KR101514038B1 - 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법과 제조장치 및 제조된 에어로젤 함유 복합재료 - Google Patents

에어로젤 함유 복합재료의 제조방법과 제조장치 및 제조된 에어로젤 함유 복합재료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어로젤 함유 복합재료에 관한 것으로, 특히 에어로젤과 섬유를 함유하는 복합재료를 제조하는 방법과 제조장치 및 제조된 에어로젤 함유 복합재료에 관한 것이다. 본 발명은 에어로젤의 손상이나 단열특성의 저하 없이 소수성이 강한 에어로젤과 수성 바인더 및 섬유를 균일하게 혼화한 복합재료를 제공하고자 하는 것으로, 본 발명에서는 에어로젤과 수성 바인더를 균일하게 혼화하여 혼합물 1을 얻는 단계와, 혼합물 1에 섬유를 가하고 균일하게 혼화하여 혼합물 2를 얻는 단계를 포함하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 단열특성이 우수하고 균일성이 좋으며 건축재료로 제조시 구조 강도가 우수한 에어로젤 함유 복합재료를 용이한 방법으로 단시간 내에 제조할 수 있다.

Description

에어로젤 함유 복합재료의 제조방법과 제조장치 및 제조된 에어로젤 함유 복합재료 {Manufacturing method and device for aerogel composites, and the aerogel composites}
본 발명은 에어로젤 함유 복합재료에 관한 것으로, 특히 에어로젤과 섬유를 함유하는 복합재료를 제조하는 방법과 제조장치 및 제조된 에어로젤 함유 복합재료에 관한 것이다.
에어로젤(aerogel)은 스티븐 키슬러(Steven Kistler)에 의해 1930년대 처음 발견되었으며, 단열재, 충격완충재, 방음재 등으로 주목받아 왔다. 에어로젤은 머리카락의 1만분의 1의 굵기인 SiO2 실(絲)이 극히 성글게 얽혀 이루어진 것으로, 전체 부피의 98%를 공기가 차지한다. 에어로젤은 열, 전기, 소리, 충격에 강하고 무게도 공기의 3배 정도로 매우 가벼워 오래전부터 신소재로 주목받아 왔으나, 제조에 시간이 많이 걸리고 높은 취성으로 인해 작은 충격에도 쉽게 깨지고 형태가 변형되는 문제가 있어 실용화에 어려움이 있다.
2000년대 들어 에어로젤에 특수 섬유를 첨가하여 쉽게 깨지지 않고 대량생산이 가능한 에어로젤 기술이 개발되면서 실용화가 가능해졌다. 이후 에어로젤에 섬유나 다른 재료를 첨가한 복합재료는 기존 단열재를 대체할 소재로 주목받으면서, 이에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 에어로젤이 지닌 소수성과 초경량성은 다른 재료와의 혼화를 어렵게 하여 혼합재료의 개발에 어려움을 준다. 그러나 이러한 에어로젤의 특성이 에어로젤의 기능성을 발휘하게 하는 것이므로, 단열성능과 같은 기능성이 좋은 복합재료를 만들기 위해서는 에어로젤의 소수성을 그대로 유지하면서 복합재료 내에서 에어로젤의 함유량을 최대한 높여야 하는 문제가 있다.
종래에 에어로젤에 다른 물질을 혼합하는 방법에서는, 소수성과 친수성의 특징을 지닌 계면활성제를 사용하는 방법이 주로 사용되었다. 대한민국 공개특허공보 10-2013-0025116에서는 에어로젤 분말과 석고분말을 혼합한 후 여기에 물과 혼합되어 있는 계면활성제를 가해 혼합재료를 만들고 이를 이용하여 석고보드를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 공개특허공보 10-2012-0023707에서는 에어로젤에 계면활성제를 혼합한 후 여기에 무기결합제를 가해 최종적으로 단열보드를 만드는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이와 같이 계면활성제를 사용하는 방법은 에어로젤의 기공을 손상시켜 에어로젤이 지닌 단열특성을 떨어뜨리게 된다.
