WO2020101270A1 - 에어로겔을 이용한 단열 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

에어로겔을 이용한 단열 소재 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2020101270A1
WO2020101270A1 PCT/KR2019/015095 KR2019015095W WO2020101270A1 WO 2020101270 A1 WO2020101270 A1 WO 2020101270A1 KR 2019015095 W KR2019015095 W KR 2019015095W WO 2020101270 A1 WO2020101270 A1 WO 2020101270A1
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airgel
polymer resin
polyoxyethylene
dispersion
insulating material
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PCT/KR2019/015095
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허욱환
김홍석
이주원
이정섭
김용주
한세훈
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주식회사 익스톨
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general

Definitions

  • the present invention relates to a heat-insulating material using an airgel and a method for manufacturing the same, and relates to a method for manufacturing a heat-insulating material having improved heat insulating properties by more stably dispersing airgel particles in a polymer resin solution.
  • Aerogels are nano-porous structures that have a porosity of 90% or more and a transparent or translucent, ultra-low-density, high-tech material with a specific surface area of several hundred to 1,000 m 2 / g.
  • the airgel is an ultra-fine, porous low-density material, and has been applied in various fields such as a catalyst carrier, heat insulating material, noise shielding material, and particle accelerator.
  • silica aerogels have very low thermal conductivity properties, making them a very efficient and super-insulating material that can be used in refrigerators, automobiles, aircraft, clothing, cryogenic storage tanks, industrial pipelines, thermos bottles, etc.
  • airgels manufactured in the form of monoliths generally show very weak strength such as easily breaking even with small impacts due to high brittleness, and are difficult to process in various thicknesses and shapes.
  • the application of the furnace is very difficult. Accordingly, various attempts have been made to prepare a heat insulating material through the formation of a composite by mixing silica airgel with other materials.
  • the powder surface of the airgel exhibits hydrophobicity and porosity, making it difficult to achieve stable dispersion when mixed with a binder material.
  • the hydrophobic airgel mixes well with the organic binder to improve fluidity.
  • the organic binder possesses penetrates into numerous micro pores of the airgel. It is difficult to remove the organic binder that has penetrated into numerous fine pores of the airgel due to the surface tension, and it may degrade the special heat insulation performance of the airgel.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an insulating material with improved thermal insulation by controlling the hydrophobicity of the airgel to a state in which good mixing is possible with other materials.
  • the present invention is to provide an airgel dispersion in which airgel particles are stably dispersed in a polymer resin solution in order to utilize them in the production of the heat insulating material.
  • the present invention is to provide a heat insulating tape comprising the heat insulating material.
  • the present invention provides an insulating material comprising an airgel surface-treated with polyoxyethylene alkyl ether of Formula 1 below:
  • m + n 9 to 20, and x is 1 to 25.
  • the present invention is to utilize in the production of the insulating material,
  • step (ii) a method of preparing an airgel dispersion comprising the step of generating a bubble by rapidly stirring the solution produced in step (i) at a speed of 500 to 8,000 rpm:
  • m + n 9 to 20, and x is 1 to 25.
  • the present invention is a substrate layer; An insulating layer formed on one surface of the base layer and including an insulating material as described above; An adhesive layer formed on an upper surface of the heat insulating layer; And a release film protecting the adhesive layer.
  • the surface of the airgel particles is surface treated with an organic compound of polyoxyethylene alkyl ether and bubbles are generated by high-speed stirring.
  • FIG. 1 shows the structure of a heat insulating tape according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention can be applied to various conversions and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
  • the airgel contained in the heat insulating material of the present invention has a porous network structure and may contain 90% or more of air therein.
  • hydrophobic silica airgels can be used.
  • the airgel has a porosity of 80% to 99%, preferably 85% to 97%, a density of 0.001 to 0.5 g / cm 3 , preferably 0.005 to 0.35 g / cm 3 , and an internal surface area of 200 to 2000 m 2 / g, preferably 400 to 1800 m 2 / g.
  • the airgel may be in the form of a powder having an average particle diameter of 50 nm to 100 ⁇ m, preferably 1 to 50 ⁇ m, and more preferably 10 to 45 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the airgel satisfies the above range, it is advantageous to form pores exhibiting characteristics unique to the airgel and to disperse when mixing with other materials, and to prevent the increase in surface roughness and deterioration of mechanical properties when applied as an insulating material. have.
  • the pore size of the airgel may be 1 to 100 nm, preferably 5 to 60 nm, more preferably 10 to 50 nm.
  • the pore size of the airgel means the average pore diameter.
  • the pore volume in the airgel may be 1 to 10 cm 3 / g, preferably 1.5 to 7 cm 3 / g, more preferably 2 to 4 cm 3 / g.
  • the space occupied by the air is sufficiently secured to minimize the heat conduction path, thereby exhibiting an adiabatic effect, and it is possible to prevent a phenomenon that the adiabatic effect is deteriorated by convection of air because the pores are too large.
  • the airgel used as a heat insulating material has a porous structure as described above, and the particle surface exhibits hydrophobicity, it is difficult to achieve stable dispersion when mixed with other materials such as a binder.
  • an airgel surface-treated with polyoxyethylene alkyl ether of Formula 1 below is used as a heat insulating material.
  • m + n 9 to 20, and x is 1 to 25.
  • the polyoxyethylene alkyl ether having the structure of Chemical Formula 1 is also called polyethylene oxide (PEO), and is an amphoteric organic compound having a hydrophobic group and a hydrophilic group at the same time. Therefore, the hydrophilic group can interact with water and the hydrophobic group can interact with the hydrophobic surface of the airgel, thereby improving the dispersibility while controlling the hydrophobicity of the airgel in aqueous solution.
