KR20000014626A - 잠열 축열 효과를 가진 바닥재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잠열을 가진 지방족 또는 방향족 화합물 등의 상변화 유기화합물을 고분자물질로 코팅하여 마이크로캡슐화한 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 바닥재의 어느 한 층 또는 둘 이상의 층에 함유시킴으로써 난방시에 열을 축적하였다가 난방중단시에 열을 방출하도록 한 잠열 축열 효과를 가진 바닥재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

잠열 축열 효과를 가진 바닥재 및 그 제조 방법
본 발명은 잠열 축열 효과를 가진 바닥재 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생활 수준 향상으로 인한 에너지 수요 증가에 따라 에너지를 효율적으로 이용하고 또한 주택의 난방비를 절감하고자 하는 고객의 욕구에 적극적으로 부응하기 위하여 지방족 및 방향족 화합물 등의 유기화합물을 상변화에 수반되는 잠열을 가진 고효율 축열재로 사용함으로써 시공 후 난방시 열을 축적하였다가 난방 공급 중단시 일정시간 동안 지속적으로 열을 방출하여 쾌적함을 오랫동안 유지할 수 있도록 한 잠열 축열 효과를 가진 바닥재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 대체 에너지원인 태양 에너지, 폐열 에너지 및 전기 에너지는 시간적, 질적으로 변동, 분산되는 저급 에너지로서 이를 안정, 균일화하여 집중된 고급 에너지로 사용하기 위해서는 에너지 저장법의 개발이 필요하다.
에너지의 저장이란 각종 형태의 에너지를 적절한 형태로 저장하였다가 필요한 장소, 필요한 시간에 적절한 수준으로 회수하여 사용하는 것으로 천연 에너지의 활용이나 이미 생산된 에너지를 효과적으로 관리하는데 그 근본 목적이 있다.
에너지 저장 방법으로는 화학 반응을 이용한 화학적 저장 방법을 비롯하여 전기자기적 저장 방법, 기계적 저장 방법 및 열적 저장 방법이 있다.
이러한 에너지 저장 방법 중에서 중요한 개발 분야로 대두되고 있는 열적 저장 방법을 보면 현열을 이용하여 열에너지를 저장하는 방법인 현열 축열과 잠열을 이용하여 열에너지를 저장하는 방법인 잠열 축열이 있으며 이러한 열적 저장 방법의 한 예로 온돌을 들 수 있다.
온돌은 우리나라의 전통적인 난방 방식으로서 예로부터 바닥 난방의 대명사로 자리잡고 있고 현재까지도 주된 난방 수단이 되고 있으며 최근에는 그 특유의 복사열(輻射熱)에 의한 쾌적한 난방 효과가 새로이 평가됨으로써 여러가지 방식으로 변형, 발전되면서 우리의 건축 양식과 주거 생활에 많은 영향을 주고 있다.
현열 축열은 열 저장 방법 중 그 역사가 오래된 것으로 기술이 비교적 간단할 뿐만 아니라 상당히 개발된 단계에 있으므로 현재 많이 활용되고 있다.
현재 온돌 구조에 사용되고 있는 대부분의 현열 축열 방법은 쇄석, 자갈 등을 현열 축열재로 사용하고 있는데 이는 열효율이 낮고 축열밀도가 작아 대량의 에너지를 저장하기 위해서는 많은 양의 현열 축열재가 필요하고 따라서 장치가 커지게 되며 이들을 저장할 큰 공간이 필요하다는 단점을 가지고 있으며 특히 실내 온도 및 바닥 온도의 변화 폭이 커서 쾌적한 실내 환경 유지가 어렵다.
한편, 잠열은 물질의 상변화시 등온에서 흡수, 방출되는 열로서 얼음이 녹을 때 흡수하는 80㎈／g의 융해열이나 물이 증발할 때 흡수하는 540㎈／g의 증발열 등이 그 대표적인 예이다.
이러한 잠열을 이용하는 잠열 축열은 현열 축열보다 단위 부피당 또는 단위 무게당 더 많은 양의 열을 저장할 수 있다.
상변화물질(PCM ： phase change material)이 잠열 축열재로 사용되기 위해서는 우선 전이 온도가 원하는 온도 영역이고 열용량과 잠열이 크며 과냉각 현상이 작아야 하고 또한 독성, 가연성, 환경오염성이 없고 화학적으로 안정하여 반복 사용이 가능하며 재현성이 좋아야 한다.
상변화물질을 이용한 잠열 축열에 대한 연구는 이미 1928년부터 시작되었고 본격적인 것은 1947년의 망초(glauber's salt ： Na2SO4·10H2O )를 이용한 연구 결과가 발표되면서 부터이다.
1975년부터 1980년대에는 몇가지의 상변화물질이 미국, 일본, 프랑스 등에서 상용되었는데 Na2SO4, CaCl2, NaHSO4등의 수화물을 플라스틱 용기나 고밀도 폴리에틸렌(HDPE : high density polyethylene)에 넣는 방법으로 사용하고 있다. 또한 미국의 다우케미칼(Dow Chemical), 칼맥(Calmac) 등의 회사에서 잠열 축열기를 생산하고 있다.
