KR102082918B1 - 단열재 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 단열재는, 나노 셀 폼을 포함하는 제1 층; 상기 제1 층 위에 위치하며, 상기 나노 셀 폼보다 큰 포어를 가지는 마이크로 셀 폼을 포함하는 제2 층; 및 상기 제2 층 위에 위치하며, 팽창 흑연을 포함하는 제3 층을 포함한다.

Description

단열재
본 발명은 단열재에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 적층 구조를 개선한 단열재에 관한 것이다.
건축물 등의 단열 성능을 높이기 위하여 사용되는 다양한 단열재를 사용하고 있다. 이러한 단열재로 가장 널리 사용되는 것이 수지를 발포하여 형성된 발포체로 구성된 단열재이다.
그러나 이와 같이 수지를 발포하여 발포체로 구성된 단열재는 그 자체만으로 구현할 수 있는 단열 성능에 한계가 있어 충분한 단열 성능을 확보하기 어렵다. 따라서 충분한 단열 성능을 구현할 수 있는 단열재가 요구되고 있다.
본 발명은 우수한 단열 성능을 가지는 단열재를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 단열재는, 나노 셀 폼을 포함하는 제1 층; 상기 제1 층 위에 위치하며, 상기 나노 셀 폼보다 큰 포어를 가지는 마이크로 셀 폼을 포함하는 제2 층; 및 상기 제2 층 위에 위치하며, 팽창 흑연을 포함하는 제3 층을 포함한다.
상기 제2 층의 상기 포어의 평균 크기가 5um 내지 30um로 형성될 수 있다.
상기 제2 층의 밀도가 상기 제1 층의 밀도보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제1 층의 밀도에 대한 상기 제2 층의 밀도의 비율이 0.2 내지 0.4로 형성될 수 있다.
상기 제2 층이 상기 제1 층의 양면에 각기 위치하고, 상기 제3 층이 상기 제1 층의 양면에 각기 위치하는 상기 제2 층 위에 각기 위치하여 상기 단열재의 양쪽 외면을 구성할 수 있다.
상기 제1 층은 폴리스티렌과 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는 폼으로 이루어지고, 상기 제2 층은 폴리스티렌 폼으로 이루어지고, 상기 제3 층은 상기 팽창 흑연과 폴리스티렌 수지를 포함할 수 있다.
상기 제1 층의 두께가 상기 제3 층의 두께보다 크고, 상기 제2 층의 두께가 상기 제1 층 및 상기 제3 층의 두께 각각보다 크게 형성될 수 있다.
상기 단열재가 판상 단열재로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 단열재에서는 제1 층, 제2 층 및 제3 층의 적층 구조에 의하여 복사, 고체상 및 기체상에 따른 열전도도를 각기 낮추어 열전도도를 효과적으로 낮출 수 있다. 그리고 외면에 복사에 의한 열전도를 저감하는 제3 층을 위치시켜 단열재의 내부로 복사에 의한 열이 전도되지 않도록 하고, 제3 층의 내부에 위치한 제2 층에 의하여 고체상을 통한 열 전도를 저감하고 가장 내부에 치한 제1 층에서 기체상을 통한 열 전도를 저감한다. 이와 같은 적층 순서에 의하여 열전도도를 효과적으로 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명이 실시예에 따른 단열재를 도시한 개략적인 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 단열재를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 실시예에 따른 단열재를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 단열재(100)는, 나노 크기의 제1 기공(10a)을 가지는 나노 셀 폼을 포함하는 제1 층(10)과, 제1 층(10) 위에 위치하며 제1 기공(10a)보다 큰 제2 기공(20a)를 가지는 마이크로 셀 폼을 포함하는 제2 층(20)과, 제2 층(20) 위에 위치하며 팽창 흑연(32)을 포함하는 제3 층(30)을 포함한다. 이때, 제2 층(20)이 제1 층(10)의 양쪽에 각기 위치하고, 제3 층(30)이 제1 층(10)의 양쪽에 각기 위치하는 제2 층(20) 위에서 각기 위치할 수 있다. 이에 의하여 제1 층(10)이 중심층을 구성하고, 제3 층(30)이 단열재(100)의 양쪽 외면을 구성하고, 제2 층(20)이 제1 층(10)과 양쪽 외면의 제3 층(30) 사이에 각기 위치할 수 있다.
