KR20140112632A - 유리섬유를 포함하는 진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 진공단열재 - Google Patents

유리섬유를 포함하는 진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 진공단열재 Download PDF

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Abstract

외부로부터 최외각 유리직물층, 표면보호층 및 접착층의 적층구조를 포함하는 진공단열재용 외피재를 제공한다.
또한, 흄드 실리카 분체 50중량% 내지 90중량% 및 유리섬유 10중량% 내지 50중량%를 포함하는 유리섬유 보드; 및 상기 유리섬유 보드를 삽입하는 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
아울러, 유리섬유를 85중량% 내지 100중량% 포함하는 1층 이상의 유리 섬유 보드; 상기 유리섬유 보드에 부착 또는 삽입되는 게터제; 및 상기 유리섬유 보드를 삽입하는 제 1항에 기재된 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.

Description

유리섬유를 포함하는 진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 진공단열재{ENVELOPE INCLUDING GLASS FIBER FOR VACUUM INSULATION PANEL AND VACUUM INSULATION PANEL HAVING THE SAME}
유리섬유를 포함하는 진공단열재용 외피재 및 이를 포함하는 진공단열재에 관한 것이다.
현재 상용되고 있는 진공단열재의 경우，심재로서 글라스울 및 흄드 실리카，에어로겔 등의 무기화합물이 사용되고 있으며，외피재는 나일론/PET /알루미늄 호일, 혹은 알루미늄 증착층과 더붙어 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP) 등이 융착층으로서 사용된다. 또한 진공단열재의 장기적인 성능 확보를 위해 게터재로서 생석회(CaO) 및 제올라이트，실리카겔 등의 흡습제와 금속 파우더가 사용되고 있다.
특히 진공단열재용 외피재의 경우 외부 충격 및 외부의 환경변화, 즉 외부 온도변화 및 습도변화 등에 노출되어 있고, 진공단열재의 효과 및 성능에도 영향을 미치는바 진공단열재용 외피재에 대한 연구가 계속되고 있다.
본 발명의 일 구현예는 외부의 스크래치, 충격, 찍힘 등으로 외피재 표면이 손상되거나, 상기 손상으로 진공단열재 내부의 진공해체를 막기 위한 진공단열재용 외피재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 진공단열재용 외피재, 유리섬유 보드 및 게터재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 외부로부터 최외각 유리직물층, 표면보호층 및 접착층의 적층구조를 포함하는 진공단열재용 외피재를 제공한다.
상기 표면보호층 상부 또는 하부에 금속 배리어층을 포함할 수 있다.
상기 최외각 유리직물층은 직경이 약 4㎛ 내지 약 40㎛인 유리섬유를 포함할 수 있다.
상기 유리섬유는 E-글라스(Electrical-Glass), C-글라스(Chemical-Glass) 또는 E-CR 글라스(Electrical-Corroision Resistant Glass)일 수 있다.
상기 최외각 유리직물층은 유리섬유를 열용융 방사하여 제조된 유리 필라멘트를 꼬아 형성된 유리섬유사를 포함하거나, 상기 유리섬유사를 제직하여 형성된 유리섬유직물을 포함하거나, 상기 유리섬유직물이 상기 유리섬유사로 연결되어 형성된 유리섬유 매트를 포함할 수 있다.
상기 최외각 유리직물층은 글라스 페이퍼를 포함할 수 있다.
상기 최외각 유리직물층은 조직구조가 평직, 능직, 주자직, 후레이직 또는 모사직일 수 있다.
상기 최외각 유리직물층의 두께는 약 0.1mm 내지 약 3mm일 수 있다.
상기 최외각 유리직물층과 상기 표면보호층 간의 접착 또는 상기 최외각 유리직물층과 상기 금속 배리어층 간의 접착은 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지에 의해 접착될 수 있다.
상기 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지는 인계화합물, 질소화합물, 붕소화합물, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지는 인계화합물, 질소화합물, 붕소화합물, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 약 3중량% 내지 약 60중량% 포함할 수 있다.
상기 표면보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 나일론 필름의 적층구조를 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 상부에는 비닐계 수지가 코팅될 수 있다.
상기 비닐계 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐브탈랄(PVB), 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상일 수 있다.
상기 금속 배리어층은 알루미늄 호일(Foil)을 포함할 수 있다.
상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐공중합체(EVA), 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 흄드 실리카 분체 약 50중량% 내지 약 90중량% 및 유리섬유 약 10중량% 내지 약 50중량%를 포함하는 1층 이상의 유리 섬유 보드; 및 상기 유리섬유 보드를 삽입하는 상기 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
상기 유리섬유는 직경이 약 0.1㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다.
