KR20140006886A - 복합 열적 절연 시스템 - Google Patents

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스벤 모엔닝
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슈테판 데트로이스
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컨스트럭션 리서치 앤 테크놀로지 게엠베하
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Abstract

본 발명은 복합 열적 절연 시스템 및 외부 건물 벽을 포함하는 절연된 건물 벽으로서, 복합 열적 절연 시스템은 건물로부터 떨어져 마주하는 건물 벽의 면에 고정되고, 복합 열적 절연 시스템은 적어도 2 층 열적 절연 클래딩을 포함하며, 여기서 적어도 2 층은 각각 25 내지 95 중량%의 에어로겔 및 5 내지 75 중량%의 무기 섬유 및 0 내지 70 중량%의 무기 충전제를 포함하고, 열적 절연 클래딩의 층들은 무기 결합제에 의해 서로 접합되고, 복합 열적 절연 시스템은 킬로그램 당 3 MJ 미만의 총 발열 퍼텐셜을 갖는 것인 절연된 건물 벽에 관한 것이다.

Description

복합 열적 절연 시스템{COMPOSITE THERMAL INSULATION SYSTEM}
본 발명은 건물의 외벽을 열적 절연하기 위한 복합 열적 절연 시스템(composite thermal insulation system)으로서, 복합 열적 절연 시스템은 적어도 2 층 열적 절연 클래딩(cladding)을 포함하고, 여기서 적어도 2 층은 각각 25 내지 95 중량%의 에어로겔 및 5 내지 75 중량%의 무기 섬유를 함유하고, 열적 절연 클래딩의 층들은 무기 결합제에 의해 서로 접합되며, 복합 열적 절연 시스템은 킬로그램 당 3MJ 미만의 총 발열 퍼텐셜(gross calorific potential)을 갖는 것인 복합 열적 절연 시스템에 관한 것이다.
고 에너지 비용의 시대에서, 새로운 건물에서 그리고 낡은 건물의 리노베이션에서 둘 다 이용되는 열적 절연은 더욱더 크게 그 중요성이 부여되고 있다. 이러한 목적을 위해서, 건물의 내부로부터 전달에 의한 열 손실을 감소시키기 위해서 가열된 건물의 외벽 또는 외부 천장에 복합 열적 절연 시스템이 적용되는 것이 바람직하다. 그러한 복합 열적 절연 시스템은 절연 층, 바람직하게는 보드 형태인 절연 층을 포함하고, 그 절연 층은 보통 건물에 접착 방식으로 결합된다. 렌더(render)의 층들이 풍화(weathering) 영향에 대하여 절연 층을 보호하기 위해서 절연 층에 적용된다. 직물 층에 의해 강화되어 있고 커버링 렌더의 층에 의해 피복되어 있는 베이스 렌더를 적용하는 것이 일반적이다. 렌더 층 둘 다는 함께, 합성 수지 렌더가 사용될 때, 약 2 내지 약 7 mm, 바람직하게는 3 mm 미만의 두께로 적용되고, 반면에 광물 렌더 시스템은 약 8 mm 내지 약 20 mm의 범위에 있는 두께에 이를 수 있다.
건물 표면의 절연 보드의 강도 및/또는 하중 보유 용량은 일반적으로 단순히 접착 방식으로 결합되어 있는 절연 부재를 갖는 복합 열적 절연 시스템의 신뢰 있는 장기간 안정성을 보장하기에 충분하지 않다. 이런 이유로, 그러한 절연 부재는 일반적으로 절연 패스너에 의해 외부 벽에 고정, 즉 접합되어야 한다. 여기서, 지지 기재, 즉 외부 벽에 대환 절연 부재의 부분 접착제 결합은, 렌더의 수축으로부터 결과로 야기되는 전단 응력을 견딜 수 있는 절연 부재의 강직성이 동시에 증가되면서, 단지 설치를 보조하는 작용만을 한다.
절연 패스너는 지지 기재 내로 고정된다. 그 패스너는 건물로부터 가장 멀리 떨어져 있는 열적 절연 클래딩의 면에 도포되어 있는 약 50 내지 140 mm의 범위에 있는 다양한 직경을 지닌 디스크를 갖는다. 그의 하중 보유 용량은 마찰 결합을 생성하기 위해서 앵커를 동시에 펼치는 금속 맨드렐(mandrel)로부터 결과로 생성된다. 그 절연 패스너는 강화된 베이스 렌더 층의 적용 전에 또는 렌더링 직후에 도입된다. 절연 패스너의 디스크는 결과적으로 렌더의 층 위에 또는 아래에 존재한다. 렌더링 후 절연 패스너의 설치의 유의적인 이점은, 단위 면적 당 요구되는 절연 패스너의 수에 있어서 보다 바람직한 낮은 분포 및 이로 인한 가능한 감소가 달성되는 결과로서, 강화 직물이 또한 절연 패스너에 의해서도 고정된다는 점이다.
절연 패스너의 수는 건물 높이, 렌더 두께에 의해 무의미하게 결정되지 않은 고유 하중, 절연 재료의 강도 및 절연 패스너의 직경의 함수로서 결정된다. 제곱 미터 당 14개 이하의 절연 패스너가 엣지 구역에서 필요할 수 있지만, 제곱 미터 당 2개 내지 8개의 절연 패스너를 설치하는 것이 일반적이다. 그러한 엣지 구역은 절연하고자 하는 외부 벽의 경계 둘레의 1 내지 2 m 넓은 영역을 포함한다. 필요한 절연 패스너의 수에서의 추가 증가가 실제 구성 이유로 요구되는 컷-투-사이즈(cut-to-size) 절연 재료의 사용으로부터 결과로 일어날 수 있다. 복합 열적 절연 시스템에 대한 비용은, 요구된 재료에 대하여 그리고 작업 시간에 대하여 둘 다에 요구된 절연 패스너의 수에 따라 증가한데, 그 이유는 절연 패스너의 정밀한 배치가 필요하기 때문이다.
렌더의 층 내에 매립되거나 그 층 아래에 정렬된 절연 패스너의 추가 불리한 작용은 그 절연 패스너가 렌더를 통과하는 수분의 침투 또는 풍화의 경우 감소된 커버리지로 인하여 그 표면 상에 드러난다는 점이다. 절연 패스너가 불규칙한 패턴으로 정렬되어 있을 때, 이는 불리한 시각적 작용을 부여한다.
과거에는 수많은 절연 재료가 복합 열적 절연 시스템의 절연 층에 사용되었다. 절연 재료로서는 특히, 중합체 폼, 예를 들면 폴리우레탄 또는 폴리스티렌, 광물면(mineral wool), 유리 섬유 및 또한 천연 재료, 예컨대 대마, 코르크 또는 펄라이트가 사용된다. 그러나, 종래의 외부 벽 절연 시스템은 각각의 재료의 적당한 두께 층들이 사용될 때에만 열적 절연 값에 대한 원하는 요건을 충족한다. 그러나, 외부 벽 위에 있는 그런 거대한 축적물(buildup)은 종종 건물의 전체적인 미적 인상을 망치므로 바람직하지 않다. 더구나, 그런 거대한 축적물은 창문 및 문이 대체되어야 하고, 보다 적은 양의 빛이 내부 방을 비출 수 있다는 것을 의미하며, 이는 생활의 질의 현저한 손상을 유발하게 된다.
