KR20120052532A - 에어로겔 진공단열패널 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어로겔 진공단열패널 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열융착이 가능한 알루미늄 박막이 피복된 비닐 재질의 포대에 실리카 에어로겔 분말이 함유된 방향족 화합물인 폴리아미드 부직포를 삽입하여 패널형태를 유지한 채 진공처리함으로써 완성되는 에어로겔 진공단열패널 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널 제조방법은 비닐 재질의 포대를 준비하는 단계와; 상기 포대의 내부에 삽입될 폴리아미드 부직포를 준비하는 단계와; 상기 포대의 외측 표면에 알루미늄 박막을 피복하는 단계와; 상기 폴리아미드 부직포 사이에 에어로겔 분말을 분포하는 단계와; 상기 에어로겔 분말이 분포된 폴리아미드 부직포를 상기 포대 내부로 삽입하는 단계와; 상기 포대를 열융착시키는 단계와; 상기 열융착된 포대를 진공노즐을 이용하여 진공처리하는 단계 및; 상기 진공노즐을 제거하고 제거된 부분을 실링처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널 제조방법은 열접착이 가능한 알루미늄 박막이 피복된 비닐 재질의 포대에 실리카 에어로겔 분말이 고르게 분포된 폴리아미드 부직포를 삽입하여 패널 형태를 유지한 채 진공포장함으로써, 에어로겔 분말과 진공상태에 의해 높은 단열 효과를 가지며, 취성이 우수하며, 사용하고자 하는 목적에 따라 모양 및 두께를 조절할 수 있어 희망하는 형태의 에어로겔 진공단열패널을 제공할 수 있다.

Description

에어로겔 진공단열패널 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF AEROGEL VACUUM INSULATION PANEL}

본 발명은 에어로겔 진공단열패널 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열융착이 가능한 알루미늄 박막이 피복된 비닐 재질의 포대에 실리카 에어로겔 분말이 도포된 방향족 화합물인 폴리아미드 부직포를 삽입하여 패널형태를 유지한 채 진공처리함으로써 완성되는 에어로겔 진공단열패널 제조방법에 관한 것이다.

최근, 지구환경을 보호하기 위해 오존층파괴속도를 억제하기 위한 클로로플루오로카본류 나아가서는 그것의 1/10 이하로까지 억제할 수 있는 하이드로클로로플루오로카본류까지 대상으로 된 사용규제가 실시되고 있다. 따라서, 앞으로는 발포제를 사용하지 않고 단열성을 향상시키는 것이나 사용한 재료를 회수하여 재이용할 수 있는 단열시스템이 사회적으로 요구되고 있다.

그래서 제안된 것이 열 전도율을 저감한 고성능의 진공단열패널인데, 주로 냉장고나 냉동고 등에 많이 사용되어 왔다. 특히, 이러한 진공단열패널은 발포 우레탄 등의 단열재에 비교하여 열 전도율이 매우 우수하다．

이러한 진공 단열패널의 구조는, 심재(芯材)로 되는 코어재, 아웃 가스를 흡착하는 게터제를 외피재에 넣고, 내부를 감압하는 것이다. 현재 이용되고 있는 외피재는, 범용품의 저렴한 유기 필름을 이용하여 가스 배리어층의 전체면에 접착제로 접착한 라미네이트법에 의해 제작하고 있다. 가스 배리어층으로서 알루미늄 박박, 알루미늄 증착, 에바르(EVOH) 필름, 폴리에스테르 필름 등을 접합시키고, 보호층에 나일론 필름을 접착하는 것이다. 용착층에는 폴리에틸렌 필름이나 폴리프로필렌 필름을 이용한다.

그런데, 이러한 진공단열패널은 경질 폴리우레탄폼 분쇄품을 합성수지 주머니에 투입해서 보드 형상으로 진공 팩한 것을 벽 내에 배치한 단열 상자체나 또는 유리섬유를 유리매트 상으로 성형하여 진공?배기시킨 후에, 기밀?봉합한 진공단열재 등이 있으나, 재활용 및 환경적 요소를 만족시킬 수 없다는 문제점이 있었다.

