WO2024014707A1 - 고흡수성 수지층을 포함한 복합 단열재 - Google Patents

고흡수성 수지층을 포함한 복합 단열재 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a composite insulation material, and more specifically, to a composite insulation material with improved insulation performance due to the inclusion of a superabsorbent polymer layer (SAP layer) between the blankets, which are insulation materials.
  • SAP layer superabsorbent polymer layer
  • Aerogel is a highly porous material with a porosity of about 90 to 99.9% and a pore size of 1 to 100 nm. It is a super-insulating material with high porosity and specific surface area and lower thermal conductivity than conventional organic insulating materials such as Styrofoam. It is used as a highly efficient insulating material.
  • the airgel is produced by impregnating and gelling a catalyzed sol into a blanket substrate.
  • a catalyzed sol for example, silica airgel
  • moisture in the air is adsorbed to the surface of the blanket and penetrates into it due to the hydrophilic silanol group present on the surface, thereby increasing the heat conduction of the blanket and ultimately the insulation performance. This deterioration problem occurred.
  • the hydrophilic nature of the surface of the airgel is modified to hydrophobicity, but even in this case, the problem that the insulation performance still deteriorates when exposed to moisture for a long period of time has not been solved.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve insulation performance by placing a superabsorbent resin layer between blankets where heat conduction is at risk of increasing due to moisture, in order to solve the problems mentioned in the background technology of the above invention.
  • the goal is to provide a composite insulation material.
  • the present invention is provided between two or more blankets including a blanket substrate and airgel formed on the inside and surface of the blanket substrate, and the two or more blankets.
  • a composite insulation material including a superabsorbent polymer layer located and containing superabsorbent polymer particles.
  • the superabsorbent polymer particles contained in the superabsorbent polymer layer located between the blankets have the property of absorbing moisture in the atmosphere. With these characteristics, the insulation effect can be maximized by pre-absorbing atmospheric moisture that will penetrate the blanket. In addition, even if moisture has already penetrated the blanket, the low thermal conductivity of the composite insulation itself can be maintained by absorbing it.
  • the superabsorbent polymer particles have the property of swelling when they absorb moisture, they swell after absorbing moisture and can function to protect the blanket from moisture. This property can act as a protective barrier preventing moisture from migrating deeper into the composite insulation.
  • Figure 1 shows a cross-sectional view of a composite insulation material according to an embodiment of the present invention.
  • the composite insulation material according to an embodiment of the present invention is located between the two or more blankets, and includes a blanket substrate and two or more blankets containing airgel formed inside and on the surface of the blanket substrate, and contains superabsorbent resin particles. It may include a superabsorbent polymer layer.
  • the blanket substrate included in the blanket may be specifically a porous substrate in terms of improving the insulation properties of the blanket.
  • the blanket substrate is porous, it is easy for the catalyzed sol that forms airgel on the inside and surface of the blanket substrate to penetrate into the surface and then into the interior of the blanket substrate. Therefore, airgel can be uniformly formed even inside the blanket substrate, and through this, the insulation effect of the blanket and the composite insulation material containing the same can be maximized.
  • the blanket substrate may be a film, sheet, net, fiber matrix, non-woven fabric, or a laminate of two or more layers thereof. Additionally, depending on the use, surface roughness may be formed or patterned on the surface. More specifically, the blanket substrate may be a fiber matrix that can further improve thermal insulation performance by including pores into which airgel can be easily inserted.
  • the blanket base material is polyamide, polybenzimidazole, polyaramid, acrylic resin, phenolic resin, polyester, polyether ether ketone (PEEK), polyolefin (e.g., polyethylene, polypropylene, or copolymers thereof). ), cellulose, carbon, cotton, wool, hemp, non-woven, glass fiber or ceramic wool. More specifically, the blanket substrate of the present invention may include glass felt (glass fiber), which has low thermal conductivity and is suitable as an insulation material.
  • a blanket according to an embodiment of the present invention may include airgel formed inside and on the surface of the blanket substrate.
  • the airgel may be formed in a blanket substrate, that is, in pores made of glass fibers, and the pores may be spaces formed due to the three-dimensional matrix structure of glass fibers.
  • the airgel formed inside and on the surface of the blanket substrate may mean an aggregate of airgel complexed with the blanket substrate.
  • the airgel formed on the surface of the blanket substrate refers to a state in which a portion is exposed to the outer surface of the blanket and is in contact with the atmosphere, etc., and the airgel formed inside the blanket substrate exists inside the blanket and is in contact with the atmosphere. It may refer to airgel that is not exposed to the outer surface of the blanket.
  • a blanket containing airgel formed on the inside and surface of the blanket substrate can be manufactured by impregnating the blanket substrate with a catalyzed sol and gelling it.
  • the catalyzed sol may include a base catalyst and a sol.
  • the sol is a material that forms a porous gel through a sol-gel reaction, and may include an inorganic sol, an organic sol, or a combination thereof.
  • the inorganic sol may include zirconia, yttrium oxide, hafnia, alumina, titania, ceria, silica, magnesium oxide, calcium oxide, magnesium fluoride, calcium fluoride, and combinations thereof
  • the organic sol may include polyacrylic.
  • Latex Polyolefin, polystyrene, polyacrylonitrile, polyurethane, polyimide, polyfurfural alcohol, phenol furfuryl alcohol, melamine formaldehyde, resorcinol formaldehyde, cresol formaldehyde, phenol formaldehyde, polyvinyl alcohol dialdehyde , polycyanurate, polyacrylamide, and combinations thereof.
  • silica sol an inorganic sol, may be included in order to ensure excellent bonding with the blanket substrate and ultimately complete a blanket with low thermal conductivity.
  • the silica sol may be prepared by mixing a silica precursor, water, and an organic solvent, and the silica precursor may include a silicon-containing alkoxide-based compound.
  • a silicon-containing alkoxide-based compound Specifically, tetramethyl orthosilicate (TMOS), tetraethyl orthosilicate (TEOS), methyl triethyl orthosilicate, and dimethyl diethyl orthosilicate.
  • TMOS tetramethyl orthosilicate
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • methyl triethyl orthosilicate methyl triethyl orthosilicate
  • dimethyl diethyl orthosilicate tetrapropyl orthosilicate
  • tetraisopropyl orthosilicate tetrabutyl orthosilicate
  • tetrasecondary butyl orthosilicate tetrasecondary butyl orthosilicate
  • orthosilicate tetra tertiary butyl orthosilicate, tetrahexyl orthosilicate, tetracyclohexyl orthosilicate, tetradodecyl orthosilicate. It may include tetraalkyl silicate, and more specifically, it may include tetraethyl orthosilicate (TEOS).
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • the silica precursor may be used in an amount such that the content of silica (SiO 2 ) contained in the silica sol is 3% by weight to 30% by weight. If the silica content is less than 3% by weight, the amount of airgel formed inside and on the surface of the blanket substrate may be too low, which may cause a problem in that the desired level of insulation effect cannot be expected. If the content of silica exceeds 30% by weight, excessive airgel may occur. There is a risk that the mechanical properties of the blanket, especially flexibility, may decrease due to formation.
  • the silica sol may include an organic solvent and water
  • the organic solvent may be one or more of methanol, ethanol, isopropanol, and butanol in terms of compatibility with the silica precursor and water.
  • the base catalyst contained in the catalyzed sol is a substance that increases the pH of the sol and promotes gelation in the gelation step described later.
  • the base catalyst is an inorganic base such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or an organic base such as ammonium hydroxide. It may be a base. Specifically, it may be sodium hydroxide, ammonia, ammonium hydroxide, or a mixture thereof.
  • the catalyzed sol can be impregnated into the blanket substrate.
  • impregnation can be achieved by adding a fluid catalyzed sol to the blanket substrate, which may indicate that the catalyzed sol penetrates into the pores inside and on the surface of the blanket substrate.
  • the gelation may be the formation of a network structure from a catalyzed sol, and the network structure is a planar network-shaped structure in which certain polygons with one or more types of atomic arrangements are connected. Alternatively, it may represent a structure that shares the vertices, edges, and faces of a specific polyhedron to form a three-dimensional skeletal structure.
  • the gelation can be induced by impregnating the blanket substrate with the catalyzed sol and leaving it for 0.5 to 2.0 hours, and can be carried out within a temperature range of 20 to 50 °C, preferably at room temperature. It can be.
  • the wet gel-fiber composite can be left at an appropriate temperature to mature so that the chemical change can be completely achieved. Aging can make the formed network structure more robust, thereby strengthening the insulation of the blanket. .
  • the aging may be performed by leaving the product at a temperature of 30 to 70° C. for 3 to 50 hours.
  • airgel can be formed on the inside and surface of the blanket substrate by impregnating, gelling, and maturing the catalyzed sol on the blanket substrate.
  • the airgel formed on the inside and surface of the blanket substrate maintains low thermal conductivity immediately after drying.
  • the airgel shows vulnerability to moisture due to the hydrophilic functional group present on the surface of the airgel.
  • the hydroxy functional group present on the surface of the airgel for example, in the case of silica airgel, has the disadvantage that the hydrophilic silanol group (Si-OH) present on the silica surface absorbs moisture in the air, gradually increasing the thermal conductivity.
  • Si-OH hydrophilic silanol group
  • the blanket of the present invention is used as an insulating material, the above disadvantages can be fatal. Therefore, in order to maintain low thermal conductivity, it is necessary to modify the surface of the airgel to be hydrophobic and replace the hydrophilic functional groups present on the surface with hydrophobic functional groups.
  • a surface modifier containing a polar solvent and an organosilane compound may be used.
