KR20160025807A - Nano porous silica insulator with anchor structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a porous silica insulator having an anchor structure and a manufacturing method thereof. The insulator is made mainly of silica particles having excellent insulation performance and is structurally stabled to prevent the silica insulator from being peeled off easily and to maintain insulation performance, thereby significantly reducing production cost as well as not providing environmental pollution. The silica insulator of the present invention comprises: fiber particles which are compressed, while the fiber particles are arranged irregularly with each other, to form a layered aggregate and have a plurality of insertion grooves on surfaces thereof; and silica particles which are disposed irregularly between the fiber particles yet, of which a portion of a body is inserted into one insertion groove of the fiber particle and at the same time, the other portion of the body protrudes to be inserted into an insertion hole of another near fiber particle such that the silica particles are bound to the fiber particles not to be peeled off and increase shear resistance between the fiber particles.

Description

앵커구조를 갖는 다공성 실리카 단열재 및 그의 제조방법{NANO POROUS SILICA INSULATOR WITH ANCHOR STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a porous silica insulator having an anchor structure,

본 발명은 단열재에 관한 것으로, 특히 단열성능이 뛰어난 실리카 입자를 주된 소재로 사용하면서도 구조적으로 안정되어 쉽게 박리되지 않으므로 지속적으로 단열성능을 유지할 수 있고 환경오염 문제가 없는 것은 물론, 생산비용을 대폭 절감할 수 있도록 한 앵커구조를 갖는 다공성 실리카 단열재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a heat insulating material, and in particular, it is structurally stable and does not easily peel off even though silica particles having excellent heat insulating performance are used as main materials. Therefore, it is possible to maintain the heat insulating performance continuously, A porous silica insulator having an anchor structure and a method for producing the same.

일반적으로, 단열재는 일정한 온도가 유지 되도록 하려는 부분의 외부 열전도도를 최소화하여 내부의 열을 유지하는 재료로, 열을 나타내는 파동으로부터 차단성을 나타내는 재료이다.Generally, a heat insulating material is a material that retains internal heat by minimizing the external thermal conductivity of a portion where a constant temperature is to be maintained, and is a material exhibiting barrier properties against heat, which represents heat.

이같은 단열재는 소재 자체의 열전도율이 작은 것이 바람직하나 대부분 열전도율이 그다지 작지 않다. 그러므로 대개의 경우 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질이 되도록 만들어 기공속의 공기의 단열성을 이용한다It is preferable that the thermal conductivity of the material itself is small, but the thermal conductivity is not so small. Therefore, in most cases, it is made porous so as to reduce the thermal conductivity, and the heat insulating property of air in the pores is utilized

소재는 유기질과 무기질로 나뉘며 유기질로는 스티로폼, 우레탄폼이 주로 쓰이며, 무기질로는 유리면, 암면, 펄라이트, 칼슘실리케이트 등이 주로 쓰이며, 유기소재나 무기소재에 공기층을 형성시켜 공기층의 단열효과를 최대한으로 이용하게 된다. The material is divided into organic and inorganic materials. Styrofoam and urethane foam are mainly used as organic materials. Glass, cotton, pearlite and calcium silicate are mainly used as minerals. Air layer is formed in organic material or inorganic material. .

그러나 공기층의 부피가 커질수록 밀도와 강도가 감소하고 내열성과 내후성이 약화된다. 통상 단열재의 밀도가 크면 열전도율이 크고, 작으면 열전도율이 작은 것이 일반적이기 때문이다. However, as the volume of the air layer increases, the density and strength decrease, and the heat resistance and weather resistance are weakened. This is because the thermal conductivity is generally high when the density of the heat insulating material is large, and is generally small when the density is low.

이렇듯 좋은 단열재의 조건은 낮은 밀도와 더불어 많은 공기층을 함유하는 것이고, 더 나아가서 중요한 핵심요건은 그 공기층의 공간이 아주 작아야 한다는 것이다. 즉, 공기의 유동이 발생하지 않도록 기공 구조를 작게 해야 기체의 대류를 억제할 수 있다. 특히 온도가 높아 온도차가 클수록 기공 구조를 작게 해야 한다. 이와 관련하여 기체대류가 일어나지 않는 이상적인 한계는 공극의 열 이동이 정지된 공기의 열전달과 일치하는 경우라고 할 수 있다. The condition of such good insulation is that it contains a lot of air layers with low density, and furthermore, an important key requirement is that the space of the air layer should be very small. That is, the pore structure must be made small so as to prevent the flow of air, so that the convection of the gas can be suppressed. Especially, the larger the temperature difference is, the smaller the pore structure should be. In this regard, the ideal limit for gas convection not to occur is that the heat transfer of the air coincides with the heat transfer of the stationary air.

하지만 위에 기존의 전통적인 단열재들은 많은 공기층을 가지고 있지만 기공의 크기는 세밀하지 못하거나, 열에 약하다는 한계를 가지고 있었다. On the other hand, conventional conventional insulation has a lot of air layers, but the pore size is not fine or weak.

반면, 최근에 주목받고 있는 실리카에어로젤은 높은 비표면적(800m2/g) 과 더불어 나노기공(2~50nm)을 함유한 초다공성 소재로서 높은 열차단성을 가지며, 높은 온도에서도 안정성을 갖는 불연소재로서, 수많은 나노기공에 의해 실리카에어로젤은 공기보다 낮은 매우 뛰어난 단열성을 보인다. 그리고 대기압 하의 공기 중에서 열전도도가 0.02 w/mk에 달하며 공기가 없을 때에는 0.01w/mk에 달한다.On the other hand, silica aerogels, which have been attracting attention recently, are non-combustible materials having a high specific surface area (800 m 2 / g), a high porosity material containing nanopores (2 to 50 nm) Due to the numerous nano-pores, silica aerogels exhibit very good insulation properties lower than air. In air under atmospheric pressure, the thermal conductivity reaches 0.02 w / mk and in the absence of air it reaches 0.01 w / mk.

하지만 실리카에어로젤은 기계적강도가 약해 산업현장에서 쓰이기는 기술적 한계가 있어 상업화에 어려움을 겪어 오던 중, 2000년 이후 미국의 Aspen Aerogel사에서 에어로젤을 유리섬유에 함침시킨 에어로젤 블랭킷 제품을 상용화에 성공하여 현재 화학플랜트 등 일부 산업분야에서 고온단열재로 사용하고 있다. However, since silica aerogels have been difficult to commercialize due to their technical limitations due to their weak mechanical strength, they have commercialized airgel blanket products that have been impregnated with glass fiber by Aspen Aerogel of USA since 2000, It is used as a high temperature insulation material in some industrial fields such as chemical plants.

에어로젤을 얻기 위해서는, 고순도 실리카졸을 출발물질로 하여 졸-겔 반응과 초임계 건조공정을 거치는데, 상당히 많은 시간과 에너지를 소비하여야 하는 고비용의 프로세스가 결과적으로 제품가격에 큰 영향을 줘, 시장확대에 부정적인 영향을 끼치고 있다. In order to obtain aerogels, a high-purity silica sol is used as a starting material to undergo a sol-gel reaction and a supercritical drying process. However, a high-cost process that requires a considerable amount of time and energy has a great influence on the product price, And has had a negative impact on the expansion.