공개특허공보 10-2011-0088626에서는 시멘트와 물의 혼합물에 에어로젤을 혼합하여 최종적으로 에어로젤 시멘트 몰탈을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 공개특허공보 10-2012-0028635에서는 에어로젤 분말과 열가소성 수지를 혼합하여 몰드에 투입한 후 가압 및 건조시켜 보드를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이러한 방법에서는 에어로젤과 다른 재료의 균일한 혼합이 어렵고 에어로젤의 함유량을 높이기 어렵다. 그에 따라 최종적으로 얻어진 제품의 단열특성이 떨어지고, 구조 강도 또한 떨어지는 문제가 있다. WO2011/012710 에서는 먼저 섬유(무기섬유) 사이에 에어로젤을 분포시킨 후 여기에 바인더를 첨가하여 혼화하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에서는 소수성인 에어로젤이 섬유에 균일하게 분산되기 어려우므로 분산성을 높이기 위해 3,000rpm 정도의 높은 회전력을 필요로 하고, 이렇게 할 경우 섬유가 절단되게 되어 최종제품의 강도 및 단열특성이 저하되는 문제가 있다. 또, 먼저 혼합된 에어로젤과 섬유의 혼합물 전체가 소수화하게 되므로 이후 바인더와의 혼합이 균일하게 이루어지기 어렵고, 이 역시 최종제품의 강도 및 단열특성의 저하로 이어지게 된다.
1. 대한민국 공개특허공보 10-2013-0025116 2. 대한민국 공개특허공보 10-2012-0023707 3. 대한민국 공개특허공보 10-2011-0088626 4. 대한민국 공개특허공보 10-2012-0028635 5. PCT 국제공개특허공보 WO2011/012710 6. 일본 공개특허공보 2013-500921 7. 대한민국 공개특허공보 10-2010-0002232 8. 대한민국 공개특허공보 10-2006-0025564
단열특성 등 기능성이 좋은 에어로젤 복합재료를 만들기 위해서는, 첫째 높은 소수성과 경량성으로 다른 재료와의 혼화가 어려운 에어로젤을 다른 재료, 특히 목적하는 물성을 지닌 재료와 균일하게 혼화시켜야 하며, 둘째 높은 소수성과 같은 에어로젤의 특성을 그대로 유지하면서 다른 재료와 균일하게 혼화시켜야 하며, 셋째 복합재료 내에서 에어로젤의 함유량을 높여야 한다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부합하는 방법으로 단열특성이 우수한 에어로젤 복합재료를 제조하는 것을 목적으로 하는 것으로, 에어로젤의 손상이나 단열특성의 저하 없이 에어로젤과 섬유를 균일하게 혼합하고, 다양한 섬유를 에어로젤과의 혼화재로 사용하며, 에어로젤의 함유량을 높일 수 있는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법과 이를 위한 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이렇게 제조된 단열특성 및 균일성이 우수하고 건축재료로 제조시 구조 강도가 우수한 에어로젤 복합재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는,
(a) 에어로젤 7~30 중량%와 수성 바인더 50~85 중량%를 혼합기에 투입하고 2,000~15,000 rpm으로 교반시켜 상기 수성 바인더를 미립자화하면서 상기 에어로젤 사이에 분산시켜 에어로젤과 수성 바인더가 균일하게 혼화된 혼합물 1을 얻는 단계와;
(b) 상기 혼합물 1에 섬유 7~30 중량%를 가하고 10~150 rpm으로 교반시켜 에어로젤과 수성 바인더와 섬유를 균일하게 혼화시킨 혼합물 2를 얻는 단계;를 포함하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명에서는,
(a) 에어로젤 7~30 중량%와;
(b) 수성아크릴수지, 수성우레탄수지, 물유리(waterglass) 및 그라우트(grout)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 수성 바인더 50~85 중량%와;
(c) 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유 7~30 중량%를 포함하고, 열전도도가 40mW/m·k 이하인, 에어로젤 함유 복합재료 조성물이 제공되며, 또한 이 에어로젤 함유 복합재료 조성물로 이루어진 건축재료가 제공된다. 상기 건축재료는 특히 단열보드를 포함한다.
