KR102515037B1 - 열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조 - Google Patents

열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온수 물통과 단열재 간이 긴밀한 접착력을 가질 수 있도록 온수의 온도에서 작동하는 열융착 필름을 삽입시키는 것에 의해, 실제 단열이 필요한 온수가 공급되었을 때 작동하는 특징을 갖는 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조에 대하여 개시한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조는 온수 물통과 단열재 간의 접착이 깨진 후에도 작동 온도에서 유동성을 갖는 열융착 필름에 의해 재 접착이 이루어질 수 있으므로, 다시 긴밀하게 접착되어 반영구적으로 사용이 가능한 장점을 갖는다.

Description

열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조{THERMAL BONDING FILM AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND JOINT STRUCTURE OF WATER TANK FOR AIR TO WATER HEAT PUMP USING THE SAME}
본 발명은 열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 공기열원식 히트펌프(AWHP)는 냉매가스의 특성을 이용하여 낮은 온도에 있는 열을 높은 온도의 열로 이송하는 과정에서 고온의 온수를 만드는 기기이다.
이러한 공기열원식 히트펌프는 냉매가 증발기에서 외부로부터 열을 흡수하여 증발하고 저온저압의 가스 상태가 되어 압축기로 흡입되며, 압축기에서 냉매가 압축되면서 고온고압의 상태가 응축기로 전달된다.
이때, 응축기에서는 열을 방출하면서 냉매는 액화되고, 고압 액화된 냉매는 팽창밸브에서 감압되어 저온저압 액화상태의 냉매가 되어 증발기로 들어가는 시스템으로 이러한 사이클을 반복하면서 저온의 열을 회수하고 압축기 동력을 부가하여 필요한 고온의 열을 생산하게 된다.
이러한 공기열원식 히트펌프는 유체 이동을 위한 펌프처럼 최소한의 전기에너지를 사용하는 압축기를 이용하여 저온 부분에서 고온으로의 열에너지의 이동과 에너지의 효율성으로서 고효율로 원하는 온도대의 열로 변환시킬 수 있다. 특히, 공기열원식 히트펌프는 대기에서 흡수한 열을 열원으로 이용하는 것으로 공조용 히트펌프의 대부분을 차지하고 있다.
전술한 공기열원식 히프펌프는 대략 45 ~ 65℃의 온수를 보관하기 위해 물통을 구비하게 되며, 물통의 외부를 단열재로 감싸 온수의 온도를 유지하고 있다.
종래에는 물통의 단열재로 폴리우레탄 단열재를 사용해 왔으나, 폴리우레탄 단열재가 환경 오염을 일으키는데 기인하여 발포 폴리스티렌(EPS) 사출물로 대체하고 있는 상황이다.
그러나, 금형에서 사출 방식으로 제조되는 발포 폴리스티렌 사출물과 물통 사이의 계면 접착이 완벽하게 이루어지지 않을 경우 열 손실이 발생하게 된다. 이러한 열 손실을 최소화하기 위해 접착제를 사용하고는 있으나, 일반적인 1회성의 접착제는 떨어지면 다시 접착이 되지 않는 문제가 있었다.
KR 공개특허공보 제10-2018-0009523호(2018.01.29. 공개)
본 발명의 목적은 온수 물통의 내부에 채워지는 온수의 온도에서 작동하는 열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 열융착 필름의 작동 온도를 온수 물통의 내부에 채워지는 온수의 온도에 맞게 조절하여 온수가 온수 물통의 내부에 있을 때 단열재와 온수 물통 사이의 틈새를 막아 단열 효율을 높일 수 있는 열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 외부 충격에 의해 단열재와 온수 물통 간의 접착이 깨진 경우에도 온수 물통의 내부로 온수가 공급될 시, 깨진 접착 부위가 다시 접착되어 반복적으로 틈새를 막는 장점을 발휘할 수 있는 열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 열융착 필름 및 그 제조 방법은 온수 물통과 단열재 간이 긴밀한 접착력을 가질 수 있도록 온수의 온도에서 작동하는 접착필름으로, 실제 단열이 필요한 온수가 공급되었을 때 작동하는 특징을 갖는다.
