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KR19990076579A - 하나 이상의 열가소성 섬유 물질을 포함하는 섬유 형성 에어로겔 복합물질, 이의 제조방법 및 이의 용도 - Google Patents

하나 이상의 열가소성 섬유 물질을 포함하는 섬유 형성 에어로겔 복합물질, 이의 제조방법 및 이의 용도 Download PDF

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KR19990076579A
KR19990076579A KR1019980704648A KR19980704648A KR19990076579A KR 19990076579 A KR19990076579 A KR 19990076579A KR 1019980704648 A KR1019980704648 A KR 1019980704648A KR 19980704648 A KR19980704648 A KR 19980704648A KR 19990076579 A KR19990076579 A KR 19990076579A
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KR
South Korea
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fiber
composite material
airgel
fibers
mat
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KR1019980704648A
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English (en)
Inventor
디르크 프랑크
안드레아스 찜머만
프란쯔 퇸네쎈
Original Assignee
악커만, 되르
훽스트 레제아르히 운트 테히놀로기 도이칠란트 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Publication date
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Abstract

본 발명은 섬유와 에어로겔 입자를 포함하는 하나 이상의 형성물을 갖는 복합물질에 관한 것으로, 섬유 형성물이, 에어로겔 입자가 결합되고 형성 중에 섬유가 서로 결합되는 하나 이상의 열가소성 섬유 물질을 함유함을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 당해 복합물질의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

하나 이상의 열가소성 섬유 물질을 포함하는 섬유 형성 에어로겔 복합물질, 이의 제조방법 및 이의 용도
본 발명은 하나 이상의 섬유상 물질 및 에어로겔 입자를 포함하는 복합물질(composite material), 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다.
저밀도, 고다공률 및 작은 기공 직경 때문에, 특히 다공률이 60% 이상이고 밀도가 0.4g/㎤ 미만인 에어로겔은 매우 낮은 열전도도를 나타내고, 이러한 이유 때문에, 예를 들면, 유럽 공개특허공보(EP-A-O) 제171 711호에 기재된 바와 같이 단열재로 사용된다.
그러나, 이들의 다공률이 크기 때문에 건조된 에어로겔 그 자체 뿐만 아니라 건조된 에어로겔 둘 다의 겔의 기계적 안정성이 매우 불량하다.
가장 광범위한 의미, 즉, "분산제로서 공기를 사용한 겔"로 간주되는 경우, 에어로겔은 적합한 겔을 건조시킴으로써 제조한다. 이러한 의미로 사용되는 경우, "에어로겔"이란 용어는 좁은 의미로는 예를 들면, 제로겔(xerogel) 및 크리오겔(cryogel)의 에어로겔을 포함한다. 액체가 임계 온도 이상의 온도와 임계 압력 이상의 압력에서 겔로부터 제거되는 경우 겔은 좁은 의미에서 에어로겔로 나타낸다. 이와는 반대로, 액체가 예를 들면, 액체-증기 경계 상이 형성되면서 아임계적으로 겔로부터 제거되는 경우, 다수의 경우에서 수득한 겔을 제로겔이라고 한다. 본 발명에 따르는 겔은 분산제로서 공기를 사용하는 겔을 의미하는 에어로겔임을 주지하여야 한다.
에어로겔을 형성하는 방법은 졸-겔 전이(sol-gel transition) 동안 결정된다. 고체 겔 구조가 형성되면, 외형은 단지 크기를 감소시킴으로써 예를 들면, 분쇄시킴으로써 변화시킬 수 있다. 당해 물질은 너무 부서지기 쉬워서 다른 형태의 가공에 적합하다.
그러나, 다수의 적용에서 에어로겔을 특정한 형태로 사용할 필요가 있다. 원칙적으로, 조형된 부분의 생성은 겔이 형성될지라도 가능하다. 그러나, 전형적으로 생성 동안 필요하고 확산이 지배적인, 용매의 치환(에어로겔에 대해서는, 예를 들면, 미국 특허 제4,610,863호 및 유럽 특허원 제0 396 076호를 참조하고, 에어로겔 복합물질에 대해서는, 예를 들면, WO 제93/06044호를 참조함)과 건조(확산에 의해 유사하게 지배됨) 때문에 생성 시간은 경제적으로 용인될 수 없다. 이러한 이유 때문에, 에어로겔을 생성한 후, 즉, 이를 건조시킨 후, 조형 단계를 수행하고 특정 적용에 대해서 발생하는 에어로겔 내부 구조의 근본적인 변화없이 수행하는 것이 적절하다.
