KR102120810B1 - 진공단열재 외피재용 적층재 및 이를 포함한 진공단열재 외피재 - Google Patents

진공단열재 외피재용 적층재 및 이를 포함한 진공단열재 외피재 Download PDF

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Abstract

본 출원은 진공단열재 외피재용 적층재 및 이를 포함한 진공단열재 외피재에 관한 것이다.

Description

진공단열재 외피재용 적층재 및 이를 포함한 진공단열재 외피재 {MULTILAYER MATERIAL FOR COVERING MATERIAL OF VACUUM INSULATING PANEL AND COVERING MATERIAL OF VACUUM INSULATING PANEL COMPRISING THE SAME}
본 출원은 진공단열재 외피재용 적층재 및 이를 포함한 진공단열재 외피재 에 관한 것이다.
진공단열재는 가스나 수분의 투과율이 낮은 외피재와 진공상태인 외피재 내부에 단열효과가 뛰어난 심재, 게터재 및 수분 및 기체차단성이 높은 외피재로 구성되어 열 차단 효과가 매우 우수하여, 폴리우레탄이나 스티로폼 같은 기존 단열재보다 수배 이상 단열성능이 높아 최근 수요가 증가하고 있는 첨단소재이다.
일반적으로 진공단열재 외피재는 금속 성분을 포함하며 형성되었는데, 이를 통해 외피재 내부의 진공상태를 유지하여 가스 차단성, 수분 차단성 및 심재의 단열 성능을 유지하도록 하고 있다.
한편, 진공단열재의 열효율은 심재의 성능에 크게 좌우되지만, 심재를 둘러싸는 외피재의 열전도율에도 영향을 받게 된다. 따라서 금속 성분이 포함된 진공단열재 외피재의 경우 금속 성분의 높은 열전도도에 기인한 열전달 현상이 일어날 수 있다. 이를 최소화 하기 위하여, 금속 박막을 포함하는 형태에서 기재층에 금속이 증착되는 형태로 변화하였다. 구체적 일 예로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0001232호와 같은 진공단열재의 외피재는 3개의 베리어층으로 일면 또는 양면에 금속을 증착시킨 제1기재층, 제2기재층, 제3기재층을 이용하고 있다. 그러나 이렇게 금속이 증착된 기재층 형태의 베리어층은 열차단이 효과적이지 못하다. 따라서, 진공단열재 외피재의 열전달 현상을 줄이기 위하여, 금속 성분을 최소화 하는 개발이 요구된다.
KR 10-2017-0001232 A1 (2017.01.04)
본 출원은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 금속 증착층이 형성된 기재층을 포함하는 금속 베리어층, 유기소재, 무기소재 중 어느 하나 이상을 포함하는 수분 및 기체 차단성 소재를 포함하는 박막층이 형성된 기재층을 포함하는 하나 이상의 비금속 베리어층 및 비금속 베리어층 하단에 열접착층을 포함하는 진공단열재 외피재용 적층재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 출원은 상기의 적층재를 포함하는 진공단열재 외피재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원은 상기의 목적을 달성하기 위하여 금속 증착층이 형성된 기재층을 포함하는 금속 베리어층, 유기소재, 무기소재 중 어느 하나 이상을 포함하는 수분 및 기체 차단성 소재를 포함하는 박막층이 형성된 기재층을 포함하는 하나 이상의 비금속 베리어층 및 비금속 베리어층 하단에 열접착층을 포함하는 진공단열재 외피재용 적층재를 제공한다.
상기 금속 베리어층은 금속증착층이 일면 또는 내부에 형성된 기재층을 포함할 수 있다. 상기 금속증착층은 알루미늄을 증착한 것일 수 있다. 상기 금속증착층의 광학밀도 (OD)는 2.0-4.0일 수 있고, 구체적으로는 광학밀도가 3.5-4.0일 수 있다. 상기 금속증착층의 두께는 30-40nm일 수 있다. 상기 금속증착층의 두께가 상기 범위일 경우 외피재용 적층재의 내구성이 떨어져 핀홀이 쉽게 발생하지 않아 공정 내 이물 유입이 방지될 수 있다.
상기 금속 베리어층의 기재층은 후술되는 비금속 베리어층과 독립적으로 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아미드 및 유리섬유 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 구체적으로는 상기 기재층은 폴리에스터, 폴리올레핀 또는 폴리아미드 필름 또는 시트일 수 있고, 또는 폴리에스터 또는 유리섬유 부직포일 수 있으며, 또는 상기 필름 또는 시트와 부직포 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 기재층은 5㎛ 내지 30㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 구체적으로 10㎛ 내지 20㎛, 더욱 구체적으로 10㎛ 내지 15㎛, 가장 구체적으로는 11㎛ 내지 13㎛로 형성될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 기재층의 두께가 5㎛ 미만일 경우, 외부의 충격이나 스크래치 등에 진공단열재 외피재가 쉽게 파손될 수 있고, 30㎛ 초과하는 경우 제조비용의 증가 및 가공성이 저하될 수 있다.
상기 비금속 베리어층은 박막층이 형성된 기재층을 포함하는 것으로, 진공단열재 외피재용 적층재에 하나 이상 형성될 수 있다. 상기 비금속 베리어층은 투명하면서도 종래 금속층과 동등한 기체 차단성 및 열전도 및 열충격 전후의 열전도도 차이가 적다.
