KR102064478B1 - 진공단열재용 심재 및 이를 이용한 진공단열재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일면에 복수의 제1그루브를 갖는 제1심재 및 상기 제1그루브에 대향하는 일면에 복수의 제2그루브를 갖는 제2심재를 포함하고, 상기 제1심재의 제1그루브가 형성된 일면과 상기 제2심재의 제2그루브가 형성된 일면이 서로 대향되고, 상기 제1그루브와 상기 제2그루브가 서로 엇갈리도록 교대로 배치되는 진공단열재용 심재 및 이를 사용한 진공단열재를 제공한다.

Description

진공단열재용 심재 및 이를 이용한 진공단열재{CORE MATERIAL FOR VACUUM INSULATION PANEL AND VACUUM INSULATION PANEL USING THE SAME}
본 발명은 형상 가공을 통해 두께가 효과적으로 감소된 진공단열재용 무기계 심재 및 상기 심재를 구비하는 진공단열재에 관한 것이다.
진공단열재(Vacuum Insulation Panel)는 단열재 내부를 진공 처리함으로써 단열재 내부의 대류 현상을 차단시켜 기존 유/무기 단열재 대비 우수한 단열성능을 나타내도록 하는 소재이다. 진공단열재는 크게 심재(core material), 상기 심재를 감싸는 다층필름 구조의 봉지 부재(sealing member) 및 상기 봉지부재 내부로 유입되는 가스 성분을 제거하기 위한 가스 흡착제(getter)로 이루어진다.
일반적으로 진공단열재는 가스 배리어성이 뛰어난 복합 플라스틱 라미네이트 필름으로 이루어지는 봉지 부재에 심재로서 연속 기포 경질 플라스틱 발포체나 무기물 등을 수납하고 내부를 감압한 후, 둘레 가장자리의 가스 배리어성 필름끼리의 적층 부분을 열로 봉인하여 봉지 부재 내부를 진공상태로 유지하는 방식으로 제조된다. 상기 진공단열재의 심재로는 글라스울(Glass wool) 등의 무기섬유, 다공성 물질인 흄드 실리카(Fumed silica), 유기 발포체 등의 소재가 사용되고 있다.
상기 무기섬유의 일종인 글라스울은 오픈 셀(open cell) 구조로 인해 우수한 열전도도 성능을 확보할 수 있기 때문에, 진공단열재의 심재 소재로서 보편적으로 사용되고 있다. 그러나, 글라스울을 이용하는 진공단열재용 심재는 글라스울의 큰 부피로 인해 제조공정상 작업성 저하가 초래될 뿐만 아니라, 증가된 부피만큼 봉지 부재의 면적이 늘어나게 되어 제조원가가 상승하는 문제가 동반된다.
전술한 글라스울을 이용하는 진공단열재용 심재의 부피 증가를 감소시키기 위한 방안으로 유기 바인더(organic binder)를 첨가하는 방법이 제시되고 있다. 그러나, 유기 바인더는 감압 후 내부 압력 차에 의한 유기물의 기체 확산에 의해 장기 내구성에 악영향을 주는 가스를 발생시키게 되므로, 장기적인 열전도도의 성능 저하가 필수적으로 초래된다.
한편, 글라스울을 이용한 진공단열재용 심재의 부피를 감소시키기 위해 심재에 압력을 가하여 두께를 감소시키는 방법이 있다. 그러나, 심재의 면적이 넓어질수록 전체 면적에 인가되는 압력을 높게 설정해야 하며, 이와 같이 압력을 증가시킬 경우 제조설비 및 에너지 비용이 많이 발생하는 문제가 초래된다.
본 발명은 종래 글라스울계 심재 대비 효과적으로 감소된 두께를 갖는 진공단열재용 심재를 제공한다.
또한, 본 발명은 작업성 및 생산성이 향상되고, 봉지 부재의 면적 감소로 인해 제조원가 절감효과를 도모할 수 있는 진공단열재를 제공한다.