아울러, 본 발명에 따른 열융착 필름 및 그 제조 방법은 접착이 깨진 후에도 작동 온도에서 유동성을 갖고 있으므로, 다시 긴밀하게 접착되어 반영구적으로 사용이 가능한 장점을 갖는다.
이러한 열융착 필름은 필름의 형태로 온수 물통과 단열재 사이, 보다 구체적으로는 내부 패널과 단열재 사이 및 외부 패널과 단열재 사이 중 적어도 하나에 삽입 배치되며, 공정이 간단하고 건조가 필요하지 않는 특징이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 열융착 필름은, 적어도 2종 이상의 고분자 단량체가 혼합되어, 고분자 단량체의 중합반응이 완료된 공중합체 70 ~ 95 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량%, 응집제 0.1 ~ 3 중량%, 및 개시제 0.1 ~ 3 중량%를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조는 열융착 필름의 작동 온도를 온수 물통의 내부에 채워지는 온수의 온도에 맞게 조절하여 온수가 온수 물통의 내부에 있을 때 단열재와 온수 물통 사이의 틈새를 막아 단열 효율을 높일 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조는 외부 충격에 의해 단열재와 온수 물통 간의 접착이 깨진 경우에도 온수 물통의 내부로 온수가 공급될 시, 깨진 접착 부위가 다시 접착되어 반복적으로 틈새를 막는 장점을 발휘할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조는 온수 물통과 단열재 간이 긴밀한 접착력을 가질 수 있도록 온수의 온도에서 작동하는 열융착 필름을 삽입시키는 것에 의해, 실제 단열이 필요한 온수가 공급되었을 때 작동하는 특징을 갖는다.
본 발명에 따르면, 열융착 필름의 작동 온도를 온수 물통의 내부에 채워지는 온수의 온도에 맞게 조절하여 온수가 온수 물통의 내부에 있을 때 단열재와 온수 물통 사이의 틈새를 막아 단열 효율을 높일 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 외부 충격에 의해 단열재와 온수 물통 간의 접착이 깨진 경우에도 온수 물통의 내부로 온수가 공급될 시, 깨진 접착 부위가 다시 접착되어 반복적으로 틈새를 막는 장점을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 온수 물통과 단열재 간이 긴밀한 접착력을 가질 수 있도록 온수의 온도에서 작동하는 열융착 필름을 삽입시키는 것에 의해, 실제 단열이 필요한 온수가 공급되었을 때 작동하는 특징을 갖는다.
이에 따라, 본 발명은 온수 물통과 단열재 간의 접착이 깨진 후에도 작동 온도에서 유동성을 갖는 열융착 필름에 의해 재 접착이 이루어질 수 있으므로, 다시 긴밀하게 접착되어 반영구적으로 사용이 가능한 장점을 갖는다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면으로, 열융착 필름이 미 부착된 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면으로, 열융착 필름이 부착된 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조(200)는 온수 물통(110)의 내부에 채워지는 온수의 온도에서 작동하는 열융착 필름(도 4의 160)을 포함한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조(200)는 열융착 필름의 작동 온도를 온수 물통(110)의 내부에 채워지는 온수의 온도에 맞게 조절하여 온수가 온수 물통(110)의 내부에 있을 때 단열재(150)와 온수 물통(110) 사이의 틈새를 막아 단열 효율을 높일 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조(200)는 외부 충격에 의해 단열재(150)와 온수 물통(110) 간의 접착이 깨진 경우에도 온수 물통(110)의 내부로 온수가 공급될 시, 깨진 접착 부위가 다시 접착되어 반복적으로 틈새를 막는 장점을 발휘할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조(200)는 온수 물통(110), 법랑 코팅층(120), 내부 패널(130), 외부 패널(140), 단열재(150) 및 열융착 필름(160)을 포함한다.
온수 물통(110)은 공기열원식 히트펌프에 결합되어, 공기열원식 히트펌프를 순환하는 온수를 저장하는 역할을 한다. 공기열원식 히트펌프와의 연결을 위해 온수 물통(110)의 내부에는 온수 배관(115)이 코일 형태로 삽입 배치되어 있을 수 있다. 여기서, 온수 물통(110)의 작동 온도는 45 ~ 65℃인 것이 바람직하다.
