KR20130086442A - 에어로겔 분말이 함유된 단열시트, 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템 및 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법 - Google Patents

에어로겔 분말이 함유된 단열시트, 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템 및 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단열성, 내열성 및 경량성을 부여함으로써, 두께 조절이 가능하고 유연성이 있어 대면적의 접착뿐만 아니라, 단열이 요구되는 다양한 형태의 제품에서 유용하게 이용될 수 있는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트, 상기 단열시트의 제조시스템 및 제조방법을 개시(introduce)한다. 상기 단열시트는 이형지에 도포되며, 아크릴계 고분자 수지 85~95중량%와 에어로겔 분말 5~15중량%가 혼합된 것으로 5mm이의 두께를 가지는 단열시트 층을 포함한다.

Description

에어로겔 분말이 함유된 단열시트, 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템 및 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법{Insulation sheet, insulaton sheet produciton system and method for producting insulation sheet including aerogel powder}
본 발명은 단열성 충전제로서 에어로겔 분말을 사용하는 단열시트에 관한 것으로, 특히 아크릴계 고분자 수지와 에어로겔 분말을 혼합한 혼합물을 이형지에 도포하여 얻은 단열시트, 상기 단열시트의 제조시스템 치 제조방법에 관한 것이다.
단열재(heat insulating material)는 일정한 온도가 유지되도록 하려는 부분의 바깥쪽을 피복하여 외부로의 열손실이나 열의 유입을 적게 하기 위한 재료로, 사용온도에 따라 100℃ 이하의 보냉재, 100∼500℃의 보온재, 500∼1,100℃의 단열재, 1,100℃ 이상의 내화단열재로 나뉘는데, 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질이 되도록 만든다. 단열재는 소재 자체의 열전도율이 작은 것이 바람직하나, 대부분 열전도율이 그다지 작지 않다. 그러므로 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질이 되도록 만들어 기공 속의 공기의 단열성을 이용한다.
종래의 단열재는 그 성능과 형태 때문에, 예를 들면, 전자제품과 같은 크기가 작고 단열공간이 협소한 조건에서는, 글라스 울과 같은 무기계 단열재나 폴리우레탄 폼과 같은 유기계 단열재를 사용하고자 해도 많은 제약이 있었다. 급수관 등 파이프류에는 모양이나 재질문제로 단열 도료 등과 같은 코팅형태의 단열재를 적용하는데, 두께 조절 및 시공성에 제약이 따른다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 단열성, 내열성 및 경량성을 부여함으로써, 두께 조절이 가능하고 유연성이 있어 대면적의 접착뿐만 아니라, 단열이 요구되는 다양한 형태의 제품에서 유용하게 이용될 수 있는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 단열성, 내열성 및 경량성을 부여함으로써, 두께 조절이 가능하고 유연성이 있어 대면적의 접착뿐만 아니라, 단열이 요구되는 다양한 형태의 제품에서 유용하게 이용될 수 있는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 단열성, 내열성 및 경량성을 부여함으로써, 두께 조절이 가능하고 유연성이 있어 대면적의 접착뿐만 아니라, 단열이 요구되는 다양한 형태의 제품에서 유용하게 이용될 수 있는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어로겔 분말이 함유된 단열시트는, 이형지에 도포되며, 아크릴계 고분자 수지 85~95중량%와 에어로겔 분말 5~15중량%가 혼합된 것으로 5mm의 두께를 가지는 단열시트 층을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템은, 재료 공급부, 공급롤, 단열처리 및 이송부, 건조부 및 회수롤을 구비한다. 상기 재료 공급부는 아크릴계 고분자 수지 및 아크릴계 고분자 수지와 에어로겔 분말을 혼합한 혼합물 중 적어도 하나를 공급한다. 상기 공급롤은 이형지가 감겨 있다. 상기 단열처리 및 이송부는 상기 공급롤로부터 이송된 이형지에 상기 재료 공급부로부터 공급되는 재료를 도포한다. 상기 건조부는 상기 단열처리 및 이송부를 거친 이형지를 건조한다. 상기 회수롤은 상기 건조부를 거친 이형지를 회수한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법은, 혼합물 생성단계, 혼합물 도포단계 및 단열시트 생성단계를 구비한다. 상기 혼합물 생성단계는 아크릴계 고분자 수지 및 에어로겔 분말을 혼합한 혼합물을 생성한다. 상기 혼합물 도포단계는 상기 혼합물을 이형지에 도포한다. 상기 단열시트 생성단계는 상기 이형지를 건조시켜 단열시트 층을 형성한다.