상기 박막층은 유기소재, 무기소재 중 어느 하나 이상을 포함하는 수분 및 기체 차단성 소재로 기재층 상면에 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 유기소재는 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알콜, 나노클레이로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고, 상기 무기소재는 산화규소, 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 유기소재는 판상형 또는 침상형 등의 유기소재를 분산 시켜 기재층상에 코팅 또는 경화하여 박막층을 형성할 수 있으며, 상기 무기소재는 기재층 위에 진공증착 등의 방식을 통해 증착할 수 있고, 상기 유기소재 및 무기소재는 차단성일 수 있고, 기재층상에 복합코팅방식으로 복수로 형성될 수 있다.
상기 박막층은 수분 및 기체 차단능을 가질 수 있도록 충분한 두께로 형성될 수 있으며 구체적으로 0.1㎛ 내지 1㎛, 더욱 구체적으로 0.3 ㎛ 내지 0.9㎛, 가장 구체적으로 0.3㎛ 내지 0.6㎛ 일 수 있다. 상기 박막층이 1㎛ 보다 두꺼울 경우 적층재의 가공성이 저하될 수 있다.
상기 비금속 베리어층의 기재층은 전술한 금속 베리어층과 독립적으로 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아미드 및 유리섬유 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 구체적으로는 상기 기재층은 폴리에스터, 폴리올레핀 또는 폴리아미드 필름 또는 시트일 수 있고, 또는 폴리에스터 또는 유리섬유 부직포일 수 있으며, 또는 상기 필름 또는 시트와 부직포 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 기재층은 5㎛ 내지 30㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 기재층의 두께가 5㎛ 미만일 경우, 외부의 충격이나 스크래치 등에 진공단열재 외피재가 쉽게 파손될 수 있고, 30㎛ 초과하는 경우 제조비용의 증가 및 가공성이 저하될 수 있다.
상기 비금속 베리어층은 진공단열재 외피재용 적층재에 하나 이상 형성될 수 있고, 구체적으로는 둘 이상 형성될 수 있다. 상기 비금속 베리어층은 하나 이상 형성되되 상기한 금속 베리어층과 적층되어 수분 및 기체 차단능을 가질 수 있다. 구체적으로 상기 비금속 베리어층은 제1 비금속 베리어층 및 제2 비금속 베리어층을 포함하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 비금속 베리어층과 상기 제2 비금속 베리어층의 기체 차단성 소재는 유기소재 또는 무기소재를 포함할 수 있으며, 각각 다른 소재를 포함할 수 있다. 상기 제 1 비금속 베리어층의 기체 차단성 소재는 유기 소재를 포함하고, 상기 제 2 비금속 베리어층의 기체 차단성 소재는 무기 소재를 포함할 수 있다. 상기 제1 비금속 베리어층과 상기 제2 비금속 베리어층을 각각 다른 소재를 포함하도록 사용하여 각 소재의 단점을 보완하여 다양한 온도, 습도 조건에서 열화를 최소화할 수 있다.
상기 열접착층은 비금속 베리어층의 하단에 형성되는 것으로 상기 열접착층은 진공단열재 제작 시 다른 진공단열재 외피재용 적층재의 열접착층과 열접착되는 층이다. 상기 열접착층은 폴리올레핀 계열 수지, 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 수지, 메타크릴산 메틸 에틸렌 공중합체 수지 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 열접착층은 20㎛ 내지 60㎛, 구체적으로는 30㎛ 내지 50㎛의 두께로 형성될 수 있다. 열접착층의 두께가 20㎛ 미만일 경우 접착력이 약하여 열접착이 되지 않을 수 있고, 60㎛ 초과하는 경우 실링층을 통한 외부 가스 및 수증기의 유입량이 많아져 진공단열재의 내구성이 저하될 수 있다.
상기 진공단열재 외피재용 적층재의 각 층은 접착층에 의하여 접착될 수 있다. 구체적으로 상기 접착층은 폴리우레탄 기반의 접착제일 수 있고, 접착층은 2~8 g/m2, 구체적으로 3~4g/m2 도포되어 형성될 수 있다.
상기 진공단열재 외피재용 적층재는 금속 증착층이 형성된 기재층을 포함하는 금속 베리어층 및 박막층이 형성된 기재층을 포함하는 하나 이상의 비금속 베리어층을 제조한 뒤 이들을 접착제로 도포, 적층한 뒤 비금속 베리어층의 저면에 열접착층을 접착제로 접착하는 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 각각의 금속 베리어층 및 비금속 베리어층은 산소 및 수분 차단특성을 고려하여 적층 순서 및 방향을 결정할 수 있고, 구체적으로 위로부터 금속 증착층이 형성된 기재층을 포함하는 금속 베리어층, 유기 소재를 포함하는 기체 차단성 소재로 박막층이 기재층 상면에 형성된 제 1 비금속 베리어층 및 무기 소재를 포함하는 기체 차단성 소재로 박막층이 기재층 상면에 형성된 제 2 비금속 베리어층 순으로 적층하되 차단성능을 내는 박막의 코팅 또는 증착층을 맞대어 접착한다.