법랑 코팅층(120)은 온수 물통(110)의 외측에 코팅된다. 이때, 법랑 코팅층(120)은 온수 물통(110)의 외측 전체 표면에 코팅되어, 온수 물통(110)의 표면이 오염되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이러한 법랑 코팅층(120)은 P2O5, SiO2, Al2O3, ZrO2, Na2O, Li2O, B2O3, TiO2 등에서 선택된 적어도 2종 이상을 포함하는 법랑 조성물이 이용될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 다양한 법랑 조성물이 적용될 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.
내부 패널(130)은 법랑 코팅층(120)의 외측에 배치된다. 이러한 내부 패널(130)은 온수 물통(110)의 내구성 확보를 위해 장착되는 것으로, 강도 및 강성이 우수한 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
외부 패널(140)은 내부 패널(130)의 외측에 배치된다. 이러한 외부 패널(140)은, 내부 패널(130)과 마찬가지로, 온수 물통(110)의 내구성을 확보하기 위해 장착되는 것으로, 강도 및 강성이 우수한 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 일 예로, 내부 및 외부 패널(130, 140) 각각은 스테인리스 스틸 재질이 이용될 수 있다.
단열재(150)는 내부 패널(130)과 외부 패널(140) 사이에 배치된다. 이러한 단열재(150)는 발포 폴리스티렌(ESP) 사출물로 이루어지는 것이 바람직하다.
전술한 구성을 갖는 온수 물통(110), 법랑 코팅층(120), 내부 및 외부 패널(130, 140) 및 단열재(150)는 상부 덮개(170) 및 하부 덮개(180)에 의해 조립되어 결합된다.
한편, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면으로, 열융착 필름이 미 부착된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면으로, 열융착 필름이 부착된 상태를 나타낸 단면도로, 도 2와 연계하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 온수 물통(110)의 단열재(150)로 발포 폴리스티렌(EPS) 사출물을 이용하여 조립할 시, 내부 패널(130) 및 외부 패널(140)과 단열재(150) 간의 높은 밀착성을 요구하고 있으나, 내부 패널(130) 및 외부 패널(140)과 단열재(150) 사이에 열융착 필름(160)이 각각 부착되지 않을 시, 밀착성이 좋지 않게 된다. 이러한 낮은 밀착성은 일정한 간격(d)의 틈새를 발생시키게 되며, 틈새로 인해 접촉되지 않은 계면에서 열손실을 발생시킨다.
반면, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 온수 물통(110)과 발포 폴리스티렌(EPS) 사출물로 이루어진 단열재(150) 간의 높은 밀착성 확보를 위해, 내부 패널(130) 및 단열재(150) 사이와, 외부 패널(140) 및 단열재(150) 사이 중 적어도 하나에 열융착 필름(160)이 삽입된다.
이와 같이, 본 발명에서는 열손실 발생을 미연에 방지하기 위해, 내부 패널(130) 및 단열재(150) 사이와, 외부 패널(140) 및 단열재(150) 사이 중 적어도 하나에 열융착 필름(160)이 삽입 배치된다.
이러한 열융착 필름(160)의 작동 온도는 온수 물통(110)의 내부에 채워지는 온수의 온도에 맞게 조절된다. 이에 따라, 온수가 온수 물통(110)의 내부에 있을 때 단열재(150)와 온수 물통(110) 사이의 틈새를 막아 단열 효율을 높일 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에서는 열융착 필름(160)의 도입으로 온수 물통(110)과 단열재(150) 간의 높은 기밀성 및 밀착성을 확보하는 것이 가능해질 수 있으므로, 틈새로 인해 열손실이 발생하는 것을 최소화할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 열융착 필름(160)은 온수 물통(110)과 단열재(150) 간이 긴밀한 접착력을 가질 수 있도록 온수의 온도에서 작동하는 접착필름으로, 실제 단열이 필요한 온수가 공급되었을 때 작동하는 특징을 갖는다. 아울러, 본 발명에 따른 열융착 필름(160)은 접착이 깨진 후에도 작동 온도에서 유동성을 갖고 있으므로, 다시 긴밀하게 접착되어 반영구적으로 사용이 가능한 장점을 갖는다.
