KR20130101902A - 에어로겔을 포함하는 복합 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
에어로겔을 포함하는 복합 조성물 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130101902A KR20130101902A KR1020120023010A KR20120023010A KR20130101902A KR 20130101902 A KR20130101902 A KR 20130101902A KR 1020120023010 A KR1020120023010 A KR 1020120023010A KR 20120023010 A KR20120023010 A KR 20120023010A KR 20130101902 A KR20130101902 A KR 20130101902A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polyvinyl alcohol
- airgel
- composite composition
- hydrophobic airgel
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 125
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title abstract description 12
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 97
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 85
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 83
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 claims description 36
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 29
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 26
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 73
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- 239000004820 Pressure-sensitive adhesive Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 6
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920006328 Styrofoam Polymers 0.000 description 4
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000008261 styrofoam Substances 0.000 description 4
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 3
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 3
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 description 3
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 3
- WRAGBEWQGHCDDU-UHFFFAOYSA-M C([O-])([O-])=O.[NH4+].[Zr+] Chemical compound C([O-])([O-])=O.[NH4+].[Zr+] WRAGBEWQGHCDDU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000005909 Kieselgur Substances 0.000 description 2
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 2
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 2
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- DCFKHNIGBAHNSS-UHFFFAOYSA-N chloro(triethyl)silane Chemical compound CC[Si](Cl)(CC)CC DCFKHNIGBAHNSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 2
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 2
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 2
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 2
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 2
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 2
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical compound [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GREPRXTWWXHFPD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium propan-2-olate Chemical compound [Mg++].[Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] GREPRXTWWXHFPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCRXQUVKDMVBBM-UHFFFAOYSA-N benzyl 2-amino-3-(4-phenylmethoxyphenyl)propanoate Chemical compound C=1C=CC=CC=1COC(=O)C(N)CC(C=C1)=CC=C1OCC1=CC=CC=C1 UCRXQUVKDMVBBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- JITPFBSJZPOLGT-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);propan-2-olate Chemical compound [Ce+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] JITPFBSJZPOLGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- DFJDZTPFNSXNAX-UHFFFAOYSA-N ethoxy(triethyl)silane Chemical compound CCO[Si](CC)(CC)CC DFJDZTPFNSXNAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RSIHJDGMBDPTIM-UHFFFAOYSA-N ethoxy(trimethyl)silane Chemical compound CCO[Si](C)(C)C RSIHJDGMBDPTIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N ethyl(trimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](OC)(OC)OC SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical group 0.000 description 1
- NEXSMEBSBIABKL-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilane Chemical compound C[Si](C)(C)[Si](C)(C)C NEXSMEBSBIABKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 150000002433 hydrophilic molecules Chemical class 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- POPACFLNWGUDSR-UHFFFAOYSA-N methoxy(trimethyl)silane Chemical compound CO[Si](C)(C)C POPACFLNWGUDSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- NREVZTYRXVBFAQ-UHFFFAOYSA-N propan-2-ol;yttrium Chemical compound [Y].CC(C)O.CC(C)O.CC(C)O NREVZTYRXVBFAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZGSOBQAJAUGRBK-UHFFFAOYSA-N propan-2-olate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] ZGSOBQAJAUGRBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 238000006884 silylation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- ZQZCOBSUOFHDEE-UHFFFAOYSA-N tetrapropyl silicate Chemical compound CCCO[Si](OCCC)(OCCC)OCCC ZQZCOBSUOFHDEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- WOZZOSDBXABUFO-UHFFFAOYSA-N tri(butan-2-yloxy)alumane Chemical compound [Al+3].CCC(C)[O-].CCC(C)[O-].CCC(C)[O-] WOZZOSDBXABUFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DENFJSAFJTVPJR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(ethyl)silane Chemical compound CCO[Si](CC)(OCC)OCC DENFJSAFJTVPJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005051 trimethylchlorosilane Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L29/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L29/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C08L29/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
- C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
- C08K7/26—Silicon- containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 내열성, 난연성, 단열성 및/또는 접착성이 우수하고 가벼우며 에어로겔이 다량 함유된 복합 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 폴리비닐알코올:물:소수성 에어로겔을 1:2 내지 30:0.2 내지 5 중량비로 포함하며, 점도가 50cp 내지 50,000 cp인 복합 조성물; 및 폴리비닐알코올과 50℃ 내지 100℃의 물을 1:2 내지 1:30의 중량비로 혼합하여, 점도 50cp 내지 50,000 cp인 폴리비닐알코올 수용액을 제조하는 단계; 및 상기 폴리비닐알코올 수용액에 소수성 에어로겔을 1:0.2 내지 1:5의 폴리비닐알코올:에어로겔의 중량비로 첨가하고 400rpm 내지 10,000rpm으로 혼합하는 단계를 포함하는 복합 조성물의 제조방법이 제공된다. 상기 복합 조성물은 에어로겔을 다량 포함하는 것으로 낮은 열전도도, 우수한 단열성, 내열성, 난연성 및/또는 접착성을 나타낸다. 또한, 우수한 점성 및 유동성을 나타내므로 적용이 용이하고 어떠한 적용처에도 제한없이 적용될 수 있다.
Description
본 발명은 에어로겔을 포함하는 복합 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 내열성, 난연성, 유동성, 단열성 및/또는 접착성이 우수하고 가벼우며 에어로겔이 다량 함유된 복합 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
건축소재의 첨단화 및 에너지 절감형 신소재의 수요 등에 따라 초경량 및/또는 초단열성 소재의 필요성이 더욱 높아지고 있다.
현재까지 경량 유기물 단열소재로서 폴리우레탄이나 스티로폼 등이 주로 많이 사용되어 왔다. 그러나, 폴리우레탄이나 스티로폼은 고온에서 취약한 치명적인 단점이 있으며, 화재 발생시에는 매우 강력한 유독 가스를 발생시키는 문제가 있다. 따라서, 고온 환경에서 사용하기 부적합할 뿐만 아니라 유독가스의 발생으로 인하여 규제 대상으로 검토되고 있다. 스티로폼은 또한 다양한 형태의 피단열재에 적용하기 어려운 단점이 있다. 폴리우레탄은 스티로폼 보다는 비교적 다양한 형태의 피단열재에 적용할 수 있으나, 유동성이 불충분하므로 비교적 좁거나 깊은 적용처에는 적용하기 어려우며, 폴리우레탄은 단열성을 나타내도록 하기 위해서는 포밍(발포)하여야 하며, 발포시에는 두께가 두꺼워지거나 피막이 고르지 못하게 되어 코팅제로서 사용하기에 부적합하다.
