KR20230037252A - 무분진 단열재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무분진 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 열전도도 및 열팽창계수가 낮을 뿐만 아니라, 기계적 강도가 우수하고, 열처리 제조공정에 사용시, 고온에서도 분진이 생성되지 않는 무분진 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 무분진 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 열전도도 및 열팽창계수가 낮을 뿐만 아니라, 열 충격 저항성이 우수하고, 고온 환경에서도 분진이 발생하지 않는 무분진 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 단열재는 일정한 온도가 유지되도록 열 손실을 적게 하기 위해 열전도율을 낮게 한 재료로써, 사용하는 온도에 따라 100℃ 이하의 보냉재, 100 ~ 500℃의 보온재, 500 ~ 1,100℃의 단열재, 1,100℃ 이상의 내화단열재로 나뉘는데, 대부분은 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질이 되도록 만들어 기공 속의 공기의 단열성을 이용한다.
소재는 유기질과 무기질로 크게 나뉘는데, 유기질은 일반적으로 약 150℃ 이하에서 사용하는데 적합한 코르크, 면, 펠트, 탄화코르크 및 거품고무 등이 있으며, 고온에서 사용되는 무기질에는 석면, 유리솜, 석영솜, 규조토, 탄산마그네슘 분말, 마그네시아 분말, 균산칼슘, 펄라이트 등이 사용된다.
하지만 이러한 일반적인 무기 단열재는 분진 발생으로 인해 오염의 원인이 되어 반도체 및 LCD 등과 같은 디스플레이 열처리 공정에서 사용할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 반도체 및 LCD 등과 같은 디스플레이 열처리 장비에 사용 가능한 고온에서도 분진이 생성되지 않는 무분진 단열재 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열전도도 및 열팽창계수가 낮을 뿐만 아니라, 열 충격 저항성이 우수하고, 고온 환경에서도 분진이 발생하지 않는 무분진 단열재 및 이의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 무분진 단열재는 세라믹 원료를 포함하는 슬러리를 발포하여 제조된 세라믹폼 단열재이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 단열재는 평균 기공크기가 30 ~ 180㎛, 기공률이 40 ~ 85%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 세라믹 원료는 실리카, 알루미나, 뮬라이트, 장석, 활석, 카올린, 점토, 티타니아, 마그네시아, 지르코니아, 이트리아, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 프릿, 안료, 규석, 석회석, 백운석, 납석, 형석, 소지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법은 세라믹 원료에 물 및 분산제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 제1단계, 상기 슬러리에 기포제를 투입 및 교반하여 슬러리를 발포시키는 제2단계, 상기 발포시킨 슬러리에 겔화제를 투입 및 교반한 후, 겔화시켜 겔화물을 제조하는 제3단계 및 상기 겔화물을 건조 및 소성하여 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하는 제4단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법으로 제조된 단열재는 평균 기공크기가 30 ~ 180㎛, 기공률이 40 ~ 85%일 수 있다.
본 발명의 무분진 단열재 및 이의 제조방법은 고온에서도 분진이 생성되지 않아, 반도체 및 LCD 등과 같은 반도체/디스플레이 (전자상업용) 열처리 장비에 사용 가능하다.
또한, 본 발명의 무분진 단열재 및 이의 제조방법은 열전도도 및 열팽창계수가 낮을 뿐만 아니라, 열 충격 저항이 우수하고 고온 환경에서도 분진이 발생하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 무분진 단열재의 제조방법은 제1단계 내지 제4단계를 포함한다.