국내에서도 잠열 축열재에 대한 관심이 고조되면서 한국과학기술연구원에서 주성분이 Na2SO4·10H2O 인 잠열 축열재를 개발하였고 동력자원연구소에서도 CaCl2·6H2O 를 열에너지 저장 분야에 응용시키기 위한 노력을 기울이고 있다.
그러나 잠열 축열재로서 장시간 사용을 목적으로 가동되어야 하는 상변화물질의 사용 가능 시간에 대하여 상기 무기수화물들은 열손실로 인한 가공 조건의 제약 등 여러가지 문제점을 가지고 있고 또한 상분리 문제 및 심한 과냉각 현상의 문제점도 가지고 있어서 실용상 장애가 되어 왔으며 또한 실제 응용을 위해서는 열응답성의 개선이 필요하였다.
이와 같은 무기수화물의 문제점을 해결하고 응용성을 높이기 위하여 무기수화물을 구형(球形)의 입자로 제조한 후 이를 마이크로캡슐화하는 연구가 진행되어 왔는데 이러한 잠열 축열재는 100℃ 이상의 온도에서 무기수화물의 부피 팽창으로 캡슐이 파괴되는 현상이 발생하며 따라서 가공 온도가 150℃ 이상 되는 염화비닐수지(PVC ： polyvinylchloride) 바닥재에 적용하는 것이 불가능하였다.
한편, 잠열 축열재를 바닥재에 적용하기 위해서는 국내의 주택 난방에 대한 조건 현황을 파악할 필요가 있으며 그 분석 결과를 보면 다음과 같다.
첫째, 온돌이 설치된 공간의 실내 기온 분포를 보면 난방시 바닥 표면으로부터 약 15㎝의 높이까지는 바닥 온도의 영향으로 실내 기온이 급격히 높아지지만 그 이상의 상부에서는 거의 일정한 온도를 유지한다.
둘째, 아파트의 경우 난방 방식, 규모 및 위치 등에 따라 실내 온도는 약간의 차이를 보이기는 하지만 평균적으로 약 21∼28℃를 유지한다.
셋째, 55℃의 온수를 공급했을 때 바닥 표면 온도는 평균적으로 32∼38℃를 유지한다.
넷째, 보일러를 설치한 가정의 계절별 온수 공급 온도 조건은 늦봄, 초가을에는 50℃이고 초봄, 늦가을에는 70℃이며 겨울, 급탕시에는 85℃이다.
이에 본 발명에서는 상기 주택 난방 조건 분석 결과에 있어서의 바닥 온도를 고려하여 잠열 축열재 조건을 만족하는 상변화물질로서 그 녹는점이 10∼100℃, 바람직하게는 30∼80℃ 범위 내에 있는 지방족 또는 방향족 화합물 등의 유기화합물을 상변화물질로 하고 이를 고분자물질로 코팅하여 약 0.1㎛ 이상의 크기로 마이크로캡슐화함으로써 종래의 상변화물질인 무기수화물이 갖는 문제점을 없애고 열응답성을 높이며 또한 고온 가공이 가능하도록 한 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 PVC 바닥재의 어느 한 층 또는 둘 이상의 층에 함유시킴으로써 잠열 축열 효과를 가진 바닥재 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
이때 지방족 또는 방향족 화합물 등의 유기화합물은 무기수화물에 비해 가격이 다소 비싸고 열전도도가 낮다는 단점이 있기는 하지만 단위 부피당 열저장량이 크고 융점의 범위가 넓어 선택의 여지가 많으며 화학적으로 안정하고 부피 변화가 작으며 용융체의 증기압이 작고 과냉각 현상이 없고 또한 가공 특히 고온 가공이 용이하며 적용 범위가 넓다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바닥재의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 바닥재의 제조공정도.
도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 다른 바닥재의 단면도.
도 10은 본 발명에 사용된 상변화 유기화합물 잠열 축열재의 단면도.
도 11은 본 발명의 실시예 1의 단면도.
도 12는 본 발명의 실시예 2의 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10 : 기재층 20 : 표면층
21 : 발포층 22 : 비발포층
23 : 인쇄층 24 : 스킨층
25 : UV층 30 : 이면층
31 : 발포층 32 : 기계적 발포층
33 : 사이징층 40 : 상변화 유기화합물 잠열 축열재
41 : 상변화물질 입자 42 : 고분자물질 코팅층1
43 : 고분자물질 코팅층2
본 발명에 따른 바닥재는 칼렌더링(calendering) 또는 졸 코팅(sol coating)으로 여러개의 층을 적층한 구조로서 기재층을 중심으로 표면층, 이면층으로 구성되어 있는데 표면층은 기재층 위에 차례로 발포층 또는 비발포층, 인쇄층, 스킨층, 자외선 경화 도포층(이하 “UV층”이라 함)으로 세분할 수 있고 이면층은 기재층 아래에 차례로 발포층 또는 기계적 발포층, 사이징층으로 세분하거나 기재층 아래에 차례로 사이징층, 발포층 또는 기계적 발포층으로 세분할 수 있다. 여기서 “발포층”이란 화학적으로 발포된 층을 말하며 기계적으로 발포된 층만을 특히 “기계적 발포층”이라 한다.