또한, 본 발명에서는,
혼합기 1과 혼합기 2를 포함하며,
상기 혼합기 1은, 에어로젤을 정량 투입할 수 있는 에어로젤 공급장치와; 바인더를 정량 투입할 수 있는 바인더 공급장치와; 임펠러(impeller) 1을 포함하고,
상기 혼합기 2는, 상기 혼합기 1로부터 공급받은 혼합물을 이송하고 정량 투입할 수 있는 이송장치 1과; 섬유를 정량 투입할 수 있는 섬유 공급장치와; 임펠러 2를 포함하는, 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치가 제공된다.
본 발명은 소수성인 에어로젤과 수성 바인더를 먼저 균일하게 분산, 혼화시키는 방법과, 이렇게 해서 얻어진 에어로젤과 수성 바인더의 균일한 혼합물에 섬유를 가해 균일하게 혼화시키는 방법으로, 에어로젤이나 섬유의 손상 없이 그리고 에어로젤의 단열특성의 저하 없이 에어로젤과 수성 바인더와 섬유를 균일하게 혼합하고 혼합물 내에서 에어로젤의 함유량을 높인 복합재료를 제조할 수 있다. 본 발명에 따르면, 단열특성이 우수하고 균일성이 좋은 에어로젤 함유 복합재료를 용이한 방법으로 단시간 내에 제조할 수 있으며, 높은 생산성으로 대량 생산 또한 가능하다. 본 발명의 에어로젤 함유 복합재료 및 이를 포함하는 건축재료는 단열특성이 우수하며, 소재의 균일성이 좋아 보드 등의 건축재료로 제조시 구조 강도 또한 우수하다.
도 1은 본 발명의 에어로젤 함유 복합재료를 제조하기 위한 장치의 모식도이다.
도 2는 섬유를 해사시키기 위한 회전체(17)의 단면도이다.
도 3은 에어로젤(26)과 수성 바인더(27)가 혼화되는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 혼합물 1에 섬유가 혼화되는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 에어로젤 복합재료를 이용한 보드의 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 에어로젤 복합재료를 이용한 보드의 사진이다.
본 발명에서 "포함한다", “구비한다”와 같은 용어는 명세서 상에 기재된 구성이나 단계 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 구성이나 단계 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지는 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의하지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 그러나 본 발명에서 그 의미를 정의한 경우에는 용어의 일반적인 의미가 아닌 정의된 바에 따라 그리고 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 명세서 전체를 통해 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법과 제조장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예들은 본 발명의 내용을 예시하거나 설명하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 다른 형태로도 구체화될 수 있다.
본 발명의 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법은 에어로젤과 수성 바인더를 균일하게 혼화하여 혼합물 1을 얻는 단계와, 혼합물 1에 섬유를 가하고 균일하게 혼화하여 혼합물 2를 얻는 단계를 포함한다.
혼합물 1을 얻는 단계
에어로젤과 수성 바인더를 임펠러가 구비된 혼합기에 투입하고 교반시켜 상기 수성 바인더가 미립자화하면서 상기 에어로젤 사이에 분산되도록 하여 에어로젤과 수성 바인더의 균일한 혼합물 1을 얻는다.
상기 에어로젤은 분말(powder) 또는 그래뉼(granule) 상태가 모두 가능하고, 통상 직경 30㎛ 이하의 입자 크기를 가지며, 매우 소수성이다. 반면 수성 바인더는 통상 입자크기가 에어로젤의 10~20배 이상의 크기이고 친수성이므로, 일반적인 혼합방법으로는 수성 바인더가 에어로젤 사이에 균일하게 분산되기 어렵다. 본 발명에서는 바인더 입자가 에어로젤 입자와 비슷한 크기 내지는 수배 정도의 크기로 쪼개지도록 하기 위해 임펠러를 적어도 2,000 rpm 이상으로 회전시킨다. 2,000 rpm 이상에서 약 10분 이상 교반시키면, 도 2에 도시된 바와 같이, 수성 바인더 입자(2)가 점점 작아져 에어로젤(1) 사이에 균일하게 분산, 혼화된다. 본 발명의 일 실시예에서 사용한 무기바인더인 물유리(waterglass)의 경우 통상 500㎛ 정도의 입자 크기를 갖는데, 도 3에 도시된 바와 같이 교반 초기에는 입자크기가 작은 에어로젤이 바인더 입자를 둘러싸는 형태로 혼화가 진행되다가, 바인더 입자가 더욱 작아지면서 에어로젤 입자 사이에 균일하게 분산되어 균일한 혼합물을 만들게 된다.
