KR20140039493A

KR20140039493A - 에어로젤 함유 단열 적층체 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20140039493A
Application number: KR1020120105663A
Authority: KR
Inventors: 조영수; 조연수; 오상우
Original assignee: 조영수; 조연수; 오상우
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-04-02

Abstract

본 발명은 초경량, 초소수성의 특성을 가지며, 그에 따라 밀도가 극히 낮아 취급 및 고정이 용이하지 않으면서도, 단열에 있어서 핵심적인 기능을 하는 에어로젤을 물성이 갖는 특성이 훼손되지 않도록 효과적으로 적층체 내에 고정시켜 특히 박막화에 유리하고 완제품에서의 에어로젤의 편재현상(쏠림이 일어나서 고르게 분포하지 못하고 한 쪽에 몰리는 현상)이 없어 단열효과가 극히 우수한 에어로젤 함유 단열 적층체 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 접착제가 도포되는 접착영역과, 접착제가 도포되지 않는 비접착영역을 갖는 제1필름; 상기 제1필름의 상기 접착영역에 접착되어 고정되는 에어로젤; 및 상기 제1필름의 비접착영역과 융착되어 상기 제1필름 상에 적층되어 고정되는 제2필름;을 포함하여 이루어지되, 상기 제1필름과 제2필름 사이에 융착선들에 의해 구획되어지며, 내부에 상기 에어로젤이 충진되는 단열부가 형성되어 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

에어로젤 함유 단열 적층체 및 그의 제조방법{Heat insulating laminate containing aerogel and manufacturing thereof}

본 발명은 에어로젤 함유 단열 적층체 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초경량, 초소수성의 특성을 가지며, 그에 따라 밀도가 극히 낮아 취급 및 고정이 용이하지 않으면서도, 단열에 있어서 핵심적인 기능을 하는 에어로젤을 물성이 갖는 특성이 훼손되지 않도록 효과적으로 적층체 내에 고정시켜 특히 박막화에 유리하고 완제품에서의 에어로젤의 편재현상(쏠림이 일어나서 고르게 분포하지 못하고 한 쪽에 몰리는 현상)이 없어 단열효과가 극히 우수한 에어로젤 함유 단열 적층체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

에어로젤(aerogel)은 열, 전기, 소리, 충격 등에 강해 미래세계를 바꿀 물질로 평가받는 신소재로 알려졌다. 1930년대에 처음 발견된 이후 열, 전기, 소리, 충격 등에 강하고, 무게도 같은 부피의 공기보다 3배 밖에 무겁지 않아 미래의 단열재, 충격완충재, 방음재 등으로 주목을 받아 온 초경량, 초소수성의 특성을 갖는 신소재이다. 재료는 규소 산화물(SiO₂)이다. 머리카락의 1만 분의 1 굵기인 SiO₂ 실(絲)이 극히 성글게 얽혀 이루어지며, 실과 실 사이에는 공기 분자들이 들어 있는데, 전체 부피의 98%를 공기가 차지한다. 즉, 에어로젤은 저전도성, 10 내지 20㎚의 범위 이내의 나노기공의 존재, 95% 정도의 기공율을 가지며, 초단열성 및 초소수성을 가지는 특성이 있으나, 이러한 물성으로 인하여 성형에 의한 이차가공 기술에 적용시키기에 한계가 있었다.

미래세계를 바꿀 신소재, 꿈의 물질 등으로 불리지만, 만드는 데 시간이 많이 걸리고, 손가락으로 가볍게 누르기만 해도 깨질 정도로 약해 실용화가 어렵다. 이 때문에 세계 각국과 다국적기업, 연구소 등에서 오랫동안 연구를 했지만, 실용화에는 실패하였다. 그러다 2003년 3월 한국인 공학자 이강필 박사가 미국에 세운 회사 아스펜 에어로젤에서 세계 최초로 실용화에 성공하였다. 그는 에어로젤에 글래스울(glass wool) 등 특수 섬유를 첨가해 헝겊처럼 부드러워서 쉽게 깨지지 않고, 짧은 시간에 대량생산이 가능할 수 있는 에어로젤 블랭킷(aerogel blanket)을 개발하였다. 이 에어로젤 블랭킷은 섭씨 1,100℃에서도 전혀 타지 않고, 충격방지 시트를 놓고 화약을 터뜨려도 전혀 흔적이 남지 않아, 유리섬유 등 기존의 건축물 단열재를 대체할 소재로 주목을 받았다. 응용 범위도 재킷처럼 얇은 스키복, 부츠, 장갑, 불에 타지 않는 슈퍼 단열재, 우주복, 우주범선, 충격을 막는 특수 철갑, 어뢰에도 전혀 충격이 없는 충격 방지막 등 다양하다.

그러나, 이러한 종래의 에어로젤 블랭킷의 경우에도 섬유와 에어로젤 간의 물리적 및/또는 화학적 결합관계가 존재하지 않아, 보관 또는 사용 중에 에어로젤의 블랭킷 내에서의 편재현상, 글래스울로부터 이탈되는 에어로젤 분진 등이 발생하고, 이러한 에어로젤의 편재현상 및 분진 문제를 해결하지 못하여 일반 생활에서 초단열소재로 확대 사용되지 못하고 있는 실정이다.

