입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료 및 방법

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료 및 방법{GRANULAR FIBRE-FREE MICROPOROUS THERMAL INSULATION MATERIAL AND METHOD}

본 발명은 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료에 관한 것이다. 또한 본 발명은 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

용어 "마이크로다공성"은 셀 또는 공극의 실질적인 크기가 NTP에서 공기 분자의 평균 자유 경로보다 작은, 즉 100 nm 또는 이보다 작은 다공성 또는 세포형 재료를 정의하기 위해 사용된다. 이에 따라 마이크로다공성인 재료는 공기 전도(즉 공기와 분자 사이의 충돌)에 비해 매우 작은 열전도도를 나타낸다. 이러한 마이크로다공성 재료는 용액으로부터 조절된 침전물로부터 얻어질 수 있으며, 온도와 pH는 개방 격자 침전을 얻기 위해 침전 단계 동안 조절된다. 그 외의 다른 균등한 개방 격자 구조물은 입자의 상당 비율이 100 nm보다 작은 최종 입자 크기를 가지는 발열(퓸드) 및 전열 타입을 포함한다. 실리카, 알루미나 또는 그 외의 다른 금속 옥사이드계의 재료들은 상기 정의된 마이크로다공성인 조성물을 제조하기 위해 이 용될 수 있다.

단열 재료의 블록 또는 시트(예를 들어 배기 파이프 시스템, 노 공동, 더블 스킨 라이닝, 고정된 루프 위의 영역, 노 바닥을 레벨링하기 위한 개방 조인트 및 벽 난로와 같은 파이프-인 파이프 단열재)의 이용을 제한된 제한하는 특정의 고온 분야에 대한 단열성을 제공하기 위하여, 단열 충진된 단열재료가 사용될 수 있다.

루즈하게 충진된 단열 재료를 효율성 있도록 하기 위하여, 단열 재료는 단열 재료의 각각의 조각들이 점착되지 않고 간격을 가로질러 중개하지 않도록 상대적으로 자유롭게 유동되어야 한다. 자유롭게 유동하는 단열 재료의 조각들은 단열 재료가 가장 밀집한 패킹 배열로 침전될 수 있도록 서로에 대해 이동될 수 있어야 하며, 이에 따라 비-단열 영역이 형성되는 것이 방지된다. 입자화(granulation)는 미세 입자로부터 제조된 재료들을 보다 용이하게 유동될 수 있도록 하는 단계로 알려졌다.

마이크로다공성 단열 재료의 시트 또는 블록들은 공극의 크기로 인해 그 외의 다른 단열 재료보다 우수한 열전도도를 가진 것으로 알려졌으며, 이는 하기에서 기술된다.

입자형 단열재가 단열재의 연속된 입자형 부분 사이에 상대적으로 큰 공극(마이크로다공성 공극보다 큼)을 가짐에 따라 입자형 재료의 열전도도는 대형의 연속적인 비교 단열재 몸체에 비해 높게 형성된다. 이와 같이, 입자형 마이크로다공성 단열 재료는 입자들 사이의 큰 공극으로 인해 마이크로다공성 공극을 가진 마이크로다공성 단열재의 개별적인 입자에 의해 얻어진 단열 장점이 제거되기 때문에 일반적으로 이용되지 않는다. 입자형 마이크로다공성 단열재의 큰 공극으로 인해 입자 내에 보강 섬유(reinforcing fibre)가 부분적으로 형성된다. 이러한 섬유들은 입자들을 "헤어리(hairy)"하도록 형성하며, 입자들을 조밀하게 패킹하기 위한 능력이 감소된다.

예를 들어 등록된 상표 NANOGEL으로 판매되는 Cabot으로부터의 그레이드 INOl 비드와 같은 입자형 마이크로다공성 에어로겔 재료는 공지되었다. 그러나 이러한 단열 재료는 가열 시 상대적으로 높은 수축률을 가진다. 예를 들어 24 시간 동안 가열 전후에 측정된 도가니 내의 NANOGEL 입자형 에어로겔 재료의 높이(height)는 600℃에서 가열한 뒤 12% 감소되고, 800℃에서 가열한 뒤 24% 감소한다.