한편, 에어로겔은 기공율이 90%이상이고, 비표면적이 수백~1000㎡/g정도인 투명 또는 반투명한 극저밀도의 첨단소재이다. 이러한 나노 다공성 구조를 갖는 에어로겔은 높은 투광성과 극저의 열전도도 특성을 갖는 것으로 매우 효율적인 초단열 재료이다.
종래 이러한 에어로겔, 실리카 및/또는 무기물질 등의 무기충진제를 점착제와 혼합하는 사용하는 경우의 가장 큰 난점 중 하나는 에어로겔과 무기충진제의 혼합시 급격한 점도의 증가로 인하여 단열성능을 좌우하는 무기충진제를 일정량 이상 첨가할 수 없다는 것이다. 초단열 제품으로 사용되기 위해서는 제품의 열전도율이 40 mW/mk이하가 되어야 한다.
또한, 에어로겔은 비중이 0.03 내지 0.3g/㎤로 매우 작은 물질로 중량비에 대한 부피가 매우 큰 물질이다. 따라서, 열전도율이 40mW/mk 이하인 에어로겔을 포함하는 복합체를 구현하기 위해서는, 복합체에 에어로겔이 40중량%이상 함유되어야 하며, 이러한 함량은 복합체 부피의 상당 부분을 차지하는 매우 큰 부피에 해당한다. 이와 같은 다량의 에어로겔을 복합체를 구성하는 다른 성분과 혼합하는 것은 매우 어려우며, 점착제의 선택 및 혼합방법에 따라 큰 차이를 나타낸다. 구체적으로, 다량의 에어로겔을 배합하는 경우에는 에어로겔과 다른 성분 (예를 들어, 점착제)의 상분리, 혼합시의 점도증가 및 복합 조성물 도포시의 균열 등의 문제가 발생한다. 예를 들어, 종래 페인트에 에어로겔을 단순히 배합하는 경우에는, 전체 중량을 기준으로 에어로겔을 10중량% 내지 20중량% 정도로 배합하여도 유동성이 거의 없어져서 혼합이 불가능하게 된다.
한편, 에어로겔과 유기화합물 및/또는 유기 솔벤트류를 혼합하여 단열 복합체를 제조하는 경우에 표면이 소수성화 처리되어 있는 에어로겔의 소수성 기공 내에 유기화합물 및/또는 유기 솔벤트가 쉽게 흡착된다. 따라서, 에어로겔의 미세기공에 유기화합물 및/또는 유기 솔벤트가 채워져서 에어로겔의 단열성을 발현되지 않게 된다. 즉, 소수성 처리된 에어로겔과 유기화합물 및/또는 유기 솔벤트의 혼합으로 인하여 에어로겔의 단열성이 손상되는 문제가 있다. 또한, 소수성 에어로겔은 친수성 화합물과는 다른 물성으로 인하여 층분리되고 혼합되지 않는 문제가 있다.
따라서, 에어로겔을 충분한 양으로 배합하여 우수한 단열성을 나타낼 뿐만 아니라 배합 및 피단열재에 대한 적용에 적합한 점도, 유동성 및/또는 접착성을 갖는 에어로겔을 함유하는 복합 조성물이 요구된다.
본 발명의 일 구현은 단열성, 절연성, 내열성, 난연성, 및/또는 접착성이 우수한 소수성 에어로겔을 포함하는 복합 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구현은 피단열재에 적용하기에 적합한 유동성 및/또는 점성을 갖는 소수성 에어로겔을 포함하는 복합 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 구현은 소수성 에어로겔을 다량 포함하는 복합 조성물을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명의 다른 구현은 소수성 에어로겔과 친수성 바인더가 효과적으로 혼합되도록 하는 복합 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구현은 단열성, 내열성, 유동성, 접착성 및/또는 난연성이 우수한 복합 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 구현은 피단열재에 적용하기에 유동성 및/또는 점성을 갖는 소수성 에어로겔을 포함하는 복합 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명의 다른 구현은 소수성 에어로겔을 다량 포함하는 복합 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 견지에 의하면,
폴리비닐알코올, 물 및 소수성 에어로겔을 1:2 내지 30:0.2 내지 5 중량비로 포함하며, 점도가 50 cP 내지 50,000 cP인 복합 조성물이 제공된다.
본 발명의 제 2 견지에 의하면,
계면활성제를 소수성 에어로겔 중량대비 1 내지 10중량비로 추가로 포함하는 복합 조성물이 제공된다.
본 발명의 제 3 견지에 의하면,
무기 충진제를 소수성 에어로겔 중량대비 1중량비 이하(0 제외)로 추가로 포함하는 복합 조성물이 제공된다.
본 발명의 제 4 견지에 의하면,
경화제를 폴리비닐알코올 중량대비 1 내지 5 중량비로 추가로 포함하는 복합 조성물이 제공된다.
본 발명의 제 5 견지에 의하면,
상기 소수성 에어로겔은 평균입도가 1㎛ 내지 5㎜인 복합 조성물이 제공된다.
본 발명의 제 6 견지에 의하면,
단열 복합체는 열전도도가 30 mW/mk 내지 39 mW/mk인 복합 조성물이 제공된다.
