KR20160069681A - 단열 창호프레임 - Google Patents

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KR20160069681A
KR20160069681A KR1020140175563A KR20140175563A KR20160069681A KR 20160069681 A KR20160069681 A KR 20160069681A KR 1020140175563 A KR1020140175563 A KR 1020140175563A KR 20140175563 A KR20140175563 A KR 20140175563A KR 20160069681 A KR20160069681 A KR 20160069681A
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Abstract

본 발명은 단열 창호프레임에 관한 것으로, 내, 외측프레임 사이에 측벽과, 측벽 사이를 연결하는 복수의 차단벽을 형성하고 있는 단열재를 구비함으로써, 내, 외측프레임으로 전달된 열기 또는 냉기가 정해진 간격 이격형성된 복수의 차단벽에 차단되어 실내의 열기 또는 냉기가 외부로 방출되거나 혹은 실외 열기 또는 냉기가 내부로 유입되는 것이 차단된다.
본 발명에 따르면, 내, 외측프레임에 전달된 열기 또는 냉기가 단열재의 복수의 차단벽에 의해 실외 공간으로 방출되거나 혹은 실내 공간으로 유입되는 것이 차단되고, 실내 온도가 항상 동일하게 유지되어 에너지 소비율이 저하되며, 이에 따라 실내 온도 유지비용이 절감되고, 제품의 신뢰도가 향상되는 장점이 있다.

Description

단열 창호프레임{Insulation wall frame}
본 발명은 창호프레임에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내, 외측프레임 사이에 복수의 차단벽을 갖는 단열재를 구비하여, 실내의 열기 또는 냉기가 외부로 방출되거나 혹은 실외 열기 또는 냉기가 내부로 유입되는 것을 차단하는 단열 창호프레임에 관한 것이다.
일반적으로, 빌딩 등과 같은 건축물의 벽체, 예를 들면 커튼월과 같은 비내력벽에는 벽체 프레임이 구비되고, 이 벽체 프레임은 바(Bar) 형상으로 길게 형성되어 벽체구조물(예컨대, 창호나 벽체의 외장 패널)을 지지한다.
여기서, 커튼월(Curtain Wall)이라 불리는 건물의 벽체에는 시야확보 및 태양광에 의한 실내 조명 기능을 하는 창호가 설치되고, 이 창호는 가로 또는 세로방향으로 길게 구비되는 벽체프레임에 의해 지지된다.
특허문헌 1은 종래의 커튼월을 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, 건물 내측에 위치되는 내측센터바와, 상기 내측센터바에서 정해진 간격 이격되어 건물 외부로 노출되게 설치되는 외측센터바 및 상기 내측센터바와 상기 외측센터바 사이에 설치되는 단열재로 구성된다.
이때, 상기 단열재는 상기 내, 외측센터 일 측면에서 연장형성된 연결파이프에 연결된다.
여기서, 상기 단열재는 속이 채워진 바 형상이다.
그리고, 상기 연결파이프 양 측면에는 제1패킹재를 밀착결합되고, 상기 내, 외측센터바 사이를 통해 창호를 밀어넣음으로써, 창호가 상기 제1패킹재 사이에 끼워져 상기 내, 외측센터바 사이에 고정되는 것이다.
상기와 같이 정해진 간격으로 일렬 배치된 센터프레임 사이로 창호를 밀어넣음으로써, 창호가 연속배치되어 건물 외벽을 이루는 것이다.
하지만, 상기와 같이 구성되는 커튼월은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째로, 외측센터바에 전달된 실외의 열기 또는 냉기가 단열재를 통해 실내 공간으로 유입되어 동절기에 실내 공기를 차게하거나 혹은 하절기에 실내 공기를 덥게 하고, 내측센터바에 전달된 실내의 열기 또는 냉기가 단열재를 통해 실외 공간으로 방출되어 실내 온도 유지비용이 상승되는 문제점이 있다.
둘째로, 연결파이프 상에 단열재 결합시 단열재를 연결파이프 일단에서 장방향으로 슬라이딩 결합해야 하는 번거로움이 있고, 단열재의 길이에 따라 연결파이프에 결합시 비교적 넓은장소에서 작업을 진행해야 하며, 내, 외측프레임의 연결파이프 미정렬시 단열재가 연결파이프에 슬라이딩 결합되지 않아 결합이 어려운 문제점이 있다.