상기 진공단열재 외피재용 적층재는 열전도도 변화가 감소된 것일 수 있다. 상기 열전도도 변화 감소는 진공단열재 외피재용 적층재로 제작한 진공단열재 외피재의 초기 열전도도에 비해 2.0 mW/mK, 또는 2.2 mW/mK 이상 및/또는 2.5 mW/mK, 2.7 mW/mK, 또는 3.0 mW/mK 미만으로 감소된 것일 수 있다. 상기 열전도도 측정은 가속테스트 조건(온도 80℃, 65%RH) 조건에 1,2,3,4,5 또는 6주가 보관 이후 측정한 열전도도를 비교한 것일 수 있다.
또한, 본 출원은 상기의 진공단열재 외피재용 적층재를 이용한 진공단열재 외피재를 제공한다.
상기 진공단열재의 외피재는 상기 적층재상에 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층은 외부의 충격, 스크레치로부터 외피재를 보호하는 역할을 하며, 상기 보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 수지, 폴리프로필렌(OPP) 중 선택되는 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 출원은 상기 진공단열재 외피재를 이용한 진공단열재를 제공한다.
상기 진공단열재는 심재 및 흡착제(게터, Getter)를 포함하는 것으로 공지의 방법을 통하여 상기 진공단열재 외피재, 상기 외피재에 의해 봉지되며 유리섬유, 그라스울, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 중에서 선택된 1종 이상의 심재 및 흡착재를 포함할 수 있다.
본 출원의 진공단열재 외피재용 적층재는 종래의 진공단열재 외피재용 적층재와 비교하여 금속증착층이 최소화됨으로 인하여 열전도도 및 열 충격 전후의 열전도도의 차이가 적은 효과가 있다.
또한 본 출원은 상기의 적층재를 포함하는 진공단열재 외피재를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이하에서 구체적인 실시예를 통하여 본 출원을 더욱 구체적으로 설명한다. 다만, 실시예는 본 출원을 설명하기 위한 일 예시일 뿐 본 출원의 범위가 실시예의 범위로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1: 진공단열재 외피재용 적층재의 제조
(1) 금속 베리어층 및 비금속 베리어층의 제조
광학밀도가 4.0인 알루미늄을 기재층 (폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아미드 등)의 표면에 약 30-40nm 또는 그 미만의 박막을 형성하도록 증착하여 금속 베리어층을 제조하였다.
그리고 유기물질로서 판상형 또는 침상형등의 나노클레이(bentonite, Exfoliated graphite, vermiculite등)를 배열하여 기재층(폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아미드 등)의 상면에 약 0.5㎛ 또는 그 미만의 박막을 형성하여 제1 비금속 베리어층을 제조하였다.
또한, 무기소재(산화 알루미늄 또는 산화금속)를 배열하여 기재(폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아미드 등)의 상면에 약 0.5㎛ 또는 그 미만의 박막을 형성하여 제2 비금속 베리어층을 제조하였다.
금속 베리어층, 제 1 및 2 비금속 베리어층들 사이에 폴리우레탄계열의 접착제를 3 ~ 4g/m2도포한 뒤 위에서부터 금속 베리어층, 제 1 및 2 비금속 베리어층 순서대로 적층하였다.
(2) 열접착층의 형성
상기 제2 비금속 베리어층 저면에 폴리올레핀 계열 수지, 에틸렌 초산 비닐(EVA) 수지, 메타크릴산 메틸 에틸렌 공중합체 수지 중 선택된 어느 하나의 필름을 폴리우레탄계열의 접착제를 3 ~ 4g/m2의 도포량으로 도포, 접착하여 열접착층을 형성하였다.
실험예 1: 산소투과도의 측정
제조예 1에서 제조된 제1 및 2 비금속 베리어층 및 제조예 1의 적층재를 온도 23℃, 상대습도 0%RH 조건에 두고 산소투과도를 측정하였다.
그 결과 제1 및 2 비금속 베리어층은 산소투과도가 0.5cc/m2/day미만이고, 적층재는 산소투과도가 0.01cc/m2/day 미만인 것으로 확인되어 산소차단 효과가 있음이 확인되었다.
실험예 2: 수분투과도의 측정
상기 제조예 1의 적층재를 ASTM F-1249법에 의거하여 측정하되, MOCON사의 3/33 장비를 이용하여 수분투과도를 측정하였다.
그 결과 제조예 1의 적층재는 수분 투과도가 0.01g/m2/day 미만인 것을 확인하여 수분차단 효과가 있음을 확인하였다.
제조예 2 및 3: 진공단열재 외피재 및 진공단열재의 제조
제조예 1 에서 제조된 진공단열재 외피재용 적층재의 금속증착층 상에 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 보호층을 형성하여 진공단열재 외피재를 제조하였다 (제조예 2).
그리고 공지의 방법을 통하여 상기 제조예 2의 진공단열재 외피재, 상기 외피재에 의해 봉지되며 유리섬유, 그라스울, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 중에서 선택된 1종 이상의 심재 및 게터재를 포함하는 진공단열재를 제조하였다 (제조예 3).
실험예 3: 열전도도 및 열충격 평가
제조예 3의 진공단열재 외피재로 진공단열재를 제작하여, 초기 열전도도 측정 후 가속테스트 조건(온도 80℃, 65%RH) 조건에 6주가 보관 이후 열전도도를 측정하였다. 가속테스트 전, 후의 열전도도 변화값은 2.5mW/mK미만으로 기존의 금속 증착층을 3개층을 포함한 외피재와 동등성능을 구현함을 확인할 수 있었다.