우수한 자유 유동 특성을 가지는 비-마이크로다공성 단열 재료의 입자 형태는 공지되었다.

예를 들어 덴마크의 Skamol에 의해 공급되는 박리된 미세 그레이드 버미큐라이트(exfoliated fine grade vermiculite)와 같은 버미큐라이트 입자들은 200℃의 평균 온도에서 0.105 W/mK, 400℃의 평균 온도에서 0.145 W/mK와 같이 공칭적으로 150 내지 180 kg/m ³ 의 밀도에서 상대적으로 높은 열전도도를 가진다.

입자형 자유 유동 단열 재료의 그 외의 다른 형태는 예를 들어 덴마크의 Skamol에 의해 공급되는 Moler 05 응집체와 같이 점토 또는 소결 규조토의 입자 혼합물에 기초한다. 이러한 단열 재료는 예를 들어 200℃의 평균 온도에서 0.2 W/mK 와 같은 상대적으로 높은 열전도도를 가진다.

본 발명의 목적은 자유롭게 유동하고, 높은 온도를 견딜 수 있으며 및 상대적으로 낮은 열전도도를 가지는, 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료와 이의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 한 특징에 따라서, 10% 보다 크지 않은 수축률과 0.05 W/mK 미만의 열 전도도를 가지는 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 제공되며, 상기 단열 재료는 30 내지 95% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료, 5 내지 70% 건조 중량의 적외선 불투명화제 재료, 0 내지 50% 미립자 단열 충진 재료 및 0 내지 5% 바인더 재료의 밀집한 혼합물로부터 제조된 입자로 구성되고 자유롭게 유동한다.

본 발명의 다른 특징에 따라서, 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료를 제조하기 위한 방법이 제공되며, 상기 단열 재료는 10% 보다 크지 않은 수축률과 0.05 W/mK 미만의 열 전도도를 가지며, 30 내지 95% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료, 5 내지 70% 건조 중량의 적외선 불투명화제 재료, 0 내지 50% 미립자 단열 필러 재료 및 0 내지 5% 바인더 재료의 혼합물로부터 제조된 입자로 구성되고 자유롭게 유동하며, 상기 방법은 제 1 밀도를 가진 밀집된 통기 혼합물을 제조하기 위하여 적외선 불투명화제 재료와 마이크로다공성 단열 재료를 서로 혼합하는 단계, 제 1 용적 흐름 속도로 밀집된 혼합물을 압출 수단으로 이송시키는 단계, 제 1 용적 흐름 속도보다 작은 제 2 용적 흐름 속도에서 제 1 밀도보다 큰 제 2 밀도를 가진 압축된 재료로서 밀집된 혼합물을 압출하는 단계(extruding), 제 1 용적 흐름 속도로부터 제 2 용적 흐름 속도로 가변됨에 따라 밀집된 혼합물 내에서 발생되는 압력을 완화시키기 위하여 밀집된 통기 혼합물로부터의 공기의 일부분을 다공성 멤브레인을 통해 배출시키는 단계 및 압축된 재료를 입자화하는 단계(granulating)를 포함한다.

제 1 용적 흐름 속도는 제 2 용적 흐름 속도에 대해 2.0 내지 4.5배이다.

제 1 용적 흐름 속도는 100 내지 300 리터/시간, 바람직하게 125 내지 280 리터/시간의 범위일 수 있다.

제 2 용적 흐름 속도는 20 내지 90 리터/시간, 바람직하게 25 내지 90 리터/시간의 범위일 수 있다.

밀집된 혼합물은 압출 수단로 스크루 이송될 수 있다.

밀집된 통기 혼합물은 하나 이상의 롤러, 바람직하게 한 쌍의 마주보는 롤러에 의해 압출될 수 있다.

2.5 내지 20 바, 바람직하게 5 내지 10 바 범위의 압력이 밀집된 통기 혼합물로 가해질 수 있다.

다공성 멤브레인은 금속성이며, 5 내지 50 미크론, 바람직하게 15 미크론의 공칭 직경을 가진 공극을 포함한다.

압축된 재료는 압축된 재료의 시트의 형태일 수 있다.

압축된 재료는 입자화에 앞서 예를 들어 회전식 세단(rotary chopping)에 의해 상대적으로 작은 조각으로 분쇄될 수 있다.

