TWI548450B - 包含複合吸收劑的真空絕熱材料 - Google Patents

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Description

包含複合吸收劑的真空絕熱材料
本發明涉及使用混合了沸石與氧化鈣的吸收劑的真空絕熱材料，更詳細地，涉及將沸石與氧化鈣混合來用作吸收劑以此改善初始導熱率的真空絕熱材料，其中，上述沸石的比表面積大而能夠吸收真空絕熱材料內部的大部分殘留水分。
真空絕熱材料通常由芯材、外皮材料、吸收劑構成。
以往，芯材使用玻璃纖維(Glassfiber)、氣相二氧化矽(Fume dsilica)等材料，外皮材料主要適用包含金屬蒸鍍薄膜或鋁箔的多層薄膜。另一方面，吸收劑起到通過吸附真空絕熱材料內部的水分、空氣以改善導熱率並維持長期耐久性的作用，且主要使用吸附水分的氧化鈣(CaO)。
上述氧化鈣價格低，在經濟方面有利，但其比表面積(BET)在1m2/g以下，非常低，因而實際上與在真空絕熱材料內部存在的水分的反應相當慢，並且與在真空排氣之後仍殘留於真空絕熱材料內部的微量的水分的反應能力差，最終存在無法進一步降低初始導熱率的缺點。並且，在高溫下反應性有一定程度改善的餘地，但存在難以完全除去殘留水分的問題。
另一方面，韓國公開專利第2011-77860號中提出了使用棒狀吸收劑來改善熱性能的問題，但對調節吸收劑的成分的內容未進行公開。
由此，目前需要研究出既能使用價格低的氧化鈣，又能在常溫下實現更低的初始導熱率的方法。
為此，本發明人為了既能使用氧化鈣又能夠改善導熱率而進行研究、努力的結果，發現了使用混合了氧化鈣與沸石的混合吸收劑時能夠提高真空絕熱材料的初始導熱率，以此完成本發明。
由此，本發明的目的在於提供一種使用混合了氧化鈣與沸石的吸收劑來提高導熱率的真空絕熱材料。
為了達成上述目的，本發明實施例的真空絕熱材料，其特徵在於，包含混合了沸石與氧化鈣的吸收劑。
本發明的真空絕熱材料將比表面積大的沸石與氧化鈣混合來用作吸收劑，因此在常溫下能夠大幅降低導熱率。由此，相比以往的只使用氧化鈣作為吸收劑的真空絕熱材料更能實現優秀的絕熱效果。
參照詳細說明的實施例會讓本發明的優點和特徵以及實現這些優點和特徵的方法更加明確。但是，本發明不局限於以下所公開的實施例，能夠以各種方式實施，本實施例只用於使本發明的公開內容更加完整，有助於本發明所屬技術領域的普通技術人員完整地理解本發明的範疇，本發明根據權利要求書的範疇而定義。
以下，對本發明實施例的包含了複合吸收劑的真空絕熱材料進行詳細說明。
本發明的真空絕熱材料，其特徵在於，包含混合了沸石與氧化鈣的吸收劑。
上述沸石由於比表面積相對大，所以在常溫下具有優秀的 反應能力，因此能夠吸收真空絕熱材料內部的大部分的殘留水分，從而提高初始導熱率。
較佳地，上述沸石與氧化鈣以沸石1~50重量百分比、氧化鈣50~90重量百分比的比率來混合，更較佳地，沸石1~30重量百分比與氧化鈣70~99重量百分比來混合。沸石以小於上述含量的範圍使用時，吸收絕熱材料內部的殘留水分的速度慢，導致導熱性的改善效果一般，而以超過上述含量的範圍來使用的情況下，沸石不同於與水分進行反應時生成氫氧化鈣而不再釋放出水分的氧化鈣，吸附吸濕極限以上的水分之後可使其解吸，導致其解吸的水分阻礙改善導熱性的問題，因此使沸石包括於上述範圍之內，以吸收真空絕熱材料的內部存在的初始殘留水分。
上述沸石根據Si/Al的莫耳比，大致分為A、X、Y類等。在考慮真空絕熱材料的吸收劑既能吸附好水分又能使所吸附的水分不進行解吸的情況下，本發明中較佳使用Si/Al的莫耳比小於1.5的X類沸石，更較佳地，使用Si/Al的莫耳比在1.0~1.5範圍之內的沸石。如果沸石的Si/Al莫耳比大於1.5，則因解吸水分的解吸率變高，而存在導熱率的值變高的問題。