본 발명에 따른 단열시트는, 두께의 조절이 가능할 뿐만 아니라 유연성이 있으므로, 일반적인 전자제품과 플라즈마 디스플레이 패널 등과 같은 대면적의 접착이 요구되는 제품은 물론, 급수관, 배수관, 통기관의 파이프, 온풍기의 닥트 및 보온통 등의 단열을 목적으로 사용될 수 이는 장점이 있다.
본 발명에 따른 단열시트는, 테이프 기질과 단열재가 일체로 성형이 되었기 때문에, 공정이 간단하며 신속하고, 간편하게 실시할 수 있으며, 그 결과 제조비용 및 시공비용이 절감될 수 있으므로, 제품의 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로겔 분말을 함유하는 단열시트의 제조시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 단열시트의 외형사진의 일 예이다.
도 3은 본 발명에 따른 단열시트의 외형사진의 다른 일 예이다.
도 4는 본 발명에 따른 단열시트의 단면을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로겔 분말을 함유하는 단열시트의 제조시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하며, 본 발명에 따른 에어로겔 분말을 함유하는 단열시트 제조시스템(100)은, 재료 공급부(110), 공급롤(140), 단열처리 및 이송부(150), 건조부(160) 및 회수롤(170)을 구비한다.
재료 공급부(100)는 아크릴계 고분자 수지 및 아크릴계 고분자 수지와 에어로겔 분말을 혼합한 혼합물 중 적어도 하나를 공급한다. 공급롤(140)은 이형지가 감겨 있다. 단열처리 및 이송부(150)는 공급롤(140)로부터 이송된 이형지에 재료 공급부(110)로부터 공급되는 재료를 도포하며, 이형지의 이동은 롤러(180)에 의해 구현된다. 건조부(160)는 단열처리 및 이송부(150)를 거친 이형지를 건조한다. 회수롤(170)은 건조부(160)를 거친 이형지를 회수한다.
여기서 이형지는 표면에 이형제로 코팅된 종이 또는 폴리프로필렌계통의 비닐이다. 이형제(Release agent)는 금형 같은 성형품을 틀로부터 쉽게 분리하기 위해 성형시 재료에 첨가하기도 하고 금형 자체에 도포하기도 하는 물질을 의미한다.
본 발명에 따른 에어로겔 분말을 함유하는 단열시트는, 아크릴계 고분자 수지 75~95중량%와 에어로겔 분말 5~15중량%가 혼합된 것으로 5mm의 두께를 가지는 단열시트 층이 이형지에 도포 된 것을 의미한다. 여기서 아크릴계 고분자 수지는 수용성인 것이 바람직하고, 에어로겔 분말은, 크기는 1~100㎛이고 비중은 0.03~0.15g/㎤인 것이 바람직하다. 아크릴계 고분자 수지가 수용성인 경우, 에어로겔 소수성 공극의 손상을 방지할 수 있다. 특히, 소수성 에어로겔 분말을 사용할 경우, 우수한 방수성 및 경량성의 특징을 더 강화할 수 있다.
재료 공급부(110)는, 제1공급부(120) 및 제2공급부(130)를 구비한다.
제1공급부(120)는 아크릴계 고분자 수지를 공급하는 제1재료저장기(121), 제1재료저장기(121)로부터 공급되는 재료를 상기 이형지의 표면에 분산공급하는 제1공급기(122) 및 이형지의 두께를 조절할 수 있는 두께 조정기(123)를 구비한다.
제2공급부(130)는 제2재료저장기(131)로부터 공급되는 아크릴계 고분자 수지 및 제3재료저장기(132)로부터 공급되는 에어로겔 분말을 혼합하는 혼합조(133), 혼합조(133)에서 생성된 혼합물을 이형지의 표면에 분산공급하는 제2공급기(134) 및 이형지의 두께를 조절할 수 있는 두께 조정기(135)를 구비한다.
