KR101060521B1 - 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 발수성 보온단열재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 발수성 보온단열재에 관한 것으로, 유리장섬유를 니들펀칭하여서 된 유리장섬유 니들매트를 물과 통기성 발수제가 혼합된 발수용액에 침지시켜서 함침이 이루어지도록 하고, 발수용액이 함침된 유리장섬유 니들매트는 가압롤러 사이로 통과시켜서 패딩율이 조절되게 한 다음 이를 이용하여 보드형이나 파이프형 등 다양한 형상의 보온단열재를 성형하고, 성형후 건조하여 발수제 및 바인더가 고착되게 하고, 보온단열재의 성형건조후에는 그 표면층에 발수용액을 재함침시켜서 건조과정에서 손실된 발수제의 보충이 이루어지도록 한 다음 재함침된 발수제의 고착화 및 함수율 조절을 위하여 재건조하여 발수성 보온단열재를 얻도록 한 것으로서, 다량의 발수제가 전체적으로 고르게 분포할 수 있도록 하여 충분한 발수성을 지닌 유리장섬유 보온단열재를 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 발수성 보온단열재{WATER REPELLENT HEAT INSULATING MATERIALS BY E-GLASS FIBER AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 유리장섬유를 이용한 보온단열재의 제조과정에서 발수성을 부여해 주기 위한 발수성 보온단열재의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 발수성 보온단열재에 관한 것이다.

유리장섬유는 용융점이 높고 또 니들펀칭기를 이용한 니들펀칭으로 고밀도화 할 수가 있어 보드형이나 파이프형 등 다양한 종류의 보온단열재의 성형제조시 이용되고 있다.

다만 유리장섬유로 이루어진 보온단열재의 성형시에는 니들펀칭을 통한 고밀도화에도 불구하고 유리장섬유가 갖는 특성상 높은 공극율을 갖게 됨은 물론 물보다 높은 비중으로 인하여 강한 흡수력을 지니게 되므로 눈비에 노출되게 시공되거나 또는 실내에 시공된다 하더라도 결로현상이나 누수 등이 발생되어 다량의 수분을 흡수하게 될 경우 현저한 중량증가로 이어져 보온해 주고자 하는 구조물의 강도약화를 가져오게 되고 또 수분에 의한 보온성 저하로 인하여 에너지손실을 가져오게 됨은 물론 수분에 의한 금속보온체의 부식으로 인하여 수명단축을 가져오게 되므로 유리장섬유로 성형제조되는 보온단열재는 발수성이 요구된다.

따라서 종래에도 유리섬유를 이용한 발수성 단열파이프 및 그 제조방법에 대하여 이미 특허 제0522568호가 제공된바 있으며, 이는 바인더 1㎏에 실리콘과 파라핀과 불소계실록산 및 스테아린산 중 하나 이상이 선택적으로 이용되는 코팅제 50~150g을 혼합하여서 된 혼합액을 니들펀칭된 유리섬유매트에 도포하여 성형로울러에 권취한 다음 가압로울러의 가압하에서 고속회전시켜서 불필요한 바인더가 원심력에 의해 탈수되게 하는 과정에서 바인더에 포함된 코팅제가 바인더와 함께 전체적으로 고른 침투가 이루어지도록 하여 코팅제의 코팅에 의해 발수성이 부여되도록 하고 있다.

그러나 유리섬유 단열파이프에 발수성을 부여해 주기 위한 코팅제가 바인더와 혼합되어 바인더와 함께 유리섬유 니들매트에 침투되게 할 경우 기본적으로 바인더의 점착력유지를 위하여는 코팅제의 혼합량을 늘려줄 수가 없고 또 소량이 혼합된 코팅제는 바인더와 혼합된 상태로 유리섬유 니들매트에 침투되어 고착될시 바인더를 구성하는 다량의 접착성분과 유기물 및 무기물 등이 감싸 포위하게 되므로 발수성에 대한 기능저하를 가져오게 된다.

