KR20230154800A - 에어로겔 입자, 세라믹 및/또는 유리 섬유 및 유백제를포함하는 복합 물품 - Google Patents

에어로겔 입자, 세라믹 및/또는 유리 섬유 및 유백제를포함하는 복합 물품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품의 제조 방법 및 이 방법에 의해 얻을 수 있는 복합 물품에 관한 것이다.

Description

에어로겔 입자, 세라믹 및/또는 유리 섬유 및 유백제를 포함하는 복합 물품
본 발명은 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품의 제조 방법 및 이 방법에 의해 얻을 수 있는 복합 물품에 관한 것이다. 흑연은 바람직하게는 상승제로서 다른 유백제(opacifier)와 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
구조용 철강재에 대한 수동적 방화와 같이 많은 산업 및 건축 적용에 매우 높은 온도에서의 단열 성능과 내온도성이 요구된다. UL1709(Rapid Rise Fire Tests of Protection Materials for Structural Steel: 구조용 강철 보호 재료의 급상승 화재 시험)에서는 1093 ℃의 시험 온도를 요구하고, ISO834(셀룰로오스 화재 곡선)에서는 180분의 시험 기간 후 온도가 1110 ℃에 도달하는 것을 요구한다. 1100 ℃ 이상의 고온에서 단열 성능과 내온도성을 갖춘 새로운 단열재 개발이 필요하다.
현재 다양한 등급의 세라믹 섬유 블랭킷이 1000 ℃ 이상의 응용을 위한 절연 재료로 적용된다. 한편으로, 세라믹 섬유 블랭킷의 화학 조성의 변화는 상이한 내온도성으로 이어진다. 따라서, AES(알칼리 토류 규산염) 기반의 세라믹 섬유 블랭킷은 최대 1200 ℃의 작동 온도에 견딜 수 있는 반면, 산화알루미늄(AO) 기반의 세라믹 섬유 블랭킷은 1600 ℃를 견딜 수 있다. 다른 한편으로, 다양한 화학 조성은 세라믹 섬유 블랭킷의 재료 비용에 상당한 차이를 가져온다. 산화알루미늄을 기반으로 하는 세라믹 섬유 블랭킷의 비용은 전형적으로 알칼리 토류 규산염을 기반으로 하는 세라믹 섬유 블랭킷 비용의 약 20배이다. 내온도성 요건이 증가함에 따라 재료 비용이 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다.
종래 기술에 비추어 볼 때, 본 발명은 향상된 단열 능력 및 내온도성을 갖는 세라믹 섬유 블랭킷을 감소된 비용으로 제공하도록 기여한다.
본 발명자들은 놀랍게도 섬유 블랭킷이 형성된 후에 에어로겔을 세라믹 섬유 블랭킷에 도입함으로써 이 문제를 해결할 수 있음을 발견하였다. 이는 에어로겔 분말과 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물을 제조하여 섬유 블랭킷에 주입함으로써 달성될 수 있다. 이러한 접근 방식으로 섬유 블랭킷의 섬유에 대한 에어로겔 분말의 우수한 부착을 여전히 달성하면서 결합제의 사용을 줄이거나 완전히 피할 수 있다.
또한, 본 발명자들은 실리카 에어로겔이 적외선 복사선에 투명하여 전형적으로 200 ℃ 이상의 고온 적용에서 열 전달의 복사 부분을 효율적으로 차단하는 능력이 없다는 문제를 고려하였다. IR 방사선의 효율적인 흡수 또는 산란을 달성하기 위해서는 유백제를 사용해야 한다. 망간 페라이트, SnO, TiC, 텅스텐 카바이드, 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화철(II), 산화철(III), 실리콘 카바이드 등과 같은 유백제는 문헌에 특정 용도 및 상기 유백제의 효율에 대한 입도 분포의 의존성에 대해 기술되어 있다. 그러나, 에어로겔 충전 제품에 적합한 유백제를 찾고자 노력하는 동안 이러한 제품에 사용될 때 안정성, 균일성 및 신뢰성 측면 뿐만 아니라 효율성 측면에서 다양한 문제에 직면하였다. 본 발명은 놀랍게도 흑연이 본원에 기재된 에어로겔 충전 제품에서 우수한 불투명화 특성을 갖는다는 것을 발견하였다. 또한, 흑연과 망간-페라이트(Mn,Fe)2O3의 혼합물에서 특히 흑연 대 망간-페라이트가 50:50 중량비로 혼합되는 경우 상승 효과가 발견되었으며, 이는 400 ℃ 이하의 온도에서 더욱 낮은 열전도율로 나타난다. 이러한 결과는 세라믹 섬유를 포함하는 에어로겔 물품 뿐만 아니라 유리 섬유를 포함하는 에어로겔 물품에도 적용 가능하다.
따라서, 제1 측면에서, 본 발명은 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품의 제조 방법에 관한 것이며, 이 방법은 다음 단계를 포함한다:
- 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유성 물품을 제공하는 단계,
- 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계,
- 섬유성 물품과 에어로겔 조성물을 조합하는 단계, 및
- 유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하여 복합 물품을 얻는 단계.
흑연은 바람직하게는 유백제로서 사용되며 보다 바람직하게는 다른 유백제와 함께 상승제로서 사용된다.
본 발명은 또한 이 방법에 의해 얻을 수 있는 복합 물품에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품에 관한 것으로, 상기 복합 물품은 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매, 및 선택적으로 추가의 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 포함하는 에어로겔 조성물을 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유성 물품에 주입, 함침 또는 침지하고, 유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하여 복합 물품을 얻음으로써 수득할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 하기 요건 (i) 내지 (vii) 중 하나 이상을 충족하는, 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품에 관한 것이다:
(i) 복합 물품은 15 중량% 미만의 유기 화합물을 함유함,
(ii) 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 5 mm 이상의 길이를 가짐;
(iii) 복합 물품은 10 중량% 미만의 결합제를 함유함;
(iv) 복합 물품은 10 ℃/분의 온도 증가로 30 ℃에서 1100 ℃까지 질소 분위기에서 가열되는 경우 열중량 분석(TGA)에서 35 중량% 미만의 총 중량 손실을 나타냄;
(v) 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비는 1:8 이상임;
(vi) 복합 물품은 60분 이상의 용락(burn-through) 시간을 갖고, 여기서 용락 저항은 두께 13 mm의 30 cm x 30 cm 시트 형태의 복합 물품을 사용하고, 상기 복합 물품을 납땜 토치를 사용하여 온도가 1400 ℃인 화염으로 제1 주 표면의 중심에서 처리하여 측정되고, 여기서 용락 시간은 화염 처리 시작부터 제2 주 표면의 중심부 온도가 1000 ℃에 도달할 때까지의 지속 시간임;
(vii) 13 mm 두께의 20 cm x 50 cm 시트 형태의 복합 물품을 사용하고, 상기복합 물품을 ISO 834 온도-시간 곡선에 따라 제1 주 표면의 전체 표면에서 180분 동안 처리할 때, 제2 주 표면의 중심부 온도는 1000 ℃ 미만임.
도 1: 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷(원 블랭킷 밀도 128 kg/m3)(실시예 1-1) a) 평면도; b) 측면도
도 2: 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷(원 블랭킷 밀도 96 kg/m3)(실시예 1-4) a) 평면도; b) 측면도
도 3: 납땜 토치 시험 설정
도 4: 10분 화염 후 블랭크 세라믹 섬유 블랭킷(원 블랭킷 밀도 96 kg/m3); a) 정면도; b) 배면도
도 5: 30분 화염 후 블랭크 세라믹 섬유 블랭킷(원 블랭킷 밀도 128 kg/m3); a) 정면도; b) 배면도
도 6: 60분 화염 후 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷(원 블랭킷 밀도 128 kg/m3); a) 정면도; b) 배면도 c) 화염 영역의 단면
도 7: 60분 화염 후 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷(원 블랭킷 밀도 96 kg/m3); a) 정면도; b) 배면도
도 8: ArmaGel HT와 2개의 에어로겔 도입 세라믹 섬유 블랭킷 및 블랭크 세라믹 섬유 블랭킷 사이의 후면 중간 부분의 온도 상승 비교
도 9: 실시예 2의 내화성 시험 결과
도 10: 50 내지 500 ℃의 온도 범위에서 에어로겔 블랭킷 중 유백제로서의 망간-페라이트, 흑연, 실리콘 카바이드, 망간-페라이트와 흑연의 50:50 혼합물, 실리콘 카바이드와 흑연의 50:50 혼합물의 열전도도.
본원에서 사용되는 용어의 정의
본 발명의 맥락에서, 용어 "복합 물품"은 하나 이상의 에어로겔 입자, 흑연 및 하나 이상의 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 임의의 물품을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, "복합"이라는 용어는 물품을 함께 형성하는 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유의 존재 이외의 어떠한 제한도 내포하지 않는다. 에어로겔 입자와 세라믹 및/또는 유리 섬유는 공간적으로 떨어져 있지 않다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 에어로겔 입자는 전형적으로 세라믹 및/또는 유리 섬유 사이와 주변에 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 섬유는 직포 또는 부직포 구조를 형성하고, 그 내부 및 주위에 에어로겔 입자가 존재한다.
복합 물품은 전형적으로 배팅(batting), 부직포, 매트, 펠트 또는 니들드 섬유 블랭킷(needled fiber blanket)과 같은 블랭킷의 형태이다. 바람직하게는 에어로겔 입자가 존재하는 부직포 섬유 블랭킷 또는 니들드 섬유 블랭킷이다. "부직포"라는 용어는 니들드 섬유 블랭킷도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 복합 물품은 바람직하게는 3 mm 내지 500 mm 범위, 바람직하게는 3 내지 100 mm 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 50 mm 범위, 보다 더 바람직하게는 5 내지 30 mm 범위의 두께를 갖는다. 다른 두 차원에서의 연장은 바람직하게는 각각 두께의 적어도 5배이다. 본원에서 사용되는 용어 "치수"는 서로 직교하는 3개의 공지 공간 치수(예를 들어 "3차원적"으로 이해됨)를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
본원에서 사용되는 용어 "배팅"은 섬유성 재료의 층 또는 시트를 지칭하며, 상기 섬유성 재료는 전형적으로 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함한다.
"부직포"라는 용어는 직물도 아니고 편물도 아닌 섬유를 포함하는 임의의 재료를 의미한다.
"부직포 섬유 블랭킷"이라는 용어는 직물도 아니고 편물도 아닌 섬유를 함유하는 임의의 재료와 관련되는 것으로 이해되어야 하며, 재료는 블랭킷 형태이다.
"니들드 섬유 블랭킷"이라는 용어는 섬유가 니들링되고 재료가 블랭킷 형태인 섬유를 함유하는 임의의 재료에 관한 것으로 이해되어야 한다.
본원에서 사용되는 용어 "블랭킷"은 전형적으로 다른 두 차원에서보다 덜 하나의 차원으로 연장되는 물품을 지칭한다. 바람직하게는, 이것은 하나의 차원에서 1000 mm까지, 바람직하게는 500 mm까지, 보다 바람직하게는 100 mm까지 연장되는 반면, 다른 두 차원 각각에서 적어도 5배만큼 연장되는 물품을 지칭한다. 즉, "블랭킷"이라는 용어는 전형적으로 편평한 물품 또는 장방형 물품을 지칭한다.
달리 명시적으로 나타내지 않는 한, 단수형 또는 복수형의 사용은 단수형 또는 복수형인 명사 중 "하나 이상"의 존재를 허용하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, "세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유성 물품"이라는 용어는 "하나 이상의 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유성 물품"을 지칭한다. 유사하게, 용어 "에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물"은 복수 (유형)의 에어로겔 분말 및/또는 복수 (유형)의 유기 용매가 에어로겔 조성물에 포함된 경우도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 상이한 유형의 에어로겔 분말의 혼합물 및/또는 상이한 유형의 유기 용매의 혼합물이 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "에어로겔"은 본질적으로 겔 구조의 붕괴 없이 겔의 액체 성분이 기체로 대체된, 겔로부터 유도된 다공성 물질을 지칭한다. 바람직하게는, "에어로겔"은 실리카 에어로겔이다. 이러한 실리카 에어로겔은 전형적으로 밀도가 0.1 g/cm3 이하, 바람직하게는 0.05 g/cm3 이하이며, 잘 알려진 스퇴버(Stber) 공정에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에서, "에어로겔"은 바람직하게는 EP 2 722 311 A2에 기술된 방법, 바람직하게는 그 청구항 22에 정의된 방법에 따라 얻을 수 있는 실리카 에어로겔이다.
본 발명에서, 용어 "에어로겔 입자"는 바람직하게는 EP 2 722 311 A2에 기재된 방법, 바람직하게는 그 청구항 22에 정의된 바와 같은 방법에 따라 수득가능한 실리카 에어로겔 입자를 지칭한다. 본 발명에 사용하기에 적합한 에어로겔 입자는 예를 들어 "Jios AeroVa"로 상업적으로 입수 가능하며, 여기서 "D20 등급"이 바람직하다. "Jios AeroVa D20 등급"은 20 μm 미만의 D95 입도 범위, 0.03 내지 0.1 g/cm3의 벌크 밀도, 0.017 내지 0.022 W/m·k의 열 전도도, 600 내지 800 m2/g의 표면적 및 90% 초과 기공률을 갖는 것으로 설명된다.
"헤테로상 반응"이라는 용어는 바람직하게는 복수의 상을 함유하는 시스템, 예를 들어 2개의 비혼합성 상, 즉 수성상 및 수성상과 혼합될 수 없는 상(바람직하게는 비극성 용매 상)으로 구성된 시스템에서 수행되는 임의의 반응을 지칭한다. 반응, 즉 제1 구조의 생성은 상이한 상 사이의 인터페이스에서 시작된다. 따라서, 모든 반응물이 동일한 용매에 용해되는 반응과 관계가 없다. "헤테로상 반응"의 일례는 에멀젼 반응, 현탁 반응 또는 분산 반응이다.