본 발명은 일면에 복수의 제1그루브를 갖는 제1심재 및 상기 제1그루브에 대향하는 일면에 복수의 제2그루브를 갖는 제2심재를 포함하고, 상기 제1심재의 제1그루브가 형성된 일면과 상기 제2심재의 제2그루브가 형성된 일면이 서로 대향되고, 상기 제1그루브와 상기 제2그루브가 교대로 배치되는 진공단열재용 심재를 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 심재 및 상기 심재를 둘러싸는 봉지 부재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
본 발명에 따른 심재는 국부적인 압력과 에너지를 사용하여, 종래 글라스울계 심재 대비 두께가 효과적으로 감소(예컨대 50% 이상) 가능하고, 그 결과 이를 구비하는 진공단열재의 제조 시 작업성 및 생산성이 향상되고, 심재의 부피 감소로 인한 봉지 부재의 면적 감소를 도모하여 제조원가 절감효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재용 심재를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 심재가 적층된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재를 도시한 평면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
<진공단열재용 심재>
본 발명은 소정의 형상으로 가공된 2개의 심재를 이들의 가공면끼리 대향 적층시켜 두께가 최소화된 진공단열재용 무기형 심재를 제공한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재용 심재의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 일 실시예에 따른 진공단열재용 심재(100)는 일면에 복수의 제1그루브(groove, 101a)를 갖는 제1심재(101) 및 상기 제1그루브(101a)에 대향하는 일면에 복수의 제2그루브(102a)를 갖는 제2심재(102)를 포함하고, 상기 제1심재(101)의 제1그루브(101a)가 형성된 일면과 상기 제2심재(102)의 제2그루브(102a)가 형성된 일면이 서로 대향되고, 상기 제1그루브(101a)와 상기 제2그루브(102a)가 서로 엇갈리도록 교대로 배치되는 구조를 갖는다.
일 예로 제1심재(101)의 제1그루브(101a) 및 제2심재(102)의 제2그루브(102a)는 소정의 형태를 가지는 틀을 사용하여 국부적인 압력과 열을 가하여 형성될 수 있다. 상기 제1심재 또는 제2심재에 그루브를 형성하지 않고 전체적으로 열과 압력을 가하여 편평한 보드(board) 형태로 성형할 경우, 심재의 압착으로 인한 반발력이 증가됨에 따라 제조 시 많은 에너지가 소요될 뿐만 아니라, 과압 및 과열로 인하여 작업성 및 생산성이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재용 심재(100)는 제1심재(101)의 제1그루브(101a)와 제2심재(102)의 제2그루브(102a)가 엇갈리도록 교대로 중첩 배치되어 심재(100)의 총 두께가 종래 글라스울계 심재 대비 효과적으로 감소(예컨대 50% 이상)될 수 있다. 이로 인해 이를 구비하는 진공단열재의 제조 시 심재의 부피 감소로 인한 사용되는 봉지 부재의 면적이 감소(예컨대 15 내지 30%)되어 제조 원가를 절감시킬 수 있다.
본 발명의 심재(100)를 구성하는 제1심재(101)와 제2심재(102)는 서로 동일하거나 상이한 소재나 형상을 가질 수 있다. 심재의 두께 감소 효과 및 제조공정의 간편성을 고려할 때, 제1심재(101)와 제2심재(102)는 동일한 소재 및 형상을 갖는 것이 적절하다.
제1심재(101)와 제2심재(102)는 각각 무기계 소재로 구성된다. 일례로, 상기 심재를 형성하는 무기계 소재는 무기 섬유와 무기 바인더를 포함하며, 무기 바인더에 의해 무기 섬유의 조직이 결합된 형태일 수 있다. 이와 같이 무기계 소재로만 구성될 경우, 유기물 사용 시 초래되는 가스 발생을 근본적으로 방지하여 우수한 열전도도 성능과 장기 내구성을 발휘할 수 있다.
무기 섬유로는 열전도율이 작고 가스 발생이 적은 당 분야의 공지된 무기계 섬유를 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로 글라스울을 사용할 수 있다.
무기 바인더로는 당 분야에 공지된 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 시멘트, 황산 칼슘, 석고, 진흙, 점토(clay), 규산 유리, 콜로이드 실리카, 규산 나트륨, 규산 알루미나, 규산 칼슘, 실리카 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 일례로, 상기 무기 바인더는 20 내지 40 중량%, 예를 들어 25 내지 35 중량%의 실리콘(Si)을 함유하는 액상 규산 유리 또는 30 내지 50 중량%, 예를 들어 35 내지 45 중량%의 실리콘(Si)을 함유하는 콜로이드 실리카일 수 있다.
