KR20040086165A

KR20040086165A - 진공 단열재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20040086165A
Application number: KR1020040012178A
Authority: KR
Inventors: 마사토 하야시; 히데토 사토
Original assignee: 닛신보세키 가부시키 가이샤
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2004-10-08
Also published as: CN1536259A; CN100387894C; US20040253406A1; JP2004308691A

Abstract

무기 섬유를 코어 재로 하는 진공 단열재에 있어서, 단열성능이 높고(열전도율이 낮고), 그 단열성능이 장기간에 걸쳐서 유지 가능하고, 더욱이 표면에 큰 요철 등의 결함이 없고, 덧붙여 제조시간이 짧고 비용적으로 유리한 진공 단열재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

코어 재(1) 및 가스 흡착제(2)를 가스 배리어성 필름으로 된 봉투(3)에 수납하고 그 내부를 감압, 밀봉한 진공 단열재에 있어서, 상기 코어 재(1)는, 평균 섬유 직경 3~5㎛의 무기 섬유에, 그 섬유에 대하여 0.5~1.5중량%의 바인더(B)를 도포하고, 열 프레스하여 형성한 성형체 또는그 성형체를 2장 이상 적층한 것이다.

Description

진공 단열재 및 그 제조 방법{VACUUM HEAT INSULATION MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 코어 재에 무기 섬유를 사용한 진공 단열재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

코어 재를 가스 배리어성 필름으로 된 봉투에 수납하고 그 내부를 감압, 밀봉한 진공 단열재의 코어 재로서, 폴리우레탄 폼, 무기 섬유, 무기 분말 등의 재료가 사용되는데, 이 중에서도 무기 섬유를 코어 재로서 사용하면 0.0025W/mk 전후의 낮은 열전도율(높은 단열성능)을 달성할 수 있는 것이 종래로부터 알려져 있다.

그러나, 무기 섬유를 전처리하지 않고 그대로 봉투에 삽입하고 감압 탈기한 경우, 작업성이 나쁘고, 진공 단열재 표면의 평활성을 유지하기 위해 밀도를 높게 하지 않으면 안 된다고 하는 문제가 있었다. 또, 무기 섬유의 일부가 봉투 개구부의 밀봉 실링부에 걸리기 쉽고, 그 경우, 감압 밀봉후의 실링이 불충분하게 되어, 소정의 성능이 나타나지 않는 제품이 얻어진다고 하는 문제도 있었다.

그래서, 상기의 문제를 해결하는데는, 봉투에 수납하기 전에, 무기 섬유를 시트상으로 굳힐 필요가 있는데, 간단히 유기 바인더를 사용하여 시트상으로 하여 코어 재를 성형하면, 경시적으로 코어 재로부터 아웃 가스가 발생하게 되고 단열성능이 경시적으로 악화된다고 하는 다른 문제가 생긴다. 또, 유기 바인더 대신에 무기 바인더를 사용하여 시트상으로 하여 코어 재를 성형하는 것도 가능하지만, 탄력성이 없어지고, 감압 배기시에 균열이 발생하거나, 무기 바인더에 의해 막이 형성되어 감압 배기에 시간이 걸리는 등의 문제가 생기는 것이 된다.

상기 문제점을 구체예를 사용하여 설명하면, 특허 문헌 1에는, 유기 바인더를 함유시키고, 또한, 단열벽의 단열 공간에 대략 같은 두께까지 압축 경화시킨 무기 섬유로 된 단열 매트를, 단열 공간내에 삽입한 후, 유기 바인더의 분해 온도까지 공기의 존재하에서 가열하고 유기 바인더 부분을 가스화하여 제거하고, 그 후, 단열 공간내를 진공 배기하는 진공 단열벽의 제조 방법이 기재되어 있다.또, 특허 문헌 2에는, 무기질 섬유를 산성 초지 작업한 페이퍼를 여러장 적층하고, 무기질 섬유끼리가 그들 섬유로부터 용출한 성분에 의해 각 교점에서 결착한 진공 단열재가 기재되어 있다. 더욱이, 특허 문헌 3에는, 무기질 섬유를 집면하여 산성 수용액을 부착 처리 후, 탈수, 건조시키고, 무기질 섬유의 용출 성분을 무기질 섬유의 교점에 모아서 경화시키고, 무기질 섬유끼리가 그들 섬유로부터 용출한 성분에 의해 각 교점에서 결착한 진공 단열재의 기재가 있다. 다음에, 특허 문헌 4에는, 미세 무기 섬유로 이루어진 무기 섬유 집합체의 적어도 한쪽 면에 보강재를 적층한 심재와, 가스 배리어성을 갖는 외피재로 이루어진 진공 단열재로서, 상기의 무기 섬유 집합체에 섬유 재료를 고형화하기 위한 결합재를 포함하지 않는 진공 단열재가 기재되어 있다.

