KR101550138B1 - 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 진공단열재 - Google Patents

진공단열재용 복합강화 난연성 외포재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 진공단열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공단열재용 외포재, 이를 포함하는 진공단열재 파우치 및 이를 이용한 진공단열재에 관한 것으로서, 더욱 자세하게 설명하면, 외부 등의 충격에 취약했던 기존의 진공단열재와 달리 보관, 사용 또는 이동시 외부 충격에 의해 진공단열재가 파손되는 것을 방지할 수 있는 신규한 진공단열재 외포재 및 이를 이용한 진공단열재에 관한 것이다.

Description

진공단열재용 복합강화 난연성 외포재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 진공단열재{Outer packaging materials of reinforced composite and flame resistance for vacuum insulation panel, Preparing method thereof and Vacuum insulation panel containing that}
본 발명은 기존의 진공단열재가 외부 등의 충격에 매우 열악하여, 보관, 사용 또는 이동시 파손되는 것을 방지할 수 있는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재, 이를 제조하는 방법, 및 이를 이용한 진공단열재에 관한 것이다.
일반적으로 진공단열재에 사용되는 내부심재는 글라스울(또는 유리섬유 등)을 사용하고, 외피재는 스테인레스 극박판 등의 금속재료를 사용하였는데, 이러한 금속재료는 가스를 거의 투과시키지 않고 진공도 유지성이 양호하여 단열성능 저하가 없는 장점이 있다. 그러나, 이러한 진공단열재는 판넬의 밀도가 200 kg/m3 ~ 300 kg/m3 정도로 무거워서 취급이 용이하지 못하며 진공단열재 접합부분의 날카로워서 위험요소를 갖는 문제가 있으며, 외포장재의 접합부의 용접 불량 문제가 발생하였다. 또한, 내부가 진공이라 하더라도 외피재인 스테인레스 등의 금속재료를 통한 열전도가 높기 때문에 목적하는 단열성능을 기대하기는 어려웠다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 진공단열재용 라미네이트 외피재가 개발 되었는데, 상기 라미네이트 외피재는 내부의 진공도를 유지하기 위하여, 외부의 충격, 접음(Fold)에 의한 핀홀, 찢어짐, 크랙 등의 발생을 방지하기 위한 보호기능과, 외부로부터 수분 및 가스가 투과하는 것을 방지하기 위한 투습, 가스차단성과, 외피재에 심재를 넣고, 밀착 봉인하기 위한 열융착기능이 필요하며, 각 기능의 특성을 갖는 필름을 복수매 조합하여 적층시킨 라미네이팅 필름으로 구성된 외피재가 개발되었다.
예를 들면, 특허 59-140046호 공보에서는, 열융착층에 사용되는 필름은 열융착부 주변을 따라 투과하는 가스를 막는 가스차단성 및 내열성의 관점에서 고밀도 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 사용하였으며, 또한, 특허 2000-108255호 공보에서는 열융착시에 이물이 존재한 경우에도 기밀성을 확보하기 위해 열융착층에 융점이 다른 폴리에틸렌을 적층한 필름을 사용한 기술이 공고되어 있다. 게다가, 진공단열재는 외피재를 열융착을 통해 봉인함과 함께 심재를 삽입하기 때문에 조금 큰 구조로 되어있는 부분을 포함하여, 진공단열재의 가장자리에는 외피재만으로 구성되어 봉인부가 발생한다. 그런데, 봉인부에는 단열효과가 없으므로 유효단열면적이 감소할 뿐만 아니라, 진공단열재를 냉장고등의 단열벽에 적용할 경우에 있어서, 히트브릿지(Heat Bridge)나 발포단열재의 유동을 저해하는 요인이 된다.
따라서, 봉인부의 악영향을 없애기 위해, 특허 10-141583호 공보에 봉인부를 접어 고정하는 기술이 공고되어 있는데, 이는 단열벽의 내측면에 부착된 진공단열재의 봉인부를 다른쪽 면으로 접음으로써 봉인부의 히트브릿지에 따른 단열성능의 저하를 최소한으로 억제하는 것이다.
그러나, 이와 같은 외피재로 제조된 진공단열재는 냉장고 등 그 사용환경이 가혹하지 않은 곳 또는 외부 충격이 가해지지 않는 환경에서 사용하기에는 적합하나, 건축용 진공단열재로 사용하기에는 한계가 있었다. 건축용으로 사용할 때, 외부 충격에 의해 진공단열재의 외포재 및/또는 심재가 깨져서 진공이 파괴되는 문제 등이 발생하기 때문에 기존의 진공단열재를 건축용으로 사용하기에 한계가 있으며, 또한, 진공이 파괴된 채 시공되어 단열 효과가 크게 감소되는 문제가 있었다. 또한, 공개번호 10-2011-0077859호에 강도보강을 위해 부직포를 붙이는 것이 공개되어 있으나, 부직포층이 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로 되어 있어 난연성 효과를 기대하기는 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 진공단열재가 외부 충격에 파괴되는 것을 방지하기 위해 노력 및 연구한 결과, 진공단열재의 무게를 크게 증가시키지 않으면서도 단열 효과 상승 및 외부 충격으로부터 내부 단열재 보호 및 진공도를 유지시킬 수 있는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재를 개발하게 되었다. 즉, 본 발명은 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재, 이를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조한 진공단열재를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재에 관한 것으로서, 열융착층; 알루미늄이 증착 코팅된 나일론(VM-NY)층; 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET)층; 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)층; 및 충격보호층;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합강화 난연성 외포재는 외포재의 내부에서 외부 방향으로 열융착층; 알루미늄이 증착 코팅된 나일론층; 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트층; 저밀도 폴리에틸렌층; 및 충격보호층순으로 적층된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 복합강화 난연성 외포재는 상기 VM-PET층 및 저밀도 폴리에틸렌층 사이에 알루미나가 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(Alox-PET)층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재는 열융착층과 VM-NY층; VM-NY층과 VM-PET층; 및 VM-PET층과 저밀도 폴리에틸렌층;의 층 각각 사이에 접착제층을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, Alox-PET 층을 더 포함하는 경우에도, VM-PET층과 Alox-PET층 사이 및 Alox-PET층과 저밀도 폴리에틸렌층 사이에도 접착제층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 상기 충격보호층은 폴리에틸렌층, AC 코팅(anchor coating)층 및 유리섬유층을 포함하며, 상기 폴리에틸렌층은 선형 저밀도 폴리에틸렌층의 일면에 형성되고, 상기 폴리에틸렌층의 타 일면에 AC 코팅층 및 유리섬유층이 적층된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 충격보호층의 AC 코팅층은 이소시아네이트계 AC 코팅제로 형성한 것으로서, 도막량이 0.5 g/m2 ~ 1.5 g/m2인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 상기 충격보호층의 폴리에틸렌층은 평균두께 10 ㎛ ~ 20 ㎛, 상기 AC 코팅층은 평균두께 0.5 ㎛ ~ 1.5 ㎛이고, 상기 유리섬유층은 평균두께 30 ㎛ ~ 200㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예로서, 상기 유리섬유층은 E-글라스(glass), C-글라스 및 S-글라스 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예로서, 