먼저, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법의 제1단계는 세라믹 원료에 물 및 분산제(dispersing agent)를 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조할 수 있다. 이 때, 세라믹 원료는 분말 형태일 수 있으며, 평균 입도가 0.3 ~ 5㎛, 바람직하게는 0.5 ~ 2㎛일 수 있으며, 만일 평균 입도가 0.3㎛ 미만이면 고점도의 문제가 있을 수 있고, 5㎛를 초과하면 입자 침강의 문제가 있을 수 있다. 또한, 세라믹 원료는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 뮬라이트(Mullite), 장석, 활석, 카올린, 점토, 티타니아, 마그네시아, 지르코니아(zirconia), 이트리아, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 프릿, 안료, 규석, 석회석, 백운석, 납석, 형석, 소지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 세라믹 원료의 평균 입도가 0.1 ~ 5㎛, 바람직하게는 0.1 ~ 1㎛일 수 있으며, 만일 평균 입도가 0.1㎛ 미만이면 고점도의 문제가 있을 수 있고, 5㎛를 초과하면 입자 침강의 문제가 있을 수 있다. 한편, 세라믹 원료로서 알루미나 및 점토를 혼합할 때, 실리카 100 중량부에 대하여, 점토 5 ~ 15 중량부, 바람직하게는 8.5 ~ 10.5 중량부, 더욱 바람직하게는 9.0 ~ 10.0 중량부로 혼합할 수 있으며, 만일 점토가 5 중량부 미만이면 건조 강도의 문제가 있을 수 있고, 15 중량부를 초과하면 열충격의 문제가 있을 수 있다. 또한, 실리카 100 중량부에 대하여, 알루미나 5 ~ 15 중량부, 바람직하게는 8.5 ~ 10.5 중량부, 더욱 바람직하게는 9.0 ~ 10.0 중량부로 혼합할 수 있으며, 만일 알루미나가 5 중량부 미만이면 강도의 문제가 있을 수 있고, 15 중량부를 초과하면 열충격의 문제가 있을 수 있다.
이 때, 분산제는 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 소듐헥사메타포스페이트 (Sodium HexametaPhosphate), 폴리 아크릴산(PolyAcrylic Acid) 및 규산나트륨(Sodium silicate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)을 포함할 수 있다. 한편, 물은 혼합물 전체 부피%에 대하여 30 ~ 70 부피%, 바람직하게는 40 ~ 60 부피%로 혼합할 수 있고, 분산제는 물 전체 중량%에 대하여 5 ~ 25 중량%, 바람직하게는 10 ~ 20 중량%로 혼합할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법의 제2단계는 제1단계에서 제조한 슬러리에 기포제(foaming agent)를 투입 및 교반하여 슬러리를 발포시킬 수 있다. 이 때, 기포제는 음이온계 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제 등 다양한 계면활성제를 포함할 수 있고, 바람직하게는 로릴 황산 나트륨(Sodium Lauryl Sulfate), 소듐라우레스설페이트(Sodium Laureth Sulfate) 및 암모늄라우릴설페이트(Ammonium lauryl sulfate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 로릴 황산 나트륨을 포함할 수 있다.
한편, 발포는 인라인 믹서(INLINE MIXER)을 사용하여 수행할 수 있고, 교반은 5 ~ 25℃, 바람직하게는 5 ~ 15℃의 온도에서 5 ~ 60분, 바람직하게는 20 ~ 30분 동안 수행할 수 있으며, 만일 교반 온도가 5℃ 미만이면 응고의 문제가 있을 수 있고, 25℃를 초과하면 과열의 문제가 있을 수 있다.
또한, 기포제는 제1단계에서 제조한 슬러리 100 중량부에 대하여 1 ~ 25 중량부, 바람직하게는 5 ~ 15 중량부를 투입할 수 있으며, 만일 기포제를 1 중량부 미만으로 투입하면 발포비의 문제가 있을 수 있고, 25 중량부를 초과하면 투입하면 기공 크기의 문제가 있을 수 있다.
또한, 발포는 슬러리의 부피가 2 ~ 5배, 바람직하게는 2.7 ~ 4.2배, 더욱 바람직하게는 3.2 ~ 3.7배가 되도록 발포할 수 있으며, 이와 같은 발포의 부피 범위를 만족할 때, 목적하는 무분진 단열재가 제조될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법의 제3단계는 제2단계에서 발포시킨 슬러리에 겔화제를 투입 및 교반한 후, 겔화시켜 겔화물을 제조할 수 있다. 이 때, 겔화제는 수용성 에폭시 수지, 아민계 고분자 및 한천 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 수용성 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 또한, 겔화제는 물 전체 중량%에 대하여 1 ~ 10 중량%, 바람직하게는 3 ~ 7 중량%로 투입하 수 있다.
