KR20110101786A - 진공 단열 패널용 심재 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공 단열 패널용 심재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, (a) 무기 바인더(Inorganic Binder) 용액을 제조하는 단계와, (b) 글라스 울(Glass Wool)을 상기 무기 바인더 용액에 침지(Dipping)시키는 단계와, (c) 상기 글라스 울을 챔버 상부에 로딩하는 단계와, (d) 상기 챔버 내에 진공을 형성하여 상기 글라스 울에 잔류하는 상기 무기 바인더 용액이 상기 챔버 내부로 배출되도록 하는 단계 및 (e) 상기 글라스 울을 건조하여 진공 단열 패널 제조를 위한 심재 형태로 성형하는 단계를 포함하는 진공 단열재용 심재 제조 방법을 제공함으로써, 진공 단열 패널 장기 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.
Description
본 발명은 진공 단열 패널용 심재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 진공 단열 패널을 구성하는 심재를 글라스 울을 이용한 무기 바인더 용액 침지법(Dipping Process)으로 제조하고, 외피재 및 게터의 소재 및 층간 구성을 재구성함으로써, 장기 내구성 및 열전도율이 낮은 진공 단열 패널을 제조하는 기술에 관한 것이다.
진공 단열 패널(Vacuum Insulation Pannel)은 가스 배리어성이 뛰어난 복합 플라스틱 라미네이트 필름으로 이루어지는 봉지체에 심재로서 연속 기포 경질 플라스틱 발포체나 무기물 등을 수납하고 내부를 감압한 후, 둘레 가장자리의 가스 배리어성 필름끼리의 적층 부분을 히트실링하여 제조된다.
일반적으로, 진공 단열 패널은 외장 봉지체를 통과하여 공기나 수분이 투과하거나, 혹은 내부에서 이산화탄소나 유기 가스가 발생하기 때문에, 시간의 경과와 함께 진공도는 조금씩 저하되고, 그에 따라 열전도율이 커져 고도의 단열성을 유지할 수 없다는 문제가 있다.
이러한 기본적인 문제를 해결하기 위하여 종래 기술에 따는 진공 단열 패널은 심재 소재를 주로 습식 공정으로 제조한 글라스보드, 유기 바인더에 유리섬유(Glass Fiber)를 혼합한 재료를 사용하였다.
다음으로, 외피재의 경우 표면 보호층, 금속 배리어층 및 접착층의 적층 구조를 갖는 일반 진공 포장용 재료를 주로 적용하고 있다.
이때, 진공 단열 패널 가공 시 접힘 부분에서 금속 배리어층인 Al 호일의 크랙(Crack)에 의해 단열 패드의 성능을 열화 시키는 문제가 있다.
그 다음으로, 게터(Getter)는 수분만 흡수하는 소재 혹은 가스(Gas) 및 수분을 동시에 흡수할 수 있는 소재를 적용하고 있으며, 소재 자체의 흡수 성능과 적용량을 통해 진공 단열 패널 내부의 진공도를 유지하는 역할을 수행한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 기존에는 심재로 유기 바인더에 유리섬유를 혼합한 재료를 사용한 진공 단열 패널은 장기 내구 성능 0.010Kcal/mhr℃을 기준으로 할 때 8년 이하의 수명을 갖게 되어 10년 이상의 수명을 요구하는 건축 분야뿐 만 아니라 가전 분야로의 적용 시 신뢰성에 문제가 된다.