  • the polyoxyethylene alkyl ether of Formula 1 has a long chain molecular structure, a solvent or a binder cannot easily penetrate into the pores of the aerogel, thereby protecting the inside pores, and these characteristics reduce the adiabatic characteristic of the aerogel. It is possible to improve the miscibility with the solvent and the binder without being impregnated.
  • examples of the polyoxyethylene alkyl ether include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, and polyoxyethylene oleyl ether. ) Or mixtures thereof.
  • n + n 9 to 11
  • x may be 1 to 14.
  • the polyoxyethylene alkyl ether may be used in an amount of 0.7 to 5 parts by weight, such as 1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the airgel.
  • the content of the polyoxyethylene alkyl ether satisfies the above range, it is possible to exert the effect of controlling the hydrophobicity of the surface of the airgel.
  • the polyoxyethylene alkyl ether is used in an excessive amount, layer separation may occur, and pores of the airgel may be impregnated with an organic binder or a solvent, thereby impairing characteristic heat insulation performance.
  • the heat insulating material according to the present invention can exhibit excellent heat insulating performance as the hydrophobic surface includes the airgel treated with the polyoxyethylene alkyl ether.
  • the heat insulating material of the present invention exhibits a thermal conductivity of 20 to 80 mW / mK.
  • Another embodiment of the present invention is to provide a method of manufacturing an airgel dispersion that can maintain a stably dispersed state when airgel particles are mixed with a polymer resin solution in order to utilize them in the production of the heat insulating material.
  • the method for preparing the airgel dispersion according to the present invention includes the following steps:
  • step (ii) generating a bubble by rapidly stirring the solution produced in step (i);
  • m + n 9 to 20, and x is 1 to 25.
  • the polyoxyethylene alkyl ether having the structure of Chemical Formula 1 is also called polyethylene oxide (PEO), and is an amphoteric organic compound having a hydrophobic group and a hydrophilic group at the same time. Therefore, the hydrophilic group can interact with water and the hydrophobic group can interact with the hydrophobic surface of the airgel, thereby improving the dispersibility while controlling the hydrophobicity of the airgel in aqueous solution.
  • the polyoxyethylene alkyl ether of Formula 1 has a long chain molecular structure, the solvent or the binder cannot easily penetrate into the pores of the airgel, thereby protecting the inside pores, and these characteristics degrade the heat insulation characteristics peculiar to the airgel. It is possible to improve the miscibility with the solvent and the binder without being impregnated.
  • examples of the polyoxyethylene alkyl ether include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, and polyoxyethylene oleyl ether. ) Or mixtures thereof.
  • n + n 9 to 11
  • x may be 1 to 14.
  • the polyoxyethylene alkyl ether may be used in an amount of 0.7 to 5 parts by weight, such as 1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the airgel.
  • the content of the polyoxyethylene alkyl ether satisfies the above range, it is possible to exert the effect of controlling the hydrophobicity of the surface of the airgel.
  • the polyoxyethylene alkyl ether is used in an excessive amount, layer separation may occur, and pores of the airgel may be impregnated with an organic binder or a solvent, thereby impairing characteristic heat insulation performance.
  • the heat insulating material according to the present invention can exhibit excellent heat insulating performance as the hydrophobic surface includes the airgel treated with the polyoxyethylene alkyl ether.
  • the heat insulating material of the present invention exhibits a thermal conductivity of 20 to 80 mW / mK.
  • Another embodiment of the present invention is to provide a method of manufacturing an airgel dispersion that can maintain a stably dispersed state when airgel particles are mixed with a polymer resin solution in order to utilize them in the production of the heat insulating material.
  • the method for preparing the airgel dispersion according to the present invention includes the following steps:
  • step (ii) generating a bubble by rapidly stirring the solution produced in step (i);
  • m + n 9 to 20, and x is 1 to 25.
  • examples of the polyoxyethylene alkyl ether include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, and polyoxyethylene oleyl ether. ) Or mixtures thereof.
  • n + n 9 to 11
  • x may be 1 to 14.
  • step (i) the airgel and the polyoxyethylene alkyl ether of Formula 1 below for surface treatment may be added to the polymer resin solution, respectively, or may be added to the polymer resin solution after first surface treatment.
  • the polymer resin solution is polyvinyl alcohol (PVA), ethylene-vinyl acetate, cellulose, silicone, acrylate, urethane, and epoxy ), May be an aqueous solution obtained by dissolving a water-soluble polymer resin such as polyimide in water at a concentration of 5 to 20%, such as 10%.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • ethylene-vinyl acetate cellulose
  • silicone acrylate
  • urethane urethane
  • epoxy aqueous solution obtained by dissolving a water-soluble polymer resin such as polyimide in water at a concentration of 5 to 20%, such as 10%.
  • the method for preparing the airgel dispersion according to the present invention is the addition of the polyoxyethylene alkyl ether of the following formula 1 for the surface treatment of the airgel for the stable dispersion of the airgel when mixing the aqueous solution of the polymer resin and the hydrophobic airgel, and at a specific rate. It is characterized by generating and maintaining bubbles by performing high-speed stirring.
  • Bubbles generated during the stirring process can reduce the degree of dispersion of particles in the dispersion medium of the dispersoid and are removed by adding an antifoaming agent.
  • the surface of the airgel is coated with polyoxyethylene alkyl ether of Formula 1 showing amphoteric properties, and the It is to form a dispersion in which a solid-liquid-gas is mixed without removing bubbles generated during high-speed stirring.
  • the hydrophobicity of the airgel particles which are core raw materials, is adjusted to stably maintain the dispersibility in water, which is a dispersion medium, along with the water-soluble polymer resin.
