KR20130019966A - 수분 흡착제에 의해 감싸진 가스 흡착제를 포함하는 게터재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 게터재에 관한 것으로서, 가스 흡착제와, 상기 가스 흡착제의 표면을 감싸는 수분 흡착제를 포함하여, 높은 활성을 가지는 가스 흡착제를 수분 흡착제로 감싸는 구조를 가짐으로써, 진공단열재 내부에 존재하는 수분 및 가스를 제거하면서도 제조공정 중에 가스 흡착제의 표면이 비활성으로 변하는 것을 방지하는 효과를 제공하는 게터재를 제공한다.

Description

수분 흡착제에 의해 감싸진 가스 흡착제를 포함하는 게터재 및 그 제조방법{GETTER HAVING GAS ADSORBENT COATED BY WATER ADSORBENT AND MANUFACTIRING METHOD THEREOF}
본 발명은 게터재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분 흡착제로 가스 흡착제를 감싸는 구조를 가지도록 함으로써, 제조 공정 중 가스 흡착제의 열화를 방지할 수 있는 게터재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
지구 온난화 방지의 대책으로서, 가전제품이나 설비 기기 등의 에너지 절감은 중요한 과제이며, 그 해결 수단의 하나로서 고성능 단열재인 진공단열재의 사용을 들 수 있다.
진공단열재는 심재와, 심재를 커버하는 외피재를 포함하며, 외피재의 내부를 감압하여 진공에 가까운 상태로 만들어 기체의 열전도율을 현저하게 저하시킨 단열재이다.
그러나, 진공단열재의 심재는, 통상적으로 심재 자신이 미세한 틈을 가지는 다공체이기 때문에 표면적이 크고 흡습성이 높아 표면에 부착된 수분이 잔존하게 되는데, 잔존하는 수분은 감압 밀폐 후에 일부가 기화하여 진공단열재의 내압이 상승하게 되고, 결국 원하는 단열성능이 얻어지지 않는 문제점이 있었다.
이에 대하여 종래에는 심재 표면에 부착된 수분을 제거하기 위하여 진공단열재 내부에 수분 흡착제를 적용하는 것이 다수 제안되고 있었다.
그러나, 종래 수분 흡착제로만 구성된 게터재는 수분을 흡착하는 데는 효과적이었으나, 진공단열재 내부에 잔존하는 가스 및 장기적으로 외부로부터 외피재를 투과한 가스를 제거하는 데에는 미흡한 면이 있어, 이러한 가스로 인해 진공단열재의 내압이 상승하여 단열성능이 악화된다는 문제점이 있었다.
이에 대하여, 가스를 흡착할 수 있도록 높은 활성을 가지는 가스 흡착제를 적용하는 것이 고려되고 있는 실정이다.
그러나, 가스 흡착제는 매우 높은 활성을 가지기 때문에 제조공정에서 즉, 상압 및 상온인 환경에서 대기 중에 존재하는 산소, 질소 등과 쉽게 반응하여 표면이 비활성으로 변하게 되어, 실제로 가스 흡착제로서 역할을 제대로 못한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 높은 활성을 가지는 가스 흡착제를 수분 흡착제로 감싸는 구조를 가짐으로써, 제조 공정 중에 가스 흡착제의 표면이 비활성으로 변하는 것을 방지하는 효과를 제공하는 게터재를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명은 가스 흡착제와 수분 흡착제를 물리적으로 혼합및 교반하는 공정을 거침으로써, 제조비용을 절감하면서도 제조 공정 중에 가스 흡착제의 표면이 비활성으로 변하는 것을 방지할 수 있는 게터재의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 게터재는 가스 흡착제와, 상기 가스 흡착제의 표면을 감싸는 수분 흡착제를 포함하여, 제조공정 중 상기 가스 흡착제의 열화를 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 게터재는 상기 가스 흡착제 및 상기 수분 흡착제를 포장하는 포장재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 게터재의 제조방법은 챔버에 가스 흡착제와 수분 흡착제를 공급하는 단계와, 챔버 내에 공급된 가스 흡착제와 수분 흡착제를 활성 온도 이상의 범위에서 물리적으로 혼합 및 교반시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 게터재의 제조방법은 챔버에 가스 흡착제와 수분 흡착제를 공급하는 단계와 챔버 내에 공급된 가스 흡착제와 수분 흡착제를 활성 온도 미만의 범위에서 물리적으로 혼합 및 교반시키는 단계와 가스 흡착제와 수분 흡착제의 활성 온도 이상의 범위에서 열처리하는단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 게터재는 높은 활성을 가지는 가스 흡착제를 수분 흡착제로 감싸는 구조를 가짐으로써, 진공단열재 내부에 존재하는 수분 및 가스를 제거하면서도 제조공정 중에 가스 흡착제의 표면이 비활성으로 변하는 것을 방지하는 효과를 제공한다.