  • the polar solvent may be methanol, ethanol, or isopropyl alcohol
  • the organosilane compound may be trimethylchlorosilane (TMCS), hexamethyldisilazane (HMDS), methyltrimethoxysilane (MTMS), It may be trimethylethoxysilane (TMES), ethyltriethoxysilane (ETES), or phenyltriethoxysilane (PTES), and more specifically, it may be trimethylethoxysilane or hexamethyldisilazane.
  • TMCS trimethylchlorosilane
  • HMDS hexamethyldisilazane
  • MTMS methyltrimethoxysilane
  • TMES trimethylethoxysilane
  • ETES ethyltriethoxysilane
  • PTES phenyltrieth
  • the airgel formed by impregnating and gelling the blanket substrate is surface modified and then dried, so that the airgel may include a hydrophobic functional group on the surface.
  • Silica airgel according to an embodiment of the present invention has excellent thermal insulation properties because its surface is substituted with a hydrophobic functional group, and a silica airgel-containing blanket containing it can secure low thermal conductivity.
  • the thermal conductivity of the blanket may eventually increase due to long-term moisture exposure, resulting in a decrease in insulation performance. Therefore, as will be described later, by providing a superabsorbent resin layer in the composite insulation material of the present invention, deterioration due to moisture, that is, a decrease in the insulation performance of the airgel, is prevented.
  • the blanket according to an embodiment of the present invention is characterized in that the thermal conductivity deviation depending on the position within one blanket is 3.0 mW/m ⁇ K or less, preferably 2.0 mW/m ⁇ K or less or 1.0 mW. It may be less than /m ⁇ K. At this time, those with no difference and a value of 0, that is, those with the same thermal conductivity within the blanket, may also be included in the scope of the present invention.
  • the blanket may have a thickness deviation of 1.5 mm or less, 1.2 mm or less, 0.7 mm or less, and preferably 0.5 mm or less.
  • the deviation in thermal conductivity and thickness is a characteristic that may appear in a cut blanket, specifically in an area of 0.01 m 2 to 10.0 m 2 , more specifically in an area of 0.36 m 2 to 5.0 m 2 , at each end from both ends. This may be a difference between values measured in areas spaced 30 cm apart.
  • the thermal conductivity and thickness of the blanket were measured at room temperature (23 ⁇ 5°C) by obtaining a plurality of samples with a certain size within the blanket at regular intervals and using NETZSCH's HFM 436 Lambda equipment for each sample. ), the thermal conductivity was measured. It may be expressed by comparing the thermal conductivity values measured in an area 30 cm apart from both ends of a plurality of samples.
  • the number of samples in the blanket may vary depending on the length of the blanket, and may be, for example, 2 to 20, 3 to 10, or 3 to 5.
  • the blanket includes airgel and a blanket substrate, and specifically, airgel may be formed inside and on the surface of the blanket substrate, or may be formed inside and on the surface of the blanket substrate. A large amount of airgel particles may be formed uniformly.
  • the blanket may have improved thermal conductivity of 10 mW/m ⁇ K to 20 mW/m ⁇ K. Within this range, there is an effect of maximizing the insulation of the blanket.
  • the above thermal conductivity is a value measured at room temperature (23 ⁇ 5°C) according to the heat flow method using NETZSCH's HFM 436 Lambda equipment.
  • the blanket included in the composite insulation according to an embodiment of the present invention may include airgel.
  • airgel for example, in the case of silica airgel, as described above, the hydrophilic silanol group (Si-OH) present on the surface is There is a disadvantage that thermal conductivity gradually increases as moisture is absorbed. Therefore, in order to maintain low thermal conductivity, it is common to modify the surface of airgel to make it hydrophobic.
  • the blanket does not maximize the thermal insulation effect even though it contains silica airgel whose surface is hydrophobically modified to maintain such low thermal conductivity. Because it has been hydrophobically treated, there may not be a major problem if exposed to moisture for a short period of time, but moisture penetration due to long-term moisture exposure ultimately reduces the insulation performance of the blanket. In the end, hydrophobic treatment cannot be a fundamental solution to moisture.
  • the composite insulation material according to an embodiment of the present invention places a superabsorbent polymer layer between the blankets, so that the moisture in the air and the moisture that has penetrated the blanket are absorbed by the superabsorbent polymer particles contained in the superabsorbent polymer layer. Allow it to be absorbed. Since the superabsorbent polymer particles have the property of absorbing moisture around the particles and swelling, they can minimize performance degradation of the composite insulation material.
  • the superabsorbent polymer particles may include a crosslinked polymer of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having at least a partially neutralized acidic group and an internal crosslinking agent.
  • the water-soluble ethylenically unsaturated monomer may include (meth)acrylic acid or a salt thereof.
  • alkali metal salts such as acrylic acid and or its sodium salt are used as the water-soluble ethylenically unsaturated monomer, superabsorbent polymer particles with improved water absorption can be obtained.
  • water-soluble ethylenically unsaturated monomers include maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, itaconic acid, 2-acryloylethane sulfonic acid, 2-methacryloylethane sulfonic acid, and 2-(meth)acryloylpropane sulfonic acid.
  • the superabsorbent polymer particles may include a crosslinked polymer crosslinked by an internal crosslinking agent.
  • the internal cross-linking agent may serve to polymerize the water-soluble ethylenically unsaturated monomers described above by cross-linking the unsaturated bonds.
  • the internal crosslinking agent may be a (meth)acrylate-based compound in which the crosslinking reaction proceeds through a free-radical polymerization (FRP) reaction.
  • the internal crosslinking agent is ethylene glycol di(meth)acrylate, polyethylene glycol (meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, propylene glycol di(meth)acrylate, and polypropylene glycol (meth)acrylate.
  • It may be one or more compounds selected from the group consisting of glycol di(meth)acrylate and tetraethylene glycol di(meth)acrylate. More specifically, among these, it may be polyethylene glycol di(meth)acrylate.
  • the cross-linked polymer of the present invention can be prepared from the polymerization reaction of a composition containing a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, an internal cross-linking agent, and a polymerization initiator, wherein the internal cross-linking agent is present in an amount of 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. It may be by weight.
  • the internal crosslinking agent is 0.01 part by weight or more, 0.05 part by weight, 0.1 part by weight, or 0.2 part by weight or more, and 5 parts by weight or less, 3 parts by weight or less, or 2 parts by weight, based on 100 parts by weight of water-soluble ethylenically unsaturated monomer. part or less, 1 part by weight or less, or 0.5 part by weight or less. If the content of the internal cross-linking agent is too low, cross-linking may not occur sufficiently, making it difficult to achieve an appropriate level of strength. If the content of the upper internal cross-linking agent is too high, the internal cross-linking density may increase, making it difficult to achieve the desired water retention capacity.
  • the superabsorbent polymer particles of the present invention may include a surface crosslinking layer on the surface.
  • the surface cross-linking layer may be cross-linked from a surface cross-linking agent, where the surface cross-linking agent includes a polyhydric epoxy compound, and the polyhydric epoxy compound may be a glycidyl ether compound of a polyhydric alcohol.
  • the surface cross-linking agent is ethylene glycol diglycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether, and triethylene glycol diglycidyl ether.
  • triethyleneglycol diglycidyl ether tetraethyleneglycol diglycidyl ether, glycerin polyglycidyl ether, and sorbitol polyglycidyl ether. It may contain one or more polyvalent epoxy compounds.
  • the surface cross-linking agent may be in an amount of about 0.001 to about 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin, which will be described later. Specifically, the surface cross-linking agent is present in an amount of about 0.005 parts by weight or more, about 0.01 parts by weight or more, and about 0.05 parts by weight or more, and about 4 parts by weight or less, about 2 parts by weight or less, and about 2 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the base resin. , or about 1 part by weight or less.
  • the cross-linking density of the surface cross-linking layer may be too low and absorption characteristics such as absorption capacity under pressure may be reduced, and if the content of the surface cross-linking agent is too high, excessive surface cross-linking reaction may proceed, resulting in superabsorbent polymer particles. It may be difficult to suppress the rewetting phenomenon.
  • the particle diameter (D50) of the superabsorbent resin particles included in the composite insulation material of the present invention may be 10 to 850 ⁇ m.
  • superabsorbent polymer particles with a particle size of 150 ⁇ m or less are classified as fine particles, and those with a particle diameter of more than 150 ⁇ m and 850 ⁇ m or less are classified as normal particles.
  • the composite insulation material in the present invention is independent of the size of the particle size because it uses the characteristics of superabsorbent resin particles that absorb moisture and swell on their own. Therefore, the superabsorbent polymer particles of the present invention may further include fine particles in addition to normal particles.
  • the particle size may be measured using a laser diffraction method.
  • the method for producing the superabsorbent polymer particles is described step by step as follows. First, the polymerization reaction of the composition proceeds.
  • the composition may include the water-soluble ethylenically unsaturated monomer, internal crosslinking agent, and polymerization initiator described above, and, if necessary, may additionally include additives such as a thickener, a plasticizer, a storage stabilizer, and an antioxidant.
  • the composition can form a water-containing gel polymer through a polymerization reaction.
  • a step of coarsely pulverizing the water-containing gel polymer before drying may be included to increase drying efficiency. Drying is performed on the water-containing gel polymer that undergoes a coarse grinding process as described above or immediately after polymerization without undergoing a coarse grinding process. Thereafter, a step of preparing a base resin may be performed by pulverizing the dried polymer obtained through the drying step.
  • a surface cross-linking reaction step is performed to form a surface cross-linking layer on at least a portion of the base resin surface in the presence of a surface cross-linking agent.
  • a surface cross-linking agent is applied to the surface of the base resin. Accordingly, the surface cross-linking reaction occurs on the surface of the base resin, which improves the cross-linkability on the surface of the base resin without substantially affecting the interior of the particle. Therefore, the surface cross-linked base resin has a higher degree of cross-linking near the surface than inside.
