KR100870908B1 - 중공형 마이크로 실리카 캡슐을 포함하는 단열재 조성물,이를 이용한 단열재 및 그 제조방법, 및 유리 부착용단열필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물의 유리 커튼월 및 창호의 단열성능을 향상시키고, 결로방지의 효과를 기대할 수 있는 유리 단열재 조성물 및 유리부착용 단열필름을 제공한다. 구체적으로, 단열재 조성물은 폴리염화비닐, 중공형 마이크로 실리카 캡슐 및 가소제를 포함하고, 단열필름은 상기한 단열재 조성물로 이루어진 단열재층, 자외선 차단층 및 접착제층을 포함한다. 본 발명의 단열필름을 선 시공된 유리 커튼월 및 창호 등에 부착하는 경우 유리의 투명성을 유지하면서 건축물 내외의 열의 이동을 감소시켜 건축물의 냉난방 부하의 절감 및 결로현상을 방지할 수 있다.

유리, 단열필름, 결로방지, 마이크로 실리카 캡슐, 중공

Description

중공형 마이크로 실리카 캡슐을 포함하는 단열재 조성물, 이를 이용한 단열재 및 그 제조방법, 및 유리 부착용 단열필름{Composition for adiabatic material with hollow micro silica capsule, adiabatic material using thereit and preparation method of the adiabatic material, and adiabatic film of glass in building}

본 발명은 단열재 조성물, 이를 이용한 단열재 및 그 제조방법, 및 유리 부착용 단열필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마이크로 실리카 캡슐을 포함하는 유리 단열재 조성물, 이를 이용한 단열재 및 그 제조방법, 및 유리 부착용 단열필름에 관한 것이다.

건축물의 에너지 절약을 위한 방안으로는 여러 가지가 있을 수 있으나, 건물에서 소비되는 에너지의 77%가 실내 환경조절을 위한 냉난방 에너지로 소비됨을 감안할 때, 이러한 냉난방 에너지의 절약은 매우 긴요한 요소라 할 수 있다.

창틀을 포함하는 창호 부분의 열관류율 규제치가 3.84W/m²℃로, 벽체의 열관 류율 규제치인 0.35~0.47W/m²℃와 비교해서 약 10배 정도가 되는데, 이는 창호를 통해서 손실되는 열량이 벽체를 통해서 손실되는 열량의 10배에 상당한다는 것을 의미한다.

우리나라의 경우 건물에서의 에너지 절약을 위한 에너지 다소비형 건물의 에너지절약계획서 제출 의무화, 에너지 절약형 단열재 및 에너지 고효율 기기의 사용, 건물에너지효율등급제도의 도입 등 다양한 시책이 정부 주도로 도입 운영되고 있다.

최근 건축가들의 시도 중 투명한 단층유리를 외피로 사용함으로써 내외 공간의 상호관입 등을 설계개념으로 표현하고자 하는 경향이 크게 증대되고 있다. 그러나, 투명유리가 주된 외피로 이루어진 건물의 경우, 온실효과(green house effect) 현상을 일으키며 태양열에 의해 과열된다. 이러한 과열현상은 곧바로 에너지 낭비로 이어지며, 에너지 문제를 제외하더라도 건물 내외의 높은 온도 차이로 인해 결로 현상이 발생하여 유리 건물 속 재실자는 실내환경에 강한 불만족으로 느낄 수 있다.

기존 창호 시스템은 에너지 절감을 위해 복층화 또는 이중창 등이 주로 사용되었으나, 난방효과를 극대화하면서 동시에 냉방효과를 극대화하기 위하여 Low-e 코팅 유리를 채용하는 건물이 확대되고 있다.

Low-e 코팅은 태양복사선의 선택투과 및 장파장의 실내 재반사를 통하여 냉난방부하를 저감할 수 있는 유리창 열성능 개선 기술로써 1990년대 초에 개발되었 다. 이는 원자크기의 수배밖에 되지 않은 은 또는 금속 산화물이 샌드위치 형태로 유리, 폴리에스테르 소재에 입혀진 것이다.

