KR102489393B1 - 단열 효과가 뛰어난 친환경 단열재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 단열층, 제2 단열층 및 제3 단열층을 포함하고, 상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제1 단열층 및 제3 단열층은 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어진 부직포를 포함하고, 상기 제2 단열층은 바이오매스(Biomass)로 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 포함하고, 상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)인 친환경 단열재에 관한 것이다.
본 발명은 친환경 단열재를 제공하여, 자연폐기물인 바이오매스(Biomass)를 사용하여 폐기 과정에서 나오는 탄소 발생량을 최소화할 수 있는 친환경적이면서도 향상된 단열율을 가지면서도, 난연성이 향상된 단열재를 제공할 수 있다.
본 발명은 친환경 단열재를 제공하여, 자연폐기물인 바이오매스(Biomass)를 사용하여 폐기 과정에서 나오는 탄소 발생량을 최소화할 수 있는 친환경적이면서도 향상된 단열율을 가지면서도, 난연성이 향상된 단열재를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 자연 유래 물질을 사용하여 단열 효과를 가진 소재를 사용한 단열재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 기존의 석유 유래 물질을 사용한 단열재와 달리, 자연 유래 물질(이하, 바이오매스)을 사용하여 생분해도가 향상되면서도 단열 효과가 비슷하거나 오히려 향상된 친환경 단열재에 관한 발명이다.
세계적으로 화석연료의 고갈과 지구 온난화 문제가 대두되면서 에너지 절약의 중요성이 새롭게 부각되고 있다. 이에 따라 에너지를 절약할 수 있는 방안으로 열효율을 높일 수 있는 방안으로'패시브 하우스'나 '에너지 제로 하우스'와 같은 에너지 절약 건축물 및 구조물과, 여기에 필요한 고효율 단열재에 대한 관심이 높아지고 있다. 대표적인 고효율 단열재로는 기네스북에 등재된 에어로젤(Aerogel)과 같은 다공성 소재들이 있다. 에어로젤(Aerogel)은 거의 기체로만 구성되어 있는 초경량 단열 소재로써, 고체보다는 기체의 열전도성을 지니고 있으며, 기공의 크기가 평균 크기의 움직임 반경보다 적어 기체의 문제점인 대류에 의한 열확산도 최소화할 수 있으므로 최고의 단열 성능을 보이게 된다. 에어로젤(Aerogel)은 초경량 및 낮은 열전도도와 같은 특성뿐만 아니라 우수한 방음성도 지니고 있으나, 강한 압축 강도에 비해 충격 강도가 매우 약해 그 자체로서 사용되기에는 한계가 있으므로 지지체를 활용하거나 다른 성분과 혼합하여 사용되어야 한다. 에어로젤은 유리섬유보다 40배의 단열 효과를 가지며, 고분자 발포재보다도 2배 이상의 낮은 열전도도를 보인다. 덴마크기술대학에서 발표한 HILIT결과에 의하면 전형적인 덴마크 주택에서 아르곤을 넣은 3중창보다도 투명 에어로젤 진공창을 이용하여 연간 1,200kWh, 19%의 에너지 절약이 가능하고, 패시브 하우스라고 불리는 저에너지 주택에서도 연간 700kWh, 34%의 에너지 절약이 가능하고 보고한 바 있다.
일반적으로 에어로젤(Aerogel)로써 가장 널리 알려져 있는 것은 실리카 에어로젤(Airogel)이며 원료로는 실리콘알콕사이드(Silicon Alkoxide)나 물유리(Water Glass)가 사용된다. 원료 가격 면에서 보면 물유리(Water Glass)가 유리하나, 공정상 간단한 솔-젤 합성을 하는 알콕사이드(Alkoxide) 공정에 비하여, 물유리(Water Glass)의 경우에는 추가적인 화학처리가 필요하고 다량의 폐수가 발생하는 문제점이 있어 환경 문제를 야기할 수 있다. 실리카 이외의 물질도 에어로젤(Aerogel) 형태로 제조가 가능하며 특히 레노시놀-포름알데히드(Resorcinol-Formaldehyge), 멜라민-포름알데히드(Melamine-Formaldehyde) 등을 이용한 다양한 성분의 유기 에어로젤(Organic Aerogel)도 제조가 가능하다.