균일한 혼합물을 만들기 위해 에어로젤과 수성 바인더는, 바람직하게는 각각 7~30 중량%와 50~85 중량%로 혼합된다. 더욱 바람직하게는, 에어로젤과 수성 바인더는 1~2 : 8~9의 비율로 혼합될 수 있다. 원활하고 균일한 혼화를 위해, 혼합기에 투입될 에어로젤과 수성 바인더의 양을 수회로 나누어 초회 투입량의 혼화가 어느 정도 이루어진 상태에서 다음 회차 분량을 투입하여 혼화할 수 있다.
상기 교반은, 2,000 rpm 이상으로 수행하며, 바람직하게는 2,000~15,000 rpm으로 5~20 분간, 더욱 바람직하게는 3,000~15,000 rpm으로 10 내지 20분간 행한다. 고속교반을 통해 수성 바인더의 입자가 에어로젤과 비슷한 입자 크기에서 수배 정도의 크기로 쪼개지도록 하여야 하는데, 이를 위해서는 적어도 2,000 rpm 이상으로 일정 시간 고속 교반하는 것이 필요하다. 이러한 교반 과정을 통해, 바람직하게는 상기 수성 바인더의 입자를 적어도 200㎛ 이하로 미립자화하며, 더욱 바람직하게는 100㎛ 이하로 미립자화한다.
상기 수성 바인더는 수성의 유기바인더와 무기바인더가 모두 가능하며, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 같이 사용할 수 있다. 유기바인더로 바람직하게는, 수성아크릴수지, 수성우레탄수지 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 유기바인더가 이에 한정되는 것은 아니다. 무기바인더로 바람직하게는, 물유리(waterglass)나 특수 시멘트인 그라우트(grout) 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 무기바인더가 이에 한정되는 것은 아니다.
혼합물 2를 얻는 단계
상기에서 얻은 혼합물 1에 섬유를 가하고 교반시켜 에어로젤과 수성 바인더의 혼합물에 섬유를 균일하게 혼화시킨 혼합물 2를 얻는다.
상기 섬유는 무기섬유와 유기섬유가 모두 가능하며, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 같이 사용할 수 있다. 무기섬유로 바람직하게는, 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber) 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 무기섬유가 이에 한정되는 것은 아니다. 유기섬유로 바람직하게는, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 무기섬유가 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 섬유는 바람직하게는 길이가 100㎜ 이하인 것을 사용한다. 더욱 바람직하게는 길이 10㎜ 이하의 단섬유를 사용한다. 그러나 단열보드의 강도를 증대시키기 위해 필요할 경우 100㎜ 이하에서 길이가 상대적으로 긴 섬유를 일부 포함시켜 사용할 수 있으며, 특히 길이 50㎜ 정도의 섬유를 포함시켜 사용할 수 있다. 섬유가 뭉치게 되면 복합재료의 단열특성을 저하시키고 건축재료로 제조시 구조강도를 저하시키게 된다. 따라서 바람직하게는 섬유를 해사(解絲)시키는 단계를 거쳐 해사된 섬유를 상기 혼합물 1과 혼합시킨다. 상기 혼합물 1(에어로젤 7~30 중량%, 수성 바인더 50~85 중량%)에 섬유는 바람직하게는 7~30 중량%로 혼합시킨다.
혼합물 1에 섬유를 가한 후의 교반은, 혼합물 1을 얻는 단계에서의 교반과 달리, 섬유가 절단되지 않도록 상대적으로 아주 낮은 저속으로 행하는 것이 좋다. 혼합물 1에 섬유를 가한 후의 교반은, 바람직하게는 10~150 rpm으로 행한다. 더욱 바람직하게는, 10 내지 30 rpm의 저속으로 1분 이상 1차 교반하여 섬유와 혼합물 1을 어느 정도 혼화시킨 후 50~150 rpm으로 속도를 높여 3분 이상 2차 교반하는 2단계 교반을 한다. 이렇게 할 경우 섬유가 절단되는 등의 섬유 손상은 최소화하면서도 섬유가 뭉치지 않고 혼합물 1에 고르게 분산되어 균일한 혼합물을 만들 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 1차 교반은 1~15분간 행하고, 2차 교반은 50~90 rpm으로 3~15분간 행한다.