  • the bubbles contained in the dispersion may exist between the polymer resin and the airgel and maintain their dispersion, while providing additional heat insulation effect in addition to the heat insulation performance generated from the airgel.
  • the high-speed stirring to generate such bubbles can be performed using a mechanical stirring device such as a mixing head, and the stirring speed can be determined by the number of revolutions of the mixing head.
  • the stirring speed that is, the rotational speed of the mixing head can be adjusted to 500 to 8,000 rpm, such as 500 to 7000 rpm or 500 to 5,000 rpm.
  • the stirring speed is less than 500 rpm, the size of the bubbles is large and bubbles are generated. It may become non-uniform, and when it exceeds 8000 rpm, the mixing head may be overloaded and stirring itself may become difficult.
  • the bubble may have an average diameter of 0.1 to 100 ⁇ m, preferably 0.1 to 50 ⁇ m, and may occupy 5 to 50% by volume of the total volume in the dispersion.
  • bubbles of about 5 ⁇ m in diameter may be present in the dispersion at about 10 to 40% by volume or about 30% by volume.
  • the airgel may be added in an amount of 10 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin solution, and the polyoxyethylene alkyl ether is 0.7 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the airgel It may be added, and may be added in an amount of 5 parts by weight or less or 4 parts by weight or less or 3 parts by weight or less or 2 parts by weight or less.
  • a surfactant may be additionally used for stability of bubbles generated by high-speed stirring when preparing an airgel dispersion.
  • the surfactant prevents the formation of large bubbles by the microbubbles generated by agitation, thereby allowing the microbubbles to be stably present in the dispersion of the airgel-water-soluble polymer resin. That is, it is possible to increase the life of the microbubbles in the dispersion.
  • Such surfactants include BYK-022, BYK-023, BYK-024, BYK-025, BYK-310, BYK-306, BYK-344, BYK-307, BYK-333, BYK-345, BYK-346, BYK Silicone-based surfactants such as -348 and BYK-066N can be used.
  • the surfactant may be added in 0.5 to 5% by weight relative to the polymer resin solution.
  • the aerosol dispersion prepared by the method as described above can be usefully used in the production of insulating materials.
  • talc kaolin, alumina, feldspar, pewrite, sericite, mica, maculite, bentonite, sepiolite, diatomaceous earth, perlite, fumed silica, silica, glass bubble, glass beads, magnesium hydroxide, Coating solution by adding one or more additives selected from calcium carbide, thermal expansion capsules (or thermal expansion microcapsules), preferably glass bubbles, glass beads, thermal expansion capsules (or thermal expansion microcapsules), mica (Mica) And coating and drying the coating solution on one surface of the substrate to produce a heat insulating material in the form of a film.
  • additives selected from calcium carbide, thermal expansion capsules (or thermal expansion microcapsules), preferably glass bubbles, glass beads, thermal expansion capsules (or thermal expansion microcapsules), mica (Mica)
  • a bubble forming process using a foaming agent is required to form an air layer for heat insulation, but the present invention provides bubbles generated by high-speed stirring in a process of mixing a filler such as an airgel with a polymer resin solution.
  • a filler such as an airgel
  • a polymer resin solution By manufacturing the insulating material using, it may not be necessary to add a foaming agent for foaming and a separate foaming process.
  • Another aspect of the invention relates to an insulating tape comprising the insulating material as described above.
  • Figure 1 shows the structure of a heat insulating tape according to an embodiment of the present invention
  • the heat insulating tape of the present invention is a base layer; An insulating layer formed on one surface of the base layer and including the insulating material; An adhesive layer formed on an upper surface of the heat insulating layer; And it may include a release film for protecting the pressure-sensitive adhesive layer.
  • the substrate layer examples include glass fiber, carbon fabric, inorganic fabric, polyester fabric, polyethylene terephthalate (PET) film, polycarbonate (PC) film, and polypropylene (PP).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • PP polypropylene
  • Film PE (Polyethylene) film, PVC (polybvinylchloride) film, PI (Polyimide) film, polyamide (Polyamide) film, paper or the like fiber or polymer film may be used, but is not limited thereto.
  • the thickness of the base layer may be 0.05 to 2 mm or more, but it may vary depending on the use and conditions of use.
  • the heat insulating layer may be formed by coating an airgel dispersion as described above on one surface of the base layer and then drying it.
  • the thickness of the heat insulating layer may be 0.05mm or more, but it may vary depending on the use and conditions of use.
  • the pressure-sensitive adhesive layer may be made of an acrylic copolymer such as urethane acrylate or epoxy acrylate, silicone resin or silicone rubber, natural rubber, rubber-based materials such as synthetic rubber (IR, SBR, SBS, SEBS, BR, etc.) have.
  • acrylic copolymer such as urethane acrylate or epoxy acrylate
  • silicone resin or silicone rubber natural rubber
  • rubber-based materials such as synthetic rubber (IR, SBR, SBS, SEBS, BR, etc.) have.
  • the release film may be formed by laminating with a compression roll on it to protect the pressure-sensitive adhesive layer, and when using the insulating tape, the release film is removed and the adhesive surface is pasted to the object.
  • an aqueous solution was obtained by dissolving polyvinyl alcohol (PVA) having a molecular weight of 150,000 in water to 10% by weight.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • 500 g of the PVA aqueous solution was added, 200 g of water, 150 g of hydrophobic silica airgel particles, and 3 g of polyoxyethylene lauryl ether were added as a surface treatment compound of the airgel particles.
  • 5 g of surfactant BYK-022 and 42 g of ethylene glycol were added as a water-soluble polymer stabilizer.
  • a bubble-generated airgel dispersion was prepared by stirring for 1 hour at a speed of 3000 rpm using a mixing head as a stirring device.
