包含高比表面積吸收材料的真空絕熱材料的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種包含比表面積為5～40m2/g的吸附用活性物質的吸收材料。并且，本發明提供一種吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，包括：步驟(a)，對選自碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行酸處理，從而將陽離子選擇性地洗脫下來；步驟(b)，提取上述洗脫下來的陽離子；以及步驟(c)，對選自提取上述陽離子的碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行燒結。
【專利說明】包含高比表面積吸收材料的真空絕熱材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種包含高比表面積吸收材料的真空絕熱材料，更具體地涉及一種包含比表面積為5?40m2/g的吸附用活性物質的吸收材料。
【背景技術】
[0002]以往的真空絕熱材料通過將用作芯材的玻璃纖維放入包含鋁箔的多層膜或金屬蒸渡膜外皮材料并安裝吸收材料后進行真空排氣而制成。其中，吸收材料用于吸附殘留在真空絕熱材料內部或者從外部流入的水分、空氣或氣體。尤其，殘留在芯材或外皮材料或真空室內部的水分作為傳熱介質產生影響，由此增加熱導率，從而導致絕熱性能下降，為了解決這種問題，主要使用吸附用活性物質作為吸附水分的吸收材料。
[0003]但以往作為吸收材料來使用的吸附用活性物質，因其比表面積處于較低水平，而與水分產生反應的速度緩慢，在相同時間內能夠吸附水分的量受到限制，在降低初始熱導值方面存在局限性。
[0004]根據韓國公開專利第10-2003-0072717號，記載了作為有機物氣體及水分吸附劑的吸收材料，按照化學吸收材料或物理吸收材料對吸收材料的種類進行區分并根據不同用途進行適用，但并未公開以比表面積作為特征的吸收材料。對此，本發明旨在開發出一種通過將具有更高比表面積的吸附用活性物質適用于真空絕熱材料而能夠快速吸收真空絕熱材料內部的殘留水分并提高初始絕熱性能的吸收材料。
【發明內容】
[0005]摶術問是頁
[0006]本發明的一個目的在于提供一種能夠提高真空絕熱材料的初始絕熱性能的包含高比表面積吸附用活性物質的吸收材料。
[0007]本發明的再一個目的在于提供一種通過對能夠適用于吸收材料的碳酸鈣等進行酸處理來制備出比表面積得以提高的吸附用活性物質的方法。
[0008]解決問題的手段
[0009]為了實現上述目的，提供一種包含比表面積為5?40m2/g的吸附用活性物質的吸收材料。
[0010]并且，為了實現本發明的目的，提供一種吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，包括:步驟(a)，對選自碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行酸處理，從而將陽離子選擇性地洗脫下來；步驟(b)，提取上述洗脫下來的陽離子；以及步驟(C)，對選自提取上述陽離子的碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行燒結。
[0011]發明的效果
[0012]包含高比表面積吸附用活性物質的吸收材料能夠吸附水分的量不受限制，因而能夠提高本發明的包含吸收材料的真空絕熱材料的初始絕熱性能。
[0013]并且，通過包含對碳化鈣等進行洗脫、提取、燒結的步驟的吸附用活性物質的制備方法，能夠獲得包含高比表面積的吸附用活性物質的吸收材料以及包含該吸收材料的真空絕熱材料。
【具體實施方式】
[0014]參照以下詳細說明的實施例，就能夠明確本發明的優點和特征及其實現方法。但是本發明并不限于下面所公開的一些實施例，而能夠通過互相不同的各種方式來實現，本實施例的目的僅僅是為了使本發明的公開更完整并向本發明所屬于【技術領域】的普通技術人員準確告知發明的范疇，本發明僅根據發明要求保護范圍進行定義。在說明書全文中相同的附圖標記表示相同的結構要素。
[0015]以下，對本發明進行詳細說明。
[0016]吸收材料
[0017]本發明提供一種包含比表面積為5?40m2/g的吸附用活性物質的吸收材料。