도 1에는 제1공급부(120)와 제2공급부(130) 각각에 두께 조정기(123, 135)가 각각 구비되어 있으나, 한 곳에만 설치되는 경우도 가능하며, 이때에는 제2공급부(130)에 설치되는 것이 바람직할 것이다. 여기서, 제1공급부(120) 및 제2공급부(130)는 연속하여 설치되며, 제1공급부(120)는 공급롤(140)에 가깝게 설치되며 제2공급부(130)는 건조부(160)에 가깝게 설치된다.
도 1에는 자세하게 도시되어 있지 않지만, 이송되는 이형지로부터 흘러나온 아크릴계 고분자 수지 및 아크릴계 고분자 수지와 에어로겔 분말의 혼합물의 외부 유출을 방지하고 이를 수집하는 가이드를 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 단열시트는 이형지에 도포 된 단열시트 층만으로도 그 효과가 있다. 이러한 단열시트를 생산하기 위해서는 도 1에 도시된 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템(100)에서 제2공급부(130) 만을 가동하여 이형지에 단열시트 층만 도포하면 된다.
본 발명에 따른 에어로겔 분말을 함유하는 단열시트는 상술한 바와 같이, 이형지에 도포된 단열시트 층만으로도 사용 가능하지만, 이형지와 단열시트 층 사이에 형성되며 아크릴계 고분자 수지가 도포 된 점착시트 층을 더 포함하도록 할 수 있다. 이 경우, 점착시트 층은 유연성과 점착성에 있어서 주도적인 역할을 하고, 단열시트 층은 단열성 충전제로서 에어로겔 분말이 포함되어 있으므로 단열역할을 가진다. 이러한 단열시트를 생산하기 위해서는 도 1에 도시된 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템(110)에서 이형지에 제1공급부(120) 및 제2공급부(130)를 모두 가동하여 이형지에 점착시트 층 및 단열시트 층을 순차적으로 도포하면 된다.
여기서 에어로겔 분말이 포함된 단열시트 층의 형성에 사용되는 아크릴계 고분자 수지와 상기 점착시트 층의 형성에 사용되는 아크릴계 고분자 수지는 동일하다.
본 발명에서는 에어로겔 분말의 크기가 약 0.1~100㎛인 경우가 될 것을 제안하는데, 이는 에어로겔 분말의 크기가 0.1㎛보다 작으면 에어로겔 망상구조를 통해 구현되는 나노 크기의 기공도가 저하되어 단열효과가 미비해 질 수 있기 때문이다. 또한 에어로겔 분말의 크기가 100㎛를 초과하는 경우에는, 입자가 너무 커서 얇은 도막의 경우에 표면이 고르게 코팅되지 않을 수 있어 바람직하지 않다.
에어로겔 분말로는 실리카 에어로겔 분말이 사용될 수 있으며, 또한 표면이 소수성화된 에어로겔 분말이 사용될 수 있다.
단열시트에 포함되는 아크릴계 고분자 수지와 에어로겔 분말의 중량% 비율은, 85~95 : 5~15가 적당하다. 에어로겔 분말이 5중량% 미만인 경우 단열시트 층의 단열성이 발현되기 어려우며, 15%를 넘어설 경우 단열시트 층의 점착성이 저하되고 경화 및 건조 후에 균열이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 단열시트의 두께는 5mm가 적당한데, 이는 고분자 수지 혼합물의 경우 두께가 두꺼울수록 건조 및 경화시간이 오래 걸리는 단점이 있으며, 생산속도의 향상을 위해 비교적 고온에서 건조 처리를 할 경우 표면만 건조되는 문제가 발생하기 때문이다. 두꺼운 시트를 원할 경우 여러 장 겹쳐서 사용하면 된다.
도 2는 본 발명에 따른 단열시트의 외형사진의 일 예이다.
도 3은 본 발명에 따른 단열시트의 외형사진의 다른 일 예이다.