또한, 습식 제조 방식은 제조 시 폐수 발생 및 건조 시 과대한 비용이 발생하며, 유기 바인더 방식의 심재는 장기 내구 성능이 떨어지는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 심재를 무기 바인더 용액에 침지된 글라스 울을 건조 성형하여 제조하되, 진공 챔버를 이용하여 대량 양산이 용이한 가공 특성을 보이면서도, 우수한 단열 특성을 가지는 심재를 제공하고, 비닐계 수지가 코팅된 외피재를 사용하여 가스 배리어성 및 차단성을 향상시킬 수 있도록 하고, 석회 분말의 게터재를 사용하여 흡습성을 극대화 시킬 수 있도록 하는 진공 단열 패널 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 상기와 같은 모든 인자들을 최적화 함으로서 최소 10년 이상의 장기 내구 성능을 가질 수 있는 진공 단열 패널을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 진공 단열 패널용 심재 제조 방법은 (a) 무기 바인더(Inorganic Binder) 용액을 제조하는 단계와, (b) 글라스 울(Glass Wool)을 상기 무기 바인더 용액에 침지(Dipping)시키는 단계와, (c) 상기 글라스 울을 챔버 상부에 로딩하는 단계와, (d) 상기 챔버 내에 진공을 형성하여 상기 글라스 울에 잔류하는 상기 무기 바인더 용액이 상기 챔버 내부로 배출되도록 하는 단계 및 (e) 상기 글라스 울을 건조하여 진공 단열 패널 제조를 위한 심재 형태로 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무기 바인더는 시멘트, 황산칼슘, 석고, 진흙, 점토(clay), 규산나트륨, 규산 알루미나, 규산 칼슘 및 실리카 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 무기 바인더 용액은 상기 무기 바인더 0.5 ~ 4중량% 및 잔량의 물로 제조되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계는 동시에 수행할 수 있으며, 상기 (e) 단계의 건조는 300 ~ 450℃의 온도에서 5 ~ 15분간 수행하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 (d) 단계에서 상기 글라스 울은 상기 진공에 의해서 압하되며, 그 압하율은 70 ~ 80%인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 진공 단열 패널용 심재는 상술한 방법으로 제조되어, 무기 바인더에 의해 글라스 울의 조직이 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 심재는 평판형 보드 또는 굽힘 마디를 가지는 그루브형 보드 형태를 갖는 것을 특징으로 하고, 상기 심재의 두께는 25 ~ 30mm인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 진공 단열 패널은 상기 기재된 방법으로 제조된 심재와, 상기 심재를 진공 포장하되, 표면 보호층, 금속 배리어층 및 접착층의 적층 구조를 가지는 외피재 및 상기 심재 및 상기 외피재 사이에 배치되되, 상기 심재에 부착 또는 삽입되는 게터(Getter)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 심재는 2 ~ 3장 적층된 형태로 사용될 수 있으며, 상기 외피재의 표면 보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 나일론(Nylon) 필름의 적층 구조인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 상부에는 비닐계 수지가 코팅된 것을 특징으로 하고, 상기 비닐계 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐브탈랄(PVB), 폴리염화비닐리덴(PVDC) 수지 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 외피재의 금속 배리어층은 Al 호일(Foil)인 것을 특징으로 하고, 상기 외피재의 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA), 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 하나 이상의 플라스틱 필름인 것을 특징으로 하고, 상기 외피재의 상기 표면 보호층, 금속 배리어층 및 접착층은 각각 폴리우레탄(PU)계 수지에 의해서 접착된 것을 특징으로 한다.
그 다음으로, 상기 게터는 순도 95%이상의 생석회(CaO) 분말이 파우치에 포장되어 있는 것을 특징으로 하고, 상기 파우치는 주름지 및 폴리프로필렌(PP) 함침 부직포로 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 게터는 25% 이상의 수분 흡수율을 갖는 것을 특징으로 하고, 상기 진공 포장 시 사용되는 진공도는 0.1 ~ 10Pa인 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 진공 단열 패널용 심재 제조 방법은 초기 열전도율이 우수한 글라스 울(Glass Wool)을 이용하여 제조하되, 무기 바인더 용액을 이용한 침지법(Dipping Process)를 이용함으로써, 진공 단열 패널 가공 시 표면에 요철 발생을 방지하며, 장기 내구 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 열압착 방식을 사용하지 않고 비교적 저온이라 할 수 있는 300 ~ 450℃에서 가공이 가능하므로 공정 조건이 부담이 적고, 진공으로 회수한 무기 바인더 용액을 재활용할 수 있으므로, 공정 비용도 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.
아울러, 본 발명에 따른 진공 단열 패널은 외피재의 표면 보호층 상부에 비닐계 수지를 코팅함으로써, Al 호일에 의한 결함을 방지하고, 가스 배리어성 및 차단성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
아울러, 본 발명에 따른 진공 단열 패널 제조 방법은 고순도의 생석회 분말을 게터재로 사용함으로써, 적은 양으로도 수분 25% 이상의 흡수율을 확보할 수 있도록 하여, 진공 단열 패널 내부의 진공도 유지를 최적화할 수 있는 효과를 제공한다.
아울러, 상술한 심재 및 기타 재료들의 특성에 따라서 본 발명에 따른 진공 단열 패널의 장기 내구 성능을 최소 10년 이상으로 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 진공 단열 패널용 심재 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들.