  • Surface cross-linking reaction and drying can be achieved simultaneously by heating the base resin to which a surface cross-linking agent has been added.
  • a step of classifying the base resin on which the surface crosslinking layer is formed may follow.
  • the base resin can be completed into superabsorbent resin particles through processes such as grinding and classification. Thereafter, the superabsorbent polymer particles can be classified according to particle size, and superabsorbent polymer particles with an appropriate particle size according to the purpose of use can be commercialized.
  • the superabsorbent polymer particles have a water retention capacity (CRC) measured according to EDANA method WSP 241.3 of 24 g/g or more, or 25 g/g or more, or 26 g/g or more, and 40 g/g or less, or 38 g. /g or less, or 36 g/g or less.
  • CRC water retention capacity
  • the superabsorbent polymer particles have an absorbency under pressure (AUP) at 0.7 psi measured according to the EDANA method WSP 242.3 of 18 g/g or more, or 20 g/g or more, or 22 g/g or more, and 27 g/g. It may be less than or equal to 25 g/g.
  • AUP absorbency under pressure
  • the superabsorbent polymer particles included in the superabsorbent polymer layer basically have the property of absorbing moisture in the atmosphere, they can absorb moisture in the atmosphere that will penetrate the blanket in advance. In addition, moisture that has already penetrated the blanket is also absorbed by the superabsorbent polymer particles, thereby minimizing the deterioration of the insulation performance of the composite insulation material.
  • the composite insulation material (1) has the highly absorbent water between the blanket (2). It may be a structure in which the stratum (3) and the blanket (2) are alternately stacked. In the case of Figure 1 (a), it is a composite insulation material (1) in which a superabsorbent polymer layer (3) is laminated as one between the blankets (2), and in the case of Figure 1 (b), it is a composite insulation material (1) between the blankets (2).
  • It has a structure in which superabsorbent polymer layers (3), blankets (2), and superabsorbent polymer layers (3) are stacked alternately in that order, and is a composite insulation material (1) in which two superabsorbent polymer layers (3) are laminated. . That is, at least one side of the blanket (2), which serves as an insulator in the composite insulation (1), may be in contact with the superabsorbent polymer layer (3).
  • the superabsorbent resin contained in the superabsorbent polymer layer (3) Particles have the property of being able to absorb moisture equivalent to up to 50 times their own weight. Therefore, it plays an excellent role in minimizing moisture in the blanket 2, which is an insulating material.
  • the decrease in thermal conductivity of the composite insulation material 1 due to the moisture absorption may not be significant. That is, due to the good moisture absorption properties of the superabsorbent polymer particles, it is possible to suppress the increase in thermal conductivity of the blanket (2) due to moisture, and the degree of increase in thermal conductivity due to the moisture absorbed superabsorbent polymer layer (3) is not large. , an increase in thermal conductivity due to moisture in the composite insulation material 1 itself is prevented, and thus good insulation performance can be maintained.
  • the composite insulation (1) of the present invention may have a superabsorbent polymer layer (3) positioned between the two or more blankets (2).
  • the superabsorbent polymer layer 3 may be a coating layer formed on the blanket 2, and may be a filling layer in which breathable receptors are filled with superabsorbent polymer particles.
  • the superabsorbent polymer layer 3 according to an embodiment of the present invention may include an air permeable receptor and the superabsorbent polymer particles filled in the air permeable receptor.
  • the coating layer it can be formed by applying a coating solution prepared by stirring and mixing the superabsorbent polymer particles with a dispersion solvent and a binder on the blanket 2 and drying it.
  • the filling layer it can be formed by filling a separate air permeable container with the superabsorbent polymer particles, sealing the air permeable container, and then placing and pressing between the two or more blankets (2).
  • the superabsorbent polymer particles exist in the form of powder, they have the property of scattering like dust. Even when the superabsorbent polymer layer 3 is applied as a coating layer together with a binder, as the mutual adhesion between some superabsorbent polymer particles on the surface of the composite insulation weakens, the superabsorbent polymer particles may separate and scatter. Therefore, it may be desirable to apply the superabsorbent polymer layer 3 in the form of a filling layer.
  • the breathable receptor may be a network structure that allows moisture and air to pass through while preventing the superabsorbent polymer particles from passing through.
  • the breathable receptor may include nylon, glass fiber/polyethylene (PE), non-woven material, and biodegradable material (eg, Poly Lactic Acid (PLA)).
  • the air permeable receptor includes two or more suture lines crossing each other and a receiving portion partitioned by the suture lines, and superabsorbent polymer particles may be accommodated in the receiving portion.
  • the suture line is a line that crosses and sutures the breathable receptor.
  • a receiving portion which is a space in which the superabsorbent polymer particles can be accommodated, is created.
  • the receiving portion may have a plurality of square or rectangular shapes when the breathable receptor is viewed from a plan view.
  • the superabsorbent polymer particles within the air permeable receptor may be filled unevenly within the area of the air permeable receptor.
  • the superabsorbent polymer particles are concentrated downward due to gravity, so non-uniform distribution of the superabsorbent polymer particles may occur. Therefore, by forming a compartment of the receiving portion through two or more suture lines that intersect each other and filling the receiving portion with superabsorbent polymer particles, the superabsorbent polymer particles are uniformly distributed within the breathable receptor even when the composite insulation is erected and applied vertically. A state of acceptance can be achieved.
  • the basis weight of the superabsorbent polymer layer may be 0.08 to 0.31 g/cm 2 , and more specifically, 0.15 to 0.25 g/cm 2 .
  • the basis weight refers to the ratio of the total mass of the superabsorbent polymer particles included in the superabsorbent polymer layer to the area of the superabsorbent polymer layer. Therefore, the moisture absorption performance of the superabsorbent polymer layer can be maximized by including the mass of superabsorbent polymer particles in the superabsorbent polymer layer within the above range depending on the area of the superabsorbent polymer layer.
  • the superabsorbent polymer layer when the basis weight is 0.08 g/cm 2 or more, the superabsorbent polymer layer appropriately absorbs moisture that has penetrated the blanket in the composite insulation material and moisture that will penetrate the atmosphere, thereby lowering the humidity or moisture content of the composite insulation material itself. There is. Through this, it is possible to prevent deterioration of the insulation performance of the composite insulation material in a moisture atmosphere.
  • the basis weight is 0.31 g/cm 2 or less, for example, it is possible to prevent deterioration of the insulation performance of the entire composite insulation material due to the superabsorbent polymer layer being formed to an excessive specific gravity or thickness.
  • the superabsorbent polymer particles included in the superabsorbent polymer layer of the present invention have the property of swelling when they absorb moisture. That is, the spaced apart superabsorbent polymer particles may swell while absorbing surrounding moisture and moisture penetrating into the composite insulation material to form a protective film.
  • the protective film may serve to prevent infiltrated moisture from moving to the surface of the composite insulation material and then deeper into the interior. In addition, it can also serve as a buffering effect to prevent damage to the composite insulation from external shocks and to prevent moisture infiltration due to damage to the blanket. For example, even if the blanket is damaged, the protective film can prevent moisture from excessively penetrating into the blanket.
  • the ratio of the thickness of the superabsorbent polymer layer to the total thickness of two or more blankets may be 0.025 to 0.1. If the thickness ratio exceeds 0.1, the superabsorbent polymer layer may be excessively swollen and thick, which may lower the thermal insulation effect of the composite insulation material, and may even cause a decrease in thermal conductivity due to excessive moisture in the composite insulation material itself. In addition, when the thickness ratio is less than 0.025, the effect of the superabsorbent polymer layer to maintain the insulation effect of the composite insulation may be minimal by absorbing moisture that adversely affects the insulation of the blanket due to the rather thin superabsorbent polymer layer.
  • the ratio of the total thickness of the superabsorbent polymer layer to the total thickness of the two or more blankets is, for example, when one superabsorbent polymer layer is located between two blankets, the total thickness of the two blankets. It can mean the ratio of the thickness of the superabsorbent polymer layer to . At this time, the thickness can be measured using a vernia caliper.
  • Silica sol was prepared by mixing tetraethyl orthosilicate (TEOS) and water at a molar ratio of 1:4 and adding TEOS and ethanol at a weight ratio of 1:5, and adding a base catalyst to the silica sol to catalyze the silica sol.
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • a sol was prepared.
  • Glass fiber was added as a blanket substrate to the reactor containing the catalyzed sol, the blanket substrate was impregnated with silica sol, and left at room temperature for 1 hour to gel to obtain a wet gel-fiber composite, and then the temperature was adjusted to 60°C. After raising the temperature, it was left for 24 hours to proceed with maturation.
  • a surface modifier prepare a solution diluted with ethanol (moisture content: 8% by weight) and trimethylethoxysilane to 40% by volume.
  • the surface modifier was added to the reactor, and hydrophobic treatment was performed at 60°C for 24 hours to form airgel with a hydrophobic functional group on the inside and surface of the blanket substrate.
  • a plate-shaped blanket with a thickness of 10 mm was prepared by oven drying for 1 hour at 150°C and normal pressure.
  • the composition was supplied onto a conveyor belt with a width of 10 cm and a length of 2 m rotating at a speed of 10 cm/min.
  • the polymerization reaction was carried out for 20 minutes on a conveyor belt equipped with a light source, and through this, a water-containing gel polymer with a water content of 45% by weight was obtained.
  • the hydrogel polymer was pulverized using a meat chopper to obtain particles with a particle size of 300 ⁇ m to 5000 ⁇ m. Afterwards, the pulverized material was dried in hot air at 185°C for 30 minutes using an air-flow oven. A base resin was obtained through the above grinding, drying, and classification.