물 유리로부터 겔의 침전에 의해 제조될 수 있는 히드로겔, 예를 들면 실리카 히드로겔은 초임계 조건 하에 건조될 수 있어서 마이크로다공성 삼차원 가교결합된 이산화규소 입자를 형성하는 것으로 공지되어 있다. 초임계 건조의 조건 하에서, 마이크로다공성 삼차원 가교결합된 입자 내에 존재하는 유체의 표면 장력은 완전 제거되거나 대부분 제거된다. 여기서의 목적은 건조 동안 유의적인 정도로 마이크로다공성 삼차원 가교결합된 입자의 수축을 피하기 위한 것인데, 그 이유는 마이크로다공성 삼차원 가교결합된 입자의 특징적인 특성이 수축시 전체적으로 또는 부분적으로 손실되기 때문이다. 초임계 건조에 의해 얻어지는 그러한 생성물은 겔의 경우 에어로겔이라고 칭하게 된다. 그 겔이 큰 부피의 수축을 경험하게 되어 제로겔을 형성하는 특별한 유의사항 없는 종래 건조와는 다르게, 단지 적은 부피 수축(15 부피% 미만)만이 임계점 부근에서 건조 동안 발생한다.
에어로겔, 특히 실리케이트를 기초로 한 에어로겔은 그의 매우 우수한 절연 특성 때문에 복합 열적 절연 시스템에서 이미 사용되고 있으며, 그것이 주어진 절연 성능에서 벽의 현저히 보다 낮은 축적을 유도한다는 이점을 갖는다. 대기압에서 공기 중의 실리케이트 에어로겔의 열 전도도에 전형적인 값은 0.017 내지 0.021　W/(mㆍK)의 범위에 있다. 실리케이트 에어로겔의 열 전도도에서의 차이는 10 내지 100 nm의 범위에 있는 제조 공정으로부터 결과로 생성되는 소공의 상이한 크기에 의해 기본적으로 결정된다.
초임계 건조에 의한 에어로겔의 제조를 위한 선행 기술은, 예를 들면 문헌[[Reviews in Chemical Engineering, Volume　5, Nos.　1-4, pp. 157-198 (1988)]에 포괄적으로 기술되어 있고, 상기 문헌에는 또한 Kilstler의 첨단 논문도 기술되어 있다.
WO-A-95 06 617은 물 유리 용액과 pH 7.5 내지 11의 산을 반응시키고, 7.5 내지 11의 범위에 있는 히드로겔의 pH를 유지하면서 물 또는 무기 염기의 희석 수용액으로 세척함으로써 형성된 히드로겔로부터 대부분의 이온성 구성성분을 제거하며, 히드로겔 내에 존재하는 수상을 알콜로 대체하고, 이어서 결과로 생성된 알코겔(alcogel)을 초임계 조건 하에 건조시킴으로써, 얻어질 수 있는 소수성 실리카 에어로겔에 관한 것이다.
미분 에어로겔 및 유기 또는 무기 결합제 및 임의로 추가의 골재로부터 절연 보드의 제조는 공지되어 있다. 예를 들면, WO　1996/6015997에는 에어로겔 입자 및 하나 이상의 무기 결합제 10 내지 95 중량%를 포함하는 복합 재료가 기술되어 있다. 그러나, 그러한 보드는 비교적 다량의 결합제가 안정한 보드를 얻기 위해서 사용되어야 한다는 불리한 점을 갖는다. 그러나, 이는 에어로겔과 비교하여 유의적으로 악화되는 열적 절연을 유발하게 되며, 실시예에서는 열 전도도 0.15　W/(mㆍK)가 보고되어 있다.
고 소수화도 때문에, 상업적으로 이용가능한 실리케이트 에어로겔 분말은 고 유기 함량을 갖는다. 그 소수화는 발생하는 제로겔의 형성, 즉 심한 수축 및 이로 인한 우수한 열적 특성의 손실 없이 에어로겔이 생성된 후에 그 에어로겔을 임계 이하로 건조시키는 것이 가능하기 위해서 필요하다(문헌 참조: "Aerogels", N.　Hueing, U.　Schubert, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2000 Electronic Release, Wiley-VCH, Weinheim 2000). 높은 수준의 소수화에 의해 에어로겔 내로 도입된 유기 성분은 연소 거동의 관점에서 문제가 있다. 상업적으로 이용가능한 실리케이트 에어로겔 분말, 예를 들면 Nanogel(등록상표)(Cabot)은 DIN　4102-1에 따라 연소 등급 B1(용이하지 않은 인화성)으로 분류된다. 그러나, 100 미터 높이까지 이르는 고층 건물의 경우, 비인화성 시스템(적어도 연소 등급 A2)이 요구된다.
현재 섬유에 의해 강화된 복합 에어로겔 매트가 상품명 Spaceloft(등록상표)(Aspen Aerogel Inc.) 하에 상업적으로 시판되고 있다. 따라서, 예를 들면, US　2002/0094426에는 복합 에어로겔 매트 및 이의 용도가 기술되어 있다. 그러나, 그러한 매트는 제조 공정 및 초임계 건조의 필요성 때문에 단지 낮은 두께(약 1 cm)로만 이용가능하다. 초임계 건조에 의한 제조는 에어로겔이 보다 낮은 정도로 소수화되어야 하고, 이것이 연소 거동의 관점에서 유리하다는 이점을 갖는다. 그러나, 이러한 매트는 이것이 만족스러운 절연 성능을 달성하기 위해서 다수의 층에 적용되어야 한다는 불리한 점을 갖는다. 여기서, 각 층은 절연 패스너에 의해 벽에 개별적으로 고정되어야 하는데, 이는 노동 집약적이고 고가이며, 또한 열 브릿지를 유발할 수 있도 있다. 더구나, 상업적으로 이용가능한 복합 에어로겔 매트에서 사용된 섬유는 일반적으로 유기 중합체를 포함하고, 따라서 연소 거동의 관점에서 문제가 있다.
더구나, WO 2010/046074에는 건물의 벽을 절연하기 위한 복합 열적 절연 시스템이 개시되어 있으며, 그 시스템은 20 내지 90 중량%의 에어로겔을 함유하는 제1 열적 절연 보드 및 광물면을 함유하는 제2 열적 절연 보드를 포함한다. 대안적인 실시양태에서, 그 시스템은 또한 광물면 및 20 내지 90 중량%의 에어로겔을 함유하는 하나 이상의 복합 보드를 포함할 수도 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 건물의 외부 벽의 열적 절연을 위한 복합 열적 절연 시스템을 제공하는 것이고, 그 시스템은 매우 낮은 열 전도도를 가지며 따라서 심지어는 낮은 층 두께에서도 매우 우수한 절연 성능을 달성한다. 그 열적 절연 클래딩은 사용자가 작업하기에 매우 용이해야 하고 따라서 건물의 위치에서 건물의 환경에 부합할 수 있도록 한 그런 구조물을 가져야 한다. 동시에, 열적 절연 클래딩은 복합 열적 절연 시스템의 매우 긴 장기간 기계적 안정성을 달성하기 위해서 높은 굴곡 강도를 가져야 하고 이상적으로 평평해야 한다.
이 목적은 복합 열적 절연 시스템 및 외부 빌딩 벽을 포함하는 절연된 건물 벽에 의해 달성되고, 여기서 복합 열적 절연 시스템은 건물로부터 떨어져 마주하는 건물 벽의 면에 부착되고, 복합 열적 절연 시스템은 적어도 2 층 열적 절연 클래딩을 포함하고, 여기서 적어도 2 층은 각각 에어로겔 25 내지 95 중량% 및 무기 섬유 5 내지 75 중량% 및 무기 충전제 0 내지 70 중량%를 함유하고, 열적 절연 클래딩의 층들은 무기 충전제에 의해 서로 접합되고, 복합 열적 절연 시스템은 킬로그램 당 3NJ 미만의 총 열량 포텐셜을 갖는다.