[0018]本發明的吸收材料包含吸附用活性物質。作為上述吸附用活性物質，只要是水分吸附性能優秀的吸附用活性物質，就可以任意使用，但優選地使用比表面積為5?40m2/g的吸附用活性物質，更優選地使用比表面積為5?20m2/g的吸附用活性物質。上述吸附用活性物質的比表面積越大，吸附能力越出色，但考慮到適當的機械物性和吸附性，優選地滿足上述比表面積的范圍。更具體地，上述比表面積小于5m2/g的情況下，反應性非常弱，因此當適用于真空絕熱材料時，常溫下不易發生反應，因而很難吸附真空絕熱材料內部的水分。如要解決這種問題，就需要另行在高溫下進行活性化，但一旦溫度變高，將導致適用于真空絕熱材料的外皮材料中包含的聚合物(Polymer)層退化(Deterioration)。相反,上述比表面積大于40m2/g的情況下，在初始階段與大氣中的水分快速反應，導致適用于真空絕熱材料之前已經有相當部分的活性降低。
[0019]作為上述吸附用活性物質的例子，可以舉出選自由無機磷化合物、金屬氧化物、金屬齒化物、金屬無機酸鹽、金屬有機酸鹽以及多孔無機化合物構成的組中的一種以上，優選的是選自由氧化鈣(CaO)、氧化鋇(BaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鍶(SrO)及氧化鋁(Al2O3)構成的組中的一種以上。
[0020]尤其，本發明的吸附用活性物質可以由氧化鈣形成。在本發明的吸收材料中，插入能夠去除自重的25?35%的水分的僅由氧化鈣形成的吸附用活性物質。由CaCHH2O — Ca(OH)2的反應式能夠得知，氧化鈣與以往的硅膠等相比，能夠含有明顯具有優勢的大量水分。加上，氧化鈣不僅能夠在常溫下穩定地去除真空中的水分，而且還具有成本非常低廉的優點。即，氧化鈣不僅能夠穩定地去除水分，而且還能夠根據氧化鈣的種類，吸附并去除不同的氣體。因此，即使僅由氧化鈣形成吸收材料的吸附用活性物質，也能夠得到很高的絕熱性能。
[0021]在本發明中，通過將吸附用活性物質形成為粉末形狀，能夠提高吸收材料的比表面積，而且在將吸附用活性物質形成為粉末形狀的情況下，通過選擇粒子直徑，能夠調整適合外皮材料的透氣性的吸附速度。最終，吸收材料的吸附負荷保持恒定，真空絕熱材料的性能保持可罪性得以提聞。
[0022]此時，如果上述吸附用活性物質粉末的尺寸變大，比表面積變小并反應性下降。具體而言，在上述吸附用活性物質為氧化鈣的情況下，粉末形狀的氧化鈣的直徑可以是I?50 μ m。如果脫離上述范圍，滲透至真空絕熱材料內部的水分或氣體將失去與氧化鈣接觸的機會，導致去除水分或氣體的效率下降。尤其，優選地不超過1mm，這是因為吸收材料容器內無法盛放足夠量的氧化鈣。
[0023]在本發明的真空絕熱材料中，包含芯材及上述吸收材料的芯部由外皮材料覆蓋，上述芯部，即外皮材料的內部能夠通過減壓而形成或以真空狀態形成。
[0024]在本發明中，芯材在芯部的內部形成，此時，形成上述芯材的材料不受特殊限制。即，在本發明中可以使用在真空絕熱材料的制備領域中通常使用的所有材料。通常，用于真空絕熱材料的芯材的種類是熱導率低且氣體生成量少的無機材料或有機材料，在本發明中可以使用如上所述的大部分普通材料。
[0025]作為本發明中可以使用的芯材的材料的例子，可以舉出選自由聚氨酯(Polyurethane)、聚酯(Polyester)、玻璃纖維(Glass Fibre)、聚丙烯(Polypropylene)及聚乙烯(Polyethylene)等組成的組中的一種以上。如上所述的材料能夠以纖維、泡沫(Foam)或其他不同形態(例如:玻璃棉)的形式用作芯材。并且，芯材的形狀、大小以及厚度等不受特殊限制，可以根據真空絕熱材料的用途進行適當變更。
[0026]吸附用活性物質的制備方法
[0027]本發明能夠提供一種吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，包括:步驟(a)，對選自碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行酸處理，從而將陽離子選擇性地洗脫下來；步驟(b)，提取上述洗脫下來的陽離子；以及步驟(C)，對選自提取上述陽離子的碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行燒結。
[0028]本發明的特征在于，所使用的上述碳酸鈣源于石灰石。上述石灰石中，作為不純物，可以含有二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂等。上述石灰石是以碳酸鈣為主要成分的沉積巖，呈白色、灰色或暗灰色、黑色，形成塊狀或層狀。在制備作為本發明的吸附用活性物質的中，通過將石灰石作為主要原料使用，能夠得到高比表面積的氧化鈣，幫助提供包含上述氧化鈣的吸收材料以及包含上述吸收材料的真空絕熱材料。