  • the airgel dispersion prepared above was coated on a glass fabric fabric (500 ⁇ m thick) using a comma coater under the condition of 1T and a coating speed of 5 m / min, and dried for 10 minutes in an 80-degree hot air drying furnace for airgel insulation film.
  • An acrylic adhesive was applied to the upper surface of the heat insulating film, and after drying, the release film was laminated to complete the heat insulating tape.
  • Example 2 The same procedure as in Example 1 was performed, except that the hydrophobic silica airgel particles were used at 150 g and the surface treatment compound of polyoxyethylene lauryl ether was used at 1 g.
  • Example 2 The same procedure as in Example 1 was performed, except that the hydrophobic silica airgel particles were used as 300 g and 3 g of the polyoxyethylene lauryl ether, which is a surface treatment compound thereof, was used.
  • Example 1 The same procedure as in Example 1 was performed, except that no surfactant was used.
  • Example 2 The same procedure as in Example 1 was performed, except that the stirring speed was applied at 500 rpm.
  • Example 2 The same procedure as in Example 1 was performed, except that polyoxyethylene lauryl ether, which is a surface treatment compound of airgel particles, was not used.
  • Example 2 The same procedure as in Example 1 was performed, except that the stirring speed was applied at 10,000 rpm.
  • the viscosity of the top, middle, and bottom of the dispersion was measured using a Brookfield viscometer on Days 1, 5, and 10, and stability was evaluated according to the following criteria.
  • the aerosol dispersion liquid that generated bubbles by performing the surface treatment of the airgel and high-speed agitation at 500 to 8,000 rpm according to the present invention was excellent in stability, so that no cracks occurred during film formation, and 25 to 45 mW / mK. It can be seen that it is applicable as an excellent heat insulating material by showing the thermal conductivity of.

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Abstract

본 발명은 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르로 표면처리된 에어로겔을 포함하는 단열 소재, 상기 에어로겔 입자가 고분자 수지 용액에 안정하게 분산된 에어로겔 분산액의 제조방법, 및 상기 에어로겔 분산액을 코팅 및 건조시켜 얻은 단열 소재를 포함하는 단열 테이프를 제공한다. 특히, 상기 에어로겔 분산액은 에어로겔 및 상기 에어로겔의 표면처리를 위한 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 고분자 수지의 용액에 첨가하고, 이로부터 생성된 용액을 고속 교반하여 버블(bubble)을 발생시킴으로써 제조할 수 있다.

Description

에어로겔을 이용한 단열 소재 및 그 제조방법
본 출원은 2018년 11월 15일자로 출원된 한국특허출원 10-2018-0140920호 및 2019년 11월 6일자로 출원된 한국특허출원 10-2019-0141065호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 상기 특허문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 에어로겔을 이용한 단열 소재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 에어로겔 입자를 고분자 수지 용액에 보다 안정하게 분산시켜 단열성이 향상된 단열 소재를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
에어로겔은 나노다공성 구조를 구비하여 기공율이 90% 이상이고, 비표면적이 수백 내지 1,000 m 2/g 정도인 투명 또는 반투명인 극저밀도의 첨단소재이다. 이와 같이, 에어로겔은 초미세, 다공성 저밀도 물질로서 촉매의 담체, 단열재, 소음 차폐재, 입자 가속기 등 다양한 분야에서 응용되고 있다.
특히 실리카 에어로겔은 매우 낮은 열전도도 특성을 가지기 때문에 냉장고, 자동차, 항공기, 의류, 극저온 저장탱크, 산업용 파이프 라인, 보온병 등에 사용될 수 있는 매우 효율적인 초단열 재료이다.
다만, 일반적으로 모노리스 형태로 제조되는 에어로겔은 높은 취성으로 인하여 작은 충격에도 쉽게 부서지는 등, 매우 취약한 강도를 보이며 다양한 두께 및 형태로의 가공이 어렵기 때문에 우수한 단열특성에도 불구하고 에어로겔 단독으로는 단열재로의 응용이 매우 어려운 실정이다. 따라서, 실리카 에어로겔을 다른 재료와 혼합하여 복합체 형성을 통한 단열재 제조가 다양하게 시도되고 있다.
그러나, 에어로겔의 분말 표면은 소수성 및 다공성을 나타내어 바인더 물질과의 혼합시 안정한 분산을 이루기 어렵다.
즉, 수용성의 바인더를 이용하는 경우에는 물과 혼합되지 않는 소수성의 에어로겔 특성으로 인해 이들의 혼합이 어렵고, 이를 극복하기 위해 소수성 유기 바인더를 사용하는 경우에는 소수성 에어로겔이 유기 바인더와 잘 혼합되기는 하지만 유동성을 가지고 있는 유기 바인더가 에어로겔의 수많은 미세 기공으로 침투해 들어가게 된다. 에어로겔의 수많은 미세 기공으로 침투된 유기 바인더는 표면장력으로 인하여 제거하기가 어렵고, 에어로겔이 갖는 특수한 단열성능을 떨어뜨릴 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에어로겔의 소수성을 다른 재료와 양호한 혼합이 가능한 상태로 조절함으로써 단열성이 향상된 단열 소재를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 단열 소재의 제조에 활용하기 위하여, 에어로겔 입자가 고분자 수지 용액에 안정하게 분산된 에어로겔 분산액을 제공하고자 한다.
추가로, 본 발명은 상기 단열 소재를 포함하는 단열 테이프를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르로 표면처리된 에어로겔을 포함하는 단열 소재를 제공한다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2019015095-appb-img-000001
상기 식에서, m+n 은 9 내지 20 이고, x는 1 내지 25이다.