이러한 열융착 필름(160)은 필름의 형태로 온수 물통(110)과 단열재(150) 사이, 보다 구체적으로는 내부 패널(130)과 단열재(150) 사이 및 외부 패널(140)과 단열재(150) 사이 중 적어도 하나에 삽입 배치되며, 공정이 간단하고 건조가 필요하지 않는 특징이 있다.
특히, 열융착 필름(160)은 열에 의해 작동하며, 적어도 2종 이상의 고분자 단량체의 공중합으로 유리전이온도를 조절하여 공중합체를 제조하고, 응집 공정을 통해 물을 제거하여 열융착 분말로 제조하고, 열압착으로 필름 형태로 제조된다.
이를 위해, 열융착 필름(160)은, 적어도 2종 이상의 고분자 단량체가 혼합되어, 고분자 단량체의 중합반응이 완료된 공중합체 70 ~ 95 중량%, 분산제 1 ~ 5 중량%, 응집제 0.1 ~ 3 중량%, 및 개시제 0.1 ~ 3 중량%를 포함한다.
여기서, 공중합체는 45 ~ 65℃의 유리전이온도를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 ~ 60℃의 유리전이온도를 갖는 것이 좋다. 이와 같이, 본 발명에서는 열융착 필름(160)의 공중합체가 온수 물통(110)의 내부에 채워지는 온수의 온도와 실질적으로 동일한 45 ~ 65℃의 유리전이온도를 갖도록 제어된다. 이에 따라, 온수가 온수 물통(110)의 내부로 유입될 시, 단열재(150)와 온수 물통(110) 사이를 열융착 필름(160)이 틈새 없이 완벽하게 막아주어 단열 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
여기서, 공중합체는 폴리스티렌-알킬아크릴레이트, 폴리스티렌-1,3-다이엔, 폴리스티렌-알킬메타크릴레이트, 폴리스티렌-알킬메타크릴레이트-아크릴릭산, 폴리알킬메타크릴레이트-아크릴릭산, 폴리스티렌-알킬아크릴레이트-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-1,3-다이엔-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리알킬아크릴레이트-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔, 폴리메틸스티렌-부타다이엔, 폴리메틸 메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리에틸메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리프로필메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리부틸메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리메틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리에틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리프로필아크릴레이트-부타다이엔, 폴리부틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리스티렌-아이소프렌, 폴리메틸-스티렌-아이소프렌, 폴리메틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리에틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리프로필메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리부틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리메틸아크릴레이트-아이소프렌, 폴리에틸아크릴레이트-아이스프렌, 폴리프로필아크릴레이트-아이스프렌, 폴리부틸아크릴레이트-아이소프렌, 폴리스티렌-프로필아크릴레이트, 폴리스티렌-부틸아크릴레이트, 폴리스티렌-부타다이엔-아크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔-메타크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-부틸아크릭레이트-아크릴릭산, 폴리스티렌-부틸아크릭레이트-메타크릴릭산, 폴리스티렌부틸아크릴레이트-아크릴로나이트릴 및 폴리스티렌-부틸아크릴레이트 아크릴로나이트릴-아크릴릭산 중 적어도 1종 이상을 포함한다.
일 예로, 적어도 2종 이상의 고분자 단량체가 혼합되어, 고분자 단량체의 중합반응이 완료된 공중합체는 80 ~ 120℃의 유리전이온도를 갖는 제1 고분자 단량체와, -60 ~ -30℃의 유리전이온도를 갖는 제2 고분자 단량체가 이용될 수 있다.