상기 유리섬유 보드의 공극크기는 약 15㎛ 내지 약 30㎛이고, 공극률이 약 80% 내지 약 95%일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 유리섬유를 약 85중량% 내지 약 100중량% 포함하는 1층 이상의 유리 섬유 보드; 상기 유리섬유 보드에 부착 또는 삽입되는 게터제; 및 상기 유리섬유 보드를 삽입하는 상기 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
상기 게터재는 생석회 분말; 및 Ba, Li, Zr, Co 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 합금을 포함하는 상기 합금 전체중량에 대해서 생석회 분말을 1중량% 내지 25중량% 포함할 수 있다.
상기 진공단열재가 하나 이상의 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 관통홀이 다각형, 원, 타원 및 이들을 조합한 형상을 포함할 수 있다.
상기 진공단열재용 외피재를 사용함으로써 외피재의 배리어 성능 강화, 외부충격으로 인한 ?김, 외피재 표면의 난연성 문제를 개선할 수 있다.
또한, 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 사용함으로써 초기 단열 및 장기 내구 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예들의 진공단열재용 외피재의 단면도이다.
도 3은 상기 진공단열재용 외피재가 포함하는 최외각 유리직물층의 조직구조를 나타낸 것이다.
도 4의 (a), (b)는 본 발명의 다른 실시예들의 유리섬유보드의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 또다른 실시예들의 진공단열재의 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
진공단열재용 외피재
본 발명의 일 구현예에서, 외부로부터 최외각 유리직물층, 표면보호층 및 접착층의 적층구조를 포함하는 진공단열재용 외피재를 제공한다. 상기 진공단열재용 외피재는 상기 표면보호층 상부 또는 하부에 금속 배리어층을 포함할 수 있다.
통상의 진공단열재용 외피재의 경우 외부 충격 및 외부의 환경변화, 즉 외부 온도변화 및 습도변화 등에 노출되어 있고, 진공단열재용 외피재의 손상으로 인해 진공단열재의 단열효과 및 장기 내구 성능에도 영향을 미칠 수 있었다. 그러므로, 상기 진공단열재용 외피재는 최외각에 최외각 유리직물층을 포함함으로써, 진공단열재용 외피재의 표면이 손상되어 진공이 해체되는 것, 진공단열재용 외피재에 고온이 적용되는 경우 급속한 배리어 성능이 저하되는 것, 진공단열재용 외피재가 건축용으로 적용시 습식 시공으로 인해 야기되는 외피재의 찢어짐, 외피재 표면의 난연성 문제를 개선할 수 있다.
구체적으로, 상기 진공단열재용 외피재를 사용함으로써 외피재의 배리어 성능 강화, 외부충격으로 인한 ?김, 외피재 표면의 난연성 문제를 개선할 수 있고, 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 사용함으로써 초기 단열 및 장기 내구 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예들의 진공단열재용 외피재의 단면도로, 도 1을 참고하면 진공단열재용 외피재(100)는 최외각 유리직물층(10), 금속층(20), 표면보호층(30), 접착층(40)을 포함할 수 있다.
또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예들의 진공단열재용 외피재의 단면도로, 도 2을 참고하면 진공단열재용 외피재(100)는 최외각 유리직물층(10), 표면보호층(30), 금속층(20), 접착층(40)을 포함할 수 있다.
상기 최외각 유리직물층(10)은 직경이 약 4㎛ 내지 약 40㎛인 유리섬유를 포함할 수 있다. 유리섬유는 규산염을 주성분으로 하는 유리를 용융, 가공하여 섬유모양으로 가공한 것을 일컫는바, 상기 최외각 유리직물층이 직경이 약 4㎛ 내지 약 40㎛인 유리섬유를 포함함으로써 상기 최외각 유리직물층을 통해 수평방향으로 전도되는 열류량을 최소화시켜 진공단열재에 의한 열손실을 최소화 할 수 있다.
상기 유리섬유는 E-글라스(Electrical-Glass), C-글라스(Chemical-Glass) 또는 E-CR 글라스(Electrical-Corroision Resistant Glass)일 수 있다. 상기 E-글라스는 알칼리 함류량이 약 0.8%이하로 전기적 특성, 내풍화성이 우수하며 장시간 사용에도 견딜 수 있어, 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP) 분야에서도 많이 사용되는 유리로, 주요 조성이 규소, 알루미늄, 칼슘의 산화물인 알루미노 규산염 유리 또는 규소, 알루미늄, 보론의 산화물이 알루미노 칼슘규산염 유리 중 하나일 수 있다.
상기 C-글라스는 내알칼리 글라스로써, 내산성이 우수하며 산성액의 여과와 내산 용기용 강화필라스틱 보강에 주로 사용하는 유리로, 주요 조성이 규소, 나트륨, 칼륨 및 보론의 산화물로 구성된 유리의 조성을 증가시킨 알칼리-금속 칼슘유리로서 내화학성이 우수하다.
