KR101418630B1 - 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재 - Google Patents

미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미네랄 섬유를 이용함으로써, 제조된 진공단열재의 신뢰도 및 단열성능이 우수한, 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재에 관한 것이다.

Description

미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재{VACUUM INSULATION PANEL COMPRISING ROCK WOOL AND VACUUM INSULATION PANEL COMPRISING THEREOF}
본 발명은 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미네랄 섬유를 이용함으로써, 제조된 진공단열재의 신뢰도 및 단열성능이 우수한, 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재에 관한 것이다.
진공 단열재는 일반적으로 가스 배리어성이 뛰어난 복합 플라스틱 라미네이트 필름으로 이루어지는 외피재에, 심재로서 연속 기포 경질 플라스틱 발포체, 무기물 등을 수납하고 내부를 감압한 후, 둘레 가장자리의 가스 배리어성 필름끼리의 적층 부분을 히트 실링하여 제조된다.
이 때, 진공 단열재에 사용되는 심재로는, 열전도율이 작고, 가스 발생이 적은 무기 화합물이 적합하다. 특히, 유리 섬유의 적층체, 실리카 파우더 등이 단열성능이 우수한 심재로서 널리 알려져 있다.
그러나 상기 유리 섬유 적층체, 실리카 파우더 등은 제조 경비가 고가인 단점이 있어, 단열 재료로 널리 사용되는데 한계가 있었다.
이에 미네랄 섬유 적층체를 진공 단열재용 심재로 대체하려는 연구가 이루어지고 있다.
그러나 상기 미네랄 섬유 적층체는 제조 과정에서 쇼트(shot) 라는 불용성 불순물 입자가 5% 정도 존재하는바, 이것이 외피재에 누출점(leak point)으로 작용하여 진공단열재의 현저히 신뢰도를 저하시키는 문제가 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결하여 진공 단열재용 심재로 적용할 수 있는 미네랄 섬유 적층체의 개발이 필요한 실정이었다.
본 발명의 목적은 미네랄 섬유 적층체를 이용하면서도 외피재의 파손을 방지함으로써, 제조된 진공단열재의 단열성능 및 신뢰도가 우수한 특성이 있는, 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재는, 상기 미네랄 섬유 적층체가 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 2중량% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 단열재는 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 2중량% 이하인 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 심재 및 상기 심재를 진공 포장하는 외피재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 단열재는 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 2중량% 이하인 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 심재, 상기 미네랄 섬유 적층체를 감싸는 내피재 및 상기 심재 및 내피재를 진공 포장하는 외피재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 단열재는 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 2중량% 이하인 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 심재, 상기 미네랄 섬유 적층체의 일면 또는 양면에 형성된 복합보호재 및 상기 심재 및 복합보호재를 진공 포장하는 외피재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재는 유리 섬유 등에 비하여 경제적이면서도 단열성능이 우수하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재는 외피재 파손이 전혀 없어, 신뢰도가 우수하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 진공 단열재용 심재의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 진공 단열재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 진공 단열재의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 진공 단열재의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재에 관하여 설명한다.
미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재
도 1은 본 발명의 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재(100)의 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 진공 단열재용 심재(100)는 심재(100)의 형태가 개략적으로 갖추어진 형태의 미네랄 섬유 적층체(10)를 포함한다.
상기 미네랄 섬유 적층체(10)는 상기 미네랄 섬유(11)를 집면한 형태의 구조를 가지는 것으로서, 상기 미네랄 섬유 적층체(10)는 미네랄 섬유(11) 및 입자(12)를 포함하여 구성된다.
상기 미네랄 섬유(11)는 의 평균 섬유 직경은 2~5μm인 것이 바람직하다. 상기 미네랄 섬유(11)의 직경이 2μm 미만일 경우 섬유가 집면되어 형성된 미네랄 섬유 적층체(10)의 기공율이 작아지기 때문에, 진공 단열재의 심재로 사용하는 경우 초기 단열 성능이 저하되고, 5μm를 초과하는 경우에는 기공의 크기가 커지게 되므로 장기 내구성능이 저하되는 문제점이 있다.
