KR20100065692A - Plate type inorganic material-aerogel complex and method for preparing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
발명의 분야Field of invention
본 발명은 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 에어로겔을 판상 구조의 무기물과 함께 복합체를 형성함으로써, 가공성, 단열성, 난연성, 내열성, 가스차폐성이 우수한 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inorganic-aerogel composite having a plate-like structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to forming a composite with an aerogel together with an inorganic substance having a plate-like structure. The present invention relates to an inorganic-aerogel complex and a method for producing the same.
발명의 배경Background of the Invention
냉장고 시트 및 폴리우레탄, EPS 등의 단열 용도로 사용되는 폴리머는 에너지 절감 측면에서 보다 더 높은 단열 특성이 요구되고 있다. 더불어 원료투입량을 줄이고 단위 중량을 감소시켜 원가를 절감하기 위한 노력이 진행되고 있다.Polymers used for heat insulating applications such as refrigerator sheets, polyurethane, and EPS require higher heat insulating properties in terms of energy saving. In addition, efforts are being made to reduce costs by reducing the input amount of raw materials and reducing the unit weight.
이러한 단열 특성을 갖는 충진재로서 에어로겔이 주목되고 있다. 그러나, 에 어로겔은 구조적으로 내부 기공에 공기를 90% 이상 함유하기 때문에, 밀도가 너무 낮아 수지와 가공할 때 비산이 심해 수지에 함침시키기 어려울 뿐만 아니라 일부 함침되더라도 밀도차이가 너무 커서 잘 섞이지 않는 문제를 야기하여 외관 불량 및 물성 저하 등의 문제를 발생시킨다. 또한 부피 분율로 50 부피% 이상 섞여야 열전달을 효율적으로 차단하여 충진에 의한 단열 효과를 발휘하게 되지만, 현재까지는 분말 자체로는 이러한 높은 수준의 혼합 비율로 가공하는 것은 불가능하다.Aerogels have attracted attention as fillers having such heat insulating properties. However, since the airgel structurally contains more than 90% of air in the internal pores, the density is so low that it is difficult to impregnate the resin due to severe scattering when processing with the resin, and the density difference is too large to mix well even if partially impregnated. It causes problems such as poor appearance and deterioration of physical properties. In addition, at least 50% by volume must be mixed in a volume fraction to effectively block heat transfer to exert an insulating effect by filling. However, to this day, powders cannot be processed at such high levels of mixing.
이러한 이유들로 인해 기존 에어로겔 분말로 인한 문제점을 보완하면서 이들이 첨가된 수지에서 단열 효과 발현 및 외관 불량을 야기하지 않는 효과적인 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.For these reasons, there is an urgent need for an effective technology that complements the problems caused by existing airgel powders and does not cause thermal insulation effects and appearance defects in the added resins.
한편, 에어로겔 골격에 Ti, Fe 등과 같이 Si에 비해 무거운 원소들을 도입하여 구조 강화 및 밀도 증진하려고 한 시도가 있다. 예로서, 미국 TAASI社 전이금속 함유한 에어로겔 제품이 있고, Ti, Co 등 함유된 에어로겔 관련 다수 논문이 발표되기도 하였다.On the other hand, there is an attempt to strengthen the structure and increase the density by introducing elements heavier than Si, such as Ti, Fe in the airgel skeleton. For example, there are aerogel products containing transition metals of TAASI Co., Ltd., and many articles related to aerogels containing Ti, Co, etc. have been published.
본 발명의 목적은 가공성이 우수한 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide an inorganic-aerogel composite having a plate-like structure excellent in processability.
본 발명의 다른 목적은 수지에 적용시 단열성, 난연성, 내열성, 가스차폐성이 향상되는 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide an inorganic-aerogel composite having a plate-like structure which is improved in heat insulation, flame retardancy, heat resistance, gas shielding when applied to a resin.
본 발명의 또 다른 목적은 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for preparing an inorganic-aerogel composite having a plate-like structure.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
발명의 요약 Summary of the Invention
본 발명은, 판상 구조의 무기물을 0.1 내지 95 wt%로 함유하는 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 제공한다.The present invention provides a plate-like inorganic-aerogel composite containing 0.1 to 95 wt% of a plate-shaped inorganic material.