이러한 문제점은 에어로젤 고유의 특성에 기인하는 것으로서, 종래의 기술로서는 해결되지 못하였었다. 즉, 에어로젤은 그 자체로서 초소수성 및 초경량성을 들 수 있으며, 이러한 특성들로 인하여 에어로젤은 단열 등의 물성에서 장점을 가지나, 다른 일반 재료들과 혼합이 잘 되지 않는 단점이 있어, 가공 및 성형을 포함하여 일정한 용도를 갖는 제품으로 만들기가 극히 어렵다는 단점도 함께 갖게 된다. 특히, 에어로젤을 담은 용기 밖에서는 쉽게 흩날리거나 표면 가공이 용이하지 않는 단점 또한 있다.

최근, 텔레비전, 스마트폰 등 전자기기가 소비자의 요구와 경쟁사간 고기능 경쟁으로 인쇄회로기판(PCB)에 많은 부품들이 탑재되게 되고, 그에 따라 발열이 심해지고, 또한 제품의 박막화에 따라 열을 방출할 수 있는 구조의 실현도 어려워지고 있을 뿐만 아니라 유기발광다이오드(OLED)와 같은 자체발광보드와의 열균형이 깨지면서 이들 부품들 사이의 단열의 중요성이 더욱 증대하고 있다.

따라서 본 발명의 하나의 목적은 초경량, 초소수성의 특징을 갖는 에어로젤을 물성이 갖는 특성이 훼손되지 않도록 효과적으로 그리고 간편하게 가공하여 에어로젤 함유 단열 적층체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 초경량, 초소수성의 특징을 갖는 에어로젤을 별도의 전처리 없이 용이하게 그리고 효과적으로 단열 적층체 내에 포함시켜 에어로젤 함유 단열 적층체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 초경량, 초소수성의 특징을 갖는 에어로젤 함유 단열 적층체를 다양한 형태를 갖는 두께가 얇은 제품을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체는 접착제가 도포되는 접착영역과, 접착제가 도포되지 않는 비접착영역을 갖는 제1필름; 상기 제1필름의 상기 접착영역에 접착되어 고정되는 에어로젤; 및 상기 제1필름의 비접착영역과 융착되어 상기 제1필름 상에 적층되어 고정되는 제2필름;을 포함하여 이루어지되, 상기 제1필름과 제2필름 사이에 융착선들에 의해 구획되어지며, 내부에 상기 에어로젤이 충진되는 단열부가 형성되어 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 접착제는 규산소다, 칼슘실리케이트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나의 무기물접착제가 될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법은, 제1필름과 제2필름 및 상기 제1필름과 제2필름 사이에 고정되는 에어로젤을 포함하여 이루어지되, 상기 제1필름과 제2필름 사이에 융착선들에 의해 구획되어지며, 내부에 상기 에어로젤이 충진되는 단열부를 형성시키는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법에 있어서,

(1) 상기 제1필름 상에 접착제층을 형성하되, 접착제가 도포되는 접착영역과, 접착제가 도포되지 않는 비접착영역을 갖도록 접착제층을 형성시키는 접착제층 형성단계;

(2) 상기 접착제층 형성단계에서 형성된 상기 제1필름 상의 접착영역에 에어로젤을 분산시키는 에어로젤 분산단계; 및

(3) 상기 에어로젤 분산단계에서 에어로젤이 상기 접착영역에 분산되어 고정된 이후에 상기 제1필름 상에 제2필름을 위치시키고, 이들을 가열가압하여 적층시키되, 상기 제1필름의 비접착영역과 이 비접착영역에 대응하는 상기 제2필름의 대응영역을 서로 융착시켜 적층시키는 적층단계;

를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 (2)의 에어로젤 분산단계에서 에어로젤이 상기 접착영역에 고르게 분산되도록 에어로젤을 분산시키는 분산수단이 더 구비될 수 있다.

상기 (2)의 에어로젤 분산단계에서 상기 접착영역 상에 분산되는 에어로젤의 평균입경이 상기 단열부의 내부공간의 평균높이 보다 더 큰 것이 될 수 있다.

상기 에어로젤의 평균입경은 상기 단열부의 내부공간의 평균높이의 120 내지 150%의 범위 이내가 될 수 있다.

상기 (2)의 에어로젤 분산단계와 상기 (3)의 적층단계 사이에서 상기 접착영역 상의 과다한 에어로젤과 상기 비접착영역 상에 존재하는 에어로젤을 제거하는 에어로젤 정리단계;가 더 포함될 수 있다.

상기 에어로젤 정리단계와 상기 (3)의 적층단계 사이에서 상기 제1필름과 상기 제2필름의 최외곽선을 따라 1차로 상기 제1필름과 상기 제2필름을 융착시키는 초벌융착을 수행하고, 상기 초벌융착에 의하여 그 가장자리가 서로 융착된 상기 제1필름과 제2필름 사이에 공기배출구를 형성하여, 상기 초벌융착 후의 상기 제1필름과 제2필름 사이의 공기를 감압에 의하여 배출시킨 후, 상기 제1필름의 비접착영역과 이 비접착영역에 대응하는 상기 제2필름의 대응영역을 서로 융착시키는 재벌융착을 수행할 수 있다.