분산제는 적어도 2종 이상의 고분자 단량체의 분산성을 향상시키기 위해 첨가된다. 이러한 분산제로는 SDS(sodium dodecyl sulfate), BYK 계열에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 적어도 2종 이상의 고분자 단량체의 분산성을 향상시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
분산제의 첨가량이 열융착 필름 전체 중량의 1 중량% 미만일 경우에는 적어도 2종 이상의 고분자 단량체 간의 분산성 향상 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 분산제의 첨가량이 열융착 필름 전체 중량의 5 중량%를 초과할 경우에는 유동성이 과도하게 증가하여 고온 접착력을 저하시킬 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
응집제는 공중합체의 고분자 입자 표면의 표면 전하를 조절하고, 응집력을 강화하여 입자상으로 성장시키기 위해 첨가된다. 이러한 응집제로는 폴리알루미늄클로라이드(PAC), 실리콘 디옥사이드, 에어로질, 벤토나이트 나노입자, 실리카 나노입자, 실리케이트 및 아소베스트 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
응집제의 첨가량이 열융착 필름 전체 중량의 0.1 중량% 미만일 경우에는 응집력 강화 효과를 제대로 발휘하기 어려워 입자상으로 성장시키는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 응집제의 첨가량이 열융착 필름 전체 중량의 3 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 증가시키는 요인으로 작용하므로, 경제적이지 못하다.
개시제는 고분자 단량체를 공중합체로 중합시키기 위해 첨가된다. 이러한 개시제로는 아조계 화합물, 과산화물계 화합물, 레독스(redox)계 화합물 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 보다 구체적으로, 개시제는 과황산 칼륨(KPS), 과황산 암모늄, 과유산 칼륨, 디아실 퍼옥시드, 퍼옥시 디카보네이트, 퍼옥시 에스테르, 테트라메틸부틸퍼옥시 네오데카노에이트, 디에톡시에틸 퍼옥시 디카보네이트, 디에톡시헥실 퍼옥시 디카보네이트, 2,2-아조비스(2-메틸부티로니트릴), 2,2-트릴아조비스(이소부티로니트릴), 2,2-트릴아조비스(2,4-디메틸발레 로니트릴), 라우릴 퍼옥시드, 디라우로일(dilauroyl) 퍼옥시드 및 디데카노일 퍼옥시드 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
개시제의 첨가량이 열융착 필름 전체 중량의 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가량이 미미하여 고분자 단량체를 공중합체로의 중합을 개시하지 못할 우려가 있다. 반대로, 개시제의 첨가량이 열융착 필름 전체 중량의 3 중량%를 초과할 경우에는 다량의 개시제 첨가로 인한 기포 발생으로 고온 접착력을 저하시킬 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름 제조 방법은 중합 단계(S210), 필터링 단계(S220) 및 열압착 단계(S230)를 포함한다.
중합
중합 단계(S210)에서는 적어도 2종 이상의 고분자 단량체를 용매에 첨가한 후, 분산제 및 개시제를 첨가하고 질소 분위기에서 중합시킨다.
본 단계에서, 적어도 2종 이상의 고분자 단량체가 공중합되어, 고분자 단량체의 중합반응이 완료된 공중합체가 형성된다. 여기서, 공중합체는 45 ~ 65℃의 유리전이온도를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 ~ 60℃의 유리전이온도를 갖는 것이 좋다.
여기서, 공중합체는 폴리스티렌-알킬아크릴레이트, 폴리스티렌-1,3-다이엔, 폴리스티렌-알킬메타크릴레이트, 폴리스티렌-알킬메타크릴레이트-아크릴릭산, 폴리알킬메타크릴레이트-아크릴릭산, 폴리스티렌-알킬아크릴레이트-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-1,3-다이엔-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리알킬아크릴레이트-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔, 폴리메틸스티렌-부타다이엔, 폴리메틸 메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리에틸메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리프로필메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리부틸메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리메틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리에틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리프로필아크릴레이트-부타다이엔, 폴리부틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리스티렌-아이소프렌, 폴리메틸-스티렌-아이소프렌, 폴리메틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리에틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리프로필메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리부틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리메틸아크릴레이트-아이소프렌, 폴리에틸아크릴레이트-아이스프렌, 폴리프로필아크릴레이트-아이스프렌, 폴리부틸아크릴레이트-아이소프렌, 폴리스티렌-프로필아크릴레이트, 폴리스티렌-부틸아크릴레이트, 폴리스티렌-부타다이엔-아크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔-메타크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-부틸아크릭레이트-아크릴릭산, 폴리스티렌-부틸아크릭레이트-메타크릴릭산, 폴리스티렌부틸아크릴레이트-아크릴로나이트릴 및 폴리스티렌-부틸아크릴레이트 아크릴로나이트릴-아크릴릭산 중 적어도 1종 이상을 포함한다.