셋째로, 단열재가 체결부재(예컨대, 못 또는 나사등)에 의해 고정되지 않아 고정력이 견고하지 못하고, 이에 따라 단열재가 내, 외측센터바 사이에서 이탈될 우려가 있다.
KR 10-2012-0052068 A
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 내, 외측프레임 사이에 측벽과, 측벽 사이를 연결하는 복수의 차단벽을 형성하고 있는 단열재를 구비함으로써, 내, 외측프레임으로 전달된 열기 또는 냉기가 정해진 간격 이격형성된 복수의 차단벽에 차단되어 실내의 열기 또는 냉기가 외부로 방출되거나 혹은 실외 열기 또는 냉기가 내부로 유입되는 것을 차단하는 단열 창호프레임을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 단열 창호프레임은, 건물 내부에 위치되도록 설치되는 내측프레임과; 상기 내측프레임에서 정해진 간격 이격되어 건물 외부로 노출되게 설치되는 외측프레임; 및 상기 내, 외측프레임 사이에 설치되어 상기 내, 외측프레임 사이로 창호가 끼워지도록 상기 내, 외측프레임 사이의 간격을 이격시키고, 상기 외측프레임에 전달되는 실외의 열기 혹은 냉기가 상기 내측프레임으로 전달되는 것을 방지하는 단열재;로 구성되는 단열 창호프레임에 있어서, 상기 내측프레임은 일 측면에 말단이 서로 마주보는 방향으로 굽어져 상기 단열재의 측벽 사이로 억지로 끼워지는 끼움걸림부가 형성되고, 상기 끼움걸림부 사이에 상기 끼움걸림부와 반대되는 방향으로 함몰형성되어 나사 또는 볼트의 진입을 안내하는 진입안내홈이 형성되며, 상기 단열재는 서로 마주보도록 대향되게 형성된 한 쌍의 측벽이 형성되고, 상기 측벽 말단에 상기 내측프레임의 끼움걸림부에 걸림 고정되는 걸림돌부가 형성되며, 상기 측벽 사이에 중앙부가 나사 또는 볼트의 통과 방향으로 정해진 각도로 굽어져 상기 측벽 사이를 연결하는 복수의 차단벽이 형성되며, 상기 측벽 일 측면에 슬라이딩 홈이 형성되어 있고, 상기 슬라이딩 홈에 가스켓이 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단열 창호프레임에 있어서, 상기 외측프레임은 일 측면에 상기 단열재의 측벽에 억지로 끼워지는 결합돌부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단열 창호프레임에 있어서, 상기 단열재는, (1) 폴리(메틸메타크릴레이트)수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리(비닐클로라이드), 폴리(비닐리덴클로라이드), 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 디알릴프탈레이트 수지, 디에틸렌 글리콜 비스알릴 카보네이트 수지, 아세톤 셀룰로오스 수지, 폴리올레핀 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 투명 수지; 및 (2) (a) 규소의 알콕시드 또는 할로겐화물, (b) 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 알콕시실란 및 (c) 규소 이외의 금속의 알콕시드 또는 할로겐화물을 가수분해하여 형성한 습윤 겔을 초임계 건조시켜 만든 에어로겔을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단열 창호프레임에 있어서, 상기 단열재는, 하기 화학식 7 또는 8로 표시되는 단열재료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 7]
Figure pat00001
[화학식 8]
Figure pat00002
본 발명에 따른 단열창호 프레임에 있어서, 상기 단열재는,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
및
Figure pat00005
을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단열창호 프레임에 있어서, 상기 단열재는,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
와
Figure pat00008
의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단열 창호프레임은, 내, 외측프레임에 전달된 열기 또는 냉기가 단열재의 복수의 차단벽에 의해 실외 공간으로 방출되거나 혹은 실내 공간으로 유입되는 것이 차단되고, 실내 온도가 항상 동일하게 유지되어 에너지 소비율이 저하되며, 이에 따라 실내 온도 유지비용이 절감되고, 제품의 신뢰도가 향상되는 장점이 있다.