최근 환경 보호에 대한 전세계적인 자각과 함께 자원의 재활용과 친환경 재료 사용을 장려하는 분위기가 조성되고 있으며, 이에 발맞추어 탄소 배출을 최소화할 수 있는 바이오매스(Biomass)를 활용한 친환경 소재에 대한 연구 및 상용화가 끊이지 않고 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해소하고자 발명한 것으로 다음과 같은 목적을 가진다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 제1 단열층, 제2 단열층 및 제3 단열층을 포함하고, 상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제1 단열층 및 제3 단열층은 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어진 부직포를 포함하고, 상기 제2 단열층은 바이오매스(Biomass)로 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 포함하고, 상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)인 친환경 단열재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예는, 제1 단열층, 제2 단열층 및 제3 단열층을 포함하고, 상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제1 단열층 및 제3 단열층은 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어진 부직포를 포함하고, 상기 제2 단열층은 바이오매스(Biomass)로 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 포함하고, 상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)인 친환경 단열재를 제공한다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예는, 제1 단열층, 제2 단열층 및 제3 단열층을 포함하고, 상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제1 단열층 및 제3 단열층은 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어진 부직포를 포함하고, 상기 제2 단열층은 바이오매스(Biomass)로 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 포함하고, 상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)이고, 상기 에어로젤(Aerogel)의 밀도(density)는 65.0 kg/m3 내지 150.0 kg/m3인 친환경 단열재를 제공한다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예는, 제1 단열층, 제2 단열층 및 제3 단열층을 포함하고, 상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제1 단열층 및 제3 단열층은 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어진 부직포를 포함하고, 상기 제2 단열층은 바이오매스(Biomass)로 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 포함하고, 상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)이고, 상기 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)의 M/G 비(ratio)는 1.5 내지 4.0인 친환경 단열재를 제공한다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예는, 제1 단열층, 제2 단열층 및 제3 단열층을 포함하고, 상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제1 단열층 및 제3 단열층은 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어진 부직포를 포함하고, 상기 제2 단열층은 바이오매스(Biomass)로 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 포함하고, 상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)이고, 상기 에어로젤(Aerogel)은 미세플라스틱(Microplastics)을 포함하고, 상기 미세플라스틱(Microplastics)은 PET(Polyethylene Terephthalate) 또는 EPS(Expanded Polystyrene)중 하나 이상을 포함하고, 상기 미세플라스틱(Microplastics)은 입도분포 D50은 30μm 내지 35μm이고, 상기 미세플라스틱(Microplastics)의 입도 분포는 하기 수학식 1로 표시되는 입도분포폭이 0.5 내지 1인 친환경 단열재를 제공한다.
[수학식 1]
입도분포폭 = (D90-D10)/D50
식 중에서, D10, D50 및 D90은 각각 미세플라스틱(Microplastics)의 전체 중량을 100%로 하여 입도 분포의 누적량이 10%, 50% 및 90%가 되는 부분의 입자 직경을 의미한다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예는, 제1 단열층, 제2 단열층 및 제3 단열층을 포함하고, 상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿아 있고, 상기 제1 단열층 및 제3 단열층은 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어진 부직포를 포함하고, 상기 제2 단열층은 바이오매스(Biomass)로 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 포함하고, 상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)이고, 상기 제1 단열층의 일측면은 마감재와 맞닿아 있고, 상기 제3 단열층의 일측면은 마감재와 맞닿아 있고, 상기 마감재는 폴리락틱산(Poly Lactic Acid)를 포함하는 친환경 단열재를 제공한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 친환경 단열재에 따르면, 자연폐기물인 바이오매스(Biomass)를 사용하여 폐기 과정에서 나오는 탄소 발생량을 최소화할 수 있는 친환경적인 특유한 효과와 친환경 소재로 향상된 단열율을 가질 수 있는 특유한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 친환경 단열재에 따르면, 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)를 사용하여 난연성이 향상될 수 있는 특유한 효과가 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.