또한 바인더에 혼합되어 유리섬유 니들매트 내에 침투된 적당량의 코팅제는 단열파이프의 가압성형중 고속회전시 주어지는 강한 원심력에 의해 불필요한 바인더가 배출되게 하는 과정에서 바인더와 함께 다량이 배출되므로 결국 성형된 단열파이프는 코팅제의 분포량 부족으로 이어져 발수성에 대한 기능은 더욱 저하된다.

더 나아가 코팅제가 바인더와 혼합되어 높은 공극율을 갖는 유리섬유 니들 매트에 도포된 직후에는 그 표면층에도 코팅제가 분포하게 되나 이후 코팅제 및 바인더의 고착화를 위한 건조과정에서 표면기공 내에서 표면장력에 의해 강한 흡수력이 발생하게 되면 표면에 분포하고 있던 코팅제가 표면기공 내부로 깊숙히 흡수되어 최종제품의 표면층에는 타부위에 비해 코팅제의 분포량이 현저히 감소하여 발수성은 거의 기대할 수가 없게 되므로 결국 사용시 표면층의 발수성 부족에 의한 수분침투로 보온체의 강도약화와 보온성 저하 및 금속보온체의 부식에 의한 수명단축을 가져오게 되는 등의 많은 문제점들이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 제품의 성형과정에서 충분한 량의 발수제를 손실없이 전체적으로 고르게 침투시켜 줄 수가 있고 또 제품의 표면층에도 충분한 발수성을 부여해 줄 수가 있는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 발수성 보온단열재를 제공하는데 있다.

상기한 목적달성을 위한 본 발명 발수성 보온단열재의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 발수성 보온단열재는 유리장섬유 니들매트를 물과 통기성 발수제가 혼합된 발수용액에 침지시켜서 다이어프램을 이용한 흡입과 압축의 반복으로 전체적으로 신속한 함침이 이루어지도록 하고, 발수용액의 함침후에는 가압롤러 사이로 통과시켜서 패딩율을 적절히 조절한 상태에서 원하는 형태의 보온단열재를 성형하여 건조하고, 건조후 제품의 표면층에 발수용액을 재침투시켜 줌과 아울러 최종건조를 통한 고착화로 그 표면층에도 충분한 발수성을 부여해 주도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 유리장섬유 니들매트를 이용하여 각종 보온단열재를 성형하기 앞서 물과 통기성 발수제가 혼합된 발수용액에 유리장섬유 니들매트를 침지시켜서 발수용액의 함침이 이루어지도록 하고 또 함침후에는 패딩율을 조절하여 불필요한 발수용액을 배출시켜 주도록 함으로서 충분한 량의 발수용액을 전체적으로 고르게 침투시켜서 발수제의 코팅이 이루어지도록 할 수가 있게 됨은 물론 이후 바인더를 이용한 보온단열재의 성형과정에서 바인더로 인한 발수제의 손실 및 발수제의 손실에 의한 발수성 저하우려를 없애줄 수가 있게 된다.

그리고 보온단열재의 성형후 건조과정에서 그 표면층에 분포한 발수제의 손실이 발생되더라도 건조후 그 표면층에 발수용액을 재함침시켜서 건조해 주도록 함으로서 표면층에도 충분한 량의 발수제가 분포하도록 할 수가 있어 전체적으로 충분한 발수성을 지니게 되는 유리장섬유 보온단열재를 얻을 수가 있게 되는 등의 효과가 있는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 다만 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기술이나 기능 등에 대하여는 구체적인 설명으로 인하여 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 유리장섬유를 이용하여 유리장섬유 니들매트를 성형하는 유리장섬유 니들매트 성형단계와, 성형된 유리장섬유 니들매트를 물과 통기성 발수제가 혼합된 발수용액에 침지시켜서 다이어프램을 이용한 흡입과 압축으로 발수제의 함침이 이루어지도록 하는 발수제 함침단계와, 발수제가 함침된 유리장섬유 니들매트를 가압롤러 사이로 통과시켜서 발수용액의 패딩율을 조절하는 패딩율 조절단계와, 패딩율이 조절된 유리장섬유 니들매트와 바인더 등을 이용하여 원하는 형태의 보온단열재를 접착성형하는 보온단열재 성형단계와, 보온단열재의 성형후 발수제 및 접착성형시 이용된 바인더 등의 고착화를 위한 건조단계와, 성형건조된 보온단열재의 표면층에 발수용액을 침투시켜서 발수제의 재함침이 이루어지도록 하는 발수제 재함침단계 및 재함침된 발수제의 고착화 및 완제품의 함수율을 조절해 주기 위한 최종건조단계로 이루어진다.

