실리카 에어로겔의 응용(Some applications of silica aerogels)

전문가 제언

□ 에어로겔은 습윤겔의 미세기공구조를 유지한 채 건조시킨 상태로 기공도가 약 95%정도이고 밀도가 공기와 비슷한 0.03~0.35g/cm3으로서 가장 가벼운 고체이다.

□ 저밀도 에어로겔을 제조하기 위해서는 실리콘 알콕사이드 전구체를 산 또는 염기 촉매 하에 가수분해, 축합 및 중합하여 올리고머를 합성한 다음 희석제 존재 하에 겔을 제조한다. 초임계상태에서 건조하여 에어로겔을 얻고 증발건조하여 건조겔을 얻는다. 초임계건조단계에서 희석제나 용매를 초임계상태로 유지 하려면 250℃이상의 고온이 필요하고 얻어진 에어로겔은 소수성 표면을 가진다. 겔 내에 다량으로 함유된 희석 용매에 대한 용해도가 큰 알코올을 초임계 용매로 사용할 경우 겔의 표면을 OR기능으로 만들어 에로겔이 소수성이 된다. 반면 이산화탄소 초임계상태에서의 건조는 비교적 저온(32~40℃)에서 수행할 수 있으나 친수성 에어로겔만이 얻어진다. 친수성 에어로겔은 겔이 파괴됨으로 표면을 메탄올 등을 사용하여 메톡시화반응 즉 에스테르화시키는 표면처리를 한다.

□ 산 및 염기촉매의 사용으로 pH조절에 따라 가수분해와 축중합 반응속도에 영향을 미칠 수 있으므로 솔-겔 용액의 pH에 따라 겔의 기공구조에 영향한다. 사용한 산의 양이 증가할수록 불규칙하게 선형으로 가지를 친 중합체와 기공크기가 작은 방향으로 반응이 진행된다. 염기성에서는 상대적으로 중합반응이 우세하여 가교도가 높은 콜로이드형 겔이 형성되고 기공크기가 증가하는 것으로 나타난다.

□ 올리고머 합성시 알코올을 용매로 사용하기 때문에 장시간의 환류가 필요하고 반응이 끝난 후에도 알코올을 제거하기 위해 증류단계를 거쳐야 함으로 많은 시간이 소요되므로 반응시간 단축기술개발이 필요하다. 유기용매를 초임계 용매로 사용하는 고온 초임계 공정에는 겔의 수축이 적게 일어나므로 저밀도 에에로겔 제조에 유리하나, 유기용매를 고온 고압의 상태에서 조업해야 하기 때문에 다량의 에너지 소요와 안전대책에 많은 노력이 필요하다. 이산화탄소 초임계 공정은 에너지 수요측면에서 유리하나 건조과정에서 이산화탄소와 액/액계면 형성으로 인한 계면장력으로 겔의 균열이 발생되는 단점이 있다.

저자

Pajonk, Gerard Marcel

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2003

권(호)

281(7)

잡지명

Colloid and Polymer Science

과학기술
표준분류

재료

페이지

637~651

분석자

서*석

분석물

• 실리카 에어로겔의 응용.pdf [197,967 byte]

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