본 발명의 친환경 단열재는 제1 단열층, 제2 단열층 및 제3 단열층을 포함할 수 있다. 상기 친환경 단열재는 외측 마감재 및 내측 마감재를 포함할 수 있다. 상기 제1 단열층 내지 상기 제3 단열층, 상기 외측 마감재 및 상기 내측 마감재는 면의 형상으로 각각 형성될 수 있다. 상기 제1 단열층 내지 상기 제3 단열층 및 마감재는 일체로 만들어질 수 있으며, 상기 제1 단열층 내지 상기 제3 단열층 및 마감재는 각각 만들어진 뒤 합쳐져 단열재를 구성할 수 있다. 상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿을 수 있다. 상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿을 수 있다. 상기 제1 단열층의 일측면은 마감재와 맞닿을 수 있다. 상기 제3 단열층의 일측면은 마감재와 맞닿을 수 있다.
친환경 단열재는 외부 공간으로부터 내부 공간의 온도 유지를 위하여, 열의 이동을 차단하기 위해 사용될 수 있다. 상기 외부 공간은 일반적으로 시간의 흐름에 따라 온도의 변화가 발생할 수 있다. 상기 내부 공간은 정해진 온도 범위 내에서 온도가 벗어나지 않도록 유지될 수 있다. 상기 제1 단열층은 사용 과정에서 단열재의 상기 외부 공간 방향으로 배향될 수 있다. 상기 제3 단열층은 사용 과정에서 단열재의 상기 내부 공간 방향으로 배향될 수 있다.
상기 제1 단열층은 면의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 단열층의 상하부 면은 각각 제1 단열상면, 제1 단열하면일 수 있다. 상기 제1 단열상면은 상기 외부 공간 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 단열하면은 상기 내부 공간 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 단열층은 40중량부일 수 있다. 상기 제1 단열층은 상기 외부 공간으로부터 상기 내부 공간으로 유입되는 열에너지 또는 상기 내부 공간으로부터 상기 외부 공간으로 유출되는 열에너지를 최소화할 수 있다. 상기 제1 단열층은 상기 외부 공간으로부터 유입될 수 있는 오염물을 차단하여 단열재의 손상을 최소화할 수 있다. 상기 제1 단열층은 상기 외부 공간으로부터 유입될 수 있는 충격을 차단하여 단열재의 손상을 최소화할 수 있다.
상기 제1 단열층은 부직포를 포함할 수 있다. 상기 제1 단열층은 하나 이상의 부직포로 구성될 수 있다. 하나의 실시예에 따르면, 상기 하나 이상의 부직포는 각각 40중량부일 수 있다. 상기 부직포는 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene, 비닐론(Vinylon), 아라미드(Aramid), 키토산(Chitosan), 셀룰로오스(Cellulose) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어질 수 있다. 구체적으로, 상기 키토산(Chitosan)은 D-글루코사민(D-glucosamine) 및 N-아세틸글루코사민(N-acetylglucosamine)으로 이루어질 수 있다. 또한, 하나의 실시예에 따른 상기 부직포는, 키토산(Chitosan), 셀룰로오스(Cellulose) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로만 만들어지는 경우, 친환경 부직포를 제공할 수 있다. 상기 친환경 부직포를 통하여, 친환경 단열재의 폐기 과정에서 탄소 배출량을 줄일 수 있다.
상기 제2 단열층은 면의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제2 단열층의 상 하부 면은 각각 제2 단열상면, 제2 단열하면일 수 있다. 상기 제2 단열상면은 상기 외부 공간 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 단열하면은 상기 내부 공간 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 단열층이 40중량부인 경우, 상기 제2 단열층은 5중량부 내지는 20중량부일 수 있다.