그리고, 본 발명에 따른 게터재의 제조방법은 가스 흡착제와 수분 흡착제를 물리적으로 혼합 및 교반시켜 가스 흡착제를 수분 흡착제로 감싼 게터재를 제조함으로써, 제조비용을 현저히 감소시키는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 게터재를 포함하는 진공단열재의 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 게터재를 확대한 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 게터재를 포함하는 진공단열재의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 게터재의 제조공정을 대략적으로 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 게터재 및 그 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 장점 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 기술 분야에서 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.
또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 게터재를 포함하는 진공단열재의 단면도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 게터재를 확대한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 게터재(130)는 심재(110)와 함께 외피재(120)에 의해 감압 밀폐되며, 가스 흡착제(131) 및 수분 흡착제(133)를 포함한다.
가스 흡착제(131)는 진공단열재(100) 내부의 가스를 흡착한다. 가스 흡착제(131)는 진공단열재(100)의 제조과정에서 내부에 잔존하는 불필요한 가스성분을 흡착하며, 장기적으로는 외피재(120)를 투과하여 침투한 가스성분을 흡착하여 진공단열재(100) 내부의 압력이 상승하는 것을 방지한다.
가스 흡착제(131)는 나노세공 물질을 포함할 수 있다. 나노세공 물질을 포함하므로써, 가스 흡착제(131)는 잔존하는 가스와의 접촉 면적을 넓히게 되어 잔존하는 가스에 대한 활성이 높아지게 된다. 나노세공 물질은 나노 크기의 세공(細孔)을 갖는 물질을 의미하며, 구체적인 물질의 예로서, 제올라이트(zeolite) 및 활성탄, 알루미나 등이 있다.
또한, 가스 흡착제(131)는 Ta, Cb, Zr, Th, Mg, Ba, Ti, Al, Nb, Fe, Li, Pb, Pt, Au 등의 금속/금속산화물을 더 포함하여, 이를 활성점으로서 이용할 수 있다.
수분 흡착제(133)는 가스 흡착제(131)의 표면을 감싸도록 배치된다.
가스 흡착제(131)의 표면을 감싸도록 배치된 수분 흡착제(133)를 통하여, 가스 흡착제(131)의 표면을 일시적으로 차단하여 제조 공정에서 비활성화되는 것을 방지함으로써 완성된 진공단열재(100) 내에서 가스 흡착제(131)가 잔존하는 가스를 흡착할 수 있게 된다.
수분 흡착제(133)는 가스 흡착제(131)와 비교하여 낮은 활성을 가진다. 이러한 수분 흡착제(133)로 가스 흡착제(131)를 감싸게 함으로써, 가스흡착제의 표면을 일시적으로 차단하여 진공단열재(100)의 제조 공정에서 가스 흡착제(131)의 표면이 비활성으로 변하는 것을 방지할 수 있다.
수분 흡착제(133)는 산화칼슘, 염화칼슘, 산화마그네슘, 실리카겔 등의 유기/무기 소재 화합물을 이용할 수 있다.