본 발명의 제 7 견지에 의하면,
폴리비닐알코올과 50℃ 내지 100℃의 물을 1:2 내지 1:30의
중량비로 혼합하여, 점도 50 cP 내지 50,000 cP의 폴리비닐알코올 수용액을 제조하는 단계; 및
상기 폴리비닐알코올 수용액에 소수성 에어로겔을 1:0.2 내지 1:5의 폴리비닐알코올: 소수성 에어로겔 중량비로 첨가하고 400rpm 내지 10,000rpm으로 혼합하는 단계를 포함하는 복합 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 8 견지에 의하면,
상기 소수성 에어로겔을 첨가하기 전에, 상기 소수성 에어로겔과 함께 혹은 상기 소수성 에어로겔을 첨가한 후에, 계면활성제를 소수성 에어로겔 중량대비 1 내지 10중량비로 추가로 첨가하는 복합 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 9 견지에 의하면,
상기 소수성 에어로겔을 첨가하기 전에, 상기 소수성 에어로겔과 함께 혹은 상기 소수성 에어로겔을 첨가한 후에, 무기 충전제를 소수성 에어로겔 중량대비 1중량비 이하(0제외)로 추가로 첨가하는 복합 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 10 견지에 의하면,
상기 소수성 에어로겔을 첨가한 후에, 경화제를 폴리비닐알코올 중량대비 1 내지 25 중량비로 추가로 첨가하는 단열복합체 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 11 견지에 의하면,
상기 소수성 에어로겔은 평균입도가 1㎛ 내지 5㎜인 복합 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 12 견지에 의하면,
단열 복합체는 열전도도가 30 mW/mk 내지 39 mW/mk인 복합 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 13 견지에 의하면,
상기 단열 복합체는 점도가 50cP 내지 50,000 cP인 복합 조성물의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 구현에 의한 소수성 에어로겔 함유 복합 조성물은 에어로겔을 다량 포함하는 것으로 낮은 열전도도, 예를 들어, 약 30 mW/mk 내지 약 39 mW/mk의 열전도도, 우수한 단열성, 내열성, 난연성, 및/또는 접착성을 나타낸다. 뿐만 아니라, 다량의 에어로겔을 포함함에도 불구하고 우수한 점성 및/또는 유동성을 나타내므로 적용이 용이하고 어떠한 적용처에도 제한되지 않고 적용될 수 있다. 구체적으로, 좁거나 깊은 적용처 또는 곡면 적용처에도 적용가능하다. 이로써 한정하는 것은 아니지만, 상기 복합 조성물은 판넬, 보드 또는 얇은 피막 형태의 단열 복합체로 적용될 수 있다. 상기 복합 조성물은 또한 접착제 및/또는 코팅제로 사용될 수 있다. 상기 복합 조성물은 예를 들어, 냉동고 및/또는 냉장고, 건축재 등에 단열 복합체, 접착제 또는 코팅제로 사용될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 구현에 의한 에어로겔 함유 복합 조성물은 본 발명의 일 구현에 의한 방법으로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 구현에 의한 방법에 의하면, 종래 균일한 혼합물로의 제조가 불가능했던, 소수성 에어로겔과 친수성인 폴리비닐알코올이 적합한 점성 및/또는 유동성으로 고르고 균일하게 혼합된다. 따라서, 본 발명에 의한 복합 조성물이 건조 및/또는 경화된 최종물(예를 들어, 단열 복합체, 코팅, 피막 등)은 우수한 단열성을 나타낸다. 나아가, 에어로겔 복합체 조성물 제조시 발생하는 기포와 에어로겔의 상승작용에 의해 보다 향상된 단열성을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 복합 조성물에서 폴리비닐알코올과 소수성 에어로겔이 물리적으로 혼합되어 있는 상태를 보여주는 개념도이다.
도 2는 발명예 2 및 4에서 제조된 단열 복합체를 나타내는 사진이다.
도 3은 발명예 2 및 4에서 제조된 단열 복합체가 소수성을 나타냄을 보여주는 사진이다.
도 4는 발명예 3에서 제조된 복합 조성물의 사진이다.
도 5는 발명예 3의 복합 조성물로 제조된 단열복합체 도막이 소수성을 나타냄을 보여주는 사진이다.
도 6은 비교예 3의 단열 복합체에 균열이 발생함을 보여주는 사진이다.
도 7은 비교예 7의 복합 조성물이 혼합되지 않음을 보여주는 사진이다.
도 2는 발명예 2 및 4에서 제조된 단열 복합체를 나타내는 사진이다.
도 3은 발명예 2 및 4에서 제조된 단열 복합체가 소수성을 나타냄을 보여주는 사진이다.
도 4는 발명예 3에서 제조된 복합 조성물의 사진이다.
도 5는 발명예 3의 복합 조성물로 제조된 단열복합체 도막이 소수성을 나타냄을 보여주는 사진이다.
도 6은 비교예 3의 단열 복합체에 균열이 발생함을 보여주는 사진이다.
도 7은 비교예 7의 복합 조성물이 혼합되지 않음을 보여주는 사진이다.
종래 에어로겔을 함유하는 복합 조성물 및 이의 제조에 있어서, 소수성 에어로겔과 유기성 점착제를 혼합하는 경우에는 소수성 에어로겔의 미세기공에 유기성 점착제가 채워져서 에어로겔의 단열성이 손상된다. 한편, 소수성 에어로겔과 친수성 점착제를 혼합하는 경우에는 이들의 상반된 물성으로 인하여 서로 혼합되지 않는다. 또한, 단열 복합체의 단열성을 고려하여 다량의 에어로겔을 배합하는 경우에는 점도 상승 및/또는 유동성 저하로 인하여 적용가능한 복합조성물로 제조하기 어려울 뿐만 아니라, 복합 조성물의 적용상에 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해소하기 위해 제안된 것으로 본 발명의 일 구현에 의한 에어로겔을 포함하는 복합 조성물은 소수성 에어로겔을 다량 포함한다. 따라서, 상기 복합 조성물로 형성되는 단열 복합체는 소수성 에어로겔을 예를 들어, 최대 약 80중량%로 포함하는 것으로 우수한 단열성, 절연성 및/또는 난연성을 나타내며, 가볍다. 또한, 본 발명의 복합 조성물은 소수성 에어로겔이 친수성 폴리비닐 알코올 점착제와 균일하고 고르게 배합되어 있을 뿐만 아니라 유동성이 좋아서 다양한 적용처에 용이하게 적용될 수 있다.
상기 본 발명의 일 구현에 의한 에어로겔을 포함하는 복합 조성물은 폴리비닐알코올, 물 및 소수성 에어로겔을 1:2 내지 30:0.2 내지 5, 바람직하게는 1:5 내지 10:0.2 내지 5, 보다 바람직하게는 1:6 내지 8:0.2 내지 5의 폴리비닐알코올:물:소수성 에어로겔 중량비로 포함하며, 50 cP 내지 50,000 cP, 바람직하게는 500 cP 내지 42,000 cP의 점도를 갖는다.
상기 폴리비닐알코올과 물은 1:2 내지 1:30, 바람직하게는 1:5 내지 1:10, 보다 바람직하게는 1:6 내지 1:8의 폴리비닐알코올:물 중량비로 포함된다. 폴리비닐알코올과 물을 상기 중량비 범위로 포함하는 것이 단열복합체 조성물의 점도, 물에 대한 폴리비닐알코올의 용해성, 물과 폴리비닐알코올의 균일한 혼합 및 층분리 방지 측면에서 바람직하다.