표면층 및 이면층에서 위 세분된 층들은 필요에 따라 일부 생략할 수 있다.
이하 첨부 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에 있어서 본 발명에 따른 바닥재는 기재층(10), 기재층(10) 상부의 표면층(20) 및 기재층(10) 하부의 이면층(30)으로 이루어진다.
이때 표면층(20)은 기재층(10) 위에 차례로 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23), 스킨층(24) 및 UV층(25)이 적층된 구조이고, 이면층(30)은 기재층(10) 아래에 차례로 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32), 사이징층(33)이 형성된 구조이다. 이면층(30)의 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32), 사이징층(33)은 순서가 바뀌어 기재층(10) 아래에 차례로 사이징층(33), 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)이 형성된 구조도 가능하다.
도 2에 있어서 이러한 본 발명에 따른 바닥재의 제조방법을 보면 우선 제품의 치수안정성을 부여하는 기재층(10)을 제조한다.
기재층(10)은 유리섬유, 모조지 등의 기재 위에 기재층(10)의 조성물을 0.38∼0.50㎜의 두께로 압착나이프코팅한 후 130∼200℃의 오븐에서 40∼50m／min.의 속도로 1∼2분간 가열하여 겔(gel)화시켜 형성시킨다.
이때 기재층(10)의 조성은 중합도가 1000∼3000인 PVC 100 중량부에 가소제인 디옥틸프탈레이트(DOP : dioctylphthalate) 20∼50 중량부, 부틸벤질프탈레이트(BBP : butylbenzylphthalate) 15∼50중량부, 안정제인 바륨­아연계 화합물 1∼10중량부, 안료인 산화티탄 1∼20 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 1∼170 중량부 및 기타첨가제로서 장기 저온 내열 보강을 위한 에폭시수지 1∼5중량부(두유(豆油)를 사용하므로 경화제가 필요없음)를 혼합하여 졸(sol) 상태로 만든 것이다.
이 기재층(10) 위에 쿠션감을 부여하는 발포층(21)을 형성하거나 제품의 경도를 부여하는 비발포층(22)을 형성한다.
발포층(21)은 발포층(21)의 조성물을 0.1∼0.3㎜의 두께로 나이프코팅한 다음 150∼200℃의 오븐에서 40∼50m／min.의 속도로 1∼2분간 가열하여 겔화시켜 형성시킨다.
이러한 발포층(21)의 조성은 중합도가 1000∼2000인 PVC 100 중량부에 1차가소제인 DOP 40∼60 중량부, 2차가소제인 파라핀계 화합물 10∼20 중량부, 발포제인 아조디카본아미드 2∼5 중량부, 발포촉진제인 아연화 2∼4 중량부, 발포 안정제인 바륨­아연계 화합물 1∼3 중량부, 안료인 산화티탄 1∼5 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 1∼150 중량부 및 기타첨가제로서 점도저하제 0.2∼1.5 중량부를 혼합한 것이다.
비발포층(22)은 비발포층(22)의 조성물을 0.1∼0.3㎜의 두께로 나이프코팅한 다음 150∼200℃의 오븐에서 40∼50m／min.의 속도로 1∼2분간 가열하여 겔화시켜 형성시킨다.
이러한 비발포층(22)의 조성은 중합도가 1000∼3000인 PVC 100 중량부에 1차가소제인 DOP 20∼40 중량부, BBP 10∼20 중량부, 2차가소제인 파라핀계 화합물 10∼20 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 1∼150 중량부, 안료인 산화티탄 1∼5 중량부, 내열안정제인 바륨­아연계 화합물 1∼10 중량부 및 장기 저온 내열 보강을 위한 에폭시수지 1∼5 중량부(두유를 사용하므로 경화제가 필요없음)를 혼합한 것이다.
이 발포층(21) 또는 비발포층(22) 위에 그라비어(gravure) 인쇄, 스크린 인쇄 또는 전사 인쇄로 소정의 무늬를 인쇄하여 인쇄층(23)을 형성시켜 건조한 다음 이 인쇄층(23) 위에 투명도 및 내구성을 부여하고 또한 인쇄층(23)의 무늬를 보호하는 스킨층(24)을 형성시킨다.
스킨층(24)은 스킨층(24)을 이루는 물질을 인쇄층(23) 위에 0.2∼0.5㎜의 두께로 나이프코팅한 다음 180∼210℃의 오븐에서 10∼30m／min.의 속도로 1∼2분간 가열하여 겔화시켜 형성시킨다.
스킨층(24)의 조성은 중합도가 1500∼3000인 PVC 100 중량부에 1차가소제인 DOP 30∼60 중량부, 2차가소제인 파라핀계 화합물 10∼20 중량부, 내열안정제인 바륨-아연계 화합물 2∼10 중량부, 장기 저온 내열 보강을 위한 에폭시수지 2∼5 중량부(두유를 사용하므로 경화제가 필요없음) 및 점도저하제 0.2∼5 중량부를 혼합한 것이다.