수분 흡착제(133)는 심재(110)의 표면에 부착된 수분을 흡수한다. 수분을 흡수함으로써 잔존하는 수분이 기화하여 진공단열재(100)의 내압이 상승하는 것을 방지하여, 가스 흡착제(131)와 함께 원하는 단열 성능을 얻을 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 게터재를 포함하는 진공단열재의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 게터재(130)는 가스 흡착제(131) 및 수분 흡착제(133)를 포장하는 포장재(135)를 더 포함할 수 있다.
포장재(135)를 더 포함함으로써, 게터재(130)를 심재(110)에 끼워 넣는 과정에서 수분 흡착제(133)로서 예리한 파단 면을 가지는 물질을 사용해도 심재(110)를 보호할 수 있으며, 외피재(120)에 핀 홀 등이 생기는 것을 방지할 수 있다.
포장재(135)는 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름을 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름을 포함함으로써, 수분 흡착제(133)를 포장한 후 융착과정을 통해 가스흡착제 및 수분흡착제를 패킹할 수 있다.
또한, 포장재(135)는 내피층으로서 부직포 층을 더 포함할 수 있다. 부직포는 균일한 작은 구멍을 가지고 있으며, 내찌르기성이 우수하기 때문에, 수분 흡착제(133)가 예리한 파단면을 가지더라도 포장재(135)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 통기성과 관련하여서도 부직포의 적층, 두께, 구멍의 크기의 변경으로 용이하게 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 게터재의 제조공정을 대략적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 게터재(130)의 제조방법에 대하여 이하 살펴본다.
먼저, 도 4의 (a)와 같이 챔버(10)에 가스 흡착제(131)와 수분 흡착제(133)를 공급한다.
챔버(10)에 공급하는 가스 흡착제(131)로서 나노세공 물질을 사용할 수 있으며, 나노세공 물질의 예로서, 제올라이트(zeolite) 및 활성탄, 알루미나 등이 있다. 또한, 가스 흡착제(131)는 Ta, Cb, Zr, Th, Mg, Ba, Ti, Al, Nb, Fe, Li, Pb, Pt, Au 등의 금속/금속산화물을 더 포함하여, 이를 활성점으로서 이용할 수 있다.
챔버(10)에 공급하는 수분 흡착제(133)로서 가스 흡착제(131)와 비교하여 낮은 활성을 가지는 물질을 사용할 수 있으며, 그 예로서 산화칼슘, 염화칼슘, 산화마그네슘, 실리카겔 등의 유기/무기 소재 화합물을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 4의 (b)와 같이 챔버(10) 내에 공급된 가스 흡착제(131)와 수분 흡착제(133)를 물리적으로 혼합 및 교반시킨다.
가스 흡착제(131)와 수분 흡착제(133)를 물리적으로 혼합 및 교반시킴으로써, 가스 흡착제(131)의 표면은 수분 흡착제(133)에 의해 감싸지게 된다.
가스 흡착제(131)의 표면을 수분 흡착제(133)로 감싸게 됨으로써, 일시적으로 대기와의 반응성을 억제하게 되어 제조 공정 중에 가스 흡착제(131)가 비활성화되는 시간을 증가시킬 수 있게 된다.
혼합 및 교반 공정시 온도는 가스 흡착제(131) 및 수분 흡착제(133)의 활성 온도 이상의 범위와 활성 온도 미만의 범위로 구분할 수 있다.
가스 흡착제(131) 및 수분 흡착제(133)의 활성 온도 이상의 범위에서 혼합 및 교반시킬 경우에는, 별도의 열처리 없이 활성화된 게터재(130)를 얻을 수 있다.
가스 흡착제(131) 및 수분 흡착제(133)의 활성 온도 이상의 범위에서, 활성 온도란 가스 흡착제(131)의 활성 온도와 수분 흡착제(133)의 활성 온도 중 큰 온도의 활성 온도를 의미한다. 예를 들어 가스 흡착제로서 제올라이트를, 수분 흡착제로서 산화칼슘을 사용할 경우, 제올라이트의 활성온도가 400℃이며, 산화칼슘의 활성온도가 200℃이기 때문에, 가스 흡착제 및 수분 흡착제의 활성 온도 이상의 범위란 400℃ 이상의 범위를 의미한다.