그렇지만, 특허 문헌 1과 같이 유기 바인더의 가열 분해를 행하여도 그 전부를 제거하는 것은 어렵고, 또한 상당히 시간이 걸리고 비용면에서도 문제가 있었다. 또, 특허 문헌 2, 3과 같이 산성 처리를 하는 것은, 산성 처리후의 중화, 건조 처리를 포함하여 대규모의 설비가 필요하게 되고, 더욱이 용융 부분의 열전도에 의해, 단열성능이 저하될 우려가 있다. 다음에, 특허 문헌 4와 같이 보강재를 사용하면, 무기 섬유 집합체와 보강재의 강도의 차이에 의한 휘어짐의 발생, 보강재의 단열성능이 더 크게 영향을 미치는 것으로, 무기 섬유 단체의 단열성능을 크게 손상시킬 가능성이 있다.

[특허 문헌 1]

일본 특개평 5-87292호 공보호 공보

[특허 문헌 2]

일본 특개평 7-139691호 공보

[특허 문헌 3]

일본 특개평 7-167376호 공보

[특허 문헌 4]

일본 특개2002-310384호 공보

본 발명은, 코어 재에 무기 섬유를 사용한 종래의 진공 단열재 등에는, 상기와 같은 문제점이 있었던 것에 감안하여 이루어진 것으로, 무기 섬유를 코어 재로 하는 진공 단열재에 있어서, 단열성능이 높고(열전도율이 낮고), 그 단열성능이 장기간에 걸쳐서 유지 가능하고, 더욱이 표면에 큰 요철 등의 결함이 없으며, 덧붙여 제조시간이 짧고 비용적으로 유리한 진공 단열재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을, 그 과제로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일례의 진공 단열재의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 예의 진공 단열재의 단면도이다.

도 3은 도 1의 진공 단열재의 제조 방법의 일례를 시계열적으로 나타내는 개념도이다.

[부호의 설명]

1 코어 재

2 가스 흡착제

3 봉투

3a 개구부

S 무기 섬유

N 노즐

B 바인더

상기 과제를 해결하는 것을 목적으로 하여 이루어진 본 발명의 진공 단열재의 구성은, 코어 재 및 가스 흡착제를 가스 배리어성 필름으로 된 봉투에 수납하고 그 내부를 감압, 밀봉한 진공 단열재에 있어서, 상기 코어 재는, 평균 섬유 직경3~5㎛의 무기 섬유에, 그 섬유에 대하여 0.5~1.5 중량%의 바인더를 도포하고, 열 프레스하여 형성한 성형체 또는 그 성형체를 2장 이상 적층한 것인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은, 상기 구성에 있어서, 무기 섬유에, 유리 섬유, 세라믹 파이버, 암면, 실리카 알루미나 울로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있고, 또, 바인더에, 페놀 수지, NBR 고무 변성 하이 오르토 페놀 수지, NBR 고무 변성 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, NBR, 니트릴 고무, 아크릴 고무, 실리카 알루미나 등으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다.

또, 상기 과제를 해결하는 것을 목적으로 하여 이루어진 본 발명의 진공 단열재의 제조 방법의 구성은, 평균 섬유 직경 3~5㎛의 무기 섬유에, 그 섬유에 대하여 0.5~1.5중량%의 바인더를 도포하고, 가열하면서 가압 성형한 코어 재, 또는, 그 코어 재를 2장 이상 적층한 코어 재를, 가스 흡착제와 함께, 가스 배리어성 필름으로 된 봉투내에 수납하고, 그 내부를 감압한 후, 개구부를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 개구부는 히트 실링을 2중으로 실시하여 밀봉하는 것도 가능하다.

그래서, 본 발명의 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 극미량의 바인더(수지)를 무기 섬유에 도포하고, 열 프레스를 걸어 성형한 것을 코어 재로 하거나, 또는, 그 성형체를 2장 이상 적층한 것을 코어 재로 함으로써, 상기의 과제가 해결되는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

(발명의 실시의 형태)

다음에, 본 발명의 실시의 형태예를 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일례의 진공 단열재의 단면도, 도 2는 본 발명의 다른 예의 진공 단열재의 단면도, 도 3은 도 1의 진공 단열재의 제조 방법의 일례를 시계열적으로 나타내는 개념도이다.