본 발명에 따른 단열 창호프레임은, 내, 외측프레임의 걸림돌부 및 끼움걸림부를 단열재의 측벽 사이에 억지로 끼워넣어 내, 외측프레임과 단열재를 손쉽게 결합할 수 있고, 절곡형성된 차단벽 중앙부로 체결부재의 진입을 유도하여 체결부재를 단열재 중앙부로 손쉽게 관통시킬수 있으며, 단순 결합방식으로 현장 시공이 가능하고, 현장 작업으로 별도의 작업공간이 필요치 않으며, 미숙련자도 내, 외측프레임 사이에 단열재를 손쉽게 끼워넣어 작업시간이 단축되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 단열 창호프레임을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 단열 창호프레임을 평면에서 바라본 도면.
도 4는 본 발명에 따른 단열 창호프레임의 단열재가 실,내외 공기 순환을 차단하는 상태를 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 단열 창호프레임은 내측프레임(100), 외측프레임(200) 및 단열재(300)로 구성된다.
상기 내측프레임(100)은 건물 내부에 위치되도록 설치된다.
상기 내측프레임은 일 측면에 말단이 서로 마주보는 방향으로 굽어져 상기 단열재(300)의 측벽(310) 사이로 억지로 끼워지는 끼움걸림부(101)가 형성되고, 상기 끼움걸림부(101) 사이에 상기 끼움걸림부(101)와 반대되는 방향으로 함몰형성되어 나사 또는 볼트의 진입을 안내하는 진입안내홈(102)이 형성된다.
상기 끼움걸림부(101)는 상기 측벽(310)사이에 억지로 끼움고정되고, 상기 걸림돌부(311)와 체결되어 상기 단열재(300)가 이탈되는 것을 방지한다.
상기 끼움걸림부(101)는 상기 단열재(300)의 측벽(310)에 밀착되도록 서로 대향되어 한 쌍으로 형성된다.
상기 끼움걸림부(101)는 "ㄱ"자 구조로 굽어지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 외측프레임(200)은 상기 내측프레임(100)에서 정해진 간격 이격되어 건물 외부로 노출되게 설치된다.
상기 외측프레임(200)은 일 측면에 상기 단열재(300)의 측벽(310)에 억지로 끼워지는 결합돌부(201)가 형성된다.
상기 결합돌부(201)는 상기 단열재(300)의 측벽(310) 외면에 밀착되어 상기 단열재(300)를 고정한다.
상기 결합돌부(201)는 상기 단열재(300)의 측벽(310)에 밀착되도록 서로 대향되게 한 쌍으로 형성된다.
단열재(300)는 상기 내, 외측프레임(100,200) 사이에 설치되어 상기 내, 외측프레임(100,200) 사이로 창호(W)가 끼워지도록 상기 내, 외측프레임(100,200) 사이의 간격을 이격시키고, 상기 외측프레임(200)에 전달되는 실외의 열기 혹은 냉기가 상기 내측프레임(100)으로 전달되는 것을 방지한다.
서로 마주보도록 대향되게 형성된 한 쌍의 측벽(310)이 형성되어 있고, 상기 측벽(310) 사이에 길이방향을 따라 복수개 형성되어 상기 측벽(310) 사이를 연결하되, 상기 내측프레임(100)을 통해 열기 또는 냉기가 외부로 방출되거나 또는 상기 외측프레임(200)을 통해 열기 또는 냉기가 내부로 유입되는 것을 차단하는 차단벽(320)이 형성되어 있으며, 상기 차단벽(320)과 서로 대응되는 측벽(310)의 일 측면에 슬라이딩 홈(312)이 형성되어 있고, 상기 슬라이딩 홈(312)에 가스켓(313)이 결합된다.
상기 단열재(300)의 차단벽(320)은 중앙부가 체결부재(예컨대, 나사, 볼트 등)의 통과 방향을 따라 정해진 각도 굽어지게 형성된다.
상기 단열재(300)는 상기 측벽(310) 사이에 상기 차단벽(320)에 의해 구획되는 공간부(321)가 형성된다.
상기 공간부(321)는 상기 차단벽(320)을 사이에 두고 서로 대항되게 열기 또는 냉기를 잔류시켜, 실내 열기 또는 냉기가 외부로 방출되거나 혹은 실외 열기 또는 냉기가 내부로 유입되는 것을 차단한다.