또한, 본 발명은 상기 단열소재의 제조에 활용하기 위해,
(i) 에어로겔 및 상기 에어로겔의 표면처리를 위한 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 고분자 수지의 용액에 첨가하는 단계; 및
(ii) 상기 단계 (i)에서 생성된 용액을 500 내지 8,000 rpm의 속도로 고속 교반하여 버블(bubble)을 발생시키는 단계를 포함하는 에어로겔 분산액의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2019015095-appb-img-000002
상기 식에서, m+n 은 9 내지 20 이고, x는 1 내지 25이다.
추가로, 본 발명은 기재층; 상기 기재층의 일면에 형성되고 상기한 바와 같은 단열소재를 포함하는 단열층; 상기 단열층의 상부면에 형성된 점착제층; 및 상기 점착제층을 보호하는 이형 필름을 포함하는 단열테이프를 제공한다.
본 발명에 따르면, 단열 소재로 사용되는 소수성인 에어로겔 입자를 고분자 수지 용액과 혼합할 때 에어로겔 입자의 표면을 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 유기 화합물로 표면처리하고 고속 교반에 의해 버블을 발생시키는 과정을 통해, 에어로겔 입자의 소수성을 조절하고 혼합되는 고분자 수지 용액 내 에어로겔 입자의 분산성을 개선함으로써 단열성이 향상된 단열 소재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단열 테이프의 구조를 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시양태는 표면처리된 에어로겔을 포함하는 단열 소재에 관한 것이다:
본 발명의 단열 소재에 포함되는 에어로겔은 다공성의 망목구조를 가지며, 내부에 공기를 90% 이상 함유하는 것일 수 있다. 예컨대, 소수성의 실리카 에어로겔이 사용될 수 있다.
상기 에어로겔은 기공율이 80% 내지 99%, 바람직하게는 85% 내지 97% 이고, 밀도가 0.001 내지 0.5 g/cm 3, 바람직하게는 0.005 내지 0.35 g/cm 3 이며, 내부 표면적이 200 내지 2000 m 2/g, 바람직하게는 400 내지 1800 m 2/g 일 수 있다.
상기 에어로겔은 평균 입경이 50㎚ 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50 ㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 45 ㎛인 분말 형태일 수 있다. 상기 에어로겔의 평균 입경이 상기 범위를 만족할 때, 에어로겔 고유의 특성을 나타내는 기공 형성 및 다른 재료와의 혼합 시 분산이 유리하고, 단열 소재로 적용될 때 표면 거칠기의 증가 및 기계적 물성의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 에어로겔의 기공 크기는 1 내지 100 ㎚, 바람직하게는 5 내지 60 ㎚, 보다 바람직하게는 10 내지 50 ㎚ 일 수 있다. 여기서, 에어로겔의 기공 크기는 평균 기공 직경을 의미한다. 상기 에어로겔의 기공 크기가 상기 범위를 만족할 때, 안정적인 물성과 분산성을 보장하면서 동시에 열전도의 증가 없이 공기의 대류를 억제하여 효과적인 단열 성능을 발현할 수 있다.
상기 에어로겔 내 기공 부피는 1 내지 10 ㎤/g, 바람직하게는 1.5 내지 7 ㎤/g, 보다 바람직하게는 2 내지 4 ㎤/g일 수 있다. 상기 기공 부피를 만족할 때, 공기가 차지하는 공간을 충분히 확보하여 열전도 경로를 최소화함으로써 단열 효과를 발현할 수 있고, 기공이 너무 커서 공기의 대류에 의해 단열 효과가 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
일반적으로, 단열 소재로 사용되는 에어로겔은 상기한 바와 같이 다공성의 구조를 가지면서 입자 표면은 소수성을 나타내기 때문에 바인더와 같은 다른 물질과의 혼합시에 안정한 분산을 이루기 어렵다.
이에, 본 발명에서는 단열 소재로서 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르로 표면처리된 에어로겔을 사용한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2019015095-appb-img-000003
상기 식에서, m+n 은 9 내지 20 이고, x는 1 내지 25이다.
상기 화학식 1의 구조를 갖는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)라고도 명명되며, 사슬 내에 소수성기와 친수성기를 동시에 갖는 양쪽성 유기 화합물이다. 따라서, 친수성기는 물과 상호작용을 하고 소수성기는 에어로겔의 소수성 표면과 상호작용이 가능하여, 수용액 중에서 에어로겔의 소수성을 조절하면서 분산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 긴 사슬 형태의 분자 구조를 가지므로 에어로겔의 기공으로 용제나 바인더가 쉽게 침투하지 못하여 내부 기공을 보호할 수 있으며, 이러한 특성으로 에어로겔 특유의 단열 특성을 저하시키지 않으면서 용제 및 바인더와의 혼화성을 증진시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 예로는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르(polyoxyethylene oleyl ether) 또는 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서, m+n 은 9 내지 11 이고, x는 1 내지 14 일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 에어로겔 100 중량부 기준으로 0.7 내지 5 중량부, 예컨대 1 내지 3 중량부로 사용될 수 있다. 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 함량이 상기 범위를 만족할 때 에어로겔 표면의 소수성 조절 효과를 발휘할 수 있다. 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르가 과량으로 사용되는 경우에는 층분리가 일어나 에어로겔의 기공이 유기 바인더 또는 용제로 함침될 수 있어 특유의 단열 성능을 저해할 수 있다.