또한, 진공상태에서는 열전도율이 낮아 단열 효과가 높으나, 진공이 유지되어야하기 때문에, 모양이나 재질에 한계가 있어, 단열성능과 취성에 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 열접착이 가능한 알루미늄 박막이 피복된 비닐 재질의 포대에 실리카 에어로겔 분말이 고르게 분포된 폴리아미드 부직포를 삽입하여 패널 형태를 유지한 채 진공포장함으로써 에어로겔 분말과 진공상태에 의해 높은 단열 효과를 가지며, 진공공정 시에 폴리아미드 부직포의 필터작용으로 에어로겔 분말이 포대 외부로 유출되지 않고 패널형태를 유지할 수 있게 하는 에어로겔 진공단열패널 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널 제조방법은 비닐 재질의 포대를 준비하는 단계와; 상기 포대의 내부에 삽입될 폴리아미드 부직포를 준비하는 단계와; 상기 포대의 외측 표면에 알루미늄 박막을 피복하는 단계와; 상기 폴리아미드 부직포 사이에 에어로겔 분말을 분포하는 단계와; 상기 에어로겔 분말이 분포된 폴리아미드 부직포를 상기 포대 내부로 삽입하는 단계와; 상기 포대를 열융착시키는 단계와; 상기 열융착된 포대를 진공노즐을 이용하여 진공처리하는 단계 및; 상기 진공노즐을 제거하고 제거된 부분을 실링처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리아미드 부직포는 폴리에스터 화이버, 폴리프로필렌 화이버, 비스코레이언 화이버, 나일론 화이버 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리아미드 부직포는 2층 이상으로 적층가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리아미드 부직포는 1㎛ 이하의 기공을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어로겔 분말은 1~100㎛의 크기를 가지며, 열전도율이 10~30mW/mk인 것이 사용되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널 제조방법은 열접착이 가능한 알루미늄 박막이 피복된 비닐 재질의 포대에 실리카 에어로겔 분말이 고르게 분포된 폴리아미드 부직포를 삽입하여 패널 형태를 유지한 채 진공포장함으로써, 에어로겔 분말과 진공상태에 의해 높은 단열 효과를 가지며, 취성이 우수하며, 사용하고자 하는 목적에 따라 모양 및 두께를 조절할 수 있어 희망하는 형태의 에어로겔 진공단열패널을 제공할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 에어로겔 입자의 SEM 도시도.
도 2는 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널의 내부 구성도.
도 3은 도 2의 에어로겔 진공단열패널의 진공처리 후의 상태 도시도.
도 4는 도 2의 에어로겔 진공패널의 외형도.
도 5는 도 2의 에어로겔 진공패널 제조방법 순서도.

먼저, 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널에 에어로겔과 폴리아미드 부직포는 다음과 같다.

[에어로겔]

본 발명에서 사용되는 에어로겔은 도 2에 도시된 바와 같이 골격이 망목구조를 이루며, 내부에 공기를 90% 이상 함유한다. 상기 에어로겔은 기공율이 80-99 %, 바람직하게는 85-97%인 것이 사용될 수 있으며, 밀도가 0.001-0.5 g/cm³, 바람직하게는 0.005-0.35 g/cm³ 인 것이 사용될 수 있다. 또한 내부 표면적이 200-2000 m²/g, 바람직하게는 400-1800 m²/g 인 것이 사용될 수 있으며, 평균 기공 직경은 1-100 nm, 바람직하게는 10-70 nm 인 것이 사용될 수 있다.

또한 상기 에어로겔의 기공크기는 1?100 ㎚ 이며, 바람직하게는 5?60 ㎚, 더 바람직하게는 10?50 ㎚이다. 이하에서, 상기 에어로겔의 기공크기는 평균 기공 직경을 의미한다. 에어로겔의 기공크기가 1 ㎚ 미만일 경우 공기보다 골격이 차지하는 비율이 높아지면서 밀도 증가 및 골격에 의한 열전도가 증가될 수 있고, 100 ㎚ 를 초과할 경우 공기의 이론적 평균자유행로인 60 ㎚보다 기공크기가 커져서 공기의 대류를 저하시켜 단열효과 발현하는 에어로겔의 특성이 발휘되지 못할 수도 있다.