모든 요건에 대하여 그 목적은 본 발명의 복합 열적 절연 시스템에 의해 완전 달성 가능하게 되었다. 놀랍게도, 본 발명의 복합 열적 절연 시스템은 심지어는 열적 절연 클래딩이 접착 방식으로 건물에, 특히 모르타르에 의해 결합되어 있을 때에도 높은 장기간 기계적 안정성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 절연 패스너와 같은 기계적 고정 점이 필요 없을 수 있다. 더구나, 놀랍게도 본 발명에 따른 구조물은 비연소성인 복합 열적 절연 시스템을 얻는 것을 가능하게 한다. 그 복합 열적 절연 시스템은 킬로그램 당 3 MJ 미만의 총 열량 포텐셜을 가지며 그리고 이로 인하여 무엇보다도 특히, 고층 건물을 위한 복합 열적 절연 시스템으로서 적합한, DIN 4102-1에 따른 연소 등급 A2 하에 포함된다.
복합 열적 절연 시스템의 총 열량 포텐셜은 DIN EN ISO 1716에 따라 측정된다. 그것은 건축 재료의 연소의 비열이 봄베 열량계에서 일정 부피로 측정되는 방법을 기술한 것이다. 총 열량 포텐셜은 또한 PCS(pouvoir calorifique superieur) 값 또는 열량 포텐셜라고도 칭한다. 그 총 열량 포텐셜은 바람직하게는 킬로그램 당 2.5 MJ 미만, 특히 바람직하게는 킬로그램 당 2 MJ 미만, 특히 킬로그램 당 1 MJ 미만이다. 게다가, 무기 결합제의 총 연소열은 바람직하게는 복합 절연 시스템의 표면 제곱 미터 당 4 MJ 미만, 바람직하게는 3 MJ 미만, 가장 바람직하게는 2 MJ 미만이다. 본 출원의 실시양태에서 사용될 수 있는 임의의 코팅 재료는 복합 절연 시스템의 표면 m2 당 4 MJ 미만, 특히 바람직하게는 3 MJ 미만, 가장 바람직하게는 2 MJ 미만의 총 연소열을 갖는다. 코팅 및 결합제는 그의 일차적인 코팅 또는 결합 목적을 작용하고 동시에 총 연소열에 기여할 수 있는 최소 연료 함량을 허용하도록 한 분량으로 사용된다.
낮은 PCS 값을 달성하기 위해서, 고유하게 낮은 총 연소열을 갖도록 제제화되어 있는 에어로겔을 사용하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시양태에서, 소량의 소수성 함량에 의해 처리된 알코겔의 초임계 건조를 이용하는 것은 연소 등급 A2에 대한 요건을 충족하는데 바람직하다. 그러한 공정은 예를 들면 WO 9506617에 개시되어 있다. 이러한 공정은 낮은 소수화도 및 이로 인한 낮은 총 연소열을 갖는 에어로겔을 얻는 것이 가능하다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 에어로겔, 바람직하게는 분말 형태로 존재하는 에어로겔은 이어서 무기 충전제와 혼합될 수 있고, 압착될 수 있어서 보드를 형성하게 되고, 여기서 무기 결합제가 첨가되는 것이 바람직하다. 에어로겔의 제조 동안 그리고 건조 전에, 무기 충전제가 에어로겔과 혼합2되는데, 이는 보드 형상의 성분을 직접 제조하는 것을 가능하게 한다. 이에 관해서는 US 6068882가 참조된다.
열적 절연 클래딩은 바람직하게는 적어도 2 층, 바람직하게는 적어도 3 층을 가지며, 각각의 층은 에어로겔 35 내지 65 중량%, 무기 섬유 15 내지 65 중량% 및 무기 충전제 0 내지 50 중량%를 함유하고, 구체적으로 에어로겔 40 내지 60 중량%, 무기 섬유 25 내지 50 중량% 및 무기 충전제 0 내지 35 중량%를 함유한다.
구체적인 실시양태에서, 본 발명의 복합 열적 절연 시스템은 적어도 3 층 열적 절연 클래딩을 포함하고, 적어도 3 층 각각은 에어로겔 25 내지 95 중량%, 무기 섬유 5 내지 75 중량% 및 무기 충전제 0 내지 80 중량%를 함유하고, 각각의 층은 0.5 내지 2cm의 범위에 있는 두께를 갖는다.
에어로겔에 관하여, 금속 산화물을 기초로 하는 모든 에어로겔은 본 발명의 목적에 적합하다. 그 에어로겔은 규소, 알루미늄 및/또는 티탄을 기초로 하는 하나 이상의 에어로겔, 특히 실리케이트 에어로겔인 것이 바람직하다.
바람직한 실시양태에서, 적어도 2 층 열적 절연 클래딩은 예비 제조되고 건물 위치 상의 다른 구성성분에 접합되어 복합 열적 절연 시스템을 형성하게 되는 보드이다. 그 열적 절연 클래딩은 250　mm 내지 10　mm, 특히 100　mm 내지 20　mm, 특히 바람직하게는 80　mm 내지 30　mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 그 보드의 치수는 넓은 범위 내에서 다양할 수 있으며, 보드는 2000 내지 800　mm의 높이 및 1200　mm 내지 400　mm의 폭을 갖는 것이 바람직하다.
열적 절연 클래딩의 층들이 접합되어 있도록 하는 무기 결합제는 0.05 내지 1　cm, 특히 0.1 내지 0.6　cm, 바람직하게는 0.15 내지 0.4　cm의 범위에 있는 층 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이것은 보드에 적용하기 전에 모르타르를 형성하도록 충전제와 혼합될 수 있고/있거나, 설치 후 도포 및/또는 분무에 의해 충전제와 함께 제공될 수 있다. 추가 실시양태에서, 무기 결합제는 중합체, 특히 극성 중합체 및 재분산성 중합체 분말, 바람직하게는 비닐 아세테이트, 스티렌, 부다디엔, 에틸렌, 베르사트산(Versatic acid)의 비닐 에스테르로 구성되는 단독중합체 또는 공중합체, 및/또는 우레아-포름알데히드 축합물, 실리콘 및 실리케이트 수지 및/또는 멜라민-포름알데히드 축합 생성물을 포함한다. 더구나, 그 결합제는 점증제, 수분 보유제, 분산제, 유동 개선제, 소포제, 난연제, 가속화제, 첨가제, 안료 및 유기 또는 무기 섬유를 함유할 수 있다.
무기 결합제에 의해 열적 절연 클래딩의 적어도 2 층을 접합하는 것은 층들 간의 매우 우수한 기계적 결합이 달성된다는 이점을 갖는다. 더구나, 열적 절연 클래딩의 고 굴곡 강도도 달성된다. 적어도 2 층의 열적 절연 클래딩은, 이것이 사용 장소로 보다 용이하게 수송되어 거기에서 가공될 수 있도록 보드인 것이 바람직하다. 전반적으로, 열적 절연 클래딩의 유의적인 사용 특성이 이러한 방식으로 개선된다. 바람직한 실시양태에서, 열적 절연 클래딩의 층들이 접합되게 하는 무기 결합제는 칼륨 물 유리, 나트륨 물 유리, 시멘트, 특히 포틀랜드 시멘트, 및 알칼리-활성화 알루미노실리케이트, 바람직하게는 칼륨 물 유리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분이다.
다수의 무기 결합제 또는 접착제가 결합된 패널 및/또는 형상을 제조하는데 사용될 수 있다. 그러한 결합제는 수계 또는 다른 용매계일 수 있다. 수계 접착제의 범위는 다양한 실리카 대 산화나트륨 비율을 지닌 순수 나트륨 실리케이트에서 다양한 무기 충전제를 함유하는 상업적으로 이용가능한 실리케이트계 혼합물에 이른다. 표 1에는 에어로겔 패널화에 사용된 접착제 및 이의 각 제품 조성이 제시되어 있다.