바람직하게는, 상기 본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체의 기공률은 50 내지 99 %이고, 비표면적은 100 내지 1000 ㎡/g이다.Preferably, the porosity of the inorganic-aerogel composite of the plate-like structure according to the present invention is 50 to 99%, the specific surface area is 100 to 1000 m 2 / g.
상기 본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체의 형성은 졸-겔(sol-gel) 반응으로써 형성된 화학 결합에 의할 수 있다. Formation of the inorganic-aerogel complex of the plate-like structure according to the present invention may be by a chemical bond formed by a sol-gel (sol-gel) reaction.
상기 졸-겔 반응을 위하여, 바람직하게는, 판상 구조의 무기물은 표면에 -OH기를 갖는다.For the sol-gel reaction, preferably, the inorganic substance of the plate structure has a -OH group on the surface.
본 발명은 또한, 표면에 -OH기를 갖는 판상 구조의 무기물을 분산시킨 수용액과 이온 교환된 물유리 용액을 혼합한 혼합물을 준비하고; 상기 혼합물의 pH를 조절하여 겔화시키고; 그리고 생성된 겔을 초임계, 동결, 또는 상압 건조하여 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체 분말을 형성하는 단계를 포함하는 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a mixture of an aqueous solution obtained by dispersing an inorganic substance having a plate-like structure having an -OH group on its surface and an ion exchanged water glass solution; Gelling by adjusting the pH of the mixture; And it provides a method for producing an inorganic-aerogel composite of the plate-like structure comprising the step of forming the inorganic-aerogel complex powder of the plate-like structure by supercritical, freezing, or atmospheric pressure drying the resulting gel.
바람직하게는, 상기 이온 교환된 물유리 용액의 농도는 3 내지 10 wt%이다.Preferably, the concentration of the ion exchanged water glass solution is 3 to 10 wt%.
이하 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다. Hereinafter, specific contents of the present invention will be described in detail below.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명Detailed Description of the Invention
본 발명은 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 제공한다. 본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체의 판상 구조의 무기물의 함량비는 0.1 내지 95 wt%이다. 에어로겔은 초저밀도 물질로서 비산이 심하기 때문에 가공성이 떨어지는데, 본 발명에서는 에어로겔을 판상 구조의 무기물과 함께 복합체를 형성함으로써, 밀도를 어느 정도 높이게 됨에 따라 가공성을 향상시킨다. 더불어, 본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 수지에 첨가시 가공성, 단열성, 난연성, 내열성, 가스차폐성 등을 향상시킬 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.The present invention provides an inorganic-aerogel complex having a plate-like structure. The content ratio of the inorganic substance of the plate-like structure of the inorganic-aerogel complex of the plate-shaped structure which concerns on this invention is 0.1-95 wt%. Aerogels are extremely low density materials, which are highly scattered, resulting in poor workability. In the present invention, the airgel forms a composite with an inorganic substance having a plate-like structure, thereby improving workability as the density is increased to some extent. In addition, when the inorganic-aerogel composite having a plate-like structure according to the present invention is added to the resin, it is possible to obtain an advantage of improving workability, heat insulation, flame retardancy, heat resistance, gas shielding properties, and the like.
본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체은 에어로겔 합성시 졸(sol) 상태에서 판상 구조의 무기물을 투입하여 제조하는데, 이때 판상 구조의 무기물의 표면에 -OH기를 갖는 것을 사용함으로써, 에어로겔이 합성되면서, 상기 판상 구조의 무기물 표면의 -OH와 함께 졸-겔(sol-gel) 반응을 하게 되고, 그 결과 판상 구조의 무기물과 에어로겔이 연결된 복합체가 형성되게 된다. 따라서, 상기 판상 구조의 무기물과 에어로겔은 화학 결합으로 형성될 수 있다.Inorganic-airgel composite of the plate-like structure according to the present invention is prepared by injecting a plate-like inorganic in the sol (sol) state during the synthesis of the airgel, wherein the airgel is synthesized by using a -OH group on the surface of the inorganic structure of the plate-like structure In addition, a sol-gel reaction is performed with -OH on the surface of the inorganic material of the plate structure, and as a result, a complex in which the inorganic material and the airgel of the plate structure is connected is formed. Therefore, the inorganic material and the airgel of the plate-like structure may be formed by chemical bonding.