상기 에어로겔의 기공 부피는 1?10 ㎤/g이며, 바람직하게는 1.5?7 ㎤/g, 더 바람직하게는 2?4 ㎤/g이다. 기공 부피가 1 ㎤/g 미만일 경우 공기가 차지하는 공간이 너무 적으면서, 동시에 골격으로의 열전도경로가 우세해져서 단열효과가 저하될 수 있으며, 10 ㎤/g를 초과할 경우 기공이 너무 커서 공기의 대류에 의해 단열 효과가 저하될 수 있다.

본 발명에 사용된 상기 에어로겔 분말은 1~100 ㎛의 크기를 가지며, 열전도율이 10~30mW/mk인 것이 사용될 수 있다.

[폴리아미드 부직포]

본 발명에서 사용되는 폴리아미드 부직포는 일반적으로 열융착이 가능하고 소수성을 지니고 있는 소재가 바람직하며, 특히 에어로겔 입자가 통과되지 못할 정도의 조밀도를 가진 것이 바람직하며, 되도록 이면 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널 제조방법을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.

도 1은 에어로겔 입자의 SEM 도시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널의 내부 구성도이며, 도 3은 도 2의 에어로겔 진공단열패널의 진공처리 후의 상태 도시도이며, 도 4는 도 2의 에어로겔 진공패널의 외형도이며, 도 5는 도 2의 에어로겔 진공패널 제조방법 순서도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널(20)은 비닐 재질의 포대(21)와. 상기 포대(21)의 외측 표면에 피복된 알루미늄 박막(22)과, 상기 포대(21)의 내부에 삽입된 폴리아미드 부직포(23) 및, 상기 폴리아미드 부직포(23) 사이에 분포된 에어로겔 분말(24)로 이루어지며, 상기 포대(21)를 열융착시키고 진공처리함으로써 완성된다.

상기 비닐 재질의 포대(21)는 사전에 3면이 열융착되어 제작되었으며, 상기 비닐 재질의 포대(21) 내에 상기 폴리아미드 부직포(23)와 상기 에어로겔 분말(24)이 삽입된 후에, 나머지 1면이 열융착되고 진공처리 및 실링처리됨으로써 완성된다.

또한, 상기 폴리아미드 부직포(23)는 열융착이 가능하고 소수성을 지닌 고밀도의 부직포로써, 폴리에스터 화이버, 폴리프로필렌 화이버, 비스코레이언 화이버, 나일론 화이버가 주로 사용된다.

하기에서는, 본 발명에 따른 실시 예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

[실시 예]

이제, 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널을 제작시 모재별 에어로겔 분말 도포량에 따른 단열성능을 비교하고자 한다.

기준시료 및 모재로는 방향족 화합물인 폴리아미드 부직포(뒤퐁사, PA)가 사용되었다.

먼저, 폴리아미드 부직포를 300x300 mm 크기로 재단하여 4매씩 겹친 것을 준비하였다. 이후 각각의 폴리아미드 부직포 사이에 에어로겔 분말을 0g(PA0), 5g(PA/S05), 10g(PA/S10), 15g(PA/S15), 20g(PA/S20), 25g(PA/S25), 30g(PA/S30)을 골고루 도포하였다.

그 후, 알루미늄 재질의 외피와 비닐 재질의 내피로 이루어진 포대에 상기 에어로겔 분말이 도포된 폴리아미드 부직포를 삽입한 후, 산업용 노즐식 진공포장기(도시되지 않음)를 이용하여 진공단열패널을 제작하였다.

이때, 에어로겔 분말의 도포량에 따른 각각의 샘플에 대한 열전도율을 측정한 결과는 하기의 표 1과 같았다.

에어로겔 분말의 도포량에 따른 열전도율 결과

항목	제작조건	열전도율(W/m*K)
PA0(기준)	PA 4매	0.035
PA/S10	PA 4매+에어로겔 10g	0.028
PA/S20	PA 4매+에어로겔 20g	0.024
PA/S30	PA 4매+에어로겔 30g	0.022

표 1을 살펴보면, 대체로 에어로겔 분말의 도포량에 비례하여 열전도율이 감소하고, 단열성능이 개선됨을 확인할 수 있다.