본 발명 유리장섬유 니들매트 성형단계에서 얻게 되는 유리장섬유 니들매트는 유리장섬유를 니들펀칭기로 펀칭하여 매트화한 것이나, 이때 이용되는 유리장섬유 매트는 한면 니들펀칭된 유리장섬유 니들매트가 아닌 양면 니들펀칭된 유리장섬유 니들매트를 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 한쪽 면에만 니들펀칭이 이루어진 유리장섬유 니들매트는 니들펀칭시 힘이 한쪽 방향으로만 치우치게 되어 양쪽면의 표면상태는 차이가 발생하게 되는데, 니들펀칭된 면은 니들펀칭으로 인하여 표면이 고른 반면 반대면은 니들펀칭의 영향이 약하고 또 니들에 밀리는 영향에 의해 큰 결속력을 기대할 수가 없어 거친 표면을 갖게 되므로 두께 불균형을 가져오게 되고 또 두께조절이 어려울 뿐 아니라 내부기공의 분포가 불균일하게 된다.

그러나 양쪽면에 니들펀칭이 이루어진 유리장섬유 니들매트는 니들펀칭에 의한 영향이 양쪽면에 고르게 전달되어 니들매트의 두께가 일정할 뿐 아니라 내부 기공의 분포와 크기가 균일하며 양면의 표면 상태가 고르고 일정하여 내부 기공에서의 발수제 코팅이 균일하게 이루어지는 효과를 거둘 수가 있게 된다.

따라서 본 발명은 양면 니들펀칭된 유리장섬유 니들매트를 이용하는 것이 바람직하며, 이는 얻고자 하는 보온단열재의 형태나 종류 등에 따라 다양한 두께와 밀도를 갖도록 성형하고 또 필요에 따라 길게 성형하여 필요한 길이만큼 절단하여 사용하도록 할 수가 있게 된다.

또한 본 발명 발수제 함침단계 및 발수제 재함침단계에서 이용되는 발수용액은 물과 발수제를 92~98 : 8~2의 중량비로 혼합하여서 된 것으로서, 이때 발수제는 여러차례의 반복된 실험결과 8중량%이상이 혼합된다 하여 발수효과가 향상되는 것은 아니고 또 2중량%이하가 혼합될 경우에는 발수성이 크게 떨어지게 되므로 발수제는 반드시 주어진 혼합비율을 유지시켜 주어야만 원하는 발수성을 기대할 수가 있게 된다.

다만 본 발명에서 발수용액을 얻기 위하여 물과 혼합되는 발수제는 실리콘계 발수제와 테프론계 발수제 및 불소계 발수제 등과 같은 통기성 발수제로서, 실리콘계 발수제로서는 아미노변성 실리콘오일이나 디메틸 실리콘오일 등을 예로 들 수가 있고 또 테프론계 발수제로서는 불소계 수지를 팽창시킨 팽창된 사불화에틸렌중합체(ePTFE: expanded Polytetrafluoro Ethylene) 등을 예로 들 수가 있으며, 불소계 발수제로서는 과불화알킬아크릴산염(Perfluoroalkylacrylate)이나 과불화로릭산(Perfluorolauric acid) 등을 예로 들 수가 있다.

이러한 발수제 함침단계는 충분한 량의 발수용액을 유리장섬유 니들매트에 전체적으로 고르게 침투시켜 주기 위한 것으로서, 단순히 발수용액이 공급된 욕조에 유리장섬유 니들매트를 침지시켜서 발수용액이 유리장섬유 니들매트 내부로 침투되게 할 수도 있으나, 유리장섬유 니들매트는 니들펀칭에 의한 고밀도화로 인하여 전체적으로 고르게 침투되게 하는데 많은 시간을 필요로 하게 되므로 대량생산 및 발수용액의 고른 침투를 위하여는 다이어프램을 이용하여 발수용액의 흡입과 압축을 수차례 반복해 주도록 하는 것이 바람직하다.