다음, 기재층(10) 아래에 쿠션감을 부여하는 발포층(31)을 형성시키거나 역시 쿠션감을 부여하는 기계적 발포층(32)을 형성시킨다.
발포층(31)은 발포층(31)의 조성물을 0.2∼1.0㎜ 두께로 나이프코팅한 후 150∼180℃의 오븐에서 5∼50m／min.의 속도로 20∼90초간 가열하여 겔화시켜 형성시킨다.
이러한 발포층(31)의 조성은 중합도가 500∼4000인 PVC 100 중량부에 1차 가소제인 DOP 20∼80 중량부, BBP 10∼20 중량부, 2차 가소제 파라핀계 화합물 10∼20 중량부, 유기 안료 1∼20 중량부, 발포제인 아조디카본아미드 1∼10 중량부, 발포촉진제인 아연화 1∼4 중량부, 발포 안정제인 바륨­아연계 화합물 1∼10 중량부, 발포셀 조절제인 바륨-아연계 화합물 0.2∼1.0 중량부 ,안료인 산화티탄 1∼5 중량부 및 충전제인 중탄산칼슘 1∼250 중량부를 혼합한 것이다.
기계적 발포층(32)은 기계적 발포층(32)의 조성물을 2∼5㎜ 두께로 나이프코팅한 다음 150∼200℃의 오븐에서 10∼30m／min.의 속도로 1∼5분간 가열하여 겔화시켜 형성시킨다.
이러한 기계적 발포층(32)의 조성은 중합도가 1000∼3000인 PVC 100 중량부에 가소제인 DOP 40∼70 중량부, BBP 1∼10 중량부, 내열안정제인 바륨-아연계 화합물 2∼5 중량부 및 발포제인 실리콘 수지(디옥틸아디페이트에 용해된 것) 5∼20 중량부와 가공 조건에 따라 점도저하제 0.2∼1.5 중량부 및 충전제인 중탄산칼슘 1∼60 중량부를 혼합하여 기계적 발포 혼합기에 투입한 뒤 압축공기를 불어넣고 고속 교반하여 발포시킨 것이다.
이 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32) 아래에 제품의 경도를 부여하는 사이징층(33)을 형성시킨다. 사이징층(33)은 사이징층(33)의 조성물을 0.5∼1.0㎜ 두께로 나이프코팅한 후 170∼210℃의 오븐에서 5∼50m／min.의 속도로 30∼180초간 가열하여 겔화시켜 형성시킨다. 이때 발포층(21) 및 발포층(31)이 발포된다.
사이징층(33)의 조성은 중합도가 1000∼3000인 PVC 100 중량부에 1차 가소제인 DOP 20∼80 중량부, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올디이소부티레이트 5∼30 중량부, 파라핀계 화합물 5∼20 중량부, 안료인 산화티탄 1∼20 중량부, 내열 안정제인 바륨­아연계 화합물 1∼10 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 1∼250 중량부 및 기타 첨가제로서 장기 저온 내열 보강을 위한 에폭시수지 1∼5 중량부(두유를 사용하므로 경화제가 필요없음), 황토(흙) 2∼30 중량부, 유기 안료 1∼10 중량부를 혼합한 것이다. 이때 황토 및 유기 안료는 색상 및 기능성을 부여하기 위한 것으로 필요에 따라 혼합한다.
마지막으로 스킨층(24) 위에 표면 강도 유지를 위한 UV층(25)을 형성시킨다. UV층(25)은 UV층(25)의 조성물을 15∼30㎛의 두께로 에어나이프코팅한 다음 자외선으로 경화시킨다.
UV층(25)의 조성은 주성분으로 우레탄아크릴레이트 올리고머 60∼70 중량부, 올리고머의 희석, 점도 조정, 부착 증대를 위한 에틸렌 또는 프로필렌아크릴레이트 모노머 30∼40 중량부, 광개시제인 케톤 2∼5 중량부, 소포제로서 실리콘 약 1 중량부, 레벨링제로서 실리콘 0.5∼3 중량부를 혼합한 것이다.
이러한 제조 방법으로 본 발명에 따른 바닥재를 제조하는데 상기 UV층(25), 발포층(21) 또는 비발포층(22), 사이징층(33)은 생략할 수 있으며 도 3 내지 도 9에 있어서 본 발명에 따른 다른 바닥재는 이들 층 중 1층 이상의 층을 생략한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 다른 바닥재 역시 기재층(10), 기재층(10) 상부의 표면층(20), 기재층(10) 하부의 이면층(30)으로 이루어진다.
이를 자세히 보면 우선 도 3 내지 도 5는 UV층(25), 발포층(21) 또는 비발포층(22), 사이징층(33) 중 1개층을 생략한 구조로서 도 3은 사이징층(33)을, 도 4는 발포층(21) 또는 비발포층(22)을, 도 5는 UV층(25)을 생략한 바닥재를 보인다.