이제, 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널을 제조하는 방법을 도 5를 참조하여 상세히 살펴보고자 한다.

먼저, 비닐 재질의 포대(21)를 준비하는 단계(S510)와, 폴리아미드 부직포(23)를 준비하는 단계(S520)를 거쳐, 상기 포대(21)의 외측 표면에 알루미늄 박막(22)을 피복하는 단계(S530)를 진행한 후, 상기 폴리아미드 부직포(23) 사이에 에어로겔 분말(24)을 분포하는 단계(S540)를 진행하고, 상기 포대(21)의 내부에 에어로겔 분말이 분포된 폴리아미드 부직포(23)를 삽입하는 단계(S550)를 진행한 후, 상기 포대(21)를 열융착시키는 단계(S560)를 거쳐, 상기 열융착된 포대(21)를 진공노즐로 진공처리하는 단계(S570)를 진행한 후, 최종적으로 상기 진공노즐이 제거된 부분을 실링처리하는 단계(S580)를 진행한다.

여기서, 상기 폴리아미드 부직포(23)는 두께가 두꺼운 것보다는 두께가 얇은 것을 여러장 겹쳐서 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널 제조방법에 따라 제조된 에어로겔 진공 패널은 원하는 형태 및 두께로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 에어로겔 진공단열패널 제조방법은 열접착이 가능한 알루미늄 박막이 피복된 비닐 재질의 포대에 실리카 에어로겔 분말이 고르게 분포된 폴리아미드 부직포를 삽입하여 패널 형태를 유지한 채 진공포장함으로써 에어로겔 분말과 진공상태에 의해 높은 단열 효과를 가지며, 취성이 우수하며, 사용하고자 하는 목적에 따라 모양 및 두께를 조절할 수 있어 희망하는 형태의 에어로겔 진공단열패널을 제공할 수 있다.

비록, 본 발명의 실시 예에선, 폴리아미드 부직포가 사용되었으나, 이에 제한되지 않으며, 에어로겔 분말이 빠져나가지 않을 정도의 1 ㎛ 이하의 기공을 가진 부직포이면 부직포의 재질에 관계없이 모두 가능함은 물론이다.

또한, 1~100 ㎛의 크기를 가진 에어로겔 분말이 사용되었으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다.

또한, 4매의 폴리아미드 부직포가 사용되었으나, 부직포의 매수에 제한되지 않음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

20: 에어로겔 진공단열패널 21: 포대
22: 알루미늄 박막 53: 폴리아미드 부직포
54: 에어로겔 분말

Claims (5)

1. 비닐 재질의 포대를 준비하는 단계와;
   상기 포대의 내부에 삽입될 폴리아미드 부직포를 준비하는 단계와;
   상기 포대의 외측 표면에 알루미늄 박막을 피복하는 단계와;
   상기 폴리아미드 부직포 사이에 에어로겔 분말을 분포하는 단계와;
   상기 에어로겔 분말이 분포된 폴리아미드 부직포를 상기 포대 내부로 삽입하는 단계와; 상기 포대를 열융착시키는 단계와;
   상기 열융착된 포대를 진공노즐을 이용하여 진공처리하는 단계 및;
   상기 진공노즐을 제거하고 제거된 부분을 실링처리하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어로겔 진공단열패널 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 부직포는 폴리에스터 화이버, 폴리프로필렌 화이버, 비스코레이언 화이버, 나일론 화이버인 것을 특징으로 하는 에어로겔 진공단열패널 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 부직포는 2층 이상으로 적층가능한 것을 특징으로 하는 에어로겔 진공단열패널 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 부직포는 1㎛ 이하의 기공을 갖는 것을 특징으로 하는 에어로겔 진공단열패널 제조방법.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 에어로겔 분말은 1~100㎛의 크기를 가지며, 열전도율이 10~30mW/mk인 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 진공단열패널 제조방법.

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