상기 유리섬유층은 SiO2 50 중량% ~ 60 중량%, Al2O3 10 중량% ~ 20중량%, B2O3 8 중량% ~ 10 중량%, MgO 1 중량% ~ 2 중량%, MaO 20 중량% ~ 24 중량%, Na2O 0.1 중량% ~ 1 중량%, K2O 0.1 중량% ~ 1 중량%, TiO2 0.01 중량% ~ 0.5 중량% 및 Fe2O3 0.01 중량% ~ 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 상기 열융착층은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌아크릴산(EAA, ethylene-acrylic acid), 에틸렌메틸아크릴레이트(EMA, ethylene-methylacrylate), 에틸렌메타크릴릭산(EMAA, ethylene-methylmethacrylic acid), 에틸렌메틸메타크릴레이트(EMMA, ethylene-methylmethacrylate), 아이오노머(Ionomer, IO) 및 에틸렌에틸아크릴레이트(EEA, ethylene-ethylacrylate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 비중이 0.92 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 상기 열융착층의 선형 저밀도 폴리에틸렌은 메탈로센 선형 저밀도 폴리에틸렌(m-LLEPE)인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 상기 VM-NY층은 평균두께 15㎛ ~ 30㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 상기 VM-PET층은 평균두께 8㎛ ~ 30㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 상기 Alox-PET층은 평균두께 5㎛ ~ 15㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 복합강화 난연성 외포재는 전체 두께가 140㎛ ~ 360㎛인 것을 특징으로 할 수 있으며, 또한, 본 발명의 상기 진공단열재 외포재는 건축용 진공단열재의 외포재로 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 앞서 설명한 다양한 형태의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 제조방법에 관한 것으로서, 열융착층, 알루미늄이 증착 코팅된 나일론(VM-NY)층, 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET)층 및 선형 저밀도 폴리에틸렌층을 차례대로 건식적층법(dry lamination)으로 적층시켜서 라미네이팅 기재층을 제조하는 단계; 상기 라미네이팅 기재층 및 AC 코팅제가 일면에 코팅된 유리섬유 사이에 폴리에틸렌 수지를 코팅시키는 압출적층법(extrusion lamination)으로 상기 라미네이팅 기재층 상단에 충격보호층을 형성시키는 단계;를 포함하는 공정을 거쳐서 진공단열재용 외포재를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 제조방법은 상기 라미네이팅 기재층을 제조하는 단계에서 상기 VM-PET층 및 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌층 사이에 알루미나가 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(Alox-PET)층을 더 적층 및 건측적층법을 수행하여 라미네이팅 기재층을 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 진공단열재에 관한 것으로서, 앞서 설명한 복합강화 난연성 외포재; 유리섬유, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 단열재;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 상기 진공단열재는 상기 단열재에 부착 또는 삽입되는 게터(getter)재;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재는 내충격성, 실링강도 등의 기계적 강도 및 수분 및 가스차단성 등의 물성이 매우 우수한 바, 이를 이용하여 진공단열재의 내부 단열재 보호 및 진공도 유지 등 진공단열재의 파괴를 방지할 수 있으며, 외포재 자체도 단열 효과가 우수한 바, 내부 단열재 및 진공에 의한 단열효과 외에도 추가적인 단열 효과 상승을 얻을 수 있는 효과가 있고, 특히 난연성에 대한 효과가 우수한 바, 기존의 진공단열재용 외포재를 대체할 수 있으며, 특히, 기존 건축용 진공단열재를 대체 및 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재 및 단열재(또는 심재)의 개략도를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 도 3 의 A는 심재 및 게터를 찍은 사진이고, 도 3의 B는 A.C 코팅층 및 유리섬유층을 형성시키지 않은 외포재에 상기 심재 및 게터를 삽입시킨 후, 진공포장하여 제조한 진공단열재를 찍은 사진이며, 도 3의 C는 유리섬유가 형성된 복합강화 난연성 외포재에 상기 심재 및 게터를 삽입시킨 후, 진공포장하여 제조한 진공단열재를 찍은 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예로서, 건조적층법에 의해 접착제층을 형성시키는 공정의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예로서, 라미네이팅 기재(또는 기재층)에 충격보호층을 형성시키는 압출 라미네이션(Lamination) 공정의 개략도이다.
도 6의 A 및 B는 실험예 2에서 실시한 실시예 1 및 비교예 4의 난연성 측정 결과의 사진이다
도 7의 A 및 B는 실험예 2에서 실시한 실시예 1 및 비교예 4의 내열성 측정 결과의 사진이다.
본 발명에서 사용하는 용어인 VM-NY 또는 VM-PET 각각의 "VM"은 진공증착(vaccum metalizing)의 약자로서 알루미늄(Al)을 진공에서 기화시켜 박막으로 NY 필름 또는 PET 필름 각각에 증착코팅시킨 Nylon(나일론) 또는 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)를 의미한다. 그리고, Alox-PET는 알루미늄을 진공에서 증착코팅 할 때, 인위적으로 공기를 불어 넣어 알루미늄(Al)을 산화시켜서 증착시킴으로서, 알루미나(Al2O3)를 증착 코팅시킨 폴리에틸렌테레프탈레이트를 의미한다.
이하, 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재에 대하여 상세하게 설명을 한다.
본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재(200)는 도 1에 나타낸 바와 같이 열융착층(201); 알루미늄이 증착 코팅된 나일론(VM-NY, 202)층; 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET, 203)층; 저밀도 폴리에틸렌층(LDPE층, 205); 및 충격보호층(250);을 포함할 수 있으며, 외포재의 내부에서 외부 방향으로 열융착층; VM-NY층; VM-PET층; 선형 저밀도 폴리에틸렌층; 및 충격보호층순으로 적층시킨 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재(200)는 도 2에 나타낸 바와 같이 열융착층(201); 알루미늄이 증착 코팅된 나일론(VM-NY, 202)층; 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET, 203)층; 알루미나가 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(Alox-PET. 204)층; 저밀도 폴리에틸렌층(LDPE층, 205); 및 충격보호층(250);을 포함할 수 있으며, 외포재의 내부에서 외부 방향으로 열융착층; VM-NY층; VM-PET층; Alox-PET층; 선형 저밀도 폴리에틸렌층; 및 충격보호층순으로 적층시킨 형태일 수 있다.
이하, 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재 중 충격보호층을 제외한 열융착층->VM-NY층->VM-PET층->LDPE층 또는 융착층->VM-NY층->VM-PET층->Alox PET층->LDPE층 순으로 적층된 부분을 라미네이팅 기재(230) 또는 라미네이트 기재층(230)으로 표현한다.