상기 폴리비닐알코올과 소수성 에어로겔은 1:0.2 내지 1:5의 폴리비닐알코올: 소수성 에어로겔 중량비로 포함된다. 폴리비닐알코올과 소수성 에어로겔이 상기 중량비 범위로 포함되는 것이 단열성 및 폴리비닐알코올과 소수성 에어로겔의 균일한 혼합 및 층분리 방지 측면에서 바람직하다.
상기 폴리비닐알코올로는 어떠한 폴리비닐알코올이 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 수평균분자량이 5,000 이상, 바람직하게는 20,000 내지 100,000, 보다 바람직하게는 40,000 내지 100,000인 것이 사용될 수 있다. 나아가, 상기 폴리비닐알코올은 유기물질과 반응하는 작용기(functional group), 예를 들어, 아세트산기가 없는 것이 바람직하다. 이는 상기 작용기에 의해 에어로겔의 다공성이 손실되는 것을 방지하기 위해서이다.
상기 소수성 에어로겔은 에어로겔의 다공성 표면이 소수성으로 개질된 것으로 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 소수성 에어로겔일 수 있으며, 특히 한정하는 것은 아니다.
예를 들어, 에어로겔의 제조방법은 일반적으로 알려져 있으며, R.K.Colloid Chemistry of Silica and Silicates 1954, chapter 6; C.J. Brinker, G.W. Scherer, Sol-Gel Science, 1990, Chaps 2 and 3 등에 기술되어 있는 방법으로 제조할 수 있다.
이로써 한정하는 것은 아니지만, 에어로겔의 전구체로는 물유리 또는 금속알콕사이드가 사용될 수 있다. 에어로겔 전구체로서 물유리가 사용되는 경우에는 염을 제거하기 위한 전처리 공정을 필요로 하며, 이는 일반적이다. 금속 알콕사이드로는 각 알킬기가 1 내지 6개인 탄소원자, 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소원자를 갖는 것이 사용될 수 있으며, 이러한 화합물로는 특별히 이로써 제한하는 것은 아니나, 테트라에톡시실란(TEOS), 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라-n-프로폭시실란, 알루미늄 이소프로폭사이드, 알루미늄-sec-부톡사이드, 세륨 이소프로폭사이드, 하프늄 tert-부톡사이드, 마그네슘 알루미늄 이소프로폭사이드, 이트륨 이소프로폭사이드, 티타늄 이소프로폭사이드 및 지르코늄 이소프로폭사이드로 구성되는 그룹으로 부터 선택된 최소 일종이 단독으로 혹은 2종 이상을 함께 사용될 수 있다. 특히, 실란을 포함하는 테트라에톡시실란(TEOS)이 가장 바람직한 금속 알콕사이드이다.
소수성 에어로겔은 공기 중의 수분 흡수가 방지되도록 소수성으로 표면처리된 에어로겔로서 소수성 표면처리는 종래 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 방법으로 행하여질 수 있다. 이로써 특히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 실릴화 처리된 에어로겔 등이 사용될 수 있다.
에어로겔 표면의 소수화처리는 실릴화처리로서, 화학식 R1 4-n-SiXn 혹은 R3Si-O-SiR3(여기서, n은 1~3이고, R1은 C1-C10, 바람직하게는 C1-C5 알킬 또는 C6 또는 C10 방향족 그룹, 헤테로방향족 그룹 또는 수소이고, X는 F, Cl, Br, I로 부터 선택된 할로겐원소이며, 바람직하게는 Cl이며 혹은 C1-C10, 바람직하게는 C1-C5의 알콕시 그룹, 또는 방향족 알콕시 그룹, 헤테로 방향족 알콕시 그룹이며, R3는 동일하거나 또는 상이하며, C1-C10 알킬 또는 C6 또는 C10 방향족 그룹, 헤테로 방향족 그룹 또는 수소임) 등이 사용될 수 있다.
상기 실릴화제의 구체적인 예로는 이로써 한정하는 것은 아니지만, 헥사메틸디실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 트리에틸에톡시실란, 트리메틸에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메톡시트리메틸실란, 트리메틸클로로실란 및 트리에틸클로로실란 등을 들 수 있다.
상기 소수성 에어로겔은 평균입도가 1㎛ 내지 5mm인 것이 바람직하다. 평균입도가 1㎛ 내지 5mm인 소수성 에어로겔을 사용하는 것이 점도 제어, 에어로겔의 배합가능양, 및 에어로겔의 균일한 혼합가능성 측면에서 바람직하다.
상기 복합 조성물에는 필요에 따라, 계면활성제, 무기충진제 및/또는 경화제를 추가로 포함할 수 있다.
계면활성제는 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올이 잘 혼합되도록 필요에 따라 추가로 첨가될 수 있다. 계면활성제로는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 계면활성제가 사용될 수 있는 것으로 계면활성제의 종류를 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 알코올류 (예를 들어, 에탄올), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 등이 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
계면활성제는 소수성 에어로겔 중량 대비 1 내지 10중량비로 사용될 수 있다. 즉, 소수성 에어로겔 1g에 대하여 1g 내지 10g의 양으로 사용될 수 있다. 계면활성제는 계면활성제의 첨가에 의한 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올의 혼화성 향상 측면에서 상기 범위의 양으로 사용되는 것이 바람직하며, 상기 상한 함량 보다 과량 첨가하더라도 혼화성이 더 이상 향상되지 않는다. 구체적으로 에탄올(순도 95wt%이상)은 에어로겔 중량대비 1 내지 10중량비로, PEG는 5wt% 용액을 기준으로 에어로겔 중량대비 1 내지 8 중량비로 첨가될 수 있다.
그러나, 상기 계면활성제는 소수성 에어로겔의 미세기공 내에 폴리비닐알코올이 스며들게하므로 가능한 투입하지 않는 것이 바람직하며, 투입하는 경우 최소량으로 사용하는 것이 단열성 발현에 바람직하다.