  • the superabsorbent resin layer was laminated on a plate-shaped blanket with a thickness of 10 mm and an area of 144 cm 2 (length 12 cm A blanket identical to the above blanket was laminated on the laminated superabsorbent resin layer, and then the blanket and the superabsorbent resin layer were adhered by pressing.
  • the thickness of the superabsorbent polymer layer was 1 mm and the basis weight was 0.16 g/cm 2 between the two blankets. Accordingly, a composite insulation material was manufactured in which the ratio of the total thickness of the superabsorbent polymer layer to the total thickness of the two blankets was 0.05.
  • Example 2 The same method as Example 1 except that the amount of superabsorbent polymer particles filled in the superabsorbent polymer layer used in Example 1 was 20 g, and the basis weight of the superabsorbent polymer layer was 0.31 g/cm 2 A composite insulation material was manufactured using .
  • Example 1 except that after filling the superabsorbent polymer particles into the plate-shaped breathable container, two or more suture lines crossing each other were not formed, that is, a separate receiving portion was not divided.
  • a composite insulation material was manufactured using the same method.
  • Example 2 The same method as Example 1 except that the amount of superabsorbent polymer particles filled in the superabsorbent polymer layer used in Example 1 was 3 g, and the basis weight of the superabsorbent polymer layer was 0.05 g/cm 2 A composite insulation material was manufactured using .
  • Example 2 The same method as Example 1 except that the amount of superabsorbent polymer particles filled in the superabsorbent polymer layer used in Example 1 was 25 g, and the basis weight of the superabsorbent polymer layer was 0.39 g/cm 2 A composite insulation material was manufactured using .
  • a composite insulation material was manufactured using the same method as Example 1, except that a single-layer blanket with a thickness of 20 mm was used instead of a superabsorbent polymer layer.
  • thermo conductivity of the composite insulation materials prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 was measured in the following manner, and the results are shown in Table 1 below.
  • the sample of the composite insulation material is placed in a thermohygrostat and moisture is absorbed under the conditions of a temperature of 80° C. and a humidity of 95%.
  • the weight and thermal conductivity of the sample in this moisture-absorbed state were measured in the same manner as described above.
  • the thermal conductivity of the composite insulation materials of Examples to Comparative Examples before moisture absorption is the same, but after exposure to moisture absorption conditions, the thermal conductivity of Experimental Examples 1 to 5 is low, confirming that excellent insulation performance is maintained. I was able to. Therefore, it was confirmed that the presence of a superabsorbent resin layer can maximize the insulation performance of the composite insulation material. In addition, it was confirmed that moisture penetrating into the blanket within the composite insulation material could be minimized through the moisture absorption properties of the superabsorbent polymer layer.
  • Experimental Examples 6 and 7 are the case where moisture was absorbed in a constant temperature and humidity chamber under the same conditions as the composite insulation manufactured in Comparative Example 1 but without a superabsorbent polymer layer (Experimental Example 6), and the composite insulation was The results of measuring thermal conductivity, which is an insulation effect, are shown when the sample was immersed in a constant temperature bath at 25°C and fixed by placing a weight on it to prevent it from floating on the water surface (Experimental Example 7).
  • the thermal conductivity increased by 44% and 196% compared to before moisture absorption, confirming that the thermal insulation ability was significantly reduced compared to Experimental Example 1 in which the superabsorbent polymer layer was present.

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Abstract

본 발명은 블랑켓용 기재 및 상기 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성된 에어로겔을 포함하는 2 이상의 블랑켓, 상기 2 이상의 블랑켓 사이에 위치하고, 고흡수성 수지 입자를 포함하는 고흡수성 수지층을 포함하는 복합 단열재를 제공한다.

Description

고흡수성 수지층을 포함한 복합 단열재
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 07월 12일자 한국특허출원 제10-2022-0085835호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 복합 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단열재인 블랑켓 사이에 고흡수성 수지층(SAP층)을 포함하여 이로 인한 단열 성능이 향상된 복합 단열재에 관한 것이다.
에어로겔(aerogel)은 90~99.9% 정도의 기공율과 1~100 nm 범위의 기공크기를 갖는 고다공성 물질로서, 높은 기공률과 비표면적, 그리고 종래 스티로폼의 유기 단열재보다 낮은 열전도율을 보이는 슈퍼단열성(super-insulation)을 가져 고효율의 단열재의 용도로 이용되고 있다.
상기 에어로겔은 촉매화된 졸이 블랑켓용 기재에 함침 및 겔화 되어 생성된다. 이때 상기 에어로겔, 예를 들어 실리카 에어로겔의 경우 표면에 존재하는 친수성의 실라놀기에 의하여 대기 중 수분이 블랑켓 표면에 흡착되고 내부로 침투됨으로써, 상기 수분에 의하여 블랑켓의 열전도가 높아지고 결국엔 단열 성능이 저하되는 문제가 발생했다.
상기 문제를 해결하기 위해 에어로겔의 표면의 친수성을 소수성으로 개질하지만, 이 경우에도 장기적인 수분에 노출되는 경우 여전히 단열 성능이 저하되는 문제가 해결되지 않았다.
따라서, 블랑켓으로 수분이 침투되었을 때에도 블랑켓의 단열 성능 저하를 최소화할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제를 해결하기 위하여, 수분에 의하여 열전도가 높아질 위험이 있는 블랑켓 사이에 고흡수성 수지층을 위치시켜, 단열성능이 개선된 복합 단열재를 제공하고자 하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 블랑켓용 기재 및 상기 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성된 에어로겔을 포함하는 2 이상의 블랑켓, 및 상기 2 이상의 블랑켓 사이에 위치하고, 고흡수성 수지 입자를 포함하는 고흡수성 수지층을 포함하는 복합 단열재를 제공한다.
본 발명의 복합 단열재에 따르면, 블랑켓 사이에 위치한 고흡수성 수지층에 포함된 고흡수성 수지 입자는 대기 중의 수분을 흡수하는 특성이 있다. 이러한 특성으로 블랑켓에 침투할 대기 중 수분을 미리 흡수하여 단열 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 이미 블랑켓에 수분이 침투한 경우라도 이를 흡수함으로써 복합 단열재 자체의 낮은 열전도도를 유지할 수 있다.
또한, 고흡수성 수지 입자는 수분을 흡수하면 팽윤되는 성질이 있기 때문에, 수분을 흡수한 뒤 팽윤되어 블랑켓을 수분으로부터 보호하는 기능을 할 수 있다. 이런 특성은 수분이 복합 단열재의 더 깊은 내부로 이동할 수 없도록 막는 보호막 역할을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 단열재의 횡단면도를 나타낸 것이다.
본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 복합 단열재는 블랑켓용 기재 및 상기 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성된 에어로겔을 포함하는 2 이상의 블랑켓, 및 상기 2 이상의 블랑켓 사이에 위치하고, 고흡수성 수지 입자를 포함하는 고흡수성 수지층을 포함할 수 있다.
상기 2 이상의 블랑켓에 있어서, 상기 블랑켓에 포함되는 블랑켓용 기재는 블랑켓의 단열성을 개선하는 측면에서 구체적으로는 다공질(porous)의 기재인 것일 수 있다. 상기 블랑켓용 기재가 다공질인 경우에, 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 에어로겔을 형성시키는 촉매화된 졸이 블랑켓용 기재의 표면에 이어 내부까지 침투하는 것이 용이하다. 따라서 상기 블랑켓용 기재의 내부까지 균일하게 에어로겔이 형성될 수 있고, 이를 통하여 블랑켓 및 이를 포함하는 복합 단열재의 단열 효과를 극대화할 수 있다.
상기 블랑켓용 기재로는 필름, 시트, 네트, 섬유 매트릭스, 부직포체 또는 이들의 2층 이상의 적층체일 수 있다. 또한, 용도에 따라 그 표면에 표면조도가 형성되거나 패턴화된 것일 수도 있다. 보다 구체적으로는 상기 블랑켓용 기재는 에어로겔이 삽입되기에 용이한 공극을 포함함으로써 단열 성능을 보다 향상시킬 수 있는 섬유 매트릭스일 수 있다.
구체적으로 상기 블랑켓용 기재는 폴리아미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아라미드, 아크릴수지, 페놀수지, 폴리에스테르, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 공중합체), 셀룰로오스, 카본, 면, 모, 마, 부직포, 유리 섬유 또는 세라믹 울일 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명의 블랑켓용 기재는 열전도도가 낮아 단열 소재에 적합한 유리 섬유(glass felt, glass fiber)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 블랑켓은 상기 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성된 에어로겔을 포함할 수 있다. 상기 에어로겔은 블랑켓용 기재, 즉 유리 섬유로 이루어진 공극에 형성될 수 있는데, 상기 공극은 유리 섬유의 3차원 매트릭스 구조로 인해 구성된 공간일 수 있다. 한편, 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성된 에어로겔이라 함은, 상기 블랑켓용 기재와 복합화된 에어로겔의 집합체를 의미할 수 있다. 구체적으로 상기 블랑켓용 기재의 표면에 형성된 에어로겔은 일부가 블랑켓의 외표면에 노출되어 대기 등과 접하고 있는 상태를 의미하고, 상기 블랑켓용 기재의 내부에 형성된 에어로겔은 상기 블랑켓의 내부에 존재하면서 상기 블랑켓의 외표면에 노출되지 아니한 에어로겔을 의미할 수 있다.
나아가, 상기 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성된 에어로겔을 포함하는 블랑켓은 촉매화된 졸을 블랑켓용 기재에 함침시키고 겔화함으로써 제조될 수 있다.