본 발명의 진공단열재용 외포재의 각층 구체적으로는 열융착층과 VM-NY층; VM-NY층과 VM-PET층; 및 VM-PET층과 LDPE층;의 각 층과 Alox PET층을 포함하는 경우, VM-NY층; VM-NY층과 VM-PET층; VM-PET층과 Alox-PET층 및 Alox-PET층과 LDPE층;의 각 층은 당업계에서 사용하는 일반적인 방법으로 접착(또는 접합)시킬 수 있으며, 도 4에 개략도로 나타낸 바와 같이 건식적층법(Dry lamination)을 이용하여 각 층을 접착제로 접착시켜서 라미네이팅 기재층을 제조하는 것이 좋다. 그리고, 각 층의 접착에 사용되는 접착제는 당업계에서 사용하는 일반적인 접착제를 사용할 수 있으나, 각 층의 소재간 특징으로 고려하여 폴리에스테르우레탄(Polyester Urethane)계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접착제로 형성된 접착제층은 평균두께 2.5㎛ ~ 5㎛가 되도록, 바람직하게는 평균두께 3.0㎛~ 4.5㎛가 되도록 형성시키는 것이 좋으며, 2.5㎛미만이면 각 층간에 접착력이 너무 약한 문제가 있을 수 있고, 5㎛를 초과하면 박육화 측면에서 불리하고, 접착제를 과다 사용하는 것이 되므로 경제성이 떨어진다.
본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재를 구성하는 상기 충격보호층(250)은 폴리에틸렌층(PE층, 206), A.C 코팅층(207) 및 유리섬유층(208)을 포함하며, 도 1의 개략도로 나타낸 바와 같이 상기 PE층(206)은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)층(205)의 일면에, 바람직하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)층의 일면에 형성되고, 상기 PE층의 타 일면에 A.C 코팅층 및 유리섬유층이 적층된 형태일 수 있다.
충격보호층에 있어서, 상기 폴리에틸렌(PE)층은 유리섬유층과 LDPE층(또는 바람직하게는 LLDPE층)을 중간에 연결시켜주는 역할 즉, 접착시켜 주는 역할을 하는데, 유리섬유층과 VM-PET층 또는 Alox-PET층 등의 PET 성분의 층을 압출라미네이션 방법으로는 직접 접착시키기가 어렵기 때문에 PET 성분의 층 위에 LDPE층(또는 LLDPE층)을 적층하고 PE층을 형성시키는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한, PE층은 폴리에틸렌 수지를 유리섬유의 일면에 형성된 A.C 코팅층(또는 접착층)과 라미네이팅 기재층의 상단에 형성되어 있는 LDPE층 사이에 코팅(또는 주입 또는 삽입)시켜서 PE층을 형성시킬 수 있다. 그리고, 충격보호층의 PE층과 라미네이팅 기재층 사이에는 별도의 접착제층이 없으며, 상기 PE층과 라미네이트 기재층을 LDPE층이 직접 접합하여 충격보호층과 LDPE층이 접착(또는 접합)된다. PE층은 도 5에 나타낸 바와 같이 높은 압출온도의 T 다이를 통해 PE 수지에 의해 A.C 코팅층이 형성된 유리섬유층과 LDPE층을 별도의 접착제 없이 직접 접착시킬 수 있는 것이다.
그리고, PE층(압출PE층)의 평균두께는 5 ~ 40㎛, 바람직하게는 10 ~ 30㎛를, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20㎛인 것이 좋은데, 이때, PE층의 평균두께가 10㎛ 미만이면 압출 가공성이 어렵고 접착력이 약한 문제가 있을 수 있고, 40㎛를 초과하면 두께가 너무 두꺼워서 외포재의 박육화가 어려워지므로, 상기 범위 내의 두께로 형성시키는 것이 좋다.
충격보호층의 PE층과 유리섬유층을 접착시키기 위해 코팅층(또는 접착제층)을 그 사이에 형성시키는데, 코팅층(또는 접착제층)은 도 5에 개략도로 나타낸 바와 같은 방법으로 A.C 코팅제(anchor coating agent)로 유리섬유층의 일면에 A.C 코팅한 것이며, 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 다른 층간 접착시키는 방법과 달리, A.C 코팅층을 도입하는 이유는 PE층의 형성에 사용되는 PE(폴리에틸렌) 수지는 불활성으로서 극성기가 없기 때문에 유리섬유와의 접착성이 떨어질 수 있는 바, A.C 코팅층을 도입하여 접착(또는 접합)하고자 하는 기재 표면 사이에 분자인력을 유발시켜 접착시키는 것이 유리하기 때문이다. 또한, 본 발명에서 A.C 코팅층을 도입하는 이유는 유리섬유층과 LDPE층 및/또는 PET층과는 접착력이 매우 떨어지기 때문에 라미네이션 기재층과 충격보호층의 접착(또는 접합)을 위한 것이다.
여기서, A.C 코팅층(또는 접착제층)은 평균두께 0.3 ~ 2.0㎛로, 바람직하게는 평균두께 0.5 ~ 1.5㎛로 형성시키는 것이 좋으며, 이때, A.C코팅층(접착제층)의 평균두께가 0.3㎛ 미만이면 PE층과 유리섬유층 간의 접착력이 떨어져서 외부 충격 등에 의해 유리섬유층의 일부가 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 평균두께가 2.0㎛를 초과하는 것은 접착제 사용이 과량이어서 비경제적인 바, 상기 범위 내로 접착제층을 형성시키는 것이 좋다.
그리고, 상기 A.C 코팅제는 티타네이트(Titanate)계, 폴리이민(polyimine)계, 부타디엔(butadiene)계 및 이소시아네이트(Isocyanate)계 중에서 선택된 1종 이상의 A.C 코팅제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이소시아네이트계 A.C 코팅제를 사용하는 것이 접착력, 내열성, 내수성, 내한성, 내유성면에서 유리하다.
충격보호층(250)에 있어서, 상기 유리섬유층(208)은 일반적인 유리섬유를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 E-글라스(glass), C-글라스 및 S-글라스 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 유리섬유를, 더욱 바람직하게는 E-글라스 유리섬유를 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 유리섬유층은 SiO2 50 ~ 60 중량%, Al2O3 10 ~ 20중량%, B2O3 8 ~ 10 중량%, MgO 1 ~ 2 중량%, MaO 20 ~ 24 중량%, Na2O 0.1 ~ 1 중량%, K2O 0.1 ~ 1 중량%, TiO2 0.01 ~ 0.5 중량% 및 Fe2O3 0.01 ~ 0.5 중량%를 포함하는 유리섬유를, 바람직하게는 SiO2 52 ~ 58 중량%, Al2O3 10 ~ 18중량%, B2O3 8 ~ 9 중량%, MgO 1 ~ 2 중량%, MaO 20 ~ 23 중량%, Na2O 0.5 ~ 1 중량%, K2O 0.5 ~ 1 중량%, TiO2 0.01 ~ 0.1 중량% 및 Fe2O3 0.01 ~ 0.1 중량%를 포함하는 유리섬유를 사용하는 것이 좋다.
또한, 유리섬유층에 사용되는 유리섬유는 그 직조 형태를 특별하게 한정하지는 않으나, 평직(plain), 능직(twill), 주자직(satin), 후레이직(leno plain) 또는 모사직(mock leno 또는 imitation leno)인 것을 사용하는 것이 좋다.