도 2 및 도 3에 도시된 사진은 설명하지 않아도 이 분야의 통상의 지식을 가진 기술자는 이해할 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 단열시트의 단면을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 도 4의 좌측에는 하부의 점착층(제1시트층))과 상부의 단열층(단열시트 층, 제2시트층)이 도시되어 있으며, 오른쪽에는 상부의 단열시트 층 내부의 포함된 에어로겔 입자를 나타낸다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
110: 재료 공급부 120: 제1공급부
130: 제2공급부 140: 공급롤
150: 단열처리 및 이송부 160: 건조부
170: 회수롤 180: 롤러

Claims (17)

  1. 이형지에 도포되며, 아크릴계 고분자 수지 85~95중량%와 에어로겔 분말 5~15중량%가 혼합된 것으로 5mm의 두께를 가지는 단열시트 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴계 고분자 수지는 수용성인 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에어로겔 분말은,
    크기는 1~100㎛이고 비중은 0.03~0.15g/㎤인 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에어로겔 분말은 소수성인 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이형지와 상기 단열시트 층 사이에 형성되며 아크릴계 고분자 수지가 도포된 점착시트 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 이형지는,
    표면이 이형제로 코팅된 종이 또는 폴리프로필렌 계통의 비닐인 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 에어로겔 분말이 포함된 단열시트 층의 형성에 사용되는 아크릴계 고분자 수지와 상기 점착시트 층의 형성에 사용되는 아크릴계 고분자 수지는 동일한 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트.
  8. 아크릴계 고분자 수지 및 아크릴계 고분자 수지와 에어로겔 분말을 혼합한 혼합물 중 적어도 하나를 공급하는 재료 공급부;
    이형지가 감겨 있는 공급롤;
    상기 공급롤로부터 이송된 이형지에 상기 재료 공급부로부터 공급되는 재료를 도포하는 단열처리 및 이송부;
    상기 단열처리 및 이송부를 거친 이형지를 건조하는 건조부; 및
    상기 건조부를 거친 이형지를 회수하는 회수롤;을
    구비하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 재료 공급부는,
    아크릴계 고분자 수지를 공급하는 제1재료저장기 및 상기 제1재료저장기로부터 공급되는 재료를 상기 이형지의 표면에 분산공급하는 제1공급기를 구비하는 제1공급부; 및
    제2재료저장기로부터 공급되는 아크릴계 고분자 수지 및 제3재료저장기로부터 공급되는 에어로겔 분말을 혼합하는 혼합조 및 상기 혼합조에서 생성된 혼합물을 상기 이형지의 표면에 분산공급하는 제2공급기를 구비하는 제2공급부;를
    포함하며,
    상기 제1공급부 및 상기 제2공급부는 연속하여 설치되며,
    상기 제1공급부는 상기 공급롤에 가깝게 설치되며 상기 제2공급부는 상기 건조부에 가깝게 설치되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1공급부 및 상기 제2공급부 중 적어도 하나는,
    상기 이형지의 두께를 조절할 수 있는 두께 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 단열처리 및 이송부에는,
    이송되는 이형지로부터 흘러나온 상기 아크릴계 고분자 수지 및 상기 아크릴계 고분자 수지와 에어로겔 분말의 혼합물의 외부 유출을 방지하고 이를 수집하는 가이드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조시스템.
  12. 아크릴계 고분자 수지 및 에어로겔 분말을 혼합한 혼합물을 생성하는 혼합물 생성단계;
    상기 혼합물을 이형지에 도포하는 혼합물 도포단계; 및
    상기 이형지를 건조시켜 단열시트 층을 형성하는 단열시트 생성단계;를
    구비하는 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이형지에 아크릴계 고분자 수지를 도포하여 점착시트 층을 생성하는 점착시트 층 생성단계를 더 구비하며,
    상기 단열시트 층은 상기 점착시트 층의 상부에 도포되는 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 아크릴계 고분자 수지는 수용성인 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 에어로겔 분말은,
    크기는 1~100㎛이고 비중은 0.03~0.15g/㎤인 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 에어로겔 분말은 소수성인 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법.
  17. 제5항에 있어서, 상기 이형지는,
    표면이 이형제로 코팅된 종이 또는 폴리프로필렌 계통의 비닐인 것을 특징으로 하는 에어로겔 분말이 함유된 단열시트 제조방법.
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