상기 (3)의 적층단계 이후에 상기 적층단계에서 수득되는 적층체의 표면에 장식층을 형성하거나 금속도금을 수행하는 후처리단계:가 더 포함될 수 있다.

상기 (3)의 적층단계 이후 또는 상기 후처리단계 이후에 수득되는 적층체의 표면에 접착제를 도포하고, 그 위에 이형지를 도포하는 이형지 도포단계;가 더 포함될 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면 초경량, 초소수성의 특징을 갖는 에어로젤을 물성이 갖는 특성이 훼손되지 않도록 효과적으로 그리고 간편하게 가공하여 에어로젤 함유 단열 적층체를 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 초경량, 초소수성의 특징을 갖는 에어로젤을 별도의 전처리 없이 용이하게 그리고 효과적으로 단열 적층체 내에 포함시켜 에어로젤 함유 단열 적층체를 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다.

더욱 본 발명에 따르면 초경량, 초소수성의 특징을 갖는 에어로젤 함유 단열 적층체를 다양한 형태를 갖는 두께가 얇은 제품을 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 의류, 신발, 군용 스텔스 복합섬유, 소방용 의류, 산업용 의류, 단열 블랭킷, 단열이 필요한 소형 전자기기, 건축용 창호단열소재 또는 벽지 등 단열이 요구되는 제품을 제조하는 데 사용하기에 적절한 에얼로젤 함유 단열 적층체를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체의 하나의 구체예를 모식적으로 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체의 다른 하나의 구체예를 모식적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 에어로젤 함유 단열 적층체의 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체의 또 다른 하나의 구체예를 모식적으로 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체의 또 다른 하나의 구체예를 모식적으로 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법이 적용될 수 있는 장치를 모식적으로 도시한 측면 구성도이고,
도 7은 본 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체의 하나의 구체예에 따른 실물을 촬영한 사진이고,
도 8a 내지 도 8c들은 한국세라믹기술원에서 시험한 본 발명에 따른 단열 적층체 3종(0.5㎜, 0.7㎜, 0.17㎜) 및 대조로서 폴리프로필렌 필름(일반폴리필름 0.5㎜)의 온도경시변화를 측정한 결과를 그래프로 나타낸 시험성적서 사본이고, 그리고
도 9a 및 도 9b들은 한국세라믹기술원에서 시험한 본 발명에 따른 단열 적층체 3종(0.17㎜, 0.5㎜, 1㎜(0.5㎜*2)) 및 대조로서 폴리프로필렌 필름(일반폴리필름 1㎜)의 온도경시변화를 측정한 결과를 그래프로 나타낸 시험성적서 사본이다.

도 1 내지 도 5들에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체(10, 20, 30, 40)는, 접착제가 도포되는 접착영역과, 접착제가 도포되지 않는 비접착영역을 갖는 제1필름; 상기 제1필름의 상기 접착영역에 접착되어 고정되는 에어로젤; 및 상기 제1필름의 비접착영역과 융착되어 상기 제1필름 상에 적층되어 고정되는 제2필름;을 포함하여 이루어지되, 상기 제1필름과 제2필름 사이에 융착선(12, 22, 32, 42)들에 의해 구획되어지며, 내부에 상기 에어로젤이 충진되는 단열부(11, 21, 31, 41)가 형성되어 이루어짐을 특징으로 한다. 따라서, 초경량, 초소수성의 특성을 가지고, 그에 따라 물 등과 같은 용매에 잘 적셔지지도 않고, 쉽게 흩날리는 등 사용과 취급이 극히 어려운 에어로젤을 쉽게 단열 적층체 내에 포함시킬 수 있도록 하여 상기한 단열 적층체를 용이하게 제조할 수 있도록 한 점에 특징이 있는 것이다.

상기 에어로젤은 이미 공지되어 있는 물질로서, 국내외 유수의 제조업자들로부터 상용적으로 이를 구입하여 사용할 수 있는 것이다. 특히, 상기 에어로젤은 고온고압의 조건 하에서 만들어지는 초임계공법으로 제조된 에어로젤과 상압공법을 통하여 제조된 에어로젤이 주로 사용될 수 있다. 상기 상압공법 에어로젤은 수득되는 에어로젤 분말이 미세하여 초박막 공정기술에 적합하며, 상기 초임계공법 에어로젤은 과립타입이나 분말형으로 생산이 가능하다. 특히, 초임계공법에 의하여 제조되는 에어로젤은 그 평균입경을 크게 제어할 수 있다.

상기 제1필름 및 제2필름들은 상기 에어로젤을 가둬서 본 발명에 따른 단열 적층체를 구성하는 기능을 하며, 통상의 전자제품에 사용되는 열확산필름, 패치형 방열필름으로 사용되는 검증된 저전도성 필름을 사용할 수 있다. 달리, 일반 섬유에 사용되는 초박막 폴리우레탄 필름도 사용이 가능하다. 또한, 용도에 따라서는, 높은 내열성을 갖는 테프론 필름이나 폴리이미드 필름 등도 사용이 가능하나, 본 발명이 이들에 제한되는 것은 아니다.