또한, 이와 같은 이유로 종래기술에 의한 실리카에어로젤 블랭킷은 고가의 원재료를 사용해야 하고, 고에너지 공정을 거쳐야 한다는 문제점을 갖고 있었고, 상대적으로 약한 복사열차단 기능이 제품 성능을 저하시키는 원인이 되었다. For this reason, the silica airgel blanket according to the prior art has a problem in that it requires expensive raw materials, has to undergo a high energy process, and a relatively weak radiation shielding function has caused degradation of product performance.

더 나아가, 종래기술에 의한 실리카에어로젤 블랭킷은 실리카에어로젤 입자가 글라스화이버 섬유사이에 불완전하게 점재되어 있는 관계로 조금만 유동하게 되어도 실리카에어로젤 입자가 쉽게 이탈되면서 단열성능이 저하되고 주변환경을 오염시키며 고온에서 적용이 650도씨로 한정되는 치명적인 문제점이 있었다.
Further, since the silica airgel blanket according to the prior art is incompletely dotted with the silica airgel particles, the silica airgel particles are easily detached even if the silica airgel particles flow only slightly, thereby deteriorating the heat insulating performance and polluting the surrounding environment. There is a fatal problem that the application is limited to 650 degrees Celsius.

한국공개특허공보 제2010-0086297호(2010.07.30)Korean Patent Publication No. 2010-0086297 (Jul. 30, 2010)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 단열성능이 뛰어난 실리카 입자를 주된 소재로 사용하면서도 구조적으로 안정되어 쉽게 박리되지 않으므로 지속적으로 단열성능을 유지할 수 있고 환경오염 문제가 없는 것은 물론 1000도씨의 초고온에서도 연속적으로 사용할 수 있으며,아울러 생산비용을 대폭 절감할 수 있도록 한 앵커구조를 갖는 실리카 단열재 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
Accordingly, the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a high- The present invention also provides a method of manufacturing a silica insulator having an anchor structure that can be continuously used even at an ultra-high temperature of 1000 degrees Celsius as well as having no environmental pollution problem, and can greatly reduce production cost.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 앵커구조를 갖는 실리카 단열재는, 서로 불규칙하게 배치된 상태에서 압착되어 겹층된 집합체를 이루고, 표면에는 다수의 삽입홈이 형성된 섬유입자와; 상기 섬유입자들 사이에서 불규칙하게 분포하여 있되 몸체의 일부는 일 섬유입자의 삽입홈에 삽입되는 동시에 몸체의 다른 일부는 돌출되어 인접한 다른 섬유입자의 삽입홈에 삽입됨으로써 상기 섬유입자로부터 박리되지 않도록 결속되고, 상기 섬유입자 간 전단저항력을 증대시켜주는 실리카입자를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a silica insulator having an anchor structure according to the technical idea of the present invention comprises: fiber particles having a plurality of insertion grooves formed on a surface thereof by being pressed and stacked in an irregularly arranged state; Wherein a part of the body is irregularly distributed among the fiber particles while a part of the body is inserted into the insertion groove of the one fiber particle and the other part of the body protrudes and is inserted into the insertion groove of the adjacent fiber particle, And silica particles which increase the shear resistance between the fibrous particles.

여기서, 상기 섬유입자는 휘스커형으로 구비되되 서로 교차한 상태에서 압착되어 서로 간에 결속력을 강화할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the fiber particles may be whisker-like, but they may be pressed while being crossed with each other to strengthen bonding force between each other.

또한, 상기 실리카입자의 표면에는 금속산화물 제1나노입자가 혼련에 의해 코팅되어 복사열 차단성능을 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the surface of the silica particles may be coated with the first metal nanoparticles by kneading to enhance the radiation heat shielding performance.

또한, 상기 실리카입자의 표면에는 금속산화물 제1나노입자에 비해 1/2 이하의 직경을 갖는 금속산화물 제2나노입자가 함께 코팅되어 되어 금속산화물 제1나노입자 간 틈새를 메울 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다. Also, on the surface of the silica particles, metal oxide second nanoparticles having a diameter smaller than 1/2 of that of the first metal nanoparticles are coated together to fill the gap between the first metal nanoparticles .

또한, 상기 실리카입자는 흄드 실리카입자 또는 침강 실리카입자인 것을 특징으로 할 수 있다. The silica particles may be fumed silica particles or precipitated silica particles.

또한, 상기 금속산화물 제1나노입자의 소재는 이산화티타늄, 산화철, 산화알루늄 등 산화금속재 인 것을 특징으로 할 수 있다. The material of the first metal oxide nanoparticles may be a metal oxide such as titanium dioxide, iron oxide, and aluminum oxide.

또한, 상기 섬유입자의 소재는 유리섬유, 실리카섬유 및 셀룰로스 화이버, 폴리프로필렌 화이버, 폴리에스테르 화이버, 나일론화이버 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다. The material of the fiber particle may be any one of glass fiber, silica fiber, cellulose fiber, polypropylene fiber, polyester fiber, and nylon fiber.

한편 본 발명의 앵커구조를 갖는 실리카 단열재를 제조하기 위한 제조방법은, 다공성의 마이크로 실리카입자와 금속산화물 제1나노입자를 교반기에서 혼련하여 실리카입자 표면에 금속산화물 제1나노입자가 코팅된 제1복합입자를 형성하는 단계와; 상기 제1복합입자와 휘스커형 섬유입자를 교반기에서 혼련하여 상기 섬유입자 표면에 제1복합입자가 코팅된 제2복합입자를 형성하는 단계와; 상기 제2복합입자를 몰드에서 건식으로 가압함으로써, 압착되어 적층된 섬유입자 사이에서 실리카입자가 박혀 있는 상태로 앵커링 작용을 하는 실리카 단열재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다. Meanwhile, a method for manufacturing a silica thermal insulator having an anchor structure of the present invention is a method for manufacturing silica insulator having an anchor structure, comprising: mixing porous microsilica particles and metal oxide first nano particles in a stirrer to form silica particles, Forming composite particles; Kneading the first composite particles and the whisker-like fiber particles in an agitator to form a second composite particle coated with the first composite particle on the surface of the fiber particle; And pressing the second composite particle dry in the mold to form a silica thermal insulator having an anchoring function with the silica particles embedded between the pressed and laminated fiber particles.

여기서, 상기 실리카입자는 흄드 실리카입자 또는 침강 실리카입자이며, 상기 금속산화물 제1나노입자의 소재는 이산화티타늄인 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the silica particles may be fumed silica particles or precipitated silica particles, and the material of the first metal oxide nanoparticles may be titanium dioxide.

또한, 상기 제1복합입자를 형성하는 단계에서, 상기 금속산화물 제1나노입자에 비해 1/2 이하의 직경을 갖는 금속산화물 제2나노입자를 함께 혼합하여 상기 실리카입자 표면에 함께 코팅되도록 함으로써, 상기 금속산화물 제1나노입자 간 틈새를 메울 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, in the step of forming the first composite particles, the metal oxide nanoparticles having a diameter not more than 1/2 of the metal oxide first nanoparticles are mixed together and coated on the surface of the silica particles, And a gap between the first metal nanoparticles is filled up.