또한, 교반은 100 ~ 1000rpm, 바람직하게는 200 ~ 400rpm의 속도로 3 ~ 60분, 바람직하게는 10 ~ 30분 동안 저속 교반을 수행할 수 있고, 겔화는 교반시킨 슬러리를 몰드(mold)에 투입하고, 1 ~ 3시간, 바람직하게는 1.5 ~ 2.5시간동안 수행할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법의 제4단계는 제3단계에서 제조한 겔화물을 건조 및 소성하여 세라믹폼 무분진 단열재를 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법의 제4단계는 제3단계에서 제조한 겔화물을 몰드에서 탈형하고, 10 ~ 55℃, 바람직하게는 20 ~ 40℃의 온도에서 3 ~ 55일, 바람직하게는 5 ~ 35일 동안 건조하여, 겔화물에 포함되는 수분 함량을 2 ~ 10%, 바람직하게는 3 ~ 7%로 조절하는 제4-1단계 및 수분 함량을 조절한 겔화물을 소성온도 1000 ~ 1200℃, 바람직하게는 1100 ~ 1150℃로 가열(0.5 ~ 5℃/min, 바람직하게는 1.5 ~ 2.5℃/min의 승온속도로 900 ~ 1800℃, 바람직하게는 1100 ~ 1600℃의 온도범위까지 가열)함으로서 소성시켜, 무분진 단열재를 제조하는 제4-2단계를 포함할 수 있다.
만일, 겔화물에 포함되는 수분 함량이 2% 미만이면 건조 시간의 문제가 있을 수 있고, 10%를 초과하면 소성시 크랙이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 수분 함량을 조절한 겔화물을 가열하는데 있어서, 온도범위가 1000℃ 미만이면 강도의 문제가 있을 수 있고, 1800℃를 초과하면 용융의 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법으로 제조된 세라믹폼 무분진 단열재는 평균 기공크기가 30 ~ 180㎛, 바람직하게는 100 ~ 140㎛, 더욱 바람직하게는 110 ~ 130㎛, 기공률이 40 ~ 85%, 바람직하게는 70 ~ 85%, 더욱 바람직하게는 75 ~ 85%일 수 있다. 만일, 단열재의 평균 기공크기가 180㎛을 초과하면 기공 균일성의 문제가 있을 수 있다. 또한, 단열재의 기공률이 40% 미만이면 단열성의 문제가 있을 수 있고, 85%를 초과하면 강도의 문제가 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 무분진 단열재의 제조방법으로 제조된 세라믹폼 무분진 단열재는 밀도가 0.1 ~ 1.3 g/cm3, 바람직하게는 0.25 ~ 0.9 g/cm3, 더욱 바람직하게는 0.4 ~ 0.6 g/cm3일 수 있다.
나아가, 본 발명의 무분진 단열재는 세라믹 원료를 포함하는 슬러리를 발포하여 제조된 세라믹폼 단열재이다.
또한, 본 발명의 무분진 단열재는 평균 기공크기가 30 ~ 180㎛, 바람직하게는 100 ~ 140㎛, 더욱 바람직하게는 110 ~ 130㎛, 기공률이 40 ~ 85%, 바람직하게는 70 ~ 85%, 더욱 바람직하게는 75 ~ 85%일 수 있다. 또한, 본 발명의 무분진 단열재는 밀도가 0.1 ~ 1.3 g/cm3, 바람직하게는 0.25 ~ 0.9 g/cm3, 더욱 바람직하게는 0.4 ~ 0.6 g/cm3일 수 있다.