상기 제2 단열층은 에어로젤(Aerogel)을 포함할 수 있다. 상기 에어로젤(Aerogel)은 바이오매스(Biomass)로 만들어질 수 있다. 상기 에어로젤(Aerogel)은 글리세롤(Glycerol) 및 미세플라스틱(Microplastics)를 포함할 수 있다.
상기 에어로젤(Aerogel)은 다공성 구조체로 형성될 수 있다. 상기 에어로젤(Aerogel)의 밀도(density)는 소정의 값을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 에어로젤(Aerogel)의 밀도(density)는 200.0kg/m3 이하이다. 친환경 단열재의 단열 효율을 높이기 위해서는, 상기 에어로젤(Aerogel)의 밀도(density)는 65.0kg/m3 내지 150.0kg/m3 일 수 있다. 상기 에어로젤(Aerogel)와 같은 다공성 구조를 통해 열에너지의 전도 및 대류를 억제할 수 있다.
상기 에어로젤(Aerogel)은 젤을 형성하는 단계, 형성된 젤에서 수분을 기화 또는 승화시키는 단계를 포함하여 제작될 수 있다. 상기 젤은 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 및 탄산칼슘(Calcium Carbonate, CaCO3)의 혼합에 의해 형성될 수 있다.
상기 알긴산나트륨(Sodium Alginate)은 미역, 다시마, 켈프 등 갈조식물의 세포벽에 함유되어 있는 산으로부터 추출될 수 있다. 상기 갈조식물은 해양폐기물로부터 제공될 수 있다.
상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)일 수 있다. 상기 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)는 α-(1→4)-L-guluronic acid(G) 및 β-(1→4)-D-mannuronic acid(M)을 포함한다. 상기 β-(1→4)-D-mannuronic acid(M)를 α-(1→4)-L-guluronic acid(G)로 나눈 값을 M/G 비(M/G ratio)로 나타낼 수 있다. 상기 M/G 비(M/G ratio)는 1.5 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 M/G 비(M/G ratio)는 1.5 내지 4.0일 수 있다. 상기 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)에서 상기 M의 포함 비율을 높임으로써, 수분을 많이 포함하는 젤을 형성할 수 있으며, 이러한 수분을 전부 제거하여 높은 다공성 구조를 형성하는 에어로젤을 통해 단열성이 좋은 단열재를 만들 수 있다.
상기 미세플라스틱(Microplastics)는 해양으로부터 수거된 폐기물일 수 있다. 상기 미세플라스틱(Microplastics)는 PET(Polyethylene Terephthalate) 또는 EPS(Expanded Polystyrene)중 하나이상을 포함할 수 있다. 상기 미세플라스틱(Microplastics)은 소정의 입도분포를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 미세플라스틱(Microplastics)의 입도 분포 D50은 30μm 내지 35μm이다. 본 발명의 상기 미세플라스틱(Microplastics)의 입도분포폭은 특별히 제한되지 않고 소정의 너비를 가질 수 있다. 다만, 상기 미세플라스틱(Microplastics)의 입도 분포는 하기 수학식 1로 표시되는 입도분포폭이 2.0 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 미세플라스틱(Microplastics)의 입도분포폭은 0.5 내지 1일 수 있다(D10, D50 및 D90은 각각 미세플라스틱(Microplastics)의 전체 중량을 100%로 하여 입도 분포의 누적량이 10%, 50% 및 90%가 되는 부분의 입자 직경을 의미한다.).
[수학식 1]
입도분포폭 = (D90-D10)/D50
상기와 같이, 미세플라스틱(Microplastics)의 입자 크기는 해양으로부터 수거되어 큰 표준편차를 가지고 있을 수 있으며, 이러한 큰 표준편차의 입자들은 상기 에어로젤(Aerogel)에 포함되어 다공구조의 공극 크기에 관여한다. 상기와 같은 미세플라스틱(Microplastics)의 입도분포를 통해, 기체의 대류를 억제하여 열대류를 최소화할 수 있다.