Claims (7)

  1. 심재: 및
    상기 심재의 전 영역을 봉지하는 진공단열재 외피재용 적층재를 포함하는 진공단열재 외피재;를 포함하며,
    상기 진공단열재 외피재용 적층재가,
    금속 증착층이 형성된 기재층을 포함하는 금속 베리어층;
    유기소재, 무기소재 중 어느 하나 이상을 포함하는 수분 및 기체 차단성 소재를 포함하는 박막층이 형성된 기재층을 포함하는 하나 이상의 비금속 베리어층; 및
    비금속 베리어층 하단에 열접착층을 포함하며,
    상기 금속 증착층의 전 영역에 금속이 포함되며,
    상기 비금속 베리어층은 제1 비금속 베리어층 및 제2 비금속 베리어층을 포함하며,
    상기 제 1 비금속 베리어층의 기체 차단성 소재는 유기 소재를 포함하고,
    상기 제 2 비금속 베리어층의 기체 차단성 소재는 무기 소재를 포함하는 진공단열재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막층은 기재층 상면에 형성되되,
    상기 유기소재는 에틸렌비닐알콜, 폴리비닐알콜, 나노클레이로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이고,
    상기 무기소재는 산화규소, 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 진공단열재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박막층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛인 진공단열재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 베리어층의 기재층 및 상기 비금속 베리어층의 기재층은 각각 독립적으로 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아미드 중 어느 하나 이상을 포함하는 진공단열재.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열접착층은 폴리올레핀 계열 수지, 에틸렌 초산비닐 공중합체(EVA) 수지, 메타 크릴산 메틸 에틸렌 공중합체 수지 중 어느 하나 이상을 포함하는 진공단열재.
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