세라믹 원료는 분말 형태일 수 있으며, 평균 입도가 0.3 ~ 5㎛, 바람직하게는 0.5 ~ 2㎛일 수 있다. 또한, 세라믹 원료는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 뮬라이트(Mullite), 장석, 활석, 카올린, 점토, 티타니아, 마그네시아, 지르코니아(zirconia), 이트리아, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 프릿, 안료, 규석, 석회석, 백운석, 납석, 형석, 소지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 실리카, 알루미나 및 점토 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 세라믹 원료로 알루미나를 포함할 때, 알루미나는 평균 입도가 0.1 ~ 3㎛, 바람직하게는 0.1 ~ 1㎛일 수 있으며, 만일 평균 입도가 0.1㎛ 미만이면 고점도의 문제가 있을 수 있고, 3㎛를 초과하면 입자 침강의 문제가 있을 수 있다. 또한, 세라믹 원료로 점토를 포함할 때, 점토는 평균 입도가 0.3 ~ 7㎛, 바람직하게는 1 ~ 4㎛일 수 있으며, 만일 평균 입도가 0.3㎛ 미만이면 고점도의 문제가 있을 수 있고, 7㎛를 초과하면 입자 침강의 문제가 있을 수 있다.
또한, 슬러리는 세라믹 원료로서, 실리카 100 중량부에 대하여 알루미나 및 점토를 포함할 때, 점토 5 ~ 15 중량부, 바람직하게는 8.5 ~ 10.5 중량부, 더욱 바람직하게는 9.0 ~ 10.0 중량부로 포함할 수 있고, 실리카 100 중량부에 대하여, 알루미나 5 ~ 15 중량부, 바람직하게는 8.5 ~ 10.5 중량부, 더욱 바람직하게는 9.0 ~ 10.0 중량부를 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예 1 : 무분진 단열재의 제조
(1) 세라믹 원료로서 평균 입도가 1.0㎛인 실리카(SiO2) 분말, 평균 입도가 0.3㎛인 알루미나(Al2O3) 분말, 평균 입도가 2.0㎛인 점토를 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 이 때, 혼합물은 실리카 분말 100 중량부에 대하여, 알루미나 분말 9.5 중량부 및 점토 9.5 중량부를 혼합하여 제조하였다. 제조한 혼합물에 물 및 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine)을 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이 때, 물은 혼합물 전체 부피%에 대하여 50 부피%로 혼합하였고, 폴리에틸렌이민은 물 전체 중량%에 대하여 15 중량%로 혼합하였다.
(2) 제조한 슬러리 100 중량부에 대하여, 로릴 황산 나트륨(Sodium Lauryl Sulfate) 15 중량부를 투입한 후, 인라인 믹서(INLINE MIXER)을 사용하여 15℃의 온도에서 30분 동안 교반하며, 슬러리의 부피가 3.5배가 되도록 발포시켰다.
(3) 발포시킨 슬러리에 수용성 에폭시 수지를 투입한 후, 300rpm의 속도로 5분 동안 저속 교반을 실시하고, 이를 몰드에 주입한 후 2시간동안 겔화시켜 겔화물을 제조하였다. 이 때, 수용성 에폭시 수지는 물 전체 중량%에 대하여 5 중량%로 투입하였다.
(4) 제조한 겔화물을 몰드에서 탈형하고, 25℃의 온도에서 10일 동안 건조하여, 겔화물에 포함되는 수분 함량을 5%로 조절하였다. 수분 함량이 조절된 겔화물을 소성온도 1120℃로 가열(=2℃/min의 승온속도로 1400℃의 온도범위까지 가열)함으로서 소성시켜, 평균 기공크기가 120㎛, 기공률이 80%, 밀도가 0.488 g/cm3인 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다.
실시예 2 : 무분진 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 발포시 슬러리의 부피가 2배가 되도록 발포하여, 최종적으로, 평균 기공크기가 80㎛, 기공률이 50%, 밀도가 1.22 g/cm3인 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다.
실시예 3 : 무분진 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 발포시 슬러리의 부피가 2배가 되도록 발포하여, 최종적으로, 평균 기공크기가 90㎛, 기공률이 60%, 밀도가 0.976 g/cm3인 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다.
실시예 4 : 무분진 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 발포시 슬러리의 부피가 2.5배가 되도록 발포하여, 최종적으로, 평균 기공크기가 100㎛, 기공률이 70%, 밀도가 0.732 g/cm3인 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다.
실시예 5 : 무분진 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 발포시 슬러리의 부피가 3배가 되도록 발포하여, 최종적으로, 평균 기공크기가 110㎛, 기공률이 75%, 밀도가 0.61 g/cm3인 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다.