에어로겔 재료의 결합시 사용된 무기 접착제
제품 제조자 조성
나트륨 실리케이트 N PQ Corporation SiO2:Na2O = 3.22
나트륨 실리케이트 D SiO2:Na2O = 2.00
Stixso RR SiO2:Na2O = 3.25
Supercalstik Industrial Insulation Group 나트륨 실리케이트/ 탄산칼슘
Fosters 81-27 Specialty Construction Brands 나트륨 실리케이트 w/카올린 점토
Rutland Black Rutland Company 나트륨 실리케이트 w/마이카 충전제
Childers CP-97 Specialty Construction Brands 나트륨 실리케이트 w/탈크 충전제
Kasil PQ Corporation 칼륨 실리케이트
상기 열거된 접착제들은 표준규격 HVLP 분무 또는 직접 도포 방법을 이용하여 복합 에어로겔의 표면에 도포될 수 있다. 그것은 전형적으로 무기 결합제 내에 매우 적은 백분율(＜ 0.02 중량%)의 습윤제를 포함하는 것이 유리하다. 이러한 습윤제는 전형적으로 수계 접착제의 계면 표면 장력을 감소시키는 작용을 하는데, 이는 고유한 소수성 에어로겔 표면의 약간의 습윤(wet-out)을 가능하게 함으로써 실질적으로 개선된 결합 강도를 제공하게 된다. 습윤제를 사용하지 못한 것은 전형적으로 그러한 소수성 에어로겔과 같은 보다 낮은 표면 에너지 기재 상에서 실질적인 수성 접착제의 불량한 전연성에 의해 주로 기인되는 동등한 하중에서 약화된 결합 강도를 결과로 초래하게 된다. 음이온성, 양이온성 또는 비이온성 계면활성제 중 어떤 유형이라도 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 일련의 일반적인 습윤제가 표 2에 도시되어 있다.
수성 무기 접착제와 에어로겔 기재의 상용성을 개선하는데 사용되는 계면활성제/습윤제
계면활성제/습윤제 유형 화학 조성
Brij 비이온성 폴리옥시에틸렌 글리콜 알킬 에테르
Triton X-100 비이온성 폴리옥시에틸렌글리콜 옥틸페놀 에테르
Dow Corning Q2-5211 비이온성 실리콘 폴리에테르
CTAB 양이온성 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드
SDS 음이온성 나트륨 도데실 설페이트
에어로겔 패널 및/또는 형상을 제조하기 위해서, 상기 언급된 계면활성제/습윤제를 지닌 무기 접착제가 제곱 미터 당 10 내지 600 g(건조 코트 중량), 바람직하게는 제곱 미터 당 50 내지 400 g, 보다 바람직하게는 제곱 미터 당 100 내지 300 g의 수치로 도포된다. 무기 접착제의 임의 및 전체가 물에 의해 희석될 수 있어서 개선된 습윤을 제공하고 분무 방법을 통한 용이한 도포를 가능하게 한다.
나트륨 또는 칼륨 실리케이트계 접착제는 2가지 명료한 방법: (1) 화학 중합 또는 (2) 물의 증발/탈수화에 의해 결합에 영향을 미칠 수 있다. 수계 접착제 내에서 잔류 물 함량의 증발은 대류식, 복사식 또는 유전식 가열과 같은 일반적인 가열 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 95℃ 이하의 온도에서 습윤된 패널 및/또는 형상을 초기에 처리하는 것이 바람직하다. 95℃ 이상에서 습윤된 패널/형상의 초기 노출은 물의 신속/급속 증발을 통해 형성된 실리케이트 결합의 수포 현상 및 발포 현상으로 인한 감소된 결합 강도를 결과로 초래하게 된다. 95℃ 이하의 온도에서 무기 접착제로부터 물을 최소 80%로 제거한 후, 95 내지 370℃, 보다 바람직하게는 150 내지 200℃의 온도에서 결합된 패널을 후속적으로 열 처리하는 것이 가능하고 바람직하다. 가속된 경화 시간은 마이크로파 경화 기법을 이용하여 모든 무기 수계 접착제에 의해 달성될 수 있다. 표 1에 열거된 모든 접착제를 사용하여 결합된 패널 및/또는 형상은 규격품 가정용(off-the-shelf domestic) (1.2 kW) 마이크로파 및 PVC 또는 카드보드 맨드렐을 사용하여 2분만큼 낮은 경화 시간으로 제조된다.
수평, 수직 또는 경사 표면에 있어 평평한 패널 또는 보드 유형 절연은 본 발명의 방법 및 구조체에 의해 준비될 수 있다. 에어로겔 절연, 무기 결합제, 코팅 물질 및 외부 피복 물질로 된 복합재를 포함하는 상기 구조체 또는 시스템의 형성은 본 출원의 상이한 실시양태들에 의해 설명되는 바와 같이 수 많은 방식으로 수행될 수 있다.
절연 시스템의 전체 크기가 결정된 후에, 섬유 강화된 에어로겔 재료는 그러한 구체적인 길이 및 폭으로 절단된다(가정한다면, 그것이 절연하고자 하는 건물 섹션의 기하구조와 일치하도록 임의의 형상일 수 있긴 하지만, 그것은 형상이 직사각형이다). 이어서, 특정한 양의 무기 결합제 또는 주로 무기 결합제가 외부에 접하는 층을 포함하지 않은 각 절연 층의 단면 또는 양면(즉, 건물과 마주하는 면과 건물로부터 떨어져 마주하는 면)에 도포된다. 이러한 무기 접착제의 피복 중량은 1.0~750 g/m2일 수 있다. 이 절연 시스템은 최소 2개 층의 에어로겔 블랭킷을 포함할 수 있다. 최대 층은 단지 취급 고려사항에 의해서만 제한된다. 전형적으로, 기술된 접근법을 이용하면, 20 이상의 층들의 에어로겔 블랭킷이 조합될 수 있다.
일단 에어로겔의 층들이 무기 접착제에 의해 코팅된 후에, 각 층은 서로 위에 적층되고 엣지들은 모든 층들이 평활한 엣지들을 지닌 하나의 기하구조 형상(이런 경우에는, 예컨대 직사각형)을 형성하도록 정렬된다. 무기 결합제가 냉각/경화된 후에 그리고 코팅 물질 및/또는 외부 피복 물질이 도포되기 전에 또는 후에, 제조후 상기 절연 부재의 엣지들을 다듬질하는 것이 가능하다. 임의로, 절연 시스템 층들이 함께 단단히 결합되는 것을 보장하도록 접착된 층들의 표면 위에 추를 적용하여 힘을 가할 수 있지만, 이는 꼭 필요한 것이 아니다. 이어서, 그 평평한 패널 유형 절연 시스템은 실온에서 경화되거나(이는 무기 결합제 내의 용매, 보통 물이 증발하는 것을 허용케 함), 또는 30-115℃의 오븐 내에 배치함으로써 가속화된다. 경화의 온도 및 지속시간은 에어로겔 층의 갯수, 무기 결합제의 양 및 고체 함량, 및 에어로겔 시스템의 기하구조 및/또는 형상에 따라 달라질 수 있다.