일 예로, 적어도 2종 이상의 고분자 단량체가 혼합되어, 고분자 단량체의 중합반응이 완료된 공중합체는 80 ~ 120℃의 유리전이온도를 갖는 제1 고분자 단량체와, -60 ~ -30℃의 유리전이온도를 갖는 제2 고분자 단량체가 이용될 수 있다.
분산제로는 SDS(sodium dodecyl sulfate), BYK 계열에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 적어도 2종 이상의 고분자 단량체의 분산성을 향상시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 아울러, 개시제로는 아조계 화합물, 과산화물계 화합물, 레독스(redox)계 화합물 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
본 단계에서, 중합은 유화중합, 미니유화중합, 무유화중합, 분산중합, 침전중합, 현탁중합 등이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 중합은 70 ~ 90℃에서 30 ~ 90분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 중합 온도가 70℃ 미만이거나, 중합 시간이 30분 미만일 경우에는 2종 이상의 고분자 단량체의 중합이 제대로 이루어지지 못할 우려가 있다. 반대로, 중합 온도가 90℃를 초과하거나, 중합 시간이 90분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
필터링
필터링 단계(S220)에서는 중합된 공중합체에 응집제를 첨가하고, 필터링하여 열융착 분말을 형성한다.
이때, 응집제는 공중합체의 고분자 입자 표면의 표면 전하를 조절하고, 응집력을 강화하여 입자상으로 성장시키기 위해 첨가된다. 이러한 응집제로는 폴리알루미늄클로라이드(PAC), 실리콘 디옥사이드, 에어로질, 벤토나이트 나노입자, 실리카 나노입자, 실리케이트 및 아소베스트 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
본 단계에서, 중합된 공중합체에 응집제를 첨가하여 고분자 입자의 표면 전하를 조절하고, 마이크로미터 단위의 입자로 성장시키게 된다. 이와 같이, 성장된 입자는 고분자 입자의 유리전이온도 부근에서 안정화시킨 후, 필터지를 통해 필터링하여 열융착 분말을 형성하게 된다.
이러한 필터링 과정에 의해, 열융착 분말은 60㎛ 이하의 평균 직경을 가지며, 보다 구체적으로는 10 ~ 60㎛의 평균 직경을 갖는다.
열압착
열압착 단계(S230)에서는 열융착 분말을 열압착하고, 냉각하여 열융착 필름을 형성한다.
여기서, 열압착은 70 ~ 90℃의 온도로 유지되는 핫 프레스를 이용하여 10 ~ 200sec 동안 실시될 수 있다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름 제조 방법이 종료될 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조는 열융착 필름의 작동 온도를 온수 물통의 내부에 채워지는 온수의 온도에 맞게 조절하여 온수가 온수 물통의 내부에 있을 때 단열재와 온수 물통 사이의 틈새를 막아 단열 효율을 높일 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조는 외부 충격에 의해 단열재와 온수 물통 간의 접착이 깨진 경우에도 온수 물통의 내부로 온수가 공급될 시, 깨진 접착 부위가 다시 접착되어 반복적으로 틈새를 막는 장점을 발휘할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조는 온수 물통과 단열재 간이 긴밀한 접착력을 가질 수 있도록 온수의 온도에서 작동하는 열융착 필름을 삽입시키는 것에 의해, 실제 단열이 필요한 온수가 공급되었을 때 작동하는 특징을 갖는다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조는 온수 물통과 단열재 간의 접착이 깨진 후에도 작동 온도에서 유동성을 갖는 열융착 필름에 의해 재 접착이 이루어질 수 있으므로, 다시 긴밀하게 접착되어 반영구적으로 사용이 가능한 장점을 갖는다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 열융착 필름 제조
실시예 1
100℃의 유리전이온도를 갖는 스티렌 단량체와 -53℃의 유리전이온도를 갖는 부틸 아크릴레이트 단량체를 2 : 1의 중량비로 혼합한 혼합물을 물 90wt%에 10wt%의 중량비로 혼합한 후, 유화를 돕기 위해 분산제인 SDS(sodium dodecyl sulfate)를 cmc(critical micelle concentration)만큼 첨가하여 유리전이온도 50℃의 공중합체를 제조하였다.