별도의 무기 충진제는 경제성 및 온도내성 측면에서 추가로 첨가될 수 있다. 무기 충진제로는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 무기 충진제가 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 황토분말, 마이카, 탈크(talc), 실리카, 규조토, 펄라이트, 버뮤클라이트, 활성탄, 지올라이트 등이 사용될 수 있다. 이러한 무기 충진제는 단독으로 혹은 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
이러한 무기 충진제를 사용하는 경우에는 소수성 에어로겔 만을 포함하는 경우에 비하여 단열 복합체의 단열성이 저하되므로 단열성 측면에서는 별도의 무기 충진제가 첨가되지 않는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 경제적인 측면에서, 상기한 무기 충진제가 함께 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 구현에 의한 복합 조성물이 고온의 적용처에 사용되는 경우에, 상기 무기 충진제를 배합하여 내열성을 향상시킬 수 있다. 상기 무기 충진제를 배합하므로써, 복합조성물 또는 복합조성물로 형성된 단열복합체는 약 80℃ 내지 100℃에서 우수한 내열성을 갖는다.
상기 무기 충진제는 소수성 에어로겔 중량대비 1중량비 이하 (예를 들어, 소수성 에어로겔 1g당 무기 충진제 1g이하), 바람직하게는 0.001 내지 1중량비로 추가로 포함될 수 있다. 상기 무기 충진제가 다량 첨가되면 단열성이 저하될 뿐만 아니라, 복합 조성물의 도포시 피막에 심각한 균열을 보이므로 무기 충진제는 에어로겔 중량대비 1중량비 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구현에 의한 복합 조성물은 시간 경과에 따라 자체적으로 경화되어 단열 복합체를 형성하므로, 별도의 경화제 없이 최종 제품으로 사용할 수 있다. 그러나, 경화시간을 단축하기 위해 별도의 경화제를 필요에 따라 추가로 포함할 수 있다.
경화제로는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 경화제가 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 붕사, 붕산, 암모늄 지르코늄 카보네이트 용액 등의 경화제가 단독으로 혹은 2종 이상이 함께 사용될 수 있다. 상기 경화제 용액은 농도가 1wt% 내지 25wt%일 수 있다.
경화제가 첨가되면, 단시간 내에 경화되므로, 경화제는 시공시에 물, 폴리비닐 알코올, 소수성 에어로겔 및 임의의 계면활성제 및/또는 임의의 무기 첨가제의 혼합물에 추가로 첨가될 수 있다.
상기 경화제는 폴리비닐알코올을 단시간 내에 강제 경화할 수 있는 양으로 상기 경화제 용액은 폴리비닐알코올 중량대비 5중량비 이하, 바람직하게는 1 내지 5 중량비로 추가로 포함될 수 있다.
상기 에어로겔을 포함하는 복합 조성물은 점도가 50 cp 내지 50,000cp, 바람직하게는 500cp 내지 42,000cp로서 피단열재에 적용하기 용이할 뿐만 아니라, 수일 이상 방치해도 층이 분리되지 않고 균일한 혼합 상태를 유지한다. 또한, 상기 복합 조성물로 형성된 단열 복합체는 30mW/mk 내지 39 mW/mk의 우수한 열전도도를 가지며, 따라서 우수한 단열성을 나타낸다.
종래 단열 도료 충진제인 세라믹 초미세 중공체나 글라스 중공체는 가격이 고가일 뿐만 아니라 이들의 상당 부분이 혼합과정에서 깨져서 단열제로서의 역할을 하지 못하는 것에 비하여, 상기 복합 조성물을 구성하는 에어로겔은 아무리 깨져도 그 자체 입자 각각이 다시 중공체 역할을 하므로 기능면에서 탁월하다. 구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 친수성 폴리비닐알코올 수용액과 균일하고 고르게 혼합된 소수성 에어로겔은 폴리비닐알코올과 단순히 물리적으로 혼합되어 있으며, 에어로겔의 내부 미세기공은 공기층이 그대로 유지되므로 개개의 에어로겔 입자가 초단열 미세 세라믹 중공체로서 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 일 구현에 의한 복합 조성물로 형성된 단열 복합체는 우수한 단열성을 나타낸다.
본 발명의 다른 구현에 의하면, 상기한 복합 조성물의 제조방법이 제공된다. 상기 복합 조성물은 폴리비닐알코올과 50℃ 내지 100℃의 물을 1:2 내지 1:30, 바람직하게는 1:5 내지 1:10, 보다 바람직하게는 1:6 내지 1:8의 폴리비닐알코올:물 중량비로 혼합하여, 점도 50 cP 내지 50,000 cP, 바람직하게는 500 cp 내지 42,000cp의 폴리비닐알코올 수용액을 제조하고, 상기 폴리비닐알코올 수용액에 소수성 에어로겔을 1:0.2 내지 1:5의 폴리비닐알코올:소수성 에어로겔 중량비로 첨가하고 혼합하여 제조한다.
폴리비닐알코올 수용액 제조시, 폴리비닐알코올이 물에 잘 용해되도록 물은 50℃ 내지 100℃의 물이 사용된다. 소수성 에어로겔과 친수성인 수용성 폴리비닐알코올은 그 자체로는 잘 혼합되지 않는다. 따라서, 이러한 물성이 상반되는 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올이 층분리 없이 물리적으로 균일하고 고르게 혼합되도록 하기 위해서는 소수성 에어로겔이 배합되는 폴리비닐알코올 수용액의 점도가 적정 점도, 예를 들어, 50cP 내지 50,000 cP, 바람직하게는 500 cp 내지 42,000cp의 점도로 유지되어야 한다.
이러한 적정 점도가 되도록 폴리비닐알코올과 물은 1:2 내지 1:30, 바람직하게는 1:5 내지 1:10, 보다 바람직하게는 1:6 내지 1:8의 폴리비닐알코올:물 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐알코올로는 어떠한 종류의 폴리비닐알코올이 사용될 수 있으며, 이로써 한정되는 것은 수평균분자량이 5,000 이상, 바람직하게는 20,000 내지 100,000, 보다 바람직하게는 40,000 내지 100,000인 것이 사용될 수 있다. 나아가, 상기 폴리비닐알코올은 유기물질과 반응하는 작용기(functional group), 예를 들어, 아세트산기가 없는 것이 바람직하다. 이는 상기 작용기에 의해 에어로겔의 다공성이 손상되는 것을 방지하기 위해서이다.
물과 폴리비닐알코올을 상기 중량비 범위로 혼합하므로써, 폴리비닐알코올 수용액은 후속단계에서 소수성 에어로겔과 층분리없이 균일하고 고르게 혼합될 수 있는 50 cP 내지 50,000 cP 범위, 바람직하게는 500 cp 내지 42,000 cp의 점도가 된다. 또한, 상기 폴리비닐알코올 수용액은 48시간 이상 층분리가 일어나지 않아야 한다.