"세라믹"이라는 용어는 바람직하게는 무기, 비금속, 바람직하게는 무정형인 임의의 재료를 지칭한다. 이는 전형적으로 산화물, 질화물 및 탄화물(그들의 임의의 혼합물 포함)로부터 선택되는 하나 이상의 무기 재료에 관한 것이다. 바람직하게는, "세라믹" 재료는 규소, 알루미늄, 세륨, 지르코늄 및/또는 알칼리 토금속(들)의 하나 이상의 산화물, 질화물 및/또는 탄화물을 적어도 90 중량%(바람직하게는 적어도 95 중량%, 보다 바람직하게는 99 중량%)의 총량으로 함유한다.
"섬유"라는 용어는 바람직하게는 하나의 차원에서 다른 두 차원 중 임의의 것에서보다 적어도 10배 더 연장되는 물품을 지칭한다. 제1 치수는 바람직하게는 섬유의 길이 방향에 해당한다.
"섬유성 물품"이라는 용어는 하나 이상의 섬유를 포함하는 임의의 물품을 지칭한다. 따라서 예는 배팅, 부직포, 매트, 펠트 및 니들드 섬유 블랭킷을 포함한다. 바람직한 예는 부직 섬유 블랭킷 또는 니들드 섬유 블랭킷이다. 섬유성 물품은 바람직하게는 3 mm 내지 500 mm 범위, 바람직하게는 3 내지 100 mm 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 50 mm 범위, 보다 더 바람직하게는 5 내지 30 mm 범위의 두께를 갖고, 각각의 다른 두 차원에서 만큼 보다 적어도 5배 연장된다.
본원에서 사용되는 용어 "에어로겔 조성물"은 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 임의의 혼합물에 관한 것이다. 바람직하게는, "에어로겔 조성물"은 유기 용매에 분산된 에어로겔 분말 및 흑연을 포함하는 혼합물이다. 즉, "에어로겔 조성물"은 바람직하게는 "에어로겔 분산액"이다.
본원에서 사용되는 용어 "분산액"은 바람직하게는 한 물질의 고체 입자가 액체인 또 다른 물질의 연속상에 분산된 혼합물에 관한 것이다. 본원에서 사용되는 고체 및 액체라는 용어는 25 ℃의 온도 및 1 atm의 압력에서의 물질의 상태를 지칭한다. "분산된"은 바람직하게는 입자가 액체의 연속상에 쉽게 침강되지 않는 상태를 기술한다.
본원에서 사용되는 용어 "유기 용매"는 20 ℃의 온도 및 1 atm의 압력에서 액체인 임의의 유기 화합물을 지칭한다. 유기 용매의 바람직한 예는 탄화수소 용매 및 알코올(이들의 임의의 혼합물을 포함함)을 포함한다. 탄화수소는 탄소와 수소 원자로 구성된 유기 화합물로 이해된다.
본원에서 사용되는 용어 "유기 화합물"은 적어도 하나의 탄소-수소 결합을 함유하는 임의의 화합물에 관한 것이다.
"A가 B를 포함한다"에서와 같이 "포함한다" 또는 "함유한다"와 같은 용어는 조성물 등의 열린 정의를 표현하기 위해 본원에서 사용된다. 따라서, "A는 B를 포함한다"라는 것은 A가 최소한 B를 포함하지만 다른 구성 요소의 임의의 수와 양을 추가로 포함할 수 있는 것을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 대조적으로 "A가 B로 구성된다"에서와 같이 "구성된다"라는 용어는 일반적으로 A가 B 이외의 구성 요소를 포함하지 않음을 나타낸다.
"바람직하게"와 같은 용어는 특정 기능이 충족되거나 충족되지 않을 수 있음을 나타낸다. 따라서, 이러한 용어는 선택적 기능보다 우선한다. 일반적으로, 해당 기능이 충족되면 추가적인 유익한 효과가 발생할 것으로 예상된다.
본원에서 사용되는 용어 "주입"은 유체(예컨대 에어로겔 조성물)를 고체 물질(예컨대 섬유성 물품)에 도입하는(전형적으로 힘을 가하는) 작업을 지칭한다. "주입"을 위한 적절한 접근법은 예를 들어 EP 3 023 528 A1에 설명되어 있다.
본원에서 사용되는 용어 "함침" 또는 "침지"는 유체(예컨대 에어로겔 조성물)를 고체 물질(전형적으로 섬유성 물품과 같은 고체 다공성 물질)에 도입하는(전형적으로 힘 없이) 작용을 의미한다. "함침" 또는 "침지"는 예를 들어, 함침 또는 침지될 물품을 전형적으로 물품이 함침될 액체 물질을 포함하는 용기에 넣거나, 또느 액체를 함침 또는 침지될 물품 위에 붓는 방식으로 이루어질 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "결합제"는 2개의 고체 재료 사이에 접착을 제공하도록 의도된 임의의 재료에 관한 것이다. 바람직하게는, 용어 "결합제"는 에어로겔 입자를 서로 및/또는 세라믹 및/또는 유리 섬유에 결합시키는 역할을 하는 임의의 재료에 관한 것이다. 결합제는 유기 또는 무기 성질일 수 있다. 결합제의 특정한 예는 물유리, 실리콘계 결합제 및 페놀 수지계 결합제를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 상세한 설명
본 발명은 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품의 제조 방법 및 이 방법에 의해 얻을 수 있는 복합 물품에 관한 것이다.
방법
본 발명은 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품의 제조 방법에 관한 것으로, 다음 단계를 포함한다:
- 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유성 물품을 제공하는 단계,
- 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계,
- 섬유성 물품과 에어로겔 조성물을 조합하는 단계, 및
- 유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하여 복합 물품을 얻는 단계.
방법은 이들 단계로 제한되지 않으며 이들 각 단계 전, 사이 및 후에 추가 단계를 얼마든지 포함할 수 있다. 따라서 위에서 언급한 단계는 반드시 연속적인 단계는 아니다. 다만, 정해진 순서대로 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 단계는 연속적인 것이 바람직하다.
본원에 설명된 방법의 단계는 각각 추가 활동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계는 상기 에어로겔 분말 및 유기 용매 이외의 추가 성분을 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 섬유성 물품과 에어로겔 조성물을 조합하는 단계는 섬유성 물품과 에어로겔 조성물 뿐만 아니라 추가 물품, 조성물 등을 조합하는 것을 포함할 수 있다.
섬유성 물품과 에어로겔 조성물은 바람직하게는 에어로겔 조성물을 섬유성 물품에 주입함으로써 조합된다. 이러한 조성물을 주입하기 위한 적합한 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어 EP 3 023 528 A1에 기재되어 있다.
흑연 및 다른 유백제 및/또는 충전제는 에어로겔 조성물에 존재하는 것 대신에 또는 그에 더하여 에어로겔 조성물이 섬유성 물품에 주입되기 전 또는 후에 (바람직하게는 본원에 기술된 바와 같은 흑연 및 유기 용매를 포함하는 조성물의 형태로) 섬유성 물품에 주입될 수 있는 것으로 구상된다. 그러나, 흑연이 에어로겔 조성물의 다른 성분과 함께 섬유성 물품에 도입되도록 에어로겔 조성물에 존재하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하여 복합 물품을 얻는 단계는 50 내지 170 ℃에서 1 내지 8시간 동안 건조하고, 선택적으로 이어 171 ℃ 내지 230 ℃에서 1 내지 48시간 동안 건조하는 것을 포함한다.
본 발명의 방법으로 얻어지는 복합 물품
본 발명의 방법에 의해 얻을 수 있는 복합 물품은 바람직하게는 복합 물품의 총 중량을 기준으로 15 내지 70 중량%의 에어로겔을 함유한다. 복합 물품의 총 중량을 기준으로 25 내지 60 중량%의 에어로겔이 보다 바람직하며, 35 내지 50 중량%의 에어로겔이 보다 더 바람직하다.
복합 물품의 두께는 전형적으로 3 mm 내지 500 mm 범위, 바람직하게는 3 내지 100 mm 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 50 mm 범위, 보다 더 바람직하게는 5 내지 30 mm 범위이다.
복합 물품의 폭이 W이고, 복합 물품의 길이가 L이고, 복합 물품의 두께가 T인 경우, 복합 물품에 의해 다음 요건이 바람직하게 충족된다:
여기서 R은 100 이상, 바람직하게는 1000 이상, 보다 바람직하게는 10000이상이고,
W/L은 바람직하게는 1000/1 내지 1/1000의 범위이고,
W/T는 바람직하게는 10 이상이고,
L/T는 바람직하게는 10 이상이다.
우수한 난연성을 달성하기 위해, 복합 물품은 전형적으로 복합 물품의 총 중량을 기준으로 15 중량% 미만의 유기 화합물, 바람직하게는 10 중량% 미만의 유기 화합물, 보다 바람직하게는 5 중량% 미만의 유기 화합물, 보다 더 바람직하게는 2 중량% 미만의 유기 화합물, 보다 더욱 더 바람직하게는 1 중량% 미만의 유기 화합물, 가장 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 유기 화합물을 함유한다. 용어 유기 화합물은 전형적으로 적어도 하나의 탄소-수소 결합을 함유하는 임의의 화합물에 관한 것이다.
본 발명의 방법에 의해, 복합 물품에서 섬유의 적어도 50%가 5 mm 이상의 길이를 갖도록 하는 것이 가능하다. 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 길이가 10 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 5 mm 이상이며, 보다 더 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 10 mm 이상이고, 보다 더욱 더 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 15 mm 이상이며, 가장 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 20 mm 이상이다.
난연성 및 비용을 개선하기 위해, 복합 물품은 전형적으로 10 중량% 미만의 결합제, 바람직하게는 5 중량% 미만의 결합제, 보다 바람직하게는 2 중량% 미만의 결합제, 보다 더 바람직하게는 1 중량% 미만의 결합제, 보다 더욱 더 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 결합제, 가장 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 결합제를 함유한다. 또한, 결합제 양의 감소는 더 많은 섬유 및/또는 에어로겔이 복합 물품에 도입될 수 있도록 하기 때문에 복합 물품의 내염성, 응집력 및 절연 특성에 유리할 수 있다. 종래 기술에서 사용되는 방법은 일반적으로 섬유를 서로에 그리고 충전제에 결합함으로써 복합 물품의 구조적 일체성을 보장하기 위해 결합제의 사용을 필요로 한다. 본 발명은 섬유 및 충전제의 슬러리 대신 출발 물질로서 섬유성 물품의 사용을 허용하므로, 결합제의 양을 상당히 감소시킬 수 있다.
본 발명의 방법을 사용함으로써, 복합 물품은 10 ℃/분의 온도 증가로 30 ℃에서 1100 ℃까지 질소 분위기에서 가열되는 경우 열중량 분석(TGA)에서 열중량 분석 전 복합 물품의 총 중량을 기준으로 35 중량% 미만, 바람직하게는 30 중량% 미만, 보다 바람직하게는 25 중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 20 중량% 미만, 보다 더욱 더 바람직하게는 15 중량% 미만, 가장 바람직하게는 10 중량% 미만의 총 중량 손실을 나타낼 수 있다.
또한, 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비가 1:8 이상, 바람직하게는 1:4 이상, 보다 바람직하게는 1:2 이상, 보다 더 바람직하게는 1:1 이상을 달성하는 것이 가능하다. 전형적으로 섬유 분산액의 건조를 기반으로 하는 선행 기술 방법에서는 상당한 양의 결합제를 사용해야 하기 때문에 섬유 블랭킷에 안정적으로 포함될 수 있는 섬유의 양과 길이는 상당히 제한된다.
복합 물품은 흑연 외에 다른 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계는 에어로겔 분말 및 유기 용매 및 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계인 것이 바람직하다.
섬유성 물품
섬유성 물품은 바람직하게는 에어 레이 또는 카딩 공정을 통해 제조되는 배팅, 부직포, 매트, 펠트 및 니들드 섬유 블랭킷 중에서 선택되며, 여기서 섬유성 물품은 바람직하게는 부직포 섬유 블랭킷 또는 니들드 섬유 블랭킷이다. 섬유성 물품은 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 98 중량% 이상의 세라믹 및/또는 유리 섬유를 함유한다.
"세라믹 및/또는 유리 섬유"라는 용어는 세라믹 섬유 및/또는 유리 섬유가 존재할 수 있음을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 특히 다음과 관련된다:
i) 세라믹 섬유 및 유리 섬유,
ii) 세라믹 섬유(유리 섬유는 아님), 및
iii) 유리 섬유(세라믹 섬유는 아님).
세라믹 섬유가 바람직한 경우, 섬유성 물품 및/또는 복합 물품에서 전형적으로 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상, 보다 바람직하게는 70 중량%, 보다 더 바람직하게는 80 중량%, 보다 더욱 더 바람직하게는 90 중량% 이상, 이 보다 더 바람직하게는 95 중량% 이상, 또는 보다 더 98 중량% 이상, 또는 보다 더 바람직하게는 모든 섬유가 세라믹 섬유이다.
유리 섬유가 바람직한 경우, 섬유성 물품 및/또는 복합 물품에서 전형적으로 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상, 보다 바람직하게는 70 중량%, 보다 더 바람직하게는 80 중량%, 보다 더욱 더 바람직하게는 90 중량% 이상, 이 보다 더 바람직하게는 95 중량% 이상, 또는 보다 더 98 중량% 이상, 또는 보다 더 바람직하게는 모든 섬유가 유리 섬유이다.
용어 "세라믹 및/또는 유리 섬유"는 "세라믹 섬유"인 것이 바람직하다.