또한, 상기 교반기는, 혼련 대상물을 수용할 수 있는 수용공간을 가지며, 회전 가능한 상태로 지지되어 설치된 용기와; 상기 용기의 외측에서 상기 용기와 연결되어 상기 용기가 정방향 및 역방향으로 회전 가능하도록 회전력을 제공하는 제1구동모터와; 상기 용기의 내부 수용공간에 설치되는 교반날개와; 상기 용기의 외측에서 상기 교반날개와 연결 설치되어 상기 교반날개가 상기 용기와 속도차를 두고 정방향 및 역방향으로 회전 가능하도록 회전력을 제공하는 제2구동모터로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다. Also, the stirrer may include: a container having a receiving space capable of receiving a material to be kneaded, the container being rotatably supported; A first drive motor connected to the container at an outer side of the container to provide a rotational force such that the container is rotatable in forward and reverse directions; A stirring blade installed in an inner space of the container; And a second driving motor connected to the stirring vane at an outer side of the vessel to provide a rotational force so that the stirring vane can rotate in forward and reverse directions with a speed difference from the vessel.

또한, 상기 교반기의 용기 내주면 일측에는 서로 다른 면적 및 형상을 갖고 돌출된 제1보조날개와 제2보조날개가 순차적으로 교반하여 복수개 설치되고, 이와 반대로 상기 용기 내주면 타측에는 제2보조날개와 제1보조날개가 순차적으로 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, a plurality of protruding first and second auxiliary vanes having different areas and shapes are sequentially provided on one side of the inner circumferential surface of the container of the stirrer, and on the other side of the container inner circumferential surface, a second auxiliary vane and a first And the auxiliary vanes are sequentially installed.

또한, 상기 제1복합입자를 형성하는 단계에서는, 실리카입자와 금속산화물 제1나노입자의 강한 접촉을 유발하기 위하여 상기 교반기의 용기와 교반날개를 서로 반대방향으로 회전시키되 상기 교반날개의 회전속도를 10,000rpm 전후로 하고 상기 용기의 회전속도는 상기 교반날개 회전속도의 1/10 수준으로 하는 역방향 혼합과정을 포함하여 진행하며, 상기 제2복합입자를 형성하는 단계에서는, 상기 제1복합입자를 형성하는 단계에 비하여 실리카입자와 금속산화물 제1나노입자의 약한 접촉을 유발하기 위하여 상기 교반기의 용기와 교반날개를 서로 같은 방향으로 회전시키는 정방향 혼합과정으로만 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
In addition, in the step of forming the first composite particles, in order to cause strong contact between the silica particles and the first metal oxide nanoparticles, the container of the stirrer and the stirring vane are rotated in opposite directions to each other, The mixing speed of the container is about 10,000 rpm, and the rotation speed of the container is 1/10 of the stirring blade rotation speed. In the forming of the second composite particles, In order to induce a weak contact between the silica particles and the first metal oxide nanoparticles, the mixing vessel is rotated in the forward direction by rotating the vessel and the stirring vane in the same direction.

본 발명에 의한 앵커구조를 갖는 실리카 단열재 및 그의 제조방법은 단열성능이 뛰어난 다공성 실리카 입자를 주된 소재로 사용하면서도 구조적으로 안정되어 쉽게 박리되지 않으므로 지속적으로 단열성능을 유지할 수 있고 환경오염 문제가 없다. The silica insulating material having an anchor structure according to the present invention and its manufacturing method are structurally stable and can not be easily peeled off while using porous silica particles having excellent heat insulating performance as a main material, so that the heat insulating performance can be maintained and there is no environmental pollution problem.

또한, 본 발명은 기존 실리카에어로젤 블랭킷의 사용환경이 600도씨에 불과한데 비해 1000도씨의 초고온에서도 연속적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the present invention has an advantage that the conventional silica airgel blanket can be continuously used even at an ultra-high temperature of 1000 degrees Celsius, even though the use environment is only 600 degrees Celsius.

또한, 본 발명은 기존의 제품인 실리카에어로젤 블랭킷에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 흄드 실리카나 침강 실리카를 사용할 수 있고 저에너지 공정을 거치며, 복사열차단 기능이 우수하여 기존 실리카에어로젤 블랭킷을 대체할 것으로 기대된다.
In addition, the present invention is expected to replace the conventional silica airgel blanket because it can use fumed silica or precipitated silica, which is relatively inexpensive compared to a conventional silica airgel blanket, through a low-energy process, and has excellent radiation heat shielding function.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 사용상태도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 구성을 설명하기 위한 단면도
도 3 및 4는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 요소별 기능 및 작용을 설명하기 위한 참조도
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에서 새로 개발된 교반기를 사용하여 제1복합입자를 형성하는 혼련 과정을 설명하기 위한 일련의 참조도
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에 의해 제1복합입자가 형성되는 모습을 보여주는 참조도
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에서 새로 개발된 교반기를 사용하여 제2복합입자를 형성하는 혼련 과정을 설명하기 위한 일련의 참조도
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에 의해 제2복합입자가 형성되는 모습을 보여주는 참조도
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에 의해 형성된 실리카 단열재의 모습을 사시도
도 13은 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에 의해 형성된 실리카 단열재의 온도별 열전도율 시험성적서
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에 의해 형성된 실리카 단열재와 다른 단열재와의 비교 그래프
도 15는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에서 흄드 실리카입자 표면에 금속산화물 제1나노입자(산화티타늄)가 단계적으로 농도를 달리하여 코팅된 제1복합입자의 모습을 보여주는 SEM 이미지
도 16은 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에서 휘스커형 섬유입자 표면에 제1복합입자가 조밀하게 코팅된 제2복합입자의 모습을 보여주는 사진1 is a view showing a state of use of a silica heat insulator according to an embodiment of the present invention
2 is a sectional view for explaining the constitution of a silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention
FIGS. 3 and 4 are views for explaining the function and operation of each element of the silica thermal insulator according to the embodiment of the present invention
5 to 8 are a series of reference drawings for explaining a kneading process of forming first composite particles using a newly developed stirrer in the method of manufacturing silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention
9 is a view showing a state in which the first composite particles are formed by the method for producing a silica thermal insulator according to the embodiment of the present invention
10 is a set of reference drawings for explaining a kneading process for forming second composite particles using a newly developed stirrer in the method for producing silica insulator according to the embodiment of the present invention
11 is a view showing a state in which a second composite particle is formed by a method of producing a silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention
12 is a perspective view showing a state of a silica thermal insulator formed by a method of manufacturing a silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing the thermal conductivity test results of the silica insulator formed by the method for producing silica insulator according to the embodiment of the present invention
14 is a graph showing a comparison between a silica insulating material formed by a method of producing a silica insulating material according to an embodiment of the present invention and another insulating material
15 is a SEM image showing a state of a first composite particle in which a first metal oxide nanoparticle (titanium oxide) is coated on the surface of a fumed silica particle with a different concentration stepwise in the method of manufacturing a silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention
16 is a photograph showing a state of the second composite particle in which the first composite particle is densely coated on the surface of the whisker-like fiber particle in the method of manufacturing the silica thermal insulator according to the embodiment of the present invention

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 앵커구조를 갖는 실리카 단열재 및 그의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.A silica insulator having an anchor structure according to embodiments of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention, and are actually shown in a smaller scale than the actual dimensions in order to understand the schematic configuration.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 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. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Also, the terms first and second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 사용상태도이다. 1 is a use state diagram of a silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재는 별도의 바인더나 본딩물질의 도움 없이 압착되어 겹층된 섬유입자(130) 사이에 불규칙적으로 분포하는 실리카입자(110)가 박혀 앵커링 구조를 형성하는 구성에 의해 보다 향상된 단열성능을 확보하는 것은 물론, 섬유입자(130) 간 높은 전단저항력을 확보하는 동시에 실리카입자(110)의 박리를 억제할 수 있게 된다. As shown in the figure, the silica thermal insulator according to the embodiment of the present invention is compressed without the aid of a binder or a bonding material, so that the silica particles 110 irregularly distributed among the overlapped fiber particles 130 are embedded to form an anchoring structure The heat insulating performance can be further improved by securing the high shear resistance between the fiber particles 130 and the peeling of the silica particles 110 can be suppressed.