압축된 재료의 입자화 단계는 로터를 이용하여 메쉬, 바람직하게 금속 메쉬 내의 구멍을 통해 재료를 가압하는 단계를 포함할 수 있다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 40 내지 85% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료, 15 내지 60% 건조 중량의 적외선 불투명화제 재료, 0 내지 50% 미립자 단열 필러 재료 및 0 내지 5% 바인더 재료의 조성을 포함한다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 입자 크기는 0.25 mm 내지 2.5 mm로 형성될 수 있다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 용적 밀도는 180 내지 350 kg/m ³ 일 수 있다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 탭 밀도는 250 내지 450 kg/m ³ 일 수 있다.

불투명화제 재료는 티타늄 디옥사이드(titanium dioxide), 철 티타늄 옥사이드(iron titanium oxide), 지르코늄 실리케이트(zirconium silicate), 지르코늄 옥사이드(zirconium oxide), 철 옥사이드(iron oxide), 실리콘 카바이드(silicon carbide) 및 이의 혼합물로부터 선택될 수 있다.

마이크로다공성 단열 재료는 예를 들어 퓸드 및/또는 침강 실리카와 같은 실리카를 포함할 수 있다.

퓸드 실리카는 180 m ² /g 내지 230 m ² /g, 바람직하게 공칭적으로 200 m ² /g의 BET 비표면적을 가질 수 있다.

퓸드 실리카는 소수성 표면 처리(hydrophobic surface treatment)될 수 있다.

미립자 단열 필러 재료는 버미큐라이트, 펄라이트, 비산회, 휘발성 실리카 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.

바인더는 예를 들어 폴리비닐알코올과 같은 유기 바인더 또는 예를 들어 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 알루미늄 오르토인산염 및 이들의 혼합물로부터 선택된 무기 바인더일 수 있다.

본 발명을 보다 잘 이해하고, 하기 실시예에 수행하기 위한 방법을 보다 명확히 보여주기 위하여, 도 1에 따라 본 발명에 따르는 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 제조 방법이 도식적으로 도시된다.

실시예 1

3가지의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열재료(granular fibre-free microporous thermal insulation material)(혼합물 번호 1 내지 3)는 밀집하고 균일한 통기 혼합물(intimate homogenous aerated mixture)을 형성하기 위하여 암스테르담의 Eggerding Group사로부터 입수 가능한 금홍석(rutile)(티타늄 디옥사 이드) 형태인 40% 건조 중량의 적외선 불투명화제(infrared opacifier)와 등록된 상표명 "Mark AEROSIL A200"으로 Degussa AG사로부터 입수 가능한 퓸드 실리카 재료(fumed silica material)의 형태인 공칭적으로 60% 건조 중량의 마이크로다공성 단열재료의 혼합물을 함께 혼합함으로써 제조된다. 상기 통기 혼합물은 80 kg/m ³ 의 용적 밀도(bulk density)를 가진다.

퓸드 실리카는 200 m ² /g의 공칭(BET) 비표면적을 가진다. 불투명화제 재료는 100%의 재료가 9 마이크론의 체(micron sieve)를 통과하는 공칭 입자 크기를 가진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 믹서(mixer, 4) 내에 형성된 각각의 통기 혼합물(2)은 예를 들어 일본의 Turbo Kogyo Co. Ltd.사로부터 입수 가능한 모델 FR 압축기와 같은 롤러 압축 장치(roller compactor apparatus, 3)의 공급 호퍼(feed hopper, 1)로 유입된다.

롤러 압축 장치(3)는 공급 호퍼(1), 한 쌍의 마주보는 압축 롤러(5)의 형태인 압출 수단 및 각각의 혼합물을 호퍼로부터 압축 롤러로 이송시키기 위한 스크루 컨베이어 수단(screw conveyor means, 7)을 포함한다. 스크루 컨베이어 수단의 벽들은 대략 15 미크론의 공칭 직경을 포함한 미세구멍을 가진 금속 다공성 멤브레인이 제공된다.

롤러 압축 장치는 회전식 초퍼(rotary chopper, 9)와 제립기(granulator, 11)를 포함한다.