또한, 섬유성 물품의 밀도는 20 내지 300 kg/m3, 바람직하게는 50 내지 200 kg/m3, 보다 바람직하게는 80 내지 150 kg/m3인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 섬유성 물품의 바람직한 예는 다음과 같다(중량% 단위의 양):
Unifrax의 Fiberfrax Duraback, 권장 작동 온도 982 ℃, 64 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 31-35% Al2O3, 50-54% SiO2, 5% ZrO2, 1.30% Fe2O3, 1.70% TiO2, 0.50% MgO, 및 ≤7.5% CaO를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Fiberfrax Durablanket S, 권장 작동 온도 1177 ℃, 64, 96 및 128 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 43-47% Al2O3, 53-57% SiO2, <1% Fe2O3, 및 <1% TiO2를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Fiberfrax Durablanket HP-S, 권장 작동 온도 1204 ℃, 64, 96 및 128 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 43-47% Al2O3, 및 53-57% SiO2를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Fiberfrax Durablanket 2600, 권장 작동 온도 1343 ℃, 96 및 128 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 29-31% Al2O3, 53-55% SiO2, 15-17% ZrO2를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Fiberfrax PH blanket, 권장 작동 온도 1177 ℃, 96 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 43-47% Al2O3, 53-55% SiO2, <1% Fe2O3, 및 <1% TiO2를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Fiberfrax Moist Pak-D, 권장 작동 온도 1010 ℃, 190-290 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 23-32% Al2O3 및 68-77% SiO2를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Fiberfrax Fibermat Blanket, 권장 작동 온도 677 ℃, 88 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 29-47% Al2O3, 52-57% SiO2, 및 18% 미만 ZrO2를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Fibermax Mat, 권장 작동 온도 1566 ℃, 24 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 72% Al2O3, 27% SiO2, 0.02% Fe2O3, 0.001% TiO2, 0.05% MgO, 및 0.05% CaO를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Fibermax Needled Blanket, 권장 작동 온도 1600 ℃, 100 및 130 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 72% Al2O3, 27% SiO2, 0.02% Fe2O3, 0.001% TiO2, 0.05% MgO, 및 0.05% CaO를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Insulfrax LTX Blanket, 권장 작동 온도 1100 ℃, 64, 96, 128 및 160 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 <1% Al2O3, 61-67% SiO2, <0,6% Fe2O3, 2,5-6,5% MgO, 및 27-33% CaO를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Insulfrax S Blanket, 권장 작동 온도 1100 ℃, 64, 96 및 128 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 61-67% SiO2, 2-7% MgO, 및 27-33% CaO를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Isofrax 1400 Blanket, 권장 작동 온도 1300 ℃, 96, 128 및 160 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 70-80% SiO2 및 18-27% MgO를 포함하는 화학 조성을 가짐);
KCC의 "CERAKWOOL New-Bio", 96, 128 및 160 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 <1% Al2O3, 58-67% SiO2, 2-8% MgO, 및 26-34% CaO를 포함하는 화학 조성을 가짐);
New Fire의 Superwool plus blanket SPB, 권장 작동 온도 1050 ℃, 96 및 128 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 62-68% SiO2, 3-7% MgO, 및 26-32% CaO를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Unifrax의 Saffil Blanket & Mat, 권장 작동 온도 1600 ℃, 35, 96 kg/m3의 밀도로 이용가능(전형적으로 95-97% Al2O3 및 3-5% SiO2를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Frenzelit의 isoTherm S Vlies, 권장 작동 온도 1100 ℃ (전형적으로 >94% SiO2를 포함하는 화학 조성을 가짐).
이 중에서도 다음의 것이 바람직하다.
Fiberfrax Duraback, Fiberfrax Durablanket S, Fiberfrax Durablanket 2600, Fiberfrax Moist Pak-D, Fibermax Needled Blanket, Insulfrax LTX Blanket, Insulfrax S Blanket, Isofrax 1400 Blanket, Saffil Blanket & Mat, 및 isoTherm S Vlies.
본 발명에 사용되는 유리 섬유를 함유하는 섬유성 물품의 바람직한 예는 다음과 같다(중량% 단위의 양):
Lih Feng Jing의 E-glass Fiber Needle Mat, 권장 작동 온도 650 ℃(전형적으로 52-56% SiO2, 12-16% Al2O3, 0-6% MgO, 및 15-25% CaO, 4-9% B2O3, 0-1% Na2O+K2O를 포함하는 화학 조성을 가짐);
Frenzelit의 isoGLAS needlemat, 권장 작동 온도 550 ℃(전형적으로 52-56% SiO2, 12-16% Al2O3, 0-6% MgO, 및 15-25% CaO, 6-13% B2O3, 0.3-2% Na2O를 포함하는 화학 조성을 가짐).
세라믹 섬유
세라믹 섬유는 일반적으로 다음 세 종류의 섬유로 구성될 수 있다:
a) 80 중량% 이상의 알루미나를 함유하는 세라믹 섬유,
b) 2 내지 80 중량% 미만의 알루미나를 함유하는 세라믹 섬유, 및
c) 2 중량% 미만의 알루미나를 함유하는 세라믹 섬유.
a) 80 중량% 이상의 알루미나를 함유하는 세라믹 섬유:
이러한 제1 유형의 세라믹 섬유는 전형적으로 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 80 중량% 이상의 알루미나, 바람직하게는 85 중량% 이상의 알루미나, 바람직하게는 90 중량% 이상의 알루미나, 바람직하게는 95 중량% 이상의 알루미나를 함유하며, 여기서 알루미나의 함량은 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 99 중량% 이하, 보다 바람직하게는 98 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 97 중량% 이하이다.
세라믹 섬유는 추가로 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 0 내지 20 중량%의 실리카, 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 실리카, 보다 바람직하게는 1 내지 15 중량%의 실리카, 보다 더 바람직하게는 1 내지 10 중량%의 실리카, 보다 더욱 바람직하게는 2 내지 6 중량%의 실리카를 함유할 수 있다.
섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 실리카 및 알루미나 이외의 성분을 2 중량% 미만, 바람직하게는 실리카 및 알루미나 이외의 성분을 1 중량% 미만, 보다 바람직하게는 실리카 및 알루미나 이외의 성분을 0.5 중량% 미만으로 함유한다.
b) 2 내지 80 중량% 미만의 알루미나를 함유하는 세라믹 섬유:
이 제2 유형의 세라믹 섬유는 전형적으로 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 2 내지 80 중량% 미만의 알루미나, 바람직하게는 15 내지 80 중량% 미만의 알루미나, 보다 바람직하게는 20 내지 75 중량% 알루미나를 함유한다.
세라믹 섬유는 추가로 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 10 내지 98 중량%의 실리카, 바람직하게는 15 내지 90 중량%의 실리카, 보다 바람직하게는 20 내지 85 중량%의 실리카, 보다 더 바람직하게는 25 내지 80 중량%의 실리카를 함유할 수 있다.
예를 들어, 세라믹 섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 30 내지 35 중량%의 알루미나, 50 내지 55 중량%의 실리카 및 총 4 내지 2 중량%의 ZrO2, Fe2O3, TiO2, MgO 및 CaO를 함유할 수 있다. 대안적으로, 세라믹 섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 42 내지 48 중량%의 알루미나 및 52 내지 58 중량%의 실리카를 함유할 수 있다. 또한, 세라믹 섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 28 내지 32 중량%의 알루미나, 52 내지 56 중량%의 실리카 및 14 내지 18　중량%의 ZrO2를 함유할 수 있다. 대안적으로, 세라믹 섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 22 내지 34 중량%의 알루미나 및 66 내지 78 중량%의 실리카를 함유한다. 다른 대안적인 예에서, 세라믹 섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 66 내지 78 중량%의 알루미나, 22 내지 34 중량%의 실리카를 함유한다.
이들 세라믹 섬유는 위에 표시된 성분 이외의 성분을 2 중량% 미만으로, 바람직하게는 위에 표시된 성분 이외의 성분을 1 중량% 미만으로, 보다 바람직하게는 위에 표시된 성분 이외의 성분을 0.5 중량% 미만으로 함유하는 것이 바람직하다.
c) 2 중량% 미만의 알루미나를 함유하는 세라믹 섬유
이러한 유형의 세라믹 섬유는 전형적으로 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 2 중량% 미만의 알루미나, 바람직하게는 1 중량% 미만의 알루미나, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 알루미나를 포함한다. 알루미나는 이들 세라믹 섬유에 존재하지 않을 수도 있다.
이들 세라믹 섬유는 전형적으로 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 50 내지 85 중량%의 실리카 및 15 내지 50 중량%의 알칼리 토금속 산화물, 바람직하게는 55 내지 85 중량%의 실리카 및 15 내지 45 중량%의 알칼리 토금속 산화물, 보다 바람직하게는 60 내지 82 중량%의 실리카 및 18 내지 40 중량%의 알칼리 토금속 산화물을 추가로 함유한다. 대안적으로, 이러한 유형의 세라믹 섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 55 내지 72 중량%의 실리카 및 28 내지 45 중량%의 알칼리 토금속 산화물, 바람직하게는 60 내지 70 중량%의 실리카 및 30 내지 40 중량%의 알칼리 토금속 산화물을 함유할 수 있다. 이러한 세라믹 섬유의 또 다른 유형은 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 65 내지 85 중량%의 실리카 및 15 내지 35 중량%의 알칼리 토금속 산화물, 바람직하게는 70 내지 80 중량%의 실리카 및 20 내지 30 중량%의 알칼리 토금속 산화물을 함유한다.
알칼리 토금속 산화물은 바람직하게는 MgO 및 CaO 또는 이들의 조합으로부터 선택되고, 여기서 알칼리 토금속 산화물에서 CaO의 비율은 알칼리 토금속 산화물의 총량을 기준으로 바람직하게는 75 중량% 이상, 보다 바람직하게는 85 중량% 이상이다.
본원에 기재된 임의의 세라믹 섬유에서, 명시된 것 이외의 세라믹 섬유의 임의의 성분의 함량은 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 2 중량% 미만, 보다 바람직하게는 1 중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 0.5 중량% 미만이다.
유리 섬유
A-유리, C-유리, D-유리, E-유리, M-유리 및 S-유리와 같은 여러 유형의 유리 섬유가 알려져 있다. 본 발명에서는 E-유리를 사용하는 것이 바람직하다. E- 및 S-유리 섬유는 일반적으로 (MgO + Al2O3) 함량이 낮은 반면, R-유리 섬유에서 그 함량은 전형적으로 적어도 25 중량%이다.
E-유리는 전형적으로 50 내지 60 중량% SiO2, 10 내지 18 중량% Al2O3, 0 내지 8 중량% MgO, 12 내지 28 중량% CaO, 및 2 내지 15 중량% B2O3를 포함한다. E-유리는 바람직하게는 52 내지 56 중량% SiO2, 12 내지 16 중량% AI2O3, 0 내지 6 중량% MgO, 15 내지 25 중량% CaO, 및 4 내지 13 중량% B2O3를 포함한다. 이러한 E-유리는 알루미노-보로실리케이트 유리라고도 칭해질 수 있다. E-유리는 알칼리성 산화물, 특히 Na2O 및 K2O를 더 포함할 수 있다. 그러나, 알칼리성 산화물의 함량은 전형적으로 3 중량% 이하, 바람직하게는 2 중량% 이하, 보다 바람직하게는 1 중량% 이하로 제한된다.
용매
본 발명의 방법에 사용되는 유기 용매는 전형적으로 탄화수소 용매, 바람직하게는 C3-16 포화, 불포화 또는 부분 포화 탄화수소 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 C3-10 포화 선형, 분지형 또는 환형 탄화수소 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더 바람직하게는 C3-10 선형 또는 분지형 알칸 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더욱 더 바람직하게는 C5-7 선형 또는 분지형 알칸 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더 더욱 바람직하게는 헥산 또는 헵탄 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 가장 바람직하게는 n-헥산으로부터 선택된다.
대안적으로, 본 발명에서 사용되는 유기 용매는 알코올 용매, 바람직하게는 C2-12 포화, 불포화 또는 부분 포화 알코올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 C2-12 포화 선형, 분지형 또는 환형 알코올 또는 혼합물로부터 선택되고, 보다 더 바람직하게는 C2-12 포화 직쇄형, 분지형 또는 환형 1가 알코올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더 더욱 바람직하게는 C2-6 포화 직쇄형, 분지형 또는 환형 1가 알코올(예컨대 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부탄올, 펜탄올(사이클로펜탄올 포함) 또는 헥산올(사이클로헥산올 포함)) 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더 바람직하게는 프로판올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 가장 바람직하게는 2-프로판올로부터 선택된다.
또한, 유기 용매는 하나 이상의 탄화수소 용매(들) 및 하나 이상의 알코올 용매(들)의 혼합물일 수 있다.
에어로겔
에어로겔은 임의의 무기 에어로겔일 수 있다. 바람직하게는, 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화티타늄, 산화하프늄 및 산화화이트륨으로부터 선택된 하나 이상을 포함하거나 이로 구성된다. 보다 바람직하게는, 에어로겔은 산화규소를 포함하거나 이로 구성된다. 보다 더 바람직하게는 에어로겔은 실리카 에어로겔이다.
에어로겔은 전형적으로 등온선 흡착 및 탈착에 의해 결정된 다공도가 85% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상이다. 보다 상세하게는 기공도는 BJH(Barret-Joyner-Halenda) 흡착 및 탈착 등온선법을 이용하여 에어로겔의 기공 부피 및 기공 크기 분포를 측정하여 결정된다.