그리고, 유리섬유층은 평균두께는 30 ~ 200㎛인 것이, 바람직하게는 평균두께 30 ~ 120㎛인 것이 좋으며, 유리섬유층이 30㎛ 미만이면 강도가 약해지는 문제가 있을 수 있고, 200㎛를 초과하면 너무 두꺼워서 진공단열재용 외포재의 유연성이 떨어져서 작업성, 가공성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖는 것이 좋다.
본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재에 있어서, 상기 열융착층(201)은 외포재(200) 내부에 단열재(또는 심재, 100)를 넣은 상태에서 가스 및 수분이 침투되지 않도록 밀봉 또는 단열재를 고정시키는 역할을 하며, 상기 열융착층은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌아크릴산(EAA, ethylene-acrylic acid), 에틸렌메틸아크릴레이트(EMA, ethylene-methylacrylate), 에틸렌메타크릴릭산(EMAA, ethylene-methylmethacrylic acid), 에틸렌메틸메타크릴레이트(EMMA, ethylene-methylmethacrylate), 아이오노머(Ionomer, IO) 및 에틸렌에틸아크릴레이트(EEA, ethylene-ethylacrylate) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 LLDPE, LDPE 및 HDPE 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 LLDPE을, 더 더욱 바람직하게는 LLDPE 중에서도 메탈로센 선형 저밀도 폴리에틸렌(m-LLDPE)을 사용하는 것이 열봉합성, 열봉합강도, 저취성, 투명성 면에서 좋다. 그리고, 상기 LLDPE는 비중이 0.92 이상인 것을, 바람직하게는 비중이 0.92 ~ 0.95인 것을 사용하는 것이 접합면에서 좋다.
또한, 열융착층(201)은 평균두께 25 ~ 60 ㎛인 것이, 바람직하게는 30 ~ 50㎛인 것이 좋으며, 열융착층이 25㎛ 미만이면 열봉합 강도가 약하고 또한 가스 및 수분침투 가능성의 문제가 있을 수 있고, 60 ㎛를 초과하면 박육화의 문제가 있을 수 있고, 제대 작업시 열융착을 위한 열봉합부위에 두께로 인한 열전달이 충분하지 않으면 열융착층의 용융부족으로 인해 접착강도가 약해지는 문제가 있을 수 있으므로 열을 가하는 히터바(Heater Bar)의 온도를 높게 설정해야 하고 생산속도를 낮추어야 하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내의 두께가 되도록 하는 것이 좋다.
본 발명의 진공단열재용 외포재 구성 중 상기 알루미늄이 증착 코팅된 나일론층(VM-NY층, 202)은 가스 차단성 및 유연성을 부여하는 역할을 하며, 상기 VM-NY층은 NY11, NY6, NY66 및 NY610 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 나일론에 알루미늄을 증착 코팅시킨 것이다.
그리고, VM-NY층은 평균두께 15 ~ 30㎛가 되도록, 바람직하게는 평균두께 22 ~ 28 ㎛가 되도록, 더욱 바람직하게는 23 ~ 27㎛가 되도록 형성시키는 것이 좋으며, 이때, VM-NY층의 두께가 15㎛ 미만이면 투기도가 높은 문제가 있을 수 있고, 30㎛를 초과하면 박육화에 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 평균두께로 형성시키는 것이 좋다.
본 발명의 진공단열재용 외포재 구성 중 상기 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트층(VM-PET층, 203)는 기계적 강도 및 수분 차단성을 부여하는 역할을 하며, 상기 VM-NY층(202)의 일면에 형성시킬 수 있다. 종래의 진공단열재 중에서는 PET 필름 단면에 PVDC를 코팅된 K-PET 필름을 사용하였는데, 이는 산소투과도, 투습도 등의 배리어성 및 실링성이 우수하지만, 환경 문제를 유발하는 문제가 있었다.
또한, 본 발명의 진공단열재용 외포재는 상기 VM-PET층 일면에 차단성(가스 및 수분)을 더욱 증대시키는 효과를 위해 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 및/또는 시트의 일표면 또는 양표면에 알루미나가 증착코팅된 Alox-PET층(204)을 형성시킬 수도 있다.
본 발명의 진공단열재용 외포재에 있어서, 상기 Alox-PET층을 사용하지 않는 경우, VM-PET층은 평균두께 8㎛ ~ 30㎛가 되도록, 바람직하게는 10㎛ ~ 26㎛가 되도록, 더욱 바람직하게는 12㎛ ~ 24㎛ 형성시키는 것이 좋으며, 8㎛ 미만이면 강도가 약하고 투습성이 저하하는 문제가 있을 수 있고, 30㎛를 초과하면 박육화에 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 두께로 형성시키는 것이 좋다. 또한, 상기 VM-PET층을 2개층으로도 형성시킬 수 있으며, 예를 들면, 12㎛ 두께의 VM-PET 필름 및/또는 시트를 차례대로 적층 시켜서 VM-PET층(203)을 형성시킬 수도 있다.
그리고, Alox-PET층을 사용하는 경우에는, 상기 Alox-PET층은 평균두께가 5㎛ ~ 15㎛가 되도록, 바람직하게는 8㎛ ~ 14㎛가 되도록, 더욱 바람직하게는 10㎛ ~ 13㎛가 되도록 각 층을 형성시키는 것이 좋다. 이때, Alox-PET층의 평균두께가 5㎛ 미만이면 차단성(수분 및 가스)에 문제가 있을 수 있고, 15㎛를 초과하면 유연성이 부족한 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 진공단열재용 외포재 구성 중 상기 저밀도 폴리에틸렌층(LDPE층, 205)은 본 발명에 있어서, 라미네이트층과 유리섬유를 용이하게 접착시키는 역할을 하며, 저밀도 폴리에틸렌 수지를, 바람직하게는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 수지를 필름화 또는 시트화한 후, 상기 PET층의 일면에 형성시킬 수 있다. 그리고, 상기 저밀도 폴리에틸렌층은 평균두께 20㎛ ~ 40㎛로, 바람직하게는 25㎛ ~ 32㎛로 형성시키는 것이 접착성 역할을 만족시키고 비용면에서 유리하다.
앞서 설명한 다양한 형태의 본 발명의 진공단열재용 외포재는 외포재 중 라미네이트 기재층(230)은 전체두께가 70㎛ ~ 160㎛인 것이, 바람직하게는 80㎛ ~ 140㎛인 것이 좋은데, 라미네이트 기재층이 70㎛ 미만이면 진공단열재 파우치의 강도가 약하고, 진공상태 유지에 불리할 수 있으며, 160㎛를 초과하면 박육화에 불리할 수 있으므로 상기 범위 내의 두께를 갖는 것이 좋다.