또한 패딩율 조절단계는 발수용액이 함침된 유리장섬유 니들매트로부터 불필요한 발수용액을 적절히 배출시켜 주고 또 이후 보온단열재의 성형시 이용되는 바인더가 발수용액에 포함된 수분에 의해 과도하게 희석되는 것을 방지하여 바인더가 고유의 점착성을 유지할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 이용되는 유리장섬유 니들매트의 두께 및 얻고자 하는 패딩율 등에 따라 상하롤러 사이의 간격 및 길이가 결정되는 가압롤러 사이로 발수용액이 함침된 유리장섬유 니들매트를 통과시켜서 상하가압롤러의 가압력에 의해 필요이상의 발수용액을 배출시켜 주도록 하게 되는데, 반복된 실험결과에 의하면 200%이하의 패딩율을 갖도록 할 경우 가압과정에서 유리섬유 니들매트에 필요이상의 가압력이 주어져 유리장섬유 니들매트의 형태나 조직이 파괴되고 또 300%이상의 패딩율을 갖도록 할 경우 유리장섬유 니들매트에 잔류한 발수용액 중의 다량의 수분이 바인더를 희석시켜서 바인더의 점착력 약화 내지는 접착불량을 가져오게 되므로 그 패딩율은 200~300%를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 보온단열재 성형단계는 발수용액이 함침되어 패딩율이 조절된 유리장섬유 니들매트를 이용하여 원하는 형태의 보온단열재를 성형하기 위한 것으로서, 이때 성형될 수 있는 보온단열재로서는 보드형이나 파이프형 등 다양한 종류를 예로 들 수가 있으며, 통상 보드형 보온단열재의 경우 1겹이상의 유리장섬유 니들매트를 바인더로 성형해 주게 되고 또 파이프형 보온단열재의 경우에는 긴 유리장섬유 니들매트에 접착제를 도포 또는 함침시킨 상태에서 성형로울러에 권취하여 가압성형해 주게 되는데, 구체적인 성형방법이나 또는 얻고자 하는 보온단열재의 특성 등에 관계없이 발수용액이 적절한 패딩율을 갖도록 함침된 유리장섬유 니들매트를 이용하여 보온단열재를 성형해 주도록 한 것이면 모두 만족한다.

또한 보온단열재의 성형후 이루어지는 건조단계는 발수용액과 바인더에 포함된 수분을 건조하여 발수제 및 바인더를 고착시켜 주기 위한 것으로서, 이러한 건조시 이용되는 건조수단으로서는 일반 건조로나 마이크로웨이브 건조로 등 건조시 이용가능한 것이면 모두 만족한다.

또한 보온단열재의 성형건조후 이루어지는 발수제 재함침단계는 보온단열재의 성형후 건조과정에서 표면층에 코팅되어 있던 발수용액이 완전히 고착되기 앞서 표면기공층으로부터 발생되는 강한 표면장력에 의해 발수용액이 내부깊숙히 흡수됨에 따라 건조후 보온단열재의 표면층에는 타부위에 비해 발수제의 분포량이 현저히 떨어지게 되는바, 표면층에 발수용액을 재침투시켜서 그 표면층에도 충분한 량의 발수제를 분포시켜 주도록 하기 위한 것으로서, 이를 위하여 분사기 등을 이용하여 발수용액을 보온단열재의 표면층에 분사해 주거나 또는 발수용액이 공급된 욕조에 보온단열재를 침지시켜서 발수재의 재함침이 이루어지도록 하게 된다.