에어로겔의 비표면적은 전형적으로 DIN ISO 9277 2003-05(BET 방법을 사용한 기체 흡착에 의한 고체의 비표면적 측정)에 의해 결정되어, 300 m2/g 이상, 바람직하게는 400 m2/g 이상, 바람직하게는 500 m2/g 이상, 바람직하게는 600 m2/g 이상, 및 바람직하게는 2000 m2/g 이하, 보다 바람직하게는 1500 m2/g 이하, 보다 더 바람직하게는 1000 m2/g 이하, 보다 더욱 바람직하게는 800 m2/g 이하이다.
본 발명에서, 에어로겔 분말은 Malvern Mastersizer를 사용하여 레이저 회절로 측정된 중간 입도(d50)가 1 내지 50 μm, 바람직하게는 5 내지 40 μm, 보다 바람직하게는 10 내지 30 μm, 보다 더 바람직하게는 15 내지 25 μm의 범위이다.
에어로겔의 분말은 예를 들어 헤테로상 반응으로부터 얻어질 수 있다. 이 경우, 에어로겔의 분말은 실리카 하이드로겔 1차 입자를 얻기 위해 탈이온수, 물유리, 유기실란 화합물, 무기산 및 유기 용매, 바람직하게는 비극성 유기 용매를 혼합하고 반응시켜 얻은 실리카 에어로겔 분말인 것이 바람직하다. 이어서 실리카 하이드로겔 1차 입자를 용매로 치환하고 용매 치환된 겔 입자를 주위 압력에서 건조하여 실리카 에어로겔 분말을 얻는다. 더 이상의 분쇄 또는 체질 처리를 수행하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 헤테로상 반응 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어 EP 2 722 311에 기재되어 있다.
에어로겔 분말은 바람직하게는 단일체가 아닌 입자 형태로 제조된다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 바람직한 에어로겔 분말은 에어로겔 물질의 분쇄를 포함하지 않는 공정에 의해 얻어진다. 보다 바람직하게는, 에어로겔 분말은 1차 입자(선택적으로 2차 입자 포함)의 형태이다. 따라서, 에어로겔 분말을 생성하기 위해 분쇄 또는 체질 처리가 필요하지 않다. 또한, 에어로겔 분말은 종래 기술에 따라 에어로겔의 제조에 때때로 사용되는 초임계 건조 공정을 사용하는 대신에 주위 압력, 예를 들어 1 atm 하에서 건조되는 것이 바람직하다.
에어로겔 조성물
에어로겔 조성물은 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함한다. 에어로겔 조성물은 추가 성분을 함유할 수 있음을 이해해야 한다. 섬유성 물품에서 에어로겔 분말의 효율적인 분포를 달성하기 위해, 에어로겔 조성물은 바람직하게는 유기 용매 중 에어로겔 분말 및 흑연의 분산액이다.
에어로겔 조성물은 전형적으로 에어로겔 조성물의 총 중량을 기준으로 2 내지 20 중량%의 에어로겔, 바람직하게는 4 내지 18 중량%의 에어로겔, 보다 바람직하게는 6 내지 18 중량%의 에어로겔, 보다 더 바람직하게는 10 내지 18 중량%의 에어로겔을 함유한다. 잔량은 바람직하게는 흑연 및 유기 용매이다.
에어로겔 조성물에서 에어로겔 분말 및 유기 용매의 합산 함량은 90 중량% 이상, 바람직하게는 95 중량% 이상, 보다 바람직하게는 97 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 98 중량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 99 중량% 이상, 가장 바람직하게는 99.5 중량% 이상, 또는 심지어 99.8 중량% 이상인 것이 바람직하다.
대안적으로, 방법이 무기 유백제 및/또는 광물 충전제의 사용을 포함하는 경우, 에어로겔 조성물은 바람직하게는 유기 용매 중 에어로겔 분말, 무기 유백제 및/또는 광물 충전제의 분산액이다. 특히, 방법이 무기 유백제 및/또는 광물 충전제의 사용을 포함하는 경우, 에어로겔 조성물은 바람직하게는 유기 용매 중의 에어로겔 분말, 흑연 및 다른 무기 유백제 및/또는 광물 충전제의 분산액이다. 다른 성분은 에어로겔 조성물에 함유되거나 함유되지 않을 수 있다.
무기 유백제는 전형적으로 산화철, 산화지르코늄, 산화티타늄, 실리콘 카바이드 및 흑연으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하거나 이로 구성된다(흑연은 바람직하게는 복합 물품의 총 중량을 기준으로 5 중량% 미만, 바람직하게는 2 중량%, 보다 바람직하게는 1 중량% 미만임). 그 중에서도 산화철, 산화지르코늄, 산화티타늄 및/또는 실리콘 카바이드가 바람직하다. 바람직하게는 무기 유백제는 산화철, 산화지르코늄 및 실리콘 카바이드로부터 선택되는 하나 이상을 포함하거나 이로 구성되며, 보다 바람직하게는 무기 유백제는 산화철 또는 실리콘 카바이드이다.
무기 유백제의 추가 예는 망간 페라이트, 산화주석, 탄화티타늄 및 텅스텐 카바이드이다. 무기 유백제의 함량은 복합 물품의 총 중량을 기준으로 전형적으로 35 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하, 보다 바람직하게는 15 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 10 중량% 이하이다. 무기 유백제의 함량은 복합 물품의 총 중량을 기준으로 전형적으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 1 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 2 중량% 이상이다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 이는 상황에 따라 에어로겔 조성물 내의 무기 유백제의 함량을 조정함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에서 흑연은 복합 물품에 무기 유백제로서 함유된다. 따라서, 흑연은 탄소의 동소체이므로 무기물로 간주된다. 흑연의 함량은 전형적으로 복합 물품의 총 중량을 기준으로 35 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하, 보다 바람직하게는 15 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 10 중량% 이하이다. 흑연의 함량은 전형적으로 복합 물품의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 1 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 2 중량% 이상이다. 흑연은 단독 유백제로서, 또는 본원 개시된 다른 유백제와 함께 사용될 수 있다. 바람직하게는, 흑연은 망간-페라이트와 함께 사용된다. 흑연 대 망간-페라이트의 중량비는 바람직하게는 9:1 내지 1:9, 보다 바람직하게는 8:1 내지 1:8, 보다 바람직하게는 7:1 내지 1:7, 보다 더 바람직하게는 6:1 내지 1:6, 보다 더욱 더 바람직하게는 5:1 내지 1:5, 4:1 내지 1:4, 또는 심지어 3:1 내지 1:3이다. 보다 더 바람직하게는, 흑연 대 망간-페라이트의 중량비는 2:1 내지 1:2, 가장 바람직하게는 약 1:1이다. 흑연과 망간-페라이트의 조합은 실험 부분의 실시예 3에 나타낸 바와 같이, 유백제로서 망간-페라이트만을 사용하는 것과 비교할 때 특히 200 ℃ 이상에서 열전도도의 현저한 감소를 초래하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 400 ℃ 이하의 온도에서 모든 열전도도는 유백제로 흑연만을 사용할 때보다 낮다. 따라서, 흑연과 망간-페라이트의 조합에 의해 상승 효과가 나타나는 것으로 여겨진다. 흑연과 망간-페라이트의 합계 함량은 전형적으로 복합 물품의 총 중량을 기준으로 35 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하, 보다 바람직하게는 15 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 10 중량% 이하이다. 흑연과 망간-페라이트의 합계 함량은 전형적으로 복합 물품의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 1 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 2 중량% 이상이다.
망간-페라이트의 화학식은 (Mn,Fe)2O3이다. 따라서, 망간-페라이트는 Mn과 Fe를 모두 포함한다. 바람직하게는, 망간-페라이트에서 Mn 대 Fe의 비율은 9:1 내지 1:9 범위이다. 망간-페라이트는 페로스피넬(ferrospinel) 부류에 속하는 것으로 여겨진다.
흑연은 임의의 천연 또는 인조 흑연일 수 있다. 바람직하게는 천연 흑연, 보다 바람직하게는 천연 결정질 흑연, 보다 더 바람직하게는 천연 거대결정질 흑연이다. 흑연은 바람직하게는 Malvern Mastersizer를 사용하여 레이저 회절에 의해 측정된 경우 바람직하게는 1 내지 100 μm, 바람직하게는 2 내지 50 μm, 보다 바람직하게는 3 내지 30 μm, 보다 더 바람직하게는 4 내지 20 μm 범위 내의 입도(D 50)를 갖는다.
광물 충전제는 바람직하게는 금속 수산화물 및 수화된 탄산염으로부터 선택된 하나 이상을 포함하거나 이로 구성된다. 바람직하게는, 광물 충전제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 하이드로마그네사이트 및 하이드로칼사이트로부터 선택된 하나 이상을 포함하거나 이로 구성된다. 보다 바람직하게는, 광물 충전제는 이수산화마그네슘 및 삼수산화알루미늄으로부터 선택되는 하나 또는 둘 다이다. 보다 더 바람직하게는, 이수산화마그네슘이 광물 충전제로 사용된다. 이수산화마그네슘과 같은 광물 충전제는 복합 물품의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%(보다 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 0.2 내지 3 중량% 또는 심지어 0.5 내지 2 중량%)의 양으로 복합 물품에 포함된다.
무기 유백제 및 광물 충전제는 에어로겔(들) 형태가 아닌 것이 바람직하다. DIN EN ISO 787-11에 따라 시험된 무기 유백제, 보다 바람직하게는 광물 충전제의 벌크 밀도는 적어도 0.1 g/cm3이고/거나, DIN ISO 9277 2003-05(BET 방법)에 따라 시험된 무기 유백제, 보다 바람직하게는 광물 충전제의 비표면적이 300 m2/g 이하인 것이 특히 바람직하다. 대안적으로 또는 추가로, 무기 유백제, 보다 바람직하게는 광물 충전제가 에어로겔로서 사용되는 물질과 화학적으로 상이한 것이 더욱 바람직하다. 본원에 언급된 무기 유백제 및 광물 충전제의 임의의 조합이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 함유하는 경우, 에어로겔 조성물은 바람직하게는 에어로겔 조성물의 총 중량을 기준으로 2 내지 20 중량%의 에어로겔, 바람직하게는 4 내지 18 중량%의 에어로겔, 보다 바람직하게는 6 내지 18 중량%의 에어로겔, 보다 더 바람직하게는 10 내지 18 중량%의 에어로겔을 함유하고, 잔량은 바람직하게는 유기 용매 및 무기 유백제 및 광물 충전제이다.
무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 함유하는 경우, 에어로겔 조성물 중 에어로겔 분말 및 유기 용매의 합산 함량은 전형적으로 50 중량% 이상, 바람직하게는 75 중량% 이상, 보다 바람직하게는 85 중량% 이상이다. 또한, 에어로겔 조성물에서 무기 유백제 및 광물 충전제의 합산 함량은 일반적으로 에어로겔 조성물의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이하, 바람직하게는 25 중량% 이하, 보다 바람직하게는 15 중량% 이하이다.
본 방법으로 얻을 수 있는 복합 물품
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 복합 물품에 관한 것이다. 이 복합 물품은 본 발명의 방법으로부터 생성된 특성을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 임의의 바람직한 범위를 포함하여 본 발명의 방법과 관련하여 본 명세서에 제시된 임의의 특징은 본 발명의 복합 물품에 대해서도 적용된다.
예를 들어, 복합 물품은 바람직하게는 복합 물품의 총 중량을 기준으로 15 내지 70 중량%의 에어로겔을 함유한다. 복합 물품의 두께는 바람직하게는 3 mm 내지 500 mm의 범위이다.
임의의 공지된 충전제가 어떤 특별한 제한 없이 본 발명의 복합 물품에 함유될 수 있음을 이해해야 한다. 그러나, 복합 물품은 바람직하게는 15 중량% 미만의 유기 화합물 및 바람직하게는 10 중량% 미만의 결합제를 함유한다. 복합 물품은 바람직하게는 10 ℃/분의 온도 증가로 30 ℃에서 1100 ℃까지 질소 분위기에서 가열되는 경우 열중량 분석(TGA)에서 35 중량% 미만의 총 중량 손실을 나타낸다.
바람직하게는, 복합 물품에서 섬유의 적어도 50%는 5 mm 이상의 길이를 갖는다. 또한 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비가 1:8 이상인 것이 바람직하다. 이해되는 바와 같이, 복합 물품은 본원에 명시된 바와 같은 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 추가로 포함할 수 있다.
복합 물품은 생산 방법이나 특성을 참조하여 추가 방식으로 정의될 수 있다.
따라서, 본 발명의 복합 물품은 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 것으로 정의될 수 있으며, 여기서 복합 물품은 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매, 및 선택적으로 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 포함하는 에어로겔 조성물을 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유상 물품에 주입, 또는 함침, 또는 침지하고, 유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하여 복합 물품을 얻음으로써 수득할 수 있다.
본 발명에서 "주입, 또는 함침 또는 침지" 중에서 "주입"이 바람직한 것으로 이해되어야 한다.
추가로 또는 대안적으로, 복합 물품은 에어로겔 입자, 흑연(단독 유백제로서 또는 본원에 개시된 것과 같은 다른 유백제(들)과의 조합으로서) 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 것으로 정의될 수 있으며, 여기에서 다음 요건 (i) 내지 (vii) 중 하나 이상이 충족된다:
(i) 복합 물품은 복합 물품의 총 중량을 기준으로 15 중량% 미만의 유기 화합물을 포함한다. 유기 화합물의 함량은 바람직하게는 10 중량% 미만, 보다 바람직하게는 2 중량% 미만, 보다 바람직하게는 5 중량% 미만이다. 유기 화합물이라는 용어는 적어도 하나의 탄소-수소 결합을 포함하는 임의의 화합물에 관한 것이다.