많은 적용에서 예를 들면, 굽거나 불규칙적으로 조형된 표면을 절연시키기 위해서 물질의 가요성 패널(panel) 또는 매트(mat)를 사용할 필요가 있다.
독일 특허원 제33 46 180호에는, 규산 에어로겔을 기본으로 하여 조형된 본체로부터 경질 패널은 긴 무기 섬유에 의하여 강화와 함께 조합된 화염 열분해에 의하여 수득됨이 기재되어 있다. 그러나, 화염 열분해로부터 추출된 당해 규산 에어로겔은 겔을 건조함으로써 제조되지 않기 때문에 상기 의미의 에어로겔이 아니고, 이러한 이유 때문에 다공 구조가 완전히 다르다. 당해 규산 에어로겔이 상기 의미의 통상적인 에어로겔보다 열전도도가 클지라도, 기계적으로 훨씬 안정하기 때문에 미소구조의 파괴없이 압축될 수 있다. 주형된 본체의 표면은 극히 미세하기 때문에 결합제를 사용하거나 또는 필름으로 피복시킴으로써 경화될 수 있다. 게다가, 수득한 조형된 본체를 압축할 수 없다.
독일 특허원 제44 18 843호에는, 섬유 강화 에어로겔(fibre-reinforced aerogel)의 매트가 기재되어 있다. 에어로겔의 비율이 매우 높기 때문에, 이러한 매트가 매우 낮은 열전도도를 나타내지만 상기한 확산 문제 때문에 비교적 연장된 생성 시간을 필요로 함은 사실이다. 특히, 두꺼운 층은 다수의 더 얇은 매트를 결합시킴으로써만 제조 가능하고, 이는 추가의 지출을 포함한다.
본 발명의 과제는 에어로겔 과립체를 기본으로 하는 복합물질을 생성하는 것으로서, 이는 열전도도가 작고 둘 다 기계적으로 안정하며 매트 또는 패널의 형태로 제조하기 쉽다.
이러한 문제는 에어로겔 입자가 서로 연결되고, 섬유가 표면에서 열가소성 섬유가 용융되고 냉각되어 섬유가 서로간에 그리고 다른 에어로겔 입자로 연결되는 방법으로 형성 중에 서로 연결되는, 하나 이상의 열가소성 섬유 물질을 포함하는 섬유 형성물을 특징으로 하는, 섬유 물질 및 에어로겔 입자를 하나 이상 형성함을 포함하는 복합물질로 해결되었다.
여기서, 섬유 형성물은 표면 성형 기술을 사용하여 생성할 수 있는 어떠한 형성으로도 이해된다. 이러한 표면 형성물의 예로는 섬유 직물, 랜덤 섬유 매팅(random-fibre matting), 편직물 및 랜덤 섬유 매트가 있으며, 랜덤 섬유 매트가 바람직하다.
랜덤 섬유 매트가 스펀 섬유 매트(예: 연속 섬유인 매트) 뿐만 아니라 소위 안정한 섬유 매트(예: 섬유의 길이가 유한한 랜덤 섬유 매트)를 포함함이 이해된다.
열가소성 섬유의 경우, 이하 첫 번째 섬유 물질로 나타내고, 이들은 열가소성 유기 물질의 섬유(예: 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유 또는 바람직하게는 폴리에스테르 섬유)일 수 있다. 당해 섬유는 스트립의 형태로 원형, 3엽형, 5엽형, 8엽형으로 될 수 있거나 또는 전나무 아니면 아령형으로 조형될 수 있다. 중공 섬유(hollow fire)도 사용될 수 있다. 첫 번째 섬유 물질은 부드럽게 하거나 방추가공할 수 있다.