상기 무기 바인더의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 무기 섬유의 중량 대비 1 내지 5 중량%, 예를 들어 3 내지 5 중량%일 수 있다. 무기 바인더의 함량이 1 중량% 미만인 경우 접착성이 저하되어 진공단열재 형성에 적합한 심재를 제작하기 어렵고, 5 중량%를 초과하는 경우 무기 섬유와 무기 바인더가 결합하여 오픈 셀(open cell)이 감소되고, 그 결과 열전도도가 상승할 우려가 있다. 상기 제1심재(101)와 제2심재(102)는 당 분야에 공지된 무기계 성분, 예컨대 발연 실리카(fumed silica) 등을 더 포함할 수 있다.
상기 제1심재(101)와 제2심재(102)는 각각 무기 바인더에 의해 결합된 글라스울 집합체로 구성되며, 일면에 복수의 그루브를 갖는 판상의 보드(board) 또는 매트(mat) 형태일 수 있다. 이러한 제1심재(101)와 제2심재(102)의 밀도는 100 내지 300 kg/m3일 수 있으며, 예를 들어 200 내지 300 kg/m3일 수 있다. 상기 밀도가 100 kg/m3 미만일 경우 충분한 단열 성능의 확보가 어렵고, 300 kg/m3를 초과하는 경우 취급이 용이하지 않고 진공 단열재의 굽힘성 등이 저하될 수 있다.
상기 제1심재(101)의 일면에 형성된 제1그루브(101a)와 제2심재(102)의 일면에 형성된 제2그루브(102a)는 각각 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되며, 수직 하방으로 함입하여 형성될 수 있다. 제1그루브(101a)와 제2그루브(102a)의 간격은 예를 들어 10 내지 40 mm, 다른 예로 20 내지 35 mm일 수 있다. 그루브 사이의 간격이 10 mm 미만일 경우, 그루브가 너무 촘촘하게 형성되어 심재 적층 시 그루브의 겹침이 형성되지 않아 두께가 증가되는 문제가 발생될 수 있다. 한편 그루브 사이의 간격이 40 mm를 초과할 경우, 간격이 너무 넓어 심재 중심부의 압축이 원활하게 이루어지지 못한 결과 두께 편차가 발생될 수 있다.
제1그루브(101a)와 제2그루브(102a)의 형상은 요철홈 형태를 갖기만 하면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 삼각형, 반원형 및 반타원형 중 어느 하나의 평면 형상을 가질 수 있다.
제1심재의 제1그루브(101a)의 높이(HG1)는 제1심재(101)의 최대 두께(T1)를 기준으로 30 내지 90%, 예를 들어 45 내지 85%일 수 있으며, 제2심재의 제2그루브(102a)의 높이(HG2)는 제2심재(102)의 최대 두께(T2)를 기준으로 30 내지 90%, 예를 들어 45 내지 85%일 수 있다. 그루브의 높이가 심재의 최대 두께보다 30% 미만일 경우 압축이 덜되어 두께 저감 효과가 미미할 수 있고, 90% 초과일 경우 국부적으로 가해지는 압력 및 열처리가 과하여 심재의 글라스울 오픈 셀(open cell)을 막을 수 있고, 그 결과 열전도도 등 물성이 저하할 수 있다. 상기 제1그루브(101a)의 높이(HG1) 및 제2그루브(102a)의 높이(HG2)는 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명에 따른 심재(100)는 일면이 형상 가공된 심재를 적어도 2개 이상 적층하여 형성된다. 일례로 2개의 형상 가공된 심재를 사용하며, 제1심재(101)의 제1그루브(101a)가 형성된 일면과 제2심재(102)의 제2그루브(102a)가 형성된 일면을 서로 대향시킨 후, 제1그루브(101a)와 제2그루브(102a)가 엇갈리도록 배치하여 적층한다. 구체적으로, 제1심재(101)의 일면에 형성된 복수의 제1그루브(101 a)는 제2그루브(102a)가 형성된 제2심재(102)의 일면 중 제2그루브(102a)가 비형성된 부분과 마주보게 되며, 제2심재(102)의 일면에 형성된 복수의 제2그루브(102a)는 제1그루브(101a)가 형성된 제1심재(101)의 일면 중 제1그루브(101a)가 비형성된 부분과 마주보게 된다.