또한, 라미네이트 기재 및 충격보호층을 포함하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 전체 두께는 140㎛ ~ 360㎛인 것이, 바람직하게는 150㎛ ~ 310㎛인 것이 좋으며, 이때, 진공단열재용 외포재의 전체두께가 140㎛ 미만이면 기계적 물성이 감소하여 외부 충격에 취약할 수 있고, 진공단열재용 외포재의 전체두께가 360㎛를 초과하면 기계적 물성 등은 우수해지나 진공단열재용 외포재의 유연성이 떨어져서 폴드(Fold) 작업성 및 가공성이 떨어지므로 상기 범위 내의 평균두께가 되도록 진공단열재용 외포재를 제조하는 것이 좋다.
본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재를 제조하는 방법에 대하여 설명을 하면, 열융착층, 알루미늄이 증착 코팅된 나일론(VM-NY)층, 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET)층 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)층을 차례대로 건식적층법(dry lamination)으로 적층시켜서 라미네이팅 기재층을 제조하는 단계; 및 상기 라미네이팅 기재층 및 AC 코팅제가 일면에 코팅된 유리섬유 사이에 폴리에틸렌 수지를 코팅시키는 압출적층법(extrusion lamination)으로 상기 라미네이팅 기재층 상단에 충격보호층을 형성시키는 단계;를 포함하는 공정을 거쳐서 본 발명의 진공단열재용 외포재를 제조할 수 있다.
또한, 상기 라미네이팅 기재층을 제조하는 단계에서 상기 VM-PET층 및 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌층 사이에 알루미나가 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(Alox-PET)층을 더 적층되도록 건식적층법으로 적층시킬 수도 있다.
상기 라미네이팅 기재층의 각층은 건식적층법으로 적층시켜서 형성시킬 수 있는데, 도 4에 일례로 나타낸 바와 같은 공정을 통해서 제조할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 제1급지부(1)는 적층되는 하층을 구성하는 롤(Roll) 상의 알루미늄을 공급하며, 접착제(2)가 묻은 코팅롤(3)과 프레스(4) 사이를 통과하면 제1급지부로부터 공급되는 알루미늄의 일면에 접착제가 묻으며, 건조기(5, dry chamber)를 통과한 다음, 제2급지부(8)에서 공급되는 적층될 상층을 구성하는 필름과 닙롤(6, nip roll)에서 하층과 상층이 적층되며, 냉각롤(7, cooling roll)을 거쳐서 권취부(9)에서 최종적으로 하층과 상층이 적층된 필름을 얻을 수 있다. 즉, 알루미늄이 증착 코팅된 나일론을 제1급지부에서 제공하고, 열융착층을 구성하는 필름을 제2급지부에서 제공하여 이들이 적층된 열융착층 -> VM-NY층이 형성된 필름을 제조한다. 다음으로, 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(또는 시트)을 제1급지부에서 제공하고, 상기 열융착층 -> VM-NY층의 필름을 제2급지부에서 제공하여, 이들이 적층된 열융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층 형태로 적층된 필름을 제조할 수 있다. 또한 Alox-PET 필름(또는 시트)을 제1급지부에서 제공하고, 상기 열융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층을 제2급지에서 제공하여, 이들이 적층된 열융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층 -> Alox-PET층이 적층된 필름을 제조할 수 있다.
이러한 과정을 반복하여 열융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층 -> LDPE층, 또는 열융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층 -> Alox-PET층 -> LDPE층이 차례대로 적층된 라미네이트 기재(또는 기재층)을 제조할 수 있는 것이다.
그리고, 충격보호층과 라미네이팅 기재층이 적층된 형태의 본 발명의 진공단열재용 외포재는 압출적층법으로 제조할 수 있는데, 도 5에 일례로 나타낸 바와 같은 공정을 통해서 제조할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 급지부(21)에서 유리섬유를 공급하면, 유리섬유가 프레스(23) 및 A.C 코팅부(22)을 지나면서 유리섬유의 일면에 A.C 코팅제가 묻게 되며, 건조기(24, dry chamber)를 거치게 된다. 다음으로, 라미네이팅 기재 공급부(27)에서 공급되는 라미네이팅 기재와 A.C 코팅제가 코팅된 유리섬유가 고무롤(29) 및 냉각롤(30) 사이를 지나면서 라미네이팅 기재 상단에 충격보호층이 형성하게 되는데, 이때, 압출기(25)를 통해서 유리섬유의 A.C 코팅층과 라미네이팅 기재 사이에 PE 수지(26)를 코팅(또는 공급)함으로써, 라미네이트층(열융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층 -> LDPE층 또는 융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층 -> Alox-PET층 -> LDPE층) 및 충격보호층(PE층-A.C 코팅층-유리섬유층)을 적층시킨 후, 권취부(31)를 거쳐서 본 발명의 진공단열재용 외포재를 제조할 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 폴리에틸렌(PE) 수지의 코팅은 압출온도 280℃~ 320℃ 하에서, 바람직하게는 290℃~ 310℃ 하에서 압출기를 통해 폴리에틸렌 수지를 압출시켜서 하는 것이 좋으며, 압출온도는 폴리에틸렌 수지 종류에 따라 상기 압출온도 내에서 변화를 주는 것이 좋다.
앞서 설명한 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재를 이용하여 상기 외포재 내부에 단열재(또는 심재)를 넣어서 진공단열재를 제조할 수 있으며, 또한, 이를 이용하여 진공단열재를 제조할 수 있으며, 바람직한 일실시예로서, 앞서 설명한 다양한 형태의 상기 진공단열재 복합강화 난연성 외포재; 및 유리섬유, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 단열재;를 포함할 수 있으며, 또한, 상기 단열재에 부착 또는 삽입되는 게터(getter)재;를 더 포함하는 진공단열재를 제공할 수 있다.
상기 게터(getter)재는 주로 진공 안의 잔류 기체 분자를 흡착하거나 그 기체와 화합물을 만드는 역할 및 진공단열재 외포재를 투과하여 유입되는 가스 성분을 제거하여 장기간 동안 진공단열재로서의 단열성능을 유지하도록 하는 것이다.
이러한 본 발명의 상기 진공단열재는 냉장고 등의 전자제품용 진공단열재 뿐만 아니라 건축용 진공단열재 등으로 폭 넓게 사용할 수 있다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1 : 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재 및 진공단열재의 제조
(1) 라미네이트 기재의 제조
1) 도 4와 나타낸 바와 같은 건식적층법을 이용하여, 알루미늄이 증착 코팅된 나일론(VM-NY, 상품명:GR-81, 제조사:코롱, 평균두께 25㎛) 일면에 접착제(Urethane 접착제)를 묻힌 다음, 평균두께 12 ㎛의 알루미늄이 증착 코팅된 PET 필름(제조사:코롱, 상품명:CGP-21)을 적층시켜서 필름 1(VM-NY층 -> VM-PET층)를 제조하였다. 그리고, 접착제층의 평균두께는 3.5㎛였다.
2)다음으로 동일한 건식적층법을 이용하여, 상기 필름 1에 평균두께 12㎛인 Alox-PET 필름(제조사: Toppan사, 상품명: GLAH)을 적층시켜서 필름 2(VM-NY층 -> VM-PET층 -> Alox-PET층)을 제조하였다. 그리고, 접착제층의 평균두께는 3.5㎛였다.