또한, 섬유 형성물은 열 압밀화 공정 동안에 열가소성 물질의 제1 섬유에 결합되는 하나 이상의 여분의 섬유를 포함할 수 있다. 당해 목적으로, 이러한 섬유가 제조되는 물질의 융점은, 매트가 열적으로 압밀되는 온도 보다 클 수 있다. 섬유의 경우, 이는 무기 섬유[예: 광물 섬유 또는 유리 섬유] 또는 유기 섬유[예: 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 또는 이들의 혼섬사] 둘 다일 수 있다. 또 다른 프로파일, 또 다른 직경 또는 또 다른 형태의 방추가공 디스플레이 및/또는 또 다른 신장도일 지라도, 추가의 섬유는 제1 섬유와 동일한 물질인 것이 바람직하다.
섬유는 통상적인 첨가제, 예를 들면, 유연(soot)과 같은 대전방지제를 사용하여 개질시킬 수 있다. 형성물 중에 포함되는 섬유는 IR 불투명제[예: 유연, 이산화티탄, 산화철, 이산화지르코늄 또는 이들의 혼합물]를 포함하여 열전도성에 대한 방사선 기여도를 감소시킬 수 있다. 섬유는 또한 염색하여 착색시킬 수 있다.
당해 복합물질에 사용되는 섬유의 직경은 바람직하게는 에어로겔 입자의 평균 직경보다는 작아야 되므로 높은 비율의 에어로겔이 복합물질로 결합될 수 있다. 매우 미세한 섬유를 선택하면 고가요성 매트를 수득할 수 있는 반면, 두꺼운 섬유를 사용하면 내굽힘성(resistance to bending)이 더 크기 때문에 더욱 경화된, 벌키성이 더욱 큰 매트를 수득할 수 있다.
섬유의 섬도는 바람직하게는 0.8 내지 40dtex이다.
상이한 프로파일 및/또는 다른 상이한 섬도를 갖는, 상이한 물질로 이루어진 섬유들의 혼합물도 사용할 수 있다. 두꺼운 섬유에 혼합하면 내굽힘성이 더 커진다. 한편으로는 매트의 우수한 압밀화를 수득하기 위하여, 그리고 다른 한편으로는 에어로겔 과립을 우수하게 접착시키기 위하여 열가소성 섬유 물질은 제1 섬유의 중량비로 섬유의 전체 양에 대하여, 10 내지 100중량%, 바람직하게는 40 내지 100중량%이어야 한다.
합성 중합체 섬유인 스펀 플리스(spnn fleece) 중 소위 스펀 결합이 바람직하고, 이들은 임으로 적층된 새로운 용융 방사 필라멘트로부터 수득된다. 이들은 용융 방사할 수 있는 중합체 물질인 연속 합성 섬유로 이루어져 있다. 적합한 중합체 물질은, 예를 들면, 폴리아미드(예: 폴리헥사메틸렌 디아디프아미드), 폴리카프로락탐, 방향족 폴리아미드 또는 부분 방향족 폴리아미드(아라미드), 지방족 폴리아미드(예: 나일론), 부분 방향족 폴리에스테르 또는 전방향족 폴리에스테르, 폴리페닐설파이드(PPS), 에테르 그룹 또는 케토 그룹을 갖는 중합체[예: 폴리에테르케톤(PEK) 및 폴리에테르에테르 케톤(PEEK)] 또는 폴리벤즈이미다졸이다.