먼저, 상기 촉매화된 졸은 염기 촉매와 졸을 포함할 수 있다. 상기 졸은 졸-겔 반응으로 다공성의 겔을 형성하는 물질로서, 무기졸, 유기졸 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 구체적으로 무기 졸은 지르코니아, 산화이트륨, 하프니아, 알루미나, 티타니아, 세리아, 실리카, 산화 마그네슘, 산화칼슘, 플루오르화 마그네슘, 플루오르화 칼슘 및 이들의 조합물을 포함할 수 있고, 유기 졸은 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리스틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리푸르푸랄 알콜, 페놀 푸르푸릴 알콜, 멜라민 포름알데히드, 레조르시놀 포름알데히드, 크레졸 포름알데히드, 페놀 포름알데히드, 폴리비닐 알콜 디알데히드, 폴리시아누레이트, 폴리아크릴아미드 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 블랑켓용 기재와의 우수한 결합성을 확보하여 최종적으로 낮은 열전도도를 가지는 블랑켓을 완성하기 위한 측면에서 무기 졸인 실리카 졸을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 실리카 졸은 실리카 전구체, 물 및 유기용매를 혼합하여 제조된 것일 수 있으며, 상기 실리카 전구체는 실리콘 함유 알콕사이드계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 테트라메틸 오르소실리케이트(tetramethyl orthosilicate; TMOS), 테트라에틸 오르소실리케이트(tetraethyl orthosilicate; TEOS), 메틸트리에틸 오르소실리케이트(methyl triethyl orthosilicate), 디메틸 디에틸 오르소실리케이트(dimethyl diethyl orthosilicate), 테트라프로필 오르소실리케이트(tetrapropyl orthosilicate), 테트라이소프로필 오르소실리케이트(tetraisopropyl orthosilicate), 테트라부틸 오르소실리케이트 (tetrabutyl orthosilicate), 테트라세컨드리부틸 오르소실리케이트(tetra secondary butyl
orthosilicate), 테트라터셔리부틸 오르소실리케이트(tetra tertiary butyl orthosilicate), 테트라헥실 오르소실리케이트(tetrahexyl orthosilicate), 테트라시클로헥실 오르소실리케이트(tetracyclohexyl orthosilicate), 테트라도데실 오르소실리케이트(tetradodecyl orthosilicate)와 같은 테트라알킬 실리케이트를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS)를 포함할 수 있다.
상기 실리카 전구체는 실리카 졸 내 포함되는 실리카(SiO2)의 함량이 3 중량% 내지 30 중량%가 되도록 하는 양으로 사용될 수 있다. 상기 실리카의 함량이 3 중량% 미만이면 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성되는 에어로겔이 지나치게 낮아 목적하는 수준의 단열 효과를 기대할 수 없는 문제가 발생할 수 있으며, 30 중량%를 초과할 경우 과도한 에어로겔의 형성으로 블랑켓의 기계적 물성, 특히 유연성이 저하될 우려가 있다.
아울러, 상기 실리카 졸은 유기용매 및 물을 포함할 수 있으며, 상기 유기용매는 실리카 전구체 및 물과의 상용성의 측면에서 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 부탄올 중 1 이상일 수 있다.
한편, 상기 촉매화된 졸에 포함되는 염기 촉매는 상기 졸의 pH를 증가시켜 후술하는 겔화 단계에서 겔화를 촉진시키는 물질로서, 상기 염기 촉매는 수산화나트륨, 수산화칼륨의 무기 염기 또는 수산화암모늄과 같은 유기 염기일 수 있다. 구체적으로 수산화나트륨, 암모니아, 수산화암모늄 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
이후, 상기 촉매화된 졸을 블랑켓용 기재에 함침 시킬 수 있다. 이때, 함침이란 블랑켓용 기재에 유동성이 있는 촉매화된 졸을 투입함으로써 이루어질 수 있는 것으로, 이로 인해 블랑켓용 기재 내부 및 표면의 공극에 촉매화된 졸이 침투하는 것을 나타내는 것일 수 있다.
상기 촉매화된 실리카 졸이 블랑켓용 기재에 함침되면서 겔화가 일어나고 이에 따라 습윤겔-섬유 복합체가 얻어진다. 상기 겔화(gelation)란 촉매화된 졸로부터 망상 구조를 형성시키는 것일 수 있으며, 상기 망상 구조(network structure)는 원자 배열이 1 종 혹은 그 이상의 종류로 되어 있는 어떤 특정한 다각형이 이어진 평면 그물 모양의 구조 또는 특정 다면체의 정점, 모서리, 면을 공유하여 3 차원 골격 구조를 형성하고 있는 구조를 나타내는 것일 수 있다.
상기 겔화는 블랑켓용 기재에 촉매화된 졸을 함침 시킨 후 0.5 시간 내지 2.0 시간 동안 방치함으로써 겔화를 유도할 수 있고, 20 내지 50 ℃의 온도 범위 내에서 실시될 수 있으며, 바람직하게는 상온에서 수행될 수 있다.
이후, 습윤겔-섬유 복합체를 적당한 온도에 방치하여, 화학적 변화가 완전히 이루어질 수 있도록 숙성할 수 있으며, 숙성은 상기 형성된 망상구조를 더 견고하게 형성시킬 수 있어, 블랑켓의 단열성을 강화시킬 수 있다. 상기 숙성은 30 내지 70 ℃의 온도에서 3 시간 내지 50 시간 동안 방치시켜 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 블랑켓은 블랑켓용 기재에 촉매화된 졸을 함침, 겔화 및 숙성시킴으로써 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 에어로겔이 형성될 수 있다. 이와 같이 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성된 에어로겔을 건조한 직후에는 낮은 열전도율을 유지한다. 하지만 상기 에어로겔은 에어로겔의 표면에 존재하는 친수성 작용기로 인하여 수분에 대한 취약성을 나타낸다.
상기 에어로겔의 표면에 존재하는 하이드록시 작용기, 예를 들어 실리카 에어로겔일 경우 실리카 표면에 존재하는 친수성 실라놀기(Si-OH)가 대기 중의 수분을 흡수하여 열전도율이 점차 높아지는 단점이 있다.
본 발명의 블랑켓은 단열재로 쓰이기 때문에 위와 같은 단점은 치명적일 수 있다. 따라서 낮은 열전도율을 유지하기 위해 에어로겔의 표면을 소수성으로 개질하여, 표면에 존재하는 친수성 작용기를 소수성 작용기로 치환할 필요가 있다.
상기 에어로겔의 표면을 소수성으로 개질하기 위해서는 극성 용매 및 유기실란 화합물을 포함하는 표면 개질제에 의해 이루어질 수 있다. 상기 극성 용매는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로필알코올일 수 있으며, 유기실란 화합물은 트리메틸클로로실란(Trimethylchlorosilane, TMCS), 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane, HMDS), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane, MTMS), 트리메틸에톡시실란(trimethylethoxysilane, TMES), 에틸트리에톡시실란(ethyltriethoxysilane, ETES), 또는 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane, PTES)일 수 있으며, 보다 구체적으로 트리메틸에톡시실란 또는 헥사메틸디실라잔일 수 있다.
이와 같이 블랑켓용 기재에 함침 및 겔화되어 형성된 에어로겔이 표면개질된 후 건조됨으로써, 상기 에어로겔은 표면에 소수성 작용기를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 에어로겔은 표면이 소수성 작용기로 치환되어 우수한 단열성을 가지며, 이를 포함하는 실리카 에어로겔 함유 블랑켓은 낮은 열전도도를 확보할 수 있다.
그러나, 이와 같이 에어로겔의 표면을 소수성 작용기로 치환했음에도 불구하고 결국 장기적인 수분 노출로 인해 블랑켓의 열전도도가 상승하여 단열 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 본 발명의 복합 단열재에 고흡수성 수지층을 구비함으로써, 수분에 따른 열화, 즉 에어로겔의 단열 성능 저하를 방지한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 블랑켓은 하나의 블랑켓 내 위치에 따른 열전도도 편차가 3.0 mW/m·K 이하인 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 2.0 mW/m·K 이하 또는 1.0 mW/m·K 이하인 것일 수 있다. 이 때 상기 차이가 없어 0의 값을 가지는 것 즉, 블랑켓 내 동일한 열전도도를 가지는 것도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
또한, 상기 블랑켓은 그 두께 편차가 1.5 mm 이하, 1.2 mm 이하, 0.7 mm 이하, 바람직하게 0.5 mm 이하일 수 있다.
상기 열전도도 및 두께의 편차는 재단한 블랑켓에서 나타날 수 있는 특징으로, 구체적으로는 0.01 m2 내지 10.0 m2의 면적, 보다 구체적으로 0.36 m2 내지 5.0 m2의 면적에서, 양 끝단으로부터 각 30cm 간격의 면적에서 측정한 값들 사이의 차이일 수 있다.
일례로, 상기 블랑켓의 열전도도 및 두께는 블랑켓 내 일정한 크기를 가지는 복수의 샘플을 일정한 간격을 두고 수득하여, 각 샘플에 대해 NETZSCH社의 HFM 436 Lambda장비를 이용하여 상온(23±5 ℃)에서 열전도도를 측정하였다. 복수의 샘플에서 양 끝단으로부터 각 30 cm 간격의 면적에서 측정된 열전도도 값을 비교하여 나타낸 것일 수 있다.
이 때 블랑켓에서의 샘플의 개수는 블랑켓의 길이에 따라 달라질 수 있으며, 일례로 2개 내지 20개, 3개 내지 10개, 3개 내지 5개일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 블랑켓은 에어로겔 및 블랑켓용 기재를 포함하는 것이며, 구체적으로 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 에어로겔이 형성된 것일 수 있고, 또는 블랑켓용 기재 내부 및 표면에 다량의 에어로겔 입자가 균일하게 형성된 것일 수 있다.