상기 단열재(300)의 측벽(310) 말단에는 상기 내측프레임(200)의 끼움걸림부(101)에 걸려 고정되는 걸림돌부(311)가 형성된다.
상기 걸림돌부(311)는 상기 내측프레임(100)의 끼움걸림부(101)에 걸림 고정되어 상기 단열재(300)가 상기 내측프레임(100)에서 이탈되는 것을 방지한다.
상기 걸림돌부(311)는 말단이 상기 측벽(310) 방향으로 굽어지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 슬라이딩 홈(312)은 상기 단열재(300)의 길이방향을 따라 형성된다.
상기 단열재(300)는 석면, 유리, 섬유, 코르크, 규조토 및 발포플라스틱 중 어느 하나의 재질로 형성된다.
상기 가스켓(313)은 일단이 상기 슬라이딩 홈(312)에 슬라이딩 결합되고, 타단이 상기 창호(W)의 일단에 밀착되어 상기 단열재(300)와 상기 창호(W) 사이에 간섭을 방지함과 동시에 상기 내,외측프레임(100,200) 사이 공간을 구획한다.
상기 가스켓(313)은 탄성력을 갖는 고무재질인 것이 바람직하다.
상기 단열재(300)는, (1) 폴리(메틸메타크릴레이트)수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리(비닐클로라이드), 폴리(비닐리덴클로라이드), 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 디알릴프탈레이트 수지, 디에틸렌 글리콜 비스알릴 카보네이트 수지, 아세톤 셀룰로오스 수지, 폴리올레핀 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 투명 수지; 및 (2) (a) 규소의 알콕시드 또는 할로겐화물, (b) 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 알콕시실란 및 (c) 규소 이외의 금속의 알콕시드 또는 할로겐화물을 가수분해하여 형성한 습윤 겔을 초임계 건조시켜 만든 에어로겔을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00009
[화학식 2]
Figure pat00010
상기 화학식에서,
Figure pat00011
은 알킬기이고,
Figure pat00012
및
Figure pat00013
은 각각 독립적으로 알킬기, 에폭시기, 아미노기, 아크릴기, 비닐기, 메르캅토기 또는 페닐기이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 단열 창호프레임은 다음과 같이 사용된다.
먼저, 건물 내부에 정해진 간격 이격되게 복수의 내측프레임(100)을 설치하고, 이 내측프레임(100) 전방에 단열재(300)를 끼워 고정한다.
이때, 상기 단열재(300)의 측벽(310) 사이에 상기 내측프레임(100)의 끼움걸림부(101)가 억지로 끼워지도록 상기 단열재(300)를 상기 내측프레임(100)으로 밀어넣게 된다.
그러면, 상기 단열재(300)의 걸림돌부(311)가 상기 내측프레임(100)의 끼움걸림부(101)에 걸림 고정되어 상기 단열재(300)가 상기 내측프레임(100) 전방에 고정되는 것이다.
이후, 상기 단열재(300) 전방에 상기 외측프레임(200)이 위치되도록 하여 상기 외측프레임(200)을 상기 단열재(300)에 밀어넣게 된다.
이때, 상기 단열재(300)의 한 쌍의 측벽이 상기 외측프레임(200)의 결합돌부(201) 사이에 억지로 끼워져 상기 외측프레임(200)이 상기 단열재(300)에 고정된다.
그리고, 체결부재(미부호)를 상기 외측프레임(200)의 내측에서 상기 단열재(300)의 차단벽(320)으로 관통시켜 상기 내측프레임(100)에 고정시킴으로써, 상기 단열재(300)가 상기 내,외측프레임(100,200) 사이에 견고하게 고정된다.
이때, 중앙부가 내측프레임(100) 방향으로 굽어지게 형성된 상기 차단벽(320)이 체결부재의 진입방향을 유도함으로써, 체결부재가 상기 차단벽(320)의 중앙부로 관통된다.
또한, 복수의 차단벽(320)을 관통한 체결부재의 말단은 상기 내측프레임(100)의 진입안내홈(102)으로 진입되어 고정된다.