실시예 6 : 무분진 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 발포시 슬러리의 부피가 4배가 되도록 발포하여, 최종적으로, 평균 기공크기가 130㎛, 기공률이 85%, 밀도가 0.366 g/cm3인 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다.
실시예 7 : 무분진 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 발포시 슬러리의 부피가 4.5배가 되도록 발포하여, 최종적으로, 평균 기공크기가 150㎛, 기공률이 90%, 밀도가 0.244 g/cm3인 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다
실시예 8 : 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 혼합물은 실리카 분말 100 중량부에 대하여, 알루미나 분말 8.3 중량부 및 장석 8.3 중량부를 혼합한 것을 사용하여, 최종적으로 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다
실시예 9 : 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 혼합물은 실리카 분말 100 중량부에 대하여, 알루미나 분말 8.3 중량부 및 점토 8.3 중량부를 혼합한 것을 사용하여, 최종적으로 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다
실시예 10 : 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 혼합물은 실리카 분말 100 중량부에 대하여, 알루미나 분말 9.5 중량부, 점토 9.5 중량부 및 프릿 17.9 중량부를 혼합한 것을 사용하여, 최종적으로 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다
실시예 11 : 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 혼합물은 실리카 분말 100 중량부에 대하여, 알루미나 분말 9.5 중량부, 점토 9.5 중량부 및 프릿 6 중량부를 혼합한 것을 사용하여, 최종적으로 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다
실시예 12 : 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 혼합물은 실리카 분말 100 중량부에 대하여, 알루미나 분말 9.5 중량부, 점토 9.5 중량부 및 프릿 11.9 중량부를 혼합한 것을 사용하여, 최종적으로 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다
실시예 13 : 단열재의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 단열재를 제조하였다. 다만, 실시예 1과 달리, 혼합물은 실리카 분말 100 중량부에 대하여, 알루미나 분말 9.5 중량부, 점토 9.5 중량부 및 프릿 23.8 중량부를 혼합한 것을 사용하여, 최종적으로 세라믹폼 무분진 단열재를 제조하였다
실험예 1
실시예 1 ~ 13을 통해 제조된 단열재 각각과 치밀질 세라믹인 Schott 사의 Nextrema(=비교예 1), 파이버 형태의 내부층과 내부층 표면에 코팅된 외부 코팅층을 가지는 하드보드 단열재(=비교예 2)에 대해 하기의 물성을 측정하여 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
1. 열전도도
실시예 1 ~ 13및 비교예 1 ~ 2를 통해 제조된 단열재 각각을 가로×세로×높이 300mm×300mm×5mm로 재단하고, 재단한 단열재를 ISO 8302, ASTM C177의 시험방법에 의거하여 열전도도를 측정하였다.
2. 강도
실시예 1 ~ 13및 비교예 1 ~ 2를 통해 제조된 단열재 각각을 가로×세로×높이 30mm×30mm×5mm로 재단하고, 재단한 단열재를 ISO 17565, KS L ISO 17565의 시험방법에 의거하여 강도를 측정하였다.
3. 경도(=쇼어 경도)
실시예 1 ~ 13및 비교예 1 ~ 2를 통해 제조된 단열재 각각을 가로×세로×높이 30mm×30mm×5mm로 재단하고, 재단한 단열재의 수직 방향으로 다이아몬드 해머를 낙하시켜 경도를 측정하였다.
4. 열팽창계수
실시예 1 ~ 13및 비교예 1 ~ 2를 통해 제조된 단열재 각각을 가로×세로×높이 5mm×5mm×5mm로 재단하고, 재단한 단열재를 KS L ISO17562 의 시험방법에 의거하여 열팽창계수를 측정하였다
5. 열충격저항
실시예 1 ~ 13및 비교예 1 ~ 2를 통해 제조된 단열재 각각을 가로×세로×높이 450mm×300mm×30mm로 재단하고, 재단한 단열재를 특정 온도 이상으로 가열시킨 후, 상온의 물에서 급랭하여 열충격을 견딜 수 있는 최대의 온도 변화 측정함으로서 열충격저항을 측정하였다.