상기한 필름의 두께는 10 내지 300㎛의 범위 이내의 것이 바람직하게 사용될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요로 하는 단열 적층체, 즉 단열 적층체의 용도 등에 따라 적절한 다른 필름의 두께를 가질 수 있음은 당업자에게는 이해될 수 있는 것이다.

상기 융착선은 상기 제1필름과 제2필름이 서로 융착되어 형성되는 선으로서, 상기 융착선은 상기 제1필름 상에 형성되는 비접착영역을 따라 이 비접착영역에 대응하는 제2필름의 해당부분과의 상호 융착에 의해 형성되며, 통상의 가열가압이 가능한 프레스와 상기 제1필름 상에 형성되는 비접착영역에 대응하는 패턴의 가압부에 의해 가열가압되어 상기 제1필름과 제2필름이 서로 융착되어 형성된다. 비록, 상기에서는 제1필름에 접착영역과 비접착영역이 형성되는 것으로 기재되어 있으나, 그 역도 또한 성립할 수 있음은 당업자에게는 이해될 수 있는 것이다. 또한, 비록 첨부된 도면들에서는 이들 융착선들이 연속적인 선의 형상으로 표시되어 있어 융착선들이 연속하는 선의 형상으로 형성될 수 있음을 나타내고 있기는 하나, 연속되는 점들의 형태로도 이루어질 수 있다. 이 경우, 융착선이 차지하는 면적, 즉 본 발명의 단열 적층체에서 에어로젤이 들어가지 않는 부분의 면적을 줄일 수 있어 그만큼 단열효과를 높일 수 있도록 할 수 있다.

또한, 상기 제1필름 및 제2필름들 중 어느 하나 또는 둘 다의 표면에 열확산을 위한 열확산소재로서의 금속 분말의 코팅이나 금속의 증착, 탄소나노튜브의 코팅 또는 그래핀의 코팅이 수행될 수 있으며, 또한 이러한 금속 분말의 코팅이나 금속의 증착, 탄소나노튜브의 코팅 또는 그래핀의 코팅이 수행된 소재를 더 부착시킬 수도 있다.

상기 접착영역은 상기 접착제의 적용에 의해 형성되며, 이 접착영역 내의 접착제의 접착력에 의하여 상기 접착영역 상으로 분산되는 에어로젤이 부착되어 후속하는 공정들 동안에 유동이 없이 용이하게 상기한 단열부 내에 고정되어 단열 적층체를 제조할 수 있도록 한다. 또한, 상기한 바와 같이 에어로젤이 본 발명에 따른 단열 적층체를 구성하는 필름 상에 고정되기 때문에 보관 및 운송이나 사용 중에도 적층체 내에서 유동되지 않아 편재현상이 일어나지 않게 되고, 그에 따라 항상 적층체 전 면적에 걸쳐 균일한 단열효과를 얻을 수 있도록 하는 잇점을 제공하게 된다.

상기 접착제는 규산소다, 칼슘실리케이트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나의 무기물접착제가 될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 접착제로서 바람직하게는 무기물접착제가 될 수 있으나, 유기물접착제도 사용이 가능함은 당업자에게는 이해될 수 있는 것이며, 바람직하게는 열에 의해 변형되지 않고, 부패하지 않는 무기물접착제가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 접착제에 의해 형성되는 상기 접착영역은 상기 에어로젤을 고정시키는 기능을 하며, 1 내지 30㎛ 정도의 얇은 두께를 갖는 것으로도 상기 초경량의 에어로젤을 고정시키기에 충분하나, 본 발명이 상기한 바의 접착제의 두께에 의해 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체는 다양한 크기 및 형상의 단열부들을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 단열부(11)와 상기 단열부(11)들을 구성하며, 이들을 구분하는 융착선(12)들을 포함하며, 상기 단열부(11)가 육각형의 형상을 갖는 단열 적층체(10)를 제공하거나, 또는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 단열부(21)와 상기 단열부(21)들을 구성하며, 이들을 구분하는 융착선(22)들을 포함하며, 상기 단열부(21)가 사각형의 형상을 가지며, 단위 규격을 갖도록 형성되는 단열 적층체(20)를 제공하거나, 또는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 단열부(31)와 상기 단열부(31)들을 구성하며, 이들을 구분하는 융착선(32)들을 포함하며, 상기 단열부(31)가 육각형의 형상을 가지며, 연속되는 두루마리 형태의 단열 적층체(20)를 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 형상의 단열부를 갖는 다양한 형상 및 규격의 단열 적층체가 원하는 바 대로 제조될 수 있음은 당업자에게는 이해될 수 있는 것이다.

도 3에는 도 2의 단열 적층체(20)의 단면을 도시하였다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체(20)는 단열부(21)와 융착선(22)들이 형성되는 하부필름으로서의 제1필름(23)과 상부필름으로서의 제2필름(24) 및 상기 단열부(21)를 충진하고 있는 에어로젤(53)로 이루어진다.