(ii) 복합 물품에서 섬유의 적어도 50%는 5 mm 이상의 길이를 갖는다. 바람직하게는 복합 물품에서 섬유의 적어도 50%는 10 mm 이상의 길이를 갖는다. 보다 바람직하게는 복합 물품에서 섬유의 적어도 75%는 5 mm 이상의 길이를 갖는다. 보다 더 바람직하게는 복합 물품에서 섬유의 적어도 75%는 10 mm 이상의 길이를 갖는다. 보다 더 바람직하게는 복합 물품에서 섬유의 적어도 75%는 15 mm 이상의 길이를 갖는다. 가장 바람직하게는 복합 물품에서 섬유의 적어도 75%는 20 mm 이상의 길이를 갖는다.
(iii) 복합 물품은 복합 물품의 총 중량을 기준으로 10 중량% 미만의 결합제를 함유한다. 복합 물품 내의 결합제의 함량은 10 중량% 미만의 결합제, 바람직하게는 5 중량% 미만의 결합제, 보다 더 바람직하게는 2 중량% 미만의 결합제, 보다 더 바람직하게는 1 중량% 미만의 결합제, 보다 더욱 더 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 결합제, 가장 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 결합제를 함유한다.
(iv) 복합 물품은 10 ℃/분의 온도 증가로 30 ℃에서 1100 ℃까지 질소 분위기에서 가열된 경우 열중량 분석(TGA)에서 35 중량% 미만의 총 중량 손실을 나타낸다. 열중량 분석에서 총 중량 손실은 열중량 분석 전 복합 물품의 중량을 기준으로 바람직하게는 30 중량% 미만, 보다 바람직하게는 25 중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 20 중량% 미만, 보다 더욱 바람직하게는 15 중량% 미만, 가장 바람직하게는 10 중량% 미만이다.
(v) 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비는 1:8 이상이다. 바람직하게는, 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비는 1:8 초과, 바람직하게는 1:4 이상, 보다 바람직하게는 1:2 이상, 보다 더욱 바람직하게는 1:1 이상이다.
(vi) 복합 물품은 60분 이상의 용락 시간을 가진다. 바람직하게는, 복합 물품은 60분 이상, 바람직하게는 120분 이상, 보다 바람직하게는 180분 이상, 보다 더 바람직하게는 240분 이상의 용락 시간을 갖는다. 용락 저항은 13 mm 두께의 30 cm x 30 cm 시트 형태의 복합 물품을 사용하고 복합 물품의 제1 주 표면의 중심을 납땜 토치를 사용하여 1400 ℃의 온도를 갖는 화염으로 처리하여 결정되며, 여기서 용락 시간은 화염 처리 시작부터 제2 주 표면의 중심부 온도가 1000 ℃에 도달할 때까지의 지속 시간이다.
(vii) 두께 13 ㎜의 20 ㎝ x 50 ㎝ 시트 형태의 복합 물품을 사용하고 상기 복합 물품을 ISO 834 온도-시간 곡선(ISO 834-8:2002 시험, T = T 0 + 345log10 (8t+1)(여기서 T0은 20 ℃임) 사용)에 따라 제1 주 표면의 전체 표면에서 180분 동안 처리한 경우, 제2 주 표면의 중심은 1000 ℃ 미만의 온도를 갖는다. 바람직하게는, 제2 주 표면의 중심부는 900 ℃ 미만, 바람직하게는 800 ℃ 미만, 보다 바람직하게는 700 ℃ 미만, 보다 더 바람직하게는 600 ℃ 미만, 보다 더욱 더 바람직하게는 500 ℃ 미만의 온도를 갖는다.
유리 섬유를 포함하는 복합 물품의 경우, 특징 (vi) 및 (vii)는 바람직하게는 적용되지 않는다.
물품은 (i)에서 (vii)까지의 요건 중 하나 또는 임의의 수의 여러 가지 가능한 조합을 충족할 수 있다. 예를 들어, 복합 물품은 바람직하게는 요건 (i), 또는 요건 (ii), 또는 요건 (iii), 또는 요건 (iv), 또는 요건 (v), 또는 요건 (vi), 또는 요건 (vii)을 충족한다. 대안적으로, (i) 및 (ii), (ii) 및 (iii), (iii) 및 (iv), (iv) 및 (v), (v) 및 (vi), (vi) 및 (vii), (i) 및 (iii), (ii) 및 (iv), (iii) 및 (v), (iv) 및 (vi), (v) 및 (vii), (i) 및 (iv), (ii) 및 (v), (iii) 및 (vi), (iv) 및 (vii), (i) 및 (v), (ii) 및 (vi), (iii) 및 (vii), (i) 및 (vi), (ii) 및 (vii), 또는 (i) 및 (vii)과 같은 두 가지 요건을 충족하는 것이 바람직하다. 대안적으로, (i) 및 (ii) 및 (iii), (i) 및 (ii) 및 (iv), (i) 및 (ii) 및 (v), (i) 및 (ii) 및 (vi), (i) 및 (ii) 및 (vii), (i) 및 (iii) 및 (iv), (i) 및 (iii) 및 (v), (i) 및 (iii) 및 (vi), (i) 및 (iii) 및 (vii), (i) 및 (iv) 및 (v), (i) 및 (iv) 및 (vi), (i) 및 (iv) 및 (vii), (i) 및 (v) 및 (vi), (i) 및 (v) 및 (vii), (i) 및 (vi) 및 (vii), (ii) 및 (iii) 및 (iv), (ii) 및 (iii) 및 (v), (ii) 및 (iii) 및 (vi), (ii) 및 (iii) 및 (vii), (ii) 및 (iv) 및 (v), (ii) 및 (iv) 및 (vi), (ii) 및 (iv) 및 (vii), (ii) 및 (v) 및 (vi), (ii) 및 (v) 및 (vii), (ii) 및 (vi) 및 (vii), (iii) 및 (iv) 및 (v), (iii) 및 (iv) 및 (vi), (iii) 및 (iv) 및 (vii), (iii) 및 (v) 및 (vi), (iii) 및 (v) 및 (vii), (iii) 및 (vi) 및 (vii), (iv) 및 (v) 및 (vi), (iv) 및 (v) 및 (vii), (iv) 및 (vi) 및 (vii), 또는 (v) 및 (vi) 및 (vii)과 같은 세 가지 요건을 충족하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 이러한 요건 중 4개, 5개 또는 6개를 충족하는 것이 바람직하다.
또한, 이러한 대체 정의에 따른 복합 물품이 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 추가로 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 특히, 본 발명의 복합 물품은 유백제로서 흑연을 함유한다. 복합 물품은 바람직하게는 복합 물품의 총 중량을 기준으로 15 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 60 중량%, 보다 더 바람직하게는 35 내지 50 중량%의 에어로겔을 함유한다. 바람직하게는, 복합 물품은 3 mm 내지 500 mm 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 100 mm 범위, 보다 더욱 바람직하게는 3 내지 50 mm 범위, 보다 더욱 더 바람직하게는 5 내지 30 mm 범위의 두께를 갖는다. 또한, 복합 물품의 폭이 W, 복합 물품의 길이가 L, 복합 물품의 두께가 T인 경우, 다음 요건을 충족하는 것이 바람직하다:
여기서 R은 100 이상, 바람직하게는 1000 이상, 보다 바람직하게는 10000 이상이고,
W/L은 바람직하게는 1000/1 내지 1/1000의 범위이고,
W/T는 바람직하게는 10 이상이고,
L/T는 바람직하게는 10 이상이다.
본 발명의 복합 물품이 불활성 충전제 또는 안료, 난연제, 화염 및 연기 억제제, 결합제와 같은 추가 성분을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 성분들은 바람직하게는 에어로겔 조성물에 포함시켜 첨가된다.
본 발명의 복합 물품은 또한 다양한 다른 재료로 코팅될 수 있고/있거나 직포 또는 라미네이트와 같은 다른 재료와 결합되어 추가 복합물을 형성할 수 있다.
흑연 및 다른 유백제 및/또는 충전제는 에어로겔 조성물에 존재하는 것 대신에 또는 그에 더하여 에어로겔 조성물이 섬유성 물품에 주입되기 전 또는 후에 (바람직하게는 본원에 기술된 바와 같은 흑연 및 유기 용매를 포함하는 조성물의 형태로) 섬유성 물품에 주입될 수 있는 것으로 구상된다. 그러나, 흑연이 에어로겔 조성물의 다른 성분과 함께 섬유성 물품에 도입되도록 에어로겔 조성물에 존재하는 것이 바람직하다.
또한, 흑연 유백제 또는 흑연 및 망간-철광석을 포함하는 유백제가 일반적으로 에어로겔 입자 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품에 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 또한 다음에 관한 것일 수 있다:
(a) 에어로겔 입자, 흑연 및/또는 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품(바람직하게는 추가 제한 없음);
(b) 에어로겔 입자 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품에 흑연을 유백제로 사용;
(c) 에어로겔 입자 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품에 흑연을 망간-페라이트와 함께 유백제로 사용;
(a) 내지 (c) 각각에, 본 출원에 기재된 용어, 재료, 조성물, 추가 성분, 비율 등의 바람직한 정의가 또한 바람직하게는 적용 가능하다. 따라서, 예를 들어, 본 출원에 개시된 흑연 대 망간-페라이트의 비율(예컨대, 9:1 내지 1:9, 또는 약 1:1) 또한 상기 (c)의 사용에서 바람직하다.
본 발명은 하기 항목 1 내지 71로 요약될 수 있다:
1. 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품의 제조 방법으로서,
세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유성 물품을 제공하는 단계,
에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계,
섬유성 물품과 에어로겔 조성물을 조합하는 단계, 및
유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하여 복합 물품을 수득하는 단계를 포함하는 방법.
2. 항목 1에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품이 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 추가로 포함하고, 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계가, 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매 및 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계인, 방법.
3. 항목 1 또는 2에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 섬유성 물품은 배팅, 부직포, 매트, 펠트 및 니들드 섬유 블랭킷으로부터 선택되며, 상기 섬유성 물품은 바람직하게는 부직포 섬유 블랭킷 또는 니들드 섬유 블랭킷인, 방법.
4. 항목 1 내지 3 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 섬유성 물품의 밀도가 20 내지 300 kg/m3, 바람직하게는 50 내지 200 kg/m3, 보다 바람직하게는 80 내지 150 kg/m3인, 방법.
5. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 80 중량% 이상의 알루미나, 바람직하게는 85 중량% 이상의 알루미나, 바람직하게는 90 중량% 이상의 알루미나, 바람직하게는 95 중량% 이상의 알루미나를 함유하고, 여기서 알루미나의 함량은 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 99 중량% 이하, 보다 바람직하게는 98 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 97 중량% 이상인, 방법.
6. 항목 5에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 0 내지 20 중량%의 실리카, 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 실리카, 보다 바람직하게는 1 내지 15 중량%의 실리카, 보다 더 바람직하게는 1 내지 10 중량%의 실리카, 보다 더욱 바람직하게는 2 내지 6 중량%의 실리카를 추가로 함유하는, 방법.
7. 항목 5에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 실리카 및 알루미나 이외의 성분을 2 중량% 미만, 바람직하게는 실리카 및 알루미나 이외의 성분을 1 중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 실리카 및 알루미나 이외의 성분을 0.5 중량% 미만으로 함유하는, 방법.
8. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 2 내지 80 중량% 미만의 알루미나, 바람직하게는 15 내지 80 중량% 미만의 알루미나, 보다 바람직하게는 20 내지 75 중량%의 알루미나를 함유하는, 방법.
9. 항목 8에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 10 내지 98 중량%의 실리카, 바람직하게는 15 내지 90 중량%의 실리카, 보다 바람직하게는 20 내지 85 중량%의 실리카, 보다 더 바람직하게는 25 내지 80 중량%의 실리카를 함유하는, 방법.
10. 항목 8 또는 9에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 30 내지 35 중량%의 알루미나, 50 내지 55 중량%의 실리카 및 총 4 내지 20 중량%의 ZrO2, Fe2O3, TiO2, MgO 및 CaO를 함유하는, 방법.
11. 항목 8 또는 9에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 42 내지 48 중량%의 알루미나 및 52 내지 58 중량%의 실리카를 함유하는, 방법.
12. 항목 8 또는 9에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 28 내지 32 중량%의 알루미나, 52 내지 56 중량%의 실리카 및 14 내지 18 중량%의 ZrO2를 함유하는, 방법.
13. 항목 8 또는 9에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 22 내지 34 중량%의 알루미나, 66 내지 78 중량%의 실리카를 함유하는, 방법.
14. 항목 8 또는 9에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 66 내지 78 중량%의 알루미나, 22 내지 34 중량%의 실리카를 함유하는, 방법.
15. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 2 중량% 미만의 알루미나, 바람직하게는 1 중량% 미만의 알루미나, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 알루미나를 함유하는, 방법.
16. 항목 15에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 50 내지 85 중량%의 실리카 및 15 내지 50 중량%의 알칼리 토금속 산화물, 바람직하게는 55 내지 85 중량%의 실리카 및 15 내지 45 중량%의 알칼리 토금속 산화물, 보다 바람직하게는 60 내지 82 중량%의 실리카 및 18 내지 40 중량%의 알칼리 토금속 산화물을 추가로 함유하는, 방법.
17. 항목 15에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 55 내지 72 중량%의 실리카 및 28 내지 45 중량%의 알칼리 토금속 산화물, 바람직하게는 60 내지 70 중량%의 실리카 및 30 내지 40 중량%의 알칼리 토금속 산화물을 추가로 함유하는, 방법.
18. 항목 15에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 섬유가 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 65 내지 85 중량%의 실리카 및 15 내지 35 중량%의 알칼리 토금속 산화물, 바람직하게는 70 내지 80 중량%의 실리카 및 20 내지 30 중량%의 알칼리 토금속 산화물을 추가로 함유하는, 방법.