용융 방사가능한 폴리에스테르(melt-spinnable polyester)로 이루어진 스펀 매트가 바람직하다. 원칙적으로, 섬유를 생성하기에 적합한 모든 공지된 유형은 폴리에스테르 물질로 사용할 수 있다. 이러한 종류의 폴리에스테르는 방향족 디카복실산 및 지방족 디올로부터 유도된 빌딩 블록으로 주로 이루어진다. 일반적인 방향족 디카복실산 빌딩 블록은 벤졸디카복실산의 2가 라디칼, 특히 테레프탈산 및 이소프탈산이다. 일반적인 디올의 탄소수는 2 내지 4이고, 에틸렌 글리콜이 특히 적합하다. 특히, 이로운 것은 85몰% 이상의 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 스펀 매트이다. 그런후 소위 변형제로 작용하고 필라멘트의 물리적 특성 및 화학적 특성을 변화시키는 것이 당해 기술분야의 숙련가들에게 허용되는, 디카복실산 단위로부터 나머지 15%가 생성된다. 이러한 디카복실산 단위의 예로는 이소프탈산의 라디칼 또는 지방족 디카복실산(예: 글루타르산, 아디핀산 및 세바크산)이 있고; 몰 중량이 대략 500 내지 2000인 폴리글리콜이 소량 존재하는 변형 디올 라디칼의 예로는 하나의 장쇄 디올(예: 디에틸렌글리콜 또는 트리에틸렌글리콘의 프로판 디올 또는 부탄 디올)이 있다. 폴리에스테르는 95몰% 이상의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 특히 변형되지 않은 PET를 포함하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따르는 복합물질이 또한 난연성 효과(flame-retardant effeet)를 갖는 경우, 복합물질이 난연성의 변형 폴리에스테르로부터 스펀되면 이롭다. 이러한 난연성의 변형 폴리에스테르는 공지되어 있다. 이들은 할로겐 화합물의 첨가제, 특히 브롬 화합물의 첨가제를 포함하거나, 또는 폴리에스테르 쇄로 축합된 포스폰산 화합물을 포함할 때 특히 이롭다.
스펀 매트가 화학식 1의 쇄 성분 그룹으로 축합되는 난연성의 변형 폴리에스테르를 포함하는 것이 특히 바람직하다.
상기 화학식 1에서,
R은 탄소수 2 내지 6의 알킬렌 또는 폴리메틸렌을 나타내고,
R1은 탄소수 1 내지 6의 아르알킬, 아릴 또는 이들이 축합된 아르알킬이다. 화학식 1에서 R이 에틸렌을 나타내고, R1이 메틸, 에틸, 페닐, 또는 o-, m- 또는 p-메틸-페닐, 특히 메틸을 나타내는 것이 바람직하다. 당해 종류의 스펀 매트는, 예를 들면, 독일 특허원 제39 40 713호에 기재되어 있다.
스펀 매트에 포함된 폴리에스테르가 0.6 내지 1.4의 고유 점도(IV)(25℃에서 100㎖의 디클로르아세트산 중의 1g 중합체 용액에서 측정함)에 상응하는 분자량을 갖는 것이 바람직하다.
스펀 매트 속의 폴리에스테르 필라멘트 각각의 섬도는 1 내지 16dtex, 바람직하게는 2 내지 8dtex이다.
본 발명의 다른 양태에서, 스펀 매트는 또한 캐리어 섬유로서 또 다른 섬유 물질을 포함할 수 있다. 당해 종류의 스펀 매트는 유럽 특허원 제0,446,822호, 유럽 특허원 제0,530,769호 및 유럽 특허원 제0,590,629호에 기재되어 있다.
캐리어 섬유가 유도될 수 있는 중합체의 예로는 폴리아크릴니트릴, 폴리올레핀(예: 폴리에틸렌), 필수적으로 지방족 폴리아미드(예: 나일론 6.6), 필수적으로 지방족 폴리아미드(아라미드)[예: 폴리-(p-페닐렌 테레프탈레이트) 또는 용해도를 증가시키는 방향족 n-디아민의 부분을 포함하는 공중합체, 또는 폴리-(m-페닐렌 이소프탈레이트)], 필수적으로 방향족 폴리에스테르[폴리-(p-하이드록시벤조에이트)] 또는 필수적으로 지방족 폴리에스테르(예: 폴리에틸렌 테레프탈레이트)가 있다.
2가지 유형의 섬유의 서로에 대한 비율은 광범위한 범위내에서 선택할 수 있지만, 열가소성 섬유가 충분히 커서 열가소성 섬유에 대한 캐리어 섬유의 접착이 매트를 의도하는 적용에 충분히 강하도록 만들어야 한다. 이후에, 열가소성 섬유의 비율은 매트 물질에 대하여 대개 50중량% 미만의 양이다.