단열재(100)의 외면을 구성하는 제3 층(30)은 팽창 흑연(32)을 포함하여 열 복사를 차단하는 역할을 할 수 있다. 팽창 흑연(32)은 판형 기하 구조를 가지고 입사각 또는 진동수와 관계 없이 모든 전자기 복사를 흡수할 수 있다. 그리고 구불거리고 거친 팽창 흑연(32)의 표면은 다중 반사를 야기할 수 있다. 이에 의하여 팽창 흑연(32)은 열복사를 효과적으로 차단할 수 있다.즉, 제3 층(30)에 의하여 복사를 통한 열전도율(λrad)을 낮출 수 있다. 팽창 흑연(32)은 직경이 5mm 이하(일 예로 직경 1mm 내지 5mm)이고, 길이가 20mm 내지 50mm일 수 있다. 팽창 흑연(32)은 제3 층(30) 전체 100 중량%에 대하여 0.01 중량% 내지 5 중량%만큼 포함될 수 있다. 이러한 직경, 길이, 및 중량%에서 복사를 통한 열전도율을 효과적으로 방지할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 팽창 흑연(32)의 직경, 길이 및 중량%가 다양한 값을 가질 수 있다. 좀더 구체적으로, 제3 층(30)은 수지(34) 내에 팽창 흑연(32)이 분산된 층일 수 있다. 수지(34)로는 단열 성능이 우수한 수지(32)를 포함할 수 있는데, 일 예로, 폴리스티렌 수지를 포함할 수 있다. 또는, 제3 층(30)의 수지(34)는 제1 층(10) 및 제2 층(20)에 적어도 일부로 포함된 수지(즉, 폴리스티렌 수지)와 동일한 수지가 포함될 수 있다. 이는 제3 층(30)이 제1 층(10) 및 제2 층(20)의 적어도 일부와 동일한 수지를 포함하여 동일한 특성을 가지도록 하여 이종 물질을 사용할 경우에 나타날 수 있는 문제 등을 방지할 수 있다. 일 예로, 제3 층(30)은 팽창 흑연(32)을 포함하는 폴리스티렌 폼으로 구성될 수 있다.
그리고 제1 층(10)과 제3 층(30) 사이에 위치하는 제2 층(20)은 마이크로 셀 폼을 포함하여 고체를 통한 열전도를 감소시킬 수 있다. 즉, 제2 층(20)에 의하여 고체상을 통한 열전도율(λsolid)을 낮출 수 있다. 이때, 제2 층(20)은 제1 층(10)보다 작은 밀도를 가져 고체를 통한 열전도를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 일 예로, 제2 층(20)의 제2 기공(20a)의 평균 크기가 5um 내지 30um이고, 제1 층(10)의 밀도에 대한 제2 층(20)의 밀도의 비율(또는 제1 층(10)에 대한 제2 층(20)의 상대 밀도)가 0.2 내지 0.4일 수 있다. 이러한 범위 내에서 고체를 통한 열전도를 최대한으로 감소할 수 있다.
그리고 제1 층(10)은 제2 기공(20a)보다 작은 크기의 제1 기공(10a)을 가지는 나노 셀 폼을 포함하여 기체를 통한 열전도를 감소시킬 수 있다. 즉, 제1 층(10)에 의하여 기체상을 통한 열전도율(λgas)을 낮출 수 있다. 제1 층(10)이 작은 크기의 제1 기공(10a)을 가지는 다공성 구조를 가지므로, 기체가 제1 층(10)의 나노 셀의 벽에 충돌 할 때 에너지를 전달하는 크누센 효과를 나타낼 수 있다. 이에 의하여 제1 층(10)이 기체를 통한 열전도도를 감소시킬 수 있다.