19. 항목 16 내지 18 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 알칼리 토금속 산화물이 MgO 및 CaO 또는 이들의 조합으로부터 선택되고, 여기서 알칼리 토금속 산화물 중 CaO의 함량은 알칼리 토금속 산화물의 총량을 기준으로 바람직하게는 75 중량% 이상, 보다 바람직하게는 85 중량% 이상인, 방법.
20. 항목 8 내지 14 및 16 내지 19 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 각 항목에 기재된 것 이외의 세라믹 섬유의 임의의 성분의 함량이 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 2 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 0.5 중량% 미만인, 방법.
21. 항목 1 내지 20 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 유리 섬유는 50 내지 60 중량% SiO2, 10 내지 18 중량% Al2O3, 0 내지 8 중량% MgO, 12 내지 28 중량% CaO, 2 내지 15 중량% B2O3 및 0 내지 3 중량%의 총 알칼리 금속 산화물, 바람직하게는 52 내지 56 중량% SiO2, 12 내지 16 중량% Al2O3, 0 내지 6 중량% MgO, 15 내지 25 중량% CaO, 4 내지 13 중량% B2O3 및 0 내지 3 중량%의 총 알칼리 금속 산화물을 포함하는, 방법.
22. 항목 1 내지 21 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 섬유의 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량%, 보다 바람직하게는 70 중량%, 보다 더 바람직하게는 80 중량%, 보다 더욱 더 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 더 더욱 바람직하게는 95 중량% 이상, 또는 심지어 보다 더 98 중량% 이상, 또는 보다 더 바람직하게는 전체가 세라믹 섬유인, 방법.
23. 항목 1 내지 22 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 섬유의 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량%, 보다 바람직하게는 70 중량%, 보다 더 바람직하게는 80 중량%, 보다 더욱 더 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 더 더욱 더욱 바람직하게는 95 중량% 이상, 또는 심지어 보다 더 98 중량% 이상, 또는 보다 더 바람직하게는 전체가 세라믹 섬유인, 방법.
24. 항목 1 내지 23 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 세라믹 및/또는 유리 섬유는 세라믹 섬유 및 선택적으로 유리 섬유를 함유하고; 바람직하게는 세라믹 및/또는 유리 섬유의 적어도 50 중량%는 세라믹 섬유이고 잔량은 유리 섬유인, 방법.
25. 항목 1 내지 24 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 흑연의 함량이 복합 물품의 총 중량을 기준으로 35 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하, 보다 바람직하게는 15 중량% 이하, 보다 바람직하게는 10 중량% 이하인, 방법.
26. 항목 1 내지 25 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 흑연의 함량이 복합 물품의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 1 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 2 중량% 이상인, 방법.
27. 항목 1 내지 26 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품은 추가로 망간-페라이트를 함유하고, 흑연 대 망간-페라이트의 중량비는 바람직하게는 9:1 내지 1:9, 보다 바람직하게는 8:1 내지 1:8, 보다 더 바람직하게는 7:1 내지 1:7, 보다 더욱 더 바람직하게는 6:1 내지 1:6, 보다 더 더욱 바람직하게는 5:1 내지 1:5, 4:1 내지 1:4 또는 심지어 3:1 내지 1:3인, 방법.
28. 항목 27에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 흑연과 망간-페라이트의 합산 함량이 복합 물품의 총 중량을 기준으로 35 중량% 이하, 바람직하게는 20 중량% 이하, 보다 바람직하게는 15 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 10 중량% 이하인, 방법.
29. 항목 27 또는 28에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 흑연과 망간-페라이트의 합산 함량이 복합 물품의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 1 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 2 중량% 이상인, 방법.
30. 항목 1 내지 29 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품 중의 유백제가 흑연 및 선택적으로 망간-페라이트로 이루어진, 방법.
31. 항목 1 내지 30 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 유기 용매가 탄화수소 용매, 바람직하게는 C3-16 포화, 불포화 또는 부분 포화 탄화수소 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 C3-10 포화 선형, 분지형 또는 환형 탄화수소 또는 이의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더 바람직하게는 C3-10 선형 또는 분지형 알칸 또는 이의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더욱 더 바람직하게는 C5-7 선형 또는 분지형 알칸 또는 이의 혼합물로부터 선택되고, 이보다 더 바람직하게는 헥산 또는 헵탄 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 가장 바람직하게는 n-헥산으로부터 선택되는, 방법.
32. 항목 1 내지 30 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 유기 용매가 알코올 용매, 바람직하게는 C2-12 포화, 불포화 또는 부분 포화 알코올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 C2-12 포화 선형, 분지형 또는 환형 알코올 또는 이의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더 바람직하게는 C2-12 포화 선형, 분지형 또는 환형 1가 알코올 또는 이의 혼합물로부터 선택되고, 더욱 더 바람직하게는 C2-6 포화 선형, 분지형 또는 환형 1가 알코올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 보다 더 바람직하게는 프로판올 또는 이들의 혼합물로부터 선택되고, 가장 바람직하게는 2-프로판올로부터 선택되는, 방법.
33. 항목 1 내지 32 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔이 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화티타늄, 산화하프늄 및 산화화이트륨으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하거나 이로 구성되고, 바람직하게는 에어로겔은 산화규소를 포함하거나 이로 구성되고, 보다 바람직하게는 에어로겔은 실리카 에어로겔인, 방법.
34. 항목 1 내지 33 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔은 등온선 흡착 및 탈착에 의해 측정된 다공도가 85% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상인, 방법.
35. 항목 1 내지 34 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔의 비표면적이 DIN ISO 9277 2003-05(BET 방법을 사용한 기체 흡착에 의한 고체의 비표면적 측정)에 의해 결정되어, 300 m2/g 이상, 바람직하게는 400 m2/g 이상, 바람직하게는 500 m2/g 이상, 바람직하게는 600 m2/g 이상, 및 바람직하게는 2000 m2/g 이하, 보다 바람직하게는 1500 m2/g 이하, 보다 더 바람직하게는 1000 m2/g 이하인, 방법.
36. 항목 1 내지 35 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 분말은 Malvern Mastersizer를 사용하여 레이저 회절로 측정된 중간 입자 크기(d50)가 1 내지 50 μm, 바람직하게는 5 내지 40 μm, 보다 바람직하게는 10 내지 30 μm, 보다 더 바람직하게는 15 내지 25 μm인, 방법.
37. 항목 1 내지 36 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔의 분말은 헤테로상 반응으로부터 얻어지는, 방법.
38. 항목 1 내지 37 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔의 분말은 탈이온수, 물유리, 유기실란 화합물, 무기산 및 유기 용매, 바람직하게는 무극성 유기 용매를 혼합하고 반응시켜 실리카 하이드로겔 1차 입자를 얻고, 상기 실리카 하이드로겔 1차 입자를 용매로 치환하고, 용매 치환된 완전 겔 입자를 주위 압력에서 건조하여 바람직하게는 추가 분쇄 또는 체질 처리 없이 실리카 에어로겔 분말을 얻어 수득된 실리카 에어로겔 분만인, 방법.
39. 항목 1 또는 항목 3 내지 38 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 조성물이 흑연을 추가로 포함하는 유기 용매 중 에어로겔 분말의 분산액인, 방법.
40. 항목 1 및 항목 3 내지 39 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 조성물이 에어로겔 조성물의 총 중량을 기준으로 2 내지 20 중량%의 에어로겔, 바람직하게는 4 내지 18 중량%의 에어로겔, 보다 바람직하게는 6 내지 18 중량%의 에어로겔, 보다 더 바람직하게는 10 내지 18 중량%의 에어로겔을 함유하고, 바람직하게는 잔량은 유기 용매인, 방법.
41. 항목 1 및 항목 3 내지 40 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 조성물에서 에어로겔 분말 및 유기 용매의 합산 함량이 90 중량% 이상, 바람직하게는 95 중량% 이상, 보다 바람직하게는 97 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 98 중량% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 99 중량% 이상, 가장 바람직하게는 99.5 중량% 이상, 또는 심지어 99.8 중량% 이상인, 방법.
42. 항목 2 내지 38 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 조성물이 유기 용매 중 에어로겔 분말, 흑연, 및 선택적으로 다른 무기 유백제 및/또는 광물 충전제의 분산액인, 방법.
43. 항목 2 내지 38 및 42 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 무기 유백제가 산화철, 산화지르코늄 및 실리콘 카바이드로부터 선택된 하나 이상을 포함하거나 이로 구성되고, 바람직하게는 무기 유백제는 산화철 또는 실리콘 카바이드인, 방법.
44. 항목 2 내지 38, 42 및 43 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 광물 충전제가 금속 수산화물 및 수화된 탄산염으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하거나 이로 구성되고, 바람직하게는 광물 충전제는 또는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 하이드로마그네사이트 및 하이드로칼사이트로부터 선택된 하나 이상을 포함하거나 이로 구성되며, 보다 바람직하게는 광물 충전제는 이수산화마그네슘 및 삼수산화알루미늄으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 다인, 방법.
45. 항목 2 내지 38 및 42 내지 44 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 조성물이 에어로겔 조성물의 총 중량을 기준으로 2 내지 20 중량%의 에어로겔, 바람직하게는 4 내지 18 중량%의 에어로겔, 보다 바람직하게는 6 내지 18 중량%의 에어로겔, 보다 더 바람직하게는 10 내지 18 중량%의 에어로겔을 함유하고, 바람직하게는 잔량은 유기 용매, 흑연 및 다른 무기 유백제 및 광물 충전제인, 방법.
46. 항목 2 내지 38 및 42 내지 45 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 조성물 중 에어로겔 분말 및 유기 용매의 합산 함량이 50 중량% 이상, 바람직하게는 75 중량% 이상, 보다 바람직하게는 85 중량% 이상인, 방법.
47. 항목 2 내지 38 및 42 내지 46 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 조성물 중 무기 유백제 및 광물 충전제의 합산 함량이 50 중량% 이하, 바람직하게는 25 중량% 이하, 보다 바람직하게는 15 중량% 이하인, 방법.
48. 항목 1 내지 47 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 에어로겔 조성물을 섬유성 물품에 주입, 또는 함침, 또는 침지하여 섬유성 물품과 에어로겔 조성물을 결합시키는 방법.
49. 항목 1 내지 48 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 건조에 의해 복합 물품을 얻기 위해 유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하는 것은 50 내지 170 ℃의 온도에서 1 내지 8시간 동안, 선택적으로 이어 171 ℃ 내지 230 ℃에서 1 내지 48시간 동안 건조하는 것을 포함하는 방법.
50. 항목 1 내지 49 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품은 복합 물품의 총 중량을 기준으로 15 내지 70 중량%, 바람직하게는 25 내지 60 중량%, 보다 바람직하게는 35 내지 50 중량%의 에어로겔을 함유하는, 방법.
51. 항목 1 내지 50 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품의 두께는 3 mm 내지 500 mm 범위, 바람직하게는 3 mm 내지 100 mm 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 50 mm 범위, 보다 바람직하게는 5 내지 30 mm 범위인, 방법.
52. 항목 1 내지 51 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품의 폭이 W이고, 복합 물품의 길이가 L이고, 복합 물품의 두께가 T인 경우, 다음 요건이 충족되는 방법:
여기서 R은 100 이상, 바람직하게는 1000 이상, 보다 바람직하게는 10000 이상이고,
W/L은 바람직하게는 1000/1 내지 1/1000의 범위이고,
W/T는 바람직하게는 10 이상이고,
L/T는 바람직하게는 10 이상이다.
53. 항목 1 내지 52 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품은 15 중량% 미만의 유기 화합물, 바람직하게는 10 중량% 미만의 유기 화합물, 보다 바람직하게는 5 중량% 미만의 유기 화합물을 함유하고, 여기서 용어 유기 화합물은 적어도 하나의 탄소-수소 결합을 함유하는 임의의 화합물에 관한 것인, 방법.
54. 항목 1 내지 53 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 길이가 5 mm 이상이고, 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 복합 물품의 길이가 10 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 5 mm 이상이고, 보다 더 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 10 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 15 mm 이상이고, 가장 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 20 mm 이상인, 방법.
55. 항목 1 내지 54 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품은 10 중량% 미만의 결합제, 바람직하게는 5 중량% 미만의 결합제, 보다 바람직하게는 2 중량% 미만의 결합제, 보다 더 바람직하게는 1 중량% 미만의 결합제, 보다 더욱 더 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 결합제, 가장 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 결합제를 함유하는, 방법.
56. 항목 1 내지 55 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품은 10 ℃/분의 온도 증가로 30 ℃에서 1100 ℃까지 질소 분위기에서 가열되는 경우 열중량 분석(TGA)에서 35 중량% 미만, 바람직하게는 30 중량% 미만, 보다 바람직하게는 25 중량% 미만, 더욱 더 바람직하게는 20 중량% 미만, 더욱 더 바람직하게는 15 중량% 미만, 가장 바람직하게는 10 중량% 미만의 총 중량 손실을 나타내는, 방법.
57. 항목 1 내지 56 중 어느 하나에 따른 복합 물품의 제조 방법으로서, 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비가 1:8 이상, 바람직하게는 1:4 이상, 보다 바람직하게는 1:2 이상, 보다 더 바람직하게는 1:1 이상인, 방법.
58. 항목 1 내지 57 중 어느 하나에 따른 방법으로 얻을 수 있는 복합 물품.
59. 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품으로서, 에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매, 및 선택적으로 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 포함하는 에어로겔 조성물을 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유성 물품에 주입, 함침 또는 침지하고, 유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하여 복합 물품을 얻음으로써 수득할 수 있는, 복합 물품.