적합한 열가소성 섬유는 특히, 융점이 매트 물질에 사용된 원료의 융점보다 10 내지 50℃, 바람직하게는 30 내지 50℃ 더 낮은 변형 폴리에스테르이다. 이러한 섬유 물질의 예로는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 또는 장쇄 디올 및/또는 이소프탈산 또는 지방족 디칼복실산에서 축합시킴으로써 변형된 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 있다.
캐리어 섬유 및 열가소성 섬유는 바람직하게는 한 부류의 중합체로부터 제조된다. 사용되는 모든 섬유가 일단 매트의 유효 수명이 다하면 한 부류의 물질로부터 선택되어 아무런 문제 없이 재사이클할 수 있음을 이해할 것이다.
캐리어 섬유 각각의 섬도 및 열가소성 섬유의 각각의 섬도를 매우 넓은 범위 내에서 선택할 수 있다. 이러한 섬도 범위의 예는 1 내지 16dtex, 바람직하게는 2 내지 6dtex이다.
또 다른 양태에서, 스펀 매트는 임의로 화학적 결합제(예: 폴리아크릴레이트를 기본으로 한 결합제)와 함께, 니들링(needling) 및/또는 유동 제트 수단을 사용하여 기계적인 압밀화 공정 후에 최종적으로 압밀화시킬 수 있다.
스펀 매트의 면적에 대한 중량비는 20 내지 500g/㎠, 바람직하게는 30 내지 250g/㎠이다.
복합물질 내의 에어로겔의 용적 퍼센트는 가능한 높아야 되고, 40% 이상, 바람직하게는 60% 이상이여야 한다. 그러나, 복합물질의 기계적 안정성을 성취하기 위해서는, 95% 초과, 바람직하게는 90% 초과이서는 안된다.
본 발명에 따르는 화합물에 적합한 에어로겔은 졸-겔 기술[참조: C.J. Brinker, G.W. Scherer, Sol-Gel Science. 1990, Chaps. 2 and 3]에 적합한 금속 산화물을 기본으로 하는데, 예를 들면, Si 또는 Al 화합물 또는 멜라민-포름알데하이드 축합물(미국 특허 제5 086 085호) 또는 레조신포름알데하이드 축합물(미국 특허 제4,873,218호)과 같은 졸-겔 기술에 적합한 유기 물질을 기본으로 한다. 이들은 또한 상기한 물질의 혼합물을 기본으로 할 수 있다. Si 화합물을 포함하는 에어로겔, 특히 SiO2에어로겔을 사용하는 것이 바람직하다. 에어로겔은 열전도도에 기여하는 방사선을 감소시키기 위하여 IR 불투명체(예: 유연, 산화티탄, 산화철 또는 이산화지르코늄 뿐만 아니라 이들의 혼합물)를 포함할 수 있다.
게다가, 에어로겔의 열전도도는 다공률이 증가하고 밀도가 감소함에 따라 감소한다. 이러한 이유 때문에, 다공률이 60% 이상이고 밀도가 0.4g/㎤ 미만인 에어로겔이 특히 바람직하다.
에어로겔 과립의 열전도도는 40mW/mK 미만, 바람직하게는 25mW/mK 미만이어야 한다.
하나의 바람직한 양태에서, 에어로겔 입자는 소수성 표면 그룹을 갖는다. 기공 내에서 수분의 응축에 의한 에어로겔의 일부 연속적인 붕괴를 피하기 위하여, 물에 의해 작동될 때 분열되지 않는 소수성 그룹이 에어로겔의 내부 표면에 공유결합으로 존재한다. 영구 소수화에 바람직한 그룹은 일반식 -Si(R)3의 삼치환된 실릴 그룹(여기서, 트리알킬 및/또는 트리아릴실릴 그룹이 바람직하고, 각각의 R은 독립적으로 보다 많은 관능 그룹으로 추가로 치환될 수 있는, C1-C18-알킬 또는 C6-C14-아릴, 바람직하게는 C1-C6알킬 또는 페닐, 특히 메틸, 에틸, 또는 페닐이다)이다. 에어로겔을 영구 소수성화하기 위해서는 트리메틸실릴 그룹을 사용한다. 이러한 그룹들을 혼입은 WO 제94/25149호에 기재되어 있는 바와 같이 수행할 수 있거나 또는 에어로겔과 활성화된 트리알킬실란 유도체(예: 클로로트리알킬실란 또는 헥사알킬실라칸) 사이의 기상(gas-phase) 반응에 의해 수행할 수 있다[참조: R.Iler, The Chemistry of Silica, Wiley & Sons, 1979].
