였다. 이후 추출기 내의 온도를 1 시간에 걸쳐 60 ℃로 승온하고, 60 ℃, 100 bar의 조건에서 초임계 건조를 170 분(추출 시간: 50 분) 동안 수행하여 에어로겔 블랭킷을 제조하였다. 본 발명의 실시예들은 모두 2차 건조 전 용매 총 부피 기준으로 96±1 부피%의 용매가 제거된 시점에 건조를 종료하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 20 부피%의 용매가 제거되도록 5 분 동안 적외선 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 30 부피%의 용매가 제거되도록 6 분 동안 적외선 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1에서, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 40 부피%의 용매가 제거되도록 7 분 동안 적외선 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1에서, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 50 부피%의 용매가 제거되도록 8 분 동안 적외선 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실시예 6

상기 실시예 1에서, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 60 부피%의 용매가 제거되도록 10 분 동안 적외선 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실시예 7

상기 실시예 1에서, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 70 부피%의 용매가 제거되도록 12 분 동안 적외선 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실시예 8

상기 실시예 1에서, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 80 부피%의 용매가 제거되도록 16 분 동안 적외선 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실시예 9

상기 실시예 1에서, 건조 전 용매 총 부피 기준으로 60 부피%의 용매가 제거되도록 10 분 동안 적외선 건조를 수행하고, 초임계 건조에서 130 분(추출 시간: 30 분) 동안 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실시예 10

상기 실시예 1에서, 적외선 건조를 수행하지 않고 열풍 건조기를 이용하여 건조 전 용매 총 부피 기준으로 50 부피%의 용매가 제거되도록 170 ℃의 조건에서 30 분 동안 열풍 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1에서 초임계 건조를 수행하지 않고, 상압 조건 하 적외선 건조만으로 건조 전 용매 총 부피 기준으로 96±1 부피%의 용매가 제거되도록 30 분 동안 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

비교예 2

상기 실시예 10에서 초임계 건조를 수행하지 않고, 상압 조건 하 열풍 건조만으로 건조 전 용매 총 부피 기준으로 96±1 부피%의 용매가 제거되도록 100 분 동안 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 10과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

비교예 3

상기 실시예 1에서 적외선 건조를 수행하지 않고 초임계 건조만으로 건조 전 용매 총 부피 기준으로 96±1 부피%의 용매가 제거되도록 100 분 동안 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

비교예 4

상기 실시예 1에서 초임계 건조를 먼저 진행하여 건조 전 용매 총 부피 기준으로 50 부피%의 용매를 제거하고, 이후 상압 조건 하 적외선 건조를 수행하여 2차 건조 전 용매 총 부피 기준으로 96±1 부피%의 용매를 제거하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

비교예 5

상기 실시예 1에서 초임계 건조를 먼저 진행하여 건조 전 용매 총 부피 기준으로 50 부피%의 용매를 제거하고, 이후 170 ℃의 조건에서 상압 조건 하 열풍 건조를 수행하여 2차 건조 전 용매 총 부피 기준으로 96±1 부피%의 용매를 제거하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

비교예 6

상기 실시예 1에서 적외선 건조를 수행하지 않고 초임계 건조만으로 수행하되, 총 건조 시간이 180 분이 되도록 건조를 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에어로겔 블랭킷을 제조하였다.

실험예 1: 열전도도 측정(mW/mK, 25 ℃)

NETZSCH社의 HFM 436장비를 이용하여 각 실시예 및 비교예에서 제조한 에어로겔 블랭킷의 상온(25℃) 열전도도를 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다. 열전도도 값이 낮을수록 단열 특성이 우수한 것을 나타낸다.

실험예 2: 중탄산암모늄 염 발생량 비교

건조 단계에서 발생하는 중탄산암모늄 발생량을 비교하기 위하여 실시예 3 및 비교예 3의 에어로겔 블랭킷 제조 시 사용된 초임계 건조 장비 내 필터부를 촬영한 사진을 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다. 도 1에 도시된 바와 같이 실시예 3에서 사용된 초임계 건조 장비의 필터에는 불용성 염인 중탄산암모늄 염이 거의 생성되지 않은 것을 확인할 수 있는 반면, 도 2에서 도시된 바와 같이 비교예 3에서 사용된 초임계 건조 장비의 필터에는 다량의 중탄산암모늄 염이 발생하여 필터 표면에 스케일 형태로 형성된 것을 확인할 수 있다. 건조 장비에 형성된 중탄산암모늄은 건조 장비를 손상시키고 건조 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용될 수 있다.