더욱이, 본 발명에 따른 단열 적층체는, 도 5에 도시한 바와 같이, 의류를 사전 재단한 형상과 같은 구체적인 형상을 갖는 단열 적층체(40)로 제조될 수 있으며, 도 5에 도시한 바를 기준으로 볼 때, 육각형의 형상을 갖는 단열부(41), 상기 단열부(41)들 사이에서 상기 단열부(41)들을 형성하는 융착선(42), 각 구체적인 형상들의 가장자리를 따라 형성되는 마감선(43) 및 상기 각 구체적인 형상들 사이에 형성되는 가공선(44)들을 포함하도록 형성된다. 따라서, 본 발명에 따른 단열 적층체(40)를 사용하여 상기 단열 적층체(40)에 마련된 구체적인 형상에 따른 제품, 즉, 도 5의 경우, 의류를 제조하고자 할 때, 상기 가공선(44)들을 따라 일차로 절취한 후, 상기 마감선(43)들을 따라 재봉이나 기타 접합 등을 통하여 제품, 즉 의류를 제조할 수 있으며, 이 경우, 상기한 구체적인 형상에 따라 가공함에 따라 그 안에 형성된 단열부(41)들이 전혀 손상되지 않도록 하면서 제품으로의 가공이 가능하도록 할 수 있다.

를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 바의 본 발명에 따른 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법을 도 6에 도시한 바와 같은 적층체 제조 시스템(50)를 참조하여 이하에서 상세하게 설명한다.

상기 (1)의 접착제층 형성단계는 제1필름(51), 바람직하게는 상기 단열 적층체의 하부에 위치하여 하부필름을 구성하는 제1필름(51)을 공급하면서 그 위에 접착제(52)를 도포하여 상기 제1필름(51) 상에 접착제층을 형성하되, 접착제가 도포되는 접착영역과, 접착제가 도포되지 않는 비접착영역을 갖도록 접착제층을 형성시키는 것으로 이루어진다. 달리, 상기 접착제층은 사전에 미리 형성될 수도 있으며, 이 경우, 이형지 등으로 피복되어 있다가 후술되는 (2)의 에어로젤 분사단계를 수행하기 직전에 상기 이형지를 박리시켜 에어로젤 분사단계를 수행하도록 할 수도 있다.

상기 (2)의 에어로젤 분산단계는 상기 (1)의 접착제층 형성단계에서 형성된 상기 제1필름(51) 상의 접착영역에 에어로젤(53)을 분산시키는 것으로 이루어진다. 이렇게 상기한 접착영역에 에어로젤(53)을 분산시킴으로써 분산되는 에어로젤(53)이 상기 접착영역 내의 접착제에 의하여 상기 제1필름(51) 상에 고착되게 된다. 상기한 에어로젤 분사단계는 에어로젤을 용기에 넣어 균일하게 흘러내리게 하거나, 스퀴지, 브러시 또는 에어브러시를 사용하여 분산시키는 등의 공지의 방법을 통해 수행될 수 있음은 당업자에게는 이해될 수 있는 것이다.

상기 (3)의 적층단계는 상기 에어로젤 분산단계에서 에어로젤(53)이 상기 접착영역에 분산되어 고정된 이후에 상기 제1필름(51) 상에 상기 단열 적층체의 상부에 위치하여 상부필름을 구성하는 제2필름(54)을 위치시키고, 이들을 가열가압하여 적층시키되, 상기 제1필름의 비접착영역과 이 비접착영역에 대응하는 상기 제2필름의 대응영역을 서로 융착 시 적층시키는 것으로 이루어진다. 이때, 바람직하게는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 에어로젤 분산단계에서 에어로젤(53)이 상기 접착영역에 분산되어 고정된 이후에 상기 제1필름(51) 상에 제2필름(54)을 위치시키고, 이들 제1필름(51)과 제2필름(54)들을 가압롤러(55)들 사이를 통과시켜 이들 필름들을 밀착시켜 일정한 두께로 조절하면서 상기 필름들을 합포시키고, 이때, 상기 (2)의 에어로젤 분산단계에서 상기 접착영역 상에 분산되는 에어로젤(53)의 평균입경이 상기 단열부의 내부공간의 평균높이 보다 더 큰 것이 존재하는 경우에, 이러한 평균입경이 큰 에어로젤을 분쇄시켜 상기 단열부의 내부공간에 맞추도록 하면서 동시에 보다 미세하게 분쇄된 상기 에어로젤(53)이 상기 단열부의 내부공간을 완전히 채우도록 할 수 있다. 상기 에어로젤의 평균입경은 상기 단열부의 내부공간의 평균높이의 120 내지 150%의 범위 이내가 될 수 있다. 상기 단열부, 즉 에어로젤을 가두는 상기 제1필름과 제2필름의 필름 두께들의 합을 제외한 단열부의 순수 내부공간의 높이 보다 20 내지 50% 더 큰 평균입경을 갖는 에어로젤을 사용함으로써 상기한 바의 융착을 위해 가해지는 금형의 압력에 의해 상기 에어로젤이 상기 융착부들 사이에 형성되는 단열부의 내부공간에 갇히면서 동시에 부셔져서 상기 단열부의 내부공간을 긴밀하게 채울 수 있게 된다. 상기 에어로젤의 평균입경이 상기 단열부의 내부공간의 높이의 120% 미만으로 되는 경우, 위에 설명한 바와 같이 상기 에어로젤(53)의 분쇄에 의하여 상기 단열부의 내부공간을 충분히 긴밀하게 채우지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 150%를 초과하는 경우, 금형으로 가열가압 할 때 금형의 에어로젤 적층부의 홈 깊이보다 두꺼워 접착부의 상, 하 필름들, 즉 상기 제1필름과 제2필름들을 융착이 되도록 눌려주지 못해서 이들이 융착된 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다.