6. 디스플레이 열처리 장비에서 사용된 단열재의 분진 발생 여부 측정
자체 제작된 열처리 장비에 실시예 1 ~ 13및 비교예 1 ~ 2를 통해 제조된 단열재를 각각 투입하고, 100회, 200회, 300회, 400회 및 500회 가동시 단열재에서의 분진 발생량을 측정하였다. 이 때, 무분진은 0.5 ~ 5 ㎛의 분진 발생량이 없는 것을 조건으로 하였다. 또한, 열처리 장비는 600℃의 온도에서 2시간 가열하고 20분동안 급속 냉각을 반복하는 운행 조건으로 가동하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | |||||
| 단열재 | 평균기공크기(㎛) | 120 | 80 | 90 | 100 | ||||
| 기공률(%) | 80 | 50 | 60 | 70 | |||||
| 밀도(g/cm3) | 0.5 | 1.2 | 1.0 | 0.7 | |||||
| 형태 | 폼(foam) | 폼(foam) | 폼(foam) | 폼(foam) | |||||
| 열전도도(W/mK) | 0.13 | 0.3 | 0.25 | 0.2 | |||||
| 강도(MPa) | 10 | 45 | 28 | 18 | |||||
| 쇼어 경도 | 43 | 100 | 90 | 75 | |||||
| 열팽창계수(K-1) | 6×10-7 | 6×10-7 | 6×10-7 | 6×10-7 | |||||
| 열충격저항(℃) | 600 | 600 | 600 | 600 | |||||
| 분진 발생 여부 |
100회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | ||||
| 200회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |||||
| 300회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |||||
| 400회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |||||
| 500회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |||||
| 구분 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 비교예 1 | 비교예 2 | ||||
| 단열재 | 평균기공크기(㎛) | 110 | 130 | 150 | 0 | - | |||
| 기공률(%) | 75 | 85 | 90 | 0 | 70 ~ 90 | ||||
| 밀도(g/cm3) | 0.6 | 0.4 | 0.3 | 2.6 | 0.7 | ||||
| 형태 | 폼(foam) | 폼(foam) | 폼(foam) | 치밀질 | 화이버 | ||||
| 열전도도(W/mK) | 0.15 | 0.1 | 0.05 | 1.7 | 0.1 ~ 0.2 | ||||
| 강도(MPa) | 16 | 8 | 5 | 100 | - | ||||
| 쇼어 경도 | 55 | 33 | 25 | 100 | 30 - 50 | ||||
| 열팽창계수(K-1) | 6×10-7 | 6×10-7 | 6×10-7 | -8 ~ 6×10-7 | - | ||||
| 열충격저항(℃) | 600 | 600 | 600 | 560 | 300 ~ 600 | ||||
| 분진 발생 여부 |
100회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | > 100 | |||
| 200회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | > 100 | ||||
| 300회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | > 100 | ||||
| 400회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | > 100 | ||||
| 500회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | > 100 | ||||
표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재는 열전도도 및 열팽창계수가 낮을 뿐만 아니라, 기계적 강도가 우수하고, 열처리 제조공정에 사용시, 고온에서도 분진이 생성되지 않음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 실시예 2에서 제조된 무분진 단열재는 단열성이 저하되는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 실시예 3에서 제조된 무분진 단열재는 단열성이 저하되는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 실시예 4에서 제조된 무분진 단열재는 단열성이 저하되는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 실시예 5에서 제조된 무분진 단열재는 단열성이 저하되는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 실시예 6에서 제조된 무분진 단열재는 강도가 저하되는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 실시예 7에서 제조된 무분진 단열재는 강도가 저하되는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 비교예 1은 단열성이 현저히 저하되는 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 비교예 2는 분진이 발생하는 문제가 있었다.