도 2는 도 1의 심재(101, 102)가 적층된 상태를 도시한 단면도이다. 도 2에서 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 이때 서로 마주보는 제1심재(101)의 제1그루브(101a)와 제2그루브(102a)가 형성된 제2심재(102)의 일면 중 제2그루브(102a)가 비형성된 부분간의 이격 거리는 특별히 제한되지 않으며, 심재(100)의 최종 두께(Tc)를 고려하여 적절히 조절할 수 있다.
전술한 구조를 가진 본 발명의 심재(100)는 종래 미형상 가공된 심재와 비교하여, 높은 두께 감소 효과를 나타낸다. 일례로, 종래의 글라스울계 심재의 두께가 40 내지 60 mm 이었다면, 본 발명의 심재(100)는 그루브가 형성된 2개의 제1심재 및 제2심재를 엇갈려 적층함으로써, 심재의 총 두께를 20 내지 30 mm로 감소시키면서도 동등 수준 이상의 열전도도를 나타낸다. 본 발명의 심재(100)는 종래 글라스울계 심재 대비 50% 이상 두께를 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 심재를 둘러싸는 봉지 부재의 사용 면적을 종래 글라스울계 심재 대비 15 내지 30% 감소시켜 제조비용을 저감시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 그루브(101a, 102a)의 형상을 사다리꼴로 예시하고 있으나, 본 발명에 따른 심재 내 형성된 그루브의 형상은 이에 한정되지 않으며, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 반원형 및 반타원형 중 어느 하나로 변경하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 심재의 그루브의 형상은 사다리꼴일 수 있는데, 이 경우 그루브 간의 간격을 그루브의 길이와 동일하게 형성할 경우, 2개의 심재를 완전히 겹쳐지게 적층할 수 있다. 그루브의 형상이 사다리꼴 형상일 경우 사다리꼴의 밑각은 40 내지 45°일 수 있다. 사다리꼴의 밑각이 40° 미만일 경우, 2개의 심재에 형성된 그루브가 완전히 맞물려 겹쳐지지 않거나 이웃하는 그루브 사이의 간격이 충분히 확보되지 않아 심재(100)의 최종 두께(Tc) 저감 효과가 저하될 수 있고, 45°를 초과할 경우 그루브 성형 시 심재 내에 포함된 글라스 울 섬유가 절단되어 열전도도 성능이 저하될 수 있다.
또한, 상기 진공단열재용 심재(100, 200)를 구성하는 형상 가공된 심재(101, 102)의 개수도 자유롭게 선택하여 구성할 수 있고, 당 분야의 통상적인 다른 층을 추가로 포함하는 다층 구조로 구성할 수도 있다.
본 발명에 따른 진공단열재용 심재를 제조하는 방법은 예를 들어, 무기 바인더 용액을 제조하는 단계, 상기 무기 바인더 용액에 무기 섬유를 함침시키는 단계, 상기 무기 바인더 용액이 함침된 무기 섬유에 형성하고자 하는 그루브 형상의 틀을 사용하여 부분적으로 열(예컨대 200 내지 600℃)과 압력(예컨대 20 kgf 이상)을 인가하여 일면에 복수의 그루브를 갖는 제1심재와 제2심재를 각각 성형하는 단계 및 상기 제1심재의 그루브와 상기 제2심재의 그루브가 서로 교대로 위치하도록 제1심재와 제2심재를 대향 배치하여 적층하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 무기 바인더 용액 및 무기 섬유에 대한 구체적인 설명은 상기하였으므로, 여기서는 생략하기로 한다.
구체적으로, 무기 바인더 용액을 제조한 다음, 제조된 무기 바인더 용액에 무기 섬유를 함침시키고, 무기 바인더 용액이 함침된 무기 섬유를 연속식 벨트를 사용하여 이송하면서 200 내지 600℃의 온도로 열처리하는 동시에 그루브 형상의 톱니를 가진 톱니바퀴를 사용하여 20 내지 50 kgf의 압력을 3 내지 7분 동안 가하여, 일면에 복수의 그루브를 갖는 제1심재와 제2심재를 성형할 수 있다.
이 때, 성형하는 단계에서 판형태의 틀을 사용하여 200 내지 600℃의 온도 및 20 내지 50 kgf의 압력을 가하면, 제1 심재와 제2 심재의 일면에 복수의 그루브가 형성되지 않은 편평한 보드(board) 또는 판상 형태의 제1심재 및 제2심재가 제조되는데, 이 경우 가해지는 열과 압력으로 인해 제1심재 및 제2심재 내 오픈 셀(open cell) 구조가 감소되고, 이로 인하여 열전도도 성능이 저하될 수 있다.