한편, 두께가 두꺼운 필름을 사용하는 경우, 금형을 가압할 때 홈 안에 형성된 공기압으로 인해 융착이 잘 안될 경우가 있을 수 있으며, 이러한 경우, 금형의 홈에 배기구를 형성시켜 홈 안의 공기를 배출시키도록 할 수 있다. 또한, 도면부호 56으로 표시되는 가열가압금형을 이용하여 도 1 내지 도 5들에 도시한 바와 같은 금형을 이용하여 상기 제1필름 상에 형성된 접착제가 도포되지 않은 비접착영역과 상기 제2필름을 서로 융착시켜 융착선을 형성시키는 것에 의해 상기 접착영역에 고정된 에어로젤이 존재하는 부분이 상기 융착선에 의해 구분되는 단열부로 형성되게 된다. 따라서, 상기한 바와 같이 제1필름(51)과 제2필름(54) 및 이들 사이에 위치되는 에어로젤(53)로 이루어지는 단열 적층체를 수득하게 된다. 특히, 상기 적층단계는 균일하게 압축된 상기 필름들을 다양한 셀(즉, 상기한 단열부의 형상에 대응하도록 금형에 형성된 패턴)을 갖는 금형판을 고주파/고온/고압을 이용 가압하는 것에 의해 수행된다.

여기에서 상기한 바의 고주파의 이용과 관련하여서는 금형에 의한 가열가압 만으로 상기 필름들이 서로에 대해 충분히 융착되지 않는 경우, 위 필름들의 가열가압 시 고주파를 적용시켜 금형에 의한 가열가압의 순간에 위 필름들에 더욱 많은 에너지를 부가하여 상기 필름들의 융착부에 해당하는 부분이 순간적으로 충분히 용융되어 융착을 보다 효과적으로 달성할 수 있도록 하며, 이러한 고주파 부가 가열가압장치, 즉 프레스는 국내외 유수의 제조업자들에 의행 생산되어 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것이며, 또한 당업자에게는 이러한 프레스를 사용하여 적절한 온도, 압력 및 고주파 또는 초음파 융착기의 부가 등을 통하여 위 필름들의 융착 작업을 수행할 수 있음은 당연한 것으로 이해될 수 있는 것이다. 통상적으로는, 가열가압에 더하여 고주파를 인가하여 융착시키는 작업은 두꺼운 필름들의 융착 작업에서 수행될 수 있으며, 이는 현장에서 융착이 잘 이루어지지 않는 경우, 전류가 잘 흐르지 않다가, 융착이 잘 이루어지는 순간에는 전류가 잘 흐르는 현상이 관찰되며, 이러한 작업을 통하여 적절한 융착조건을 설정하여 연속적인 융착작업을 수행할 수 있음은 당업자에게는 이해될 수 있는 것이다.

또한, 비록 첨부된 도면들에서는 이들 융착선들이 연속적인 선의 형상으로 표시되어 있어 융착선들이 연속하는 선의 형상으로 형성될 수 있음을 나타내고 있기는 하나, 연속되는 점들의 형태로도 이루어질 수 있다. 이 경우, 융착선이 차지하는 면적, 즉 본 발명의 단열 적층체에서 에어로젤이 들어가지 않는 부분의 면적을 줄일 수 있어 그만큼 단열효과를 높일 수 있도록 할 수 있다.

상기 셀을 구분하는 패턴의 깊이는 원하는 박막 다중충진구조를 갖는 에어로젤 두께를 기준으로 20 내지 30% 더 깊게 형성되도록 함으로써 본 발명에 따른 단열 적층체를 원하는 두께로 고르게 성형할 수 있다. 제조된 단열 적층체는 회수롤러(57)에 감기면서 회수되거나 또는 용도에 맞도록 성형되어 바로 프레스 성형된 형태로 포장될 수 있다.

상기 접착제로는 규산소다, 칼슘실리케이트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나의 무기물접착제가 될 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니며, 앞서 설명한 바와 같이, 다른 접착제도 사용이 가능함은 이해될 수 있는 것이다.

상기 (2)의 에어로젤 분산단계에서 에어로젤이 상기 접착영역에 고르게 분산되도록 에어로젤을 분산시키는 분산수단(60)이 더 구비될 수 있다. 상기 분산수단은 롤러나 압착기(squeezer)가 될 수 있다.