무기 결합제가 완전 경화된 후에, 그것은 두꺼운 에어로겔의 복수 층인 반경질의 고 굴곡 강도 보드 유형 절연 부재를 형성한다. 동시에, 피복/코팅 물질이 도포될 수 있다. 이 코팅은 바람직한 실시양태에서 성질상 중합체이고, 분무, 침지, 그라비어 롤, 마이어 롤, 나이프-오버-롤, 나이프-오버-웨브, 커튼, 롤 또는 압출 코팅을 통해 도포된다. 초기에, 이 코팅 물질은 롤 코팅을 통해 도포되었다.
그 보드 유형 절연 부재는 수직, 수평 또는 경사 구조체에 기계적 또는 화학적 결합을 통해 고정될 수 있다. 핀 유형 패스너가 에어로겔 절연 시스템을 관통하게 직접 천공하거나, 또는 절연 시스템에서 예비 천공, 예비 경로화 또는 예비 절삭된 홀 내로 핏팅하는데 사용된다. 특수 팁 또는 핀 패스너 유형은 에어로겔 시스템이 고정되는 기재를 기초로 하여 선택된다. 종종, 그 핀이 마찰 핏트를 통해 기재 구조체 내로 자체 진입, 팽창 및 고정되도록 하기 위해서 기재 내로 천공되어야 한다. 이러한 핀 유형 패스너의 반대 면에는 전형적으로 디스크가 위치하게 된다. 이 디스크는 패스너에 의해 부과된 하중을 분배하고 에어로겔 절연 시스템을 기재 상에서 물리적으로 유지하도록 하기 위한 것이다.
필요하다면, 특수 형상이 평평한 패널 절연 시스템 섹션으로부터 절단될 수 있다. 창, 문 또는 벤트 주위 컷-아웃스(cut-outs); 차양 아래의 릴리프 또는 낙수구(drain-spouts) 또는 벽의 단부에서 길이에 따른 패널의 다듬질이 그러한 복층 용액에 의해 모두 가능하다. 정적 휴대용 만능 나이프가 절연 패널을 절단하는데 사용될 수 있는 기능적이고 아마도 가장 일반적인 도구이다.
절연 특성을 더욱 더 개선하기 위해서, 본 발명의 목적상, 또한 3 내지 10 ㎛의 파장 범위에 있는 적외선을 산란, 흡수 또는 반사하는 안료를, 열적 절연 클래딩을 기준으로 하여 50 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하, 특히 5 중량% 이하로 첨가하는 것도 가능하다. 특히, 그것은 카본 블랙일 수 있다. 이에 관해서는 내용이 본 출원에 참고 인용되어 있는 EP 0396076 A1이 참고된다.
대기압 하에 공기 중에서 본 발명의 열적 절연 클래딩의 열 전도도의 바람직한 값은 <　0.020　W/(mㆍK), 특히 <　0.018　W/(mㆍK), 특히 바람직하게는 < 0.016 W/(mㆍK)이다.
열적 절연 클래딩의 기계적 안정성을 위해서, 본 발명의 목적상, 그 클래딩은 섬유를 함유하는 것이 필수적이다. 무기 섬유의 경우, 섬유는 바람직한 실시양태에서 유리 섬유, 암 섬유, 금속 섬유, 붕소 섬유, 세라믹 섬유 및/또는 현무암 섬유(basalt fibre), 특히 유리 섬유일 수 있다. 또한, 일정 비율의 유기 섬유를 그 열적 절연 클래딩에 혼합하는 것도 가능하다. 특히 적합한 유기 섬유로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 아라미드 또는 폴리에스테르를 기초로 한 섬유가 있다. 유기 섬유를 첨가할 때, 유기 섬유의 양은 복합 열적 절연 시스템의 총 연소열이 킬로그램당 3 MJ 미만이도록 선택되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시양태에서, 그 복합 열적 절연 시스템은 보다 구체적으로 ＜ 1 중량%의 유기 섬유를 포함하고, 유기 섬유를 포함하지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 특히 단순 가공성, 예를 들면 나이프에 의한 가공성이 유기 섬유의 가요성에 의해 유해하게 영향을 받기 때문이다.
더구나, 열적 절연 클래딩은 무기 충전제를 함유할 수 있다. 이러한 충전제는, 예를 들면, 이산화마그네슘, 이산화티탄, 탄화티탄, 탄화규소, 산화철(III), 산화철(II), 지르코늄 실리케이트, 산화지르코늄, 산화주석, 산화망간 또는 이들의 혼합물, 특히 이산화마그네슘 또는 이산화티탄일 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 열적 절연 클래딩은 건물과 마주하는 면 및/또는 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에, 바람직하게는 건물과 마주하는 면 위에 그리고 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에, 중합체 물질, 특히 아크릴레이트 코팅, 실리콘 함유 코팅, 페놀 함유 코팅, 비닐 아세테이트 코팅, 에틸렌-비닐 아세테이트 코팅, 스티렌 아크릴레이트 코팅, 스티렌-부타디엔 코팅, 폴리비닐 알콜 코팅, 폴리비닐 클로라이드 코팅, 아크릴아미드 코팅 또는 이들의 혼합물에 의해 코팅되고, 이 코팅들은 또한 가교결합제를 함유할 수도 있다. 코팅에 관하여, 사용된 중합체 물질의 양은 코팅의 총 연소열이 벽 면적 제곱 미터 당 4 MJ 미만이도록 선택되는 것이 보장되어야 하는 것이 바람직하다.
특히 바람직한 실시양태에서, 열적 절연 클래딩은 건물과 마주하는 면 및/또는 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에, 바람직하게는 건물과 마주하는 면 및 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에, 무기 결합제에 의해 코팅된다. 본원에서 그 코팅은 특히 비틀림 저항성 열적 절연 클래딩 및 이에 따른 복합 열적 절연 시스템의 특히 높은 장기간 기계적 안정성을 유도하는 것이 유리하다. 이에 관하여, 열적 절연 클래딩은 건물과 마주하는 면 및/또는 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에, 외향 방향으로 적어도 α) 직물 메쉬, 그리고 그 위에 있는 적어도 β) 직물 또는 부직물 층에 의한 순서로, 접합되는 것이 특히 유리하고, 여기서 열적 절연 클래딩에서 층 α) 및 층 β)은 무기 결합제 의해 접합된다. 바람직한 실시양태에서, 열적 절연 클래딩은 건물과 마주하는 면 위에 그리고 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에 그러한 방식으로 코팅된다. 더구나, 그 결합제는 층 β)을 적어도 부분적으로 침투하는 것이 유리한 것으로 고려된다.
열적 절연 클래딩을 코팅하기 위한 무기 결합제는 특히 수경성 결합제(hydraulic binder), 바람직하게는 시멘트, 특히 포틀랜드 시멘트이다. 게다가, 지오폴리머가 또한 결합제로서 가능하다. 그것은 알칼리-활성화된 알루미노실리케이트 결합제, 즉 적어도 2 가지 성분들의 반응에 의해 형성되는 광물성 물질이다. 제1 성분은 SiO2 및 Al2O3을 함유하는 하나 이상의 수경성의 반응성 고체, 즉 플라이 애시(fly ash) 및/또는 메타카올린 및/또는 시멘트이다. 제2 성분은 알칼리 활성화제, 예를 들면 나트륨 물 유리 또는 수산화나트륨이다. 물의 존재 하에서, 그 2가지 성분들의 접촉은 내수성인, 알루미노실리케이트를 함유하는 비결정질 내지 부분 결정질 망상체의 형성에 의한 경화를 결과로 생성하게 된다. 게다가, 수경성 석회가 또한 무기 결합제로서 사용될 수도 있다.