도 4는 본 발명에 따른 진공 단열 패널에 포함되는 게터를 도시한 평면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 진공 단열 패널 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열 패널 및 비교예의 장기 내구성을 비교 평가한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 진공 단열 패널에 포함되는 게터를 도시한 평면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 진공 단열 패널 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열 패널 및 비교예의 장기 내구성을 비교 평가한 그래프.
본 발명은 장기 내구성이 우수한 진공 단열 패널을 제작하기 위하여 심재 뿐만이 아닌 외피재와 게터(Getter)의 최적화를 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 진공 단열 패널용 심재 및 이를 제조하는 방법에 관하여 보다 상세히 설명하는 것으로 한다.
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.
본 발명에 따른 진공 단열 패널용 심재 제조 방법은 먼저 글라스 울(Glass Wool)을 무기 바인더가 혼합된 용액에 침지(Dipping)시킨 후 이를 건져서, 무기 바인더 용액을 흡수한 글라스 울을 건져서 잔류 무기 바인더 용역을 제거하면서, 건조하는 과정을 수행한다.
다음으로, 표면 보호층, 금속 배리어층 및 접착층의 적층 구조를 가지는 외피재를 형성한다.
그 다음으로 생석회(CaO) 분말을 파우치에 포장하여 제조한 게터를 형성한다.
그 다음으로 상기 심재 상부에 상기 게터를 부착시키거나, 상기 심재의 표면에 삽입하고, 상기 외피재를 이용하여 봉지체를 형성한 후 봉지체에 심재 넣고 진공 상태로 밀봉시켜서 진공 단열 패널을 완성한다.
여기서, 먼저 본 발명에 따른 심재를 제조하는 방법 및 그 구체적인 구조에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 진공 단열 패널용 심재 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 형성하고자 하는 심재의 형태가 개략적으로 갖추어진 형태의 글라스 울(100)을 마련한다. 글라스 울(100)의 일례로 유리솜을 들 수 있으므로, 80 ~ 120mm 의 두께를 가지는 유리솜 원단을 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 진공 단열 패널의 모양에 따라서 사각형, 원형 등의 형태로 유리솜 원단을 재단하여 사용할 수 있다.
다음으로 도 2를 참조하면, 무기 바인더를 용액에 혼합하여 제조한 무기 바인더 용액(120)을 수조(110)에 담고, 무기 바인더 용액(120) 내에 상기 글라스 울(100)을 침지(Dipping) 시킨다. 이때, 침지 방법은 도시된 바와 같이 글라스 울(100) 두께의 반씩 침지시키는 방식으로 양면모두 침지되도록 할 수 있으며, 한 번에 전체 글라스 울(100)이 모두 침지되도록 할 수 있다.
여기서, 무기 바인더 용액(120)에 포함되는 무기 바인더는 시멘트, 황산칼슘, 석고, 진흙, 점토(clay), 규산나트륨, 규산 알루미나, 규산 칼슘 및 실리카 중 선택된 하나 이상인 물질이 사용될 수 있다. 이들은 주로 물에 혼합되어 강력한 접착제로서 작용하게 되는데, 본 발명에서는 이러한 접착성 무기 바인더 용액을 제조하여 글라스 울(100)이 심재로서 적합한 보드 형태가 되도록 성형 하는 것이다. 이때, 무기 바인더가 물에 혼합되는 비율은 0.5 ~ 4 중량%가 적합하다. 무기 바인더의 함량이 0.5 중량% 미만이 되는 경우 접착성이 저하되어 진공 단열 패널 형성에 적합한 심재를 제작할 수 없었다. 그리고, 무기 바인더가 물에 혼합되는 비율이 4 중량%를 초과하는 경우에는 열전도율이 급격하게 증가하여 진공 단열 패널을 위한 심재로서 부적합한 열성능을 나타내었다.
이상의 결과는 하기 실시예를 통한 표 2의 설명에서 상세히 하는 것으로 하고, 다음으로는 무기 바인더 용매(120)에 침지된 글라스 울(100)을 심재 형태로 성형하는 방법에 대하여 설명하는 것으로 한다.