상기 (2)의 에어로젤 분산단계와 상기 (3)의 적층단계 사이에서 상기 접착영역 상의 과다한 에어로젤과 상기 비접착영역 상에 존재하는 에어로젤을 제거하는 에어로젤 정리단계;가 더 포함될 수 있다. 이는 상기 접착영역에 접착되지 않아 고정되지 않은 여분의 에어로젤을 쓸어담거나 진공탱크 등을 이용한 음압을 이용하여 공기를 빨아들여 에어로젤을 회수하는 것으로 이루어질 수 있다.

상기 에어로젤 정리단계와 상기 (3)의 적층단계 사이에서 상기 서로 적층된 제1필름(51)과 제2필름(54)의 최외곽선을 따라 1차로 상기 제1필름(51)과 상기 제2필름(54)을 융착시키는 초벌융착을 수행하고, 초벌융착에 의하여 그 가장자리가 서로 융착된 상기 제1필름(51)과 제2필름(54) 사이에 공기배출구를 형성하여, 상기 초벌융착 후의 상기 제1필름(51)과 제2필름(54) 사이의 공기를 감압에 의하여 배출시켜서 이들 두 필름들 사이에 존재하는 공기를 빼내어 위 에어로젤(53)만이 잔류하도록 한 후, 상기 제1필름(51)의 비접착영역과 이 비접착영역에 대응하는 상기 제2필름(54)의 대응영역을 서로 융착시키는 재벌융착을 수행하여 공기가 제거된 형태의 본 발명에 따른 단열 적층체를 수득하도록 할 수 있으며, 이렇게 위 두 필름들 간에 존재하는 공기를 완전히 또는 적어도 부분적으로 제거하는 것에 의하여 본 발명에 따른 단열 적층체의 단열효과를 높이도록 할 수 있다.

상기 (3)의 적층단계 이후에 상기 적층단계에서 수득되는 적층체의 표면에 장식층을 형성하거나 금속도금을 수행하는 후처리단계:가 더 포함될 수 있다. 상기 후처리단계는 상기 제1필름 및 제2필름들 중 어느 하나 또는 둘 다의 표면에 열확산을 위한 열확산소재로서의 금속 분말의 코팅이나 금속의 증착, 탄소나노튜브의 코팅 또는 그래핀의 코팅에 의해 수행될 수 있으며, 또한 이러한 금속 분말의 코팅이나 금속의 증착, 탄소나노튜브의 코팅 또는 그래핀의 코팅이 수행된 소재를 더 부착시키는 것에 의해 수행될 수 있다.

상기 (3)의 적층단계 이후 또는 상기 후처리단계 이후에 수득되는 적층체의 표면에 접착제(71)를 도포하고, 그 위에 이형지(70)를 도포하는 이형지 도포단계;가 더 포함될 수 있다. 이러한 이형지 도포단계를 수행하는 것에 의하여, 상기한 바의 본 발명에 따른 단열 적층체를 이형지(70)를 제거하는 것 만으로 단열이 요구되는 위치에 쉽게 적용시켜 단열효과를 얻을 수 있도록 한다. 이러한 이형지 도포단계는 특히 본 발명에 따른 상기 단열 적층제가 패치형으로 제조되어 사용되는 경우에 특히 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 단열 적층체의 하나의 구체예에 따른 실물을 촬영한 사진을 도 7에 나타내었다.

또한, 본 발명에 따른 단열 적층체의 열특성에 대한 시험성적들을 도 8a 내지 도 9b들에 나타내었다.

도 8a 내지 도 8c들은 한국세라믹기술원에서 시험한 본 발명에 따른 단열 적층체 3종(0.5㎜, 0.7㎜, 0.17㎜) 및 대조로서 폴리프로필렌 필름(일반폴리필름 0.5㎜)의 온도경시변화를 측정한 결과를 그래프로 나타낸 시험성적서 사본이다. 이 도면들에서 나타난 바와 같이, 일반폴리필름으로서 폴리프로필렌 필름 0.5㎜의 경우, 열원인 열판(Hot plate)에 비해 더 높은 온도를 나타내 단열효과가 없음을 나타냄에 비하여, 본 발명에 따른 단열 적층체들의 경우, 두께와 무관하게 모두 열원인 열판에 비해 융착선(Pad line)들도 더 낮은 온도를 나타냄은 물론 단열부(Aerogel)는 열판은 물론 융착선 보다 더 낮은 온도를 나타내 단열효과가 있음을 확인할 수 있으며, 특히 단열 적층체의 두께가 두꺼워질수록 단열효과가 더욱 향상됨을 확인할 수 있었다.

또한, 도 9a 및 도 9b들은 한국세라믹기술원에서 시험한 본 발명에 따른 단열 적층체 3종(0.17㎜, 0.5㎜, 1㎜(0.5㎜*2)) 및 대조로서 폴리프로필렌 필름(일반폴리필름 1㎜)의 온도경시변화를 측정한 결과를 그래프로 나타낸 시험성적서 사본이다. 도 9b에 나타난 바와 같이, 녹색으로 표시된 일반 폴리필름(폴리프로필렌 필름 1㎜)에 비해, 청색(0.17㎜ 단열 적층체), 적색(0.5㎜ 단열 적층체) 및 흑색(1.0㎜ 단열 적층체)들이 모두 높은 열저항 효과를 나타냄을 확인할 수 있었으며, 이는 본 발명에 따른 단열 적층체의 두께가 두꺼울수록 더 높은 열저항 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.