| 구분 | 실시예 8 | 실시예 9 | 실시예 10 | |
| 단열재 | 평균기공크기(㎛) | 120 | 120 | 120 |
| 기공률(%) | 80 | 80 | 80 | |
| 밀도(g/cm3) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 형태 | 폼(foam) | 폼(foam) | 폼(foam) | |
| 열전도도(W/mK) | 0.13 | 0.13 | 0.13 | |
| 강도(MPa) | 9 | 9 | 13 | |
| 쇼어 경도 | 40 | 40 | 50 | |
| 열팽창계수(K-1) | 6×10-7 | 6×10-7 | 6×10-7 | |
| 열충격저항(℃) | 600 | 600 | 450 | |
| 분진 발생 여부 |
100회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 |
| 200회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |
| 300회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |
| 400회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |
| 500회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |
| 구분 | 실시예 11 | 실시예 12 | 실시예 13 | |
| 단열재 | 평균기공크기(㎛) | 120 | 120 | 120 |
| 기공률(%) | 80 | 80 | 80 | |
| 밀도(g/cm3) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 형태 | 폼(foam) | 폼(foam) | 폼(foam) | |
| 열전도도(W/mK) | 0.13 | 0.13 | 0.13 | |
| 강도(MPa) | 11 | 12 | 14 | |
| 쇼어 경도 | 45 | 47 | 52 | |
| 열팽창계수(K-1) | 6×10-7 | 6×10-7 | 6×10-7 | |
| 열충격저항(℃) | 550 | 500 | 400 | |
| 분진 발생 여부 |
100회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 |
| 200회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |
| 300회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |
| 400회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |
| 500회 | 무분진 | 무분진 | 무분진 | |
또한, 표 2에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 실시예 8 및 9에서 제조된 무분진 단열재는 강도 및 쇼어 경도가 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조된 무분진 단열재와 비교하여 실시예 10 내지 13에서 제조된 무분진 단열재는 열충격 저항이 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (4)
- 세라믹 원료를 포함하는 슬러리를 발포하여 제조된 폼 형태의 단열재로서,
상기 단열재는 평균 기공크기가 30 ~ 180㎛, 기공률이 40 ~ 85%인 것을 특징으로 하는 무분진 단열재.
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹 원료는 각각 실리카, 알루미나, 뮬라이트, 장석, 활석, 카올린, 점토, 티타니아, 마그네시아, 지르코니아, 이트리아, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 프릿, 안료, 규석, 석회석, 백운석, 납석, 형석, 소지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 무분진 단열재.
- 세라믹 원료에 물 및 분산제를 혼합하여 슬러리를 제조하는 제1단계;
상기 슬러리에 기포제를 투입 및 교반하여 슬러리를 발포시키는 제2단계;
상기 발포시킨 슬러리에 겔화제를 투입 및 교반한 후, 겔화시켜 겔화물을 제조하는 제3단계; 및
상기 겔화물을 건조 및 소성하여 폼 형태의 무분진 단열재를 제조하는 제4단계; 를 포함하고,
제조한 무분진 단열재는 평균 기공크기가 30 ~ 180㎛, 기공률이 40 ~ 85%인 것을 특징으로 하는 무분진 단열재의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 슬러리는 세라믹 원료 1종 이상으로 제조된 것을 특징으로 하는 무분진 단열재의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210120334A KR20230037252A (ko) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 무분진 단열재 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210120334A KR20230037252A (ko) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 무분진 단열재 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230037252A true KR20230037252A (ko) | 2023-03-16 |
Family
ID=85985402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210120334A KR20230037252A (ko) | 2021-09-09 | 2021-09-09 | 무분진 단열재 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230037252A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102562885B1 (ko) * | 2023-04-11 | 2023-08-04 | (주)제이엠인터내셔날 | 무분진 단열재 및 이의 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101448141B1 (ko) | 2014-06-02 | 2014-10-08 | 주식회사 하이템스 | 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법 |
-
2021
- 2021-09-09 KR KR1020210120334A patent/KR20230037252A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101448141B1 (ko) | 2014-06-02 | 2014-10-08 | 주식회사 하이템스 | 에너지 저감형 고온용 무분진 단열재 및 그 제조방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102562885B1 (ko) * | 2023-04-11 | 2023-08-04 | (주)제이엠인터내셔날 | 무분진 단열재 및 이의 제조방법 |
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