상기 입자(12)는 쇼트(shot)라고도 불리우는데, 미네랄 섬유의 제조 공정에서 발생하는 불용성 불순물을 지칭한다.
상기 입자(12)는 뾰족한 단부를 갖는 것이 포함되기 때문에, 진공 단열재로 사용하는 경우, 외피재의 누출점(leak point)으로 작용하여 진공단열재의 현저히 신뢰도를 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 경우, 진공 단열재용 심재로 사용하기 위하여 상기 입자(12)의 직경이 500μm 이상인 것을 불용성 불순물이라고 보며, 상기 입자(12)의 미네랄 섬유 적층체(10) 내 혼입율은 상기 적층체 전체 중량 중 2중량% 이하인 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 진공 단열재용 미네랄 섬유 적층체(10)는 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 2중량% 이하로 하는 것에 의하여 높은 단열 성능 및 단열재의 신뢰도 향상을 도모할 수 있다.
다시 말해, 종래의 미네랄 섬유 적층체(10)에는 제조 과정에서 쇼트(shot) 라는 불용성 불순물 입자(12)가 5% 정도 존재하였고, 특히 섬유의 직경이 5μm 이하인 경우, 상기 입자(12)가 다발하기 쉽고, 다량의 입자(12)가 혼입되므로 단열 성능이 좋은 미네랄 섬유 적층체(10)를 얻는 것이 곤란하였으나, 본 발명에 의하여 이러한 문제점을 해소할 수 있게 된다.
상기 입자(12)의 직경은 500μm 이상으로 한정하였는바, 입자 직경이 500μm 이상인 경우 누출점(Leak Point)의 원인이 되는 문제가 있기 때문이다.
또한, 상기 입자(12)의 함유량은 적층체 전체 중량 중 2중량% 이하인 것이 바람직한바, 2중량%를 초과하는 경우 누출점(Leak Point)의 원인이 되어, 이로 인한 제품의 불량율이 상승하는 문제가 있다.
특히 미네랄 섬유 적층체(10)의 제조 과정에서 상기 입자(12)를 완벽히 제거하기는 없는바, 이러한 제조 과정상 발생할 수 밖에 없는 입자(12)의 함량을 2중량% 이하로 한정함으로써 본 발명의 진공 단열재의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재의 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 단열재는 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 2중량% 이하인 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 심재(100) 및 상기 심재(100)를 진공 포장하는 외피재(200)를 포함한다.
상기 심재(100)에 관하여는 이미 상기에서 상세히 설명한 바, 여기에서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 외피재(200)는 도시하지는 않았지만, 접착층 상부에 순차적으로 형성된 금속 배리어층 및 표면보호층을 포함한다. 이 때, 상기 접착층은 봉지체의 내부에 형성되는 층이고, 상기 표면보호층은 최외곽에 노출되는 층으로 정의될 수 있다.
또한 상기 접착층은 히트실링에 의하여 서로 열용착되는 층으로 진공 상태를 유지시킬 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 따라서 접착층은 열용착이 용이한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리에틸렌(CPP), 연신 폴리에틸렌(OPP), 폴리염화비닐레딘(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA), 및 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 하나 이상을 포함하는 열가소성 플라스틱 필름으로 형성하되, 충분한 실링 특성을 제공하기 위하여 1~100μm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 금속 배리어층은 가스 차단 및 심재를 보호하는 역할을 한다. 일반적으로 두께는 6~7μm이며, 특히 배리어 특성이 우수한 알루미늄 박막이 바람직하다.
이 때, 알루미늄 박막은 접힘 시 크랙이 발생되는 등 문제가 있을 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 금속 배리어층 상부에 표면보호층을 형성한다.