본 발명은 단열재를 제조하는 산업 및 이러한 단열재, 특히 박형의 단열 적층체를 사용하는 산업, 특히 의류, 신발, 자동차, 조선, 항공, 우주항공, 군용 스텔스 복합섬유, 소방용 의류, 산업용 의류, 단열 블랭킷, 단열이 필요한 소형 전자기기, 건축용 창호단열소재 또는 벽지 등 단열이 요구되는 제품을 제조하는 데 산업에서 이용될 수 있다.

10, 20, 30, 40 : 단열 적층체 11, 21, 31, 41 : 단열부
12, 22, 32, 42 : 융착선 50 : 적층체 제조 시스템
51 : 제1필름 52 : 접착제
53 : 에어로젤 54 : 제2필름
55 : 가압롤러 56 : 가열가압금형
57 : 회수롤러 60 : 분산수단
70 : 이형지 71 : 접착제

Claims

접착제가 도포되는 접착영역과, 접착제가 도포되지 않는 비접착영역을 갖는 제1필름; 상기 제1필름의 상기 접착영역에 접착되어 고정되는 에어로젤; 및 상기 제1필름의 비접착영역과 융착되어 상기 제1필름 상에 적층되어 고정되는 제2필름;을 포함하여 이루어지되, 상기 제1필름과 제2필름 사이에 융착선들에 의해 구획되어지며, 내부에 상기 에어로젤이 충진되는 단열부가 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 접착제가 규산소다, 칼슘실리케이트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나의 무기물접착제임을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체.
제1필름과 제2필름 및 상기 제1필름과 제2필름 사이에 고정되는 에어로젤을 포함하여 이루어지되, 상기 제1필름과 제2필름 사이에 융착선들에 의해 구획되어지며, 내부에 상기 에어로젤이 충진되는 단열부를 형성시키는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법에 있어서,
(1) 상기 제1필름 상에 접착제층을 형성하되, 접착제가 도포되는 접착영역과, 접착제가 도포되지 않는 비접착영역을 갖도록 접착제층을 형성시키는 접착제층 형성단계;
(2) 상기 접착제층 형성단계에서 형성된 상기 제1필름 상의 접착영역에 에어로젤을 분산시키는 에어로젤 분산단계; 및
(3) 상기 에어로젤 분산단계에서 에어로젤이 상기 접착영역에 분산되어 고정된 이후에 상기 제1필름 상에 제2필름을 위치시키고, 이들을 가열가압하여 적층시키되, 상기 제1필름의 비접착영역과 이 비접착영역에 대응하는 상기 제2필름의 대응영역을 서로 융착시켜 적층시키는 적층단계;
를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 접착제가 규산소다, 칼슘실리케이트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군 중에서 선택된 어느 하나의 무기물접착제임을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 (2)의 에어로젤 분산단계에서 에어로젤이 상기 접착영역에 고르게 분산되도록 에어로젤을 분산시키는 분산수단이 더 구비됨을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 (2)의 에어로젤 분산단계에서 상기 접착영역 상에 분산되는 에어로젤의 평균입경이 상기 단열부의 내부공간의 평균높이 보다 더 큰 것임을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 에어로젤의 평균입경은 상기 단열부의 내부공간의 평균높이의 120 내지 150%의 범위 이내임을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 (2)의 에어로젤 분산단계와 상기 (3)의 적층단계 사이에서 상기 접착영역 상의 과다한 에어로젤과 상기 비접착영역 상에 존재하는 에어로젤을 제거하는 에어로젤 정리단계;가 더 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 에어로젤 정리단계와 상기 (3)의 적층단계 사이에서 상기 제1필름과 상기 제2필름의 최외곽선을 따라 1차로 상기 제1필름과 상기 제2필름을 융착시키는 초벌융착을 수행하고, 상기 초벌융착에 의하여 그 가장자리가 서로 융착된 상기 제1필름과 제2필름 사이에 공기배출구를 형성하여, 상기 초벌융착 후의 상기 제1필름과 제2필름 사이의 공기를 감압에 의하여 배출시킨 후, 상기 제1필름의 비접착영역과 이 비접착영역에 대응하는 상기 제2필름의 대응영역을 서로 융착시키는 재벌융착을 수행함을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 (3)의 적층단계 이후에 상기 적층단계에서 수득되는 적층체의 표면에 장식층을 형성하거나 금속도금을 수행하는 후처리단계:가 더 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 (3)의 적층단계 이후 또는 상기 후처리단계 이후에 수득되는 적층체의 표면에 접착제를 도포하고, 그 위에 이형지를 도포하는 이형지 도포단계;가 더 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 에어로젤 함유 단열 적층체의 제조방법.