상기와 같이 본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 제조할 때, 중요한 것은, 일정 기공률을 확보함으로써 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체가 에어로겔로서의 특성을 유지시키게 하는 것이다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체에서, 기공률은 50 내지 99 %이고, 비표면 적이 100 내지 1000 ㎡/g이다. 이러한, 기공률은 판상 구조의 무기물과 에어로겔의 함량을 어떻게 조절하는지에 따라서 조절이 가능하다. 따라서, 판상 구조의 무기물의 중량비가 95wt% 이상으로 상대적으로 판상 구조의 무기물의 함량이 높아지게 되면, 기공률이 낮아져서 원하는 정도의 단열성을 얻지 못하게 되고, 판상 구조의 무기물의 중량비가 0.1 wt% 미만으로 상대적으로 판상 구조의 무기물의 함량이 적어지게 되면, 최종 복합체의 밀도를 원하는 정도 만큼 높이지 못하게 되거나, 판상 구조의 무기물로부터 얻을 수 있는 특성인 난열성, 내열성, 가스차폐성 등의 효과를 원하는 만큼 달성하지 못하게 된다. 한편, 에어로겔과 판상 구조의 무기물의 밀도차이가 약 20배 이상이므로, 판상 구조의 무기물이 무게비로는 95wt% 일지라도 부피비로는 50부피% 정도가 된다. 부피비 측면에서 볼 때, 판상 구조의 무기물이 과도하게 많아지게 되면 열전달경로가 에어로겔 보다는 판상 구조의 무기물이 우세하게 되어 단열 효과가 떨어지게 된다.As described above, when preparing the inorganic-aerogel complex of the plate-like structure according to the present invention, it is important to ensure that the inorganic-aerogel complex of the plate-like structure to maintain the characteristics as an aerogel by securing a constant porosity. Preferably, in the plate-shaped inorganic-aerogel composite according to the present invention, the porosity is 50 to 99% and the specific surface area is 100 to 1000 m 2 / g. The porosity can be adjusted depending on how the content of the inorganic and airgel of the plate-like structure is controlled. Therefore, when the weight ratio of the inorganic material of the plate-like structure is higher than 95 wt%, the content of the inorganic material of the plate-like structure is increased, the porosity is lowered to obtain the desired degree of thermal insulation, the weight ratio of the inorganic material of the plate-like structure is less than 0.1 wt% Therefore, when the inorganic content of the plate structure decreases, the density of the final composite may not be increased as much as desired, or the heat resistance, heat resistance, gas shielding properties, etc., which are obtained from the inorganic material of the plate structure, may not be achieved as desired. I can't. On the other hand, since the difference in density between the aerogels and the plate-shaped inorganic material is about 20 times or more, even if the inorganic material of the plate-like structure is 95wt% by weight, the volume ratio is about 50% by volume. In terms of volume ratio, when the plate-like inorganic material is excessively large, the heat transfer path becomes superior to the plate-shaped inorganic material rather than the airgel, and thus the insulation effect is reduced.
상기와 같이 적정한 함량비로서 형성된 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체는, 바람직하게는, 밀도가 0.1 내지 1 g/㎤이다. 가공성 및 단열성 향상에 중점을 두게 되는 경우라면, 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체의 밀도가 0.1 내지 0.3 g/㎤인 것이 바람직하다. 또한, 가스차폐성, 난연성 및 내열성 향상에 중점을 두게 되는 경우라면, 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체의 밀도가 0.3 내지 1 g/㎤인 것이 바람직하다. The inorganic-aerogel composite having a plate-like structure formed as an appropriate content ratio as described above, preferably has a density of 0.1 to 1 g / cm 3. When the emphasis is placed on processability and thermal insulation improvement, the density of the inorganic-aerogel composite having a plate-like structure is preferably 0.1 to 0.3 g / cm 3. In addition, when the emphasis is placed on gas shielding, flame retardancy, and heat resistance improvement, the density of the plate-shaped inorganic-aerogel composite is preferably 0.3 to 1 g / cm 3.