또한, 상기 E-CR 글라스는 상기 E-글라스의 조성에 보론의 산화물이 구성되지 않은 유리로서, 내산성이 우수하다.
구체적으로, 상기 최외각 유리직물층이 포함하는 유리섬유는 E-글라스일 수 있고, 알칼리 함유량이 적어 내풍화성이 다른 글라스에 비해 상대적으로 우수해, E-글라스 유리섬유를 포함하는 최외각 유리직물층이 진공단열재용 외피재로 사용됨으로써, 외부의 충격 및 변화에 의한 영향을 적게 받을 수 있다.
상기 최외각 유리직물층은 유리섬유를 열용융 방사하여 제조된 유리 필라멘트를 꼬아 형성된 유리섬유사를 포함하거나, 상기 유리섬유사를 제직하여 형성된 유리섬유직물을 포함하거나, 상기 유리섬유직물을 상기 유리섬유사로 연결되어 형성된 유리섬유 매트를 포함할 수 있다.
통상의 유리섬유는 약 1600°C의 온도에서 용융한 후 약 100본 내지 약 4000본의 필라멘트를 바인더로 접속하여 가닥(strand)의 형태로 존재한다. 이렇듯 가닥의 형태로 존재하는 유리섬유를 열용융 방사하여 유리 필라멘트(filament)로 제조하고 이를 꼬아(twist) 유리섬유사(yarn)를 형성할 수 있다. 상기 최외각 유리직물층은 상기 유리섬유사를 포함할 수 있고, 상기 유리섬유사의 직경은 약 5㎛ 내지 약 13㎛일 수 있다.
상기 유리섬유사를 정경(warping)하여 준비 공정을 거치고, 방직(weaving) 공정을 거쳐 제직하여 유리섬유 직물(cloth)를 형성할 수 있다. 상기 최외각 유리직물층은 상기 유리섬유 직물을 포함할 수 있고, 상기 유리섬유 직물의 직경은 약 11㎛ 내지 약 33㎛일 수 있다. 또한, 상기 유리섬유 직물을 상기 유리섬유사로 연결하여 유리섬유 매트(mat)를 형성할 수 있고, 상기 최외각 유리직물층을 유리섬유 매트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 최외각 유리직물층은 글라스 페이퍼를 포함할 수 있다. 상기 글라스 페이퍼는 유리가루를 바른 종이를 일컫는바, 유리가루 및 기타 첨가제를 함께 혼합하여 원료를 형성하고, 상기 원료가 초지 형성공정을 거친 후, 형성된 페이퍼의 표면 평활성 및 기계적 물성이 보완되는 함침공정을 거치고, 일정온도로 인해 건조가 이루어지는 건조공정을 거쳐 페이퍼에 이물이나 오염부위를 손질하여 만들어질 수 있다.
상기 글라스 페이퍼는 E-글라스의 유리가루를 포함하고, 인장강도 및 인장탄성율이 높아 치수 안정성이 우수하고 불연 재질로 진공단열재용 외피재의 적용에 탁월하다. 또한, 두께가 얇아 바인더를 이용하여 타소재의 접착이 용이한바, 상기 최외각 유리직물층 하부에 형성되는 표면보호층 또는 금속 배리어층에 쉽게 적용될 수 있다.
도 3은 상기 진공단열재용 외피재가 포함하는 최외각 유리직물층의 조직구조를 나타낸 것으로, 도 3을 참고하면, 도 3 (a)는 평직, (b)는 능직, (c)는 주자직, (d)는 후레이직, (e)는 모사직을 나타낸다.
구체적으로, 상기 최외각 유리직물층은 조직구조가 평직, 능직, 주자직, 후레이직 또는 모사직일 수 있다. 상기 평직은 경사와 위사가 1본씩 매번 교차하는 조직으로, 수지 함침시 탈포가 쉬울 수 있다. 상기 능직은 경사, 위사를 최소 3본씩 사용하여 밀도가 높으며 모양이 사선의 형태를 취하고 있어 평직보다 유연하다. 상기 주자직은 경사 위사의 교착점을 일정간격으로 배치하여 능직보다는 유연성이 우수하며 복잡한 곡면의 성형이나 일방향으로 최고강도를 나타낼 수 있다.
상기 후레이직은 2본 또는 그 이상의 경사가 1본의 위사로 합쳐진 것으로, 틈새가 넓으며, 원사의 밀도가 적은 직물을 밀리지 않게 세척할 수 있다. 또한, 상기 모사직은 수본의 실을 모아서 경사, 위사로 사용하고 평직처럼 제직한 것을 일컫는다.