*상기 표 1에서 용매 제거율은 제거된 용매의 부피 비율을 나타내는 것으로 건조 전 용매 총 부피를 기준으로 한 비율이다.

상기 표 1에서와 같이, 상압 건조로 1차 건조를 수행하고, 이후 초임계 건조를 수행하는 실시예 1 내지 10은 상압 건조 또는 초임계 건조만 수행하거나, 초임계 건조를 1차 건조로 적용하고 상압 건조를 2차 건조로 적용한 비교예 1 내지 6에 비해 건조 시간이 현저하게 짧아지고 열전도도 물성이 크게 개선되는 것을 확인할 수 있다. 이중에서도 실시예 6과 동일한 건조 시간으로 초임계 건조를 진행한 비교예 6은 건조 전 총 용매 부피에서 80 부피%의 용매만 제거되어 불완전한 건조 상태로 건조 공정이 종료된 것을 확인할 수 있고, 이에 따라 열전도도 물성이 현저하게 악화된 것을 확인할 수 있다.

Claims (13)

1) 습윤겔 블랭킷을 상압 건조 공정에 의해 1차 건조하는 단계; 및
2) 상기 1차 건조된 습윤겔 블랭킷을 초임계 건조 공정에 의해 2차 건조하여 에어로겔 블랭킷을 제조하는 단계를 포함하는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법.

제1항에 있어서,
상기 상압 건조 공정은 적외선 건조, 열풍 건조 및 원심 건조로 이루어진 건조 공정들로부터 선택된 하나 이상의 공정인 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법.

제1항에 있어서,
상기 1차 건조는 건조 전 용매 총 부피 기준으로 25 내지 65 부피%의 용매를 제거하도록 수행되는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법.

제1항에 있어서,
상기 1차 건조는 2 분 내지 50 분 동안 수행되는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법.

제1항에 있어서,
상기 2차 건조는 100 분 내지 200 분 동안 수행되는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법.

제1항에 있어서,
상기 초임계 건조는 20 분 내지 60 분의 추출 시간을 가지는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법.

제1항에 있어서,
상기 초임계 건조는 초임계 이산화탄소(CO₂)를 이용하여 수행되는 것인 에어로겔 블랭킷의 건조방법.

A) 습윤겔 블랭킷을 제조하는 단계;
B) 상기 제조된 습윤겔 블랭킷을 건조하여 에어로겔 블랭킷을 제조하는 단계를 포함하며,
상기 건조는 청구항 1에 따른 건조방법에 따라 수행되는 것인 에어로겔 블랭킷의 제조방법.

제8항에 있어서,
상기 단계 A)는,
A-1) 졸을 준비하는 단계; 및
A-2) 상기 졸을 블랭킷 기재에 침적시키고 겔화하는 단계를 포함하는 것인 에어로겔 블랭킷의 제조방법.

제9항에 있어서,
상기 졸은 전구체 물질, 유기 용매, 산 촉매 및 물을 혼합한 것인 에어로겔 블랭킷의 제조방법.

제9항에 있어서,
상기 졸은 실리카 졸을 포함하는 것인 에어로겔 블랭킷의 제조방법.

제8항에 있어서,
상기 단계 A) 및 상기 단계 B) 사이에, 습윤겔 블랭킷을 숙성하는 단계 및 습윤겔 블랭킷을 표면개질하는 단계를 더 포함하는 것인 에어로겔 블랭킷의 제조방법.

제12항에 있어서,
상기 표면개질은 상기 습윤겔 블랭킷을 표면개질제와 반응시키는 것이며,
상기 표면개질제는 습윤겔 블랭킷 내 습윤겔의 표면을 소수화하는 화합물인 것인 에어로겔 블랭킷의 제조방법.

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