본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체에 포함된 에어로겔은 공지된 에어로겔로서 이해될 수 있는 바, 특정한 종류의 에어로겔에 관한 것으로 한정되지 않고, 유기계인 경우도 가능하다.The airgel included in the plate-shaped inorganic-aerogel complex according to the present invention can be understood as a known airgel, and is not limited to a specific kind of airgel, and may be organic.
상기 에어로겔의 골격 성분은 특별한 제한이 없다. 이하에서 사용된 "에어로겔의 골격"은 에어로겔에서 공기성분을 제외한 부분을 의미한다. 예컨대, 상기 골격 성분으로 금속, 금속산화물 또는 이들의 조합이 사용될 수 있으며, 고분자와 같은 비금속 물질도 가능하다. 이중 바람직하게는 금속 산화물이다. 상기 금속 산화물로는 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화지르코늄(ZrO2), 산화주석(SnO2), 산화칼슘(CaO), 산화철(Fe2O3, Fe3O4), 산화마그네슘(MgO), 산화이트륨(Y2O3), 산화인듐(In2O3) 등과 알루미노실리케이트, 티타노실리케이트, ITO 등과 같이 이성분 이상의 금속성분이 혼합된 금속산화물 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다. 이중 바람직하게는 이산화규소이다. 본 발명의 다른 구체예에서는 상기 금속산화물 골격에 주석(Sn), 철(Fe), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 지르코늄(Zr), 칼슘(Ca), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 바륨(Ba), 이트륨(Y), 인(P) 등이 골격의 일부로 더 포함할 수 있다. 상기 원소는 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다.The skeleton component of the airgel is not particularly limited. As used herein, the "skeleton of an airgel" refers to a portion of an aerogel excluding air components. For example, a metal, a metal oxide, or a combination thereof may be used as the skeleton component, and a nonmetallic material such as a polymer may be used. Among these, metal oxides are preferable. The metal oxide may be silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), zirconium oxide (ZrO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), calcium oxide (CaO), iron oxides (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), magnesium oxide (MgO), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), and aluminosilicates, titanosilicates, ITO, etc. As such, a metal oxide in which two or more metal components are mixed may be used, but is not necessarily limited thereto. These may be used alone or in combination of two or more thereof. Among these, silicon dioxide is preferable. In another embodiment of the present invention in the metal oxide skeleton tin (Sn), iron (Fe), zinc (Zn), magnesium (Mg), zirconium (Zr), calcium (Ca), silicon (Si), aluminum (Al ), Titanium (Ti), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), barium (Ba), yttrium (Y), phosphorus (P) may be further included as part of the skeleton. The above elements may be used alone or in combination of two or more thereof.
본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체에 포함된 판상 구조의 무기물은 그 형태가 특정되지 않는다. 따라서 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 제조하기 위하여 일반적으로 공지된 판상 구조의 무기물이 자유롭게 사용될 수 있다. 다만, 그 두께가 바람직하게는, 10 ㎚ 내지 10 ㎛이다. 판상 구조의 무기물 의 두께가 10 ㎚ 미만인 것을 사용하게 되면, 무게 증량 효과 및 가스차폐성 측면에서 불리한 문제가 있을 수 있고, 두께가 10 ㎛을 초과하게 되면 비표면적이 낮아져 그만큼 에어로겔과의 연결 부위가 작아지게 되고, 또한 이를 수지에 투입하면 너무 큰 판상 구조물이 혼입되게 되어 수지의 물성을 저하시킬 수 있으므로, 본 발명에서 원하는 효과를 얻지 못하게 된다.The shape of the plate-shaped inorganic material contained in the plate-shaped inorganic-aerogel complex according to the present invention is not specified. Therefore, generally known plate-like inorganic materials can be freely used to prepare the plate-shaped inorganic-aerogel composite. However, the thickness is preferably 10 nm to 10 m. When the thickness of the plate-shaped inorganic material is less than 10 nm, there may be disadvantageous problems in terms of weight increase effect and gas shielding property. When the thickness exceeds 10 μm, the specific surface area is lowered so that the connection area with the aerogel is small. In addition, when it is added to the resin, too large plate-like structure is mixed and may decrease the physical properties of the resin, it is impossible to achieve the desired effect in the present invention.