다른 예로서, 가스 흡착제로서 제올라이트 및 산화철을, 수분 흡착제로서 산화칼슘을 사용할 경우, 제올라이트의 활성온도가 400℃, 산화철의 활성온도가 575℃이며, 산화칼슘의 활성온도가 200℃이기 때문에, 가스 흡착제 및 수분 흡착제의 활성 온도 이상의 범위란 575℃ 이상의 범위를 의미한다.
이 때, 게터재(130)는 진공챔버나 비활성 가스로 채워진 상태에서 유/무기 필름을 통해 포장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
가스 흡착제(131) 및 수분 흡착제(133)의 활성 온도 미만의 범위에서 혼합 및 교반시킬 경우에는, 상기와 같은 진공포장 없이 제품으로 제작하여 사용이 가능하다.
여기서 가스 흡착제(131) 및 수분 흡착제(133)의 활성 온도 미만의 범위에서, 활성 온도란 가스 흡착제(131)의 활성 온도와 수분 흡착제(133)의 활성 온도 중 작은 온도의 활성 온도를 의미한다.
예를 들어, 가스 흡착제로서 제올라이트를, 수분 흡착제로서 산화칼슘을 사용할 경우, 제올라이트의 활성온도가 400℃이며, 산화칼슘의 활성온도가 200℃이기 때문에, 가스 흡착제 및 수분 흡착제의 활성 온도 미만의 범위란 200℃ 미만의 범위를 의미한다.
다른 예로서, 가스 흡착제로서 제올라이트 및 산화철을, 수분 흡착제로서 염화칼슘을 사용할 경우, 제올라이트의 활성온도가 400℃, 산화철의 활성온도가 575℃이며, 염화칼슘의 활성온도가 120℃이기 때문에, 가스 흡착제 및 수분 흡착제의 활성 온도 미만의 범위란 120℃ 미만의 범위를 의미한다.
이 때, 가스 흡착제(131)와 수분 흡착제(133)가 활성화된 상태가 아니기 때문에 상기 가스 흡착제(131)와 수분 흡착제(133)의 활성 온도 이상의 범위에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
실시예
본 발명에 따른 게터재를 제조하기 위해서, 제올라이트 성분의 가스 흡착제와 산화칼슘 성분의 수분 흡착제를 챔버에 주입한 후, 활성온도 이상의 범위인 450℃에서 혼합 및 교반시켜, 가스 흡착제를 수분 흡착제로 감싼 게터재를 얻을 수 있었다.
이러한 게터재를 직경 1~10um의 유리 섬유를 집면 시킨 글라스 울을 2층 적층한 글라스울 적층체인 심재에 삽입하였다. 그 후, 심재와 게터재를 외피재로 감싸 감압 밀봉하였다. 외피재로서는 열용착층으로서 약 50um의 폴리에틸렌계 수지인 LLDPE, 가스배리어층(24)으로서 약 6um의 알루미늄 호일층, 제1보호층(26)으로서 약 25um의 나일론 필름, 제2보호층(28)으로서 약 12um의 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)가 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(K-PET)을 사용하였다.
이러한 진공단열재를 90℃에서 30일 동안 열처리 후, 열전도율 측정기 "HC 0074-200(Eco社)"로 열전도율을 측정한 결과, 진공단열재의 열전도율은 0.0035 Kcal/mhr℃로 측정되었다.
비교예 1
비교예 1로서, 산화칼슘 성분의 수분 흡착제와 제올라이트 성분의 가스 흡착제를 별도의 공정을 거치지 않고, 분말형태로 함께 심재에 삽입한 후, 외피재로 감압 밀봉하였다. 여기서 심재 및 외피재는 상기 실시예와 동일한 심재와 외피재를 사용하였다.