다만, 이러한 Low-e 코팅 유리는 단열효과를 구비하는 복층유리에 축열 개념을 도입하여 에너지 효율 증대 및 결로방지 효과를 발현하는 것으로, 커튼월과 같은 단층 유리에 적용하기 곤란함은 물론, 냉방 에너지의 큰 절감은 기대하기 곤란한 특징이 있다.

한편, 커튼월에 사용되고 있는 단층 유리는 맑은 유리를 비롯하여, 색유리, 반사유리 등 다양한 제품들이 있으나 근래에 들어 디자인적 측면 및 에너지 절감 측면에서 반사유리를 선호하고 있다. 반사유리는 건물의 위치와 향에 따라서 건물의 에너지 사용, 특히 여름철의 냉방부하 감소에 큰 영향을 미치고 있으며, 거울효과에 의하여 주위의 경관이 투영되어, 각도에 따라 다양한 도시 미관을 형성하기도 한다.

그러나, 반사유리는 유리 자체의 반사특성에 따라 태양광을 반사시켜 건물 주변에 시각적으로 눈부심을 발생시키고, 열적으로 주변건물의 실내기온을 상승시켜 냉방부하를 증가시키기도 한다. 또한, 반사유리로 인한 태양 반사광은 도시 차량 운전자들에게 장애를 일으키기도 하며, 실제 건물 이용자들에게 심리적으로 우울한 감정을 유발시키는 등 악영향들이 나타나고 있다.

이와 관련하여 서울시는 반사유리 건물에 대하여 건축심의 과정에서 거울 반사율 100%를 기준으로 반사율 12~18% 정도의 반사유리 사용을 권장한 바 있다. 그 후 여러 가지 사회적 문제가 야기되어 반사율 8% 정도 하향 조정하였으며, 다시 12% 정도로 상향 조정하여 오늘에 이르고 있다.

결국, 단층 유리의 단열성능은 전도 및 대류에 대해 열관류를 억제시키는 저항형 단열방식보다 복사열의 유입을 차단하는 방식이 보다 큰 효과를 발현할 수 있음에 따라 반사유리의 기대효과는 높다고 할 수 있으나, 반사유리에 대한 역기능과 사회적 반응도에 따라 반사율의 상한규정을 고려해야 하는 상황에서는 유리의 단열효과 상승을 위한 보다 적극적인 대안이 필요함을 인지할 수 있다.

한편, 유리의 단열성능 향상을 위한 방안으로, 상기 Low-e 코팅 유리 및 반사유리 이외에도 3중, 4중 다층 유리창 및 복층유리 중공부에 비활성 기체를 사용하는 방법이 상용화되어 있다. 이중 다층 유리창은 고정하중 증가 문제점으로 적용이 기피되는 실정이며, 비활성 기체인 아르곤, 크립톤, 크세논 등은 공기보다 열전도도가 낮아 유리창의 열성능을 개선할 수 있는 반면, 대기 중 농도가 희박하여 생산단계에 높은 내재 에너지를 지니는 특성이 있어, 온실가스 발생량 및 제작비용이 높다. 또한, 이들은 전술한 Low-e 유리와 같이 단층유리를 사용하는 커튼월에 적용할 수 없는 기술이다.

따라서 상기 내용을 종합하면, 복층유리 및 다층유리의 단열성능을 향상시키고, 단층유리를 사용하는 커튼월 구조에서도 복사열 이외에 전도열을 차단하여 건축물 내부의 에너지 효율을 증대시키고, 결로를 방지함은 물론, 거주자의 쾌적성을 증대시킬 수 있는 현실적인 대안이 필연적으로 요구된다 할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 단층 유리의 단열성능 및 결로방지성능을 개선하여 건축물의 냉난방 부하를 효과적으로 절감시킬 수 있는 유리 단열재 조성물을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은, 상기한 단열재 조성물을 이용한 단열재 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

나아가, 본 발명의 목적은 상기한 단열재 조성물로 이루어진 단열재층을 포함하는 유리부착용 단열필름을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단열재 조성물은 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 수지, 마이크로 실리카 캡슐, 및 가소제를 포함한다.

상기 마이크로 실리카 캡슐은 속이 빈 중공형 마이크로 실리카 캡슐이다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열재 조성물은 차열안료를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 단열재 조성물로 이루어진 유리 단열재를 제공한다.