그레인(grain)의 크기는 물질을 두는 용도에 의존할 것이다. 그러나, 에어로겔 과립을 높은 퍼센트로 결합시키기 위하여, 입자는 섬유의 직경보다는 커야하고, 바람직하게는 30㎛ 이상이어야 한다. 높은 수준의 안정성을 성취하기 위하여, 과립은 너무 조악해서는 안되고 그레인은 바람직하게는 2cm보다 작아야 한다.
유리한 두 가지 모양의 입자 크기 분포를 갖는 과립을 에어로겔의 높은 용적 퍼센트를 수득하기 위하여 사용할 수 있다. 다른 분포도 사용할 수 있다.
복합물질의 연소 등급(fire rating)은 에어로겔 및 섬유의 연소 등급으로 측정한다. 복합물질에 대하여 가장 유리한 연소 등급에 도달하기 위하여, 비인화성 섬유(예: 유리 또는 광물 섬유) 또는 발화하기 어려운 섬유(예: TREVIRA CSR)를 사용해야 한다.
복합물질이 에어로겔 입자를 포함하는 섬유 형성으로만 이루어진 경우, 에어로겔 과립은 복합물질을 기계적 하중처리하면 파괴되거나 또는 섬유로부터 이탈하여 파편이 생성된다.
이러한 이유 때문에, 이러한 피복층이 동일하거나 다를 수 있는 경우, 특정 적용에서 섬유 매트를 하나 이상의 피복층의 각각의 경우에 한 면 또는 둘 다의 면으로 피복하는 것이 이롭다. 예로서, 피복층을 열압밀화 동안 다른 접착제를 사용하여 열가소성 섬유 위에 접착시킬 수 있고, 피복층은 예를 들면, 바람직하게는 금속 호일 또는 금속화된 가소성 막이다. 또한, 입자 피복층은 복수층 그 자체로 이루어질 수 있다.
에어로겔 복합물질은 매트 또는 패널 형태가 바람직한데, 이는 중간 층으로써 에어로겔을 포함하는 섬유를 형성하고 각각의 면 위에 피복 층(여기서, 하나 이상의 이러한 피복층들은 각각의 섬유층 그 자체가 경화되고 섬유층들이 서로 경화되는 미세한 열가소성 섬유의 층을 포함한다)을 갖는다. 피복층은 또한 이성분(bi-component) 섬유를 포함할 수 있다. 이성분 섬유는 화학적 구조 또는 물리적 구조가 다른 두 개의 중합체가 단단하게 연결된 화학 섬유로, 이들은 융점이 다른 영역 즉, 저융점 영역과 고융점 영역을 갖는다. 통상적으로, 이러한 섬유는 저융점 성분이 피복물을 형성하는 코어 및 피복 구조(core-and-covering structure)의 형태이거나 나란한 구조이다.
피복층용 섬유의 선택은 에어로겔 입자가 결합된 섬유 형성용 섬유를 결정하는 것과 같이 동일한 인자에 의하여 결정된다. 그러나, 가능한한 가장 조밀한 피복층을 수득하기 위하여 섬유의 직경은 30㎛보다 작아야 하고, 바람직하게는 15㎛보다 작아야 한다.
안정성 또는 밀도가 가장 큰 표면 층에 도달하기 위하여, 피복층 속의 층을 니이들링할 수 있다.
본 발명의 추가의 과제는 본 발명에 따르는 복합물질의 제조방법을 기재하는 것이다.
본 발명에 따르는 복합물질의 생성을 당해 기간 요커로 한정하지 않지만, 바람직한 섬유 매트에 대하여 아래에 상세히 기재되어 있다.