상기 표면보호층은 일반적으로 사용하는 것이라면 제한이 없으나, 본 발명에서는 입자(12)에 의한 내적 손상 방지 및 금속 배리어층 보호의 관점에서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 및 나일론 필름의 적층 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 진공 단열재는 심재(100)에 포함된 입자(12)에 의한 외피재(200) 손상을 방지하기 위하여 내피재(300)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 내피재(300)를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 도 3에 나타낸 바와 같이 외피재(200) 내부에 내피재(300)를 포함함으로써 심재(100)에 포함된 입자(12)에 의한 외피재(200) 손상을 안정적으로 방지할 수 있다.
이 때, 상기 내피재(300)는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 유리 섬유 중 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 내피재(300)의 두께는 10~200μm인 것이 바람직하다. 10μm미만일 경우에는 불용성 입자(12)에 의하여 잘 파손된다는 문제가 있고, 200μm초과의 경우에는 열전도율을 상승시키는 문제가 있다.
한편, 본 발명의 진공 단열재는 심재(100)에 포함된 입자(12)에 의한 외피재(200) 손상을 방지하기 위하여 복합 보호층(400)을 더 포함할 수 있다.
도 4는 복합 보호층(400)을 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 도 4에 나타낸 바와 같이 외피재(200)와 심재(100) 사이에 복합 보호층(400)을 포함함으로써 심재(100)에 포함된 입자(12)에 의한 외피재(200) 손상을 방지할 수 있다.
이 때, 상기 복합 보호층(400)은 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 유리 섬유, 유리 섬유 보드 중 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 복합 보호층(400)의 두께는 10~200μm인 것이 바람직하다. 10μm미만일 경우에는 불용성 입자(12)에 의하여 잘 파손된다는 문제가 있고, 200μm초과의 경우에는 열전도율을 상승시키는 문제가 있다.
이 때, 본 발명의 진공 단열재는 수분 흡착을 위한 통상의 게터재를 더 포함할 수 있는데, 도시하지는 않았지만 심재(100)의 표면에 게터재를 부착시킨 상태에서 외피재(200)를 이용하여 밀봉하거나, 심재(100) 내부에 게터재를 삽입한 상태에서 외피재(200)를 밀봉할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 진공 단열재용 심재 및 진공 단열재에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
[진공 단열재의 제조]
실시예 1
먼저, 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 2중량%이며, 평균 섬유 직경이 4μm인 미네랄 섬유 적층체로 구성된 심재를 8×190×250mm(두께×폭×길이)의 크기로 제조한 후 진공단열재용 심재로 사용하였다.
다음으로, 폴리염화비닐리덴(PVDC)/폴리에틸렌테레프탈레이트필름(PET) 12μm, 나일론 필름 25μm, 알루미늄 호일 7μm 및 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 필름 50μm의 구조로 형성된 외피재를 형성하였다.
그 다음으로 순도 95%의 생석회(CaO) 25g을 파우치에 넣어서 제조한 게터재를 심재의 표면에 두고, 심재를 상기한 외피재에 삽입한 후 10Pa의 진공도 상태에서 밀봉하여 본 발명에 의한 진공 단열재를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진공 단열재를 제조하되, 심재는 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 1.5중량%인 미네랄 섬유 적층체로 구성하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진공 단열재를 제조하되, 심재는 평균 섬유 직경이 2μm인 미네랄 섬유 적층체로 구성하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진공 단열재를 제조하되, 심재는 평균 섬유 직경이 5μm인 미네랄 섬유 적층체로 구성하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진공 단열재를 제조하되, 심재를 두께 50μm의 폴리프로필렌 필름으로 형성된 내피재에 넣고, 내피재에 수납된 심재를 외피재에 삽입한 후 진공 상태에서 밀봉하여 진공 단열재를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진공 단열재를 제조하되, 심재의 표면 및 이면에 두께 50μm의 폴리프로필렌 필름으로 형성된 복합 보호층을 적층하고, 복합 보호층이 표면 및 이면에 적층된 심재를 외피재에 삽입한 후 진공 상태에서 밀봉하여 진공 단열재를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진공 단열재를 제조하되, 심재는 직경 500μm 이상의 입자의 함유량이 적층체 전체 중량 중 3중량%인 미네랄 섬유 적층체로 구성하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진공 단열재를 제조하되, 심재는 평균 섬유 직경이 6μm인 미네랄 섬유 적층체로 구성하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 조건으로 진공 단열재를 제조하되, 심재는 시판되는 글라스울을 무기 바인더를 이용한 습식법으로 8×190×250mm(두께×폭×길이)의 크기로 제조한 후 진공 단열재용으로 사용하였다.