나아가, 본 발명은 상기한 단열재 조성물을 압출성형하여 필름형상의 유리 단열재를 제조하는 방법을 제공한다.

더 나아가, 본 발명은 상기한 단열재를 이용한 유리 부착용 단열필름을 제공 한다. 상기 유리 부착용 단열필름은 단열재층 및 상기 단열재층 상에 형성되는 접착제층을 포함하여 이루어진다. 상기 단열재층은 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 수지, 중공형 마이크로 실리카 캡슐, 및 가소제를 포함하는 단열재 조성물로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열필름은 상기 단열재층과 상기 접착제층 사이에 구비되는 자외선 차단층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열필름은 상기 단열재층을 커버하여 상기 단열재층을 보호하는 보호층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열필름은 상기 접착제층에 형성되고, 제거 가능한 방출 라이너를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 단열필름이 부착된 단열 유리를 제공한다.

본 발명에 따른 단열필름을 건축물의 단층유리에 적용하여 일사열의 차단 및 건물 내부의 열손실을 효과적으로 개선할 수 있다. 따라서, 겨울철 유리창으로 방출되는 실내열의 손실을 방지하여 난방비 절감을 증대시켜 공조설비 의존도를 현저히 감소시킬 수 있으며, 실내외의 온도 차이에 따른 결로현상을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 단열 필름은 종래의 반사유리의 역기능을 개선하고, 현행 반사율 상한규정을 준수하면서도 보다 향상된 단열효과를 제공할 수 있다.

또한, 건축물 창호에 적용되는 복층유리나 Low-e 코팅 유리 등에도 적용하여 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.

이러한 단열성능 이외에도 본 발명에 따른 단열필름을 유리에 적용할 경우 유리가 파손된 후의 비산방지 효과를 기대할 수 있어, 유사시의 제반 사고를 미연에 방지할 수 있다.

이하에서는, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 단열재 조성물은 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC) 수지, 마이크로 실리카 캡슐, 및 가소제를 포함한다.

여기서, PVC 수지는 상기 마이크로 실리카 캡슐 결합재로 이용된다.

상기 마이크로 실리카 캡슐은 속이 빈 중공형 마이크로 실리카 캡슐이다. 상기 마이크로 실리카 캡슐 내의 공기층에 의해 단열효과를 발휘한다. 고품질의 실리카를 둥근 형상으로 제조한 마이크로 캡슐을 충전시켜, 다른 유기화학 제품의 단열재보다 강도가 높고, 제품의 작업성 및 사출 정밀도 등을 개선한 단열재를 형성할 수 있다. 마이크로 실리카 캡슐의 재료로 사용되는 실리카는 고온 및 화학적 안정성이 우수하고, 가시광선 영역에서 투명성을 가지며, 다양한 형태로 가공이 용이한 장점을 갖는다.

본 발명의 단열재 조성물에 포함되는 마이크로 실리카 캡슐로서 시중에 유통되는 마이크로 실리카 캡슐을 사용할 수 있으며, 마이크로 실리카 캡슐은 일반적으로 비중이 0.125∼0.60g/cc, 깨짐 강도가 250∼10,000psi, 내열성이 약 600℃ 인 비수용성이며, 화학적으로 안정한 물질이다. 또한, 평균지름 60㎛의 미세한 중공형 마이크로 실리카 캡슐은 내부의 공기층에 의해 우수한 단열효과를 발현할 수 있다. 나아가 마이크로 실리카 캡슐의 중공형 구조로 인해 단열재의 경량화를 유도할 수 있다.

본 발명의 단열재 조성물에 포함되는 마이크로 실리카 캡슐은 통상의 제조방법에 따라 제조된다.

중공형의 마이크로 실리카 캡슐을 제조하는 방법은 다수 알려진바, F.Caruso 등은 미리 매질에 분산된 고분자 미립구 표면에 실리카를 정기적으로 부착시킨 후 내부의 고분자를 태우는 방법[Chem. Master, 11, 3309(1999)]을 보고하였으며, S.Schacht 등은 양이온 계면활정제로 O/W형 마이셀을 만들고 이 표면에 음이온성 실리카를 흡착시킨 후 내부의 계면활성제를 태우는 방법[Science, 273, 768(1996)]을 보고하였다.