60. 하기 요건 (i) 내지 (vii) 중 하나 이상이 충족되는, 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품:
(i) 복합 물품은 15 중량% 미만의 유기 화합물을 함유함,
(ii) 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 5 mm 이상의 길이를 가짐;
(iii) 복합 물품은 10 중량% 미만의 결합제를 함유함;
(iv) 복합 물품은 10 ℃/분의 온도 증가로 30 ℃에서 1100 ℃까지 질소 분위기에서 가열되는 경우 열중량 분석(TGA)에서 35 중량% 미만의 총 중량 손실을 나타냄;
(v) 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비는 1:8 이상임;
(vi) 복합 물품은 60분 이상의 용락(burn-through) 시간을 갖고, 여기서 용락 저항은 두께 13 mm의 30 cm x 30 cm 시트 형태의 복합 물품을 사용하고, 상기 복합 물품을 납땜 토치를 사용하여 온도가 1400 ℃인 화염으로 제1 주 표면의 중심에서 처리하여 측정되고, 여기서 용락 시간은 화염 처리 시작부터 제2 주 표면의 중심부 온도가 1000 ℃에 도달할 때까지의 지속 시간임;
(vii) 13 mm 두께의 20 cm x 50 cm 시트 형태의 복합 물품을 사용하고, 상기복합 물품을 ISO 834 온도-시간 곡선에 따라 제1 주 표면의 전체 표면에서 180분 동안 처리할 때, 제2 주 표면의 중심부 온도는 1000 ℃ 미만임.
61. 항목 60에 따른 복합 물품으로서, 무기 유백제 및/또는 광물 충전제를 추가로 포함하는 복합 물품.
62. 항목 60 또는 61에 따른 복합 물품으로서, 15 중량% 미만의 유기 화합물, 바람직하게는 10 중량% 미만의 유기 화합물, 보다 바람직하게는 5 중량% 미만의 유기 화합물을 함유하고, 여기서 유기 화합물은 적어도 하나의 탄소-수소 결합을 포함하는 모든 화합물에 관한 것인, 복합 물품.
63. 항목 60 내지 62 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 길이가 5 mm 이상이고, 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 길이가 10 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 5 mm 이상이고, 보다 더 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 10 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 15 mm 이상이고, 가장 바람직하게는 복합 물품 중 섬유의 적어도 75%는 길이가 20 mm 이상인, 복합 물품.
64. 항목 60 내지 63 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 10 중량% 미만의 결합제, 바람직하게는 5 중량% 미만의 결합제, 보다 바람직하게는 2 중량% 미만의 결합제, 보다 더 바람직하게는 1 중량% 미만의 결합제, 보다 더욱 더 바람직하게는 0.5 중량% 미만의 결합제, 가장 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 결합제를 함유하는, 복합 물품.
65. 항목 60 내지 64 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 10 ℃/분의 온도 증가로 30 ℃에서 1100 ℃까지 질소 분위기에서 가열되는 경우 열중량 분석(TGA)에서 35 중량% 미만, 바람직하게는 30 중량% 미만, 보다 바람직하게는 25 중량% 미만, 더욱 더 바람직하게는 20 중량% 미만, 더욱 더 바람직하게는 15 중량% 미만, 가장 바람직하게는 10 중량% 미만의 총 중량 손실을 나타내는 복합 물품.
66. 항목 60 내지 65 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비가 1:8 초과, 바람직하게는 1:4 이상, 보다 바람직하게는 1:2 이상, 보다 바람직하게는 1:1 이상인, 복합 물품.
67. 항목 60 내지 66 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 복합 물품의 총 중량을 기준으로 15 내지 70 중량%, 바람직하게는 25 내지 60 중량%, 보다 바람직하게는 35 내지 50 중량%의 에어로겔을 함유하는 복합 물품.
68. 항목 60 내지 67 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 두께가 3 mm 내지 500 mm 범위, 바람직하게는 3 내지 100 mm 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 50 mm 범위, 보다 바람직하게는 5 내지 30 mm 범위인, 복합 물품.
69. 항목 60 내지 68 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 60분 이상, 바람직하게는 120분 이상, 더욱 더 바람직하게는 180분 이상, 더욱 더 바람직하게는 240분 이상의 용락 시간을 갖는 복합 물품.
70. 항목 60 내지 69 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 두께 13 ㎜의 20 ㎝ x 50 ㎝ 시트 형태의 복합 물품을 사용하고 상기 복합 물품을 ISO 834 온도-시간 곡선에 따라 제1 주 표면의 전체 표면에서 180분 동안 처리한 경우, 제2 주 표면의 중심부 온도는 900 ℃ 미만, 바람직하게는 800 ℃ 미만, 보다 바람직하게는 700 ℃ 미만, 보다 더 바람직하게는 600 ℃ 미만, 보다 더욱 더 바람직하게는 500 ℃ 미만인, 복합 물품.
71. 항목 60 내지 70 중 어느 하나에 따른 복합 물품으로서, 복합 물품의 폭이 W이고, 복합 물품의 길이가 L이고, 복합 물품의 두께가 T인 경우, 다음 요건을 충족하는 복합 물품:
여기서 R은 100 이상, 바람직하게는 1000 이상, 보다 바람직하게는 10000 이상이고,
W/L은 바람직하게는 1000/1 내지 1/1000의 범위이고,
W/T는 바람직하게는 10 이상이고,
L/T는 바람직하게는 10 이상이다.
본 출원은 에어로겔 입자 및 세라믹 섬유를 포함하는 복합 물품이라는 명칭으로 2021년 3월 9일 유럽 특허청에 출원된 EP21161398을 우선권으로 주장하며, 그 내용은 본원에 참조로 포함된다.
실시예
실시예 1
재료
에어로겔 분말 (JIOS AeroVa Aerogel Powder, D20 등급)
n-헥산 (공업 등급)
밀도가 128 kg/m3이고 두께가 13 mm인 세라믹 섬유 블랭킷(Unifrax에서 공급하는 Insulfrax® LTX™ 블랭킷, 60 내지 70 중량%의 실리카 및 30 내지 40 중량%의 알칼리 토금속 산화물 함유)
밀도가 96 kg/m3 이고 두께가 13 mm인 세라믹 섬유 블랭킷(Unifrax에서 공급하는 Insulfrax® LTX™ 블랭킷, 60 내지 70 중량%의 실리카 및 30 내지 40 중량%의 알칼리 토금속 산화물)
카본 블랙 N550
가스 카트리지(Rotenberger Industrial, 30% 프로판/70% 부탄)가 장착된 납땜 토치(Rotenberger Industrial, Type ROFIRE Piezo 1950, 35429)
실험
에어로겔을 표준 실험실 혼합 장비, 보다 구체적으로 프로펠러 혼합기(Heidolph 오버헤드 교반기 RZR2020)를 사용하여 n-헥산에 고형분 함량이 11 중량%에 도달하도록 분산시켰다.
에어로겔 분산액 1L당 카본 블랙 0.1 g을 주입 공정의 마커로 제공하였다.
에어로겔 도입 세라믹 섬유 블랭킷의 제조:
1L의 에어로겔 분산액(상기에서 제조된 n-헥산 중 11 중량% 에어로겔)을 실온(20 ℃)에서 30x30 cm 세라믹 섬유 블랭킷에 탈착형 스테인리스 스틸 바늘이 장착된 전형적인 플라스틱 의료용 주사기 또는 사내 개발 실험실 주입 장치를 사용하여 수동 단계별 주입에 의해 주입하였다. 샘플을 주입 직후 열풍 오븐에서 110 ℃에서 4시간 동안 건조시킨 다음, 200 ℃에서 16시간 동안 후건조시켰다.
에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷의 제조
실시예 블랭킷 유형 블랭킷 밀도
[kg/m3]		 블랭킷 두께
[mm] 		건조된 프로토타입 중
에어로겔 함량 [중량%]
1-1 세라믹 섬유 128 13 40
1-2 세라믹 섬유 128 13 39
1-3 세라믹 섬유 128 13 42
1-4 세라믹 섬유 96 13 46
1-5 세라믹 섬유 96 13 44
1-6 세라믹 섬유 96 13 43
결과 및 평가
도 1 및 2에 도시된 바와 같이 균질한 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷을 얻었다. 블랭킷 두께는 아주 약간만 증가하였다(약 0.5 내지 0.7 mm 정도).
단열 능력과 고온에 대한 저항성을 조사하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷과 블랭크 세라믹 섬유 블랭킷을 납땜 토치 화염에 노출시켰다. 납땜 토치는 약 1400 ℃의 화염 온도를 가졌다. 블랭킷 후면(비염화면)의 온도 증가를 열전쌍으로 기록하였다.
블랭크 세라믹 섬유 블랭킷은 고온 적용용으로 설계되었으며 명목상 최대 1200 ℃의 온도에 견딜 수 있지만, 각각 96 및 128 kg/m3의 밀도를 가지는 블랭크 세라믹 섬유 블랭킷은 각각 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 화염 부위가 점차 녹아서 7분 및 30분 후에 완전히 탔다
블랭크 세라믹 섬유 블랭킷과 대조적으로, 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷은 토치 화염에 대해 훨씬 우수한 저항성을 보였다. 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷은 60분 동안 화염 처리된 후에도 거의 손상되지 않은 상태로 유지되었다. 화염 부위의 색상 변화는 카본 블랙의 증발로 인한 것이다.
화염 영역의 단면 분석은 세라믹 섬유 블랭킷의 아주 초기 표면(0.5 mm보다 얇음)만이 딱딱해졌지만 블랭킷은 전체적으로 유연한 상태를 유지했음을 보여주었다. 화염 부위 후면은 시험 전과 동일한 색상을 유지하였다.
블랭크 세라믹 섬유 블랭킷(96 kg/m3)과 에어로겔이 도입된 2개의 세라믹 섬유 블랭킷 중 후면 중앙부의 온도 상승을 비교하여 도 8에 나타내었다.
밀도가 96 kg/m3인 블랭크 세라믹 섬유 블랭킷은 60초 화염 후 온도가 900 ℃까지 증가한 것으로 나타났다. 900 ℃의 온도 안정기는 420초까지 지속되었고 그 후 블랭킷이 타버렸기 때문에 온도가 1400 ℃까지 급격히 증가하였다.
대조적으로, 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷은 훨씬 우수한 단열 능력과 고온 저항성을 보였다. 후면 중앙부의 온도는 밀도가 각각 96 및 128 kg/m3인 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷의 경우 400 ℃ 및 370 ℃에 불과했다. 따라서 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷은 보다 더 긴 노출 기간 동안 토치 화염을 견뎌냈다.
에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷과 블랭크 세라믹 섬유 블랭킷을 비교하면 세라믹 블랭킷에 에어로겔 분말을 도입시키면 단열 기능과 고온에 대한 저항성이 크게 향상될 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2: 상업적으로 입수가능한 에어로겔 블랭킷 제품과 본 발명의 에어로겔이 도입된 세라믹 섬유 블랭킷의 비교
비교용 블랭킷으로 두께 8 mm의 Cabot Thermal Wrap TW800 블랭킷을 사용하였다. 본 발명의 블랭킷으로는 전술한 에어로겔이 도입된 두께 13 mm이고 에어로겔 함량이 39 중량%인 세라믹 섬유 블랭킷을 사용하였다.
Cabot Thermal Wrap TW800 블랭킷은 양면에 콤팩트한 페이싱(facing)이 있다. 페이싱 아래의 형태학적 구조를 관찰하기 위해 날카로운 메스를 사용하여 페이싱을 조심스럽게 제거했다. 페이싱을 제거하는 동안, 에어로겔 과립의 현저한 박리가 관찰되었으며, 이는 섬유에 대한 에어로겔 과립의 접착력이 낮기 때문일 수 있다.
현미경 이미징
두 시편을 Olympus DF Plapo 1x-4 대물렌즈가 장착된 Olympus 입체현미경 SZX7에서 표면 및 단면 형태에 대해 관찰하였다. 비교 블랭킷의 경우, 페이싱이 있는 것과 없는 것 모두에 대해 현미경 이미징을 수행했다. 에어로겔 과립의 불균일한 분포가 표면 및 단면 형태 모두에서 관찰되었다. 섬유를 약간만 움직여도 에어로겔 과립의 분리로 이어지며, 이는 또한 섬유에 대한 에어로겔 과립의 접착력이 좋지 않음을 나타낸다.
본 발명의 블랭킷의 경우, 표면 및 단면 형태 모두에서 에어로겔 입자의 균일한 분포가 관찰되었다. 에어로겔 입자는 세라믹 섬유를 따라 규칙적으로 배향된다. 섬유에 대한 에어로겔 과립의 접착력은 현미경 하에서 섬유의 움직임을 견뎠다.
가요성(Flexibility)
두 시편의 가요성을 굽힘 시험으로 시험하였다. 시험 중에 30x30cm 크기의 시편을 가장자리 간의 거리가 15 cm가 되도록 구부렸다.
비교용 블랭킷은 콤팩트한 페이싱으로 인해 주름 형성을 나타냈다. 대조적으로, 본 발명의 블랭킷은 주름 문제 없이 구부러질 수 있었다.
열중량 분석(Thermogravimetric analysis: TGA)
TGA를 NETZSCH TG 209 F1 Libra 장치를 사용하여 두 시편에 대해 수행하였다. 분석 온도 범위는 23 ℃ 내지 1100 ℃이다. TGA는 순수 질소(23 ℃ 내지 600 ℃) 및 합성 공기(600 ℃ 내지 1100 ℃)에서 수행되었다.
비교용 블랭킷은 약 38%의 총 중량 손실을 나타냈으며, 이는 높은 수준의 유기 결합제로 인한 상당한 분해 전이에 기인한 것이다. 대조적으로, 본 발명의 블랭킷은 단지 5.92만의 총 중량 손실을 나타냈다.
팬 시험(Pan test)
산소 존재 하에 열 산화 거동을 연구하기 위해 300 ℃에서의 팬 시험을 두 시편 모두에 대해 수행하였다. 이 시험에서는 자기 팬을 HORO Brenner SVL 발열 요소를 사용하여 공기 중에서 300 ℃로 가열하였다. 1 x 2 cm 치수의 시편을 가열된 도자기 팬에 떨어뜨렸다.