시판되는 카딩(carding) 형태의 스테이플 섬유 또는 연속 섬유의 카드를 섬유 매트의 제조에 사용한다. 매트가 당해 기술분야의 숙련가들과 유사한 과정을 사용하여 적층될 수 있기 때문에, 에어로겔 과립은 산란된다. 에어로겔 과립을 섬유 조성물로 도입하는 경우, 과립 입자의 대부분이 분산 가능할 될 때까지 주의해야 한다. 이는 시판되는 분무 장치를 사용하여 수행할 수 있다.
피복층을 사용하는 경우, 에어로겔이 분무될 때 섬유 매트를 피복층으로 적층시키는 것이 가능하고, 당해 공정이 끝나면 상부 피복층을 삽입한다. 더 미세한 섬유 물질의 피복층을 사용하는 경우, 미세한 섬유 및/또는 이성분 섬유의 피복층을 공지된 방법을 사용하여 적층시키고 상기한 바와 같이 선택적으로 니이들링한다; 그런후 에어로겔을 포함하는 섬유 복합물질을 피복층 위에 둔다. 추가의 상부 피복 층에 대하여, 하부 피복층에 대한 것과 같이 층을 미세 섬유 및/또는 이성분 섬유를 사용하여 적층시킬 수 있고 그런후 선택적으로 니이들링할 수 있다.
수득한 섬유 복합물질은 임의로 최저 융점을 갖는 섬유 물질의 융점 이상의 온도에서 압력하에 열적으로 결합된다. 압력은 정상 압력 내지 사용되는 에어로겔의 압축 강도이다. 이러한 온도가 물질에 작용하는 시간은 단지 섬유 표면만이 용융되도록 선택하여야 한다.
바람직한 경우, 완전한 제조과정은 당해 기술분야의 숙련가들에게는 익숙한 장치를 사용하여 연속적으로 수행할 수 있다.
이들의 열전도도가 낮기 때문에, 본 발명에 따르는 패널 및 매트는 단열재로 사용하기에 적합하다.
또한, 본 발명에 따르는 패널 및 매트는 모노리틱 에어로겔에 비해 음속이 느리고 음 감소가 더 크기 때문에 직접적으로 또는 공명 흡수제의 형태로 방음재로서 사용할 수 있다. 섬유 매트의 투과성에 의존하는 에어로겔 물질의 댐핑 효과(damping effect) 이외에, 또한 추가의 댐핑은 섬유 형성 중 기공 사이의 공기 마찰에 의하여 유발된다. 섬유 매트의 투과성은 섬유의 직경, 매트의 밀도 및 에어로겔 입자의 입자 크기를 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 섬유 형성이 또한 피복 층을 포함하는 경우, 이러한 피복층은 섬유 내부로 통과되는 음파를 제한해야하고 음파에 크게 영향을 미치지 않는다.
상기한 외에, 섬유 형성의 다공성, 특히 큰 다공성과 에어로겔의 용적 대 표면의 비 때문에, 본 발명에 따르는 패널 및 매트는 액체, 증기 및 기체에 대한 흡착 물질로서도 적합하다. 특정 흡착 효과는 에어로겔의 표면을 변형시킴으로써 성취할 수 있다.
본 발명은 양태를 제한하지 않고, 이를 기본으로 하여 보다 상세히 다음에 기술할 것이다.
실시예 1:
표면의 중량비가 100g/㎠인 섬유 매트를 0.8dtex/38mm hm의 50중량% TREVIRA 290과 3.3 dtex/60mm hm의 50중량% TREVIRA 용융 흡착 섬유(시험 섬유)로 적층시킨다. 적층 공정 동안, 밀도가 150kg/㎠이고 열전도도가 23mW/mK이며 그레인의 직경 크기가 1 내지 2mm인 테트라에틸오르토실리케이트를 기본으로 한 에어로겔 과립을 분무시켜 피복층에 적용한다.
수득한 섬유 복합물질을 160℃의 온도에서 5분 동안 열적으로 결합시켜 1.4cm의 두께로 압축시킨다.