상기 판상 구조의 무기물의 구체적인 예를 들면, 클레이(clay), 탈크(talc), 미카(mica), LDH(layered double hydroxide, hydrotalcite), 카올린 클레이(kaolin clay), 판상 알루미노실리케이트(예를 들면, ZSM-5 등) 등 판상 구조의 금속실리케이트류(metallosilicate)를 들 수 있고, 이들을 하나 이상 사용하여 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 제조할 수도 있다.Specific examples of the plate-shaped inorganic material include clay, talc, mica, layered double hydroxide (LDH), kaolin clay, plate aluminosilicate (eg , ZSM-5, etc.), metallosilicates having a plate-like structure, and one or more thereof may be used to prepare an inorganic-aerogel composite having a plate-like structure.
또한, 본 발명은 판상 구조의 무기물을 분산시킨 수용액과 이온 교환된 물유리 용액을 혼합하고; 상기 혼합물의 pH를 조절하여 겔화시키고; 그리고 생성된 겔을 건조하여 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체 분말을 형성하는 단계를 포함하는 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention is mixed with an aqueous solution in which the inorganic substance of the plate-like structure is dispersed and an ion-exchanged water glass solution; Gelling by adjusting the pH of the mixture; And it provides a method for producing an inorganic-aerogel complex of the plate-like structure comprising the step of drying the resulting gel to form an inorganic-aerogel complex powder of the plate-like structure.
상기 물유리는 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산알칼리염의 수용액으로, 일반적으로 에어로겔을 제조하는 실리카의 무기질 전구 물질이다. 이러한 물유리를 탈이온수로 희석하여 원하는 농도로 맞추어 사용할 수 있다. 바람직하게는 물유리 용액의 농도는 3 내지 10 wt% 으로 사용한다. 물유리의 농도는 최종 형성되는 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체의 에어로겔 형성에 영향을 미친다. 즉, 3 w% 미만 농도의 물유리를 사용하게 되면, 에어로겔 형성이 잘 되지 않고, 물유리의 농도가 10 w%를 초과하는 농도의 물유리를 사용하게 되면, 이온교환단계에서 겔화가 일어나 에어로겔 구조가 제대로 형성되지 않는다.The water glass is an aqueous solution of an alkali silicate salt obtained by melting silicon dioxide and an alkali, and is generally an inorganic precursor of silica to prepare an airgel. This water glass can be diluted with deionized water and used to the desired concentration. Preferably the concentration of the water glass solution is used in 3 to 10 wt%. The concentration of water glass affects the aerogel formation of the inorganic-aerogel complex of the plate-like structure that is finally formed. That is, when water glass with a concentration of less than 3 w% is used, airgel formation is not good, and when water glass with a concentration of water glass is more than 10 w% is used, gelation occurs in the ion exchange step so that the airgel structure is properly formed. Not formed.
상기와 같은 물유리를 이온 교환 수지와 혼합하여, Na+ 이온을 H+로 교환한 다음, 이를 판상 구조의 무기물을 분산시킨 수용액과 혼합한다.The water glass as described above is mixed with an ion exchange resin, Na + ions are exchanged with H +, and then mixed with an aqueous solution in which inorganic substances having a plate structure are dispersed.
본 발명의 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체 제조 방법에서 사용되는 판상 구조의 무기물은 표면에 -OH기를 갖는 것을 사용하여 졸-겔 반응이 가능하다.The plate-shaped inorganic material used in the plate-shaped inorganic material-airgel composite manufacturing method of the present invention is capable of a sol-gel reaction by using a -OH group on its surface.