각각의 혼합물은 호퍼(1)로부터 스크루 컨베이어 수단(7)으로 회전식 밸브(도시되지 않음)를 통해 공급된다. 스크루 컨베이어 수단(7)은 각각의 혼합물을 제 1 용적 흐름 속도로 롤러로 이송시킨다(하기 테이블 1에 도시됨).

스크루 이송된 혼합물은 한 쌍의 압축 롤러를 통해 이동한다. 각각의 롤러는 실질적으로 평행한 축에 대해 회전되며, 상기 롤러는 한 롤러가 그 외의 다른 롤러 위에서 수직하게 그리고 평행하게 배치되도록 배열된다. 롤러들은 공칭적으로 1 mm의 간격으로 분리된다. 혼합물 상에 롤러에 의해 발생된 압력은 5, 10 또는 20 바로 선택된다. 각각의 혼합물이 롤러들 사이의 간격을 통해 호퍼로부터 이송됨에 따라 혼합물은 압축된 단열재료의 실질적으로 평면인 시트 형태로 밀도가 증가되며, 압축되고 및 압출된다. 제 2 용적 흐름 속도로 롤러로부터 배출된 밀도가 증가된 재료들은 테이블 1에 도시된다.

테이블 1

혼합물에 압축 롤러가 작용함에 따라 통기 혼합물 내에 존재하는 공기는 혼합물로부터 제거되며, 이에 따라 스크루 컨베이어 수단 내의 공기 압력이 잠재적으로 증가된다. 스크루 컨베이어 수단 내에서 압력의 잠재적 증가는 공기가 스크루 컨베이어 수단으로부터 배출될 수 있도록 제공된 다공성 멤브레인에 의해 실질적으로 방지된다.

그 뒤 압축된 단열재료의 각각의 평면형 시트는 롤러(5)로부터 편향 수단(deflecting means, 15)에 의해 회전식 초퍼(9)를 통과하며, 여기서 회전식 초퍼(9)에 제공된 블레이드(17)로 인해 압축된 재료는 1 mm의 공칭 두께와 2 내지 5 mm의 공칭 직경을 가지는 상대적으로 작은 조각으로 절단된다.

각각의 단열 재료의 상대적으로 작은 조각은 제립기(11)로 이동된다. 상기 제립기는 스크린 메쉬에 대해 위치된 로터(21)와 금속 스크린 메쉬(19)를 포함한다. 상기 스크린 메쉬는 2.5 mm의 공칭 구멍 크기를 가진다. 스크린 메쉬에 대한 로터의 상대 운동으로 인해 로터와 메쉬 사이에 제공된 각각의 단열 재료의 잘려진 조각들은 메쉬의 구멍을 통해 가압되어 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료로 형성된다. 각각의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료(25)는 수집 수단(23) 내에 보유된다. 시브(sieve)는 0.6 mm보다 작은 공칭 크기를 가지는 수집된 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열재료의 입자(granule)를 제거하는데 이용된다.

각각의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열재료의 입자 크기는 종래 기술에 당업자에게 공지된 체 분석법(sieve analysis)에 의해 측정된다. 각각의 혼합물에 대한 입자 크기의 범위는 0.25 mm 내지 2.5 mm로 형성된다.

0.6 mm 미만의 입자 크기를 가지는 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 취급 및 분석 공정 지체로 인하여 재료의 입자들이 어느 정도 분쇄되었 을 때 입도 분석에 의해 탐지된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 각각의 용적 밀도는 종래 기술의 당업자에게 공지된 장치를 이용하여 측정된다. 용적 밀도는 하기의 테이블 2에 도시된다.

각각의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 탭 밀도(최적화된 밀도로 알려짐)는 각각의 재료의 밀도가 추가적인 변화가 일어나지 않을 때까지 자동화된 탭핑 장치를 이용하여 미리 정해진 용적의 용기 내에서 각각의 단열 재료의 샘플의 공지된 중량을 반복적으로 탭핑함으로써(tapping) 결정된다. 지속된 탭핑 이후 추가적인 변화가 일어나지 않는 밀도는 재료의 탭핑 밀도에 해당한다. 각각의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 측정된 탭 밀도는 하기 테이블 2에 도시된다.