並且，為了更好的吸收水分，較佳地，上述沸石使用比表面積為300 m2/g~1000m2/g且孔徑大小(Poresize)在0.1~100nm以下的沸石。
較佳地，上述沸石使用在高溫下經過熱處理之後的啟動(Activated)狀態的沸石。如果在高溫下對沸石進行熱處理，則因其殘留水分減少，而灼燒減量(Loss of Ignition)大大降低，但如果使用這種啟動狀態的沸石，則更有利於吸收絕熱材料內部的殘留水分。較佳地，上述熱處理在300℃~1000℃的溫度下 實施1~10小時，更較佳地，在500℃~600℃的溫度下實施1~5小時。
並且，上述啟動的沸石以粉末形態存在並裸露於大氣中時，因吸收水分快，而存在製備真空絕熱材料時不易調節初始水分的問題，因此把該啟動的沸石製備成顆粒(granule)的形態來使用時，裸露於大氣中的表面積相對降低，有利於降低大氣中的水分吸附程度，較佳地，上述顆粒的直徑為0.1mm~10mm，更較佳地，調節為1mm~5mm。如果上述顆粒的直徑小於0.1mm，則快速吸附大氣中的水分，因此難以調節水分，而如果顆粒的直徑超過10mm，則在絕熱材料內部吸收水分的效果降低，因此難以期待導熱率的提高。
上述顆粒狀的沸石可通過將粉末狀的沸石與無機黏結劑混合來製備而成，上述無機黏結劑較佳地使用選自二氧化矽類化合物、矽烷類化合物、氧化鋁類化合物、黏土中的一種或兩種以上的化合物，更較佳地，使用二氧化矽溶膠、氧化鋁溶膠、矽酸鈉等。
本發明的真空絕熱材料可通過傳統的方法來應用於真空絕熱材料，上述真空絕熱材料與以往的使用只由氧化鈣組成的吸收劑的絕熱材料相比，能夠在常溫下實現低的初始導熱率，從而能夠改善熱性能。
下面，通過本發明的較佳實施例以及比較例對本發明的真空絕熱材料進行詳細的說明。
下面的實施例以及比較例只用於例示本發明，本發明的範圍不限定於下述的實施例。
製備例1：沸石顆粒的製備
取Si/Al的莫耳比為1.3的沸石(上海麒瓏工貿有限公司， GP132)粉末5g在520℃溫度下加熱2小時來進行熱處理。之後與作為無機黏結劑的二氧化矽溶膠1g混合來製備出直徑為1.8mm的顆粒。
在180℃的乾燥箱中對上述製備出的顆粒實施2小時的熱處理，並再次使水分蒸發來製備沸石顆粒。
實施例1：真空絕熱材料的製備
將在上述製備例1中製備出的沸石顆粒1g與氧化鈣4g裝到單位重量為25g/m2的PET無紡布袋中並作成粉末狀之後，在180℃的乾燥箱中乾燥2小時。並且，將芯材在120℃的乾燥箱中乾燥1小時並取出，之後使上述粉末位於芯材並插入於外皮材料放進真空絕熱材料的製備器中。將真空度在4Pa以下維持60秒鐘，對外皮材料進行密封，最終製備出真空絕熱材料。
實施例2：
除了將在製備例1中製備出的沸石顆粒0.5g與氧化鈣4.5g混合之外，以與上述實施例1相同的方法製備出真空絕熱材料。
實施例3：
除了將在製備例1中製備出的沸石顆粒2g與氧化鈣3g混合之外，以與上述實施例1相同的方法製備出真空絕熱材料。
實施例4：
除了將在製備例1中製備出的沸石顆粒4g與氧化鈣1g混合之外，以與上述實施例1相同的方法製備出真空絕熱材料。
實施例5：
除了將Si/Al的莫耳比為1.3的沸石(上海麒瓏工貿有限公司，GP132)粉末1g與氧化鈣4g混合之外，以與上述實施例1相同的方法製備了真空絕熱材料。
實施例6：
取Si/Al的莫耳比為5.1的沸石(分子篩催化劑國際公司，CBV100)粉末5g在520℃溫度下加熱2小時來進行熱處理。
在180℃的乾燥箱中對上述製備出的粉末實施2小時的熱處理，並再次蒸發出水分來製備沸石粉末。
接著，除了將1g上述沸石粉末與4g氧化鈣混合以外，以與實施例1相同的方法製備真空絕熱材料。
比較例1：
在不包含沸石顆粒的情況下，將5g氧化鈣製備成粉末狀來使用為吸收劑以外，以與上述實施例1相同的方法製備了真空絕熱材料。