혼합물 2는 상기 혼합물 1에서 미리 에어로젤(1) 사이에 균일하게 분산되어 있는 수성 바인더 미립자(2)를 매개로 섬유(3)가 분산되는 것으로, 본 단계의 혼합과정을 통해 분산된 섬유(3)가 수성 바인더 미립자(2)에 붙음으로써 섬유가 에어로젤(1) 사이에 균일하게 분산되게 되는 형태가 된다. 도 4는 혼합물 1에 섬유가 혼화되는 과정을 나타내는 모식도이다.
상기와 같은 단계를 거쳐 에어로젤과 수성 바인더와 섬유가 균일하게 혼합된 본 발명의 에어로젤 함유 복합재료가 얻어진다. 본 발명의 제조방법은 에어로젤과 수성 바인더와 섬유를 각 소재의 손상이나 단열특성의 저하 없이 균일하게 혼합시킬 수 있고, 에어로젤에 혼합되는 소재가 특정하게 제한되지 않아 단열특성이 좋고 건축재료로 제조시 구조강도가 좋은 섬유와 수성 바인더를 선택해서 사용할 수 있으므로, 단열특성이 우수하고 구조강도가 좋은 복합재료를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법은 비교적 용이한 방법으로 단시간 내에 에어로젤 함유 복합재료를 제조할 수 있으며, 생산성이 좋고 대량 생산이 가능하다.
본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 에어로젤 함유 복합재료 조성물은,
(a) 에어로젤 7~30 중량%와;
(b) 수성아크릴수지, 수성우레탄수지, 물유리(waterglass) 및 그라우트(grout)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 수성 바인더 50~85 중량%와;
(c) 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유 7~30 중량%를 포함하고, 열전도도가 40mW/m·k 이하이다.
에어로젤 함유 복합재료 조성물은 단열보드를 비롯한 다양한 건축재료의 소재로 사용될 수 있다. 본 발명의 복합재료 조성물을 사용한 건축재료는 단열 특성이 우수하고, 구조강도가 좋은 장점이 있다.
본 발명의 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법은, 본 발명에 따른 제조장치를 사용하여 더욱 효과적으로 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치의 바람직한 실시예는 도 1과 같다.
본 발명에 따른 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치는 혼합기 1(10)과 혼합기 2(20)를 포함한다. 혼합기 1(10)은 에어로젤을 정량 투입할 수 있는 에어로젤 공급장치(11)와, 바인더를 정량 투입할 수 있는 바인더 공급장치(12)와, 임펠러1(13)을 포함한다. 에어로젤 공급장치(11)와 바인더 공급장치(12)에는 공급량 조절장치(17, 18)가 구비되어 각각 에어로젤과 바인더를 설정된 양에 따라 정확하게 투입할 수 있다.
혼합기 1(10)에서는 에어로젤 공급장치(11)와 바인더 공급장치(12)를 통해 각각 설정된 양으로 정량 투입된 에어로젤과 수성 바인더를 임펠러1(13)를 회전시켜 균일하게 혼합하여 혼합물 1을 만든다.
혼합기 2(20)는 상기 혼합기 1로부터 공급받은 혼합물 1을 이송하여 정량 투입할 수 있는 이송장치 1(21)과; 섬유를 정량 투입할 수 있는 섬유 공급장치(22)와; 임펠러 2(23)를 포함한다. 상기 혼합기 1(10)에서 에어로젤과 수성 바인더를 혼합하여 만든 혼합물 1은 혼합기 1(10)과 연결된 저장장치 1(30)로 보내진 후 저장장치 1과 연결된 이송장치 1(21)을 통해 혼합기 2(20)로 보내진다. 다른 실시예에서는 혼합기 1(10)에 직접 이송장치 1을 연결하여 만들어진 혼합물 1을 그대로 이송장치 1을 통해 혼합기 2(20)로 보낼 수도 있다. 이송장치 1(21)은 혼합물 1을 혼합기 2(20)로 정량 이송할 수 있다.