각각의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 2001년 7월, European Fuel Cell News의 vol. 8, no 2에 기술되고, 종래 기술의 당업자에게 공지된 원통형 셀 열 전도 방법(cylindrical cell thermal conductivity method)을 이용하여 상기 방법에 의해 결정되는 것과 같이 재료의 탭 밀도와 400 ℃의 평균 온도에서 열전도도가 테스트된다. 결과값은 하기 테이블 2에 도시된다.

각각의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료에 대한 온도의 영향도 테스트된다. 직선의 단면을 가진 알루미나 도가니가 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료로 채워진다. 도가니 내에서 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 실질적으로 일정한 패킹 밀도(packing density)를 형성하기 위 하여 상기 충진 공정 동안 도가니로 진동이 가해진다. 그 뒤 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 24 시간 동안 공칭적으로 900℃로 가열된다. 도가니 내의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 높이는 가열 전 후에 측정되고, 높이에 있어서 퍼센트 차이가 도시된다(하기 테이블 2).

높이 변화에 대한 음의 값은 가열 후에 도가니 내의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 높이가 가열 전의 높이보다 작은 것을 나타낸다.

테이블 2

실시예 2

2가지의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료(혼합물 번호 4, 5)는 실시예 1에 기술된 마이크로다공성 단열재료와 적외선 불투명화제의 혼합물을 함께 혼합함으로써 제조된다.

혼합물 4는 공칭적으로 50% 건조 중량의 적외선 불투명화제와 50% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료의 혼합물을 서로 혼합함으로써 제조된다.

혼합물 5는 공칭적으로 60% 건조 중량의 적외선 불투명화제와 40% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료의 혼합물을 서로 혼합함으로써 제조된다.

각각의 혼합물이 혼합되어 밀집하고 균일한 통기 혼합물이 형성된다. 상기 통기 혼합물은 80 kg/m ³ 의 용적 밀도를 가진다.

혼합물들은 실시예 1에 기술된 롤러 압축 장치로 유입되어 실시예 1에 기술된 바와 같이 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 제조된다.

혼합물들은 스크루 컨베이어(7)에 의해 테이블 3에 도시된 용적 흐름 속도로 롤러로 이송된다.

혼합물 상에 롤러에 의해 형성된 압력은 5 바이다.

밀도가 증가된 재료는 테이블 3에 도시된 용적 흐름 속도로 롤러로부터 배출된다.

테이블 3

용적 밀도, 탭 밀도, 열전도도 및 온도의 효과는 실시예 1에 기술된 바와 같이 측정되고 결정된다.

테이블 4

실시예 3

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료(혼합물 번호. 6)는 밀집하고 균질한 통기 혼합물을 형성하기 위하여 독일일 ESK사로부터 입수 가능한 그레이드 F1200D, 실리콘 카바이드의 형태인 15% 건조 중량의 적외선 불투명화제와 실시예 1에 기술된 공칭적으로 85% 건조 중량의 마이크로다공성 단열재료의 혼합물을 서로 혼합함으로써 제조된다. 통기 혼합물은 80 kg/m ³ 의 용적 밀도를 가진다.

혼합물은 실시예 1에 기술된 바와 같이 롤러 압축 장치로 유입되어 실시예 1에 기술된 바와 같이 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 제조된다.

혼합물은 스크루 컨베이어(7)에 의해 125 리터/시간의 용적 흐름 속도로 롤러로 이송된다.

혼합물에 롤러에 의해 발생된 압력은 5 바이다.

밀도가 증가된 재료는 56 리터/시간의 용적 흐름 속도로 롤러로부터 배출된다. 이에 따라 제 2 용적 흐름 속도에 대한 제 1 용적 흐름 속도의 비율은 2.2 : 1이다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 용적 밀도는 180 kg/m ³ 으로 측정된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 탭 밀도는 실시예 1에 기 술된 바와 같이 250 kg/m ³ 으로 정해진다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 실시예 1에 기술된 바와 같이 열전도도가 테스트되고, 0.0374 W/mK로 측정된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료에 대한 온도의 영향은 테이블 1에 기술된 바와 같이 테스트된다. 공칭적으로 900℃에서 24 시간 동안 가열한 뒤 재료의 높이에 대한 퍼센트 변화는 -1.6 퍼센트이다.