열적 절연 클래딩의 코팅을 위해서, 무기 결합제는 보드에 도포하기 전에 모르타르를 생성하게 충전제와 혼합되고/되거나, 보드에 도포한 후에 도포 및/또는 분무에 의해 충전제와 함께 제공되는 것이 바람직하다. 추가의 실시양태에서, 무기 결합제는 중합체, 특히 극성 중합체 및 재분산된 중합체 분말, 바람직하게는 비닐 아세테이트, 스티렌, 부타디엔, 에틸렌, 베르사트산의 비닐 에스테르로 구성되는 단독중합체 또는 공중합체 및/또는 우레아-포름알데히드 축합 생성물 및/또는 멜라민-포름알데히드 축합 생성물을 포함한다. 게다가, 그 결합제는 점증제, 수분 보유제, 분산제, 유동 개선제, 소포제, 난연제, 가속화제, 첨가제, 안료 및 유기 또는 무기 섬유를 함유할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 직물 메쉬 α)는 모노필라멘트 와이어 또는 섬유, 특히 유리 섬유 또는 금속 메쉬를 포함한다. 내식성 합금강, 특히 스테인레스강이 유리하게 사용될 수 있다. 그러나, 또한, 천연 섬유, 합성 섬유 또는 유리 섬유로 구성되는 멀티필라멘트 스레드를 사용하는 것도 가능하다. 그 직물 메쉬 α)는 유리 섬유를 함유하거나, 그 유리 섬유로 구성되는 것이 바람직하다. 직물 메쉬는 넓은 메쉬 개공을 갖는 것이 바람직하고, 특히 1 내지 20 mm의 범위에 있는 섬유들의 이격을 가질 수 있다. 그러므로, 직물 메쉬는 메쉬에 의해 형성된 공극 내에서 보다 많은 무기 결합제를 수용할 수 있으며 그리고 그 결과로서 그것은 폭 넓은 매우 우수한 굴곡 강직도를 부여하고, 이는 비교적 큰 열적 절연 보드의 설치에서 특히 유리하다.
직물 또는 부직물 층 β)은 부직물, 직물, 미세 메쉬 형성된 직물 또는 미세 메쉬 형성된 편물로 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 그 층 β)은 개별 합성 섬유, 합성 얀 또는 유리 섬유를 포함하거나 이들로 구성된다. 부직물 층 β)은 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 유리 섬유 또는 이들의 혼합물, 특히 유리 섬유로 제조된 구조적 부직물인 것이 바람직하다. 본 발명의 목적상, 부직물은 교락된 개별 섬유 또는 스레드를 포함하는 직물이다. 이와 대조적으로, 직물, 드로운-루프 편물(drawn-loop knit) 및 포미드-루프 편물(formed-loop knit)은 규칙으로 정렬된 스레드 또는 얀으로 구성된다. 그 부직물 층은 이것이 약한 압력 하에서 압축될 수 있도록 구성된다. 이러한 방식으로, 결합제는 가압 조작 동안 공간을 차지하게 될 수 있고, 부직물 층은 동시적으로 결합제에 의해 함침될 수 있다. 이어서, 와이핑 공정에 의해 제거되어야 하는 과량의 결합제는 적어도 있다고 하더라도 단지 최소 정도로만 얻어진다. 동시에, 그 부직물 층에는 또한 열적 절연 클래딩의 추가 표면 상에서 결합제가 제공되기도 한다.
무기 결합제의 의해 접합된 층 α) 및 층 β)은 0.5 내지 5 mm의 합한 두께를 갖는 것이 바람직하다.
바람직한 실시양태에서, 무기 결합제는 적어도 부분적으로 열적 절연 클래딩의 최외각층을 형성한다. 이는 열적 절연 클래딩에 매우 우수한 접착 베이스를 부여하고, 따라서 그 클래딩은 그 렌더를 위한 보다 우수한 지지체가 되고 또한 건물의 표면에, 특히 접착제 결합에 의해, 보다 용이하게 접합될 수 있다. 매우 고른 표면 때문에, 본 발명의 열적 절연 클래딩은 매우 우수하게 가공될 수 있다. 열적 절연 클래딩의 접착 특성 및 안정성을 더욱 더 개선하기 위해서, 또한 적층 조작 후에 그 열적 절연 클래딩의 적어도 하나의 면 위에 있는 부직물 층에 결합제를 도포하는 것도 가능하다. 그러한 결합제는 마찬가지로 수경성 결합제, 바람직하게는 시멘트, 지오폴리머, 수경성 석회 및/또는 물 유리일 수 있다. 게다가, 필요한 경우, 가속화제를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 추가 양태는 본 발명에 따른 열적 절연 클래딩을 보드의 형태로 제조하는 공정이고, 이 공정에서는 열적 절연 클래딩의 적어도 2 층이 무기 결합제에 의해 우선 접합되고, 이어서 필요한 경우 열적 절연 클래딩이 코팅된다. 열적 절연 클래딩은 양면에 동시에 코팅되는 것이 바람직하다.
하나의 실시양태에서, 열적 절연 클래딩은 무기 결합제에 의해 코팅되고, 그 무기 결합제는 각각의 경우 열적 절연 클래딩의 외면과 직물 또는 부직물 층 β)의 외면 사이에 도입되는 것이 바람직하고, 여기서 모든 층들은 일정 압력 하에 서로 조립 및 접합되는데, 이는 직물 또는 부직물 층 β) 내로 침투하는 무기 결합제를 결과로 생성하게 된다.
무기 결합제는 우선 직물 메쉬 α)와 우선 접촉되는 것이 바람직하고, 여기서 직물 메쉬 α)는 무기 결합제를 차지하고 부가적으로 무기 결합제에 대한 층 두께 제어로서 작용을 한다. 결합제의 층 두께는, 열적 절연 클래딩의 2개 면에 코팅을 지니는 경우, 건조 동안 수축 과정에 의해 그 플레이트의 굽힘 현상을 피하기 위해서 그 보드의 양면 상에서 동일한 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해 직물 메쉬 α)는, 예를 들면 이중반전(cotrarotating) 롤러들 사이의 갭을 통과하여 전달될 수 있고, 이러한 방식으로 그 메쉬에는 무기 결합제가 제공될 수 있다. 직물 메쉬 α)는 무기 결합제의 저장소를 통과하여 전달되는 것이 바람직하다. 이 저장소는, 예를 들면 무기 결합제로 충전되어 있는 함침용 탱크일 수 있다. 차지하고 있는 모르타르의 양은 무기 결합제의 점도에 의존하고 또한 특히 직물 메쉬의 층 두께 및 구조에 의존한다. 이어서, 직물 메쉬 α)는 코어 층 및 직물 또는 부직물 층 β)과 조합된다.
그러나, 또한, 코어 층과 직물 또는 부직물 층 β) 사이에 직접 무기 결합제를 도입하는 것도 가능하다. 특히, 도입은 가요성 튜브를 사용한 주입에 의해 수행될 수 있다.
공정은 특히 연속적으로 및/또는 자동화 방식으로 수행될 수 있다. 공정은 열적 절연 클래딩의 두께에 대하여 매우 폭 넓은 변동을 허용하는 것으로 밝혀 졌다. 양면 상에서 열적 절연 클래딩을 임의로 동시에 코팅하는 결과로서, 그 클래딩이 매우 우수하게 안정화되고, 그 열적 절연 클래딩의 뒤틀림(warping)이 방지된다.
