KR20110072795A - 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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KR20110072795A
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한정필
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Abstract

보호층에 알루미나와 실리카 등과 같은 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 형성하여 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 충격을 흡수 및 분산하는 보호층; 상기 보호층 하부에 접착되며, 외부의 가스 또는 수분의 침투를 차단하는 배리어층; 및 상기 배리어층 하부에 접착되며, 코어재의 표면에 밀착되는 실링층;을 포함하고, 상기 보호층은 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 구비하는 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, 보호층에 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 형성함으로써, 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 외부 충격을 흡수 및 분산하여, 진공 단열재가 외부 충격으로부터 1차적으로 보호받을 수 있도록 하는 역할을 한다. 배리어층은 내부진공도 유지 및 외부의 가스나 수분을 차단해 주는 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 수분 등에 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 알려진 A8079나 A8021에서도 마찬가지로 나타나고 있다.
알루미늄 모서리 부분이 찢어진 경우, 가스나 수분 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 외피재의 배리어 성능을 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 충격을 흡수 및 분산하는 보호층(Protecting layer); 상기 보호층 하부에 접착되며, 외부의 가스 또는 수분의 침투를 차단하는 배리어층(Barrier layer); 및 상기 배리어층 하부에 접착되며, 코어재의 표면에 밀착되는 실링층(Sealing layer);을 포함하고, 상기 보호층은 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 무기질 성분은 알루미나 또는 실리카일 수 있다.
또한, 상기 보호층은 나일론 필름과 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 접착되어 형성될 수 있으며, 상기 보호층은 상기 PET 필름이 외부로 노출되도록 형성되는 것을 바람직하다. 이때, 상기 무기질층은 상기 PET 필름의 하부에 형성될 수 있다.
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 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 구비하는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진공 단열재용 복합 필름은 배리어층에 알루미늄 호일을 적용함으로써 가스나 수분 등에 대한 우수한 배리어 성능을 발휘할 수 있으며, 보호층에 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 형성함으로써 알루미늄 호일이 찢어지는 경우에도 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완하여, 배리어성을 계속해서 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 진공 단열재용 복합 필름은 알루미늄 호일과 함께 EVOH 필름을 배리어층에 적용하여, 가스나 수분 등에 대한 배리어 성능을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명에 따른 복합 필름을 적용한 진공 단열재는 알루미늄 호일이 찢어진 부분이 있더라도 상기와 같은 가스나 수분 등에 대한 우수한 배리어 성능을 계속하여 유지할 수 있으므로, 장기 내구성이 향상되는 효과를 제공한다.
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' 또는 '상부면'은 진공 단열재의 바깥쪽 방향에 있는 면을 의미하고, '하부' 또는 '하부면'은 진공 단열재의 안쪽 방향에 있는 면을 의미한다.
보호층(Protecting layer; 210)은 외부 충격을 흡수 및 분산하여, 외부 충격 으로부터 표면이나 내부의 다른 필름 및 코어재를 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.
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 저해할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완하기 위하여, 보호층(210)에 알루미나(Al2O3)와 실리카(SiOx)와 같은 배리어성이 우수한 무기질 성분으로 이루어진 무기질층(215)을 추가로 형성한다.
보호층(210)이 PET 필름(211)과 나일론 필름(212)이 접착되어 형성되는 경우, 무기질층(215)은 PET 필름(211)에 형성되는 것이 바람직하다. PET 필름의 경우 표면에 막 형성이 용이하며, 막과의 밀착성이 우수한 장점이 있다.
또한, 무기질층(215)은 PET 필름(211)의 하부에 형성되는 것이 바람직하다. 무기질층(215)이 PET 필름(211)의 상부에 형성되면 최외곽층에 무기질층이 위치하 게 된다. 이 경우, 외부 충격이나 스크래치 등에 의해 무기질층이 파손되게 되어서 배리어 성능을 제대로 발휘할 수 없게 되기 때문이다.
무기질층(215)의 두께는 5~300 nm(나노미터)로 형성되는 것이 바람직하다. 무기질층(215)의 두께가 5 nm 미만일 경우 가스나 수분 등에 대한 배리어 성능을 제대로 발휘할 수 없다. 또한 무기질층(215)의 두께가 300 nm를 초과할 경우, 배리어 성능은 충분히 발휘할 수 있으나, 무기질층 형성을 위하여 과다한 공정비용이 소요되어 바람직하지 못하다.
즉, 진공단열재용 외피재의 주된 배리어 성능은 배리어층(220)의 알루미늄 호일에 의해 발휘될 수 있으며, 무기질층(215)은 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완해주는 것이므로 무기질층은 5~300 nm 두께로 형성되면 충분하다.
무기질층(215)은 스퍼터링(sputtering) 방식, 가열에 의한 증착(evaporation) 방식, 플라즈마를 이용하여 증착하는 방식 등으로 형성될 수 있다. 무기질층(2145)은 이들 증착 방법들 중에서 어떠한 증착 방법으로 형성되어도 무방하나, 배리어 성능이 가장 우수하다고 알려진 스퍼터링 방식으로 무기질층(215)을 형성하는 것이 가장 바람직하다.
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 우 수한 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.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 진공 단열재용 복합 필름의 일실시예를 나타내는 분해 단면도이다.
도 3을 참조하면, 도시된 실시예에서는 알루미늄 호일의 배리어 성능을 보완하기 위하여, 보호층(210)에 형성되는 무기질층(215) 이외에, 알루미늄 호일(221)에 EVOH(Ethylene Vinyl Alcohol) 필름(222)을 추가로 접착하여 배리어층(220)으로 이용한다.
EVOH 필름(222)은 자체적인 배리어 성능이 우수하며, 알루미늄 호일(221)과 달리 접힌 상태에서도 찢어지지 않고 원형을 유지할 수 있는 장점이 있다.
이러한 EVOH 필름(222)은 에틸렌과 초산비닐의 공중합체인 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)의 초산비닐 부분을 가성소다로 검화시켜 제작할 수 있다.
상기 EVOH 필름(222)의 두께는 5~20㎛인 것이 바람직하다. EVOH 필름(222)의 두께가 5㎛ 미만일 경우 필름 형성시 결함이 발생하거나 찢어질 수 있는 문제가 있고, EVOH 필름(222)이 20㎛를 초과하는 경우 가공성이 저하되며, 전체적인 필름 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
배리어층(220)에 알루미늄 호일 및 EVOH 필름이 동시에 적용될 경우, 도 3에 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 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.
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 호일을 이용하며, 보호층에 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 구비한다.
또한, 복합 필름은 배리어층 상부에 형성되어 외부로 노출되는 보호층과, 배리어층 하부에 접착되어 코어재에 밀착되는 실링층을 포함한다.
또한, 도 3에 도시된 복합 필름을 외피재로 이용하는 진공 단열재는 보호층에 무기질층이 구비되며, 또한 배리어층에 알루미늄 호일과 접착되는 EVOH 필름이 구비된다. 이때, EVOH 필름의 두께는 5~20㎛인 것이 바람직하고, 알루미늄 호일의 두께는 5~10㎛인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공 단열재용 복합 필름은 배리어층에 알루미늄 호일을 적용함으로써 가스나 수분 등에 대한 우수한 배리어성을 나타낼 수 있으며, 보호층에 무기질층을 형성함으로써 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 본 발명의 다른 일실시예에 따른 진공 단열재용 복합 필름의 일실시예를 나타내는 분해 단면도이다.