또한, 상기와 같은 미세플라스틱(Microplastics)의 사용을 통해, 폐기물을 고부가가치 제품으로 업사이클링하여 환경적 가치를 제고할 수 있으며, 완제품의 원가를 절감할 수 있는 효과를 누릴 수 있다.
상기 제3 단열층은 면의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제3 단열층의 상하부 면은 각각 제3 단열상면, 제3 단열하면일 수 있다. 상기 제3 단열상면은 상기 외부 공간 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제3 단열하면은 상기 내부 공간 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 단열층이 40중량부인 경우, 상기 제3 단열층은 40중량부 내지는 80중량부일 수 있다.
상기 제3 단열층은 부직포를 포함할 수 있다. 상기 부직포는 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어질 수 있다. 상기 제3 단열층은 한 장 이상의 부직포로 구성될 수 있다. 상기 부직포는 80중량부일 수 있다. 상기 제3 단열층은 복수 겹의 부직포로 구성될 수 있다. 상기 제3 단열층은 상기 외부 공간으로부터 상기 내부 공간으로 유입되는 열에너지 또는 상기 내부 공간으로부터 상기 외부 공간으로 유출되는 열에너지를 최소화할 수 있다. 또한, 상기 제3 단열층을 복수 겹의 부직포로 구성하는 경우에 있어서는 부직포 겹 간의 공간에 의하여, 상기 내부 공간으로부터 유출되는 열에너지를 효과적으로 줄일 수 있다. 상기 제3 단열층은 상기 내부 공간으로부터 유입될 수 있는 오염물을 차단하여 단열재의 손상을 최소화할 수 있다. 상기 제3 단열층은 상기 내부 공간으로부터 유입될 수 있는 충격을 차단하여 단열재의 손상을 최소화할 수 있다.
상기 외측 마감재 및 상기 내측 마감재는 면의 형상으로 형성될 수 있다. 상기 외측 마감재는 외측 마감상면과 외측 마감하면을 포함할 수 있다. 상기 외측 마감상면과 상기 외측 마감하면은 상기 외측 마감재의 정반대 위치에 위치할 수 있다. 상기 내측 마감재는 내측 마감상면과 내측 마감하면을 포함할 수 있다. 상기 내측 마감상면과 상기 내측 마감하면은 상기 내측 마감재의 정반대 위치에 위치할 수 있다. 상기 외측 마감재 및 상기 내측 마감재는 외부 공간으로부터 친환경 단열재에 가해지는 물리적 충격 또는 오염물질로부터 상기 제1 단열층 내지 상기 제3 단열층이 손상되는 것을 막을 수 있어, 친환경 단열재의 단열 효율이 유지될 수 있도록 할 수 있다.
상기 외측 마감재 및 상기 내측 마감재는 7kg·cm/cm 이상의 충격강도를 가질 수 있다. 상기 외측마감재 및 상기 내측 마감재는 폴리락틱산(Poly Lactic Acid)을 포함할 수 있다. 상기 폴리락틱산(Poly Lactic Acid)은 내열 소재로써 외부의 열충격을 제한할 수 있는 특징을 가질 수 있다. 또한, 상기 폴리락틱산(Poly Lactic Acid)는 생분해성 소재로 생분해도를 향상시켜 친환경 단열재가 폐기되더라도 환경 오염을 저감시킬 수 있다.
상기 제1 단열층 내지 상기 제3 단열층 및 상기 외측 마감재 및 상기 내측 마감재들은 별도의 지지체를 포함하여 친환경 단열재를 구성할 수 있다.