비교용 블랭킷은 도자기 팬에서 4초 동안 가열된 후 자동 발화를 나타냈다. 이것은 또한 높은 수준의 유기 결합제 때문일 수 있다. 대조적으로, 본 발명의 블랭킷은 팬 시험에서 10분 후에도 문제가 관찰되지 않는 매우 안정적인 거동을 보였다.
내화성 시험(Fire resistance test)
내화 성능을 연구하기 위해 두 시편에 대해 납땜 토치 시험를 수행하였다. 시편을 30 x 30 cm 크기로 절단하여 가스 카트리지(Rotenberger Industrial, 30% 프로판/70% 부탄)가 장착된 납땜 토치(Rotenberger Industrial, Type ROFIRE Piezo 1950, 35429)에 노출시켰으며, 이때 화염 온도는 1300 내지 1400 ℃ 범위였다. 시편 후면(비화염면) 중앙부에 열전쌍(K 타입)을 설치하여 온도 상승을 기록하였다.
비교용 블랭킷을 10초 동안 화염시키고 2분 이내에 완전히 타버릴 때까지 스스로 계속 연소되도록 하였다. 시험 도중 시편에서 연소 액적이 지속적으로 흩어졌다. 발화 후 시편은 5초 이내에 타버렸고 열전쌍은 즉시 화염 온도에 도달했다. 이는 비교용 블랭킷이 수동 방화에 적용될 수 없음을 분명히 나타낸다.
이에 반해, 본 발명의 블랭킷은 내화성 시험에서 매우 안정적인 거동을 보였다. 시편은 60분 이상 직접적인 화재 충돌을 견뎌냈으며 후면은 약 370℃의 일정한 온도 안정기를 보였다. 내화성 시험의 결과를 또한 도 9에 나타내었다.
실시예 3:
재료
- 밀도가 110 kg/㎥이고 및 두께가 8 mm인 E-유리 섬유 니들 매트(Lih Feng Jing에서 공급, 52-56 중량% SiO2, 12-16 중량% Al2O3, 0-6 중량% MgO, 및 15-25 중량% CaO, 4-9 중량% B2O3, 0-1 중량% Na2O+K2O 함유);
- 에어로겔 분말(JIOS AeroVa Aerogel Powder, D20 등급);
- 이수산화마그네슘(BP-65, Chemmate에서 공급);
- 망간 페라이트 블랙 스피넬(Bayferrox 303T, Lanxess에서 공급);
- 입도 D50이 4 내지 5 μm인 실리콘 카바이드(SiC30, Beijing Weina Chaoxi Material Ltd.에서 공급);
- n-헥산(공업 등급);
- 입도 D50이 6 내지 10 μm인 천연 거대결정질 흑연(Graphit M8-94, Georg H. LuH GmbH에서 공급).
실험
망간 페라이트, 흑연, 실리콘 카바이드 또는 이들의 혼합물을 포함한다는 점을 제외하고 실시예 1에 기술된 것과 유사한 방식으로 n-헥산 중의 에어로겔 분산액을 제조하였다. 실시예 3-1 내지 3-5의 제조에 사용된 에어로겔 분산액의 조성을 표 2에 나타내었다.
n-헥산 중 유백제를 포함하는 에어로겔 분산액
분산액 에어로겔 함량
[중량%]		 유백제
 유백제 함량
[중량%]		 이수산화마그네슘 함량[중량%]
3-1 10.8 망간 페라이트 1.5 0.3
3-2 10.8 흑연 1.5 0.3
3-3 10.8 실리콘 카바이드
(SiC)		 1.5 0.3
3-4 10.8 흑연/망간 페라이트 0.75/0.75 0.3
3-5 10.8 흑연/SiC 0.75/0.75 0.3
에어로겔 및 유백제(들)가 도입된 e-유리 블랭킷의 제조:
1L의 에어로겔 분산액(상기에서 제조된 바와 같음, 표 2 참조)을 실온(20 ℃)에서 30x30 cm e-유리 블랭킷에 함침시켰다. 함침 직후 샘플을 110 ℃의 열풍 오븐에서 4시간 동안 건조시켰다. 얻어진 프로토타입의 조성을 표 3에 나타내었다.
에어로겔 및 유백제(들)가 도입된 e-유리 블랭킷
실시예 에어로겔 함량
[중량%]		 유백제 유백제 함량
[중량%]		 이수산화마그네슘 함량
[중량%]
3-1 39.8 망간 페라이트 5.5 1.0
3-2 37.7 흑연 5.3 1.0
3-3 38.8 실리콘 카바이드 (SiC) 5.4 1.0
3-4 38.6 흑연/망간 페라이트 2.7/2.7 1.0
3-5 38.2 흑연/SiC 2.7/2.7 1.0
실시예 3-1은 참조 샘플로 정의된다: 망간-페라이트 유백제(복합 물품의 5.5중량% 함량)를 갖는 에어로겔이 도입된 섬유성 물품.
실시예 3-2는 유백제로서 흑연(복합 물품의 5.3 중량% 함량, 참조 샘플에서와 유사한 유백제의 총 중량)을 함유하는 에어로겔이 도입된 섬유성 물품이다.
실시예 3-3은 유백제로서 실리콘 카바이드(복합 물품의 5.4 중량% 함량, 참조 샘플에서와 유사한 유백제의 총 중량)를 함유하는 에어로겔이 도입된 섬유성 물품이다.
실시예 3-4는 흑연 유백제 대 망간-페라이트 유백제의 중량비가 50:50(복합 물품의 2.7:2.7 중량% 함량, 참조 샘플에서와 유사한 총 중량의 조합된 유백제)인 에어로겔이 도입된 섬유성 물품이다.
실시예 3-5는 흑연 유백제 대 실리콘 카바이드 유백제의 중량비가 50:50(복합 물품의 2.7:2.7 중량% 함량, 참조 샘플에서와 유사한 총 중량의 조합된 유백제)인 에어로겔이 도입된 섬유성 물품이다.
실시예 3-1 내지 3-5의 열전도도 측정
모든 열전도도는 Netzsch GHP-456 Titan에서 50 내지 500 ℃의 온도 범위에서 질소 대기 하에 저온에서 고온으로 20K 차온으로 측정되었다. 비교 평가의 모든 데이터를 도 10에 나타내었다.
결과 및 평가
단독 유백제로서의 망간-페라이트, 흑연 및 실리콘 카바이드의 비교
Netzsch GHP-456 Titan에서 50 내지 500 ℃의 온도 범위에서 열전도도를 측정하였다. 흑연에 대한 망간-페라이트 표준 유백제의 완전한 교환은 망간-페라이트를 유백제로 사용한 참조 샘플과 비교했을 때 특히 200 ℃ 이상에서 상당한 열전도도의 감소를 초래하였다(표 4).
망간-페라이트 유백제와 흑연 유백제 및 실리콘 카바이드 유백제의 비교
평균 온도 [℃] 열전도도 [W/(m·K)]
실시예 3-1
(참조 샘플):
망간 페라이트		 실시예 3-2:
흑연		 실시예 3-3:
실리콘 카바이드
1 50 0.02370 0.02313 0.02321
2 75 0.02490 0.02438 0.02426
3 100 0.02601 0.02533 0.02519
4 125 0.02716 0.02619 0.02620
5 150 0.02856 0.02732 0.02746
6 200 0.03187 0.02969 0.03033
7 300 0.04101 0.03607 0.03863
8 400 0.05237 0.04506 0.05038
9 500 0.06523 0.05567 0.06510
단독 유백제로서 망간-페라이트와 유백제로 흑연/망간-페라이트 혼합물 및 흑연/실리콘 카바이드 혼합물을 사용한 것의 비교
열전도도는 Netzsch GHP-456 Titan에서 50 내지 500 ℃의 온도 범위에서 측정되었다. 망간-페라이트 대 흑연의 50:50 중량비를 사용하면 망간-페라이트만 유백제로 사용한 참조 샘플과 비교할 때 특히 200 ℃ 이상에서 상당한 열전도도의 감소를 초래하였다(표 5).
또한, 400 ℃ 이하의 온도에서 실시예 3-4의 모든 열전도도는 실시예 3-2보다 낮으며, 이는 실시예 3-4에서 선택된 흑연과 망간-페라이트 조합의 상승 효과를 나타낸다.
망간-페라이트 유백제와 혼합 유백제의 비교
평균 온도 [℃] 열전도도 [W/(m·K)]
실시예 3-1
(참조 샘플):
망간 페라이트		 실시예 3-4:
흑연/망간-페라이트
(50:50)		 실시예 3-5:
흑연/실리콘 카바이드
(50:50)
1 50 0.02370 0.02177 0.02299
2 75 0.02490 0.02276 0.02403
3 100 0.02601 0.02362 0.02499
4 125 0.02716 0.02453 0.02596
5 150 0.02856 0.02567 0.02714
6 200 0.03187 0.02823 0.02980
7 300 0.04101 0.03538 0.03678
8 400 0.05237 0.04447 0.04683
9 500 0.06523 0.05612 0.05960
따라서 50:50 중량비로 혼합된 망간-페라이트와 흑연의 혼합물을 사용한 경우 상승 효과가 관찰되었으며, 이는 400 ℃ 이하의 온도에서 보다 더 낮은 열전도도로 나타난다. 망간-페라이트 참조 샘플에 대한 예시적인 델타 TC 값은 500 ℃에서 최대 9.5 mW/m*K, 200 ℃에서 3.7 mW/m*K 및 100 ℃에서 2.4 mW/m*K이다.
도 10은 50 내지 500 ℃의 온도 범위에서 실시예 3-1 내지 3-5의 열전도도를 그래프로 나타낸 것이다.

Claims (15)

  1. 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품의 제조 방법으로서,
    세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 섬유성 물품을 제공하는 단계,
    에어로겔 분말, 흑연 및 유기 용매를 포함하는 에어로겔 조성물을 제공하는 단계,
    상기 섬유성 물품과 상기 에어로겔 조성물을 조합하는 단계, 및
    상기 유기 용매를 부분적으로 또는 완전히 제거하여 복합 물품을 수득하는 단계를 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서, 세라믹 섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 80 중량% 이상의 알루미나를 함유하고, 실리카 및 알루미나 이외의 성분을 2 중량% 미만으로 함유하는, 복합 물품의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 세라믹 섬유는 세라믹 섬유의 총 중량을 기준으로 2 내지 80 중량% 미만의 알루미나 및 10 내지 98 중량%의 실리카를 함유하는, 복합 물품의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 세라믹 섬유는 2 중량% 미만의 알루미나를 함유하고, 50 내지 85 중량%의 실리카 및 15 내지 50 중량%의 알칼리 토금속 산화물을 함유하는, 복합 물품의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 용매는 탄화수소 용매 또는 알코올 용매 또는 이들의 임의의 혼합물인, 복합 물품의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔은 실리카 에어로겔인, 복합 물품의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 등온 흡착 및 탈착에 의해 측정된 에어로겔의 다공도(porosity)가 85% 이상인, 복합 물품의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔은 DIN ISO 9277 2003-05(BET 방법을 사용한 기체 흡착에 의한 고체의 비표면적 측정)에 의해 결정된 비표면적이 300 m2/g 이상인, 복합 물품의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 조성물은 유기 용매 중 에어로겔 분말의 분산액이며, 상기 에어로겔 조성물 중 에어로겔 분말과 유기 용매의 합산 함량은 에어로겔 조성물의 총 중량을 기준으로 90 중량% 이상인, 복합 물품의 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 조성물을 섬유성 물품에 주입, 함침 또는 침지하여 섬유성 물품과 에어로겔 조성물을 결합시키는, 복합 물품의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 물품은 복합 물품의 총 중량을 기준으로 15 내지 70 중량%의 에어로겔을 함유하는, 복합 물품의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 10 mm 이상의 길이를 갖는, 복합 물품의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유(에어로겔/섬유)의 중량비는 1:4 이상인, 복합 물품의 제조 방법.
  14. 하기 요건 (i) 내지 (vii) 중 하나 이상을 충족하는, 에어로겔 입자, 흑연 및 세라믹 및/또는 유리 섬유를 포함하는 복합 물품:
    i) 복합 물품은 15 중량% 미만의 유기 화합물을 함유함,
    (ii) 복합 물품 중 섬유의 적어도 50%는 5 mm 이상의 길이를 가짐;
    (iii) 복합 물품은 10 중량% 미만의 결합제를 함유함;
    (iv) 복합 물품은 10 ℃/분의 온도 증가로 30 ℃에서 1100 ℃까지 질소 분위기에서 가열되는 경우 열중량 분석(TGA)에서 35 중량% 미만의 총 중량 손실을 나타냄;
    (v) 복합 물품에서 하나 이상의 에어로겔 대 하나 이상의 섬유 (에어로겔/섬유)의 중량비는 1:8 이상임;
    (vi) 복합 물품은 60분 이상의 용락(burn-through) 시간을 갖고, 여기서 용락 저항은 두께 13 mm의 30 cm x 30 cm 시트 형태의 복합 물품을 사용하고, 상기 복합 물품을 납땜 토치를 사용하여 온도가 1400 ℃인 화염으로 제1 주 표면의 중심에서 처리하여 측정되고, 여기서 용락 시간은 화염 처리 시작부터 제2 주 표면의 중심부 온도가 1000 ℃에 도달할 때까지의 지속 시간임;
    (vii) 13 mm 두께의 20 cm x 50 cm 시트 형태의 복합 물품을 사용하고, 상기복합 물품을 ISO 834 온도-시간 곡선에 따라 제1 주 표면의 전체 표면에서 180분 동안 처리할 때, 제2 주 표면의 중심부 온도는 1000 ℃ 미만임.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 복합 물품.
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