이러한 판상 구조 무기물을 미리 물에 분산시켜 박리(exfoliation) 시킨 다음, 이를 물유리 용액에 적가하면서(dropwise) 교반하여 혼합한다. 이어서, 암모니아수 등의 염기를 사용하여 상기 혼합물의 pH를 3.5 내지 5.0로 조절하면, 겔화(gelation)가 진행된다. 겔화가 완료될 때까지 계속 교반상태를 유지한다. 이와 같이 상온에서 겔화가 완료되면, 50 내지 85 ℃의 온도를 가하여 1 내지 24 시간 동안 숙성시킨다. 이때, 겔이 건조되지 않도록 증류수를 투입한다. 이후, 용매 치환을 수행하고, 필요에 따라서 표면 개질을 더 수행할 수 있다. 이와 같이 얻은 겔을, 통상적으로 에어로겔을 제조하기 위하여 사용하는 초임계 유체 추출법, 동결 건조법, 상압 건조법 등을 이용하여 건조시킴으로써 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 얻는다.This plate-shaped inorganic material is previously dispersed in water to exfoliate, and then mixed by dropwise dropping it into a water glass solution. Subsequently, when the pH of the mixture is adjusted to 3.5 to 5.0 using a base such as ammonia water, gelation proceeds. Continue stirring until gelation is complete. As such gelling is completed at room temperature, it is aged for 1 to 24 hours by adding a temperature of 50 to 85 ℃. At this time, distilled water is added to prevent the gel from drying. Subsequently, solvent substitution can be performed, and surface modification can be further performed as necessary. The gel thus obtained is dried by using a supercritical fluid extraction method, a freeze drying method, an atmospheric pressure drying method, or the like, which is usually used for producing an airgel, to obtain an inorganic-airgel composite having a plate-like structure.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be further illustrated by the following examples, which are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit or limit the scope of the present invention.
실시예Example
실시예 1Example 1
클레이(clay) (Southern Clay社 Cloisite® Na+) 2.2g을 증류수 70g에 넣고 24시간 동안 상온에서 교반하여 판상 구조 무기물이 분산된 수용액을 준비하였다. 한편, 물유리 (KS-3, 에스켐텍社) 55g을 증류수 145g으로 묽힌 다음, 이를 이온 교환 수지 (Duolite C-20, Rohm & Haas社 Duolite C-20) 200g과 혼합하여, 20분 동안 교반한 후 여과하여 물유리의 Na+이온을 H+로 교환하였다. 이때, pH는 2.7 이었다. 미리 준비한 판상 구조 무기물을 분산시킨 수용액을 물유리 용액에 적가하여 투입하고, 교반상태를 유지하였다. 이 혼합 용액을 암모니아수로 pH 4.7로 맞추어 겔화(gelation)하였다. 겔화가 완료될 때 까지 계속 교반 상태를 유지하였다. 상온에서 겔화를 완료시킨 후 50℃ 오븐에 넣고 24시간 숙성시켰다. 이때, 겔이 건조되지 않도록 증류수 투입하였다. 이후, 물을 따라내 버리고 겔이 잠길 정도의 에탄올 넣고 12시간 마다 새 에탄올로 3번 교환하여 용매를 치환하였다 (50℃ 유지). 이어서, 트리메틸클로로실란 100g 및 n-헥산 1000g의 혼합 용액에 상기 겔을 넣고 상온에서 5일 방치하여 표면 개질을 수행하였다. 이후, n-헥산으로 세척한 뒤 50℃에서 24시간 동안, 100℃에서 2시간 동안, 170℃에서 2시간 동안 건조를 수행하여 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 얻었다.2.2 g of clay (Southern Clay Cloisite ® Na + ) was added to 70 g of distilled water, and stirred at room temperature for 24 hours to prepare an aqueous solution in which the plate-shaped inorganic material was dispersed. Meanwhile, 55 g of water glass (KS-3, Schemtech Co., Ltd.) was diluted with 145 g of distilled water, mixed with 200 g of ion exchange resin (Duolite C-20, Duolite C-20, Rohm & Haas Co., Ltd.), and stirred for 20 minutes. Filtration exchanged Na + ions of the water glass with H + . At this time, pH was 2.7. The aqueous solution which disperse | distributed the plate-shaped inorganic substance prepared previously was added dropwise to the water glass solution, and it maintained the stirring state. The mixed solution was gelled at pH 4.7 with ammonia water. Stirring was continued until gelation was complete. After gelation was completed at room temperature, the mixture was put in an oven at 50 ° C. and aged for 24 hours. At this time, distilled water was added to prevent the gel from drying. Thereafter, the water was drained off and the gel was immersed in ethanol and exchanged with fresh ethanol three times every 12 hours to replace the solvent (maintain 50 ° C). Subsequently, the gel was added to a mixed solution of 100 g of trimethylchlorosilane and 1000 g of n-hexane, and left at room temperature for 5 days to perform surface modification. Thereafter, the mixture was washed with n-hexane and then dried at 50 ° C. for 24 hours, at 100 ° C. for 2 hours, and at 170 ° C. for 2 hours to obtain an inorganic-aerogel complex having a plate structure.