다음으로, 중합을 개시하기 위해 수용성 개시제인 KPS(potassium persulfate)를 혼합물 100wt%에 대하여 10wt%의 비율로 첨가한 후, 80℃에서 60분 동안 중합하였다. 이때, 개시제를 첨가하기 전, 개시제의 원활한 작동을 위해 반응기 내부 산소를 제거하기 위해 질소 퍼지를 30분 동안 실시하였다.
다음으로, 응집제로 17wt%의 폴리알루미늄클로라이드(PAC) 용액을 10배 희석하여 실린지 펌프를 이용하여 서서히 에멀젼에 혼합하였다. 이러한 응집제 투입 후, 55℃에서 2시간 동안 교반하여 안정화시킨 후, 상온(15℃)까지 냉각 후 필터지를 통과시켜 열융착 분말을 제조하였다.
다음으로, 핫프레스를 80℃로 예열한 후, 프레스 상단과 하단은 제조된 열융착 필름이 쉽게 탈착되도록 하기 위해 폴리이미드를 코팅하였다. 이 후, 프레스의 중앙 부분에 2g의 열융착 분말을 투입한 후, 프레스로 1분간 열압착하고 냉각하여 가로 100mm, 세로 100mm 및 두께 0.2mm의 열융착 필름을 제조하였다.
실시예 2
90℃에서 40분 동안 중합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열융착 필름을 제조하였다.
실시예 3
75℃에서 80분 동안 중합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열융착 필름을 제조하였다.
비교예 1
100℃의 유리전이온도를 갖는 스티렌 단량체와 110℃의 유리전이온도를 갖는 폴리메틸 메타크릴레이트 단량체를 2 : 1의 중량비로 혼합물을 물 90wt%에 10wt%의 중량비로 혼합한 후, 유화를 돕기 위해 분산제인 SDS(sodium dodecyl sulfate)를 cmc(critical micelle concentration)만큼 첨가하여 유리전이온도 105℃의 공중합체를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열융착 필름을 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 열융착 필름의 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 이때, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 열융착 필름을 50℃, 상대습도 95%의 조건에서 100시간 동안 방치한 후 접착강도를 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112021016665359-pat00001
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 열융착 필름, 비교예 1에 따라 제조된 열융착 필름에 비하여, 온수 작동 온도인 50℃에서의 접착력이 우수한 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
200 : 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조
110 : 온수 물통
120 : 법랑 코팅층
130 : 내부 패널
140 : 외부 패널
150 : 단열재
160 : 열융착 필름
S110 : 중합 단계
S120 : 필터링 단계
S130 : 열압착 단계

Claims (13)

  1. 적어도 2종 이상의 고분자 단량체가 혼합되며, 상기 고분자 단량체의 중합반응이 완료된 공중합체 70 ~ 95 중량%;
    분산제 1 ~ 5 중량%;
    응집제 0.1 ~ 3 중량%; 및
    개시제 0.1 ~ 3 중량%;를 포함하는 열융착 필름으로서,
    상기 공중합체는 45 ~ 65℃의 유리전이온도를 갖고,
    상기 열융착 필름은 공기열원식 히트펌프에 결합되어, 상기 공기열원식 히트펌프를 순환하는 온수를 저장하기 위한 온수 물통과 발포 폴리스티렌(EPS) 사출물로 이루어진 단열재 간의 사이에 삽입 배치된 열융착 필름.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체는
    폴리스티렌-알킬아크릴레이트, 폴리스티렌-1,3-다이엔, 폴리스티렌-알킬메타크릴레이트, 폴리스티렌-알킬메타크릴레이트-아크릴릭산, 폴리알킬메타크릴레이트-아크릴릭산, 폴리스티렌-알킬아크릴레이트-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-1,3-다이엔-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리알킬아크릴레이트-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔, 폴리메틸스티렌-부타다이엔, 폴리메틸 메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리에틸메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리프로필메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리부틸메타크릴레이트-부타다이엔, 