도 3을 참조하면, 무기 바인더 용매가 전면에 고르게 흡수된 형태의 글라스 울(100)을 진공 펌프(230)를 포함하는 챔버(250)의 상판(210) 위에 로딩한다. 이때, 챔버(250)의 상판(210)은 복수개의 진공 흡입구(220)를 가지며, 그 하부에는 진공 공간(200)이 확보되도록 한다.
따라서, 진공 펌프(230)에 의해 진공 공간(200) 내에 압력이 저하되면 글라스 울(100)에 흡수되어 있던 무기 바인더 용액(120)이 진공 공간(200) 내로 배출되게 된다.
이 과정에서, 글라스 울(100)이 자연스럽게 압착되면서 심재(150) 형태로 경화된다. 이때, 글라스 울(100) 내에 잔류하는 무기 바인더 용액(120)을 완전하게 제거하기 위하여 300 ~ 450℃의 온도에서 5 ~ 15분간 건조 공정을 수행 한다.
건조 온도가 300℃ 미만이거나, 건조 시간이 5분 미만인 경우 완전한 무기 바인더 용액(120)의 제거가 어려웠다. 또한 이와 반대로 건조 온도가 450℃를 초과하고, 건조 시간이 15분을 초과하는 경우에는 완전 건조가 이루어진 후에 추가적인 작업이 수행되는 것에 불과하므로 불필요한 에너지를 낭비하는 결과를 초래하였다.
이와 같은 건조 방식은 기존의 열압착 방식에 비하여 가열 온도가 낮아 에너지를 절약할 수 있고, 압착에 필요한 힘도 절약할 수 있으므로 심재(150) 제조 공정을 더 효율적으로 수행할 수 있다.
아울러, 여기서 글라스 울(100)이 심재(150)의 형태로 성형되는 과정을 살펴보면, 평판형 보드의 경우 단순 진공 흡입 공정만으로도 압하율 70 ~ 80%가 구현 될 수 있었다.
이때, 평판형 보드의 평면 형태를 다양화 하거나 압하율을 더 향상시키기 위하여 추가적인 성형틀이 형성될 수 있다. 특히, 그루브(Groove)형 보드 일 경우 중간 중간에 굽힘을 위한 마디를 형성하여야 하므로, 성형틀 내부에 칸막이 형태의 압착부를 형성하여 심재 중간 중간에 홈이 형성될 수 있도록 한다.
이상에서와 같이 심재를 완성하면, 다음으로 심재를 감싸는 봉지체가 되는 외피재를 형성한다. 이하 그 구체적인 형상 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
외피재는 먼저 접착층 상부에 형성되는 금속 배리어층 및 표면 보호층이 순차적으로 형성된다. 이때, 접착층은 봉지체의 내부에 형성되는 층이고, 표면 보호층은 최외곽에 노출되는 층으로서 정의될 수 있다.
또한, 접착층은 히트실링에 의해서 서로 열용착되는 층으로서 진공 상태를 유지시킬 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 따라서, 접착층은 열용착이 용이한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA), 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 하나 이상의 열가소성 플라스틱 필름으로 형성하되, 충분한 실링 특성을 제공하기 1 ~ 100㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 접착층 상부에 가스 차단 및 심재 보호를 위한 배리어층으로서 6 ~ 7㎛의 두께의 금속 박막을 형성한다. 이때, 일반적으로 Al 호일(Foil) 금속 배리어층이 가장 많이 사용되고 있으며, Al 호일 보다 더 뛰어난 특성을 가진 박막이 뚜렷하게 밝혀지지 않은 상태이므로, 본 발명에서도 Al 호일을 이용한다. 이때, Al은 금속 소재이므로 접힘시 크랙(Crack)이 발생되는 등 문제가 있을 수 있는데, 이를 방지하기 위하여, 금속 배리어층 상부에 표면 보호층을 형성한다.
본 발명에 따른 외피재의 표면 보호층은 10 ~ 14㎛의 두께 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(PET) 및 20 ~ 30㎛의 두께 나일론(Nylon) 필름의 적층 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 금속 배리어층에서 발생하는 크랙(Crack)의 정도가 심각한 경우 폴리에틸렌테레프탈레이트/나일론 필름에도 손상이 가해질 수 있는데, 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트층 상부에 비닐계 수지층을 코팅하여 사용한다.