또한, 한국등록특허 제10-0524820에 개시된 마이크로 실리카 제조방법에 따르면, 테트라에틸오르쏘실리케이트(TEOS)를 가수분해 촉매가 포함된 수용액에 첨가하여 TEOS의 가수 분해도와 중합도를 조정하여 친수성 혹은 친유성 특성을 갖는 선구물질을 제조하는 단계, 상기 선구 용액에 친수성 혹은 친유성 코어물질과 졸의 겔화 유도제로 작용하는 아미노프로필트리알콕시실란(Amino Propyltrialkoxy Silane; APS)을 일정량 혼합하는 단계, 및 상기 혼합액을 코어물질과 반대되는 극성을 가지는 용액에 유화 분산시켜 에멀젼을 형성한 후 ASP에 의하여 자체 촉매작용으로 계면에서 졸-겔 반응이 진행되어 코어물질이 실리카 피막으로 둘러싸이도록 하여 마이크로 캡슐화하는 단계, 및 상기 실리카로 둘러싸인 코어물질을 열처리하여 속이 빈 형태의 마이크로 실리카 캡슐을 제조하는 단계를 포함한다.

상기 가소제는 고온에서 성형가공을 용이하게 하는 유기물질로, 디옥틸프탈레이트(DOP), 디옥틸아디페이트(DOA), 트리크레실포스테이트(TCP) 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열재 조성물은 차열안료를 더 포함할 수 있다. 상기 차열안료는 햇빛 중 적외선, 자외선 등의 특정 주파수의 빛만을 반사하는 우수한 열반사 능력을 갖는 재료로서, 알루미늄을 판형분말로 제조하여 사용한다. 또한 상기 차열안료는 단열재에 개성 있는 색상을 부여하여 제품의 다양화를 꾀할 수 있다.

이 외에, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열재 조성물은 안정제 등, 기타 첨가제를 더 포함 수 있다.

일예로, 상기 단열재 조성물은 PVC 수지 55~65%, 마이크로 실리카 캡슐 15~25%, 가소제 10~20%, 차열안료 0~5%, 및 첨가제 5~7%의 조성비로 구성될 수 있다.

상기 단열재 조성물을 압출성형하여 필름형상의 유리 단열재를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열재 조성물을 이용하여 단열재를 제조하는 과정을 설명하는 도면이다.

이하 도 1을 참조하여 유리 단열재를 제조하는 과정을 설명한다.

도 1을 참조하면, 단열재 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 재료 배합기(1)에 PVC 파우더, 마이크로 실리카 캡슐, 가소제, 안정제, 및 차열안료를 주입하여 혼합한 후, 반죽형태로 만들기 위해 가열부(2)로 이동시킨다. 가열부(2)에서 열을 가하여 반죽형태가 되면 가열기(2)와 연결된 압출기(3)의 카렌다에서 압출함과 동시에 상하로 마주보도록 구비된 두 개의 프레스롤(4)에 통과시켜 고온압착시킨다. 이렇게 하여 필름 형상의 단열재로 얇게 뽑아낸다. 이후 필름형상의 단열재가가 달라붙지 않도록 급속 냉각시키면서 이송롤(5)을 이용하여 상기 단열재를 이송시킨 후 롤 형태로 포장하여 완성한다. 이렇게 제조된 필름 형상의 단열재를 유리의 표면에 부착하여 유리의 단열성능을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 부착용 단열필름을 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 부착용 단열필름(100)은

단열재층(10), 접착제층(20), 및 방출 라이너(30)를 포함한다.

상기 단열재층(10)은 PVC 수지, 중공형 마이크로 실리카 캡슐, 가소제, 차열안료 및 첨가제를 포함하는 단열재 조성물로 이루어진다. 상기 단열재층(10)은 상기 중공형 마이크로 실리카 캡슐에 의해 유리의 투명성을 유지하면서 열저항성 단열효과를 발휘하며, 중량을 감소시킬 수 있다.