이어서, 상기 측벽(310)의 슬라이딩 홈(312)을 통해 가스켓(313)을 슬라이딩 결합하여 상기 가스켓(313) 말단이 상기 슬라이딩 홈(312) 외부로 노출되도록 한다.
상기와 같이 고정된 상기 외측프레임(200)이 건물 외부로 노출되되, 상기 내측프레임(100)이 건물 내부로 노출되도록 설치하고, 그 사이의 공간을 통해 창호(W)를 밀어넣어 고정시킴으로써, 상기 창호(W)의 말단이 상기 내,외측프레임(100,200) 사이로 진입된 상태에서 상기 가스켓(313) 말단에 밀착되어 건물 외벽을 이루는 커튼월(Curtain Wall)이 형성되는 것이다.
상기에서는 내측프레임(100)에 단열재(300)를 끼워 고정하고, 그 상태에서 상기 단열재(300) 전방에 외측프레임(200)을 끼우되, 슬라이딩 홈(312)에 가스켓(313)을 결합하여 상기 내, 외측프레임(100,200) 사이로 창호(W)를 밀어넣는 것을 예로 들어 설명하였지만, 이 순서는 작업자에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 4를 참조하면, 이와 같이 형성된 커튼윌은 하절기의 경우, 상기 외측프레임(200)이 실외의 열기를 전달받게 되고, 이 열기는 상기 단열재(300)의 차단벽(320)을 두고 바깥쪽에 위치된 상기 공간부(321)에 잔류된 상태로 유지된다.
그리고, 건물 내부에 설치된 상기 내측프레임(100)은 에어컨 등에 의해 냉각 상태를 유지하는 내부 공기에 의해 냉기를 전달받고, 이 냉기를 상기 단열재(300)의 차단벽(320)을 두고 안쪽에 위치된 상기 공간부(321)로 전달하여 상기 공간부(321)에 냉기가 잔류된 상태로 유지된다.
이때, 상기 단열재(300)의 차단벽(320)을 두고 바깥쪽에 위치된 상기 공간부(321)에 열기가 잔류되고, 안쪽에 위치된 상기 공간부(321)에 냉기가 잔류됨으로써, 실외 열기가 상기 차단벽(320) 및 냉기에 차단되어 건물 내부로 유입되는 것이 방지되고, 실내 냉기가 상기 차단벽(320) 및 열기에 차단되어 건물 외부로 방출되는 것이 방지되는 것이다.
한편, 상기 단열재(300)의 측벽(310)과 창호(W) 사이의 공간은 상기 가스켓(313)에 의해 구획되고, 이 공간에 상기 외측프레임(200)으로 전달된 열기와 내측프레임(100)을 통해 전달된 냉기가 잔류하게 된다.
그러면, 상기 가스켓(313)에 의해 구획된 공간 상에 공존하는 냉기 및 열기가 서로 혼합되어 정해진 온도로 형성되고, 이 정해진 온도의 공기가 내, 외측프레임(100,200)을 통해 상기 실, 내외로 전달되는 냉기 및 열기의 흐름을 차단하여, 실, 내외의 냉기 및 열기가 건물 외부로 방출되거나 혹은 건물 내부로 유입되는 것이 방지된다.
또한, 상기 창호(W)에 충격이 가해져 상기 창호(W)가 상기 단열재(300)에 근접되면, 탄성력을 갖는 상기 가스켓(313)이 상기 창호(W)를 밀어내어 상기 창호(W)가 상기 단열재(300)에 충돌되거나 혹은 상기 단열재(300)에 충격을 가하는 것이 방지된다.
반면, 동절기의 경우에는, 상기와 동일한 원리에 의해 실외의 냉기가 건물 내부로 유입되는 것이 차단되고, 실내의 열기가 건물 외부로 방출되는 것이 방지된다.
특히, 상기의 내, 외측프레임(100,200) 사이에 설치되는 단열재(300)는, 베이스 수지 및 에어로겔을 필수적으로 포함하고, 선택적으로 각종 첨가제들을 1종 이상 포함할 수 있다.
베이스 수지는 투명 수지인 것이 바람직하다. 투명 수지는 총 가시광선 투과도가 적어도 70% 이상, 바람직하게는 85% 이상인 수지를 의미할 수 있다.