반면에, 본 발명과 같이 부분적으로 열과 압력을 인가하여 일면에 그루브를 갖는 판상의 보드(board) 또는 매트(mat) 형태로 성형하여 제조된 제1심재 및 제2심재를 각각의 제1그루브와 제2그루브가 엇갈리도록 적층할 경우, 열과 압력이 가해져 수직 하방으로 함입 형성된 부분과 그렇지 않은 부분이 겹쳐져 전체적인 심재의 두께가 효과적으로 감소되면서도 그루브가 형성되지 않는 부분의 오픈 셀(open cell) 구조는 그대로 유지되어 심재의 열전도도 성능을 유지시킬 수 있다.
그러나, 상기 제조방법이나 순서에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다.
<진공단열재>
본 발명은 전술한 심재를 구비하는 진공단열재를 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공단열재(500)의 평면 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 본 발명의 진공단열재(500)는 전술한 심재(100) 및 상기 심재(100)를 둘러싸는 봉지 부재(510)를 포함한다.
봉지 부재(510)로는 당 분야에 공지된 외피재를 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 봉지부재(510)는 배리어층, 금속증착층 및 실링층이 적층된 3층 구조의 적층 필름일 수 있다(미도시).
배리어층은 내부 진공도 유지 및 외부의 가스 또는 수분 등의 유입을 차단하는 역할을 한다. 상기 배리어층은 적어도 하나 이상의 층으로 구성될 수 있으며, 각 층은 폴리프로필렌, 이축연신 폴리프로필렌(OPP), 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아미드-6(나일론), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리부틸렌, 폴리펜타디엔, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 에틸렌-부텐-프로필렌터폴리머 중에서 선택된 적어도 하나의 수지 필름 일 수 있다.
금속증착층은 배리어층의 상부에 형성되며 배리어 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 금속증착층은 수지 기재와 상기 수지 기재상에 형성된 금속박 또는 금속산화물을 포함할 수 있다.
상기 수지 기재의 성분은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 폴리프로필렌, 이축연신 폴리프로필렌(OPP), 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아미드-6(나일론), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리부틸렌, 폴리펜타디엔, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐-프로필렌터폴리머 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다.
상기 금속박은 알루미늄을 비롯하여 구리, 금, 은, 니켈, 티탄, 지르코니움, 규소, 인듐, 탄소, 코발트 또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있으며, 일례로 배리어성이 우수한 알루미늄 호일을 포함할 수 있다. 상기 금속산화물로는 당 분야에 공지된 금속산화물을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 Zn계 산화물, Sn계 산화물, In계 산화물, Si계 산화물 또는 Al계 산화물일 수 있다.
일례로, 상기 금속증착층은 알루미늄 금속, 알루미늄 산화물 및 실리콘 산화물 중 적어도 어느 하나가 증착된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름일 수 있다.
실링층은 배리어층 하부에 접착되며, 진공단열재의 심재 표면에 밀착될 수 있다. 상기 실링층은 히트 실링(heat sealing)에 의해서 서로 열융착되는 층으로서 진공 상태를 유지시킬 수 있도록 한다. 상기 실링층의 성분으로는 열융착이 쉽게 이루어질 수 있는 수지, 예컨대 열가소성 수지를 사용하는 것이 적절하다. 사용 가능한 실링층의 성분은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐공중합체(EVA), 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서 봉지 부재(510)는 상기 배리어층 및 상기 금속증착층 사이에 보호층을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에서 봉지 부재(510)는 상기 금속증착층 및 상기 배리어층 사이, 상기 배리어층 및 상기 실링층 사이에 접착제층을 더 포함할 수 있다(미도시). 또한, 상기 외피재는 상부에 난연 코팅을 더 형성하여 우수한 난연성을 구현할 수 있다.