상기 접착제층(20)은 상기 단열재층(10) 상에 형성되고, 가사시간 10 ~ 30분 정도의 수용성 접착제로 이루어진다. 상기 접착제층(20)은 통상의 접착제를 스프레이 방식 등의 코팅 방법에 의해 도포하여 형성할 수 있다. 상기 단열필름(100)의 접착제층(20)이 유리 표면에 접착됨으로써 상기 단열필름(100)을 유리에 용이하게 부착할 수 있다.

상기 방출 라이너(30)는 상기 접착제층(20) 상에 구비되고, 용이하게 제거 가능한 이면지이다. 상기 단열필름(100)을 유리에 부착하기 전에 상기 접착제층(20)의 접착성능을 보호하고, 상기 단열필름(100)의 유리 부착시 상기 접착제층(20)으로부터 용이하게 제거된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 단열필름(100)은 자외선 차단층(40) 및 보호층(50)을 더 포함할 수 있다. 상기 자외선 차단층(30)은 상기 단열재층(10)과 상기 접착제층(20) 사이에 구비되어 외부의 자외선이 유리를 통해 건물 내부로 입사되는 것을 방지한다. 자외선 차단층(40)은 얇은 막에 알루미늄, 은, 구리 등의 금속 입자를 고밀도로 진공 증착하는 스퍼터 기법(sputter technology)을 적용한 통상의 제조방법에 따라 형성될 수 있다.

상기 보호층(50)은 상기 단열재층(10)의 표면을 커버하여 유리창의 청소 등 외부의 충격에 의해 상기 단열재층(10)이 마모되거나 손상되는 것을 방지한다. 상기 보호층(50)은 통상의 마모방지 코팅법을 적용하여 형성할 수 있다.

본 발명 따른 단열필름(100)은 Low-e 코팅을 적용할 수 없는 커튼월 등의 단층 유리에 적용하여 단층 유리의 단열성능 및 결로방지성능을 개선할 수 있다. 특히, 단열재층(10)에 내재된 중공형 마이크로 실리카 캡슐에 의해 유리의 투명도를 저해시키지 않고, 유리에 전달되는 열부하를 차단하여 실내외의 열 이동을 크게 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 단열필름(100)은 상기 단열재층(10)과 복사열을 차단할 수 있는 자외선 차단층(40)을 조합하여 건축물의 냉난방 부하를 효과적으로 절감시키고, 실내외의 온도차에 의해 발생하는 결로현상을 예방할 수 있다.

또한, 복층유리나 Low-e 코팅 유리 등에도 적용하여 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.

이러한 단열성능 이외에도 본 발명에 따른 단열필름(100)을 유리에 적용하는 경우, 유리의 파손시에 파편이 비산되지 않도록 구속하여 인체의 상해를 예방하는 등 유사시의 제반 사고를 미연에 방지할 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단열재 조성물을 이용하여 단열재를 제조하는 과정을 설명하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 부착용 단열필름을 나타낸 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 -- 단열필름 10 -- 단열재층

20 -- 접착제층 30 -- 방출 라이너

40 -- 자외선 차단층 50 -- 보호층

Claims (9)

1. 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 수지, 마이크로 실리카 캡슐, 및 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 단열재 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로 실리카 캡슐은 속이 빈 중공형 마이크로 실리카 캡슐인 것을 특징으로 하는 유리 단열재 조성물.
3. 제 2항에 의한 조성물로 이루어진 유리 단열재.
4. 제 2항의 조성물을 압출성형하여 필름형상의 유리 단열재를 제조하는 방법.
5. 유리 부착용 단열필름으로서,

   단열재층; 및

   상기 단열재층 상에 형성되는 접착제층을 포함하여 이루어지고,

   상기 단열재층은 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 수지, 중공형 마이크로 실리카 캡슐, 및 가소제를 포함하는 단열재 조성물로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리 부착용 단열필름.
6. 제 5항에 있어서, 상기 단열필름은,

   상기 단열재층과 상기 접착제층 사이에 구비되는 자외선 차단층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 부착용 단열필름.
7. 제 5항에 있어서, 상기 단열필름은,

   상기 단열재층을 커버하여 상기 단열재층을 보호하는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열필름.
8. 제 5항에 있어서, 상기 단열필름은,

   상기 접착제층에 형성되고, 제거 가능한 방출 라이너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열필름.
9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항의 단열필름이 부착된 단열 유리.

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