이같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재는 제조공정이 복잡하고 실리카에어로젤 입자가 쉽게 박리되는 등의 문제를 지니고 있었던 기존 실리카에어로젤 블랭킷을 완전히 대체하여 산업용 설비, 건축 및 조선, 가전제품, 플랜트 다양한 분야에 적용할 수 있다.The silica insulator according to the embodiment of the present invention having such a structure completely replaces the existing silica airgel blanket which has a complicated manufacturing process and has a problem that silica airgel particles are easily peeled off, It can be applied to various fields of plant.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 3 및 4는 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 기능 및 작용을 설명하기 위한 참조도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the construction of a silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are reference views for explaining functions and actions of a silica thermal insulator according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재는, 실리카입자(110)와, 금속산화물 제1나노입자(120a) 및 금속산화물 제2나노입자(120b)와, 섬유입자(130)로 단순하게 이루어지며, 금속산화물 제1나노입자(120a) 및 금속산화물 제2나노입자(120b)가 코팅된 실리카입자(110)가 압착된 섬유입자(130) 사이에 박혀 있는 독창적인 구성에 의해 높은 단열성능을 확보하면서도 구성요소 서로 간을 안정적으로 결속시켜주는 앵커링 구조를 갖게 된다. As shown in the figure, silica insulator according to an embodiment of the present invention includes silica particles 110, metal oxide first nanoparticles 120a, metal oxide second nanoparticles 120b, and fiber particles 130 And the silica particles 110 coated with the metal oxide first nanoparticles 120a and the metal oxide second nanoparticles 120b are sandwiched between the compressed fiber particles 130. As a result, It has an anchoring structure that ensures stable insulation between the components while ensuring insulation performance.

아래에서는 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the silica insulation according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the respective components.

상기 실리카입자(110)는 흄드 실리카입자 또는 침강 실리카입자로 구비되며, 상기 섬유입자(130)보다 훨씬 작은 크기로 이루어져 몸체의 일부는 섬유입자(130)의 삽입홈(131)에 삽입되는 동시에 몸체의 다른 일부는 돌출되어 인접한 다른 섬유입자(130)의 삽입홈(131)에 삽입된다. 이처럼 실리카입자(110)가 서로 대면하는 양편의 섬유입자(130)의 삽입홈(131)에 걸쳐져 삽입되는 앵커링 구조를 갖게 되면 실리카입자(110)가 섬유입자(130)로부터 쉽게 박리되지 않으며, 섬유입자(130) 간 전단저항력도 증대된다.The silica particles 110 are made of fumed silica particles or precipitated silica particles and are much smaller in size than the fiber particles 130 so that a part of the body is inserted into the insertion grooves 131 of the fiber particles 130, Is inserted into the insertion groove 131 of the other adjacent fiber particles 130. [0064] The silica particles 110 are not easily separated from the fiber particles 130 when the silica particles 110 have an anchoring structure inserted into the insertion grooves 131 of the fiber particles 130 facing each other, The shear resistance between the particles 130 also increases.

여기서 상기 실리카입자(110)는 나노 크기의 공극을 갖는 다공성인 흄드 실리카입자나 침강 실리카입자로 구비되는데, 흄드 실리카입자의 경우 통상 7~40nm의 직경을 기본입자의 평균직경으로 하며(이는 생성 반응조건에 따라 달라질 수 있으며 본 발명의 실시예에서는 1~2μm 정도의 평균직경을 실리카입자를 염두에 둠), 그 자체만으로도 다공성이므로 열전도율 값이 0.0020 W/mK 정도로 뛰어난 단열성능을 가지고 있다. 또한 흄드 실리카입자는 미세 구형입자가 긴 체인 형태를 이루고 있어 전도를 최소화하고, 공기 분자의 평균 자유 행정보다 작은 구조의 공간으로 대류를 차단하며, 산화광물의 불투명화제 역할로 복사까지 차단할 수 있다. 이는 침강 실리카입자에서도 대동소이하다고 할 수 있다. 이같은 다공성의 실리카입자(110)는 그 자체만으로도 우수한 단열특성이 있는데다가 미세 구형입자가 체인 형태를 이루면서 다공을 형성하는 배치특성에 의해 보다 뛰어난 단열성능을 확보할 수 있게 되어 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재에서 단열성능을 좌우하는 중추적인 역할을 수행하게 된다. The silica particles 110 are made of porous fumed silica particles or precipitated silica particles having nano-sized pores. In the case of fumed silica particles, the average particle diameter of the basic particles is usually 7 to 40 nm, And in the embodiment of the present invention, an average diameter of about 1 to 2 mu m is considered in consideration of the silica particles). Since the porous silica particle itself is porous, it has an excellent heat insulating performance with a thermal conductivity value of about 0.0020 W / mK. In addition, the fumed silica particles have the shape of a long chain of fine spherical particles to minimize conduction, block the convection to a space smaller than the mean free path of air molecules, and block the radiation by acting as an opacifier of the oxide mineral. This is also true for sedimentary silica particles. The porous silica particles 110 have excellent adiabatic characteristics by themselves, and the microporous spherical particles can form a chain and form pores, thereby securing excellent heat insulating performance. This is a key role in determining the thermal insulation performance of silica insulators.

상기 금속산화물 제1나노입자(120a)는 상기 실리카입자(110)의 표면에 혼련에 의해 코팅되어 복사열을 차단하는 역할을 한다. 여기서 상기 금속산화물 제1나노입자(120a)는 산화철, 산화티탄늄, 산화알루미늄 가운데 어느 하나를 소재로 하여 구비될 수 있다. 이같은 금속산화물 제1나노입자(120a)의 구성에 따르면 실리카입자(110)만으로는 부족할 수 있는 복사열 차단기능을 향상시켜 단열성능을 높일 수 있게 된다. The metal oxide first nanoparticles 120a are coated on the surfaces of the silica particles 110 by kneading to block radiant heat. The first metal nanoparticles 120a may be formed of any one of iron oxide, titanium oxide, and aluminum oxide. According to the constitution of the first metal nanoparticles 120a, the heat insulating performance can be improved by improving the radiation shielding function, which may be insufficient with the silica particles 110 alone.