실시예 2Example 2
클레이 대신 탈크(Hayashi 화성社 UPN HS-T 0.5) 2.2g을 사용한 것을 제외하 고 실시예 1에서와 동일하게 수행하여 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체를 얻었다.Except for using 2.2g talc (Hayashi Hwaseong Co. UPN HS-T 0.5) instead of clay was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain an inorganic-airgel complex of the plate-like structure.
비교예 1Comparative Example 1
판상 구조체를 사용하지 않고, 실시예 1에서와 동일한 조건으로 수행하여 에어로겔을 제조하였다.An airgel was prepared under the same conditions as in Example 1 without using a plate-like structure.
<물성 측정><Measurement of properties>
합성된 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체에서 클레이 또는 탈크 함량은 ICP-AES를 사용하여 측정하였다.Clay or talc content in the synthesized plate-shaped inorganic-aerogel complex was measured using ICP-AES.
각각의 샘플에서 클레이를 함유한 경우에는 Al, 탈크를 함유한 경우에는 Mg 함량을 측정하였고, 이를 순수한 클레이 또는 탈크 분말에서의 함량과 비교하여, 이들을 함유한 복합체에서 클레이 또는 탈크의 함량을 계산하였다.In each sample, the content of clay in the case of clay and the content of Mg in the case of talc was measured, and the content of clay or talc in the composite containing them was calculated by comparing the content with pure clay or talc. .
결과는 하기 표 1에 기재하였다.The results are shown in Table 1 below.
탭밀도(tap density)를 측정하여 밀도 차이를 확인하였고, BET 등온흡착(측정 장치 : Micromeritics社의 ASAP2020)을 측정하여 기공 구조를 확인하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다. The density difference was confirmed by measuring the tap density, and the pore structure was confirmed by measuring the BET isothermal adsorption (measurement device: ASAP2020 of Micromeritics). The results are shown in Table 2 below.
비교예에 비해 실시예에서 기공이 작아지기는 하지만 10 ㎚ 이상의 수준은 유지하면서, 밀도가 3.5~4 배 증대된 결과를 얻었다. 이는 또한, 보통의 xerogel에서는 밀도는 크지만 (SiO2 밀도 ~2.2 g/㎤) 기공이 거의 발달되지 않는 것과도 비교될 수 있는 결과이다.Compared with the comparative example, although the pores were smaller, the density was increased 3.5 to 4 times while maintaining the level of 10 nm or more. This is also comparable to the fact that in normal xerogels, the density is high (SiO 2 density ˜2.2 g / cm 3) but little porosity is developed.
본 발명에 따른 판상 구조의 무기물-에어로겔 복합체는 수지에 적용시 가공성, 단열성, 난연성, 내열성, 가스차폐성을 향상시킬 수 있다.The inorganic-aerogel composite of the plate-like structure according to the present invention can improve the workability, heat insulation, flame retardancy, heat resistance, gas shielding property when applied to the resin.
본 발명의 단순한 변형 및 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications and variations of the present invention can be readily used by those skilled in the art, and all such variations or modifications are considered to be included within the scope of the present invention.
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