그 다음으로, 본 발명에 따른 외피재의 표면 보호층은 최외곽 필름이되는 폴리에틸렌테레프탈레이트층 및 비닐계 수지층의 적층 구조를 볼 수 있다. 여기서, 비닐계 수지층은 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐브탈랄(PVB), 폴리염화비닐리덴(PVDC) 수지 중 선택된 하나 이상으로 이루어진 비닐계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
아울러, 외피재의 기밀 특성을 더 향상시키기 위하여 상기 표면 보호층, 금속 배리어층 및 접착층은 각각 폴리우레탄(PU)계 수지를 이용하여 접착시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 외피재를 형성함으로써, 본 발명에 따른 진공 단열 패드는 최상의 기밀성과 장기 내구 성능을 가질 수 있도록 한다.
이때, 외부의 온도 변화에 의해서 외피재 내부에서 가스 및 수분이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 게터를 사용하고 있으며, 본 발명에 따른 게터에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 진공 단열 패널에 포함되는 게터를 도시한 평면도 이다.
도 4를 참조하면, 파우치(310)에 담겨진 생석회(CaO, 300)를 볼 수 있다. 본 발명에서는 순도 95% 이상의 생석회 분말을 사용하되, 파우치(310)또한 주름지 및 폴리프로필렌(PP) 함침 부직포로 형성하여 25% 이상의 수분 흡수 성능을 확보할 수 있도록 한다. 이때, 전체 단열 패드의 두께를 고려하여 게터의 두께는 2mm 이내로 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 심재, 외피재 및 게터 형성을 완료하면 이들을 조합하여 진공 단열 패드를 제조한다.
외피재를 봉지체로 제조한 후 봉지체 내에 심재를 넣고 진공 상태에서 밀봉하는 방법을 사용하는데, 이때 심재 표면에 게터를 부착시키거나, 게터를 일부 매립하여 사용하는 것이 바람직하며, 그 구체적인 형태는 하기 도 5 및 도 6에 나타내었다.
아울러, 봉지체 내부의 진공도는 0.1 ~ 10Pa가 되도록 하는 것이 바람직하다. 진공도가 0.1Pa 미만인 경우 생산 효율이 저하되며, 진공도가 10Pa을 초과하게 되면 초기 열성능 및 장기 내구성이 저하될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 진공 단열 패널 및 그 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 5는 심재(400)의 표면에 게터(410)를 부착시킨 상태에서 외피재(420)를 이용하여 밀봉한 상태의 진공 단열 패널을 도시한 것이고, 도 6은 심재(500) 내부에 게터(510)를 삽입한 상태에서 외피재(520)를 밀봉한 상태의 진공 단열 패널을 도시한 것이다.
이와 같이 제조된 진공 단열 패널은 모두 우수한 장기 내구 성능을 발휘하였으며, 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
실시예1
먼저, 상기 도 3에서 설명한 글라스 울 타입(Glass Wool Type) 심재를 25×300×400mm(두께×폭×길이)의 크기로 제조한 후 진공 단열 패널용으로 사용하였다.
여기서, 글라스 울을 침지시키는 무기 바인더 용액은 무기 바인더로 실리카를 사용하였으며, 실리카가 물에 잘 혼합되도록 하기 위하여 졸 형태로 제조하여 사용하였다. 다음으로, 실리카 졸 4중량% 및 잔량의 물이 혼합된 실리카 졸 수용액을 제조하였다.
다음으로, 폴리염화비닐리덴(PVDC)/폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(PET) 12㎛, 나일론(Nylon) 필름 25㎛, Al 호일 6㎛ 및 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 50㎛의 구조로 형성된 외장 봉지체를 형성하였다.
그 다음으로, 순도 95%의 생석회(CaO) 25g을 파우치에 넣어서 제조한 게터 2개를 상기 도 6과 같이 심재의 표면에 삽입시켰다.
그 다음으로, 심재를 봉지체에 삽입한 후 10Pa의 진공도 상태에서 밀봉하여 본 발명에 따른 진공 단열 패널을 제조 하였다.
실시예2
상기 실시예1과 모든 조건이 동일한 진공 단열 패널을 제조하되, 실리가 졸 2중량% 및 잔량의 물이 혼합된 실리카 졸 수용액을 이용하였다.
실시예3
상기 실시예1과 모든 조건이 동일한 진공 단열 패널을 제조하되, 실리가 졸 1중량% 및 잔량의 물이 혼합된 실리카 졸 수용액을 이용하였다.