상기 금속산화물 제2나노입자(120b)는 금속산화물 제1나노입자(120a)와 함께 실리카입자(110)의 표면에 혼련에 의해 코팅된다. 여기서 상기 금속산화물 제2나노입자(120b)는 금속산화물 제1나노입자(120a)에 비해 1/2 이하의 직경을 갖는 것으로 구비된다. 이같은 구성에 따르면 상기 금속산화물 제2나노입자(120b)가 상기 금속산화물 제1나노입자(120a) 간 틈새를 메울 수 있게 되어 복사열을 더욱 치밀하게 차단하는 것이 가능해진다. 상기 금속산화물 제2나노입자(120b)의 경우에도 금속산화물 제1나노입자(120a)와 마찬가지로 산화철, 산화티탄늄, 산화알루미늄 가운데 어느 하나를 소재로 하여 구비될 수 있다. The metal oxide second nanoparticles 120b are coated on the surface of the silica particles 110 together with the first metal nanoparticles 120a by kneading. The metal oxide nanoparticles 120b have a diameter less than 1/2 of that of the metal oxide nanoparticles 120a. According to such a configuration, the metal oxide second nanoparticles 120b can fill up the gap between the first metal nanoparticles 120a, thereby making it possible to more finely shield radiant heat. In the case of the metal oxide second nanoparticles 120b, the first metal nanoparticles 120a may be formed of any one of iron oxide, titanium oxide, and aluminum oxide.

상기 섬유입자(130)는 단열성능을 갖는데 중추적인 역할을 하는 실리카입자(110)를 박리되지 않게 고착시키는 바인더로서의 역할을 주로 수행한다. 이를 위해 상기 섬유입자(130)는 휘스커형으로 구비되며 서로 간에 교차한 상태에서 압착되어 겹층된 집합체를 이루게 된다. 또한, 압착 과정에서 실리카입자(110)에 의해 눌리면서 도 4에 도시된 것처럼 삽입홈(131)을 형성하게 되며, 그 삽입홈(131)은 자연스럽게 실리카입자(110)를 박리되지 않도록 결속하는 역할을 하게 된다. 여기서 상기 섬유입자(130)는 무기섬유인 유리섬유, 실리카섬유 및 셀룰로스 화이버 가운데 하나로 구비된다. 또한 저온용으로 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론 등의 화이버도 이에 해당한다. 상기 섬유입자(130)는 평균직경 10μm, 길이 3mm의 크기를 갖는 것으로 구비되어 건식으로 압착됨으로써 도 1 및 도 2와 같이 겹층된 집합체를 이루면서 도 4에 도시된 것처럼 삽입홈(131) 및 그 내부에 형성된 미세 삽입홈(131a)에 의해 실리카입자(110) 및 금속산화물 제1, 2나노입자와 안정적으로 결속된다. The fiber particles 130 mainly serve as binders for fixing the silica particles 110, which play a pivotal role in adiabatic performance, without peeling. For this purpose, the fiber particles 130 are provided in a whisker-like fashion and are pressed together in a state of intersecting with each other to form a layered aggregate. 4, the insertion groove 131 is formed by the silica particles 110 in the pressing process, and the insertion groove 131 naturally binds the silica particles 110 so as not to peel off the silica particles 110 . The fiber particles 130 may be one of inorganic fibers such as glass fibers, silica fibers, and cellulose fibers. Polypropylene, polyester, and nylon fibers are also suitable for low temperature applications. As shown in FIG. 4, the fibrous particles 130 have an average diameter of 10 .mu.m and a length of 3 mm. The fibrous particles 130 are compressed by dry pressing to form a laminated aggregate as shown in FIGS. 1 and 2, The silica particles 110 and the metal oxide first and second nanoparticles are stably bound to each other by the fine insertion grooves 131a formed in the silica particles 110a.

이같은 실리카 단열재의 경우, 도 3에 도시된 것처럼 서로 불규칙적으로 교차하는 휘스커형 섬유입자(130)가 압착되면서 발현되는 결속기능과, 도 4에 도시된 것처럼 섬유입자(130)에 대한 실리카입자(110)의 앵커링 구조에 의한 결속기능이 복합적으로 작용하면서 구조적으로 매우 안정된 기계적 강도를 갖게 되는 것이다.
In the case of such a silica thermal insulator, as shown in FIG. 3, a binding function in which the whisker-like fiber particles 130 irregularly intersecting each other are expressed while being compressed, and a binding function in which the silica particles 110 ) Of the anchoring structure are combined with each other to have a structurally very stable mechanical strength.

계속해서, 본 발명의 실시예에 의한 앵커링 구조를 갖는 실리카 단열재의 제조방법에 대해 설명한다. Next, a method of manufacturing a silica thermal insulator having an anchoring structure according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 실시예에 의한 앵커링 구조를 갖는 실리카 단열재의 제조방법은, 제1복합입자를 형성하는 단계와, 제2복합입자를 형성하는 단계와, 실리카 단열재를 형성하는 단계로 매우 단순하게 이루어진다. 각 단계별 과정을 설명하면 아래와 같다. The method of manufacturing a silica thermal insulator having an anchoring structure according to an embodiment of the present invention is very simple as a step of forming a first composite particle, a step of forming a second composite particle, and a step of forming a silica thermal insulator. Each step is explained as follows.

상기 제1복합입자를 형성하는 단계에서는, 마이크로 실리카입자(110)와 금속산화물 제1나노입자(120a) 및 금속산화물 제2나노입자(120b)를 교반기 용기(210)의 수용공간으로 투입한 후 혼련하여 실리카입자(110) 표면에 금속산화물 제1나노입자(120a) 및 금속산화물 제2나노입자(120b)가 코팅된 제1복합입자를 형성하게 된다. In the step of forming the first composite particles, the microsilica particles 110, the first metal oxide nanoparticles 120a and the second metal nanoparticles 120b are introduced into the accommodating space of the stirrer vessel 210 And the first composite particles having the metal oxide first nanoparticles 120a and the second metal nanoparticles 120b coated on the surface of the silica particles 110 are formed by kneading.

단, 이 단계에서는 혼련효과를 극대화하기 위해 도 5 내지 8에 도시된 것처럼 교반날개(230)뿐만 아니라 용기(210)까지 정방향 및 역방향으로 회전 가능하도록 한 독창적인 형태로 개발된 교반기가 사용된다. 여기서 상기 교반기는 혼련 대상물을 수용할 수 있는 수용공간을 가지며, 회전 가능한 상태로 지지되어 설치된 용기(210)와, 상기 용기(210)의 외측에서 상기 용기(210)와 연결되어 상기 용기(210)가 정방향 및 역방향으로 회전 가능하도록 회전력을 제공하는 제1구동모터(220)와, 상기 용기(210)의 수용공간에 설치되는 교반날개(230)와, 상기 용기(210)의 외측에서 샤프트(241)에 의해 상기 교반날개(230)와 연결되어 상기 교반날개(230)가 상기 용기(210)와 속도차를 두고 정방향 및 역방향으로 회전 가능하도록 회전력을 제공하는 제2구동모터(240)로 이루어진다. 이처럼 상기 용기(210)와 교반날개(230)가 속도차를 두고 서로 같은 방향과 다른 방향으로 회전 가능하게 구성되면 혼련의 대상물인 실리카입자(110)와 금속산화물 제1나노입자(120a) 및 금속산화물 제2나노입자(120b) 간 충돌 및 접촉 횟수와 강도를 강화하여 신속하게 원하는 결과물을 얻을 수 있게 된다. However, in order to maximize the kneading effect, an agitator developed in an original form capable of rotating in the forward and reverse directions as well as the stirring vane 230 as shown in FIGS. 5 to 8 is used. The container 210 is connected to the container 210 on the outer side of the container 210 and is connected to the container 210. The container 210 has a housing space for accommodating the object to be kneaded, A first driving motor 220 that provides a rotational force to be rotatable in forward and reverse directions and a stirring blade 230 that is installed in a receiving space of the container 210 and a shaft 241 And a second driving motor 240 connected to the stirring wing 230 by the second stirring motor 230 to provide a rotational force to rotate the stirring wing 230 in forward and reverse directions with a speed difference from the container 210. When the container 210 and the stirring blades 230 are configured to be rotatable in different directions from each other with a speed difference, the silica particles 110, the metal oxide first nanoparticles 120a, The number and intensity of collision and contact between the oxide second nanoparticles 120b are enhanced, and a desired result can be quickly obtained.