본 발명에 따른 단열소재는 소수성 표면이 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르로 처리된 에어로겔을 포함함에 따라 우수한 단열 성능을 나타낼 수 있다. 예컨대, 본 발명의 단열 소재는 20 내지 80 mW/mK의 열전도율을 나타낸다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기 단열 소재의 제조에 활용하기 위하여, 에어로겔 입자가 고분자 수지 용액과 혼합될 때 안정하게 분산된 상태를 유지할 수 있는 에어로겔 분산액의 제조방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 에어로겔 분산액의 제조방법은 하기 단계들을 포함한다:
(i) 에어로겔 및 상기 에어로겔의 표면처리를 위한 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 고분자 수지의 용액에 첨가하는 단계; 및
(ii) 상기 단계 (i)에서 생성된 용액을 고속 교반하여 버블(bubble)을 발생시키는 단계;
[화학식 1]
Figure PCTKR2019015095-appb-img-000004
상기 식에서, m+n 은 9 내지 20 이고, x는 1 내지 25이다.
상기 화학식 1의 구조를 갖는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)라고도 명명되며, 사슬 내에 소수성기와 친수성기를 동시에 갖는 양쪽성 유기 화합물이다. 따라서, 친수성기는 물과 상호작용을 하고 소수성기는 에어로겔의 소수성 표면과 상호작용이 가능하여, 수용액 중에서 에어로겔의 소수성을 조절하면서 분산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 긴 사슬 형태의 분자 구조를 가지므로 에어로겔의 기공으로 용제나 바인더가 쉽게 침투하지 못하여 내부 기공을 보호할 수 있으며, 이러한 특성으로 에어로겔 특유의 단열 특성을 저하시키지 않으면서 용제 및 바인더와의 혼화성을 증진시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 예로는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르(polyoxyethylene oleyl ether) 또는 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서, m+n 은 9 내지 11 이고, x는 1 내지 14 일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 에어로겔 100 중량부 기준으로 0.7 내지 5 중량부, 예컨대 1 내지 3 중량부로 사용될 수 있다. 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 함량이 상기 범위를 만족할 때 에어로겔 표면의 소수성 조절 효과를 발휘할 수 있다. 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르가 과량으로 사용되는 경우에는 층분리가 일어나 에어로겔의 기공이 유기 바인더 또는 용제로 함침될 수 있어 특유의 단열 성능을 저해할 수 있다.
본 발명에 따른 단열소재는 소수성 표면이 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르로 처리된 에어로겔을 포함함에 따라 우수한 단열 성능을 나타낼 수 있다. 예컨대, 본 발명의 단열 소재는 20 내지 80 mW/mK의 열전도율을 나타낸다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기 단열 소재의 제조에 활용하기 위하여, 에어로겔 입자가 고분자 수지 용액과 혼합될 때 안정하게 분산된 상태를 유지할 수 있는 에어로겔 분산액의 제조방법을 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 에어로겔 분산액의 제조방법은 하기 단계들을 포함한다:
(i) 에어로겔 및 상기 에어로겔의 표면처리를 위한 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 고분자 수지의 용액에 첨가하는 단계; 및
(ii) 상기 단계 (i)에서 생성된 용액을 고속 교반하여 버블(bubble)을 발생시키는 단계;
[화학식 1]
Figure PCTKR2019015095-appb-img-000005
상기 식에서, m+n 은 9 내지 20 이고, x는 1 내지 25이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 예로는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르(polyoxyethylene oleyl ether) 또는 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서, m+n 은 9 내지 11 이고, x는 1 내지 14 일 수 있다.
상기 단계 (i)에서, 상기 에어로겔 및 이의 표면처리를 위한 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 고분자 수지 용액에 각각 첨가되거나, 먼저 표면처리를 한 이후에 고분자 수지 용액에 첨가될 수 있다.
상기 고분자 수지 용액은 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, PVA), 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate), 셀룰로오스(cellulose), 실리콘(silicone), 아크릴레이트(acrylate), 우레탄(urethane), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide) 등과 같은 수용성 고분자 수지를 물에 5 내지 20%, 예컨대 10%의 농도로 용해시켜 얻은 수용액일 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔 분산액의 제조방법은 상기 고분자 수지의 수용액과 소수성인 에어로겔의 혼합시 에어로겔의 안정한 분산을 위해 상기 에어로겔의 표면처리를 위한 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 첨가 및 특정 속도의 고속 교반을 수행하여 버블의 발생 및 유지시키는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 교반을 이용한 용액 중 입자의 분산 공정에서는 교반시 회전속도가 상승하면 혼합물에 와류가 발생하여 대기 중의 공기가 분산액으로 말려 들어가 기포가 발생하게 된다. 이러한 교반 공정 중에 발생된 기포는 분산질의 분산매 내 입자의 분산도를 저하시킬 수 있어 소포제 등을 첨가하여 제거되었다.
이에 반해, 본 발명에서는 에어로겔, 예컨대 소수성 실리카 에어로겔 입자를 수용성 고분자 수지 용액에 첨가하여 고속 교반하는 혼합 공정에서, 상기 에어로겔 표면에 양쪽성 성질을 나타내는 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 코팅하고, 상기 고속 교반시 발생하는 버블(bubble)을 제거하지 않고 고체-액체-기체가 혼합된 분산액을 형성하는 것이다. 이로써, 핵심 원료인 에어로겔 입자의 소수성을 조절하여 상기 에어로젤이 수용성인 고분자 수지와 함께 분산매인 물 중에서 안정하게 분산성을 유지할 수 있게 된다.
또한, 분산액 중에 포함된 버블은 상기 고분자 수지와 에어로겔 사이에 존재하여 이들의 분산 상태를 유지시키면서, 에어로겔로부터 발생되는 단열 성능 이외에 추가적인 단열 효과를 부여할 수 있다.