섬유 공급장치(22)는 외부에서 공급받은 섬유를 혼합기 2(20)에 정량 투입하게 된다. 섬유 공급장치(22)는, 섬유를 해사시키기 위한 섬유해사장치를 더 포함할 수 있다. 또한, 섬유 공급장치(22)는, 바람직하게는 섬유를 뭉침없이 혼합기 2(20)로 이송하기 위한 섬유공급회전체(25)를 하단에 더 포함할 수 있다.
상기 섬유해사장치는, 바람직하게는 핀(28)이 구비된 회전체(27)를 1개 이상 포함한다. 도 2는 회전체(27)의 단면도이다. 상기 회전체(27)는 바람직하게는 3~15㎝ 길이의 핀(28)을 복수개 포함한다. 상기 섬유해사장치는, 더욱 바람직하게는 핀이 구비된 회전체(27)를 2~3개 포함한다. 또한, 상기 섬유해사장치는 섬유를 부유시키기 위한 에어블로워(air blower)(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
상기 임펠러 2(23)는 형태에 특별히 제한이 있지는 않으나, 바람직하게는 막대형태 또는 리본형태(도시되지 않음)일 수 있다.
혼합기 2(20)에서는 이송장치 1(21)과 섬유 공급장치(22)를 통해 각각 설정된 양으로 정량 투입된 혼합물 1과 섬유를 임펠러 2(23)를 회전시켜 균일하게 혼합하여 혼합물 2를 만든다. 혼합기 2(20)의 하단에는, 바람직하게는 만들어진 혼합물 2를 저장하기 위한 저장장치 2(40)가 연결될 수 있다. 저장장치 2(40)는 바람직하게는 혼합기 2를 균일하게 이송하기 위한 회전체 형태의 이송장치 2(41)를 더 포함할 수 있다.
이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
에어로젤 분말 240 g과 물유리 1.68 kg을 혼합기에 넣고 15,000 rpm에서 10 분간 교반시켜 혼합물 1을 만들었다. 혼합물 1에 길이 5 ㎜ 이하의 세라믹 섬유 240 g을 가하고 20 rpm에서 1분간 교반한 후 60 rpm에서 3분간 교반시켜 혼합물 2인 에어로젤 함유 복합재료를 만들었다. 얻어진 에어로젤 함유 복합재료에 압력을 가해 두께 25 ㎜, 가로 300 ㎜, 세로 300 ㎜ 크기의 보드형상으로 제조하였다. 제조된 보드의 열전도도를 측정하였으며, 결과는 33 mW/mK 이었다. 도 5는 제조된 보드의 사진이다.
에어로젤 분말 240 g, 물유리 1.68 kg을 혼합기에 넣고 15,000 rpm에서 10 분간 교반시켜 혼합물 1을 만들었다. 혼합물 1에 길이 5 ㎜ 이하의 유리섬유 240 g을 가하고 20 rpm에서 1분간 교반한 후 60 rpm에서 3분간 교반시켜 에어로젤 함유 복합재료를 만들었다. 얻어진 에어로젤 함유 복합재료에 압력을 가해 두께 25 ㎜, 가로 300 ㎜, 세로 300 ㎜ 크기의 보드형상으로 제조하였다. 제조된 보드의 열전도도를 측정하였으며, 결과는 24 mW/mK 이었다. 도 6은 제조된 보드의 사진이다.
에어로젤 분말 240 g, 수성우레탄수지 1.5 kg을 혼합기에 넣고 15,000 rpm에서 10 분간 교반시켜 혼합물 1을 만들었다. 혼합물 1에 길이 4 ㎜ 이하의 PP섬유 300g을 가하고 20 rpm에서 1분간 교반한 후 60 rpm에서 3분간 교반시켜 에어로젤 함유 복합재료를 만들었다. 얻어진 에어로젤 함유 복합재료에 압력을 가해 두께 30㎜, 가로 300 ㎜, 세로 300 ㎜ 크기의 보드형상으로 제조하였다. 제조된 보드의 열전도도를 측정하였으며, 결과는 23 mW/mK 이었다.