이때, 제2 층(20)은 폴리스티렌 폼으로 구성될 수 있고, 제1 층(10)은 폴리스테린과 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는 폼으로 구성될 수 있다. 폴리스티렌을 포함하는 폼은 미세한 독립 포어 구조를 가져 우수한 단열 특성을 가지며 수분이나 습기에도 강하다.
이와 같이 본 실시예에서는 제1 층(10)에 의하여 기체상을 통한 열전도율(λgas)을 낮추고 제2 층(20)에 의하여 고체상을 통한 열전도율(λsolid)을 낮추고 제3 층(30)에 의하여 복사를 통한 열전도율(λrad)을 낮출 수 있다. 열전도율은 기체상을 통한 열전도율(λgas), 고체상을 통한 열전도율(λsolid) 및 복사를 통한 열전도율(λrad)의 합인데, 본 실시예에서는 이러한 열전도율을 각기 낮추어 열전도도를 효과적으로 낮출 수 있다. 그리고 외면에 복사에 의한 열전도를 저감하는 제3 층(30)을 위치시켜 단열재(100)의 내부로 복사에 의한 열이 전도되지 않도록 하고, 제3 층(30)의 내부에 위치한 제2 층(20)에 의하여 고체상을 통한 열 전도를 저감하고 가장 내부에 위치한 제1 층(10)에서 기체상을 통한 열 전도를 저감한다. 이에 의하여 열 전도도를 효과적으로 낮출 수 있다.
이때, 제1 층(10)의 두께(T1)가 제3 층(30)의 두께(T3)보다 크고, 제2 층(20)의 두께(T2)가 제1 층(10)의 두께(T1) 및 제3 층(30)의 두께(T3) 각각보다 클 수 있다.
상술한 단열재(100)는 제1 층(10), 제2 층(20) 및 제3 층(30)이 적층된 방향을 두께로 하는 판상 단열재 또는 단열 패널 등으로 사용될 수 있다.
도면에서는 제1 층(10)과 제2 층(20)이 서로 접촉하고 제2 층(20)과 제3 층(30)이 서로 접촉하여 형성되어 단순한 구조에 의하여 열 전도도를 최소화할 수 있는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 층(10)과 제2 층(20) 사이에 다른 층이 위치하거나 제2 층(20)과 제3 층(30) 사이에 다른 층이 위치하는 등의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 나노 셀 폼을 포함하는 제1 층;
    상기 제1 층 위에 위치하며, 상기 나노 셀 폼보다 큰 포어를 가지는 마이크로 셀 폼을 포함하는 제2 층; 및
    상기 제2 층 위에 위치하며, 팽창 흑연을 포함하는 제3 층을 포함하고,
    상기 제1 층은 폴리스티렌과 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는 폼으로 이루어지고, 상기 제2 층은 폴리스티렌 폼으로 이루어지고, 상기 제3 층은 상기 팽창 흑연과 폴리스티렌 수지를 포함하고,
    상기 제1 층의 두께가 상기 제3 층의 두께보다 크고, 상기 제2 층의 두께가 상기 제1 층 및 상기 제3 층의 두께 각각보다 큰 단열재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층의 상기 포어의 평균 크기가 5um 내지 30um인 단열재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층의 밀도가 상기 제1 층의 밀도보다 작은 단열재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층의 밀도에 대한 상기 제2 층의 밀도의 비율이 0.2 내지 0.4인 단열재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층이 상기 제1 층의 양면에 각기 위치하고,
    상기 제3 층이 상기 제1 층의 양면에 각기 위치하는 상기 제2 층 위에 각기 위치하여 상기 단열재의 양쪽 외면을 구성하는 단열재.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단열재가 판상 단열재인 단열재.
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