폴리메틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리에틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리프로필아크릴레이트-부타다이엔, 폴리부틸아크릴레이트-부타다이엔, 폴리스티렌-아이소프렌, 폴리메틸-스티렌-아이소프렌, 폴리메틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리에틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리프로필메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리부틸메타크릴레이트-아이소프렌, 폴리메틸아크릴레이트-아이소프렌, 폴리에틸아크릴레이트-아이스프렌, 폴리프로필아크릴레이트-아이스프렌, 폴리부틸아크릴레이트-아이소프렌, 폴리스티렌-프로필아크릴레이트, 폴리스티렌-부틸아크릴레이트, 폴리스티렌-부타다이엔-아크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔-메타크릴릭산, 폴리스티렌-부타다이엔-아크릴로나이트릴-아크릴릭산, 폴리스티렌-부틸아크릭레이트-아크릴릭산, 폴리스티렌-부틸아크릭레이트-메타크릴릭산, 폴리스티렌부틸아크릴레이트-아크릴로나이트릴 및 폴리스티렌-부틸아크릴레이트 아크릴로나이트릴-아크릴릭산 중 적어도 1종 이상을 포함하는 열융착 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공중합체는
    80 ~ 120℃의 유리전이온도를 갖는 제1 고분자 단량체와,
    -60 ~ -30℃의 유리전이온도를 갖는 제2 고분자 단량체를 포함하는 열융착 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 응집제는
    폴리알루미늄클로라이드(PAC), 실리콘 디옥사이드, 에어로질, 벤토나이트 나노입자, 실리카 나노입자, 실리케이트 및 아소베스트 중 선택된 1종 이상을 포함하는 열융착 필름.
  6. 적어도 2종 이상의 고분자 단량체를 용매에 첨가한 후, 분산제 및 개시제를 첨가하고 질소 분위기에서 중합시키는 단계;
    상기 중합된 공중합체에 응집제를 첨가하고, 필터링하여 열융착 분말을 형성하는 단계; 및
    상기 열융착 분말을 열압착하고, 냉각하여 열융착 필름을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 공중합체는 45 ~ 65℃의 유리전이온도를 갖고,
    상기 열융착 필름은 상기 고분자 단량체의 중합반응이 완료된 공중합체 70 ~ 95 중량%; 분산제 1 ~ 5 중량%; 응집제 0.1 ~ 3 중량%; 및 개시제 0.1 ~ 3 중량%;를 포함하고,
    상기 열융착 필름은 공기열원식 히트펌프에 결합되어, 상기 공기열원식 히트펌프를 순환하는 온수를 저장하기 위한 온수 물통과 발포 폴리스티렌(EPS) 사출물로 이루어진 단열재 간의 사이에 삽입 배치된 열융착 필름 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고분자 단량체는
    80 ~ 120℃의 유리전이온도를 갖는 제1 고분자 단량체와,
    -60 ~ -30℃의 유리전이온도를 갖는 제2 고분자 단량체를 포함하는 열융착 필름 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 중합은
    70 ~ 90℃에서 30 ~ 90분 동안 실시하는 열융착 필름 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 열융착 분말은
    60㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 열융착 필름 제조 방법.
  11. 공기열원식 히트펌프에 결합되어, 상기 공기열원식 히트펌프를 순환하는 온수를 저장하기 위한 온수 물통;
    상기 온수 물통의 외측에 코팅된 법랑 코팅층;
    상기 법랑 코팅층의 외측에 배치된 내부 패널;
    상기 내부 패널의 외측에 배치된 외부 패널;
    상기 내부 패널과 외부 패널 사이에 배치된 단열재; 및
    상기 내부 패널 및 단열재 사이와, 상기 외부 패널 및 단열재 사이 중 적어도 하나에 배치된 열융착 필름;을 포함하며,
    상기 열융착 필름은, 적어도 2종 이상의 고분자 단량체가 혼합되며, 상기 고분자 단량체의 중합반응이 완료된 공중합체 70 ~ 95 중량%; 분산제 1 ~ 5 중량%; 응집제 0.1 ~ 3 중량%; 및 개시제 0.1 ~ 3 중량%;를 포함하는 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 온수 물통의 작동 온도는
    45 ~ 65℃인 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단열재는
    발포 폴리스티렌(ESP) 사출물로 이루어진 열융착 필름을 이용한 공기열원식 히트펌프용 물통의 접합 구조.
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