도 3에 있어서, 표면층(20)은 기재층(10) 위에 차례로 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23), 스킨층(24) 및 UV층(25)이 적층된 구조이고 이면층(30)은 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)이 형성된 구조이다.
도 4에 있어서, 표면층(20)은 기재층(10) 위에 차례로 인쇄층(23), 스킨층(24) 및 UV층(25)이 적층된 구조이고 이면층(30)은 기재층(10) 아래에 차례로 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32), 사이징층(33)이 형성된 구조이다.
이때 이면층(30)의 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32), 사이징층(33)은 순서가 바뀌어 기재층(10) 아래에 차례로 사이징층(33), 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)이 형성된 구조도 가능하다.
도 5에 있어서, 표면층(20)은 기재층(10) 위에 차례로 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23) 및 스킨층(24)이 적층된 구조이고 이면층(30)은 기재층(10)아래에 차례로 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32) 및 사이징층(33)이 형성된 구조이다.
이 또한 이면층(30)의 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32), 사이징층(33)은 순서가 바뀌어 기재층(10) 아래에 차례로 사이징층(33), 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)이 형성된 구조도 가능하다.
도 6 내지 도 8은 UV층(25), 발포층(21) 또는 비발포층(22), 사이징층(33) 중 2개층을 생략한 구조로서 도 6은 발포층(21) 또는 비발포층(22) 및 사이징층(33)을, 도 7은 UV층(25) 및 사이징층(33)을, 도 8은 UV층(25) 및 발포층(21) 또는 비발포층(22)을 생략한 바닥재를 보인다.
도 6에 있어서, 표면층(20)은 기재층(10) 위에 차례로 인쇄층(23), 스킨층(24) 및 UV층(25)이 적층된 구조이고 이면층(30)은 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)이 형성된 구조이다.
도 7에 있어서, 표면층(20)은 기재층(10) 위에 차례로 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23) 및 스킨층(24)이 적층된 구조이고 이면층(30)은 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)이 형성된 구조이다.
도 8에 있어서, 표면층(20)은 기재층(10) 위에 차례로 인쇄층(23) 및 스킨층(24)이 적층된 구조이고 이면층(30)은 기재층(10) 아래에 차례로 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32) 및 사이징층(33)이 형성된 구조이다.
이때 이면층(30)의 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32), 사이징층(33)은 순서가 바뀌어 기재층(10) 아래에 차례로 사이징층(33), 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)이 형성된 구조도 가능하다.
도 9는 UV층(25), 발포층(21) 또는 비발포층(22), 사이징층(33) 모두를 생략한 바닥재로서 표면층(20)은 기재층(10) 위에 차례로 인쇄층(23) 및 스킨층(24)이 적층된 구조이고 이면층(30)은 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)이 형성된 구조이다.
이러한 본 발명에 따른 바닥재를 구성하는 어느 한 층 또는 둘 이상의 층에 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 층당 1중량％ 이상 함유시킨다.
도 10은 본 발명에 따른 바닥재에 함유시킨 상변화 유기화합물 잠열 축열재(40)의 단면도로서 상변화물질 입자(41)가 가운데 있고 이 입자 주위에 고분자물질 코팅층1 (42) 및 고분자물질 코팅층2 (43)로 이루어진 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 보여준다.
이러한 상변화 유기화합물 잠열 축열재(40)는 아래 표 1a 및 표 1b의 지방족 또는 방향족 화합물 등의 유기화합물을 상변화물질로 하여 내부에는 미세한 기공이 있으며 그 표면은 매끄러운 구형의 입자(41)으로 제조한 후 회전 접선 분사 코팅기(rotor tangential spray coater)를 이용하여 내열성, 내화학성, 내수성이 좋은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA : polymethylmethacrylate) 또는 폴리우레탄(PU : polyurethane) 등의 고분자물질로 1층 또는 2층으로 코팅하여 마이크로캡슐화한 것으로 종래의 상변화물질로 사용된 무기수화물이 갖는 상분리 문제와 과냉각 현상의 문제점을 없애고 열응답성을 높이며 고온 가공이 가능하도록 한 것으로 그 직경은 0.1∼10.1㎜이다.