나아가, 상기 교반기의 용기(210) 내주면 일측에는 서로 다른 면적 및 형상을 갖고 돌출된 제1보조날개(211)와 제2보조날개(212)가 순차적으로 교번하여 복수개 설치되고, 이와 반대로 상기 용기(210) 내주면 타측에는 제2보조날개(212)와 제1보조날개(211)가 순차적으로 설치되도록 구성함으로써, 상기 실리카입자(110)와 금속산화물 제1나노입자(120a) 및 금속산화물 제2나노입자(120b)를 더욱 불규칙하고 강도 높게 회전시킬 수 있게 되어 서로 간에 충돌 및 접촉 횟수와 강도를 더욱 강화할 수 있다. Further, a plurality of protruding first auxiliary vanes 211 and second auxiliary vanes 212 are alternately arranged on one side of the inner circumferential surface of the container 210 of the stirrer, and on the contrary, The second auxiliary vane 212 and the first auxiliary vane 211 are sequentially installed on the other side of the inner circumferential surface of the inner circumferential surface 210 so that the silica particles 110 and the metal oxide first nanoparticles 120a, It is possible to rotate the particles 120b more irregularly and with high intensity, so that the number of collisions and the number of contact and the strength of each other can be further strengthened.

상기 제1복합입자를 형성하는 단계에서는, 새로 개발된 독창적인 형태의 교반기를 사용하게 되는데, 즉 도 5에 도시된 것처럼 실리카입자(110)와 금속산화물 제1나노입자(120a) 및 금속산화물 제2나노입자(120b)를 교반기 용기(210)의 수용공간에 투입한 후 용기(210)와 교반날개(230)를 모두 정방향으로 회전시키는 예비적인 성격의 제1차 혼련을 실시한다. 5, the silica particles 110, the first metal oxide nanoparticles 120a and the metal oxide nanoparticles 120a are mixed with each other, 2 nanoparticles 120b are put into the accommodating space of the agitator vessel 210, and first primary kneading with a preliminary characteristic of rotating both the vessel 210 and the stirring vane 230 in the forward direction is performed.

이후, 도 6에 도시된 것처럼 교반날개(230)의 회전방향을 반대방향으로 바꿔 용기(210)와 교반날개(230)를 각각 정방향 역방향으로 회전시키는 제2차 혼련을 실시하며, 이어서, 도 7에 도시된 것처럼 상기 용기(210)와 교반날개(230)의 회전방향을 모두 반대방향으로 바꿔 용기(210)와 교반날개(230)를 각각 역방향 정방향으로 회전시키는 제3차 혼련을 실시한다. 그리고 마지막으로 도 8에 도시된 것처럼 용기(210)와 교반날개(230)를 각각 역방향 역방향으로 회전시키는 마무리 성격의 제4차 혼련을 실시한다. 여기서 평균직경이 1~2 μm 크기의 실리카입자(110)를 50~95%, 평균직경 5~50nm 크기의 금속산화물 제1나노입자(120a)와 그에 비해 1/2 이하의 직경 크기를 갖는 금속산화물 제2나노입자(120b)를 5~50% 비율로 혼합하며, 교반날개(230)의 회전속도는 10,000rpm 전후로 하고, 용기(210)의 회전속도는 그의 1/10 수준인 1000rpm을 유지하면서 방향만 바꿔주는 패턴으로 각 세부 혼련과정을 실시한다. 6, the rotation direction of the stirring wing 230 is changed in the opposite direction so that the second mixing is performed to rotate the container 210 and the stirring wing 230 in the forward direction in the forward direction, The container 210 and the stirring vane 230 are rotated in opposite directions to rotate the container 210 and the stirring vane 230 in the forward and reverse directions, respectively. Finally, as shown in FIG. 8, the container 210 and the stirring wing 230 are subjected to a fourth kneading with a finishing character which rotates in opposite directions. The metal oxide first nanoparticles 120a having an average diameter of 5 to 50 nm and 50 to 95% of the silica particles 110 having an average diameter of 1 to 2 占 퐉, The second nanoparticles 120b of oxide are mixed at a ratio of 5 to 50%, the rotation speed of the stirring wing 230 is about 10,000 rpm, the rotation speed of the container 210 is maintained at 1000 rpm, Each detailed kneading process is carried out with a pattern changing only the direction.

이같이 제1차에서 제4차에 이르는 세부적인 혼련과정을 통해 도 9에 도시된 것처럼 마이크로 실리카입자(110) 표면에 금속산화물 제1나노입자(120a) 및 금속산화물 제2나노입자(120b)가 점차 코팅된 형태로 발전하여 제1복합입자를 형성하게 된다. 참고로, 도 15는 흄드 실리카입자 표면에 금속산화물 제1나노입자(120a)(산화티타늄)가 단계적으로 농도를 달리하여 코팅된 제1복합입자(A)의 모습을 보여주는 SEM 이미지이다. As shown in FIG. 9, the metal oxide first nanoparticles 120a and the metal oxide second nanoparticles 120b are formed on the surfaces of the microsilica particles 110 through a detailed kneading process from the first to the fourth Gradually develops into a coated form to form the first composite particle. 15 is an SEM image showing a state of the first composite particle A in which the metal oxide first nanoparticles 120a (titanium oxide) are coated on the surfaces of the fumed silica particles with different concentrations stepwise.