3) 다음으로 동일한 건식적층법을 이용하여, 상기 필름 2에 평균두께 30㎛ 메탈로센 선형 저밀도 폴리에틸렌(m-LLDPE) 필름(제조사:한국프리팩, 상품명:M-PE Film 열융착층)과, 적층(또는 접착)시켜서 필름 3(열융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층 -> Alox-PET층)을 제조하였다. 그리고, 접착제층의 평균두께는 3.3㎛였다.
4) 다음으로, 동일한 건식적층법을 이용하여, 상기 필름 3에 평균두께 30㎛인 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름(제조사:한국프리팩, 상품명:LDPE Film)을 적층시켜서 라미네이트 기재(열융착층 -> VM-NY층 -> VM-PET층 -> Alox-PET층 -> 저밀도 폴리에틸렌층)을 제조하였다. 그리고, 접착제층의 평균두께는 3.5㎛였다.
(2) 충격보호층 적층
1) 도 5에 나타낸 바와 같은 압출적층법을 이용하여 평균두께 100㎛의 평직으로 직조된 유리섬유(E-glass, SiO2 52.8 중량%, Al2O3 14 중량%, B2O3 8.3 중량%, MgO 1.5 중량%, MaO 21.5 중량%, Na2O 0.6 중량%, K2O 0.7 중량%, TiO2 0.3 중량% 및 Fe2O3 0.3 중량%)의 일면에 이소시아네이트계 A.C 코팅제(曹達, T-160)를 묻힌 다음 건조를 수행하여 A.C 코팅층을 형성시킨 다음, 압출기로서, 평균온도 300℃인 T-다이(T-die)로 폴리에틸렌 수지를 압출시켜서 라미네이팅 기재 상단에 충격보호층을 형성시켜서 진공단열재용 외포재를 제조하였다.
제조된 충격보호층에 있어서, PE층의 평균두께는 15 ㎛이고, A.C 코팅층은 평균두께 1.2 ㎛이고, 유리섬유층은 평균두께 100 ㎛였다. 그리고, 라미네이트층과 충격보호층의 PE 층 사이에 형성된 A.C 코팅층의 도막량은 1.05 ~ 1.25g/m2 였다.
2) 다음으로 제조한 외포재의 열융착층이 마주 보도록 겹쳐놓은 후, 제대 M/C에서 파우치 형태의 진공단열재 복합강화 난연성 외포재를 제조하였다. 그리고, 도 3의 A에 심재 및 게터의 사진을 나타내었고, 이것을 상기 복합강화 난연성 외포재에 넣은 후, 진공포장하여 제조한 진공단열재를 제조하였으며, 이의 사진을 도 3의 C에 나타내었다.
그리고, 도 3의 B는 상기 심재와 게터를 A.C 코팅층 및 유리섬유를 형성시키지 않은 외포재에 넣고 진공포장하여 제조한 진공단열재의 사진이다.
비교예 1~ 비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재용 외포재를 제조하되, A.C 코팅제로서, 상기 이소시아네이트계 A.C 코팅제 대신 티타네이트계 A.C 코팅제, 폴리이미드계 A.C 코팅제 및 부타디엔계 A.C 코팅제를 각각 사용하여 진공단열재용 외포재를 제조함으로써, 비교예 1 ~ 비교예 3을 각각 실시하였다.
실험예 1 : 진공단열재용 외포재의 물성측정실험
상기 실시예 1 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 진공단열재용 외포재의 접착력, 내수성, 내한성 및 내열성을 아래와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
접착력 О О О О
내수성 × × △ О
내한성 × × × О
내열성 △ △ △ О
상기 표 1의 실험결과를 살펴보면, 티타네이트계 A.C 코팅제, 폴리이미드계 A.C 코팅제 및 부타디엔계 A.C 코팅제를 각각 사용한 비교예 1 ~ 비교예 3 및 실시예 1 모두 접착력이 우수하였으나, 비교예 1 ~ 3은 내수성, 내한성 및 내열성이 이소시아네이트계 A.C 코팅제를 사용한 실시예 1과 비교할 때, 전체적으로 좋지 않음을 확인할 수 있었으며, 이를 통하여 이소시아네이트계 A.C 코팅제를 사용하는 것이 물성면에서 유리함을 확인할 수 있었다.
실시예 2 ~ 실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 파우치 형태의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재를 제조하되, 각층의 두께가 하기 표 2에 나타난 바와 같은 두께를 갖도록 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 파우치 형태의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재를 제조하되, Alox-PET층을 형성시키지 않고, Alox-PET층 대신 평균두께 12㎛의 VM-PET 필름(코롱, CGP-21) 2층 적층시켜서 열융착층 -> VM-NY층 -> 2층의 VM-PET층 -> 저밀도 폴리에틸렌층 -> 충격보호층 형태의 진공단열재용 복합강화 외포재를 제조하였다.
실시예 5 ~ 실시예 6
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 파우치 형태의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재를 제조하되, 열융착층으로 메탈로센 선형 저밀도 폴리에틸렌 필름(m-LLDPE, 한국프리팩, M-PE Film) 대신 선형 저밀도 폴리에틸렌 필름(LLDPE 필름, 한국프리팩, L-LDPE Film) 및 저밀도 폴리에틸렌 필름(LDPE 필름, 한국프리팩, LDPE Film)을 사용하여 실시예 5 및 실시예 6을 각각 실시하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재용 외포재를 제조하되, 충격보호층(폴리에틸렌층-A.C 코팅층-유리섬유층)을 형성시키지 않은 열융착층-Al 박막층-NY층-PET층으로 구성된 라미네이팅 기재 자체를 진공단열재용 외포재로 제조하였다.
비교예 5 ~ 비교예 6
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 파우치 형태의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재를 제조하되, 각층의 두께가 하기 표 3에 나타난 바와 같은 두께를 갖도록 제조하였다.
구분
(단위 : ㎛)		 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 실시예
4		 실시예
5		 실시예
6
라미
네이트
기재층		 열융착층 30 40 35 30 30 30
VM-NY층 25 25 25 27 25 25
VM-PET층 12 14 13 24 (2층) 12 12
Alox-PET층 12 11 12 - 12 12
LDPE층 30 28 28 30 30 30
충격
보호층		 PE층 15 18 20 15 15 15
A.C 코팅층 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
유리섬유층 100 90 140 100 100 100
구분
(단위 : ㎛)		 비교예
4		 비교예
5		 비교예
6
라미
네이트
기재층		 열융착층 30 12 30
VM-NY층 25 25 22
VM-PET층 12 5 14
Alox-PET층 12 12 10
LDPE층 30 30 30
충격
보호층		 PE층 - 15 8
A.C 코팅층 - 1.2 0.3
유리섬유층 - 90 140
실험예 2 : 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 내열성 및 난연성 측정
실시예 1, 비교예 4, 비교예 6에서 제조한 외포재 각각을 하기와 같은 방법으로 난연성, 내열성 및 유연성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 또한, 난연성을 측정한 사진 결과를 도 6에, 그리고 내열성 측정한 사진 결과를 도 7에 각각 나타내었다.