상기 블랑켓은 10 mW/m·K 내지 20 mW/m·K의 개선된 열전도도를 가질 수 있다. 이 범위 내에서 블랑켓의 단열성을 최대한으로 확보할 수 있는 효과가 있다. 상기의 열전도도는, NETZSCH社의 HFM 436 Lambda장비를 이용하여 열유속법(heat flow method)에 따라 상온(23±5℃)에서 측정한 값이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 단열재에 포함된 블랑켓은 에어로겔을 포함할 수 있는데, 예를 들어 실리카 에어로겔의 경우, 전술한 바와 같이 표면에 존재하는 친수성의 실라놀기(Si-OH)가 대기 중의 수분을 흡수함으로써 열전도도가 점차 높아지는 단점이 있다. 따라서, 낮은 열전도도를 유지하기 위해서는 에어로겔의 표면을 소수성으로 개질하는 것이 일반적이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 블랑켓은 이와 같이 낮은 열전도도를 유지하기 위해, 표면이 소수성으로 개질된 실리카 에어로겔을 포함하고 있음에도 불구하고, 단열 효과를 극대화하지 못한다. 소수성 처리를 했기 때문에 단시간 동안 수분에 노출되는 경우에는 큰 문제가 없을 수 있지만, 장기적인 수분 노출로 인한 수분 침투가 결국 블랑켓의 단열 성능을 감소시키기 때문이다. 결국, 소수성 처리는 수분에 대한 근본적인 해결책이 될 수 없다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 단열재는 상기 블랑켓 사이에 고흡수성 수지층을 위치시켜, 대기 중의 수분 및 블랑켓에 침투한 수분을 상기 고흡수성 수지층에 포함된 고흡수성 수지 입자가 흡수할 수 있도록 한다. 상기 고흡수성 수지 입자는 입자 주변의 수분을 흡수하고 팽윤되는 성질이 있기 때문에 복합 단열재의 성능 저하를 최소화할 수 있다.
구체적으로, 상기 고흡수성 수지 입자는 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 내부 가교제의 가교 중합체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 (메타)아크릴산 또는 이의 염을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체로써 아크릴산 및 또는 이의 나트륨염과 같은 알칼리 금속염을 사용하는 경우, 흡수성이 향상된 고흡수성 수지 입자를 얻을 수 있다.
이 밖에도, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체로는 무수말레인산, 푸말산, 크로톤산, 이타콘산, 2-아크릴로일에탄 술폰산, 2-메타아크릴로일에탄술폰산, 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산 또는 2-(메타)아크릴아미드-2-메틸 프로판 술폰산의 음이온성 단량체와 그 염; (메타)아크릴아미드, N-치환(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트 또는 폴리에틸렌 글리콜(메타)아크릴레이트의 비이온계 친수성 함유 단량체; 및 (N, N)-디메틸아미노에틸(메타) 아크릴레이트 또는 (N,N)-디메틸아미노프로필 (메타)아크릴아미드의 아미노기 함유 불포화 단량체와 그의 4급화물;로 이루어진 군에서 선택된 어느 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 고흡수성 수지 입자는 내부 가교제에 의하여 가교된 가교 중합체를 포함 수 있다. 상기 내부 가교제는 앞서 기재한 수용성 에틸렌계 불포화 단량체들의 불포화 결합을 가교시켜 중합시키는 역할을 할 수 있다.
상기 내부 가교제로는 자유 라디칼 중합(Free-Radical　Polymerization;　FRP) 반응에 의해 가교 반응이 진행되는 (메트)아크릴레이트계 화합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 내부 가교제는 에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 부틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트 및 테트라에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물일 수 있다. 보다 구체적으로는, 이 중에서 폴리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트일 수 있다.
본 발명의 가교 중합체는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 내부 가교제 및 중합 개시제를 포함하는 조성물의 중합 반응으로부터 제조될 수 있는데, 이때 상기 조성물에서 내부 가교제는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 가교제는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부 대비 0.01 중량부 이상, 0.05 중량부 이상, 0.1 중량부, 또는 0.2 중량부 이상이고, 5 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1 중량부 이하, 또는 0.5 중량부 이하일 수 있다. 상기 내부 가교제의 함량이 지나치게 낮을 경우 가교가 충분히 일어나지 않아 적정 수준 이상의 강도 구현이 어려울 수 있고, 상부 내부 가교제의 함량이 지나치게 높을 경우 내부 가교 밀도가 높아져 원하는 보수능의 구현이 어려울 수 있다.
아울러, 본 발명의 고흡수성 수지 입자는 표면에 표면 가교층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 표면 가교층은 표면 가교제로부터 가교된 것일 수 있는데, 상기 표면 가교제는 다가 에폭시 화합물을 포함하고, 상기 다가 에폭시 화합물은 다가 알코올의 글리시딜 에테르 화합물일 수 있다.
구체적으로, 상기 표면 가교제는 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(ethyleneglycol diglycidyl ether), 디에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(diethyleneglycol diglycidyl ether), 트리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르
(triethyleneglycol diglycidyl ether), 테트라에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(tetraethyleneglycol diglycidyl ether), 글리세린 폴리글리시딜 에테르(glycerin polyglycidyl ether), 및 소르비톨 폴리글리시딜 에테르(sorbitol polyglycidyl ether)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 다가 에폭시 화합물을 포함할 수 있다.
상기 표면 가교제는 후술할 베이스 수지 100 중량부 대비 약 0.001 내지 약 5 중량부일 수 있다. 구체적으로, 상기 표면 가교제는 상기 베이스 수지 100 중량부 대비 약 0.005 중량부 이상, 약 0.01 중량부 이상, 약 0.05 중량부 이상이면서, 약 4 중량부 이하, 약 2 중량부 이하, 약 2 중량부 이하, 또는 약 1 중량부 이하일 수 있다. 상기 표면 가교제의 함량이 지나치게 낮은 경우 표면 가교층의 가교 밀도가 너무 낮아 가압하 흡수능과 같은 흡수 특성이 저하될 수 있고, 상기 표면 가교제 함량이 지나치게 높은 경우 과도한 표면 가교 반응이 진행되어 고흡수성 수지 입자의 재습윤 현상의 억제가 어려울 수 있다.
한편, 본 발명의 복합 단열재에 포함된 고흡수성 수지 입자의 입경(D50)은 10 내지 850 ㎛ 일 수 있다. 통상적으로, 고흡수성 수지 입자의 입경이 150 ㎛ 이하인 경우는 미분, 및 150 ㎛ 초과 850 ㎛ 이하인 경우는 정상 입자로 분급된다. 이때, 일반적으로 정상 입자를 주로 제품화하는 반면, 본 발명에서의 복합 단열재는 수분을 흡수하고 스스로 팽윤되는 고흡수성 수지 입자의 특성을 이용하기 때문에 입경의 크기와는 무관하다. 따라서, 본 발명의 상기 고흡수성 수지 입자는 정상 입자 외에도 미분 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 입경은 레이저 회절 법(laser diffraction method)을 이용하여 측정된 것일 수 있다.
상기 고흡수성 수지 입자를 제조하기 위한 방법을 단계적으로 설명하자면 아래와 같다. 우선 조성물의 중합 반응을 진행한다. 상기 조성물은 앞서 서술한 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 내부 가교제, 그리고 중합 개시제를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 추가적으로 증점제(thickener), 가소제, 보존안정제, 산화방지제의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 조성물은 중합 반응을 통해 함수겔 중합체를 형성할 수 있다. 상기 함수겔 중합체를 건조 및 분쇄하는 단계에서, 건조 효율을 높이기 위해 함수겔 중합체를 건조하기 전에 조분쇄하는 공정을 포함할 수 있다. 상기와 같이 조분쇄 공정을 거치거나, 혹은 조분쇄 공정을 거치지 않은 중합 직후의 함수겔 중합체에 대해 건조를 수행한다. 이후, 상기 건조 단계를 거쳐 얻어진 건조된 중합체를 분쇄하여 베이스 수지를 제조하는 단계가 수행될 수 있다.
다음으로, 표면 가교제의 존재 하에 상기 베이스 수지 표면 중 적어도 일부에 표면 가교층을 형성하는 표면 가교 결합 반응 단계가 수행된다. 일반적으로, 표면 가교제는 베이스 수지의 표면에 도포된다. 따라서, 상기 표면 가교 결합 반응은 베이스 수지의 표면 상에서 일어나며, 이는 입자 내부에는 실질적으로 영향을 미치지 않으면서 베이스 수지의 표면 상에서의 가교 결합성을 개선시킨다. 따라서 표면 가교 결합된 베이스 수지는 내부에서보다 표면 부근에서 더 높은 가교 결합도를 갖는다. 표면 가교제가 첨가된 베이스 수지를 가열시킴으로써 표면 가교 결합 반응 및 건조가 동시에 이루어질 수 있다.
상기 표면 가교 후, 표면 가교층이 형성된 베이스 수지를 분급하는 단계가 이어질 수 있다. 상기 베이스 수지를 분쇄 및 분급과 같은 공정을 통해 고흡수성 수지 입자로 완성할 수 있다. 이후 상기 고흡수성 수지 입자를 입경에 따라 분류하여, 사용목적에 따른 적절한 입경의 고흡수성 수지 입자를 제품화할 수 있다.
상기 고흡수성 수지 입자는, EDANA 법 WSP 241.3에 따라 측정한 보수능(CRC)이 24 g/g 이상, 또는 25 g/g 이상, 또는 26 g/g 이상이면서, 40 g/g 이하, 38 g/g 이하, 또는 36 g/g 이하의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 고흡수성 수지 입자는, EDANA법 WSP 242.3에 따라 측정한 0.7 psi에서의 가압흡수능(AUP)이 18 g/g 이상, 또는 20g/g 이상 또는 22 g/g 이상이면서, 27 g/g 이하, 또는 25 g/g 이하일 수 있다.