본 발명의 진공 단열재는, 도 1에 나타난 바와 같이, 무기 섬유에 소정의 성형을 행하여 성형한 코어 재(1)를, 가스 흡착제(2)와 함께 가스 배리어성 필름으로 된 봉투(3)에 수납하고 그 내부를 감압하고, 개구부(3a)를 밀봉한 것, 또는, 도 2에 나타내는 것과 같이, 무기 섬유에 소정의 성형을 행하여 성형한 성형체(1')를 2장 적층한 것으로 이루어지는 코어 재(11)를, 가스 흡착제(2)와 함께 가스 배리어성 필름으로 된 봉투(3)에 수납하고 그 내부를 감압하여, 개구부(3a)를 밀봉한 것이다. 또한, 성형체(1')를 3장 이상 적층한 것을 코어 재로 해도 좋다. 여기에서, 무기 섬유로서는, 유리 섬유 세라믹 파이버, 암면, 실리카 알루미나 울 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로도, 종류가 다른 것을 적절히 조합하여 사용하는 것도 가능한다.

무기 섬유에는, 수지(바인더 (B))를 도포하여 숙성형을 한 것이 사용된다. 이 바인더(B)로서의 수지는, 페놀 수지, NBR 고무 변성 하이 오르토 페놀 수지, NBR 고무 변성 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, NBR, 니트릴 고무, 아크릴 고무, 실리카 알루미나 등을 들 수 있지만, 바람직하게는 페놀 수지이고, 더욱 바람직하게는 요소를 첨가하지 않는 페놀 수지 단체 타입이다.

상기 바인더(B)의 도포량은, 무기 섬유에 대하여 0.5~1.5질량%, 바람직하게는 0.75~1.25질량%이다. 이 도포량의 범위이면, 프레스 성형하면 딱딱해지기 쉬운 무기 섬유의 표면층의 수지량을 낮게 할 수 있고, 감압 시간이 걸리는 원인이 되는 고체층을 적게 하고, 소정량의 무기 섬유의 두께를 얇게 하는 것이 가능하여 취급이 용이하게 되어, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

압축후의 무기 섬유(코어 재(1))의 밀도로서는 l50kg/m³~250kg/m³이 바람직하다. 이 밀도의 범위이면, 단열성능이 높은 상태를 유지한다. 또, 코어 재(1)의 성형 두께로서는, 10~50mm, 바람직하게는 10~15mm을 설정값으로 하고, 거기에서부터 복원하는 것으로 30~50mm의 두께가 되는 것이 바람직하다. 이 범위이면, 취급성에 문제가 없다.

다음에, 봉투(3)를 구성하는 가스 배리어성의 필름으로서는 금속박과 플라스틱 필름과의 적층 필름(금속박 필름)이나, 금속박대신에 증착막과 플라스틱 필름을 적층한 필름(증착막 필름) 등을 사용할 수 있다.

금속박으로서는, 알루미늄박이나 스테인리스박 등의 금속박을, 증착막 필름의 증착층에는 알루미늄, 스테인리스 등을 각각 사용하고 있다. 플라스틱 필름으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있다.

가스 배리어성 필름의 일례로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름/나일론 필름/알루미늄 박/폴리에틸렌 필름의 4층구조의 라미네이트 필름, 또 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름/알루미늄 박/고밀도 폴리에틸렌 필름의 3층구조의 라미네이트필름을 들 수 있다.

이들 필름을 봉투(3)로 형성할 때는, 폴리에틸렌 필름이 봉투의 내측이 되도록 구성된다. 상기의 라미네이트 필름의 알루미늄 박을 증착막에 대신한 증착막 필름도 물론, 사용할 수 있다. 또한, 증착막 필름의 표면에 금속박 필름을 핫 멜팅 접착제로 접착한 복합 필름을 사용하는 것도 가능하다.

코어 재(1)와 함께 봉투(3)의 안에 수납하는 것으로서 가스 흡착제(2)가 있다. 가스 흡착제(2)는 경시적으로 코어 재(1)로부터 발생하는 아웃 가스를 흡수하기 위한 것이다. 구체적으로는 산화 칼슘, 활성탄, 실리카겔, 몰레큘러 시브, 제올라이트 등이 사용되고, 이들은 단체로, 혹은, 둘 이상을 조합한 것을 사용할 수 있다.

