부산대학교 도서관

본 연구에서는 우수한 단열성능을 가지는 다공성 복합무기단열재와 유기단열재에 대하여 연구하였다. 이방성 입자인 마이카를 도입함으로써 고온의 열 충격에도 크랙이 발생하지 않는 팽창진주암 무기복합재료를 성공적으로 만들 수 있었으며, Sodium Silicate를 근간으로 하는 무기 바인더의 내열 특성으로 인하여 만들어진 무기 샘플의 내열 한계 온도는 유리전이온도 근처인 600 ℃ 이하인 것으로 나타났으며 그 이상의 온도에서는 심한 형상 수축 등의 형상 불안정 현상을 보였다. 또한, Perlite 함량이 많아질수록 더 낮은 열전도도 값을 보이며, 본 연구에서와 같이 중량비로 물유리/perlite/mica/Al phosphate = 100/200/10/1.5의 조성비를 갖는 샘플은 500 ℃에서 열전도도 약 0.09 W/m·K의 값을 나타내었다. 섬유상의 이방성 재료로써 Ceramic Wool을 사용함으로 구상의 Fumed Silica를 고온에서도 크랙이 발생하지 않는 효과적인 괴상의 복합단열재로 만들 수 있었으며, PVA와 같은 계면접착제를 사용하지 않을 경우, Fumed Silica가 60 wt% 정도의 일정량 이상 혼입되는 경우에는 Fumed Silica 상이 따로 분리되어 건조됨으로써 크랙을 발생시키게 되며, 벌크밀도 역시 증가함을 보여주었다. 그러나 3 wt%의 PVA 수용성 계면접착제를 적용함으로써 복합재의 기계적 특성은 훨씬 향상시키고, 벌크밀도와 k-factor 값은 오히려 크게 감소시킬 수 있었다. 중량비로 Fumed Silica/Ceramic Wool = 3/7의 조성비에 대하여 3 wt%의 PVA를 사용한 샘플은 500 ℃에서 0.08 W/m·K이하의 우수한 단열 특성을 나타내었다. PFA를 사용한 경질폴리우레탄 폼 Base 샘플의 밀도는 약 29.0 kg/m3인데 비하여 0.01 phr MWCNT를 사용한 샘플의 밀도 역시 약 29.3 kg/m3으로서 베이스 샘플의 밀도와 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 PFA를 기핵제로 사용하는 Base 샘플 및 0.01 phr MWCNT를 사용한 샘플의 셀 사이즈는 각각 165.6 및 162.9 ㎛로 MWCNT를 사용한 샘플의 크기가 좀 더 작은 것으로 나타났으며, 표준 편차 역시 각각 45.6 및 35.2로 상대적으로 MWCNT를 사용한 샘플이 더 균일한 셀 크기 분포를 가진 것으로 나타났다. 이러한 효과로 인하여 PFA를 사용한 Base 샘플의 k-factor 값이 0.0205 W/m·K인데 비하여 MWCNT 0.01 phr를 사용한 샘플의 k-factor 값은 0.0202 W/m·K의 값으로 상대적으로 더 낮은 값을 나타내었다. 이로부터 환경유해물질인 PFA의 대체 기핵제로서의 MWCNT는 0.01 phr의 소량 첨가로도 충분할 정도의 우수한 기핵제로 작용하게 되는 것을 확인할 수 있었으며, 본 연구에서와 같이 소량의 MWCNT 첨가 방법에 의하여 경제적이면서도 우수한 단열효과와 개량된 기계적 물성을 지닌 친환경 경질 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있음을 알 수 있었다.
A study on inorganic porous composite materials as well as organic porous materials having good thermal insulation properties was carried out. Firstly, crack protection and the thermal insulation properties of the expanded perlite inorganic composites were performed and examined. Mixed expanded perlite with a water glass was stabilized for 24 hr at room temperature in the mold and, thereafter, converted into a massive foamed body through complete drying process at 150 ℃. Aluminum phosphate and micron size mica powder were used as a reaction accelerator and a stabilizer for thermal crack, respectively. In particular, the use of mica exhibited a remarkable effect on the protection of thermal crack at higher temperatures over 500 ℃, and thermal conductivity of the composites was enhanced with higher perlite contents, showing ca. 0.09 W/m·K for the sample of 100/200/10/1.5 water glass/perlite/mica/Al phosphate by weight. A severe dimensional deformation of the composite materials was observed over 600 ℃, however, showing a temperature limitation for a practical application. This was considered to be due to the glass transition temperature of the water glass, of which the main component was sodium silicate. Secondly, the fabrication and thermal properties of fumed silica/ceramic wool inorganic composites was carried out and analyzed. A predetermined quantity of fumed silica and ceramic wool was uniformly mixed into a slurry state and stabilized in the mold at room temperature and, thereafter, converted into a massive foamed body through a complete drying process at 150 ℃. While samples without polyvinyl alcohol (PVA) as an interfacial adhesive showed a bulk density of 0.6-0.8 g/cm3 in the range of 10-70 wt% fumed silica, those samples with 3 wt% PVA exhibited remarkable lowered bulk densities with enhanced mechanical and thermal insulation properties, without thermal crack even above 800 ℃. The k-factor of the samples was lowered in proportion to the fumed silica contents, showing a good thermal insulation property of ca. 0.08 W/m·K at 500 ℃ for the sample with 30 wt% fumed silica. Lastly, a multi-wall carbon nanotube (MWCNT) was used as a sloid state nucleating agent, and thereby the effects on the property changes of the RPUF were carried out. Average cell size decreased from 165.6 for base RPUF to 162.9 ㎛ and cell uniformity was also enhanced, showing the standard cell-size deviation of 45.6 and 35.2, respectively. While the k-factor of base PUF was 0.0205 W/m·K, that of the sample with 0.01 phr MWCNT showed 1.02% reduced value of 0.0202 W/m·K. Though the compressive yield stress is nearly the same as 10 kgf/cmfor the both samples, the initial modulus of the sample with 0.01 phr MWCNT was higher than that of the base sample. According to the results, a small amount of MWCNT is considered to play a sufficient role as the effective nucleating agent for RPUF, showing that an echo-friendly RPUF with reduced-cost could be fabricated, which having an enhanced thermal and mechanical properties.