실시예4
상기 실시예1과 모든 조건이 동일한 진공 단열 패널을 제조하되, 실리가 졸 0.5중량% 및 잔량의 물이 혼합된 실리카 졸 수용액을 이용하였다.
비교예1
글라스 울(Glass Wool)을 500℃에서 성형하는 열압착법을 이용하여 25×300×400mm(두께×폭×길이)의 심재를 제조 한 후 진공 단열 패널용으로 사용하였다.
그리고, 외피재 및 게터 등은 상기 실시예1의 조건과 동일하게 사용하였으며, 밀봉 방법도 동일하게 진행하여 진공 단열 패널을 제조 하였다.
비교예2
글라스 울(Glass Wool)을 유기 바인더를 이용한 습식법으로 25×300×400mm(두께×폭×길이)의 심재를 제조 한 후 진공 단열 패널용으로 사용하였다.
그리고, 외피재 및 게터 등은 상기 실시예1의 조건과 동일하게 사용하였으며, 밀봉 방법도 동일하게 진행하여 진공 단열 패널을 제조 하였다.
비교예3
상기 실시예1과 모든 조건이 동일한 진공 단열 패널을 제조하되, 실리가 졸 4.1중량% 및 잔량의 물이 혼합된 실리카 졸 수용액을 이용하였다.
비교예4
상기 실시예1과 모든 조건이 동일한 진공 단열 패널을 제조하되, 실리가 졸 0.4중량% 및 잔량의 물이 혼합된 실리카 졸 수용액을 이용하였다.
[성능 시험 및 평가]
상기한 실시예1,2 및 비교예1,2에 따른 진공 단열 패널을 70℃에서 14시간 동안 에이징(Aging)처리한 후 85℃의 항온 챔버에 각각 넣고 10일간 유지하면서, 전체 가열을 실시하지 않은 것과 열전도율을 비교하면서 실시하였다. 이때, 열전도율의 측정에는 HC-074·300(에코세이키 제조) 열전도 측정기를 사용하였다. 다음으로, 가속 펙터를 적용하여 0 ~ 10년까지의 열전도율을 예측하였으며, 결과는 하기 표 1 및 도 7과 같다.
아울러, 상기 실시예1~4 및 비교예1,2의 열전도율을 요약하여 하기 표2와 같이 정리하였다.
| 열전도율(Kcal/mhr℃) | ||||||
| 초기 | 2년 | 4년 | 6년 | 8년 | 10년 | |
| 실시예1 | 0.0031 | 0.0035 | 0.0041 | 0.0049 | 0.0058 | 0.0060 |
| 비교예1 | 0.0031 | 0.0045 | 0.0061 | 0.0075 | 0.0095 | 0.0100 |
| 실시예2 | 0.0027 | 0.0033 | 0.0039 | 0.0044 | 0.0058 | 0.0060 |
| 비교예2 | 0.0035 | 0.0046 | 0.0066 | 0.0079 | 0.0097 | 0.0100 |
| 무기바인더 함량 |
비교예3 (4.1중량%) |
실시예1 (4중량%) |
실시예3 (2중량%) |
실시예4 (1중량%) |
실시예2 (0.5중량%) |
비교예4 (0.4중량%) |
| 열전도율 (Kcal/mhr℃) |
0.005 | 0.0035 | 0.0031 | 0.0031 | 0.0027 | - |
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 단열 패널 및 비교예의 장기 내구성을 비교 평가한 그래프이다.
상기 표 1 및 도 7을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 비교예1,2의 열전도율 증가량은 시간이 지날수록 급격하게 올라가는데 반하여, 본 발명에 따른 실시예1,2의 열전도율 증가량은 완만하게 변화하는 것을 볼 수 있다.
또한, 10년 후 열전도율을 볼 때 본 발명에 따른 실시예1은 0.006 Kcal/mhr℃이하로 여전히 우수한 진공 단열 성능을 유지하는데 반하여, 비교예1은 0.01 Kcal/mhr℃로 일반 폴리우레탄폼(PU Foam)의 절반 수준까지 올라가 진공 단열 특성이 현저하게 저하된 것을 볼 수 있다. 아울러, 상기 그래프 변화량은 선형적인 증가량을 보이므로, 실시예2 및 비교예2도 실시예1 및 비교예1과 유사한 수준으로 변화함을 용이하게 예측할 수 있다.
따라서, 상술한 본 발명의 진공 단열 패널은 단열 성능을 극대화 시킬 수 있는 구조를 제공함과 동시에, 장기 내구 성능을 최소 10년 이상으로 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.