상기 고흡수성 수지층에 포함된 고흡수성 수지 입자는 기본적으로 대기 중의 수분을 흡수하는 특성이 있기 때문에, 블랑켓에 침투할 대기 중의 수분을 미리 흡수할 수 있다. 또한, 상기 블랑켓에 이미 침투한 수분 역시 고흡수성 수지 입자에 흡수됨으로써 복합 단열재의 단열 성능 저하를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 복합 단열재를 상세하게 설명하기 위하여, 이하 도 1의 (a) 및 (b)를 참고하면, 상기 복합 단열재(1)는 블랑켓(2) 사이에 상기 고흡수성 수지층(3)과 블랑켓(2)이 교대로 적층되는 구조일 수 있다. 도 1 (a)의 경우, 상기 블랑켓(2) 사이에 고흡수성 수지층(3)이 하나로 적층된 복합 단열재(1)이며, 도 1의 (b) 경우는 상기 블랑켓(2) 사이에 교대로 고흡수성 수지층(3), 블랑켓(2) 그리고 고흡수성 수지층(3)이 순서대로 적층되는 구조로, 상기 고흡수성 수지층(3)이 2개로 적층된 복합 단열재(1)이다. 즉, 상기 복합 단열재(1)에서 단열재 역할을 하는 블랑켓(2)의 1 면 이상은 고흡수성 수지층(3)과 맞닿아 있을 수 있는데 상기 고흡수성 수지층(3)에 포함된 고흡수성 수지 입자는 자체 무게에서 최대 50배에 해당되는 수분을 흡수할 수 있는 특성이 있다. 따라서, 단열재인 블랑켓(2) 내의 수분을 최소화하는데 탁월한 역할을 한다. 또한, 고흡수성 수지 입자가 수분을 흡수하여도 상기 수분 흡수에 의한 상기 복합 단열재(1)의 열전도도 저하가 크지 않을 수 있다. 즉, 고흡수성 수지 입자의 양호한 흡습 특성으로 인하여 수분에 의한 블랑켓(2)의 열전도도 증가의 억제가 가능하고, 흡습된 고흡수성 수지층(3)에 의한 열전도도 증가의 정도가 크지 않기 때문에, 복합 단열재(1) 자체의 수분에 의한 열전도도의 증가가 방지되고 이로써 양호한 단열 성능의 유지가 가능하다.
본 발명의 복합 단열재(1)는 이하 도 1의 (a) 및 (b)를 참고하면, 고흡수성 수지층(3)은 상기 2 이상의 블랑켓(2) 사이에 위치할 수 있다. 상기 고흡수성 수지층(3)은 상기 블랑켓(2) 상에 형성된 코팅층일 수 있고, 고흡수성 수지 입자가 통기성 수용체 충진된 충진층일 수 있다. 구체적으로는 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지층(3)은 통기성 수용체 및 상기 통기성 수용체에 충진된 상기 고흡수성 수지 입자를 포함할 수 있다.
상기 코팅층의 경우, 상기 고흡수성 수지 입자를 분산 용매 및 바인더와 교반 및 혼합하여 준비되는 코팅액을 상기 블랑켓(2) 상에 도포하여 건조함으로써 형성될 수 있다.
상기 충진층의 경우, 별도의 통기성 수용체에 상기 고흡수성 수지 입자를 충진시키고 상기 통기성 수용체를 밀봉한 후, 상기 2 이상의 블랑켓(2) 사이에 재치하고 압압하여 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 고흡수성 수지 입자는 분말의 형태로 존재하기 때문에, 분진과 같은 흩날리는 특성이 있다. 상기 고흡수성 수지층(3)을 바인더와 함께 코팅층으로 적용하는 경우라도, 복합 단열재의 표면의 일부 고흡수성 수지 입자간 상호간의 접착력이 약해짐에 따라 상기 고흡수성 수지 입자가 따로 떨어져 흩날리게 될 수 있으므로, 상기 고흡수성 수지층(3)은 충진층의 형태로 적용되는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 상기 통기성 수용체는 상기 고흡수성 수지 입자는 통과되지 못하면서 수분 및 공기는 통과되는 망상의 구조체일 수 있다. 이때, 상기 통기성 수용체로는 나일론, 유리 섬유(glass fiber)/폴리에틸렌(Polyethylene; PE), 부직포 소재 및 생분해 소재(예를 들면, Poly Lactic Acid; PLA)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 통기성 수용체는 서로 교차하는 2 이상의 봉합선, 상기 봉합선에 의하여 구획된 수용부를 포함하고, 고흡수성 수지 입자는 상기 수용부에 수용될 수 있다. 상기 봉합선은 통기성 수용체를 교차로 가로질러 봉합하는 선으로, 상기 봉합선이 생성됨으로써 고흡수성 수지 입자가 수용될 수 있는 공간인 수용부가 생성된다. 상기 수용부는 통기성 수용체를 평면에서 봤을 때 다수의 정사각형 또는 직사각형의 형태를 이룰 수 있다.
상기 통기성 수용체에 봉합선 및 수용부 없이 고흡수성 수지 입자를 충진 시킨다면, 통기성 수용체 내의 고흡수성 수지 입자가 통기성 수용체의 면적 내에 불균일하게 충진된 상태를 초래할 수 있다. 예를 들어, 상기 판상의 상기 복합 단열재를 세로로 세워서 단열재로 적용하는 경우, 중력에 의하여 상기 고흡수성 수지 입자들이 아래로 밀집하게 되므로, 고흡수성 수지 입자들의 불균일한 분포가 발생할 수 있다. 따라서, 서로 교차하는 2 이상의 봉합선을 통해 수용부의 구획을 형성하고 상기 수용부에 고흡수성 수지 입자를 충진시킴으로써, 상기 복합 단열재가 세워져 세로로 적용되는 경우에도 고흡수성 수지 입자가 상기 통기성 수용체 내에 균일하게 수용된 상태를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고흡수성 수지층의 평량은 0.08 내지 0.31 g/cm2 일 수 있고, 보다 구체적으로 0.15 내지 0.25 g/cm2 일 수 있다. 상기 평량은 고흡수성 수지층의 면적 대비 상기 고흡수성 수지층에 포함된 고흡수성 수지 입자의 전체 질량에 대한 비율을 의미한다. 따라서, 고흡수성 수지층의 면적에 따라 고흡수성 수지 입자의 질량을 상기 범위 내로 상기 고흡수성 수지층에 포함시키는 것이 고흡수성 수지층의 흡습 성능을 극대화할 수 있다.
구체적으로, 상기 평량이 0.08 g/cm2 이상인 경우에, 상기 고흡수성 수지층이 복합 단열재 내의 블랑켓에 침투한 수분 및 대기 중의 침투할 수분을 적절히 흡수하여 복합 단열재 자체의 습도 또는 함수율을 낮추는 효과가 있다. 이를 통하여, 수분 분위기 하에서의 복합 단열재의 단열 성능을 저하를 방지할 수 있다.
상기 평량이 0.31 g/cm2 이하인 경우에, 예를 들어 고흡수성 수지층이 과한 비중 내지 두께로 형성됨에 따른 복합 단열재 전체의 단열 성능 저하를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 고흡성 수지층에 포함되는 고흡수성 수지 입자는 수분을 흡수하면 팽윤되는 특성이 있다. 즉, 이격되어있던 상기 고흡수성 수지 입자가 주변의 수분 및 복합 단열재에 침투된 수분을 흡수하면서 팽윤되어 보호막을 형성할 수 있다. 상기 보호막은 침투된 수분이 복합 단열재의 표면에 이어 더 깊은 내부로 이동할 수 없도록 막는 역할을 수행할 수 있다. 아울러, 외부 충격으로부터 복합 단열재의 파손을 막아주는 완충 효과 및 블랑켓의 파손에 의한 수분 침투를 막아주는 역할 또한 수행할 수 있다. 가령, 상기 블랑켓이 파손되더라도 상기 보호막에 의해 수분이 블랑켓에 과대하게 침투하는 것을 막아줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 2 이상의 블랑켓의 총 두께에 대한 상기 고흡수성 수지층의 두께의 비율은 0.025 내지 0.1 일 수 있다. 상기 두께의 비율이 0.1 초과할 경우, 고흡수성 수지층의 과도하게 팽윤되어 두껍게 형성됨으로써 복합 단열재의 단열 효과가 낮아질 수 있으며, 오히려 복합 단열재 자체의 수분 과다로 인한 열전도도 저하가 초래될 수 있다. 아울러, 두께 비율이 0.025 미만인 경우, 다소 얇은 고흡수성 수지층으로 인해 블랑켓의 단열에 악영향을 주는 수분을 흡수하여 복합 단열재의 단열 효과를 유지하고자 하는 고흡수성 수지층의 효과가 미미할 수 있다.
상기 2 이상의 블랑켓의 총 두께에 대한 상기 고흡수성 수지층의 총 두께의 비율은 예를 들어, 2 개의 블랑켓 사이에 1 개의 고흡수성 수지층이 위치하는 경우, 2 개의 블랑켓 두께의 총 합에 대한 고흡수성 수지 층의 두께 비율을 의미할 수 있다. 이 때, 상기 두께는 버니아캘리퍼를 통하여 측정할 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
(1)블랑켓의 제조
테트라에틸 오르소실리케이트(TEOS)와 물을 1:4의 몰비로 혼합하고 TEOS와 1:5의 중량비를 갖는 에탄올을 첨가하여 실리카 졸을 제조하였고, 상기 실리카 졸에 염기 촉매를 투입하여 촉매화된 졸을 제조하였다.