실시예 4

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료(혼합물 번호. 7)는 밀집하고 균질한 통기 혼합물을 형성하기 위하여 실시예 1에 기술된 바와 같이 공칭적으로 35% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료의 혼합물과 실시예 1에 기술된 바와 같이 40% 건조 중량의 적외선 불투명화제 및 등록된 상표명 AEROSIL R974로 Degussa AG로부터 입수 가능한 소수성 퓸드 실리카 재료의 형태인 25% 건조 중량의 마이크로다공성 단열재료를 서로 혼합함으로써 제조된다. 통기 혼합물은 80 kg/m ³ 의 용적 밀도를 가진다.

혼합물은 실시예 1에 기술된 바와 같이 롤러 압축 장치로 유입되어 실시예 1에 기술된 바와 같이 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 제조된다.

혼합물은 스크루 컨베이어(7)에 의해 188 리터/시간의 용적 흐름 속도로 롤러로 이송된다.

혼합물에 롤러에 의해 발생된 압력은 5 바이다.

밀도가 증가된 재료는 54 리터/시간의 용적 흐름 속도로 롤러로부터 배출된다. 이에 따라 제 2 용적 흐름 속도에 대한 제 1 용적 흐름 속도의 비율은 3.5 : 1이다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 용적 밀도는 276 kg/m ³ 으로 측정된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 탭 밀도는 실시예 1에 기술된 바와 같이 420 kg/m ³ 으로 정해진다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 실시예 1에 기술된 바와 같이 열전도도가 테스트되고, 0.0337 W/mK로 측정된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료에 대한 온도의 영향은 테이블 1에 기술된 바와 같이 테스트된다. 공칭적으로 900℃에서 24 시간 동안 가열한 뒤 재료의 높이에 대한 퍼센트 변화는 -1.3 퍼센트이다.

실시예 5

2개의 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료(혼합물 번호. 8 및 9)는 Hoben International로부터 입수 가능한 미크론 그레이드 박리된 버미큐라이트(micron grade exfoliated vermiculite)의 형태인 미립자 단열성 필러 재료와 함께 실시예 1에 기술된 적외선 불투명화제 및 마이크로다공성 단열재료의 혼합물을 서로 혼합함으로써 제조된다.

혼합물 8은 공칭적으로 57.5% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료, 37.5% 건조 중량의 적외선 불투명화제 및 5% 건조 중량의 버미큐라이트의 혼합물을 서로 혼합함으로써 제조된다.

혼합물 9는 공칭적으로 55% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료, 35% 건조 중량의 적외선 불투명화제 및 10% 건조 중량의 버미큐라이트의 혼합물을 서로 혼합함으로써 제조된다.

각각의 혼합물이 밀집하고 균질한 통기 혼합물(intimate homogenous aerated mixture)을 형성하기 위해 혼합된다. 통기 혼합물은 80 kg/m ³ 의 용적 밀도를 가진다.

혼합물은 실시예 1에 기술된 바와 같이 롤러 압축 장치로 유입되어 실시예 1에 기술된 바와 같이 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 제조된다.

혼합물은 스크루 컨베이어(7)에 의해 테이블 5에 도시된 용적 흐름 속도로 롤러로 이송된다.

혼합물에 대하여 롤러에 의해 발생된 압력은 5 바이다.

밀도가 증가된 재료는 테이블 5에 도시된 용적 흐름 속도로 롤러로부터 배출된다.

테이블 5

용적 밀도, 탭 밀도, 열전도도 및 온도의 영향은 실시예 1에 기술된 바와 같이 측정되고 정해진다.

테이블 6

버미큐라이트를 첨가함에 따라, 혼합물 번호 8과 9로 제조된 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 높이는 공칭적으로 900℃에서 24 시간 동안 가열한 뒤 증가된다. 가열 시 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 팽창함에 따라 단열제가 열에 대한 관통-경로를 제공할 수 있는 단열되는 영역 내에 잠재적 공간을 보다 적절히 충진될 수 있는 장점을 가진다.