상기 외측 마감상면은 상기 외부 공간 방향으로 형성될 수 있다. 상기 외측 마감하면은 상기 제1 단열상면과 맞닿을 수 있다. 상기 제1 단열하면은 상기 제2 단열상면과 맞닿을 수 있다. 상기 제2 단열하면은 상기 제3 단열상면과 맞닿을 수 있다. 상기 제3 단열하면은 상기 내측 마감상면과 맞닿을 수 있다. 상기 내측 마감하면은 내부 공간 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 단열층 및 상기 제3 단열층은 상기 제2 단열층이 파손 없이 안정적으로 단열을 할 수 있도록 제2 단열층이 구조적으로 지지되는 형태로 구성될 수 있다.
상기의 각 맞닿은 면들은 친환경 단열재가 지지될 수 있도록 지지부재를 포함할 수 있다. 상기의 각 맞닿은 면들은 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 상기의 각 맞닿은 면들을 접착시킬 수 있다.
추가적으로, 상기 제3 단열하면과 상기 내측 마감상면 사이에는 반사 부재를 포함할 수 있다. 해당 반사부재를 통하여 상기 내부 공간으로부터 유출되는 에너지 중 복사 에너지를 효과적으로 줄일 수 있다. 이때에는 복사 에너지 반사 효율을 높이기 위하여 상기 단열하면과 상기 내측 마감상면 사이에는 공간 확보 부재를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리락틱산(Poly Lactic Acid)로 이루어진 외측 마감재 및 내측 마감재 사이에, 폴리에스터(Polyester) 부직포 40g 2면을 제1 단열층으로, 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 20g 및 젤화에 필요한 소량의 탄산칼슘(CaCO3)을 이용하여 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 제2 단열층으로, 폴리에스터(Polyester) 부직포 40g을 제3 단열층으로 하여 친환경 단열재를 만든다. 이때, 알긴산나트륨(Sodium Alginate)의 알지네이트(Alginate)의 M/G 비(M/G ratio)는 0.67이다. 이때, 만들어진 에어로젤(Aerogel)의 밀도는 108.5 kg/m3이다.
[실시예 2]
폴리락틱산(Poly Lactic Acid)로 이루어진 외측 마감재 및 내측 마감재 사이에, 폴리에스터(Polyester) 부직포 40g 2면을 제1 단열층으로, 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 20g, 평균 입자 크기가 33μm인 EPS(Expanded Polystyrene) 플레이크 1g 및 젤화에 필요한 소량의 탄산칼슘(CaCO3)을 이용하여 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 제2 단열층으로, 폴리에스터(Polyester) 부직포 40g을 제3 단열층으로 하여 친환경 단열재를 만든다. 이때, 알긴산나트륨(Sodium Alginate)의 알지네이트(Alginate)의 M/G 비(M/G ratio)는 3.0이다. 이때, 만들어진 에어로젤(Aerogel)의 밀도는 69.6 kg/m3이다.
[실시예 3]
폴리락틱산(Poly Lactic Acid)로 이루어진 외측 마감재 및 내측 마감재 사이에, 폴리에스터(Polyester) 부직포 40g 2면을 제1 단열층으로, 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 20g. EPS(Expanded Polystyrene) 플레이크 10g 및 젤화에 필요한 소량의 탄산칼슘(CaCO3)을 이용하여 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 제2 단열층으로, 폴리에스터(Polyester) 부직포 40g을 제3 단열층으로 하여 친환경 단열재를 만든다. 이때, 알긴산나트륨(Sodium Alginate)의 알지네이트(Alginate)의 M/G 비(M/G ratio)는 0.67이다. 이때, 만들어진 에어로젤(Aerogel)의 밀도는 148.8 kg/m3이다.
[비교예 1]
폴리락틱산(Poly Lactic Acid)로 이루어진 외측 마감재 및 내측 마감재 사이에, 폴리에스터(Polyester) 부직포 40g 2면을 제1 단열층으로, 실리카 에어로겔(Slica Aerogel) 20을 제2 단열층으로, 폴리에스터(Polyester) 부직포 40g을 제3 단열층으로 하여 친환경 단열재를 만든다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 친환경 단열재의 물성을 하기 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다. 다만 비교의 편의를 위하여 소재 별 차이가 있는 제2 단열층만을 샘플링하여 물성을 비교하였다.