상기 봉지 부재(510)는 2매의 외피재의 실링층을 마주보도록 서로 겹치고, 그 가장자리를 가압 및 가열하여 2매의 적층필름이 열용착되어 밀봉됨으로써, 개구부를 갖는 봉지 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 제조방법에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 진공단열재는 게터(getter)를 더 포함할 수 있다(미도시). 게터는 외부의 온도 변화에 의해서 봉지 부재 내부에서 가스 및 수분이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 게터는 봉지 부재 내부에서 발생하는 가스 및 수분을 효과적으로 흡수할 수 있는 물질이라면 특별히 제한되지 않으며, 당 분야의 공지된 가스 흡착제를 사용할 수 있다. 일례로, CaO(생석회), 금속 분말, 금속산화물, 생석회와 금속산화물의 혼합물, 실리카 겔, 제올라이트, 활성탄 또는 이들의 혼합형태를 사용할 수 있다.
상기 게터가 배치되는 위치는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 진공단열재용 심재와 봉지 부재의 사이에 배치되거나, 심재의 표면에 부착되거나, 또는 심재의 내부에 매립된 형태일 수도 있다.
본 발명에 따른 진공단열재는 당 분야에 공지된 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 봉지 부재(510)의 내부에 심재(100)를 투입하고 진공 상태에서 밀봉하여 제조될 수 있다. 이때, 심재(100)의 표면이나 내부에 게터를 구비할 수 있다.
본 발명의 진공단열재는 장기 내구성을 가지므로 냉장고용은 물론 높은 신뢰성을 요구하는 건축용 진공 단열재로도 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 진공단열재는 지붕, 천장, 벽, 마루 등의 단열시공을 위한 건축재로 사용되어 고효율의 단열성능을 제공하여 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
실리콘 함량이 29±1 중량%인 액상 규산 유리 무기 바인더와 물을 혼합하여 무기 바인더 용액을 제조하였다. 이 때, 사용된 무기 바인더의 함량은 글라스울 함량 대비 3 중량%였다. 섬유경이 4 내지 5 ㎛이고 135 kg/m3의 밀도를 가지는 글라스울을 상기 무기 바인더 용액에 함침시켰다. 무기 바인더 용액이 함침된 글라스울을 연속식 컨베이어 벨트에 로딩하고, 이송하면서 건조하였다. 이송 시 그루브의 높이가 심재의 최대 두께를 기준으로 72%인 사다리꼴 형상의 톱니를 가진 톱니바퀴를 사용하여, 부분적으로 20 kgf 이상의 압력과 600℃ 온도 조건하에서 5분 이상 유지하는 가압성형을 실시함으로써, 일면에 사다리꼴 형상의 톱니형태가 전사되어 복수의 그루브가 28 mm의 간격으로 형성된 제1심재 및 제2심재를 제조하였다.
그루브 면이 서로 마주보도록 2개의 심재(제1심재 및 제2심재)를 배치한 후, 제1심재의 그루브와 제2심재의 그루브가 서로 교대로 위치하도록 배치하고 적층하여 실시예 1의 심재를 제조하였다.
[실시예 2-7]
글라스울 함량 대비 무기 바인더의 함량, 그루브의 높이, 이웃한 그루브와의 간격을 표 1와 같이 각각 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 실시예 2-7의 심재를 제조하였다.
Figure 112018036174015-pat00001
(1) 그루브 높이: 심재(제1심재 및 제2심재) 각각의 최대 두께에 대한 비율
(2) 심재 총 두께: 제1심재 및 제2심재의 두께의 합
[비교예 1-7]
섬유경이 4 내지 5 ㎛이고 135 kg/m3의 밀도를 가지는 글라스울을 사용하여 두께가 25 mm인 제1심재 및 제2심재를 제조하였다. 제조된 제1심재 및 제2심재를 적층하여 비교예 1의 심재를 제조하였다.
연속식 컨베이어 벨트에서 이송되는 무기 바인더 용액이 함침된 글라스울을 사다리꼴 형상의 톱니를 가진 톱니바퀴 대신 편평한 판 형태로 가압성형하고, 무기 바인더의 함량을 표 2와 같이 각각 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 비교예 2-4의 심재를 제조하였다.
글라스울 함량 대비 무기 바인더의 함량, 그루브의 높이, 이웃한 그루브와의 간격을 표 2와 같이 각각 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 비교예 5-7의 심재를 제조하였다.
Figure 112018036174015-pat00002
(1) 그루브 높이: 심재(제1 심재 및 제2심재) 각각의 최대 두께에 대한 비율
(2) 심재 총 두께: 제1심재 및 제2심재의 두께의 합
[실험예. 물성 평가]
실시예 1-7 및 비교예 1-7에서 각각 제작된 2개의 심재를 적층하여 이들의 물성을 하기와 같이 평가하였다. 이때 열전도율은 KS L 9016의 측정조건에 따라 평균 온도 20±5℃에서 열전도율 측정기(Netzsch社, 436/1)을 사용하여 측정하였다.