이러한 진공단열재를 90℃에서 30일 동안 열처리 후, 열전도율 측정기 "HC 0074-200(Eco社)"로 열전도율을 측정한 결과, 진공단열재의 열전도율은 0.0045 Kcal/mhr℃로 측정되었다.
비교예 2
비교예 2로서, 종래와 같이 산화칼슘 성분의 수분 흡착제를 활성 온도 이상인 250℃ 온도에서 가열하여 활성화한 후, 게터재를 심재에 삽입하고 외피재로 감압 밀봉하였다 여기서 심재 및 외피재는 상기 실시예와 동일한 심재와 외피재를 사용하였다.
이러한 진공단열재를 90℃에서 30일 동안 열처리 후, 열전도율 측정기 "HC 0074-200(Eco社)"로 열전도율을 측정한 결과, 진공단열재의 열전도율은 0.0054 Kcal/mhr℃로 측정되었다.
실시예 비교예 1 비교예 2
열 전도율
(Kcal/mhr℃)		 0.0035 0.0045 0.0054
상기 표 1에서 살펴볼 수 있듯이,
비교예 1과 같이 별도의 공정 없이 수분 흡착제와 가스 흡착제를 각각 분말형태로 삽입하는 경우, 가스 흡착제의 활성이 크기 때문에 제조 공정에서 가스 흡착제의 표면이 비활성화 상태로 변하게 되어 완성된 진공단열재 내에서 가스 흡착제로서의 성능을 발휘하지 못하게 된다. 그 결과, 상기와 같이 열 전도율이 만족스럽지 못한 결과를 가지게 되었다.
또한, 비교예 2와 같이 수분 흡착제만을 사용할 경우, 심재 표면에 부착된 수분을 흡수할 수 있지만, 진공단열재 내부에 잔존하는 가스를 제거할 수 없게 되어 진공단열재의 내압이 상승하게 되어 역시 열 전도율이 만족스럽지 못한 결과를 가지게 되었다.
반면, 본 발명에 따라 수분 흡착제로 가스 흡착제를 감싼 게터재를 사용할 경우, 제조공정에서 가스 흡착제의 표면이 비활성화되는 것을 일시적으로 차단하기 때문에 열전도율이 낮아져, 진공단열재로서 원하는 단열효과를 얻을 수 있게 되었다.
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 기술분야에서 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.
10 : 챔버
100 : 진공단열재
110 : 심재
120 : 외피재
130 : 게터재
131 : 가스 흡착제
133 : 수분 흡착제
135 : 포장재

Claims (9)

  1. 가스 흡착제와,
    상기 가스 흡착제의 표면을 감싸는 수분 흡착제를 포함하여, 제조공정 중 상기 가스 흡착제의 열화를 방지하는 것을 특징으로 하는 게터재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 흡착제는 나노세공 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 게터재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 흡착제는 금속 또는 금속산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게터재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수분 흡착제는 CaO, CaCl2, MgO, 실리카겔 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 게터재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가스 흡착제 및 상기 수분 흡착제를 포장하는 포장재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게터재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 포장재는 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 게터재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포장재는 내피층으로 부직포 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게터재.
  8. 챔버에 가스 흡착제와 수분 흡착제를 공급하는 단계; 및
    챔버 내에 공급된 가스 흡착제와 수분 흡착제를 활성 온도 이상의 범위에서 물리적으로 혼합 및 교반시키는 단계;를 포함하여, 수분 흡착제로 가스 흡착제를 감싸는 게터재의 제조방법
  9. 챔버에 가스 흡착제와 수분 흡착제를 공급하는 단계;
    챔버 내에 공급된 가스 흡착제와 수분 흡착제를 활성 온도 미만의 범위에서 물리적으로 혼합 및 교반시키는 단계; 및
    가스 흡착제와 수분 흡착제의 활성 온도 이상의 범위에서 열처리하는단계;를 포함하는 게터재의 제조방법
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