단열성 및 폴리비닐알코올과 소수성 에어로겔의 균일한 혼합 및 층분리 방지 측면에서 상기 폴리비닐알코올 수용액에 소수성 에어로겔을 1:0.2 내지 1:5의 폴리비닐알코올: 소수성 에어로겔 중량비로 첨가한다. 그 후, 상기 폴리비닐알코올 수용액과 소수성 에어로겔의 혼합물을 400rpm이상의 교반속도로 교반하여 복합조성물을 제조한다. 상기한 바와 같이 소수성을 갖는 에어로겔은 친수성인 폴리비닐알코올과 혼합되지 않는다. 따라서, 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올이 균일하게 혼합되도록 하기 위해서는 400rpm이상의 빠른 속도로 교반하여야 폴리비닐알코올 수용액에 에어로겔이 물려 들어가면서 혼합될 수 있다. 빠른 속도로 교반할수록 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올이 잘 혼합되므로 교반속도의 상한치는 특히 한정되는 것은 아니지만, 제조공정에서의 에너지 소비 및 설비 과부하 등을 고려하여 약 400rpm 내지 10,000rpm의 교반속도로 혼합하는 것이 바람직하다.
400rpm 이상, 바람직하게는 400rpm 내지 10,000rpm의 교반속도로 교반하므로 폴리비닐알코올 수용액 사이에 에어로겔이 믹서날에 의해 물려들어가면서 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올이 물리적으로 균일하고 고르게 혼합된다. 혼합시간은 반응물의 용적에 따라 달라지며, 약 3L 기준으로 약 15분 내지 40분간 혼합하므로써 균일하게 혼합된 복합 조성물이 얻어진다.
한편, 상기 복합 조성물 제조시, 필요에 따라, 계면활성제, 무기충진제 및/또는 경화제가 추가로 첨가될 수 있다. 계면활성제 및/또는 무기충진제는 소수성 에어로겔을 첨가하기 전에, 소수성 에어로겔과 함께, 혹은 소수성 에어로겔을 첨가한 다음에 첨가 및 혼합될 수 있다.
계면활성제는 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올이 잘 혼합되도록 필요에 따라 추가로 첨가될 수 있다. 계면활성제로는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 계면활성제가 사용될 수 있는 것으로 계면활성제의 종류를 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 알코올류 (예를 들어, 에탄올), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 등이 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
계면활성제는 소수성 에어로겔 중량 대비 1 내지 10중량비로 첨가될 수 있다. 계면활성제는 계면활성제의 첨가에 의한 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올의 혼화성 향상 측면에서 상기 범위의 양으로 사용되는 것이 바람직하며, 상기 상한 함량 보다 과량 첨가하더라도 추가적인 혼화성의 향상을 기대하기 어렵다. 구체적으로 에탄올(순도 95wt%이상)은 소수성 에어로겔 중량대비 1 내지 10중량비로, PEG는 5wt%용액을 기준으로 소수성 에어로겔 중량대비 1 내지 8 중량비로 첨가될 수 있다.
그러나, 상기 계면활성제는 소수성 에어로겔 미세기공 내에 폴리비닐알코올이 스며들어 가게하므로 가능한 투입하지 않는 것이 바람직하며, 투입하는 경우 최소량으로 사용하는 것이 단열성 발현에 바람직하다.
무기 충진제는 경제성 및 내열성 측면에서 추가로 첨가될 수 있다. 무기 충진제로는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 무기 충진제가 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 황토분말, 마이카, 탈크(talc), 실리카, 규조토, 펄라이트, 버뮤클라이트, 활성탄, 지올라이트 등이 사용될 수 있다. 이러한 무기 충진제는 단독으로 혹은 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
상기 무기 충진제가 첨가되는 경우에는 에어로겔 만을 포함하는 경우에 비하여 단열 복합체의 단열성이 저하되므로 단열성 측면에서는 별도의 무기 충진제가 첨가되지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 경제적인 측면에서, 상기한 무기 충진제가 첨가될 수 있다.
상기 단열 복합체가 고온의 적용처에 사용되는 경우에, 상기 무기 충진제를 첨가하여 내열성을 향상시킬 수 있다. 상기 무기 충진제를 배합하므로써, 단열복합체는 약 80℃ 내지 100℃에서 우수한 내열성을 갖는다.
상기 무기 충진제는 에어로겔 중량대비 1중량비 이하, 바람직하게는 0.001 내지 1중량비로 추가로 첨가될 수 있다. 무기 충진제가 다량 첨가되면 단열성이 저하될 뿐만 아니라, 단열 복합체 피막에 현저한 균열을 보이므로 무기 충진제는 에어로겔 중량대비 1중량비 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 복합 조성물은 시간 경과에 따라 자체적으로 경화되므로 별도의 경화제 없이 최종 제품을 사용할 수 있다. 그러나, 경화시간을 단축하기 위해 별도의 경화제가 필요에 따라 추가로 첨가될 수 있다.
경화제로는 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 경화제가 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 붕사, 붕산, 암모늄 지르코늄 카보네이트 용액 등의 경화제가 단독으로 혹은 2종 이상이 함께 사용될 수 있다. 상기 경화제 용액은 농도가 1wt% 내지 25wt%일 수 있다.
상기 경화제는 폴리비닐알코올을 단시간 내에 강제 경화할 수 있는 양으로 상기 경화제 용액은 폴리비닐알코올 중량대비 5중량비 이하, 바람직하게는 1 내지 5 중량비로 추가로 포함될 수 있다.
경화제가 첨가되면, 단시간 내에 경화되므로, 경화제는 시공시에, 물, 폴리비닐 알코올, 소수성 에어로겔 및 임의의 계면활성제 및/또는 임의의 무기 첨가제의 혼합물에 첨가될 수 있다. 이와 같이 경화제는 단열 복합체 제조공정에서 혼합될 수도 있고, 복합 조성물 제조 후에 추가적으로 첨가할 수도 있다.