상기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 심재를 사용한 실시예 1-7에서는 제1심재와 제2심재가 적층되어 형성된 심재의 두께가 23 mm로, 가열 가압 성형을 하지 않은 형상 가공되지 않은 보드(board) 타입의 제1심재 및 제2심재를 사용한 비교예 1의 심재(총 두께 50 mm)에 비해 부피가 현저히 감소되었음에도, 비교예 1의 심재와 동등한 수준의 열전도도 성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.
실시예 1-7 및 비교예 2-7은 무기섬유를 무기 바인더에 함침시킨 후, 가열 가압 성형한 것이다.
구체적으로, 실시예 1, 4-7은 무기 바인더를 3 중량% 사용한 것으로, 무기 바인더를 미사용한 비교예 1과 비교하여 심재의 두께가 50% 이상 감소했음에도 불구하고 대등한 정도의 열전도도 성능을 나타냈다. 또한, 무기 바인더를 동량으로 사용한 보드 타입의 제1심재 및 제2 심재를 사용한 비교예 3과 비교하더라도, 실시예 1, 4-7의 심재가 감소된 두께로 우수한 열전도도 성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.
또한, 무기 바인더를 5 중량%, 1 중량%로 각각 사용한 실시예 2, 3의 경우, 무기 바인더를 각각 동량으로 사용한 비교예 4, 2와 비교하여 심재의 두께가 감소한 동시에 열전도도 성능이 향상되었음을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 5-7의 결과로부터, 그루브의 높이를 지나치게 낮거나 높게 형성하거나, 무기 바인더의 함량을 지나치게 높게 형성할 경우, 심재의 두께가 효과적으로 감소되지 못하거나, 열전도도 성능이 저하됨을 확인할 수 있었다.
추가로, 실시예 1 및 비교예 1의 심재를 50 ㎛ 두께의 봉지부재(LLDPE(선형저밀도폴리에틸렌) 융착 필름 백)에 넣은 후, 2.0 X 10-1 torr로 진공 포장 진공단열재를 제조하였다. 사용된 각각의 봉지부재의 면적을 측정한 결과, 심재의 총 두께가 50 mm인 비교예 1에 비하여 심재의 총 두께가 23 mm인 실시예 1의 경우, 봉지부재의 면적이 약 22 % 정도 감소됨을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 본 발명에서는 무기 바인더를 사용함과 동시에 형상 가공을 실시함으로써 심재의 두께를 최소화하는 동시에 우수한 열전도도 성능을 발휘할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
100, 200: 진공단열재용 심재
101: 제1심재
101a: 제1그루브
102: 제2심재
102a: 제2그루브
500: 진공단열재
510: 봉지 부재

Claims (7)

  1. 일면에 복수의 제1그루브를 갖는 제1심재 및 상기 제1그루브에 대향하는 일면에 복수의 제2그루브를 갖는 제2심재를 포함하고, 상기 제1심재의 제1그루브가 형성된 일면과 상기 제2심재의 제2그루브가 형성된 일면이 서로 대향되고, 상기 제1그루브와 상기 제2그루브가 서로 엇갈리도록 교대로 배치되는 진공단열재용 심재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1그루브와 제2그루브는 각각 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 수직 하방으로 함입 형성되는 진공단열재용 심재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1그루브와 제2그루브의 평면 형상은 정사각형, 직사각형, 사다리꼴, 삼각형, 반원형 및 반타원형 중 어느 하나인 진공단열재용 심재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1그루브의 높이(HG1)는 제1심재의 최대 두께(T1)를 기준으로 30 내지 90%이며, 상기 제2그루브의 높이(HG2)는 제2심재의 최대 두께(T2)를 기준으로 30 내지 90%인 진공단열재용 심재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1심재와 제2심재는 각각 무기섬유 및 무기 바인더를 포함하는 진공단열재용 심재.
  6. 제5항에 있어서, 상기 무기섬유의 총 중량 대비 1 내지 5 중량%의 무기 바인더를 포함하는 진공단열재용 심재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 심재 및 상기 심재를 둘러싸는 봉지 부재를 포함하는 진공단열재.
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