다음에, 도 3에 의해, 본 발명 진공 단열재의 제조 방법에 관하여 설명한다.먼저, 코어 재(1)로 성형되기 전의 무기 섬유(S)에 바인더(B)를 도포한다. 도포 방법으로서는, 무기 섬유의 제조시에 주위로부터 스프레이에 의해 도포하는 방법, 함침법 등이 있다. 이중에서도 스프레이에 의한 도포가 바람직하다. N은 스프레이의 노즐이고, 이 노즐(N)로부터 바인더(B)를 무기 섬유(S)의 표면에 균일하게 도포한다. 도포량은, 무기 섬유(S)에 대하여 0.5~1.5중량%, 바람직하게는 0.75~1.25중량%이다. 도포시 바인더(B)는 용제에 희석하여 사용한다. 희석 용제로서는 물, 신나 등을 적절히 사용한다.

열 프레스기(도시하지 않음)는 통상의 프레스 작업에서 사용되는 범용품이면좋다. 이 프레스기로 상기의 처리를 한 무기 섬유(S)를 압력 10~10000g/cm², 온도 100~300℃의 조건에서 설정값 두께가 10~50mm가 되도록 성형한다. 성형시간은, 무기 섬유가 복원 후 30~50mm의 두께가 되고 핸들링이 용이하게 될 때까지 임의로 행하면 좋지만, 1~5분이 성형성, 작업성의 밸런스에서 봐서 바람직하다.

상기와 같이 하여 성형한 코어 재(1)를, 가스 흡착제(2)와 함께 가스 배리어성 필름으로 된 봉투(3)에 수납하고, 그 내부를 감압한 후, 개구부(3a)를 밀봉하여 진공 단열재를 제조한다. 또한, 개구부(3a)의 밀봉은, 히트 실링이 일반적이지만, 본 발명에서는 봉투의 밀봉도를 생각하여 히트 실링을 2중으로 행하는 것이 바람직하다. L1, L2는 개구부(3a)에 실시한 히트 실링의 2중의 라인을 나타낸다. 1중이라도 봉투의 밀봉을 충분히 행할 수 있는 경우는, 히트 실링은 1겹이라도 좋다.

도 2에 나타낸 것과 같이 코어 재(11)가 성형체(1',1')의 적층 타입인 경우는, 성형체(1')를 형성하는 무기 섬유(S)에 대한 열 프레스기에 의한 압력, 소정의 온도 조건에서의 설정치 두께는, 제조하는 진공 단열재의 사용조건에 맞추어 적절히 설정된다.

(실시예)

다음에, 도 1에 나타낸 1장의 성형체를 코어 재로 하는 본 발명의 진공 단열재에서, 무기 섬유에 유리 섬유를 사용하고, 바인더에 요소를 첨가하지 않는 페놀 수지 단체를 사용하고, 더욱이, 봉투의 가스 배리어성 필름에, 알루미늄 박과 플라스틱 필름의 복합 필름을 사용하여 제조한 진공 단열재에 대하여, 이하의 (1)~(5)의 점에 대하여 성능 시험을 행했다.

(1) 열전도율

코어 재가 되는 무기 섬유에 대해 도포하는 바인더의 도포량을 바꾸어 진공 단열재를 제조하고, 그들의 고온 에이징 시험을 행했다. 진공 단열재의 크기는 10×300×300(mm)이다. 열전도율은 하기의 표 1에 나타내는 바와 같다.

상기 표 1로부터 명확하게 된 바와 같이, 본 발명에서의 바인더 도포량의 범위(0.5~1.5wt%)내의 도포량(0.5, 1.0, 1.5wt%)의 진공 단열재는, 바인더를 전혀 도포하지 않는 진공 단열재와 동일한 정도의 낮은 열전도율을 나타내고, 그것들을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이것에 대하여, 바인더 도포량이 3.0, 10.Owt%의 진공 단열재는, 열전도율이 높고, 특히, 바인더 도포량이 10.0wt%인 진공 단열재는, 사용 기간이 길어지면 그 열전도율의 열화가 현저하다.

또, 본 발명에서는, 페놀 수지 바인더를, 지금까지 유리 섬유를 성형하는데 통상 사용되어 온 것과 같은, 요소를 첨가한 타입으로부터, 첨가하지 않는 페놀 수지 단체 타입으로 바꾼 것으로, 쓸데없는 아웃 가스의 발생이 감소하고, 열전도율이 낮아진 것이라 할 수 있다.