(1) 열전도도 측정 방법
열전도도는 샘플을 (200×200×20 mm)의 크기로 샘플링하여, 평균 온도 20℃에서 표준 ASTM(American Society Testing and Materials) C518에 따라 Netzsch HFM 446 열흐름측정기를 사용하여 측정하였다. 열용량 샘플을 (100×200×20 mm)의 크기로 샘플링하여, 15℃와 25℃ 사이의 온도에서 Netzsch HFM 446 열흐름측정기를 사용하여 측정하였다.
(2) 열전도도 및 열분출계수 계산 방법
등방성(isotropic) 물질에서의 열전도도는 수학식 2의 푸리에 법칙(Law of Fourier)에 의하여 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
이때, λ는 열전도율(thermal conductivity), qc는 전도에 의한 열플럭스(heat flux), ∇T는 온도 기울기(temperature gradient)를 뜻한다.
다만, 등방성 물질이 아닌 경우, 즉 불균일물(heterogeneous)의 경우에는, 다음의 수학식 3을 통해 다른 전도성 거동으로 물질의 등가 열전도율을 보정할 수 있다.
[수학식 3]
이때, λe는 다공성 물질의 등가 열전도율(equivalent thermal conductivity), ø는 다공성 물질의 폴라시티(Porosity), λg는 다공성 물질의 기체 부분의 열전도율(thermal conductivity of gas), λs는 다공성 물질의 고체 부분의 열전도율(thermal conductivity of solid part)이다.
이에 따라 측정된 수치를 바탕으로 시간에 따른 열의 거동을 나타내는 수치인 열확산성계수(Diffusivity)와 열분출계수(Effusivity)를 계산할 수 있다.
[수학식 4]
[수학식 5]
이때, ρ는 밀도(density)이고, 
는 비열이다.
| ρ[kg/m3] | λ[W/m K] | c[J kg-1 K-1] | D[m2 s-1] | e[W/s0.5 m2 K] | |
| 실시예 1 | 108.5 | 0.048 | 1469 | 2.21E-07 | 102.16 |
| 실시예 2 | 69.6 | 0.043 | 1362 | 4.52E-07 | 63.34 |
| 실시예 3 | 148.8 | 0.045 | 1323 | 2.36E-07 | 92.19 |
| 비교예 1 | 150.0 | 0.017 | 1000 | 5.18E-08 | 68.02 |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 바이오매스(Biomass)인 알긴산나트륨(Sodium Alginate)를 포함하는 에어로젤(Aerogel)을 사용하는 실시예 1은, 기존의 실리카 에어로젤(Silica Aerogel)과 비교하여도 열분출계수(Effisivity)에서 큰 차이 없는(단열 효율이 유지되는) 단열재를 제공할 수 있는 다공성 소재를 제공할 수 있으면서도, 친환경적인 소재를 제공할 수 있다.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 바이오매스(Biomass)인 알긴산나트륨(Sodium Alginate)를 포함하는 에어로젤(Aerogel)을 사용하는 실시예 2은, 기존의 실리카 에어로젤(Silica Aerogel)과 비교하여도 열확산성계수(Diffusivity)와 열분출계수(Effisivity)에서 큰 차이 없는 다공성 소재를 단열재 소재로써 제공할 수 있으면서도, 친환경적인 소재를 제공할 수 있다.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 바이오매스(Biomass)인 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 중 M/G 비(M/G ratio)가 높은 알긴산나트륨(Sodium Alginate)를 포함하는 에어로젤(Aerogel)을 사용하는 실시예 2는, 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 중 M/G 비(M/G ratio)가 낮은 알긴산나트륨(Sodium Alginate)를 포함하는 에어로젤(Aerogel)을 사용하는 실시예 1과 비교해보면 열분출계수(Effisivity)에서 더욱 단열효과가 향상된 다공성 소재를 제공할 수 있다.