이러한 버블을 발생시키는 고속 교반은 믹싱 헤드(mixing head) 등과 같은 기계적 교반 장치를 사용하여 수행될 수 있고, 교반 속도는 믹싱 헤드의 회전수에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 교반에 의해 버블을 발생시키고 이를 분산액 중에 유지시키기 위해서는 교반 속도, 즉 믹싱헤드의 회전수를 500 내지 8,000 rpm, 예컨대 500 내지 7000 rpm 또는 500 내지 5,000 rpm으로 조절할 수 있다. 상기 교반 속도가 500rpm 미만인 경우 버블의 크기가 크고 버블 발생이 불균일해 질 수 있으며, 8000rpm을 초과하는 경우에는 믹싱 헤드에 부하가 지나치게 걸려 교반 자체가 곤란해 질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 버블은 평균 직경은 0.1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 50 ㎛일 수 있으며, 분산액 중에 총부피의 5 내지 50 부피%를 차지할 수 있다. 예컨대, 분산액 중에 직경 약 5㎛의 버블이 약 10 내지 40 부피% 또는 약 30 부피%로 존재할 수 있다. 버블이 상기 직경 범위 및 부피 범위를 만족할 때 분산액 중에서 에어로겔의 분산성을 적절히 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔 분산액의 제조방법에서, 상기 에어로겔은 상기 고분자 수지 용액 100 중량부 기준으로 10 내지 60 중량부로 첨가될 수 있으며, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 에어로겔 100 중량부 기준으로 0.7 중량부 이상 첨가될 수 있고, 5 중량부 이하 또는 4 중량부 이하 또는 3 중량부 이하 또는 2 중량부 이하로 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 에어로겔 분산액의 제조시 고속 교반에 의해 발생된 버블의 안정성을 위해 계면활성제를 추가로 사용할 수 있다. 상기 계면활성제는 교반으로 발생된 마이크로 버블이 서로 합쳐져 거대 기포가 형성되는 것을 방지하여, 마이크로 버블이 에어로겔-수용성 고분자 수지의 분산액 내에 안정적으로 존재할 수 있게 한다. 즉, 분산액 내 마이크로 버블의 수명을 증가시켜 줄 수 있다.
이러한 계면활성제로는 BYK-022, BYK-023, BYK-024, BYK-025, BYK-310, BYK-306, BYK-344, BYK-307, BYK-333, BYK-345, BYK-346, BYK-348, BYK-066N 등과 같은 실리콘계 계면활성제가 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 고분자 수지 용액에 대해 0.5 내지 5 중량%로 첨가될 수 있다.
상기한 바와 같은 방법으로 제조된 에어로졸 분산액은 단열 소재의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
예컨대, 상기 에어로졸 분산액에 탈크, 카오린, 알루미나, 장석, 납석, 견운모, 운모(Mica), 맥반석, 벤토나이트, 세피올라이트, 규조토, 퍼라이트, 흄드실리카, 실리카, 글라스버블, 글라스비드, 수산화마그네슘, 탄화칼슘, 열팽창 캡슐(또는 열팽창 마이크로 캡슐) 중에서 선택되는 어느 하나 이상, 바람직하게는 글라스버블, 글라스비드, 열팽창 캡슐(또는 열팽창 마이크로 캡슐), 운모(Mica) 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가물을 추가하여 코팅액을 얻고, 상기 코팅액을 기재의 일면에 코팅 및 건조함으로써 필름 형태의 단열 소재를 제조할 수 있다.
일반적인 단열소재의 제조 공정에서는, 단열을 위한 공기층을 형성하기 위해 발포제를 이용한 기포형성 공정이 필요하지만, 본 발명은 고분자 수지 용액에 에어로겔 등과 같은 충진재를 혼합하는 공정에서 고속 교반에 의해 발생된 버블을 이용하여 단열소재를 제조함으로써 발포를 위한 발포제 첨가 및 별도의 발포 공정이 필요하지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태는 상기한 바와 같은 단열 소재를 포함하는 단열 테이프에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 단열 테이프의 구조를 나타낸 것으로, 본 발명의 단열 테이프는 기재층; 상기 기재층의 일면에 형성되고 상기 단열소재를 포함하는 단열층; 상기 단열층의 상부면에 형성된 점착제층; 및 상기 점착제층을 보호하는 이형 필름을 포함할 수 있다.
상기 기재층으로는 유리섬유(Glass fabric), 카본 섬유(Carbon fabric), 무기섬유(Mineral fabric), 폴리에스테르 섬유(Polyester fabric), PET(Polyethylene terephthalate) 필름, PC(Polycarbonate) 필름, PP(Polypropylene) 필름, PE(Polyethylene) 필름, PVC(polybvinylchloride) 필름, PI(Polyimide) 필름, 폴리아미드(Polyamide) 필름, 종이 등과 같은 섬유 또는 고분자 필름이 사용될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 기재층의 두께는 0.05 내지 2 mm 또는 그 이상일 수 있으나, 이는 용도 및 사용 조건에 따라 달라질 수 있다.
상기 단열층은 기재층의 일면에 앞서 설명한 바와 같은 에어로겔 분산액을 코팅한 후 건조시켜 형성될 수 있다. 상기 단열층의 두께는 0.05mm 이상일 수 있으나, 이는 용도 및 사 용조건에 따라 달라질 수 있다.
상기 점착제층은 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트와 같은 아크릴계 공중합체, 실리콘 레진 또는 실리콘 러버, 천연고무, 합성고무(IR, SBR, SBS, SEBS, BR 등)와 같은 러버계 등과 같은 물질로부터 이루어질 수 있다.