물질 융점(℃) 용융잠열(㎈／g) 열전도도×104(㎈／㎝s℃)고체(액체) 밀도(g／㎤)고체(액체) 비열(㎈／g℃)고체(액체)
프로피온아미드 84 40.2 1.0
나프탈렌 83 35.3 8.3 (3.2) 1.10(0.97) 0.34(0.39)
아세트아미드 (5.9) 1.16
비페닐 71 28.5 0.98(0.96)
스테아르산(pure) 69 48.4 7.9 (3.8) 0.48(0.55)
폴리글리콜 (E6000) 66 45.4 8.5 1.20(1.08)
왁스 64 41.5 8.3 (4.0) 0.88 (0.51)
팔미트산 63 44.5 (3.9) (0.85)
미리스트산 57 47 (3.2) (0.86) 0.38(0.54)
스테아르산(tech) 50∼66 38
에틸리그노세레이트 54 51.6
캄펜 50 57 0.87
3­헵타데카논 48 52
시안아미드 44 49.5 7.9 (4.9) 0.39(0.51)
라우르산 42∼44 42.38 (3.5) (0.87) 0.38
카프롤론 40 61.6
물질 융점(℃) 용융잠열(㎈／g) 열전도도×104(㎈／㎝s℃)고체(액체) 밀도(g／㎤)고체(액체) 비열(㎈／g℃)고체(액체)
75％라우르산＋ 25％스테아르산 34 39
트리미리스트린 33 48.7 0.89
카프르산 31.5 36.43 (3.55) (0.89)
디­락트산 21 35.5 0.41(0.63)
카프릴산 16.3 35.5 (3.52) 1.05(0.86)
폴리글리콜(E400) 8 23.2 7.3 (4.1) 1.12(1.00) (0.52)
실시예 1
유리섬유, 모조지 등의 기재 위에 중합도 1700인 PVC 100 중량부에 가소제인 DOP 24 중량부, BBP 17 중량부, 안정제인 바륨­아연계 화합물 2.5 중량부, 안료인 산화티탄 2 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 170 중량부 및 기타첨가제로서 에폭시수지 3 중량부를 혼합하여 만든 조성물을 0.38㎜의 두께로 압착나이프코팅한 후 160℃의 오븐에서 40 m／min.의 속도로 1분 30초간 가열하여 겔화시켜 기재층(10)을 제조하였다.
이 기재층(10) 위에 중합도 1200인 PVC 100 중량부에 1차가소제인 DOP 50 중량부, 2차가소제인 파라핀계 화합물 15 중량부, 발포제인 아조디카본아미드 3 중량부, 발포촉진제인 아연화 2 중량부, 발포 안정제인 바륨­아연계 화합물 1 중량부, 안료인 산화티탄 2 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 50 중량부 및 기타첨가제로서 점도저하제 0.3 중량부를 혼합하여 만든 조성물을 상기 기재층(10) 위에 0.20㎜의 두께로 나이프코팅한 다음 180℃의 오븐에서 30 m／min.의 속도로 1분 30초간 가열하여 겔화 및 발포시켜 발포층(21)을 형성시킨 후, 이 발포층(21) 위에 무늬를 인쇄하여 인쇄층(23)을 형성하여 건조시킨 다음, 이 인쇄층(23) 위에 중합도 1700인 PVC 100 중량부에 1차가소제인 DOP 25 중량부, 2차가소제인 파라핀계 화합물 12 중량부, 내열안정제인 바륨-아연계 화합물 3 중량부, 에폭시수지 3 중량부 및 점도저하제 0.2 중량부를 혼합하여 만든 조성물을 0.2㎜의 두께로 나이프코팅한 후 200℃의 오븐에서 20 m／min.의 속도로 1분 20초간 가열하여 겔화시켜 스킨층(24)을 형성시켰다.
그런 후에 상기 기재층(10) 아래에 중합도 1700인 PVC 100 중량부에 가소제인 DOP 60 중량부, BBP 10 중량부, 내열안정제인 바륨-아연계 화합물 3 중량부 및 발포제인 실리콘 수지(디옥틸아디페이트에 용해된 것) 5 중량부와 점도저하제 0.2 중량부 및 충전제인 중탄산칼슘 10 중량부를 혼합하여 기계적 발포 혼합기에 투입한 뒤 압축공기를 불어넣고 고속 교반하여 발포시킨 조성물 90 중량％에 상변화 유기화합물 잠열 축열재 10 중량％를 함유시킨 것을 2.7㎜ 두께로 나이프코팅한 다음 180℃의 오븐에서 15 m／min.의 속도로 2분 30초간 가열하여 겔화시켜 기계적 발포층(32)을 형성시켰다.
또한 상기 스킨층(24) 위에 우레탄아크릴레이트 올리고머 65 중량부, 프로필렌아크릴레이트 모노머 30 중량부, 광개시제인 케톤 3 중량부, 소포제로서 실리콘 1 중량부, 레벨링제로서 실리콘 0.5 중량부를 혼합하여 만든 조성물을 20㎛의 두께로 에어나이프코팅한 다음 자외선으로 경화시켜 UV층(25)을 형성시킴으로써 본 발명에 따른 잠열 효과를 가진 바닥재를 제조하였다. (도 11)
이때에 사용한 상변화 유기화합물 잠열 축열재(40)는 미리스트산(myristic acid)을 상변화물질로 하여 이를 0.5∼1.0㎜ 크기의 구형의 입자(41)으로 제조한 후 회전 접선 분사 코팅기를 이용하여 폴리메틸메타크릴레이트로 두께 5∼10㎛의 고분자물질층1 (42)을 형성하고 폴리우레탄으로 두께 15∼20㎛의 고분자물질층2 (43)를 형성하여 마이크로캡슐화한 것으로 그 크기는 0.52∼1.03㎜ 이고 싸이클 테스트에 대한 열응답성이 좋으며 기계적 강도가 우수하였다.