[0029]本發明的特征在于，在上述步驟(a)中，上述酸處理利用弱酸進行。這是由于當使用鹽酸、硝酸等強酸進行提取時，存在于碳酸鈣等的不純物將同時被洗脫下來。尤其，針對石灰石使用強酸的情況下，與鈣具有相似特性的鎂也將同時被洗脫下來，導致純度下降，因此，通過使用弱酸進行酸處理，可去除石灰石的不純物，將純度高的陽離子選擇性地洗脫下來。
[0030]上述情況下使用的弱酸是有機酸，可包含乳酸(LA，Lactic acid)、檸檬酸(CA，Citric acid)、蘋果酸(MA, Malic acid)、草酸(0A, Oxalic acid)、醋酸(AA, Acetic acid)、酒石酸(TA, Tartaric acid)、肥酸(AA, Adipic acid)、玻拍酸(SA, Succinic acid)、馬來酸(MA, Maleic acid)、谷氨酸(GA, Glutamic acid)、富馬酸(FA, Fumaric acid)、丙酮酸(PA, Pyruvic acid)、葡萄糖酸(GA, Gluconic acid)、枸橡酸(CA, Ctric acid)、苦味酸(PA,Picric acid)、天門冬氨酸(AA, Aspartic acid)、蕓香酸(TA, Terebic acid)等，出于確保為實現本發明的目的而提取的陽離子的純度能夠保持恒定的方面，優選地使用檸檬酸。
[0031]在上述步驟(b)中，提取上述洗脫下來的陽離子的步驟中，提取時間可以是30分鐘以內。這是由于如果提取陽離子的時間達到規定時間以上，陽離子溶解后再結晶，因此，優選地控制在5?30分鐘以內。[0032]更具體地，在本發明的條件下，在前30分鐘內，隨著時間的經過，鈣提取率表現出有所增加的傾向，但超過30分鐘的情況下，提取率急劇減少。這是由于如果達到規定時間以上，原本已溶解于弱酸的陽離子形成再結晶，導致所提取的陽離子的量減少。
[0033]在上述步驟(C)中，在對選自提取上述陽離子的碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行燒結的步驟中，燒結溫度可以是900?1000°C且燒結時間可以是I?2小時。
[0034]更具體地說明上述步驟(C)，對于選自碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂或碳酸鍶中的一種，進行上述酸處理步驟，從而提取陽離子；使用過濾紙過濾所提取的陽離子后經過干燥步驟，對上述干燥物進行燒結。例如，在上述燒結步驟中制備氧化鈣時，在長時間或高溫下進行燒結的情況下，由于晶粒生長(GrainGrowth)因而反應性減少，將導致質量下降。因此，為了獲得高質量的石灰產品，關鍵在于低溫下短時間內煅燒。
[0035]關于燒結時間，在前I小時內，平均粒徑不發生變化，如果達到2小時以上，粒子一邊開始生長一邊相互凝集。為了防止因凝集導致質量下降，優選地將燒結維持時間控制在2小時以內。通過將燒結時間控制在2小時以內，能夠遏制晶粒生長，進而能夠獲得具有均勻的離子分布的高質量、高比表面積的吸附用活性物質。
[0036]同時，如果上述燒結時間不足I小時，將致使碳酸鈣等無法進行充分的反應，并作為不純物殘留，而如果上述燒結時間超過2小時，粒子就會一邊開始生長一邊相互凝集而存在質量下降的顧慮，因此優選地將燒結維持時間控制在2小時以內。
[0037]尤其，對提取鈣離子后的碳酸鈣進行燒結的過程中，根據對碳酸鈣進行的熱分析(TG-DTA)結果，在燒結溫度約為750°C以上時反應結束，而在該溫度下存在碳酸鈣未燒結的顧慮，因此為了施加足夠的能量，能夠將燒結溫度設定為900°C以上。并且，如果燒結溫度超過1000°C，就會因過燒導致粒子間出現凝集現象，因此優選地將燒結溫度設定為900?1000。。。
[0038]更具體地，如果上述燒結溫度不足900°C，則存在碳酸鈣等無法進行充分的反應而作為不純物殘留的顧慮，如果上述燒結溫度超過1000°c，則存在隨晶粒生長出現凝集現象而導致質量下降的顧慮。通過將燒結時間控制在上述范圍之內，能夠加快升溫速度而獲得微小粒子，并制備出直徑為I?5mm的粉末形狀的吸附用活性物質。
[0039]根據上述制備方法制備的吸附用活性物質，其特征在于，比表面積為5?40m2/g。通過獲得高比表面積的吸附用活性物質，能夠提供一種快速吸收真空絕熱材料內部的殘留水分并提高初始絕熱性能的吸收材料。
[0040]以下，將通過以下實施例對本發明進行更詳細的說明。但以下實施例僅僅是為了例示本發明的內容，本發明的范圍不限定于以下實施例。