상기 최외각 유리직물층의 두께는 약 0.1mm 내지 약 3mm일 수 있다. 상기 최외각 유리직물층의 두께를 상기 범위로 유지함으로써 진공단열재용 외피재에 가해지는 외부충격 및 스크래치, 화염 전파 등에 의한 충격을 최소화할 수 있고, 진공단열재용 외피재 손상으로 인해 발생하는 진공단열재의 내부 진공 해체를 방지할 수 있다.
상기 최외각 유리직물층을 진공단열재용 외피재의 최외각에 사용하는바, 유리직물층이 포함하는 유리섬유의 불연특성으로 인해 화염 전파속도가 늦어지고, 자기 스스로 불이 꺼져버리는 자기소화특성을 가질 수 있고, 고온 조건 하에서 외피재 표면에 가해지는 열원을 완충하는 특성을 가질 수 있다.
상기 최외각 유리직물층과 상기 표면보호층 간의 접착 또는 상기 최외각 유리직물층과 상기 금속 배리어층 간의 접착은 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지에 의해 접착될 수 있다. 이는 진공단열재용 외피재의 기밀 특성을 더 향상시키기 위함이다.
상기 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지는 인계화합물, 질소화합물, 붕소화합물, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지에 난연성 물질을 함께 포함함으로써 진공단열재용 외피재의 내열성 및 난연성이 부여될 수 있고, 고온용도로써 외피재를 사용하는 경우에도 외피재 열화에 따른 진공단열재 내부 진공유지력이 개선될 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지는 인계화합물, 질소화합물, 붕소화합물, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 약 3중량% 내지 약 60중량% 포함할 수 있다. 상기 범위내의 함량으로 난연성 물질을 포함함으로써, 접착성 확보와 동시에 난연효과를 구현할 수 있고, 진공단열재에 화염 전파시 접착층을 통해 전달되는 화염의 전파속도를 저하시킬 수 있다.
예를 들어 인계화합물과 질소화합물을 동시에 사용하는바, 인계화합물 약 0중량% 내지 약 30중량% 및 질소화합물 약 0중량% 내지 약 30중량%를 사용할 수 있고, 접착의 용이성을 위해서 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지 및 유기용제를 약 40중량% 내지 약 100%를 첨가하여 사용할 수 있다.
상기 표면보호층(30)은 최외각 유리직물층(10) 하부에 형성되는 층으로, 상기 표면보호층 상부에 금속배리어층을 포함하는 경우에는 난연성을 높이는 역할을, 상기 표면보호층 하부에 금속배리어층을 포함하는 경우에는 진공단열재용 외피재 자체의 배리어성을 높이는 역할을 수행할 수 있다.
상기 표면보호층(30)은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 나일론 필름의 적층구조를 포함하고, 구체적으로, 상기 표면 보호층은 약 10㎛ 내지 약 25㎛의 두께 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(410) 및 약 15㎛ 내지 약 25㎛의 두께 나일론(Nylon) 필름(420)의 적층 구조로 형성될 수 있다.
예를 들어, 표면보호층(30) 하부에 금속배리어층(20)이 형성되는 경우, 금속 배리어층(20)에서 발생하는 크랙(Crack)의 정도가 심각하여 폴리에틸렌테레프 탈레이트/나일론 필름에도 손상이 가해질 수 있어, 이를 방지하기 위하여 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 상부에는 비닐계 수지를 코팅하여 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 비닐계 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐브탈랄(PVB), 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
다음으로, 접착층(40) 상부 또는 표면보호층(30) 상부에 가스 차단 및 심재 보호를 위해 금속배리어층(20)을 포함할 수 있고, 구체적으로 약 5㎛ 내지 약 10㎛의 두께의 금속 박막을 형성할 수 있다. 현재 알루미늄 호일 보다 더 뛰어난 특성을 가진 박막이 뚜렷하게 밝혀지지 않은 상태로, 알루미늄 호일(Foil) 금속 배리어층(20)이 가장 많이 사용되고 있다. 또한, 상기 금속배리어층이 금속소재의 알루미늄을 포함함으로써 접힘시 크랙(Crack)이 발생되는 문제가 있을 수 있는바, 이를 방지하기 위하여, 금속 배리어층 상부에 표면 보호층을 형성할 수 있다.
또한, 접착층(40)은 히트실링에 의해서 서로 열용착되는 층으로서 진공 상태를 유지시킬 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 상기 접착층(40)은 열용착이 용이한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA), 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로 선택될 하나 이상을 포함하는 열가소성 플라스틱필름으로 형성하되, 충분한 실링 특성을 제공하기 위해 약 50㎛ 내지 약 80㎛의 두께로 형성할 수 있다.