실시예 2
유리섬유, 모조지 등의 기재 위에 중합도 1700인 PVC 100 중량부에 가소제인 DOP 24 중량부, BBP 17 중량부, 안정제인 바륨­아연계 화합물 2.5 중량부, 안료인 산화티탄 2 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 170 중량부 및 기타첨가제로서 에폭시수지 3 중량부를 혼합하여 만든 조성물을 0.40㎜의 두께로 압착나이프코팅한 후 160℃의 오븐에서 40 m／min.의 속도로 1분 30초간 가열하여 겔화시켜 기재층(10)을 제조하였다.
이 기재층(10) 위에 중합도 1700인 PVC 100 중량부에 1차가소제인 DOP 32 중량부, BBP 22 중량부, 2차가소제인 파라핀계 화합물 16 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 90 중량부, 안료인 산화티탄 5 중량부, 내열안정제인 바륨­아연계 화합물 2.5 중량부 및 에폭시수지 3 중량부를 혼합하여 만든 조성물을 상기 기재층(10) 위에 0.20㎜의 두께로 나이프코팅한 다음 180℃의 오븐에서 35 m／min.의 속도로 1분 10초간 가열하여 비발포층(22)을 형성시킨 후, 이 비발포층(22) 위에 무늬를 인쇄하여 인쇄층(23)을 형성하여 건조시킨 다음, 이 인쇄층(23) 위에 중합도 1700인 PVC 100 중량부에 1차가소제인 DOP 30 중량부, 2차가소제인 파라핀계 화합물 8 중량부, 내열안정제인 바륨-아연계 화합물 2.5 중량부, 에폭시수지 3 중량부 및 점도저하제 0.3 중량부를 혼합하여 만든 조성물을 0.20㎜의 두께로 나이프코팅한 후 170℃의 오븐에서 20 m／min.의 속도로 40초간 가열하여 겔화시켜 스킨층(24)을 형성시켰다.
그런 후에 상기 기재층(10) 아래에 중합도 1200인 PVC 100 중량부에 1차 가소제인 DOP 42 중량부, BBP 10 중량부, 2차 가소제 파라핀계 화합물 10 중량부, 유기 안료 5 중량부, 발포제인 아조디카본아미드 3.5 중량부, 발포촉진제인 아연화 2.8 중량부, 발포 안정제인 바륨­아연계 화합물 1.4 중량부, 발포셀 조절제인 바륨-아연계 화합물 0.4 중량부 ,안료인 산화티탄 2 중량부 및 충전제인 중탄산칼슘 60 중량부를 혼합하여 만든 조성물 85 중량％에 상변화 유기화합물 잠열 축열재 15 중량％를 함유시킨 것을 0.5 ㎜ 두께로 나이프코팅한 후 180℃의 오븐에서 20 m／min.의 속도로 40초간 가열하여 겔화시켜 발포층(31)을 형성시킨 후, 이 발포층(31) 아래에 중합도 2000인 PVC 100 중량부에 1차 가소제인 DOP 35 중량부, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올디이소부티레이트 13 중량부, 파라핀계 화합물 17 중량부, 안료인 산화티탄 8 중량부, 내열 안정제인 바륨­아연계 화합물 3 중량부, 충전제인 중탄산칼슘 90 중량부 및 기타 첨가제로서 에폭시수지 3 중량부, 황토(흙) 5 중량부, 유기 안료 1 중량부를 혼합하여 만든 조성물 90 중량％에 상변화 유기화합물 잠열 축열재 10 중량％를 함유시킨 것을 0.2㎜ 두께로 나이프코팅한 후 200℃의 오븐에서 20 m／min.의 속도로 1분 30초간 가열하여 겔화시켜 사이징층(33)을 형성시킴과 동시에 상기의 발포층(31)을 발포시켰다.
또한 상기 스킨층(24) 위에 우레탄아크릴레이트 올리고머 65 중량부, 에틸렌아크릴레이트 모노머 30 중량부, 광개시제인 케톤 3 중량부, 소포제로서 실리콘 1 중량부, 레벨링제로서 실리콘 0.5 중량부를 혼합하여 만든 조성물을 25㎛의 두께로 에어나이프코팅한 다음 자외선으로 경화시켜 UV층(25)을 형성시킴으로써 본 발명에 따른 잠열 효과를 가진 바닥재를 제조하였다. (도 12)
이때에 사용한 잠열 축열재(40)는 스테아르산(stearic acid)을 상변화물질로 하여 이를 0.5∼0.8㎜ 크기의 구형의 입자(11)으로 제조한 후 회전 접선 분사 코팅기를 이용하여 폴리메틸메타크릴레이트로 두께 5∼10㎛의 고분자물질층1 (12)을 형성하고 폴리우레탄으로 두께 15∼20㎛의 고분자물질층2 (13)를 형성하여 마이크로캡슐화한 것으로 그 크기는 0.52∼0.83㎜ 이고 싸이클 테스트에 대한 열응답성이 좋으며 기계적 강도가 우수하였다.