이후, 상기 제2복합입자를 형성하는 단계가 진행된다. 상기 제2복합입자를 형성하는 단계에서는, 제1복합입자(A)와 휘스커형 섬유입자(130)를 교반기에서 혼련하여 상기 섬유입자(130) 표면에 제1복합입자가 코팅된 제2복합입자를 형성하게 된다. 이를 위해 도 10에 도시된 것처럼 전 단계에서 얻어진 제1복합입자(A)와 휘스커형 섬유입자(130)를 교반기의 용기(210) 내로 투입한 후 일정시간에 걸쳐 용기(210)와 교반날개(230)를 모두 정방향으로 회전시켜준다. 이때 투입되는 섬유입자(130)는 평균직경 10μm, 평균길이 3mm를 갖는 무기섬유인 유리섬유, 실리카 섬유, 셀룰로스 화이버 중 하나를 사용하면 되며, 제1복합입자(A) 50~95%와 휘스커형 섬유입자(130) 5~50% 비율로 혼합한다. 그리고, 교반날개(230)의 회전속도는 전 단계의 1/2 수준인 5000rpm 전후로 하고, 용기(210)의 회전속도는 그의 1/10 수준인 500rpm을 유지하면서 30분간 혼련한다. 그러면, 도 11에 도시된 것처럼 처음 혼합될 당시에는 서로 개별적으로 존재하던 휘스커형 섬유입자(130)와 제1복합입자(A)가 혼련되어 상기 휘스커형 섬유입자(130) 표면에 제1복합입자(A)가 조밀하게 코팅된 제2복합입자가 된다. 도 16은 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재의 제조방법에서 휘스커형 섬유입자(130) 표면에 제1복합입자(A)가 조밀하게 코팅된 제2복합입자의 모습을 보여주는 사진이다. 여기서, 주목할 수 있는 것은 휘스커형 섬유입자(130) 표면에 실리카입자(110)가 코팅되는 경우, 섬유입자(130) 표면에서 구형의 실리카입자(110)가 체인 형태를 이루면서 메소세공(mesopore)을 형성한다는 점이다. 이로써, 전도를 최소화하고, 공기 분자의 평균 자유 행정보다 작은 구조의 공간으로 대류를 차단하며, 산화광물의 불투명화제 역할로 복사까지 차단하는 단열재로서의 기본구조를 갖추게 되는 것이다. Thereafter, the step of forming the second composite particles proceeds. In the step of forming the second composite particles, the first composite particle (A) and the whisker-like fiber particle (130) are kneaded by a stirrer to form a second composite particle . 10, the first composite particle A and the whisker-like fiber particle 130 obtained in the previous step are introduced into the container 210 of the stirrer, and then the container 210 and the stirring blades 230 in the forward direction. The fiber particles 130 to be charged may be any one of inorganic fibers such as glass fibers, silica fibers and cellulose fibers having an average diameter of 10 mu m and an average length of 3 mm, and 50 to 95% of the first composite particles (A) The fiber particles (130) are mixed at a ratio of 5 to 50%. The rotation speed of the stirring wing 230 is about 5000 rpm, which is a half level of the previous step, and the rotation speed of the container 210 is kneaded for 30 minutes while maintaining the rotation speed at 500 rpm, which is a 1/10 level thereof. 11, the whisker-like fiber particles 130 and the first composite particles A, which were present separately from each other at the time of the first mixing, are kneaded to form the first composite particles 130 on the surface of the whisker- (A) becomes a second composite particle densely coated. 16 is a photograph showing a state of the second composite particle in which the first composite particle (A) is densely coated on the surface of the whisker-like fiber particle 130 in the method of manufacturing a silica thermal insulator according to the embodiment of the present invention. It should be noted that when the silica particles 110 are coated on the surface of the whisker-like fiber particle 130, the spherical silica particles 110 on the surface of the fiber particle 130 form a mesopore, . As a result, it is possible to provide a basic structure as a heat insulating material that minimizes conduction, blocks convection in a space smaller than the average free stroke of air molecules, and blocks radiation by acting as an opacifying agent of the oxide mineral.

이후, 상기 실리카 단열재를 형성하는 단계가 진행된다. 상기 실리카 단열재를 형성하는 단계에서는, 상기 제2복합입자를 몰드에 채워 넣고 건식으로 가압함으로써, 상기 섬유입자(130)는 서로 불규칙하게 배치된 상태에서 압착되어 겹층된 집합체를 이루고, 상기 실리카입자(110)는 상기 섬유입자(130)들 사이에서 뷸규칙하게 배치되어 박혀 있는 상태로 앵커링 작용을 하는 실리카 단열재를 최종적으로 형성하게 된다. 이때 가로, 세로, 높이가 각각 200mm, 200mm, 10mm 규격의 몰드를 사용하는 경우라면 6MPa의 압력으로 가압하여 준다. 그러면 도 12와 같이 용적밀도 200~500kg/m3의 완성된 실리카 단열재를 얻게 된다. Thereafter, the step of forming the silica insulating material proceeds. In the step of forming the silica thermal insulator, the second composite particles are filled in a mold and are dry-pressed, whereby the fibrous particles 130 are compressed in a state of irregularly arranged to form a layered aggregate, 110 finally form a silica insulating material which is anchored in a state where the fiber particles 130 are arranged between the fiber particles 130 in a blanket manner. In this case, when a mold having a size of 200 mm, 200 mm or 10 mm is used, the pressure is applied at a pressure of 6 MPa. As a result, a finished silica insulator having a bulk density of 200 to 500 kg / m 3 is obtained as shown in FIG.

전술된 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재 제조방법을 통해 얻어진 실리카 단열재는 도 13과 같은 열전도율을 나타내었으며, 이같은 결과치는 도 14를 통해 비교할 수 있는 것처럼 본 발명의 실시예에 의한 실리카 단열재(AERO THERM으로 표기)가 기존의 에어로젤 블랭킷 등에 비해 훨씬 우수한 단열성능을 갖는다는 것을 의미하는 것이다.
The silica thermal insulator obtained through the above-described method of manufacturing the silica thermal insulator according to the embodiment of the present invention exhibits thermal conductivity as shown in FIG. 13. The results are shown in FIG. 14. As can be seen from FIG. 14, the silica thermal insulator THERM) has much better insulation performance than conventional airgel blanket.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is clear that the present invention can be suitably modified and applied in the same manner. Therefore, the above description does not limit the scope of the present invention, which is defined by the limitations of the following claims.

110 : 실리카입자 120a : 금속산화물 제1나노입자
120b : 금속산화물 제2나노입자 130 : 섬유입자
131 : 삽입홈 210 : 용기
220 : 제1구동모터 230 : 교반날개
240 : 제2구동모터 110: silica particle 120a: metal oxide first nanoparticle
120b: metal oxide second nanoparticles 130: fiber particles
131: insertion groove 210: container
220: first drive motor 230: stirring blade
240: second drive motor

Claims (13)