실시예 6

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료(혼합물 번호. 10)는 밀집하고 균질한 통기 혼합물을 형성하기 위하여 공칭적으로 48% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료, 40% 건조 중량의 적외선 불투명화제 및 Germany Degussa AG의 RW Fuller로부터 입수 가능한 그레이드 VAW, 휘발성 실리카 재료(volatilised silica materia)의 형태인 12% 건조 중량의 미립자 단열 필러 재료를 서로 혼합함으로써 제조될 수 있다.

마이크로다공성 단열 재료와 적외선 불투명화제는 실시예 1에 기술된다.

통기 혼합물은 80 kg/m ³ 의 용적 밀도를 가진다.

혼합물은 실시예 1에 기술된 바와 같이 롤러 압축 장치로 유입되어 실시예 1에 기술된 바와 같이 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 제조된다.

혼합물은 스크루 컨베이어(7)에 의해 250 리터/시간의 용적 흐름 속도로 롤러로 이송된다.

혼합물에 대해 롤러에 의해 발생된 압력은 5 바이다.

농도가 증가된 재료는 70 리터/시간의 용적 흐름 속도로 롤러로부터 배출된다. 이에 따라 제 2 용적 흐름 속도에 대한 제 1 용적 흐름 속도의 비율은 3.6 : 1이다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 용적 밀도는 286 kg/m ³ 으로 측정된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 탭 밀도는 실시예 1에 기술된 바와 같이 395 kg/m ³ 으로 정해진다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 실시예 1에 기술된 바와 같이 열전도도가 테스트되고, 0.0397 W/mK로 측정된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료에 대한 온도의 영향은 테이 블 1에 기술된 바와 같이 테스트된다. 공칭적으로 900℃에서 24 시간 동안 가열한 뒤 재료의 높이에 대한 퍼센트 변화는 -5.5 퍼센트이다.

실시예 7

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료(혼합물 번호. 11)는 밀집하고 균질한 통기 혼합물을 형성하기 위하여 공칭적으로 48% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료(실시예 1에 기술됨), Degussa AG사로부터 입수 가능한 그레이드 LS50의 침강 실리카 재료(precipitated silica material)의 형태인 12% 건조 중량의 마이크로다공성 단열 재료 및 40% 건조 중량의 적외선 불투명화제(실시예 1에 기술됨)의 혼합물을 혼합함으로써 제조된다. 통기 혼합물은 80 kg/m ³ 의 용적 밀도를 가진다.

혼합물은 실시예 1에 기술된 바와 같이 롤러 압축 장치로 유입되어 실시예 1에 기술된 바와 같이 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 제조된다.

혼합물은 스크루 컨베이어(7)에 의해 238 리터/시간의 용적 흐름 속도로 롤러로 이송된다.

혼합물에 대해 롤러에 의해 발생된 압력은 5 바이다.

농도가 증가된 재료는 69 리터/시간의 용적 흐름 속도로 롤러로부터 배출된다. 이에 따라 제 2 용적 흐름 속도에 대한 제 1 용적 흐름 속도의 비율은 3.4 : 1이다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 용적 밀도는 276 kg/m ³ 으로 측정된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 탭 밀도는 실시예 1에 기술된 바와 같이 380 kg/m ³ 으로 정해진다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 실시예 1에 기술된 바와 같이 열전도도가 테스트되고, 0.0405 W/mK로 측정된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료에 대한 온도의 영향은 테이블 1에 기술된 바와 같이 테스트된다. 공칭적으로 900℃에서 24 시간 동안 가열한 뒤 재료의 높이에 대한 퍼센트 변화는 -7.1 퍼센트이다.

본 발명에 따라서 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료가 기술되며, 여기서 적외선 불투명화제 재료는 금홍석(티타늄 디옥사이드) 또는 실리콘 카바이드이다. 적외선 불투명화제 재료는 예를 들어 철 티타늄 옥사이드(예를 들어 티탄철석 또는 루콕신), 지르코니움 실리케이드(지르콘), 지르코니움 옥사이드(지르코니아), 산화철(예를 들어 적철광) 및 이의 혼합물과 같은 그 외의 적합한 재료로부터 선택될 수 있다.