본 발명에 따른 바닥재의 잠열 축열 효과는 한국에너지기술연구소의 방열특성시험장치를 사용하여 방열 에너지를 측정함으로써 확인하였다.
기재층(10)을 형성하고 이 기재층(10) 위에 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23) 및 스킨층(24)을 차례로 형성하고 기재층(10) 아래에 기계적 발포층(32)을 형성한 후 상기 스킨층(24) 위에 UV층(25)을 형성시킨 바닥재에 있어서 기계적 발포층(32)에 미리스트산(myristic acid)을 상변화물질로 하고 폴리우레탄으로 단일 코팅하여 얻어진 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 10중량％ 함유시킨 본 발명에 따른 바닥재와, 이러한 바닥재 기본 구성에 있어서는 같으나 기계적 발포층(32)에 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 함유시키지 않은 종래의 바닥재를 60℃로 30분간 가열한 후 그 방열 에너지를 측정하였다.
아래 그래프는 그 결과를 나타낸 것이다.
가장 아래에 있는 곡선은 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 함유하지 않은 종래의 바닥재의 방열 에너지를 보이는 것이고 그 위의 세 개 곡선은 모두 냉각 속도 등의 기타 실험 조건만이 다른 본 발명에 따른 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 함유한 바닥재의 방열 에너지를 보이는 것으로 이러한 종래 바닥재의 방열 에너지가 가장 작고 이에 비해 본 발명에 따른 바닥재는 우수한 잠열 축열 효과를 보임을 확인할 수 있었다.
(그래프)

Claims (16)

  1. 여러개의 층으로 구성된 표면층(20), 기재층(10) 및 1개 또는 2개 이상의 층으로 구성된 이면층(30)으로 이루어진 바닥재에 있어서, 어느 한 층 또는 둘 이상의 층에 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 층당 1중량％ 이상 함유시킨 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재.
  2. 제 1항에 있어서, 표면층(20)이 기재층(10)으로부터 차례로 인쇄층(23) 및 스킨층(24)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재.
  3. 제 1항에 있어서, 표면층(20)이 기재층(10)으로부터 차례로 인쇄층(23), 스킨층(24) 및 UV층(25)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재.
  4. 제 1항에 있어서, 표면층(20)이 기재층(10)으로부터 차례로 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23) 및 스킨층(24)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재.
  5. 제 1항에 있어서, 표면층(20)이 기재층(10)으로부터 차례로 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23), 스킨층(24) 및 UV층(25)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재.
  6. 제 2항, 제 3항, 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 이면층(30)이 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재.
  7. 제 2항, 제 3항, 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 이면층(30)이 기재층(10)으로부터 차례로 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32) 및 사이징층(33)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재.
  8. 제 2항, 제 3항, 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 이면층(30)이 기재층(10)으로부터 차례로 사이징층(33) 및 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재.
  9. 기재층(10) 조성물을 압착나이프코팅하고 오븐에서 가열하여 겔화시켜 기재층(10)을 제조하고 이 기재층(10) 위에 발포층(21) 조성물 또는 비발포층(22) 조성물, 인쇄층(23) 조성물, 스킨층(24) 조성물, UV층(25) 조성물 중에서 1개 또는 2개 이상 선택하여 차례로 나이프코팅하고 오븐에서 가열하여 겔화 또는 발포시켜 표면층(20)을 형성시키고 이 기재층(10) 아래에 발포층(31) 조성물 또는 기계적 발포층(32) 조성물, 사이징층(33) 조성물 중에서 1개 또는 2개 선택하여 차례로 나이프코팅하고 오븐에서 가열하여 겔화 또는 발포시켜 이면층(30)을 형성시킨 바닥재를 제조하는 방법에 있어서, 바닥재의 어느 한 층 또는 둘 이상의 층에 상변화 유기화합물 잠열 축열재를 층당 1중량％ 이상 함유시킨 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재를 제조하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 표면층(20)이 기재층(10)으로부터 차례로 인쇄층(23) 및 스킨층(24)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재를 제조하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 표면층(20)이 기재층(10)으로부터 차례로 인쇄층(23), 스킨층(24) 및 UV층(25)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재를 제조하는 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 표면층(20)이 기재층(10)으로부터 차례로 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23) 및 스킨층(24)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재를 제조하는 방법.
  13. 제 9항에 있어서, 표면층(20)이 기재층(10)으로부터 차례로 발포층(21) 또는 비발포층(22), 인쇄층(23), 스킨층(24) 및 UV층(25)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재를 제조하는 방법.
  14. 제 10항, 제 11항, 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 이면층(30)이 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재를 제조하는 방법.
  15. 제 10항, 제 11항, 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 이면층(30)이 기재층(10)으로부터 차례로 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32) 및 사이징층(33)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재를 제조하는 방법.
  16. 제 10항, 제 11항, 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 이면층(30)이 기재층(10)으로부터 차례로 사이징층(33) 및 발포층(31) 또는 기계적 발포층(32)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 잠열 축열 효과를 가진 바닥재를 제조하는 방법.
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