R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515CTAP-C078865-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 에너지 절감을 위한 50 mW/m-K 이하의 열전도도를 갖는 단열 소재 제조용 다공질 분말의 합성 및 후막 제조 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-08-14 ~ 2016-08-26 | |||||
| 연구책임자 | 조영상 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
3명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
5명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 100,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 100,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국산업기술대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | 14CTAP-C078865 | |||||
| ISBN | 14CTAP-C078865 | |||||
| 주요 내용 |
최근 난방비 절감 등과 같은 저에너지 대책 및 쾌적한 주택 환경의 창조와 가전제품의 보온 및 보냉 등과 같은 목적을 달성하기 위하여 효과적인 단열 소재의 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 기존의 단열 소재는 건축물에 주로 적용되어 에너지 소비를 줄일 수 있는 그린 빌딩 등의 용도로 활용되어 왔다. 이러한 친환경 단열 소재의 경우 거주 공간의 에너지 소모량을 절감할 수 있는 용도로 활용될 수 있는 동시에, 온실 가스 등의 배출을 줄일 수 있는 경제적인 효과를 기대할 수 있다. 현재까지는 주로 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)과 같은 유기 발포 소재에 관한 단열 및 차열 소재의 개발이 집중되어 왔으나, 초단열 신소재 단열 소재의 개발을 통해 고온에서도 견딜 수 있는 신개념 단열 소재의 개발이 필요한 시점이라 할 수 있다. 아울러 IT 부품 등의 고부가가치 제품에 요구되는 단열 소재를 다공질 미세 분말의 합성을 통해 구현하는 연구가 필요한 시점이다. 무기 다공질 소재는 높은 기공율과 낮은 밀도, 넓은 비표면적을 통해 낮은 열전도도를 구현할 수 있으므로, 고온에서 작동할 수 있는 단열 소재로 활용될 수 있는 효과를 기대할 수 있을 것이다. 따라서 많은 양의 공기층을 확보할 수 있는 무기 다공질 소재(inorganic porous materials)를 합성하여 이를 단열 소재와 같은 친환경 소재에 적용할 수 있는 기술을 개발할 필요성이 대두된다. 또한, 이러한 다공질 소재를 세라믹 재질로 제조하여 고온에서 견딜 수 있는 내열성 단열 소재에 적용할 수 있는 기술을 개발이 요구된다. 본 제안서에서는 높은 기공도를 갖는 다공질 분말을 후막의 형태로 도포하여 열을 효과적으로 차폐할 수 있는 단열 소재 또는 차열 소재로 활용하는 연구를 제안하고자 한다. [최종목표] 본 연구의 최종 목표는 자기조립 기술을 활용하여 기공도가 높은 세라믹 재질의 미세 다공성 분말을 합성하고, 이를 후막화하여 단열 소재에 응용할 수 있는 기술을 개발하며, 고온에 적용할 수 있는 내열성을 확보하는 것이다. 아울러 다공질 분말의 합성에 분무 건조기 등을 적용한 연속 공정에 의하여 양산 기반을 구축하며, 분말의 소결 기술을 적용하여 단열 소재를 원하는 형태로 성형하는 기술을 확보하고자 한다. 또한 단열층의 내습성을 확보하기 위하여 기능성 화학 물질로 처리하여 수분에 의한 열전도도 증대를 방지하고자 한다. [연구내용 및 범위] 단열 소재로 활용하기 위하여 고기공도의 다공질 분말의 합성 및 특성 평가 기술을 개발할 예정이다. 경제성 있는 자기 조립 기술에 의하여 세라믹 소재로 구성된 다공질 분말의 합성을 추진하고자 한다. 합성하고자 하는 다공질 분말의 기공 크기는 10 nm 이하의 중간 세공, 100 nm 내지 1 μm의 거대 기공을 갖도록 주형 물질을 조절할 계획이다. 이러한 다공질 분말은 내부에 다수의 기공을 포함하므로 열전도도가 낮은 단열 소재로 활용되기에 적합할 것이며, 양산화를 염두한 경제적인 합성을 위하여 액상 합성이 가능한 연속형 반응기(1차년도)와 기상 합성이 가능한 분무 건조기(2차년도)를 적용할 계획이다. 아울러 다공질 분말로 구성된 후막 형성을 위한 습식 코팅 기술을 개발하고자 하며 분말을 활용하여 성형할 수 있는 소결 조건을 확보하고자 한다. 적절한 바인더의 선정 및 후막의 두께 제어 기술과 다공질 분말 도포층의 결합 강도 증대를 연구하고자 한다. 이를 통하여 다공질 분말의 높은 기공도가 활용된 열전도도의 측정치 50 mW/m-K 이하의 단열층을 제조하고자 한다. 다공성 단열층에 대한 내습성을 부여하기 위하여 소수성 관능기를 함유하는 실란 커플링제 등 기능성 물질 활용하고자 하며 물의 접촉각이 160 도 이상의 초발수 특성을 부여하고자 한다. 또한, 다공질 분말을 원하는 형태로 성형할 수 있는 소결 조건을 확보하여 단열 제품이 후막의 형태 뿐 아니라 목적하는 형상을 구비할 수 있도록 기반 기술을 구축하고자 한다. 이를 요약하면 다음과 같다. - 수중유 액적을 활용한 다공질 분말의 합성 기술 개발하고자 한다. 즉, 에멀젼 액적을 제한 공간으로 활용하여 중간 세공(50 nm 미만)을 갖는 다공질 분말과 거대 기공(50 nm 이상)을 갖는 다공질 분말 및 중간-거대기공을 동시에 갖는 계층화된 기공 구조의 다공질 분말을 합성할 계획이다. - 다공질 분말을 활용하여 용액 코팅 공정에 의한 다공질 분말의 후막화를 유도하고자 하며, 열전도도를 측정하여 다공질 분말 코팅층의 단열 특성을 평가하고자 한다. 아울러 다공질 분말의 후막 코팅층에 화학적 처리를 가하여 소수성을 갖는 실란 커플링제로 개질한 뒤 내습성을 부여하고 수분의 흡착에 의한 열전도도의 상승을 방지하고자 한다. 즉, 단열층의 열전도도가 200 mW/m-K 이하이고 물방울의 접촉각이 160 도 이상인 후막을 다공질 분말을 활용하여 제조할 계획이다. - 다공질 분말을 활용하여 제조된 단열 코팅층의 단열특성을 향상시켜 열전도도의 감소를 유도할 수 있는 인자를 도출하고자 한다. - 연속식 분말 합성 장치인 분무 건조기를 활용하여 다공질 분말의 합성을 시도하고 양산화의 기반을 구축하고자 한다. |
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| 색인어 | 한글 | 단열 소재 | 자기조립 | 콜로이드 | 열전도도 | |
| 영문 | thermal insulator | self-assembly | colloid | thermal conductivity | ||
| 최종보고서 | 국립중앙도서관 배포용 보고서-161122.pdf 표지.pdf | |||||