이와 같이, 상기 최외각 유리직물층(10), 표면보호층(30), 금속층(20) 및 접착층(40)을 포함하는 진공단열재용 외피재를 형성함으로써, 외피재의 배리어 성능 강화, 외부충격으로 인한 ?김, 외피재 표면의 난연성 문제를 개선할 수 있고, 상기 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재는 최상의 기밀성과 장기 내구 성능을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 진공단열재용 외피재를 고온용도로 사용하는 경우 최외각 유리직물층이 열을 완충해줌으로써 외피재 열화에 따른 진공단열재 내부의 진공유지력을 개선할 수 있다. 또한, 상기 진공단열재용 외피재를 건축용도로 사용하는 경우 시멘트를 외피재 표면에 부착하여도 시멘트 경화로 인한 외피재 손상발생을 최소화 할 수 있고, 진공단열재 표면 보호기능을 증진시킬 수 있다.
진공단열재
본 발명의 다른 구현예에서, 흄드 실리카 분체 50중량% 내지 90중량% 및 유리섬유 10중량% 내지 50중량%를 포함하는 1층 이상의 유리섬유 보드; 및 상기 유리섬유 보드를 삽입하는 외부로부터 최외각 유리직물층, 표면보호층 및 접착층의 적층구조를 포함하는 진공단열재용 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
또한, 본 발명의 또다른 구현예에서 유리섬유를 85중량% 내지 100중량% 포함하는 1층 이상의 유리 섬유 보드; 상기 유리섬유 보드에 부착 또는 삽입되는 게터제; 및 상기 유리섬유 보드를 삽입하는 제 1항에 기재된 외피재를 포함하는 진공단열재를 제공한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예들의 유리섬유보드의 단면도이다. 구체적으로, 도 4(a)는 흄드 실리카 분체 및 유리섬유를 포함하는 1층 이상의 유리섬유 보드를 도 4(b)는 일정함량의 유리섬유를 포함하는 1층 이상의 유리섬유 보드를 나타낸 것이다.
상기 도 4(a)의 유리섬유 보드(200)는 흄드 실리카 분체 및 유리섬유를 포함하는바 진공단열재용 심재로 사용될 수 있다. 상기 유리섬유 보드는 바인더로써 유리섬유를 사용하고, 상기 유리섬유에 흄드 실리카 분체를 교반시켜 물리적 결합을 유도하고, 열과 압력을 가하여 만들어진 판을 일컫는다. 유리섬유 보드는 단층으로 형성되거나, 하나 이상의 다층으로 형성될 수 있다. 유리섬유 보드를 1층 이상 포함함으로써 진공단열재의 단열효과 및 장기 내구성능을 향상시킬 수 있다.
흄드 실리카는 퓸(Fume)형태로 만들어진 무수규산을 의미하는바, 표면적이 크고 입자가 고운 분체 상태로 존재한다. 상기 흄드 실리카 분체를 약 50중량% 내지 약 90중량% 포함함으로써 단열성능 측면에서 장기적인 지속 효과를 확보할 수 있다.
상기 유리섬유 보드는 상기 흄드실리카 분체와 동시에 유리섬유를 포함할 수 있다. 유리섬유를 약 10중량% 내지 약 50중량% 포함함으로써 흄드 실리카를 물리적으로 바인딩하여 구조체로 형성할 수 있다는 점에서 유리하고, 진공단열재용 심재로써 사용이 가능하여 진공단열재의 단열성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 유리섬유보드의 단열성능 향상과 관련하여 상기 흄드 실리카 분체 및 상기 유리섬유 외에 실리카 계통의 다공성 물질 또는 산화규소로 형성된 기타물질들을 추가로 첨가할 수 있다.
상기 유리섬유 보드가 포함하는 유리섬유는 직경이 약 0.1㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다. 상기 유리섬유 보드 형성에 있어서 직경이 약 0.1㎛ 내지 약 20㎛인 유리섬유를 포함함으로써 유리섬유 보드의 공극율을 증가시켜, 초기 열전도율 값을 낮출 수 있다는 점에서 유리하고, 유리섬유 보드의 공극크기를 최소화시켜 장기적인 단열성능 저하의 문제점을 개선시킬 수 있다.
상기 유리섬유 보드의 공극크기는 약 15㎛ 내지 약 30㎛이고, 공극률이 약 80% 내지 약 95%일 수 있다. 상기 유리섬유 보드는 흄드 실리카 분체를 포함하는바, 분체와 분체 사이의 공극이 형성될 수 있는바, 예를 들어, 흄드 실리카 분체 자체의 공극크기는 약 10nm 내지 약 60nm, 상기 공극크기로 인한 공극률은 약 60% 내지 약 85%가 될 수 있다. 그러므로, 상기 유리섬유 보드가 상기 공극크기 및 상기 공극률을 포함함으로써 초기 열전도율값을 낮춰 단열성능의 효과를 용이하게 개선할 수 있다.
상기 도 4(b)의 유리섬유 보드(210)는 유리섬유를 약 85중량% 내지 약 100중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위의 유리섬유 함량을 포함함으로써 상기 유리섬유보드를 포함하는 진공단열재의 열전도율을 낮출 수 있고, 평균 섬유 직경이 약 1㎛ 내지 약 4㎛인 유리 섬유를 사용할 수 있다.