導熱率的測定：
通過使用一柯(EKO)公司的HC-074-200(熱流方式)測定裝置，對包含上述實施例以及比較例的吸收劑來製備出的真空絕熱材料，計算從上部熱感應板往下部熱感應板的方向加熱時的導熱速度、熱量以及面積來得出導熱率值，此時，上述真空絕熱材料的樣品是以200mm×200mm×8mm的大小來製備的。
為了確認本發明的導熱率的改善效果，將在上述實施例以及比較例中製備出的真空絕熱材料作為對象，測定自製備起1天后的常溫下的導熱率，並將其結果顯示在下列表1中。
由上表1可見，在使用實施例的吸收劑來製備真空絕熱材料的情況下，確認了在常溫下導熱率大幅降低。但是只使用氧化鈣作為吸收劑來製備真空絕熱材料的情況下，確認了可顯示出3.8mW/mK以上的導熱率，並能夠確認出實施例的真空絕熱材料的導熱率大幅改善。
並且，以顆粒狀使用沸石時，與以粉末狀使用的情況相比，更能顯示出優秀的導熱率，這是因為粉末狀的沸石吸附水分的速度快而產生的現象。作為參考，沸石顆粒與粉末在常溫下經時吸濕量的比較曲線圖示於圖1中。如上圖1的曲線圖所示，可確認出顆粒狀的初始吸濕速度比粉末狀的初始吸濕速度相對慢，且這種特性有利於導熱率的減少。
另一方面，測定了在實施例以及比較例製備出的真空絕熱材料在常溫下的經時變化的導熱率的變化，並將其結果顯示在下表2以及圖2中。
由上表2可見，確認了相比比較例的真空絕熱材料，實施例的真空絕熱材料的初始導熱率大幅降低。
最終，從上述導熱率的測定結果可以確認出，本發明的真空絕熱材料的熱性能比以往的絕熱材料的熱性能更優秀。
以上，圍繞本發明的實施例對本發明進行了說明，但是作 為示例性說明，本發明所屬技術領域的普通技術人員應當理解，可以根據本發明進行各種變形以及均等的其他實施例。因此，本發明的真正的保護範圍應由權利要求書限定。
圖1是沸石顆粒與粉末的經時變化的吸濕能力的比較曲線圖。
圖2是表示實施例以及比較例中製備的真空絕熱材料的導熱率的經時變化的曲線圖。

Claims (8)

  1. 一種真空絕熱材料，包含混合了沸石與氧化鈣的吸收劑；其中該沸石的比表面積為300m2/g~1000m2/g且孔徑大小為0.1nm~100nm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之真空絕熱材料，其中係以沸石1~50重量百分比以及氧化鈣50~99重量百分比的比率進行混合。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空絕熱材料，其中在該沸石中Si/Al的莫耳比為1.0~1.5。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空絕熱材料，其中該沸石係在300℃~1000℃溫度下實施1小時~10小時的熱處理而使用。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之真空絕熱材料，其中該沸石以顆粒的形態製備而使用。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之真空絕熱材料，其中該沸石的顆粒係通過將沸石粉末與無機黏結劑混合來製備。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之真空絕熱材料，其中該顆粒的直徑在0.1mm~10mm的範圍內。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之真空絕熱材料，其中該無機黏結劑係使用選自二氧化矽類化合物、矽烷類化合物、氧化鋁類化合物、黏土中的一種或兩種以上的化合物。
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