1: 에어로젤 2: 수성 바인더
3: 섬유 10: 혼합기 1
11: 에어로젤 공급장치 12: 바인더 공급장치
13: 임펠러 1 17, 18: 공급량 조절장치
20: 혼합기 2 21: 이송장치 1
22: 섬유 공급장치 23: 임펠러 2
24: 모터 25: 섬유공급회전체
27: 회전체 28: 핀
30: 저장장치 1 40: 저장장치 2
41: 이송장치 2

Claims (23)

  1. (a) 에어로젤과 수성 바인더를 전체 복합재료 중 각각 7~30 중량%와 50~85 중량%로 혼합기에 투입하고 2,000~15,000 rpm으로 5~20 분간 교반시켜 상기 수성 바인더를 미립자화하면서 상기 에어로젤 사이에 분산시켜 에어로젤과 수성 바인더가 균일하게 혼화된 혼합물 1을 얻는 단계와;
    (b) 상기 혼합물 1에 섬유를 전체 복합재료 중 7~30 중량%로 가하고 10~150 rpm으로 교반시켜 에어로젤과 수성 바인더와 섬유를 균일하게 혼화시킨 혼합물 2를 얻는 단계;
    를 포함하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계의 교반은 3,000~15,000 rpm으로 10 내지 20분간 행해지는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계는 상기 수성 바인더를 200㎛ 이하로 미립자화하여 상기 에어로젤 사이에 분산시켜 균일하게 혼화하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 섬유는 해사(解絲)시키는 단계를 거친 후 상기 혼합물 1에 가해지는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 섬유는 길이가 100㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계의 에어로젤은 분말(powder) 또는 그래뉼(granule) 상태인 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 수성 바인더는 수성아크릴수지, 수성우레탄수지, 물유리(waterglass) 및 그라우트(grout)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 섬유는 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계의 교반은 10 내지 30 rpm의 1차 교반과 50~150 rpm의 2차 교반의 2단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조방법.
  11. (a) 에어로젤 7~30 중량%와;
    (b) 수성아크릴수지, 수성우레탄수지, 물유리(waterglass) 및 그라우트(grout)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 수성 바인더 50~85 중량%와;
    (c) 유리섬유(glass fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 섬유 7~30 중량%를 포함하고,
    열전도도가 40mW/m·k 이하인, 에어로젤 함유 복합재료 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 수성 바인더는 200㎛ 이하로 미립자화되어 조성물 내에 균일하게 분산되는 있는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료 조성물.
  13. 제11항에 있어서, 상기 섬유는 길이 100㎜ 이하의 해사된 섬유인 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료 조성물.
  14. 제11항에 있어서, 상기 에어로젤은 분말(powder) 또는 그래뉼(granule) 상태인 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료 조성물.
  15. 제11항의 에어로젤 함유 복합재료 조성물로 이루어진 건축재료.
  16. 제15항에 있어서, 상기 건축재료는 단열보드인 것을 특징으로 하는 건축재료.
  17. 에어로젤을 정량 투입할 수 있는 에어로젤 공급장치와; 바인더를 정량 투입할 수 있는 바인더 공급장치와; 공급받은 상기 에어로젤과 바인더를 2,000~15,000 rpm의 고속으로 교반할 수 있는 임펠러 1이 구비된 교반장치를 포함하는 혼합기 1과,
    상기 혼합기 1에서 만든 혼합물 1을 이송받아 저장하는 저장장치와,
    상기 저장장치로부터 상기 혼합물 1을 이송받아 정량 투입하는 이송장치와; 섬유를 정량 투입할 수 있는 섬유 공급장치와; 공급받은 상기 혼합물 1과 섬유를 10~150 rpm의 저속으로 교반할 수 있는 임펠러 2가 구비된 교반장치를 포함하는 혼합기 2로 이루어지는, 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 섬유 공급장치는, 섬유를 해사시키기 위한 섬유해사장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 섬유해사장치는 핀이 구비된 회전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 회전체는 3~15㎝ 길이의 핀을 복수개 구비된 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유해사장치는 상기 핀이 구비된 회전체를 2개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치.
  22. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유해사장치는 섬유를 부유시키기 위한 에어블로워(air blower)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치.
  23. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임펠러 2는 막대형태 또는 리본형태인 것을 특징으로 하는 에어로젤 함유 복합재료의 제조장치.
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