이와 관련하여, 본 발명에서는, 바인더 도포량을 줄였기 때문에, 프레스 성형해도 무기 섬유의 표면층이 딱딱하게 되는 일이 없다. 또, 진공 배기시, 그 저항이 되는 고체층을 줄일 수 있다.

다음에, 상기의 진공 단열재에 대하여, 그 제조 단계를 포함하여, 하기와 같이 평가를 행했다.

(2) 표면성

◎; 평평하다.

○; 조금 요철이 있다.

×; 요철이 심하다.

(3) 코어 재의 취급성

◎; 한 손으로 용이하게 취급할 수 있다.

○; 한 손 혹은 두 손으로 취급할 수 있다.

×; 취급하기 위한 지그가 필요하다.

(4) 포장 봉지에의 넣기 용이함

◎; 용이하게 포장 봉지에 넣어진다.

○;포장 봉지에 넣기 어렵지만, 지그는 불필요.

×; 지그를 사용해도 넣기 어렵다.

(5) 열전도율(단열성능)

◎; 0.0023W/m·K 미만.

○; 0.0023 이상 0.0028 미만.

△; 0.0028 이상 0.0033 미만.

×; 0.0033 이상.

평가 결과를 하기의 표 2에 나타낸다.

상기 표 2로부터 명확하게 된 바와 같이, 본 발명에서의 바인더 도포량의 범위(0.5~1.5wt%)내의 도포량(0.5, 1.0, 1.5wt%)의 진공 단열재는, 상기의 점 (2)~(5)에 있어서, 바인더를 전혀 도포하지 않는 진공 단열재와 단열성능(열전도율)이 동일한 정도이고, 진공 단열재의 표면성, 코어 재의 취급성, 포장 봉지에의 넣기 용이함 등에 있어서 우위인 것을 알 수 있다. 더욱이, 본 발명의 진공 단열재는, 바인더 도포량이 3.0, 10.Owt%인 진공 단열재나 연속 기포 PUF(폴리우레탄 폼)를 사용한 것에 대하여, 표면성, 코어 재의 취급성, 포장 봉지에의 넣기 용이함 등에 있어서 동등하고, 단열 성능의 면에서 유리하다.

본 발명은 이상의 것과 같이, 본 발명 진공 단열재는, 극미량의 바인더 수지를 무기 섬유에 도포하고, 열 프레스를 걸어 성형한 것을 코어 재로 하고 있기 때문에, 단열성능이 높고, 그 단열 성능이 장기간에 걸쳐서 유지 가능하고, 더욱이 표면에 큰 요철 등의 결함이 없다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 덧붙여, 제조시간이 짧고, 제조 비용도 싸게 할 수 있다.

또, 본 발명 진공 단열재는, 상기와 같이 단열성능이 높기(열전도율이 낮다)때문에, 노트형 컴퓨터나 오븐 레인지, 전기 순간 온수기, 냉동·냉장 기기, 냉동고, 냉동차량, 냉동 컨테이너, 에어컨 박스 등의 각종 용도에 폭넓게 사용할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

코어 재 및 가스 흡착제를 가스 배리어성 필름으로 된 봉투에 수납하고 그 내부를 감압, 밀봉한 진공 단열재에 있어서, 상기 코어 재는, 평균 섬유 직경 3~5㎛의 무기 섬유에, 그 섬유에 대하여 0.5~1.5 중량%의 바인더를 도포하고, 열 프레스하여 형성한 성형체 또는 그 성형체를 2장 이상 적층한 것인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 1 항에 있어서, 무기 섬유는, 유리 섬유, 세라믹 파이버, 암면, 실리카 알루미나 울로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 바인더는, 페놀 수지, NBR 고무 변성 하이 오르토 페놀 수지, NBR 고무 변성 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, NBR, 니트릴 고무, 아크릴 고무, 실리카 알루미나 등으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
평균 섬유 직경 3~5㎛의 무기 섬유에, 그 섬유에 대하여 0.5~l.5 중량%의 바인더를 도포하고, 가열하면서 가압 성형한 코어 재, 또는, 그 코어 재를 2장 이상 적층한 코어 재를, 가스 흡착제와 함께, 가스 배리어성 필름으로 된 봉투내에 수납하고, 그 내부를 감압한 후, 개구부를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재의 제조 방법.
제 4 항에 있어서, 개구부는 히트 실링을 2중으로 실시하여 밀봉하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재의 제조 방법.