수득한 패널은 쉽게 휜다. 이의 열전도도를 DIN 52612 Part 1에 따르는 패널 방법으로 측정하면 27mW/mK이다.
실시예 2:
하부층으로 사용한 매트를 섬도가 1.7dtex이고, 길이가 35mm인 스펀 블랙(spun black)의 50중량% TREVIRA 120 스테이플 섬유와 3.3dtex/60mm hm인 50중량% TREVIRA 용융 흡착 섬유(시험 섬유)로부터 적층시킨다. 당해 피복 층의 표면은 중량비가 100g/㎠이다. 표면의 중량비가 100g/㎠인 40dtex/60mm hm의 50중량% TREVIRA 292 50중량%와 3.3 dtex/60mm hm의 50중량% TREVIRA 용융 흡착 섬유의 섬유 매트를 피복 층에 둔다. 적층 공정 동안, 에어로겔을 밀도가 150kg/㎠이고 열전도도가 23mW/mK이며 그레인의 직경 크기가 2 내지 4mm인 테트라에틸오르토실리케이트를 기본으로 한 에어로겔 과립을 분무시켜 피복층에 적용한다. 그런후, 하부 피복층과 동일한 방법으로 구성된 피복층을 에어로겔을 포함하는 당해 섬유 매트 위에 둔다.
수득한 섬유 복합물질을 160℃의 온도에서 5분 동안 열적으로 결합시켜 1.4cm의 두께로 압축시킨다. 압밀화된 매트 중 에어로겔의 퍼센트는 51%다. 이의 열전도도를 DIN 52612 Part 1에 따르는 패널 방법으로 측정하면 29mW/mK이다.

Claims (14)

  1. 섬유 형성물이, 에어로겔 입자가 서로 결합되고 섬유가 형성 동안 함께 결합되는 하나 이상의 열가소성 섬유 물질을 포함함을 특징으로 하는, 하나 이상의 섬유 형성물과 에어로겔 입자를 포함하는 복합물질.
  2. 제1항에 있어서, 섬유 형성물이 섬유 매트임을 특징으로 하는 복합물질.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유 형성물이 하나 이상의 기타 섬유 물질을 추가로 포함함을 특징으로 하는 복합물질.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 열가소성 섬유 물질의 섬도 범위가 0.8 내지 40dtex임을 특징으로 하는 복합물질.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 복합물질 내의 에어로겔 입자의 비가 40용적% 이상임을 특징으로 하는 복합물질.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 에어로겔이 SiO2에어로겔임을 특징으로 하는 복합물질.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 열가소성 섬유 물질 및/또는 에어로겔 입자가 하나 이상의 적외선 불투명제를 포함함을 특징으로 하는 복합물질.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 입자의 다공도가 60% 이상이고, 밀도가 0.4g/㎤ 이하이며, 열전도도가 40mW/mK 미만, 바람직하게는 25mW/mK 미만임을 특징으로 하는 복합물질.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 에어로겔 입자가 소수성 표면 그룹을 가짐을 특징으로 하는 복합물질.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 섬유 매트가 한 면 또는 양면 위에 피복층(여기서, 피복층은 동일하거나 상이하다)을 가짐을 특징으로 하는 복합물질.
  11. 제10항에 있어서, 피복층이 가소성 필름, 금속 필름, 금속화된 가소성 필름 또는 바람직하게는 단순 미세 성분 또는 미세 이성분(bi-component) 섬유인 매트의 층을 포함함을 특징으로 하는 복합물질.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 패널 또는 매트의 형태인 복합물질.
  13. 에어로겔 입자가 섬유 형성물, 바람직하게는 섬유 매트로 분무되고, 하나 이상의 열가소성 섬유 물질을 포함하고 수득한 섬유 조성물이 이후에 가장 낮은 융점 이상의 온도에서, 임의로 압력하에 열적으로 압밀화됨을 특징으로 하는, 제1항에 따르는 복합물질의 제조방법.
  14. 단열재, 방음재 및/또는 기체, 증기 및 액체에 대한 흡착 물질용의, 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에서 청구한 복합물질의 용도.
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