1) 난연성 : UL 94방법에 준하여 외포재의 최외층면에 화염을 대고 10초간 접촉하여 연소가 되는지 육안으로 관찰하였다.
2) 내열성 시험방법 : 전기히터(Electric Heater, Spiral Type)에 10초간 시편을 10cm 거리에서 두어서 수축현상을 육안으로 관찰했다.(히터 표면온도 300℃)
3) 유연성 및 폴드(Fold)성 평가 : 중앙 부분을 접어서 2kg의 롤러로 10회 왕복한 후 반대로 접어서 10회 왕복한 후, 알루미늄 박막층의 크랙, 핀홀 및 접힘성(Folding성) 형성 여부를 관찰하였다.
구분 실시예 1 비교예 4 비교예 5 비교예 6
난연성 양호 연소됨. 양호 양호
내열성 양호 수축현상발생 양호 양호
유연성 및
폴드성		 양호 양호 양호 라미네이트 기재충과 충격보호층간
박리 발생
실시예 1의 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 경우, 난연성, 내열성 및 유연성, 폴드성 면에서 우수한 결과를 보였는데, 도 6의 A를 살펴보면, 불꽃이 붙지 않고 약간의 그을음만 발생하여 난연성이 우수함을 확인할 수 있었으며, 또한, 도 7의 A를 살펴보면, 수축이나 연소가 발생하지 않아서 내열성이 우수함을 확인할 수 있었다. 그러나, 충격보호층이 없는 비교예 4의 경우, 도 6의 B 및 도 7의 B에서 확인할 수 있는 바와 같이 불꽃 접촉부위가 연소되어 진공이 풀리고 심재가 노출되어 난연성이 매우 취약했음을 확인할 수 있었다. 또한, 불꽃이 직접 닿지 않더라도 열에의해 수축현상(shrink) 및 크랙이 발생하여 내열성이 좋지 않은 결과를 보였다.
또한, 충격보호층의 PE 층을 10㎛ 미만 및 A.C제 코팅층을 0.5 ㎛ 이하로 형성시킨 비교예 6의 경우, 충격보호층과 라미네이트 기재층과의 접착력이 약해서 폴드(Fold) 가공시 코너부위의 층간이 박리되는 문제가 있었다.
실험예 3 : 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 물성측정실험
상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 4 ~ 5에서 제조한 진공단열재 각각의 산소투과도, 투습도, 인장강도 및 파열강도를 하기 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
(1) 산소투과도 : ASTM D-3985법에 의거 측정하되, MOCON사의 2/21 장비를 이용하여 측정하였다.
(2) 투습도 : ASTM F-1249법에 의거하여 측정하되, MOCON사의 3/33 장비를 이용하여 측정하였다.
(3) 인장강도: ASTM D-882법에 의거하여 측정하되, Instron사의 4465 장비를 이용하여 측정하였다.
(4) 파열강도: ASTM D-3786법에 의거하여 측정하되, TOYOSEIKI사의 EL 장비를 이용하여 측정하였다.
구분 산소투과도
(cc/㎥·day)		 투습도
(g/m2·day)		 인장강도
(㎏/㎟)		 파열강도
(㎏/㎠)
실시예 1 0.0432 0.0042 22.2 17.5
실시예 2 0.0435 0.0043 21.7 17.2
실시예 3 0.0431 0.0042 23.5 19.5
실시예 4 0.0442 0.0043 22.1 17.3
실시예 5 0.0433 0.0042 22.2 17.3
실시예 6 0.0432 0.0042 22.4 17.4
비교예 4 0.0438 0.0045 10.6 14.2
비교예 5 0.0481 0.0049 17.1 14.9
실시예 1 ~ 6의 경우, 산소투과도가 0.05 이하 및 투습도가 0.005 이하로 우수할 뿐만 아니라, 인장강도 및 파열강도 또한 우수한 물성을 보였다.
충격보호층이 없는 비교예 4의 경우, 산소투과도가 0.05 이하 및 투습도가 0.005 이하로 우수했으나, 인장강도 및 파열강도가 본 발명의 실시예 1 ~ 4와 비교할 때, 매우 좋지 않았다.
그리고, 열융착층이 25 ㎛ 미만 및 VM-PET층이 8㎛ 미만으로 형성된 비교예 5의 경우, 난연성과 내열성은 우수했으나(표 4), 실시예 1 ~ 5와 비교할 때, 인장강도 및 파열강도의 기계적 물성 결과가 좋지 못한 결과를 보였으며, 투습도가 다소 상승하는 문제를 보였다.
실험예 3 : 열봉합강도 측정실험
실시예 1, 실시예 5 및 실시예 6에서 제조한 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재 각각의 열봉합강도를 ASTM D -882에 의거하여 Instron 4465기기를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 5 실시예 6
열봉합강도
(kg/15㎜)		 8.5 6.8 5.7
실시예 1 ~ 3의 외포재 모두 열봉합강도가 5 kg/15㎜ 이상으로 전반적으로 우수한 편이었으나, m-LLDPE를 사용한 실시예 1이 열봉합강도가 가장 우수한 결과를 보였다.
비교예 7
(1) 라미네이트 기재의 제조
1) 도 4와 나타낸 바와 같은 건식적층법을 이용하여, 알루미늄박(평균두께 7㎛, 삼아알미늄㈜, 8079재) 일면에 접착제(Urethane 접착제)를 묻힌 다음, 평균두께 25 ㎛의 나일론 필름(효성, AT-93)을 적층시켜서 필름 1(Al 박막층-NY층)를 제조하였다.
2) 다음으로 동일한 건식적층법을 이용하여, 상기 필름 1에 평균두께 12㎛인 VM-PET 필름(코롱, CGR-31)을 적층시켜서 필름 2(Al 박막층-NY층-PET층)을 제조하였다.
3)다음으로 동일한 건식적층법을 이용하여, 상기 필름 2에 평균두께 30㎛ 메탈로센 선형 저밀도 폴리에틸렌(m-LLDPE) 필름(한국프리팩, M-PE Film 열융착층)과, 적층(또는 접착)시켜서 필름 3(열융착층-Al 박막층-NY층-PET층)을 제조하였다.
4) 다음으로, 동일한 건식적층법을 이용하여, 상기 필름 3에 평균두께 30㎛인 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름(한국프리팩, LDPE Film)을 적층시켜서 라미네이트 기재(열융착층-Al 박막층-NY층-PET층-저밀도 폴리에틸렌층)을 제조하였다.
(2) 충격보호층 적층
1) 도 5에 나타낸 바와 같은 압출적층법을 이용하여 평균두께 100㎛의 평직으로 직조된 유리섬유(E-glass, SiO2 52.8 중량%, Al2O3 14 중량%, B2O3 8.3 중량%, MgO 1.5 중량%, MaO 21.5 중량%, Na2O 0.6 중량%, K2O 0.7 중량%, TiO2 0.3 중량% 및 Fe2O3 0.3 중량%)의 일면에 이소시아네이트계 A.C 코팅제(曹達, T-160)를 묻힌 다음 건조를 수행하여 A.C 코팅층을 형성시킨 다음, 압출기로서, 평균온도 300℃인 T-다이(T-die)로 폴리에틸렌 수지를 압출시켜서 라미네이팅 기재 상단에 충격보호층을 형성시켜서 진공단열재용 외포재를 제조하였다.