상기 이형 필름은 점착제층을 보호하기 위해 그 위에 압축 롤을 이용하여 합지함으로써 형성될 수 있으며, 단열 테이프의 사용시 이형필름을 제거한 후 점착면을 대상물에 붙여 사용한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 구체적인 실시예로 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1:
고분자 수지로서 분자량이 150,000인 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, PVA)를 10 중량%가 되도록 물에 용해시켜 수용액을 수득하였다. 2L 비이커에 상기 PVA 수용액 500g에 넣고, 물 200g, 소수성 실리카 에어로겔 입자 150g, 및 상기 에어로겔 입자의 표면처리 화합물로서 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether) 3g을 첨가하였다. 추가로, 계면활성제 BYK-022 5g, 수용성 고분자 안정화제로서 에틸렌클리콜 42g을 첨가하였다. 이어서, 교반 장치로서 믹싱 헤드(mixing head)를 이용하여 3000 rpm의 속도로 1시간 동안 교반하여 버블이 발생된 에어로겔 분산액을 제조하였다.
상기에서 제조한 에어로겔 분산액을 기재로서 Glass fabric 원단(두께 500μm)에 습도막 기준 1T, 코팅속도 5m/min 조건으로 콤마코터를 이용하여 코팅하고, 80도 열풍 건조로에서 10분 동안 건조하여 에어로겔 단열 필름을 제조하였다. 상기 단열필름의 상부면에 아크릴 점착제를 도포하고 건조 후 이형필름을 합지(laminating)하여 단열 테이프를 완성하였다.
참조예 1:
소수성 실리카 에어로겔 입자를 150g으로 사용하면서 이의 표면처리 화합물인 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether)를 1g으로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 수행하였다.
실시예 2:
소수성 실리카 에어로겔 입자를 300g으로 사용하면서 이의 표면처리 화합물인 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether)를 3g으로 하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 수행하였다.
참조예 2:
계면활성제를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 수행하였다.
실시예 3:
교반 속도를 500rpm으로 적용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 수행하였다.
비교예 1:
에어로겔 입자의 표면처리 화합물인 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether)를 사용하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 수행하였다.
비교예 2:
교반 속도를 10,000rpm으로 적용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 과정을 수행하였다.
실험예:
상기 실시예, 참조예 및 비교예로부터 제조된 에어로겔 분산액 및 이로부터 제조된 단열필름에 대해 하기 물성을 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 제시하였다.
<에어로겔 분산액의 안정도>
제조된 에어로겔 분산액을 용기에 옮긴 후 25℃에서 유지하면서 1일째, 5일째 및 10일째에 분산액의 상단, 중단 및 하단의 점도를 Brookfield 점도계를 이용하여 측정하고, 하기 기준에 따라 안정도를 평가하였다.
[평가 기준]
안정성 높음: 점도 증가율이 5% 이내
안정성 보통: 점도 증가율이 10% 이내
안정성 낮음: 점도 증가율이 10% 초과
<단열 필름의 형성 여부 및 열전도율 측정>
단열 필름의 형성 및 크랙 발생 여부를 육안으로 관찰하였으며, 열전도율은 ASTM E1461에 따른 LFA 열전도도 분석방법으로 측정하였다.
Figure PCTKR2019015095-appb-img-000006
표 1로부터, 본 발명에 따라 에어로겔의 표면처리 및 500 내지 8,000 rpm의 고속 교반을 수행하여 버블을 발생시킨 에어로졸 분산액은 안정성이 우수하여 필름 형성시 크랙이 발생하지 않았으며, 25 내지 45 mW/mK의 열전도율을 나타내어 우수한 단열 소재로 적용가능함을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르로 표면처리된 에어로겔을 포함하는 단열 소재:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2019015095-appb-img-000007
    상기 식에서, m+n 은 9 내지 20 이고, x는 1 내지 25이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르(polyoxyethylene oleyl ether) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 단열 소재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에어로졸은 소수성 실리카 에어로졸을 포함하는 단열 소재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 에어로겔 100 중량부 기준으로 0.7 내지 5 중량부로 사용된 것인 단열 소재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단열소재의 열전도율은 20 내지 80 mW/mK인 단열 소재.
  6. (i) 에어로겔 및 상기 에어로겔의 표면처리를 위한 하기 화학식 1의 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 고분자 수지의 용액에 첨가하는 단계; 및
    (ii) 상기 단계 (i)에서 생성된 용액을 500 내지 8,000 rpm의 속도로 고속 교반하여 버블(bubble)을 발생시키는 단계를 포함하는 에어로겔 분산액의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2019015095-appb-img-000008
    상기 식에서, m+n 은 9 내지 20 이고, x는 1 내지 25이다.
  7. 제6항에 있어서, 상기 버블은 상기 고분자 수지와 에어로겔 사이에 존재하여 이들의 분산 상태를 유지하는 것인 에어로겔 분산액의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 버블은 평균 직경은 0.1 내지 100 ㎛이고, 분산액 중에 총부피의 5 내지 50 부피%를 차지하는 것인 에어로겔 분산액의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 에어로겔은 상기 고분자 수지 용액 100 중량부를 기준으로 10 내지 60 중량부로 첨가되는 에어로겔 분산액의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 에어로겔 100 중량부 기준으로 0.7 내지 5 중량부로 첨가되는 에어로겔 분산액의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 단계 (i)에서 고분자 수지의 용액에 실리콘계 계면활성제를 추가로 첨가하는 에어로겔 분산액의 제조방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 고분자 수지는 수용성 고분자 수지인 에어로겔 분산액의 제조방법.
  13. 기재층;
    상기 기재층의 일면에 형성되고 제1항의 단열소재를 포함하는 단열층;
    상기 단열층의 상부면에 형성된 점착제층; 및
    상기 점착제층을 보호하는 이형 필름을 포함하는 단열테이프.
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