아울러, 상기 표 2를 통하여 알 수 있는 바와 같이 무기 바인더가 용액에 혼합되는 비율이 0.5 ~ 4 중량%가 적합함을 알 수 있다. 무기 바인더의 함량이 0.5 중량% 미만이 되는 경우 접착성이 저하되어 진공 단열 패널 형성에 적합한 심재를 제작할 수 없었다.
그리고, 무기 바인더가 물에 혼합되는 비율이 4 중량%를 초과하는 경우에는 열전도율이 급격하게 증가하여 진공 단열 패널을 위한 심재로서 부적합한 열성능을 나타내었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 글라스 울
200 : 진공 공간
210 : 상판
220 : 진공 흡입구
230 : 진공 펌프
250 : 챔버
300: 생석회
310: 파우치
400, 500: 심재
410, 510: 게터
420, 520: 외피재
200 : 진공 공간
210 : 상판
220 : 진공 흡입구
230 : 진공 펌프
250 : 챔버
300: 생석회
310: 파우치
400, 500: 심재
410, 510: 게터
420, 520: 외피재
Claims (22)
- (a) 무기 바인더(Inorganic Binder) 용액을 제조하는 단계;
(b) 글라스 울(Glass Wool)을 상기 무기 바인더 용액에 침지(Dipping)시키는 단계;
(c) 상기 글라스 울을 챔버 상부에 로딩하는 단계;
(d) 상기 챔버 내에 진공을 형성하여 상기 글라스 울에 잔류하는 상기 무기 바인더 용액이 상기 챔버 내부로 배출되도록 하는 단계; 및
(e) 상기 글라스 울을 건조하여 진공 단열 패널 제조를 위한 심재 형태로 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 무기 바인더는 시멘트, 황산칼슘, 석고, 진흙, 점토(clay), 규산나트륨, 규산 알루미나, 규산 칼슘 및 실리카 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 무기 바인더 용액은 상기 무기 바인더 0.5 ~ 4중량% 및 잔량의 물로 제조되는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (d) 단계 및 상기 (e) 단계는 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (e) 단계의 건조는 300 ~ 450℃의 온도에서 5 ~ 15분간 수행하는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 글라스 울은 상기 진공에 의해서 압하되는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 글라스 울의 압하율은 70 ~ 80%인 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법으로 제조되어, 무기 바인더에 의해 글라스 울의 조직이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재.
- 제 8 항에 있어서,
상기 심재는 평판형 보드 또는 굽힘 마디를 가지는 그루브형 보드 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재.
- 제 8 항에 있어서,
상기 심재의 두께는 25 ~ 30mm인 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널용 심재.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법으로 제조된 심재;
상기 심재를 진공 포장하되, 표면 보호층, 금속 배리어층 및 접착층의 적층 구조를 가지는 외피재; 및
상기 심재 및 상기 외피재 사이에 배치되되, 상기 심재에 부착 또는 삽입되는 게터(Getter);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 11 항에 있어서,
상기 심재는 2 ~ 3장 적층된 형태로 사용되는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 11 항에 있어서,
상기 외피재의 표면 보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 나일론(Nylon) 필름의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 13 항에 있어서,
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 상부에는 비닐계 수지가 코팅된 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 14 항에 있어서,
상기 비닐계 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐브탈랄(PVB), 폴리염화비닐리덴(PVDC) 수지 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 11 항에 있어서,
상기 외피재의 금속 배리어층은 Al 호일(Foil)인 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 11 항에 있어서,
상기 외피재의 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA), 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 중 선택된 하나 이상의 플라스틱 필름인 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 11 항에 있어서,
상기 외피재의 상기 표면 보호층, 금속 배리어층 및 접착층은 각각 폴리우레탄(PU)계 수지에 의해서 접착된 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 11 항에 있어서,
상기 게터는 순도 95%이상의 생석회(CaO) 분말이 파우치에 포장되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 19 항에 있어서,
상기 파우치는 주름지 및 폴리프로필렌(PP) 함침 부직포로 형성된 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 11 항에 있어서,
상기 게터는 25% 이상의 수분 흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
- 제 11 항에 있어서,
상기 진공 포장 시 사용되는 진공도는 0.1 ~ 10Pa인 것을 특징으로 하는 진공 단열 패널.
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