Claims (18)

  1. 외부 충격을 흡수 및 분산하는 보호층(Protecting layer);
    상기 보호층 하부에 접착되며, 외부의 가스 또는 수분의 침투를 차단하는 배리어층(Barrier layer); 및
    상기 배리어층 하부에 접착되며, 코어재의 표면에 밀착되는 실링층(Sealing layer);을 포함하고,
    상기 보호층은 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기질 성분은 알루미나 또는 실리카인 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 나일론 필름과 PET(Poly ethylene Terephthalate) 필름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 PET 필름이 외부로 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무기질층은 상기 PET 필름의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무기질층의 두께는 5~300 nm인 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. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층은 알루미늄 호일과 EVOH(Ethylene Vinyl Alcohol) 필름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배리어층은 상기 EVOH 필름이 상기 실링층에 접착되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  10. 제8항에 있어서,
    알루미늄 호일의 두께는 5~10㎛이고, 상기 EVOH 필름의 두께는 5~20㎛인 것을 특징으로 하는 진공 단열재용 복합 필름.
  11. 코어재; 및
    가스 또는 수분에 대한 배리어성을 갖는 복합 필름으로 형성되며, 상기 코어 재를 커버하는 외피재;를 포함하고,
    상기 복합 필름은 무기질 성분으로 이루어진 무기질층을 포함하는 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무기질 성분은 알루미나 또는 실리카인 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 무기질층의 두께는 5~300 nm인 것을 특징으로 하는 진공 단열재
  14. 제11항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 PET 필름이 외부로 노출되도록 나일론 필름과 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무기질층은 상기 PET 필름의 하부에 증착되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 복합 필름은
    상기 보호층의 하부에 형성되며 알루미늄 호일을 구비하는 배리어층과, 상기 배리어층 하부에 접착되어 상기 코어재에 밀착되는 실링층을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배리어층은 EVOH 필름이 상기 알루미늄 호일과 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 단열재.
  18. 제16항에 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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