또한, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 보다 밀도(density)가 작고, 폴로시티(porosity)가 크도록 제조된 실시예 2을 통해 보다 향상된 단열 효과를 가진 다공성 소재를 제공할 수 있다.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 똑 같은 바이오매스(Biomass)인 알긴산나트륨(Sodium Alginate)에 더하여 미세플라스틱(Microplastics)인 EPS(Expanded Polystyrene) 플레이크을 추가한 실시예 3은, EPS(Expanded Polystyrene) 플레이크을 포함하지 않는 실시예 1과 비교해보면 열분출계수(Effisivity)에서 큰 차이를 가지지 않으면서도, 밀도(dinsity)를 효과적으로 향상시킬 수 있어, 물리적으로 충격에 강한 다공성 소재를 제공할 수 있다.
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (5)
- 제1 단열층;
제2 단열층;및
제3 단열층을 포함하고,
상기 제1 단열층의 일측면은 상기 제2 단열층의 일측면과 맞닿아 있고,
상기 제2 단열층의 일측면은 상기 제3 단열층의 일측면과 맞닿아 있고,
상기 제1 단열층 및 제3 단열층은 폴리에스터(Polyester), 비스코스레이온(Viscose Rayon), 나일론(Nylon), 폴리프로필렌(Polypylene) 및 폴리락틱산(Poly Lactic Acid) 중 하나이상으로 만들어진 부직포를 포함하고,
상기 제2 단열층은 바이오매스(Biomass)로 만들어진 에어로젤(Aerogel)을 포함하고,
상기 바이오매스(Biomass)는 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)이며,
상기 에어로젤(Aerogel)은 미세플라스틱(Microplastics)을 포함하고,
상기 미세플라스틱(Microplastics)은 PET(Polyethylene Terephthalate) 또는 EPS(Expanded Polystyrene)중 하나 이상을 포함하고,
상기 미세플라스틱(Microplastics)은 입도분포 D50은 30μm 내지 35μm이고,
상기 미세플라스틱(Microplastics)의 입도 분포는 하기 수학식 1로 표시되는 입도분포폭이 0.5 내지 1인 친환경 단열재.
[수학식 1]
입도분포폭 = (D90-D10)/D50
식 중에서, D10, D50 및 D90은 각각 미세플라스틱(Microplastics)의 전체 중량을 100%로 하여 입도 분포의 누적량이 10%, 50% 및 90%가 되는 부분의 입자 직경을 의미한다.
- 제1항에 있어서,
상기 에어로젤(Aerogel)의 밀도(density)는 65.0 kg/m3 내지 150.0 kg/m3인 친환경 단열재.
- 제1항에 있어서,
상기 알지네이트(Alginate) 또는 알긴산(Alginic Acid)의 M/G 비(M/G ratio)는 1.5 내지 4.0인 친환경 단열재.
- 삭제
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 단열층의 일측면은 마감재와 맞닿아 있고,
상기 제3 단열층의 일측면은 마감재와 맞닿아 있고,
상기 마감재는 폴리락틱산(Poly Lactic Acid)을 포함하는 친환경 단열재.
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|---|---|---|---|---|
| KR20120052532A (ko) * | 2010-11-16 | 2012-05-24 | 주식회사 지오스 | 에어로겔 진공단열패널 제조방법 |
| KR20140035614A (ko) * | 2012-09-14 | 2014-03-24 | (주)금진 | Ｐｌａ를 사용하는 벽 마감재 및 그 제조방법 |
| KR20170008823A (ko) | 2014-05-19 | 2017-01-24 | 바스프 에스이 | 다공성 알긴산염계 에어로겔의 제조 방법 |
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2021
- 2021-09-28 KR KR1020210128267A patent/KR102489393B1/ko active IP Right Grant
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| KR20170008823A (ko) | 2014-05-19 | 2017-01-24 | 바스프 에스이 | 다공성 알긴산염계 에어로겔의 제조 방법 |
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