[0041]制備例(實施例及比較例)
[0042]實施例1
[0043]在30g檸檬酸中混合200g水，制備出PH為O的檸檬酸溶液。在通過將30g固體粉末狀態的碳酸鈣充分分散至300g水而得的溶液中，添加所制備出的上述檸檬酸溶液，將鈣離子選擇性地洗脫下來。此時，將提取時間設為30分鐘，使用過濾紙進行過濾后，在130°C烘箱中干燥I小時。在900°C溫度條件下對經上述干燥而得的干燥物進行燒結，燒結時間為I小時，從而制備出比表面積為15m2/g且直徑為10 μ m的粉末形狀的氧化鈣吸收材料。[0044]實施例2
[0045]在30g檸檬酸中混合200g水，制備出PH為O的檸檬酸溶液。在通過將30g固體粉末狀態的碳酸鋇充分分散至300g水而得的溶液中，添加所制備出的上述檸檬酸溶液，將鋇離子選擇性地洗脫下來。此時，將提取時間設為10分鐘，使用過濾紙進行過濾后，在130°C烘箱中干燥I小時。在1000°C溫度條件下對經上述干燥而得的干燥物進行燒結，燒結時間為2小時，從而制備出比表面積為40m2/g且直徑為15 μ m的粉末形狀的氧化鋇吸收材料。
[0046]比較例I
[0047]使用比表面積為3m2/g的氧化鈣(商業用試劑,純正)。
[0048]比較例2
[0049]使用比表面積為4m2/g的氧化鈣(商業用試劑，松原材料)。
[0050]實驗例I—根據氧化鈣的不同比表面積而不同的與水分的反應速度比較
[0051]30°C、相對濕度約為50%的環境下，放置上述實施例1、實施例2及比較例1、比較例2，計算吸濕率，得出的結果如下表1所示。此時，吸濕率通過以下一般式I計算出。
[0052]一般式 I
[0053]
【權利要求】
1.一種吸收材料，其特征在于，包含比表面積為5?40m2/g的吸附用活性物質。
2.根據權利要求1所述的吸收材料，其特征在于，所述吸附用活性物質為選自由氧化鈣、氧化鋇、氧化鎂、氧化鍶及氧化鋁構成的組中的一種以上。
3.根據權利要求1所述的吸收材料，其特征在于，所述吸附用活性物質為粉末形狀。
4.一種真空絕熱材料,其特征在于,包含權利要求1所述的吸收材料。
5.一種吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，包括: 步驟(a)，對選自碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行酸處理，從而將陽離子選擇性地洗脫下來； 步驟(b)，提取所述洗脫下來的陽離子；以及 步驟(c)，對選自提取所述陽離子的碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行燒結。
6.根據權利要求5所述的吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，所述碳酸鈣源于石灰石。
7.根據權利要求5所述的吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，所述步驟(a)的酸處理利用弱酸進行。
8.根據權利要求7所述的吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，所述弱酸包含選自乳酸、檸檬酸、蘋果酸、草酸、醋酸、酒石酸、肥酸、琥珀酸、馬來酸、谷氨酸、富馬酸、丙酮酸、葡萄糖酸、枸櫞酸、苦味酸、天門冬氨酸或蕓香酸中的一種。
9.根據權利要求5所述的吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，在所述步驟(b)的提取洗脫下來的陽離子的步驟中，提取時間在30分鐘以內。
10.根據權利要求5所述的吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，在所述步驟(C)的對選自提取陽離子的碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鋁或碳酸鍶中的一種進行燒結的步驟中，燒結溫度為900?1000°C，且燒結時間為I?2小時。
11.根據權利要求5至10中任一項所述的吸附用活性物質的制備方法，其特征在于，所述吸附用活性物質的比表面積為5?40m2/g。
【文檔編號】F16L59/065GK104011450SQ201280064529
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月26日
【發明者】金恩珠, 鄭勝文, 李明, 李周炯 申請人:樂金華奧斯有限公司