상기 유리 섬유 보드는 유리 섬유를 무기바인더(가용성 규산소다, 알루미나 졸, 실리카 졸, 알루미나 포스페이트 중 하나 이상)에 분산하여 보드로 제조되는 습식 제조법에 의할 수 있고, 구체적으로 가용성 규산 소다는 물, 실리카 파우더 및 수산화나트륨을 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 유리섬유 보드(210)는 산화규소 약 55% 내지 약 70%, 산화 알루미늄 약 0.5% 내지 약 5.0%, 산화마그네슘 약 2.5% 내지 약 4.0% 및 산화 칼슘 약 4.5% 내지 약 12%, 산화칼륨 약 0.1% 내지 약 0.5% 등으로 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 또다른 실시예들의 진공단열재의 단면도를 나타낸 것으로, 도 5를 참고하면, 도 5는 도 4(a)의 유리섬유 보드(200)를 상기 외피재(100)로 밀봉한 상태의 진공단열재를 도시한 것이다.
상기 도 4(a)의 유리섬유 보드(200)는 흄드 실리카 분체를 포함하고, 이 때, 흄드 실리카 분체 자체가 수분 등을 흡수하는 게터제의 역할을 수행할 수 있다. 그러므로, 상기 진공단열재는 상기 유리섬유 보드(200)로 인해, 게터재를 별도로 포함하지 아니하여도, 외부의 온도 변화에 의해서 발생하는 외피재 내부의 가스 및 수분의 발생을 최소화 할 수 있다.
또한, 도 6을 참고하면, 도 6은 유리섬유 보드(210) 내부에 게터재(300)를 삽입시킨 상태에서 외피재(100)를 이용하여 밀봉한 상태의 진공단열재를 도시한 것이다.
상기 도 4(b)의 유리섬유 보드(210)는 유리섬유를 주성분으로 하여 형성되는 것으로, 상기 유리섬유 보드에 부착 또는 삽입되는 게터재를 포함할 수 있다. 외부의 온도 변화에 의해서 외피재 내부에서 가스 및 수분이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위해서 게터재를 사용할 수 있다.
상기 게터재는 생석회 분말; 및 Ba, Li, Zr, Co 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 합금을 포함할 수 있다. 생석회 분말을 포함함으로써 약 25% 이상의 수분 흡수 성능을 확보할 수 있고, 합금을 포함함으로써 가스의 흡착효과를 향상시켜 내부 진공저하를 최소화함으로써 초기 및 장기 열전도율을 개선하는 역할을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 합금 전체중량에 대해서 생석회 분말을 약 1중량% 내지 약 25중량% 포함할 수 있다. 상기 Ba, Li, Zr, Co 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 합금 전체 중량에 대해서 상기 범위의 생석회 분말을 포함함으로써 진공단열재 내부의 수분 잔존으로 인한 진공도 저하의 문제점을 개선할 수 있고, 나아가 수분 및 가스로 인한 장기적인 진공도 저하에 따른 단열성능 개선 효과를 용이하게 구현할 수 있다.
상기 진공단열재는 하나 이상의 관통홀을 포함할 수 있다. 상기 관통홀은 상기 유리섬유 보드(200)에 두께방향으로 형성되거나, 상기 진공단열재용 외피재(100)만으로 구성된 외피재 열용착부(미도시)에 두께방향으로 형성될 수 있는 것으로, 즉, 유리섬유 보드를 포함하는 외피재의 열용착부 또는 유리섬유 보드를 포함하지 않는 외피재의 열용착부에 형성될 수 있다. 이때, 상기 관통홀은 다각형, 원, 타원 및 이들을 조합한 형상을 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
< 실시예 및 비교예 >
실시예 1
먼저, 공극크기가 60nm이고 공극률이 80%인 흄드 실리카 분체를 50중량% 사용하고 유리섬유를 바인더로 50중량% 사용하여 3층의 유리섬유 보드를 제조하였다.
다음으로, 직경이 10㎛인 E-글라스를 열용융 방사하여 5데니어 굵기의 유리 필라멘트를 제조하고, 이를 여러가닥으로 꼬아 유리섬유사를 제조한 후, 이를 제직하여 연속상의 유리섬유직물로 만들어 최외각 유리직물층을 제조하였고, 상기 최외각 유리직물층 하부에 폴리염화비닐리덴(PVDC)/ 폴리에틸렌테레프탈레이트필름 (PET) 12㎛ 및 나일론 필름 25㎛의 표면보호층, 알루미늄 호일 7㎛ 및 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 50㎛의 접착층을 적층하여 외피재를 형성하였다. 상기 최외각 유리직물층 및 표면보호층은 삼산화안티몬이 약 10중량% 포함된 폴리우레탄계 수지를 이용하여 접착되었다.
그 다음으로, 상기 유리섬유 보드를 상기 외피재에 삽입한 후 10Pa의 진공도 상태에서 밀봉하여 진공단열재를 제조하였다.
실시예 2
상기 최외각 유리직물층 하부에 알루미늄 호일 7㎛, 폴리염화비닐리덴 (PVDC)/폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(PET) 12㎛ 및 나일론(Nylon) 필름 25㎛의 표면보호층, 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 50㎛의 접착층을 적층하여 외피재를 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
상기 최외각 유리직물층 및 알루미늄 호일은 수산화알루미늄이 30중량% 포함된 폴리에스테르 수지를 이용하여 접착되었다.
실시예3
상기 최외각 유리직물층을 글라스 페이퍼로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 진공단열재를 제조하였다.
실시예4
평균직경이 4㎛ 내지 6㎛인 유리섬유 약 98중량%를 무기바인더에 분산하여 3층의 유리섬유 보드를 제조하였다. 다음으로, 직경이 10㎛인 E-글라스를 열용융 방사하여 5데니어 굵기의 유리 필라멘트를 제조하고, 이를 여러가닥으로 꼬아 유리섬유사를 제조한 후, 이를 제직하여 연속상의 유리섬유직물로 만들어 최외각 유리직물층을 제조하였고, 상기 최외각 유리직물층 하부에 폴리염화비닐리덴(PVDC)/ 폴리에틸렌테레프탈레이트필름 (PET) 12㎛ 및 나일론 필름 25㎛의 표면보호층, 알루미늄 호일 7㎛ 및 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 50㎛의 접착층을 적층하여 외피재를 형성하였다. 상기 최외각 유리직물층 및 표면보호층은 삼산화안티몬이 약 10중량% 포함된 폴리우레탄계 수지를 이용하여 접착되었다.
그 다음으로, Ba 및 Li의 합금 전체 중량에 대해 5순도 95%의 생석회(CaO) 분말을 25중량% 넣어서 제조한 게터재를 상기 유리섬유 보드에 삽입시킨 후, 상기 유리섬유 보드를 상기 외피재에 삽입한 후 10Pa의 진공도 상태에서 밀봉하여 진공단열재를 제조하였다.
비교예 1
최외각 직물층을 포함하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진공단열재를 제조하였다.
비교예 2
직경이 약 0.1㎛ 내지 약 15㎛인 유리섬유를 무기바인더(물유리)에 분산하여 유리섬유 보드를 제조하고, 두께가 5mm인 유리섬유 보드를 30층으로 적층하여 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 진공단열재를 제조하였다.
비교예 3
순도 95%의 생석회(CaO) 25g을 파우치에 넣어서 제조한 게터재를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 진공단열재를 제조하였다.
< 실험예1 > - 진공단열재의 내열성 및 난연성 TEST
1) 라이터 불꽃 시험: 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 진공단열재 외피재를 UL 94-V(수직연소법)의 방법을 통하여 라이터 불꽃시험에 대한 소화시간을 측정하였다.
2) 수평연소(Horizontal Burning) 시험: 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 진공단열재 외피재를 UL 94-HB 의 방법을 통하여 연소속도를 측정하였다.
소화시간(sec) 연소속도(mm/min)
실시예1 8 <40 mm/min.
실시예2 3 <40 mm/min.
실시예3 10 <40 mm/min.
실시예4 9 <40 mm/min.
비교예1 50 48mm/min
상기 표 1을 참고하면, 유리섬유직물로 형성된 최외각 유리직물층을 가진 실시예 1, 2 및 4, 글라스 페이퍼를 최외각 유리직물층으로 사용한 실시예3의 경우 소화시간이 10초 이내로 측정되었고, 연소속도가 40mm/min 이하로 측정되었다.
그러므로, 소화시간이 10초를 초과하고, 연소속도가 40mm/min을 초과하여 측정된 최외각 유리직물층을 포함하지 아니하는 비교예1에 비해, 실시예 1 내지 4의 진공단열재의 내열성 및 난연성이 우수함을 알 수 있었다.
< 실험예2 > - 진공단열재의 열전도율 TEST
상기 실시예 및 비교예에 따른 진공단열재를 85°C의 항온 챔버에 각각 넣고 3개월 간 유지하면서, HC-074-200(EKO사 제조) 열전도 측정기를 사용하여 열전도율을 측정하였다.
열전도율(mW/Mk)
1개월 2개월 3개월
실시예1 4.56 4.60 4.64
실시예4 4.62 4.71 4.80
비교예2 4.90 5.31 5.73
비교예3 5.12 5.63 6.17
상기 표 2를 참조하면, 통상의 유리섬유 보드를 포함하는 비교예 2보다, 흄드 실리카 분체 및 유리섬유로 형성된 유리섬유 보드를 포함하는 실시예 1이 열전도율이 더 낮게 측정되었다.
또한, 실시예 4의 경우 통상의 유리섬유 보드를 포함함에도 불구하고, 합금을 포함하는 게터제를 유리섬유 보드 내부에 부착함으로써 열전도율을 낮게 유지할 수 있었는바, 통상의 게터제를 사용하는 비교예 3보다 열전도율이 더 낮게 측정되었다. 그러므로, 상기 실시예 1 및 4의 진공단열재 단열성능이 비교예 2 및 3에 비해 우수함을 알 수 있었다.
또한, 1개월에서 3개월로 시간이 지났음에도 불구하고, 실시예 1 및 4의 열전도율은 비교예 2 및 3에 비해 계속적으로 낮게 측정되었는바 실시예1 및 4의 진공단열재가 장기내구성능 또한 우수함을 알 수 있었다.
100: 진공단열재용 외피재
200: 유리섬유보드
300: 게터재
10: 최외각 유리직물층
20: 금속 배리어층
30: 표면보호층
40: 접착층

Claims (24)

  1. 외부로부터 최외각 유리직물층, 표면보호층 및 접착층의 적층구조를 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 표면보호층 상부 또는 하부에 금속 배리어층을 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 최외각 유리직물층은 직경이 4㎛ 내지 40㎛인 유리섬유를 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유리섬유는 E-글라스(Electrical-Glass), C-글라스(Chemical-Glass) 또는 E-CR 글라스(Electrical-Corroision Resistant Glass)인
    진공단열재용 외피재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 최외각 유리직물층은 유리섬유를 열용융 방사하여 제조된 유리 필라멘트를 꼬아 형성된 유리섬유사를 포함하거나, 상기 유리섬유사를 제직하여 형성된 유리섬유직물을 포함하거나, 상기 유리섬유직물이 상기 유리섬유사로 연결되어 형성된 유리섬유 매트를 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 최외각 유리직물층은 글라스 페이퍼를 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 최외각 유리직물층은 조직구조가 평직, 능직, 주자직, 후레이직 또는 모사직인
    진공단열재용 외피재.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 최외각 유리직물층의 두께는 0.1mm 내지 3mm인
    진공단열재용 외피재.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 최외각 유리직물층과 상기 표면보호층 간의 접착 또는 상기 최외각 유리직물층과 상기 금속 배리어층 간의 접착은 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지에 의해 접착되는
    진공단열재용 외피재.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지는 인계화합물, 질소화합물, 붕소화합물, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 폴리우레탄계 수지 또는 폴리에스테르 수지는 인계화합물, 질소화합물, 붕소화합물, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 3중량% 내지 60중량% 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 표면보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 나일론 필름의 적층구조를 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 상부에는 비닐계 수지가 코팅된
    진공단열재용 외피재.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 비닐계 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리초산비닐(PVA), 폴리비닐알콜(PVAL), 폴리비닐브탈랄(PVB), 폴리염화비닐리덴(PVDC) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상인
    진공단열재용 외피재.
  15. 제 2항에 있어서,
    상기 금속 배리어층은 알루미늄 호일(Foil)을 포함하는
    진공단열재용 외피재.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 미연신 폴리프로필렌(CPP), 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌-아세트산비닐공중합체(EVA), 에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상인
    진공단열재용 외피재.
  17. 흄드 실리카 분체 50중량% 내지 90중량% 및 유리섬유 10중량% 내지 50중량%를 포함하는 1층 이상의 유리 섬유 보드; 및
    상기 유리섬유 보드를 삽입하는 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한항에 기재된 외피재를 포함하는
    진공단열재.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 유리섬유는 직경이 0.1㎛ 내지 20㎛인
    진공단열재.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 유리섬유 보드의 공극크기는 15㎛ 내지 30㎛이고, 공극률이 80% 내지 95%인
    진공단열재.
  20. 유리섬유를 85중량% 내지 100중량% 포함하는 1층 이상의 유리 섬유 보드;
    상기 유리섬유 보드에 부착 또는 삽입되는 게터제; 및
    상기 유리섬유 보드를 삽입하는 제 1항에 기재된 외피재를 포함하는
    진공단열재.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 게터재는 생석회 분말; 및
    Ba, Li, Zr, Co 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 합금을 포함하는
    진공단열재.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 합금 전체중량에 대해서 생석회 분말을 1중량% 내지 25중량% 포함하는
    진공단열재.
  23. 제 17항 또는 제 20항에 있어서,
    상기 진공단열재가 하나 이상의 관통홀을 포함하는
    진공단열재.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 관통홀이 다각형, 원, 타원 및 이들을 조합한 형상을 포함하는
    진공단열재.
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