열적 절연 클래딩의 층들을 접합하는 과정은 이러한 목적에 대하여 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 모든 방법을 이용하여 압력 하에 수행될 수 있다. 특히, 적어도 2 층 열적 절연 클래딩은 2개의 이중반전 롤러들 사이에 압착될 수 있다. 롤러들의 표면은 평활할 수 있다. 하지만, 또한 롤러들은 표면 구조를 갖는 것도 유리할 수도 있고, 그 구조는 층들의 접합 후에 열적 절연 클래딩의 표면을 엠보싱 처리하게 된다. 이러한 방식으로, 건물의 표면에 대한 고정시 접착력 및 렌더의 접착력이 개선될 수 있다. 또한, 건물과 마주하는 면 및/또는 열적 절연 클래딩의 건물로부터 떨어져 마주하는 면은 접합 후 유기 또는 무기 결합제에 의해 코팅되는 것도 매우 유리하다.
바람직한 실시양태에서, 열적 절연 클래딩이 임의의 무기 결합제에 의해 코팅될 때, 무기 결합제의 도포 전 및/또는 후에 그 무기 결합제와 결합제 가속화제가 접촉하게 된다. 여기서, 그 가속화제는 결합제와, 바람직하게는 분무에 의해, 열적 절연 클래딩에 도포 직전에, 접촉하게 되는 것이 바람직하다. 그러나, 또한 그 가속화제는 사전에 무기 결합제 내에 혼입하는 것도 가능하다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 가속화제는 오직 결합제 층이 열적 절연 클래딩에 도포된 후에만 도포된다. 이는 또한 마찬가지로 분무에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 가속화제는, 예를 들면 황산염, 질산염, 아질산염, 포름산염, 알루민산염, 규산염 또는 수화물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 특히 바람직한 것은 알루미늄 염, 예컨대 황산알루미늄 및 수산화알루미늄이고, 이들은 수용액으로서 사용되는 것이 매우 바람직하다.
가속화제의 사용은 열적 절연 클래딩이 매우 짧은 시간 후에 고 강도를 갖는다는 이점을 갖는다. 열적 절연 클래딩이 보드의 형태로 존재하고 직물 메쉬 α) 및 직물 또는 부직물 층 β)이 도포된다면, 열적 절연 보드는 또한 가속화제를 사용하는 일 없이도 제조 직후에 적층될 수도 있다. 수경성 결합제는 물의 조기 손실이 일어나지 않기 때문에 추가의 경화 중에 특히 이러한 방식으로 최적 조건을 습득하게 된다. 이러한 경우에는 오븐에서 보드의 건조가 꼭 필수적인 것이 아니다. 따라서, 본 발명에 따른 본 공정은, 사용된 무기 결합제의 양에 기초할 때, 자원을 매우 잘 보존하고 또한 상당한 비용 감소 및 보드의 개선된 강직도를 유도하기도 한다.
또한, 본 발명의 열적 절연 클래딩은 추가의 층들을 포함하는 것도 가능하고, 특히 그러한 추가 층은 유리 섬유 또는 암면을 포함할 수 있다. 구체적인 실시양태에서, 본 발명의 복합 열적 절연 시스템은 건물의 벽에 접합하기 위해서 제곱 미터 당 4개 미만, 특히 2개 미만, 특히 바람직하게는 0개의 기계적 고정 점을 갖는다.
열적 절연 클래딩은 접착제 결합에 의해 건물의 외부 벽에 고정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이러한 목적에는 광물성 접착제 및 강화 조성물, 특히 백색 수화 석회 및 시멘트를 기초로 한 조성물이 적합하다. 게다가, 또한 합성 수지를 기초로 하는 접착제 조성물을 사용하는 것도 가능하다. 바람직한 실시양태에서, 1 내지 50 중량%, 특히 2 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 3 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 4 내지 20 중량%의 분말 형태인 에어로겔, 특히 실리케이트 에어로겔이 접착제 내로 혼합된다. 이러한 방식으로, 전체 복합 열적 절연 시스템의 층 두께가 동일한 열 전달 계수를 유지하면서 더욱더 감소될 수 있다.
본 발명의 열적 절연 시스템에 적합한 렌더는 특히 실리콘 수지를 기초로 하는 광물 렌더 또는 장식 렌더이다. 바람직한 실시양태에서, 1 내지 50 중량%, 특히 2 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 3 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 4 내지 20 중량%의 분말 형태인 에어로겔, 특히 실리케이트 에어로겔이 렌더 내로 혼합된다. 전체 복합 열적 절연 시스템의 두께가 주어진 열 전달 계수에서 그러한 방식으로 더욱더 감소될 수 있다.
대안으로서, 또한 본 발명에 따르면 건물의 외부 벽의 열적 절연을 위한 복합 열적 절연 시스템은 열적 절연 클래딩을 포함하는 것도 가능하고, 여기서 열적 절연 클래딩은 25 내지 95 중량%의 에어로겔을 함유하고, 열적 절연 클래딩은 건물과 마주하는 면 및/또는 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에, 외향 방향으로 적어도 α) 직물 메쉬, 그리고 그 위에 있는 적어도 β) 직물 또는 부직물 층에 의한 순서로, 접합되는 것이 특히 유리하고, 여기서 열적 절연 클래딩에서 층 α) 및 층 β)은 무기 결합제 의해 접합된다. 바람직한 실시양태에서, 열적 절연 클래딩은 건물과 마주하는 면 위에 그리고 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에 그러한 방식으로 코팅된다. 더구나, 그 결합제는 층 β)을 적어도 부분적으로 침투하는 것이 바람직한 것으로 고려된다. 이러한 경우, 열적 절연 클래딩은 5 내지 75 중량%의 무기 섬유 및 0 내지 70 중량%의 무기 충전제를 함유하는 것이 바람직하다. 이에 관하여, 벽 면적 제곱 미터 당 4 MJ 미만의 총 연소열을 갖는 복합 열적 절연 시스템이 특히 바람직하다.
주요 청구항에 대하여 개시된 바람직한 실시양태들은 본 발명의 상기 언급된 대안적인 실시양태에 상응하도록 유리하게 적용될 수 있고, 본 내용에서 마찬가지로 바람직한 것으로 간주된다,
전체적으로, 개선된 사용 특성을 지닌 복합 열적 절연 시스템이 제시되어 있다. 그 구조 때문에, 열적 절연 클래딩은 고 굴곡 강도를 가지며, 그리고 본 발명의 복합 열적 절연 시스템은 높은 장기간 기계적 안정성을 갖는다. 본 발명의 시스템의 추가 이점은 바람직한 실시양태에서 그것이 DIN 4102-1에 따른 연소 등급 A2에 속하고, 따라서 또한 고층 건물에 대한 복합 열적 절연 시스템으로서도 사용될 수 있다.
다음의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이다.
실시예
본 발명은 기술된 실시예의 도움으로 하기 예시된다.
1). Spaceloft A2, Aspen Aerogels로부터 이용가능한 비연소성 절연 블랭킷의 두께 팽창은 또한 무기 결합제를 사용하여 수행하였다. 구체적으로, 20 × 20 cm로 측정되는 10 mm 두께 절연 샘플의 시리즈는 각 층간 계면에서 나트륨 실리케이트 N의 도포를 통해 50 mm 모놀리스 절연 시스템을 형성하도록 결합시켰다. 그 재료는 실험실 대류식 오븐에서 12 시간 동안 80℃에서 건조시키고, 이어서 120℃에서 후속 열 처리를 수행하였다. 그러한 방식으로 제조된 패널화 Spaceloft A2의 전단 강도는 공칭 아교 하중의 함수로서 표 3에 기술되었다.