퓸드 실리카는 50 m ² /g 내지 400 m ² /g, 바람직하게 180 m ² /g 내지 230 m ² /g의 비표면적을 가질 수 있다.

실시예에 기술된 조성물에 추가하여, 본 발명에 따르는 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 30 내지 95% 건조 중량 범위의 퓸드 실리카 재료, 5 내지 70% 건조 중량 범위의 적외선 불투명화제, 특히 0 내지 50% 건조 중량 범위의 미립자 단열 필러 재료와 0 내지 5% 건조 중량 범위의 바인더 재료로 구성될 수 있다.

바인더(binder)는 예를 들어 폴리비닐알코올과 같은 유기 바인더 또는 예를 들어 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트 및/또는 알루미늄 오르토인산염(aluminium orthophosphate)과 같은 무기 바인더일 수 있다.

비록 실시예 5가 버미큐라이트의 형태인 미립자 단열 필러 재료의 첨가를 기술할지라도, 미립자 단열 필러 재료는 펄라이트, 비산회(flyash) 및/또는 휘발성 실리카(게다가 아크 실리카 또는 실리카 퓸으로 공지됨)일 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따르는 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 용적 밀도는 180 내지 350 kg/m ³ 일 수 있다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료의 탭 밀도는 250 내지 450 kg/m ³ 일 수 있다.

비록 실시예들이 롤러 압축 장치의 이용을 기술할지라도, 임의의 장치가 입자형으로 이용될 수 있는 압축된 재료를 제공하기 위하여 통기 혼합물로부터 공기를 배출시킬 수 있음을 이해하여야 한다.

비록 실시예들이 5 내지 20 바 범위의 압력으로 통기된 혼합물 상에 압력을 가하는 롤러 압축 장치의 압출 수단을 기술할지라도, 압력은 2.5 내지 20 바의 범 위로 가해질 수 있음을 이해하여야 한다. 압력의 선호되는 범위는 실질적으로 5 내지 10 바이다.

비록 다공성 멤브레인의 미세 구멍의 직경이 대략 15 미크론으로 기술될지라도 이러한 미세 구멍은 5 내지 50 미크론 범위의 직경을 가질 수 있음을 이해하여야 한다.

제 1 용적 흐름 속도는 제 2 용적 흐름 속도의 2.0 내지 4.5 배의 범위일 수 있다. 제 1 용적 흐름 속도는 100 내지 300 리터/시간, 바람직하게 125 내지 280 리터/시간의 범위일 수 있다. 제 2 용적 흐름 속도는 25 내지 90 리터/시간, 바람직하게 50 내지 90 리터/시간의 범위일 수 있다.

비록 실시예에서, 재료를 압축하기 위한 수단이 한 쌍의 마주보는 롤러로 기술될지라도, 예를 들어 실질적으로 평평한 기판과 단일의 롤러 사이 또는 한 쌍의 실질적으로 평행한 압축 면들 사이의 압축과 같은 그 외의 다른 압축 수단이 이용될 수 있음을 이해하여야 한다.

압축된 재료는 시트 형태인 것으로 기술된다.

입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료를 제조하기 위하여 사용된 콤팩트한 재료는 예를 들어 스트립과 같은 그 외의 다른 박판 형태로 형성될 수 있음을 이해하여야 한다.

실시예에서 회전식 초퍼가 입자화(granulation)에 앞서 압축된 재료를 분쇄하는 것으로 기술될지라도, 예를 들어 슬라이스 수단과 같은 그 외의 다른 수단이 재료를 분쇄하는데 이용될 수 있음을 이해하여야 한다.

압축된 재료는 상대적으로 작은 조각으로 분쇄됨이 없이 제립기로 직접적으로 공급될 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 점토(clay) 또는 소결 규조토(calcined diatomaceous earth)의 버미큐라이트 또는 입자형 혼합물보다 상당히 작은 열전도도를 가진다.

평균 400 ℃에서, 본 발명에 따르는 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 이의 탭 밀도에 있어서 팽창된 버미큐라이트보다 작은 열전도도를 가진다.

본 발명에 따라 제조된 입자형의 섬유가 없는 마이크로다공성 단열 재료는 입자형 마이크로다공성 에어로겔 재료보다 상당히 작은 높이 수축률을 가진다.