상기 방법으로 제조된 복합 조성물은 50 cP 내지 50,000 cP, 바람직하게는 500 cp 내지 42,000 cp의 점도로 소수성 에어로겔과 친수성 폴리비닐알코올이 균일하게 혼합된 것으로 수일 이상 층분리 없이 안정한 상태를 유지한다. 뿐만 아니라, 우수한 내열성, 단열성, 난연성 및/또는 유동성을 나타낸다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
실시예
하기 표 1에 나타낸 조건으로 발명예 및 비교예의 복합 조성물을 다음과 같은 방법으로 제조하였다. 각각의 발명예 및 비교예에서의 제조조건은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다. 폴리비닐알코올을 70℃의 물에 용해시켜서 폴리비닐알코올 수용액을 제조하였다. 그 후, 상기 폴리비닐알코올 수용액에 평균입도 10㎛인 소수성 실리카 에어로겔 분말 (EMP-SAP, (주)엠파워)을 첨가하고 믹서기에서 20분간 교반 및 혼합하여 복합 조성물을 제조하였다. 기타 첨가제가 추가로 첨가되는 경우에는, 상기 에어로겔 분말과 함께 하기 표 1의 기타 첨가제를 폴리비닐알코올 수용액에 첨가하여 교반 및 혼합하였다. 폴리비닐알코올 수용액 및 제조된 복합 조성물의 점도를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
(주) 1) 충진제로 사용된 소수성 펄라이트 분말은 (주)경동세라텍의 오닉셀임.
2) 발명예 3에서 경화제는 에어로겔을 첨가하여 복합 조성물을 제조한 후에, 첨가하여 교반함.
3) 충진제로 사용된 규산알루미늄은 (주)에스아이이엔지의 인슐래드임.
4) 충진제로 사용된 펄라이트 분말은 (주)지에프씨의 뉴펄샤인임.
5) 충진제로 사용된 지올라이트는 (주)애경소재의 Aplite임.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폴리비닐알코올, 물 및 에어로겔의 조성비, 교반속도 및 무기충진제의 함량이 본 발명의 범위를 만족하지 않는 경우에는 복합 조성물의 점도가 크며, 적용하기에 적합한 복합조성물로 제조되지 않았다.
상기 발명예 2의 복합 조성물을 250mm x 250mm x 10mm의 틀에 넣고 70℃ 온도로 경화시켜서 도 2 와 같은 보드 형태의 단열 복합체를 제조하였다. 상기 단열 복합체의 열전도율은 36mW/mk 이며, 또한, 도 3에 나타낸 바와 같은 표면 소수성을 나타내었다.
상기 발명예 3의 복합 조성물은 도 4의 사진과 같이 걸쭉한 액상 슬러리의 복합조성물로 제조되었다. 상기 복합조성물은 48시간 이상 방치시, 층분리가 전혀 발생하지 않았다. 발명예 3의 복합 조성물을 160℃의 뜨거운 열판에 1㎜ 내지 2㎜의 두께로 반쪽면만 도포하였다. 발명예 3의 복합 조성물이 도포된 열판은 그 후, 도포한 면의 표면온도가 60℃로 떨어졌다. 또한, 단열복합체 도막은 도 4에 나타낸 바와 같이 표면이 소수성을 나타내었다. 열전도도는 35mW/mk 였다.
발명예 4의 복합조성물을 250mm x 250mm x 10mm의 틀에 넣고 70℃ 온도로 경화시켜서 도 2 와 같은 보드 형태의 단열 복합체를 제조하였다. 상기 단열 복합체의 열전도율은 32mW/mk 이며, 또한, 도 3에 나타낸 바와 같은 표면 소수성을 나타내었다.
비교예 3의 복합 조성물을 160℃의 뜨거운 열판에 1㎜ 내지 2㎜의 두께로 반쪽면만 도포하였다. 도포된 복합 조성물의 도막은 도 6에 나타낸 바와 같이, 균열이 심하게 발생하였으며, 표면온도는 110℃였다. 비교예 3의 복합 조성물로 형성된 단열 복합체의 열도도율은 89mW/mk로서 매우 높았다.
비교예 7의 복합조성물은 도 7에 나타낸 바와 같이, 폴리비닐알코올 수용액과 에어로겔 분말이 혼합되지 않았다.
Claims (13)
- 폴리비닐알코올, 물 및 소수성 에어로겔을 1:2 내지 30:0.2 내지 5 중량비로 포함하며, 점도가 50cP 내지 50,000cP인 복합 조성물.
- 제 1항에 있어서, 계면활성제를 소수성 에어로겔 중량대비 1 내지 10중량비로 추가로 포함하는 복합 조성물.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 무기 충진제를 소수성 에어로겔 중량대비 1중량비 이하로 추가로 포함하는 복합 조성물.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 경화제를 폴리비닐알코올 중량대비 1 내지 5 중량비로 추가로 포함하는 복합 조성물.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 소수성 에어로겔은 평균입도가 1㎛ 내지 5㎜인 복합 조성물.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 단열 복합체는 열전도도가 30 mW/mk 내지 39 mW/mk인 복합 조성물.
- 폴리비닐알코올과 50℃ 내지 100℃의 물을 1:2 내지 1:30의
중량비로 혼합하여, 점도 50 cP 내지 50,000 cP의 폴리비닐알코올 수용액을 제조하는 단계; 및
상기 폴리비닐알코올 수용액에 소수성 에어로겔을 1:0.2 내지 1:5의 폴리비닐알코올: 소수성 에어로겔 중량비로 첨가하고 400rpm 내지 10,000rpm으로 혼합하는 단계를 포함하는 복합 조성물의 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 소수성 에어로겔을 첨가하기 전에, 상기 소수성 에어로겔과 함께 혹은 상기 소수성 에어로겔을 첨가한 후에, 계면활성제를 소수성 에어로겔 중량대비 1 내지 10중량비로 추가로 첨가하는 단열복합체 조성물의 제조방법.
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 소수성 에어로겔을 첨가하기 전에, 상기 소수성 에어로겔과 함께 혹은 상기 소수성 에어로겔을 첨가한 후에, 무기 충진제를 소수성 에어로겔 중량 대비 1중량비 이하로 추가로 첨가하는 단열복합체 조성물의 제조방법.
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 소수성 에어로겔을 첨가한 후에, 경화제를 폴리비닐알코올 중량대비 1 내지 25 중량비로 추가로 첨가하는 단열복합체 조성물의 제조방법.
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 소수성 에어로겔은 평균입도가 1㎛ 내지 5㎜인 복합 조성물의 제조방법.
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 단열 복합체는 열전도도가 30 mW/mk 내지 39 mW/mk인 복합 조성물의 제조방법.