제조된 충격보호층에 있어서, PE층의 평균두께는 15 ㎛이고, A.C 코팅층은 평균두께 1.2 ㎛이고, 유리섬유층은 평균두께 100㎛였다.
2) 다음으로 제조한 외포재의 열융착층이 마주 보도록 겹쳐놓은 후, 제대 M/C에서 파우치 형태의 진공단열재 복합강화 난연성 외포재를 제조하였다.
실험예 4 : 열전도율 측정실험
상기 실시예 1 및 비교예 7에서 제조한 진공단열재 외포재의 열전도를 수직방향 및 수평 방향에 대하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다. 이때, 상기 실시예 1 또한, 비교예 7과 마찬가지로 심재와 게터를 넣지 않은 상태로 실험을 수행하였다.
열전도 측정방향
(단위 : W/mK)		 비교예 7 실시예 1
수직방향 0.2411 0.2162
수평방향 17.2370 2.2321
상기 열전도율 측정 실험을 보면, 수직방향으로의 열전도율은 유사한 결과를 보였으나, Al 박막층을 사용한 비교예 7의 경우 보다 본 발명의 VM-NY를 도입한 진공단열재의 수평 방향으로의 열전도율이 낮은 바, 이를 통해 상대적으로 단열성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재로 제조한 진공단열재가 난연성, 내열성, 산소투과도, 투습도, 인장강도, 파열강도 등의 물성이 우수할 뿐만 아니라 작업성 또한 우수한 것을 확인할 수 있었다. 그리고 특히, 기계적 물성이 매우 우수한 바, 본 발명의 진공단열재 복합강화 난연성 외포재 및 이를 이용하여 제조한 진공단열재는 그 사용 또는 작업 환경이 가혹한 건축용 진공단열재로 사용하기에 매우 적합한 것을 확인할 수 있었다.
1 : 제1급지부, 2 : 접착제 3 : 코팅롤
4 : 프레스 5 : 건조기 6 : 닙롤
7 : 냉각롤 8 : 제2급지부 9 : 권취부
21 :급지부 22 : A.C 코팅부 23 : 프레스
24 : 건조기 25 : 압출기 26 : PE수지
27 :라미네이? 기재 공급부 28 : 백업롤(back up roll)
29 :고무롤 30 : 냉각롤 31 : 귄취부

Claims (19)

  1. 열융착층; 알루미늄이 증착 코팅된 나일론(VM-NY)층; 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET)층; 저밀도 폴리에틸렌층; 및 충격보호층;을 포함하며,
    외포재의 내부에서 외부 방향으로 상기 열융착층; 상기 알루미늄이 증착 코팅된 나일론층; 상기 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트층; 상기 저밀도 폴리에틸렌층; 및 상기 충격보호층; 순으로 적층되어 있으며,
    상기 충격보호층은 폴리에틸렌층, AC 코팅(anchor coating)층 및 유리섬유층을 포함하며,
    상기 폴리에틸렌층은 상기 저밀도 폴리에틸렌층의 일면에 형성되고, 상기 폴리에틸렌층의 타 일면에 AC 코팅층 및 유리섬유층이 차례대로 적층된 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 VM-PET층 및 저밀도 폴리에틸렌층 사이에 알루미나가 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(Alox-PET)층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  3. 제1항에 있어서, 열융착층과 VM-NY층; VM-NY층과 VM-PET층; 및 VM-PET층과 저밀도 폴리에틸렌층;의 층 각각 사이에 접착제층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 AC 코팅층은 이소시아네이트계 AC 코팅제로 형성한 것으로서, 도막량 0.5 ~ 1.5 g/m2인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌층은 평균두께 10㎛ ~ 20㎛, 상기 AC 코팅층은 평균두께 0.5㎛ ~ 1.5㎛이고, 상기 유리섬유층은 평균두께 30㎛ ~ 200㎛인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유리섬유층은 E-글라스(glass), C-글라스 및 S-글라스 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유리섬유층은 SiO2 50 중량% ~ 60 중량%, Al2O3 10 중량% ~ 20중량%, B2O3 8 중량% ~ 10 중량%, MgO 1 중량% ~ 2 중량%, MaO 20 중량% ~ 24 중량%, Na2O 0.1 중량% ~ 1 중량%, K2O 0.1 중량% ~ 1 중량%, TiO2 0.01 중량% ~ 0.05 중량% 및 Fe2O3 0.01 중량% ~ 0.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  9. 제1항에 있어서, 상기 열융착층은 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌아크릴산(EAA), 에틸렌메틸아크릴레이트(EMA), 에틸렌메타크릴릭산(EMAA), 에틸렌메틸메타크릴레이트(EMMA), 아이오노머(Ionomer, IO) 및 에틸렌에틸아크릴레이트(EEA) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  10. 제9항에 있어서, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌은 메탈로센 선형 저밀도 폴리에틸렌(m-LLEPE)인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  11. 제1항에 있어서, 상기 VM-NY층은 평균두께 15㎛ ~ 30㎛인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  12. 제1항에 있어서, 상기 VM-PET층은 평균두께 8㎛ ~ 30㎛인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  13. 제2항에 있어서, 상기 Alox-PET층은 평균두께 5㎛ ~ 15㎛인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  14. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제13항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 외포재 전체 두께가 140㎛ ~ 360㎛인 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재.
  15. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제13항 중에서 선택된 어느 한 항의 복합강화 난연성 외포재; 및
    유리섬유, 그라스울, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 단열재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  16. 제15항에 있어서, 상기 단열재에 부착 또는 삽입되는 게터(getter)재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  17. 제15항에 있어서, 상기 진공단열재는 건축용 진공단열재인 것을 특징으로 하는 진공단열재.
  18. 열융착층, 알루미늄이 증착 코팅된 나일론(VM-NY)층, 알루미늄이 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(VM-PET)층 및 저밀도 폴리에틸렌층을 차례대로 건식적층법(dry lamination)으로 적층시켜서 라미네이팅 기재층을 제조하는 단계;
    상기 라미네이팅 기재층 및 0.5 ~ 1.5 g/m2의 도막량으로 AC 코팅제가 일면에 코팅된 유리섬유 사이에 폴리에틸렌 수지를 코팅시키는 압출적층법(extrusion lamination)으로 상기 라미네이팅 기재층 상단에 충격보호층을 형성시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 라미네이팅 기재층을 제조하는 단계에서
    상기 VM-PET층 및 상기 저밀도 폴리에틸렌층 사이에 알루미나가 증착 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(Alox-PET)층을 더 적층시키는 것을 특징으로 하는 진공단열재용 복합강화 난연성 외포재의 제조방법.


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