[ 성능 시험 및 평가]
상기한 실시예 및 비교예에 따른 진공 단열재를 85℃의 항온챔버에 각각 넣고 3개월 간 유지하면서, 열전도율을 측정하고 제품의 신뢰도를 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 이 때 열전도율의 측정에는 HC-074-200(EKO사 제조) 열전도 측정기를 사용하였다.
열전도율 외피재파손여부
실시예1 0.0047Kcal/mhc 파손없음
실시예2 0.0045Kcal/mhc 파손없음
실시예3 0.0046Kcal/mhc 파손없음
실시예4 0.0045Kcal/mhc 파손없음
실시예5 0.0035Kcal/mhc 파손없음
실시예6 0.0038Kcal/mhc 파손없음
비교예1 1.0051Kcal/mhc 파손
비교예2 1.1708Kcal/mhc 파손
비교예3 0.0060Kcal/mhc 파손없음
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 외피재의 파손이 전혀 없었으며, 단열성능의 편차가 거의 없어 제품의 신뢰도가 우수하였다. 또한, 글라스 울을 사용한 비교예 3과 대비하여 보아도 단열성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 1의 경우 불용성 입자 함유량이 본 발명의 범위를 벗어났는바, 외피재의 파손으로 인하여 단열 성능이 현저히 떨어짐을 알 수 있었다.
또한, 비교예 2의 경우 섬유의 평균 직경이 본 발명의 범위를 벗어났는바, 비교예 1과 마찬가지로 외피재의 파손으로 인하여 단열 성능이 현저히 떨어짐을 알 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 심재;
    상기 미네랄 섬유 적층체를 감싸는 내피재; 및
    상기 심재 및 내피재를 진공 포장하는 외피재;를 포함하고,
    상기 미네랄 섬유 적층체는 평균 섬유 직경 2~5㎛의 미네랄 섬유 및 직경 500㎛ 이상의 미네랄 입자를 포함하고,
    상기 직경 500㎛ 이상의 미네랄 입자의 함유량이 상기 미네랄 섬유 적층체의 전체 중량 중 2중량% 이하인 진공 단열재.
  5. 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 심재;
    상기 미네랄 섬유 적층체의 일면 또는 양면에 형성된 복합보호재; 및
    상기 심재 및 복합보호재를 진공 포장하는 외피재;를 포함하고,
    상기 미네랄 섬유 적층체는 평균 섬유 직경 2~5㎛의 미네랄 섬유 및 직경 500㎛ 이상의 미네랄 입자를 포함하고,
    상기 직경 500㎛ 이상의 미네랄 입자의 함유량이 상기 미네랄 섬유 적층체의 전체 중량 중 2중량% 이하인 진공 단열재.
  6. 삭제
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 내피재는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 유리 섬유 중 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 복합보호재는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 유리 섬유, 유리 섬유 보드 중 어느 하나를 포함하는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
KR1020110090391A 2011-09-06 2011-09-06 미네랄 섬유 적층체를 포함하는 진공 단열재용 심재 및 이를 포함하는 진공 단열재 KR101418630B1 (ko)

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