그리고 이러한 재함침된 발수제의 건조 및 완제품의 적정수분율 유지를 위한 최종건조단계 역시 앞선 건조단계와 같이 일반 건조로 및 마이크로웨이브 건조로 등에 의해 건조가 이루어지도록 하게 되는데, 이러한 재건조과정에서도 표면기공층으로부터는 재코팅된 발수용액을 흡수하려는 강한 흡수력이 작용하게 되나, 표면층을 이루는 유리장섬유에는 이미 소량의 발수제와 다량의 바인더가 고착되어 있어 재코팅된 발수용액은 이들과 강한 결합력을 갖게 되므로 표면층에 재함침된 발수용액은 내부기공층으로 흡수됨없이 표면층에 잔류하여 건조시 고착되므로 그 표면층에도 충분한 발수성을 부여해 줄 수가 있게 된다.

따라서 본 발명은 발수제의 코팅이 독립적인 공정에 의해 이루어지고 또 유리장섬유 니들매트가 발수용액이 공급된 욕조에 침지되게 한 상태에서 다이어프램에 의한 흡입과 압축의 반복으로 함침이 이루어지도록 함으로서 발수제가 전체적으로 충분하고도 고르게 코팅되게 할 수가 있게 된다.

더 나아가 보온단열재의 성형후 건조하는 과정에서 표면층에 코팅되어 있던 발수용액이 표면기공층 내에서 발생되는 강한 표면장력에 의해 내부 깊숙히 흡수되어 그 표면층에는 발수제의 부족현상을 가져오게 되더라도 이후 발수제를 재함침시켜서 그 표면층에도 충분한 량의 발수제가 분포하도록 함으로서 표면층에도 충분한 발수성을 부여해 줄 수가 있게 되는 것이다.

Claims (9)

1. 유리장섬유를 니들펀칭하여 매트화하는 유리장섬유 니들매트 성형단계와;
   성형된 유리장섬유 니들매트를 발수용액에 침지시켜서 다이어프램을 이용한 흡입과 압축의 반복으로 발수용액의 함침이 이루어지도록 하는 발수용액 함침단계와;
   발수용액이 함침된 유리장섬유 니들매트를 상하가압롤러 사이로 통과시켜서 패딩율을 조절하는 패딩율 조절단계와;
   패딩율이 조절된 유리장섬유 니들매트와 바인더 등을 이용하여 원하는 형태의 보온단열재를 성형하는 보온단열재 성형단계와;
   보온단열재의 성형후 발수제 및 바인더의 고착화를 위한 건조단계와;
   성형된 보온단열재의 건조후 그 표면층에 발수제의 분포량을 늘려주기 위한 발수용액 재함침단계 및;
   재함침된 발수용액 중의 발수제 고착화 및 완제품의 함수율을 조절하기 위한 최종건조단계를 포함하는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 유리장섬유 니들매트 성형단계에서 얻게 되는 유리장섬유 니들매트는 양쪽면에서 니들펀칭이 이루어진 양면 니들펀치된 유리장섬유 니들매트인 것을 특징으로 하는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 발수용액 함침단계 및 발수용액 재함침단계에서 이용되는 발수용액은 물과 발수제를 92~98 : 8~2의 중량비로 혼합하여 구성함을 특징으로 하는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 발수용액 중의 발수제는 아미노변성 실리콘오일이나 디메틸 실리콘오일 등과 같은 실리콘계 발수제나 사불화에틸렌중합체(ePTFE: expanded Polytetrafluoro Ethylene) 등과 같은 테프론계 발수제 및 과불화알킬아크릴산염(Perfluoroalkylacrylate)이나 과불화로릭산(Perfluorolauric acid) 등과 같은 불소계 발수제 중 하나 이상을 선택적으로 사용함을 특징으로 하는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 패딩율 조절단계에서 주어지는 패딩율은 200~300%임을 특징으로 하는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 보온단열재 성형단계에서 얻게 되는 보온단열재는 평판형으로 이루어짐을 특징으로 하는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 보온단열재 성형단계에서 얻게 되는 보온단열재는 라운드형인 것을 특징으로 하는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 보온단열재 성형단계에서 얻게 되는 보온단열재는 파이프형인 것을 특징으로 하는 유리장섬유를 이용한 발수성 보온단열재의 제조방법.
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