서로 불규칙하게 배치된 상태에서 압착되어 겹층된 집합체를 이루고, 표면에는 다수의 삽입홈이 형성된 섬유입자와;
상기 섬유입자들 사이에서 불규칙하게 분포하여 있되 몸체의 일부는 일 섬유입자의 삽입홈에 삽입되는 동시에 몸체의 다른 일부는 돌출되어 인접한 다른 섬유입자의 삽입홈에 삽입됨으로써 상기 섬유입자로부터 박리되지 않도록 결속되고, 상기 섬유입자 간 전단저항력을 증대시켜주는 실리카입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재.Fibrous particles having a plurality of insertion grooves formed on a surface thereof, the fibrous particles being compressed in a state where they are irregularly arranged to form a superposed layered body;
Wherein a part of the body is irregularly distributed among the fiber particles while a part of the body is inserted into the insertion groove of the one fiber particle and the other part of the body protrudes and is inserted into the insertion groove of the adjacent fiber particle, And silica particles which increase the shear resistance between the fiber grains. 제1항에 있어서,
상기 섬유입자는 휘스커형으로 구비되되 서로 교차한 상태에서 압착되어 서로 간에 결속력을 강화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재.The method according to claim 1,
Wherein the fiber particles are whisker-like, and are pressed while being crossed with each other so that binding force can be strengthened with each other. 제2항에 있어서,
상기 실리카입자의 표면에는 금속산화물 제1나노입자가 혼련에 의해 코팅되어 복사열 차단성능을 높일 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재.3. The method of claim 2,
And silica nanoparticles are coated on the surface of the silica particles by kneading to improve the radiation heat shielding performance. 제3항에 있어서,
상기 실리카입자의 표면에는 금속산화물 제1나노입자에 비해 1/2 이하의 직경을 갖는 금속산화물 제2나노입자가 함께 코팅되어 되어 금속산화물 제1나노입자 간 틈새를 메울 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재.The method of claim 3,
Wherein the surface of the silica particles is coated with a second metal oxide nanoparticle having a diameter of 1/2 or less of that of the metal oxide first nanoparticle so as to fill the gap between the first metal oxide nanoparticles Silica insulation with anchor structure. 제3항에 있어서,
상기 실리카입자는 흄드 실리카입자 또는 침강 실리카입자인 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재.The method of claim 3,
Wherein the silica particles are fumed silica particles or precipitated silica particles. 제5항에 있어서,
상기 금속산화물 제1나노입자의 소재는 이산화티타늄, 산화알루미늄 및 산화철 중 어느 한 종인 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재.6. The method of claim 5,
Wherein the material of the metal oxide first nanoparticles is any one of titanium dioxide, aluminum oxide and iron oxide. 제5항에 있어서,
상기 섬유입자의 소재는 유리섬유, 실리카섬유 및 셀룰로스 화이버, 폴리프로필렌 화이버, 폴리레스테르 화이버 및 나일론 화이버 중 어느 한 종인 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재.6. The method of claim 5,
Wherein the material of the fiber particle is one of glass fiber, silica fiber, cellulose fiber, polypropylene fiber, polyester fiber and nylon fiber. 앵커구조를 갖는 실리카 단열재를 제조하기 위한 제조방법으로서,
실리카입자와 금속산화물 제1나노입자를 교반기에서 혼련하여 실리카입자 표면에 금속산화물 제1나노입자가 코팅된 제1복합입자를 형성하는 단계와;
상기 제1복합입자와 휘스커형 섬유입자를 교반기에서 혼련하여 상기 섬유입자 표면에 제1복합입자가 코팅된 제2복합입자를 형성하는 단계와;
상기 제2복합입자를 몰드에 채워 넣고 건식으로 가압함으로써, 섬유입자는 서로 불규칙하게 배치된 상태에서 압착되어 겹층된 집합체를 이루고, 상기 실리카입자는 상기 섬유입자들 사이에서 뷸규칙하게 배치되어 박혀 있는 상태로 앵커링 작용을 하는 실리카 단열재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재의 제조방법.A manufacturing method for producing a silica thermal insulator having an anchor structure,
Silica particles and first metal oxide nanoparticles are kneaded in a stirrer to form first composite particles coated with metal oxide first nanoparticles on the surface of silica particles;
Kneading the first composite particles and the whisker-like fiber particles in an agitator to form a second composite particle coated with the first composite particle on the surface of the fiber particle;
By filling the mold with the second composite particles and pressing them by dry pressing, the fibrous particles are pressed to form a layered aggregate irregularly arranged with each other, and the silica particles are arranged in a regular pattern between the fibrous particles And forming an anchoring silica insulating material in the form of an anchor structure. 제8항에 있어서,
상기 실리카입자는 흄드 실리카입자 또는 침강 실리카입자이며, 상기 금속산화물 제1나노입자의 소재는 이산화티타늄, 산화알루미늄 및 산화철 중 어느 한 종인 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재의 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the silica particles are fumed silica particles or precipitated silica particles, and the material of the first metal oxide nanoparticles is any one of titanium dioxide, aluminum oxide and iron oxide. 제9항에 있어서,
상기 제1복합입자를 형성하는 단계에서, 상기 금속산화물 제1나노입자에 비해 1/2 이하의 직경을 갖는 금속산화물 제2나노입자를 함께 혼합하여 상기 실리카입자 표면에 함께 코팅되도록 함으로써, 상기 금속산화물 제1나노입자 간 틈새를 메울 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재의 제조방법.10. The method of claim 9,
In the step of forming the first composite particles, the metal oxide nanoparticles having a diameter of 1/2 or less of the metal oxide first nanoparticles are mixed together and coated on the surface of the silica particles, Wherein the gap between the first oxide nanoparticles is filled with the first oxide nanoparticles. 제8항에 있어서, 상기 교반기는,
혼련 대상물을 수용할 수 있는 수용공간을 가지며, 회전 가능한 상태로 지지되어 설치된 용기와;
상기 용기의 외측에서 상기 용기와 연결되어 상기 용기가 정방향 및 역방향으로 회전 가능하도록 회전력을 제공하는 제1구동모터와;
상기 용기의 내부 수용공간에 설치되는 교반날개와;
상기 용기의 외측에서 상기 교반날개와 연결 설치되어 상기 교반날개가 상기 용기와 속도차를 두고 정방향 및 역방향으로 회전 가능하도록 회전력을 제공하는 제2구동모터로 이루어진 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재의 제조방법.9. The agitator according to claim 8,
A container having a receiving space capable of receiving a kneading object and being rotatably supported;
A first drive motor connected to the container at an outer side of the container to provide a rotational force such that the container is rotatable in forward and reverse directions;
A stirring blade installed in an inner space of the container;
And a second drive motor connected to the stirring vane at an outer side of the vessel to provide a rotational force so that the stirring vane can rotate in forward and reverse directions with a speed difference from the vessel. ≪ / RTI > 제8항에 있어서,
상기 교반기의 용기 내주면 일측에는 서로 다른 면적 및 형상을 갖고 돌출된 제1보조날개와 제2보조날개가 순차적으로 교번하여 복수개 설치되고, 이와 반대로 상기 용기 내주면 타측에는 제2보조날개와 제1보조날개가 순차적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재의 제조방법.9. The method of claim 8,
A plurality of protruding first and second auxiliary wings having different areas and shapes are sequentially alternated on one side of the inner circumferential surface of the container of the stirrer, and on the other side of the container inner circumferential surface, a second auxiliary wing and a first auxiliary wing Wherein the anchor structure is formed by sequentially arranging the anchor structure. 제12항에 있어서,
상기 제1복합입자를 형성하는 단계에서는, 실리카입자와 금속산화물 제1나노입자의 강한 접촉을 유발하기 위하여 상기 교반기의 용기와 교반날개를 서로 반대방향으로 회전시키되 상기 교반날개의 회전속도를 10,000rpm 전후로 하고 상기 용기의 회전속도는 상기 교반날개 회전속도의 1/10 수준으로 하는 역방향 혼합과정을 포함하여 진행하며,
상기 제2복합입자를 형성하는 단계에서는, 상기 제1복합입자를 형성하는 단계에 비하여 실리카입자와 금속산화물 제1나노입자의 약한 접촉을 유발하기 위하여 상기 교반기의 용기와 교반날개를 서로 같은 방향으로 회전시키는 정방향 혼합과정으로만 진행하는 것을 특징으로 하는 앵커구조를 갖는 실리카 단열재의 제조방법.13. The method of claim 12,
In the step of forming the first composite particles, in order to cause strong contact between the silica particles and the first metal oxide nanoparticles, the vessel of the stirrer and the stirring vane are rotated in directions opposite to each other, And a reverse mixing process in which the rotational speed of the container is set to 1/10 of the stirring blade rotational speed,
In the step of forming the second composite particles, in order to cause weak contact between the silica particles and the first metal nanoparticles, compared to the step of forming the first composite particles, the container of the stirrer and the stirring vanes are moved in the same direction Wherein the mixing step is performed only in a forward mixing step in which the slurry is rotated.
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