상기 촉매화된 졸이 담긴 반응기에 블랑켓용 기재로서 유리 섬유를 넣어 실리카 졸을 블랑켓용 기재에 함침시키고, 1 시간 동안 상온에서 방치하여 겔화시켜 습윤겔-섬유 복합체를 얻은 후, 온도를 60 ℃로 승온시킨 후 24 시간 동안 방치하여 숙성을 진행하였다.
이후 표면 개질제로서 에탄올(함수율 8 중량%)에 트리메틸에톡시실란이 40 부피%가 되도록 희석한 용액을 준비한다. 상기 표면 개질제를 반응기에 투입하고, 60 ℃에서 24시간 동안 소수성 처리를 진행하여 소수성 작용기가 부여된 에어로겔을 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성하였다.
마지막으로, 150 ℃및 상압의 조건에서 1시간 동안 오븐 건조하여 두께가10 mm 인 판상의 블랑켓을 제조하였다.
(2)고흡수성 수지 입자의 제조
교반기, 온도계를 장착한 3L 유리 용기에 아크릴산 100 g(1.388 mol), 내부 가교제 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA) 0.26 g, 중합 개시제인 광중합 개시제 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드 0.008 g 및 열중합 개시제 과황산나트륨 0.20 g, 32%의 가성소다 용액 123.5 g을 상온에서 고형분 함량이 45.0 중량%가 되도록 물과 함께 혼합하여, 조성물을 제조하였다.
이후, 상기 조성물을 폭 10 cm, 길이 2 m의 벨트가 10 cm/min 속도로 회전하는 컨베이어 벨트 상에 공급하였다. 이때 중합 반응은 광원이 구비된 컨베이어 벨트 상에서 20 분 동안 진행되었으며, 이를 통해 함수율이 45 중량%인 함수겔 중합체를 얻었다.
다음으로, 상기 함수겔 중합체를 300 ㎛ 내지 5000 ㎛의 입경을 갖는 입자가 되도록 미트 쵸퍼를 사용하여 분쇄하였다. 이후, 상기 분쇄물을 Air-flow 오븐을 이용하여 185 ℃의 핫 에어(hot air)에서 30분 동안 건조하였다. 상기 분쇄, 건조 및 분급을 거쳐 베이스 수지를 얻었다.
상기 베이스 수지 100 g에 물, 메탄올 및 표면 가교제인 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르를 혼합한 표면 가교 용액을 투입한 뒤 198 ℃에서 표면 가교 결합 반응을 진행하였다. 그리고 이를 분쇄 및 분급하여 10 내지 850 ㎛ 입경의 고흡수성 수지 입자를 제조하였다.
(3)고흡수성 수지층의 제조
상기 고흡수성 수지 입자의 제조에서 제조된 10 g의 고흡수성 수지 입자를 64 cm2(길이 8 cm X 너비 8 cm) 면적을 갖는 판상의 통기성 수용체에 충진한 뒤, 이를 수평하게 한 뒤 충진된 고흡수성 수지 입자를 균일하게 분포시켰다. 이후 상기 통기성 수용체의 길이 방향으로 1개의 봉합선 및 너비 방향으로 1개의 봉합선으로 봉합하여 이들 봉합선이 교차함으로써 4개의 수용부가 구획되도록 하였다. 이와 같은 봉합선이 생성됨으로써 구획된 다수의 수용부에 고흡수성 수지 입자들이 균일하게 수용된 상태이며, 평량이 0.16 g/cm2 이고 두께가 1 mm 인 고흡수성 수지층을 제조하였다.
(4)복합 단열재의 제조
상기 블랑켓의 제조에 의해 준비된 10 mm의 두께 및 144 cm2(길이 12 cm X 너비 12 cm) 면적의 판상의 블랑켓 상에 상기 고흡수성 수지층을 적층시켰다. 상기 적층된 고흡수성 수지층 상에 상기 블랑켓과 동일한 블랑켓을 적층시킨 후, 압압함으로써 상기 블랑켓과 고흡수성 수지층을 접착시켰다. 이와 같이 하여 상기 2 개의 블랑켓 사이에 고흡수성 수지층의 두께가 1 mm이고 평량은 0.16 g/cm2으로 위치시켰다. 따라서, 2 개의 블랑켓의 총 두께에 대한 상기 고흡수성 수지층의 총 두께의 비율이 0.05 인 복합 단열재를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 사용된 고흡수성 수지 층에 충진된 고흡수성 수지 입자의 양이 20 g으로서, 상기 고흡수성 수지층의 평량이 0.31 g/cm2 인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 복합 단열재를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서, 고흡수성 수지 입자를 판상의 통기성 수용체에 충진한 뒤 서로 교차하는 2 이상의 봉합선을 형성하지 아니한 것을 제외하고는, 즉 별도의 수용부를 구획하지 아니한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 복합 단열재를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 사용된 고흡수성 수지 층에 충진된 고흡수성 수지 입자의 양이 3 g으로서, 상기 고흡수성 수지층의 평량이 0.05 g/cm2 인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 복합 단열재를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 사용된 고흡수성 수지 층에 충진된 고흡수성 수지 입자의 양이 25 g으로서, 상기 고흡수성 수지층의 평량이 0.39 g/cm2 인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 복합 단열재를 제조하였다.
비교예
비교예 1
상기 실시예 1에서 고흡수성 수지 층을 사용하지 않고 두께가 20 mm 인 단일층의 블랑켓을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 복합 단열재를 제조하였다.
실험예
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1에서 제조한 복합 단열재에 대하여, 아래와 같은 방법으로 열전도도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
흡습전 흡습후
사용된
복합 단열재		 복합
단열재(g)		 고흡수성
수지 입자(g)		 열전도도
(mw/ m·K)		 흡습 조건 복합
단열재
(g)		 고흡수성
수지 입자
(g) 		열전도도
(mw/ m·K)
실험예 1 실시예 1 61.4 10 19.0 80℃95% 61.5 17.8 19.1
실험예 2 실시예 2 61.3 20 19.0 80℃95% 62.4 27.9 19.5
실험예 3 실시예 3 61.5 10 19.0 80℃95% 61.6g 10.8 19.2
실험예 4 실시예 4 61.7 3 19.0 80℃95% 62 10.9 22.3
실험예 5 실시예 5 61.3 25 19.0 80℃95% 62.4 33.5 23.5
실험예 6 비교예 1 59.1 - 19.0 80℃95% 63.0 - 27.4
실험예 7 비교예 1 59.1 - 19.0 물에 담굼 71.7 - 56.3
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1에서 제조한 복합 단열재의 샘플을 준비하여, 상기 샘플의 무게를 AND WBA-6200 High-precision Balance(0.01g-6200g)를 통해 측정하였다. 또한, 상기 샘플의 상온(23±5℃) 열전도도는 NETZSCH社의 HFM 436 Lambda장비를 이용하여 측정하였다.
그 후, 상기 복합 단열재의 샘플을 항온 항습기에 투입하여 온도 80 ℃ 및 습도 95%의 조건하에서 흡습시킨다. 이와 같이 흡습된 상태의 샘플의 무게와 열전도도를 전술한 방법과 같이 측정하였다.
상기 표 1에서와 같이, 실시예 내지 비교예의 복합 단열재의 흡습 전 열전도도는 모두 동일하지만, 흡습 조건에 노출된 뒤에는 실험예 1 내지 5의 열전도도가 낮으므로 단열 성능이 우수하게 유지된 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 고흡수성 수지층의 존재가 복합 단열재의 단열성능을 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다. 아울러, 상기 고흡수성 수지층의 흡습 특성을 통해 복합 단열재 내의 블랑켓으로 침투되는 수분을 최소화할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 실험예 6, 7은 비교예 1로부터 제조된 복합 단열재로서 고흡수성수지층을 구비하지 아니한 복합 단열재에 대하여, 항온 항습기에 동일한 조건으로 흡습시킨 경우(실험예 6), 및 상기 복합 단열재를 25 ℃의 항온조에 담가둔 채 수면 위로 뜨지 않도록 추를 올려두어 고정한 경우(실험예 7)에 있어서, 단열 효과인 열전도도를 측정한 결과를 나타낸다. 상기 실험예 6 및 7은 흡습 전에 비해 열전도도가 44% 및 196% 증가하여, 고흡수성 수지층이 존재하는 실험예 1에 비해 확연히 저하된 단열능력을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 블랑켓용 기재 및 상기 블랑켓용 기재의 내부 및 표면에 형성된 에어로겔을 포함하는 2 이상의 블랑켓;
    상기 2 이상의 블랑켓 사이에 위치하고, 고흡수성 수지 입자를 포함하는 고흡수성 수지층을 포함하는 복합 단열재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블랑켓과 상기 고흡수성 수지층이 교대로 적층되는 복합 단열재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지층은 통기성 수용체 및 상기 통기성 수용체에 충진 된 상기 고흡수성 수지 입자를 포함하는 복합 단열재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 통기성 수용체는 서로 교차하는 2 이상의 봉합선, 상기 봉합선에 의하여 구획된 수용부를 포함하고,
    상기 고흡수성 수지 입자는 상기 수용부에 수용되는 복합 단열재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지층의 평량은 0.08 내지 0.31 g/cm2 인 복합 단열재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 2 이상의 블랑켓의 총 두께에 대한 상기 고흡수성 수지층의 총 두께의 비율은 0.025 내지 0.1인 복합 단열재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에어로겔은 표면에 소수성 작용기를 포함하는 복합 단열재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지 입자는 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 내부 가교제의 가교 중합체를 포함하는 복합 단열재.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 (메타)아크릴산 또는 이의 염을 포함하는 복합 단열재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지 입자의 입경은 10 내지 850 ㎛인 복합 단열재.
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