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 복합 조성물은 점도가 50 cp 내지 50,000cp인 복합 조성물의 제조방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120023010A KR20130101902A (ko) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | 에어로겔을 포함하는 복합 조성물 및 이의 제조방법 |
| PCT/KR2012/008608 WO2013133498A1 (en) | 2012-03-06 | 2012-10-19 | Composite composition including aerogel and method of preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120023010A KR20130101902A (ko) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | 에어로겔을 포함하는 복합 조성물 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130101902A true KR20130101902A (ko) | 2013-09-16 |
Family
ID=49116946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120023010A Ceased KR20130101902A (ko) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | 에어로겔을 포함하는 복합 조성물 및 이의 제조방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130101902A (ko) |
| WO (1) | WO2013133498A1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2648096C1 (ru) * | 2016-10-14 | 2018-03-22 | Вадим Вячеславович Киктев | Теплоизоляционный и звукоизоляционный материал и способ его получения |
| KR20200131025A (ko) | 2019-05-13 | 2020-11-23 | 주식회사 에슬린 | 에어로겔 단열재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 에어로겔 단열재료 |
| KR20220134206A (ko) | 2021-03-26 | 2022-10-05 | 주식회사 플러스 | 에어로겔이 함유된 단열성 고분자 수지 복합체의 제조방법 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6502359B2 (ja) * | 2013-12-19 | 2019-04-17 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | ナノ粒子粉末組成物及びその製造方法 |
| KR101807018B1 (ko) * | 2016-07-12 | 2017-12-08 | 현대자동차 주식회사 | 다공성 단열 코팅층 제조방법, 다공성 단열 코팅층 및 이를 이용한 내연 기관 |
| GB201712752D0 (en) * | 2017-08-09 | 2017-09-20 | Trust Energy Ltd | Insulation composition |
| CN110358234A (zh) * | 2018-04-11 | 2019-10-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种聚合物基复合材料的制备方法及其应用 |
| WO2020263376A1 (en) * | 2019-06-27 | 2020-12-30 | Entry Point International, LLC | Compound, composition and method for protecting skin from temperature extremes |
| CN114603948A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-06-10 | 上海耀江建设工程有限公司 | 一种玻璃防火夹胶膜、防火夹胶玻璃及其制作方法 |
| CN115093613B (zh) * | 2022-07-15 | 2023-09-12 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 气凝胶基多孔流体、其制备方法及应用 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE235438T1 (de) * | 1995-09-11 | 2003-04-15 | Cabot Corp | Aerogel- und klebstoffhaltiges verbundmaterial, verfahren zu seiner herstellung sowie seine verwendung |
| RU2426751C2 (ru) * | 2005-10-21 | 2011-08-20 | Кабот Корпорейшн | Композиционные материалы на основе аэрогелей |
| US8916638B2 (en) * | 2006-03-02 | 2014-12-23 | Case Western Reserve University | Clay aerogel-based polymer composites, materials and methods |
| KR101873053B1 (ko) * | 2011-07-13 | 2018-06-29 | 이재환 | 나노 복합체 조성물 |
-
2012
- 2012-03-06 KR KR1020120023010A patent/KR20130101902A/ko not_active Ceased
- 2012-10-19 WO PCT/KR2012/008608 patent/WO2013133498A1/en active Application Filing
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2648096C1 (ru) * | 2016-10-14 | 2018-03-22 | Вадим Вячеславович Киктев | Теплоизоляционный и звукоизоляционный материал и способ его получения |
| KR20200131025A (ko) | 2019-05-13 | 2020-11-23 | 주식회사 에슬린 | 에어로겔 단열재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 에어로겔 단열재료 |
| KR20220134206A (ko) | 2021-03-26 | 2022-10-05 | 주식회사 플러스 | 에어로겔이 함유된 단열성 고분자 수지 복합체의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013133498A1 (en) | 2013-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20130101902A (ko) | 에어로겔을 포함하는 복합 조성물 및 이의 제조방법 | |
| CN104231798B (zh) | 改性二氧化硅气凝胶微球隔热涂料 | |
| JP3859705B2 (ja) | エーロゲルを含む組成物、その製造法、およびその使用 | |
| JP7196854B2 (ja) | 塗液、塗膜の製造方法及び塗膜 | |
| CN104609825B (zh) | 一种隔热保温无机涂料及其制备方法 | |
| KR101552281B1 (ko) | 투명성 단열 코팅액 조성물 | |
| KR101804345B1 (ko) | 단열 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 단열 소재 | |
| CN106752561A (zh) | 一种气凝胶复合隔热涂料及其制备方法 | |
| JP7196852B2 (ja) | 塗液、塗膜の製造方法及び塗膜 | |
| CN103261293B (zh) | 包含纳米多孔颗粒的复合材料 | |
| CN101633505A (zh) | 微波反应制得的具有气凝胶特性的SiO2纳米级多孔材料及其制备方法 | |
| CN108084746A (zh) | 一种二氧化硅气凝胶涂料及其制备方法 | |
| KR101129375B1 (ko) | 물유리 및 에어로겔로부터 제조된 세라믹 다공체 및 이의 제조방법 | |
| TW201922961A (zh) | 塗液、塗膜的製造方法及塗膜 | |
| CN107083185A (zh) | 一种铝合金门窗用隔热防护涂料及其制备方法 | |
| CN109701494A (zh) | 气凝胶复合材料及其制备方法 | |
| CN108951181A (zh) | 用于纺织布基底的水性真空陶瓷微珠隔热涂料及制备方法 | |
| CN103275565A (zh) | 一种用于外墙热反射隔热保温防水乳胶涂料 | |
| KR101523327B1 (ko) | 졸겔법을 이용한 불연성 단열 코팅 접착제의 제조방법 및 동 방법으로 제조된 불연성 단열 코팅 접착제 | |
| CN117801587A (zh) | 一种改性氧化石墨烯水性膨胀型防火涂料及其制备方法 | |
| CN104356937A (zh) | 一种用于地铁车厢内饰的陶瓷涂料的生产方法 | |
| JP7196907B2 (ja) | 保温材下腐食の抑制方法、及び保温材下腐食抑制用ペースト | |
| JP7196853B2 (ja) | 塗液、塗膜の製造方法及び塗膜 | |
| TWI717257B (zh) | 耐高溫、隔熱、及防火之氣凝膠/無機纖維複合膠材的製備方法及其產物的應用 | |
| CN113563012B (zh) | 御寒、隔热的疏水性气凝胶复合胶状物的制备方法及其相关产物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20120306 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20130719 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20140120 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20130719 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |