KR20110072793A - 진공 단열재용 복합 필름 및 이를 적용한 진공 단열재 - Google Patents

진공 단열재용 복합 필름 및 이를 적용한 진공 단열재 Download PDF

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KR20110072793A
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Abstract

EVOH 필름을 알루미늄 호일과 함께 배리어층에 적용하여 진공 단열재의 장기내구성을 향상시킬 수 있는 진공 단열재용 복합 필름 및 이를 적용한 진공 단열재에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 진공 단열재용 복합 필름은 외부 충격으로부터 보호하는 보호층; 상기 보호층 하부에 접착되며, 외부의 가스 또는 수분의 유입을 차단하는 배리어층; 및 상기 배리어층 하부에 접착되며, 코어재의 표면에 밀착되는 실링층;을 포함하고, 상기 배리어층은 알루미늄 호일과 EVOH 필름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

진공 단열재용 복합 필름 및 이를 적용한 진공 단열재 {COMPLEX FILM FOR VACUUM INSULATION PANEL AND VACUUM INSULATION PANEL APPLIED THE SAME}
본 발명은 진공 단열재(Vacuum Insulation Panel: V-Panel)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배리어층(Barrier Layer)에 가스나 수분에 대한 배리어성이 우수한 알루미늄 호일(Al foil)을 적용하되, 진공 단열재 제조과정에서 알루미늄 호일이 찢어지는 경우 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완할 수 있도록, EVOH(Ethylene Vinyl Alcohol) 필름을 알루미늄 호일과 함께 배리어층에 적용하여 진공 단열재의 장기내구성을 향상시킬 수 있는 진공 단열재용 복합 필름 및 이를 적용한 진공 단열재에 관한 것이다.
진공 단열재는 가스나 수분의 투과율이 낮은 외피재와 진공상태를 부여한 코어재로 구성되어 열 차단 효과가 매우 우수하며, 폴리우레탄이나 스티로폼 같은 기존 단열재보다 수배 이상 단열성능이 높아 최근 수요가 증가하고 있는 첨단소재이다.
일반적인 진공 단열재의 외피재는 여러 층의 필름이 라미네이트 되어 있는 복합 필름으로 되어 있다.
복합 필름은 기본적으로 보호층(Protecting layer), 배리어층(barrier layer) 및 실링층(sealing layer)을 포함한다.
보호층은 진공 단열재가 외부 충격으로부터 1차적으로 보호받을 수 있도록 하는 역할을 한다. 배리어층은 내부진공도 유지 및 외부의 가스나 수증기를 차단해주는 역할을 한다. 실링층은 외피재와 코어재가 밀착되어 패널 형태를 유지할 수 있도록 하는 역할을 한다.
이중에서 배리어층의 경우, 종래에는 주로 PET(Poly ethylene terephthalate) 필름 등에 알루미늄을 증착한 것을 이용하였다. 그러나, 알루미늄 증착 필름의 경우 가스나 수증기에 대한 배리어 성능이 낮은 문제점이 있어, 코어재를 실리카계 물질로 적용하거나, 장기내구성이 요구되지 않는 진공 단열재 등에 제한적으로 적용되고 있다.
한편, 냉장고 등과 같이 장기내구성이 요구되는 제품에 적용되는 진공 단열재용 복합 필름의 경우, 최근에는 배리어층으로 알루미늄 호일을 적용하고 있다. 알루미늄 호일의 경우 알루미늄 증착 필름 대비 상대적으로 높은 배리어 성능을 나타내고 있다.
진공 단열재 제조시 모서리 부분의 처리를 위하여, 일반적으로 복합 필름의 모서리를 접어서 마무리하고 있다. 그러나, 복합 필름이 접히는 모서리 부분에서 알루미늄 호일이 찢어지는 현상이 종종 발생하게 된다.
도 1a는 알루미늄 호일을 접은 후 다시 폈을 때의 사진을 나타내고, 도 1b는 도 1a의 모서리 부분을 확대한 것이다.
도 1b에 도시된 확대 사진을 참조하면 알루미늄 모서리 부분이 찢어진 것을 볼 수 있다.
이러한 현상은 일반적으로 사용되는 알루미늄 호일인 A1235에서 뿐만 아니라 알루미늄 호일 중에서도 연신율이 우수하다고 하는 A8079나 A8021에서도 마찬가지로 나타나고 있다.
알루미늄 모서리 부분이 찢어진 경우, 가스나 수증기 등이 알루미늄 호일이 찢어진 부분을 통하여 코어재 쪽으로 침투하게 되어, 결국 진공 단열재의 장기내구성을 저해하는 요소가 된다.
본 발명의 목적은 진공 단열재의 외피재에 적용하기 위한 복합 필름에 있어서, 가스나 수분 등에 대한 배리어성이 우수한 알루미늄 호일을 이용하되, 알루미늄 호일이 찢어지는 경우에도 배리어성을 계속 유지할 수 있는 구조를 갖는 진공 단열재용 복합 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제시된 복합 필름을 적용하여 장기 내구성이 우수한 진공 단열재를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열재용 복합 필름은 외부 충격으로부터 보호하는 보호층(Protecting layer); 상기 보호층 하부에 접착되며, 외부의 가스 또는 수분의 유입을 차단하는 배리어층(Barrier layer); 및 상기 배리어층 하부에 접착되며, 코어재의 표면에 밀착되는 실링층(Sealing layer);을 포함하고, 상기 배리어층은 알루미늄 호일과 EVOH(Ethylene Vinyl Alcohol) 필름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 배리어층은 상기 EVOH 필름이 상기 실링층에 접착되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 EVOH 필름의 두께는 5~20㎛인 것이 바람직하고, 상기 알루미늄 호일의 두께는 5~10㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 보호층은 나일론 필름과 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 접착되어 형성될 수 있으며, 이때, 상기 보호층은 상기 PET 필름이 외부로 노출되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열재는 코어재; 및 가스 또는 수분에 대한 배리어성을 갖는 복합 필름으로 형성되며, 상기 코어재를 커버하는 외피재;를 포함하고, 상기 복합 필름은 알루미늄 호일과 EVOH 필름이 접착되어 형성되는 배리어층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진공 단열재용 복합 필름은 배리어층에 알루미늄 호일을 적용함으로써 가스나 수분 등에 대한 우수한 배리어성을 나타낼 수 있으며, 또한 알루미늄 호일과 함께 EVOH 필름을 배리어층에 적용함으로써 알루미늄 호일이 찢어지는 경우에도 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완하여, 배리어성을 계속해서 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 필름을 적용한 진공 단열재는 알루미늄 호일과 EVOH 필름을 접착하여 배리어층을 구성함으로써 알루미늄 호일이 찢어진 부분이 있더라도 상기와 같은 가스나 수분 등에 대한 우수한 배리어 성능을 통하여 장기 내구성이 향상되는 장점이 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 진공 단열재용 복합 필름 및 이를 적용한 진공 단열재에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열재용 복합 필름의 일실시예를 나타내는 분해 단면도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 진공 단열재용 복합 필름(200)은 보호층(210), 배리어층(220) 및 실링층(230)을 포함한다.
이하에서 '상부' 혹은 '상부면'은 진공 단열재의 바깥쪽 방향에 있는 면을 의미하고, '하부' 혹은 '하부면'은 진공 단열재의 안쪽 방향에 있는 면을 의미한다.
보호층
보호층(Protecting layer; 210)은 외부 충격으로부터 표면이나 내부의 코어재 등을 보호하는 역할을 한다. 따라서, 보호층(210)은 내충격성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 재질로는 나일론 필름이나 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름을 제시할 수 있다. 나일론 필름이나 PET 필름은 각각 한 겹의 필름으로도 보호층으로 이용할 수 있으며, 필요에 따라서는 두 겹 이상을 접착하여 보호층으로 이용할 수 있다.
또한, 나일론 필름과 PET 필름을 접착하여 보호층으로 이용할 수 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, PET 필름(211)이 외측에 위치하여 외부에 노출되고, 나일론 필름(212)이 내측에 위치하도록 하여 보호층으로 이용하는 것이 바람직하다.
나일론 필름의 경우 신축성이 우수하여 내충격성이 우수한 장점이 있는 반면, 가스나 수분 차단 능력이 PET 필름에 비하여 상대적으로 떨어진다. 따라서, 내충격성이 우수하면서도 가스나 수분 등의 차단 능력이 우수한 PET 필름을 진공 단열재용 복합 필름의 최외곽에 배치하여 가스나 수분 등의 침투를 사전에 예방하는 것이 바람직하다.
상기 보호층(210)의 두께는 PET 필름의 경우 5~25㎛, 나일론 필름의 경우 5~30㎛ 가 바람직하다. 각각의 필름이 상기 제시된 두께보다 얇을 경우 외부의 충격이나 스크래치 등에 의해 파손될 가능성이 커서 보호층 고유의 기능을 발휘하지 못하며, 각각의 필름이 상기 제시된 두께보다 두꺼울 경우 비용문제 및 진공단열재 제조후 모서리 부분을 접을 때 오히려 알루미늄 호일의 연신이 더 많이 발생할 수 있는 가능성이 있다.
배리어층
배리어층(Barrier layer; 220)은 보호층(210)의 하부에 접착되며, 내부 진공도 유지 및 외부의 가스 또는 수분 등의 유입을 차단하는 역할을 한다.
배리어층(220)의 재질로 가장 많이 이용되는 것은 PET 필름 등에 알루미늄이 증착된 알루미늄 증착 필름이다. 그러나, 알루미늄 증착 필름의 경우 배리어성이 낮아 냉장고와 같이 장기 내구성이 요구되는 제품의 진공 단열재에 적용되기 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 배리어층(220)의 재질로 배리어성이 우수한 알루미늄 호일(Al foil)을 이용한다.
상기 알루미늄 호일의 두께는 5~10㎛인 것이 바람직하다. 알루미늄 호일의 두께가 5㎛ 미만일 경우, 압연 공정에서 균열이나 결함이 발생할 수 있는 문제점이 있으며, 알루미늄 호일의 두께가 10㎛를 초과할 경우 열전도도가 높은 알루미늄 호일을 따라 열이 전달되어 단열 효과가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
한편, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 호일이 찢어질 경우, 찢어진 부위를 통하여 가스나 수분 등이 침투하여 진공 단열재의 장기 내구성을 저 해할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완하기 위하여, 알루미늄 호일에 EVOH(Ethylene Vinyl Alcohol) 필름을 접착하여 배리어층으로 이용한다.
본 발명의 배리어층에 적용되는 EVOH 필름은 자체적인 배리어 성능이 우수하며, 알루미늄 호일과 달리 접힌 상태에서도 찢어지지 않고 원형을 유지할 수 있는 장점이 있다.
EVOH 필름은 에틸렌과 초산비닐의 공중합체인 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)의 초산비닐 부분을 가성소다로 검화시킴으로써 제작될 수 있다.
상기 EVOH 필름의 두께는 5~20㎛인 것이 바람직하다. EVOH 필름의 두께가 5㎛ 미만일 경우 필름 형성시 결함이 발생하거나 찢어질 수 있는 문제가 있고, EVOH 필름이 20㎛를 초과하는 경우 가공성이 저하되며, 전체적인 필름 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
도 3은 접힘 테스트에 이용되는 장치를 나타내는 사진으로, 접힘 테스트(Gelbo flex test)는 도 3에 도시된 바와 같이, 필름의 양쪽을 장치에 고정한 상태에서 한쪽을 회전시키는 방식으로 진행된다.
도 4는 접힘 테스트 후의 산소투과도 측정치를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 12㎛ 두께의 2축연신 EVOH 필름(BO-EVOH)의 경우, 동일한 두께의 증착 PET 필름(VM-PET), 알루미나 함유 PET 필름(Al2O3-PET), 실리카 함유 PET 필름(SiOx-PET) 및 염화비닐리덴 코팅 PET 필름(PVDC-coated PET)에 비하여, 접힘 테스트 후의 산소투과도(oxygen transmission rate)가 극히 낮은 것을 볼 수 있다.
또한, 굽힘의 횟수가 증가하는 경우 다른 필름들은 대체적으로 산소투과도가 상승하였으나, 이와 달리 본 발명에 적용되는 EVOH 필름은 산소투과도가 월등히 낮은 것을 알 수 있다.
배리어층(220)은 도 2에 도시된 예와 같이, EVOH 필름(222)이 진공 단열재의 외피재에서 내측에 위치하여 실링층(230)에 접착되고, 알루미늄 호일(221)이 상대적으로 외측에 위치하여 보호층(210)에 접착되도록 하는 것이 바람직하다.
이는 본 발명에서 EVOH 필름의 경우 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완하는 것이므로, 모서리 부분을 제외하고는 배리어 성능이 훨씬 우수한 알루미늄 호일이 외측에 위치하여 가스나 수분 등의 배리어로서 작용하고, EVOH 필름은 알루미늄 호일의 찢어짐에 의하여 침투되는 가스나 수분 등에 대하여만 배리어로서 작용하는 것이 바람직하기 때문이다.
실링층
실링층(Sealing layer; 230)은 배리어층(220) 하부에 접착되며, 코어재(미도시)의 표면에 밀착된다.
상기 실링층(230)은 열융착이 쉽게 이루어질 수 있으면서 또한 실링성이 우수한 LLDPE(Linear Low-Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), CPP(Casting Polypropylene) 등이 단독으로 혹은 2종 이상이 혼합되어 이루어진 필름으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 실링층(230)의 두께는 40~70㎛인 것이 바람직하다. 실링층(230)의 두께가 40㎛ 미만일 경우 실링층의 박리강도가 떨어져서 해당층의 역할을 발휘하지 못하며, 실링층(230)의 두께가 70㎛를 초과할 경우 비용 문제 및 실링층을 통해 외부의 가스나 수증기가 들어오는 양이 많아져서 진공단열재의 장기 내구성을 저하시키는 요인이 된다.
한편, 각각의 층을 형성하는 필름들은 접착층(201)에 의하여 서로 접착된다. 이때 접착층을 형성하기 위하여 이용할 수 있는 접착제는 에폭시계 접착제, 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제 등과 같은 범용 접착제가 이용될 수 있다.
이외에도 폴리염화비닐계 접착제, 에틸렌비닐아세테이트(EVA : Ethylene Vinyl Acetate)계 접착제, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 접착제, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET : Poly ethylene terephthalate) 등의 폴리에스테르계 접착제, 폴라아마이드계 접착제 등을 단독으로 혹은 2 종류 이상 혼합하여 이용할 수 있다.
도 2에 도시된 복합 필름을 외피재로 이용하는 진공 단열재는 전체적으로, 내부의 코어재와, 상기 코어재를 커버하는 외피재를 포함한다. 이때, 외피재는 가스 또는 수분에 대한 배리어성을 갖는 복합 필름으로 형성되며, 배리어성 유지를 통한 장기 내구성 향상을 위하여, 본 발명에서는 배리어층으로 알루미늄 호일과 EVOH 필름이 접착되어 형성되는 것을 이용한다.
이때, EVOH 필름의 두께는 5~20㎛인 것이 바람직하고, 알루미늄 호일의 두께는 5~10㎛인 것이 바람직하다.
또한, 복합 필름은 배리어층 상부에 형성되어 외부로 노출되는 보호층과, 배리어층 하부에 접착되어 코어재에 밀착되는 실링층을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공 단열재용 복합 필름은 배리어층에 알루미늄 호일을 적용함으로써 가스나 수분 등에 대한 우수한 배리어성을 나타낼 수 있다.
또한 본 발명에 따른 진공 단열재용 복합 필름은 알루미늄 호일과 함께 EVOH 필름을 배리어층에 적용함으로써 알루미늄 호일이 찢어지는 경우에도 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완하여, 가스나 수분 등에 대한 배리어성을 계속해서 유지할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 복합 필름이 적용된 진공 단열재는 냉장고 등의 장기 내구성이 요구되는 제품에 적용하기에 적합하다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1a는 알루미늄 호일을 접은 후 다시 폈을 때의 사진을 나타낸 것이다.
도 1b는 도 1a의 모서리 부분을 확대한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열재용 복합 필름의 일실시예를 나타내는 분해 단면도이다.
도 3은 접힘 테스트에 이용되는 장치를 나타내는 사진이다.
도 4는 접힘 테스트 후의 산소투과도 측정치를 나타내는 그래프이다.

Claims (14)

  1. 외부 충격으로부터 보호하는 보호층(Protecting layer);
    상기 보호층 하부에 접착되며, 외부의 가스 또는 수분의 유입을 차단하는 배리어층(Barrier layer); 및
    상기 배리어층 하부에 접착되며, 코어재의 표면에 밀착되는 실링층(Sealing layer);을 포함하고,
    상기 배리어층은 알루미늄 호일과 EVOH(Ethylene Vinyl Alcohol) 필름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층은 상기 EVOH 필름이 상기 실링층에 접착되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 EVOH 필름의 두께는 5~20㎛인 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 호일의 두께는 5~10㎛인 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 나일론 필름과 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 PET 필름이 외부로 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실링층은 LLDPE(Linear Low-Density Polyethylene), LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene) 및 CPP(Casting Polypropylene) 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 이루어진 필름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  8. 코어재; 및
    가스 또는 수분에 대한 배리어성을 갖는 복합 필름으로 형성되며, 상기 코어재를 커버하는 외피재;를 포함하고,
    상기 복합 필름은 알루미늄 호일과 EVOH 필름이 접착되어 형성되는 배리어층을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 EVOH 필름의 두께는 5~20㎛인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 알루미늄 호일의 두께는 5~10㎛인 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복합 필름은
    상기 배리어층 상부에 형성되어 외부로 노출되는 보호층과, 상기 배리어층 하부에 접착되어 상기 코어재에 밀착되는 실링층을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 EVOH 필름이 상기 실링층에 접착되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 보호층은
    상기 알루미늄 호일에 접착되는 나일론 필름과,
    상기 나일론 필름에 접착되며 상기 외피재의 표면을 형성하는 PET 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 실링층은 LLDPE, LDPE, HDPE 및 CPP 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 이루어진 필름으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
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