나트륨 실리케이트 N에 의해 결합된 Spaceloft A2의 전단 강도
나트륨 실리케이트 N 로딩 (g/m2) 전단 강도(PSI)
150 2.8
300 4.8
500 7.0
600 8.8
결과로 생성된 50 mm Spaceloft A2 패널(300 g/m2 나트륨 실리케이트 N으로 제조된 것)의 열 전도도를 ASTM C518(3)의 방법에 따라 습득하였다. 열 전도도 값은 개별 층에 대하여 관찰된 값의 10% 이내에 속하였다. Spaceloft A2의 결합된 50 mm 패널의 연소열 값은 또한 ISO 1716에 요약된 방법에 따라 측정하였다. 그러한 방식으로 제조된 패널은 킬로그램 당 2.2 MJ의 연소열 값을 나타내었다.
2.) 무기 접착제 또는 결합제의 신속한 경화는 화학적 경화 방법을 통해 달성할 수 있다. 이러한 방법은 전형적으로 실리카 중합을 촉진하는 산성 화합물의 사용 및/또는 신속한 침전을 촉진하는 다가 이온의 첨가를 수반한다. 그러한 전략은 10 mm의 과도한 두께를 지닌 Spaceloft A2의 절연 시스템을 신속하게 제조하는데 이용되었다. 구체적으로, 수중의 나트륨 실리케이트 N과 40 중량% 글리옥살의 10:1(중량:중량) 혼합물을 Spaceloft A2의 2개의 플라이(ply)의 계면 면적에 도포하였다. 실온에서 10 분의 시간 후에, 결합제는 고도한 발열 불균화 (Cannizzaro) 반응을 수행하여 약한 산성 부산물, 글리콜산을 생성하게 되었다. 이러한 산의 형성은 무기 결합제의 pH를 저하시키고, 실리카 중합을 촉진하며, 그리고 경질 대부분 불용성 결합을 형성하였다.
그러한 방식으로 제조된 패널은 120℃에서 15 분 동안 신속하게 열 처리하고, ASTM D5034에 요약된 방법에 따라 전단 강도에 대하여 평가하였다. 화학적 경화 방법, 예컨대 이러한 하나의 방법을 이용하는 것은 증발/탈수 방법을 통해 생성된 것과 동등한 강도를 갖는 결합을 생성하도록 무기 결합제의 경화 시간을 현저하게 감소시키게 된다.
나트륨 실리케이트 N을 사용하고 글리옥살에 의한 신속 경화 방법을 이용하여 결합된 Spaceloft A2 패널의 전단 강도
나트륨 실리케이트 N 하중 (g/m2) 전단 강도
(PSI)
300 5.8
500 6.6
600 8.8
4.) 다음 실시예는 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 양태를 예시한 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 복합 열적 절연 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 그 복합 열적 절연 시스템은 건물의 벽(1)에 부착된다. 층(2)은 5 중량%의 실리케이트 에어로겔 분말(Nanogel(등록상표), Cabot Corporation)이 첨가되어 있고 약 5 내지 10 mm의 층 두께를 갖고 있는, 백색 수화 석회 및 시멘트(Heck K + A Plus(등록상표), BASF Wall System GmbH)를 기초로 하는 강화 모르타르이다. 열적 절연 클래딩은 5개의 보드(3a 내지 3e)에 의해 형성된다. 그 보드들(3a 내지 3e) 각각은 10 mm의 층 두께를 가지며 그리고 50 중량%의 실리케이트 에어로겔, 15 중량%의 무기 충전제(산화마그네슘) 및 35 중량%의 유리 섬유를 포함한다. 보드들(3a 내지 3e)을 제조하는 공정은 US 2002094426에 개시되어 있다. 보드들(3a 내지 3e)은 칼륨 물 유리 결합제(5)에 의해 서로 접합되는데, 각각의 경우에는 2개의 층을 접착 결합시키기 위해서 결합제의 고체 함량을 기준으로 벽 면적 제곱 미터 당 약 120 g의 칼륨 물 유리 결합제(5)가 사용된다. 중합체 물질(아크릴레이트 분산액: 도 1에 도시되어 있지 않음)의 층이 층(2)과 층(3a) 사이 그리고 층(3e)과 층(4) 사이에 있는 열적 절연 클래딩의 양면 위에 존재하는데, 열적 절연 클래딩(3a 내지 3e)의 2개 면 각각에, 분산액의 고체 함량을 기준으로 벽 면적 제곱 미터 당 약 90 g이 도포된다. 층(4)은 8 중량%의 실리케이트 에어로겔 분말((Nanogel(등록상표), Cabot Corporation)이 첨가되어 있고 약 4 mm의 층 두께를 갖고 있는, 실리콘 수지 (Heck　SHP(등록상표), BASF Wall System GmbH)을 기초로 하는 장식 렌더이다.

Claims (14)

  1. 복합 열적 절연 시스템(composite thermal insulation system) 및 외부 건물 벽을 포함하는 절연된 건물 벽으로서, 복합 열적 절연 시스템은 건물로부터 떨어져 마주하는 건물 벽의 면에 부착되고, 복합 열적 절연 시스템은 적어도 2 층 열적 절연 클래딩(cladding)을 포함하며, 여기서 적어도 2 층은 각각 25 내지 95 중량%의 에어로겔 및 5 내지 75 중량%의 무기 섬유 및 0 내지 70 중량%의 무기 충전제를 포함하고, 열적 절연 클래딩의 층들은 무기 결합제에 의해 서로 접합되고, 복합 열적 절연 시스템은 킬로그램 당 3 MJ 미만의 총 발열 퍼텐셜(gross calorimetic potential)을 갖는 것을 특징으로 하는 절연된 건물 벽.
  2. 제1항에 있어서, 무기 결합제는 칼륨 물 유리, 나트륨 물 유리, 시멘트 및 알칼리 활성화된 알루미노실리케이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에어로겔은 규소, 알루미늄 및/또는 티탄을 기초로 하는 하나 이상의 에어로겔인 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 무기 충전제는 이산화마그네슘, 이산화티탄, 탄화티탄, 탄화규소, 산화철(III), 산화철(II), 지르코늄 실리케이트, 산화지르코늄, 산화주석, 산화망간 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 무기 섬유는 유리 섬유, 암 섬유, 금속 섬유, 붕소 섬유, 세라믹 섬유 및/또는 현무암 섬유(basalt fibre)인 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 열적 절연 클래딩은 건물과 마주하는 면 및/또는 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에 중합체 물질에 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 열적 절연 클래딩은 건물과 마주하는 면 및/또는 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에 무기 결합제 의해 코팅되는 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 열적 절연 클래딩은, 건물과 마주하는 면 및/또는 건물로부터 떨어져 마주하는 면 위에, 외향으로 적어도 α) 직물 메쉬 및 β) 그 위에 있는 적어도 직물 또는 부직물 층에 의한 순서로, 접합되고, 열적 절연 클래딩, 층 α) 및 층 β)은 무기 결합제에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 결합제는 층 β) 내로 적어도 부분적으로 침투하는 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 층 β)은 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 유리 섬유 또는 이들의 혼합물로 제조된 구조 부직물인 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 무기 결합제에 의해 접합된 층 α) 및 층 β)은 0.5 내지 5 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 열적 절연 층의 코팅은 소수성이고, 에어로겔은 친수성 에어로겔인 것을 특징으로 복합 열적 절연 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 열적 절연 클래딩은 적어도 3 층 열적 절연 클래딩이고, 적어도 3 층은 25 내지 95 중량%의 에어로겔, 5 내지 75 중량%의 무기 섬유, 및 0 내지 70 중량%의 무기 충전제를 함유하고, 각 층은 0.5 내지 2 cm의 범위에 있는 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 복합 열적 절연 시스템은 건물의 벽에 접합하기 위해서 제곱 미터당 4개 미만의 기계적 고정 점(mechanical fastening point)을 갖는 것을 특징으로 하는 복합 열적 절연 시스템.
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