투명 수지로는 폴리(메틸메타크릴레이트)수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리(비닐클로라이드)(PVC), 폴리(비닐리덴클로라이드), 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 디알릴프탈레이트 수지, 디에틸렌 글리콜 비스알릴 카보네이트 수지, 아세톤 셀룰로오스 수지, 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등) 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체(ABS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 폴리염화비닐 수지는 폴리염화비닐 단독 또는 공중합체를 포함하는 PVC계 수지를 의미할 수 있다. 공중합체의 경우, 폴리염화비닐과 공중합할 수 있는 단량체를 원료로 하여 현탁중합, 괴상중합, 유화중합 또는 미세현탁중합에 의하여 제조될 수 있다. 공중합시 폴리염화비닐은 PVC의 특성을 유지하도록 70 중량% 이상 사용될 수 있다. 폴리염화비닐 단량체와 공중합할 수 있는 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, 알파-시아노아크릴산, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 시아노에틸아크릴레이트, 비닐아세테이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 메틸아크릴아마이드, N-메틸오아크릴아마이드, N-부톡시메타크릴아마이드, 에틸비닐에테르, 클로로에틸비닐에테르, 알파-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 클로로스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐리덴클로라이드, 비닐브로마이드, 비닐클로로아세테이트, 비닐아세테이트, 비닐피리딘 및 메틸비닐케톤로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다. 폴리염화비닐 수지의 중합도 100 내지 3,000일 수 있고, 입자 크기가 50 내지 300 ㎛일 수 있다.
본 발명에 따른 단열재(300)는 특정 에어로겔(aerogel)을 포함하여 단열성, 내습성 및 기계적 강도 등이 우수한 것을 특징으로 한다. 에어로겔은 본 발명에 따른 단열재(300)에서 주 단열재료로 사용될 수 있다.
에어로겔은 금속의 알콕시드나 할로겐화물, 혹은 유기 화합물을 가수분해나 중합 등의 방법으로 겔화시켜 알코겔(alcogel)을 생성하고, 생성된 알코겔 중의 유기상을 알코올이나 탄산 가스 등의 용매로 치환하고, 또한 겔 중에 포함되는 용매를 초임계 상태로 하여 겔 외부로 뽑아냄으로써 얻을 수 있는 물질로서, 미세한 입자의 집합체를 골격으로 하는 다공질체이다.
그러나, 에어로겔은 흡습성이 높고, 기계적 강도가 낮아 무르다는 결점이 있다. 에어로겔의 흡습성이 높은 것은 에어로겔의 골격이 되는 입자의 표면에 다량으로 존재하는 실라놀기가 수분을 흡착하기 쉽기 때문이다. 또한, 에어로겔이 무른 것은 에어로겔의 골격을 형성하는 -O-Si-O- 결합이 비교적 약하기 때문이다.
본 발명에서는 흡습성이 낮고 기계적 강도가 우수한 에어로겔을 얻기 위해, 열심히 연구를 거듭한 결과, (a) 규소의 알콕시드 또는 할로겐화물, (b) 알콕시실란 및 (c) 규소 이외의 금속의 알콕시드 또는 할로겐화물을 가수분해하여 형성한 습윤 알코겔을 초임계 건조시켜 만든 에어로겔에 있어서, 알콕시실란으로서 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 사용함으로써, 흡습성이 낮고 기계적 강도가 우수한 에어로겔을 얻을 수 있었다.
[화학식 1]
R2Si(OR1)3
[화학식 2]
R2R3Si(OR1)2
상기 화학식에서, R1은 알킬기이고, R2 및 R3은 각각 독립적으로 알킬기, 에폭시기, 아미노기, 아크릴기, 비닐기, 메르캅토기 또는 페닐기이다. 알킬기, 에폭시기, 아크릴기, 비닐기, 페닐기 등의 치환기에서 탄소수는 1 내지 20개일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 에어로겔은 특정 알콕시실란을 첨가함으로써, 다공질체의 골격 중에 알콕시실란의 알킬기나 에폭시기, 아미노기, 아크릴기, 메르캅토기, 페닐기와 같은 소수성의 관능기를 도입함과 동시에, 친수성을 갖는 실라놀 기의 양이 상대적으로 감소하여 내수성을 향상시킬 수 있다. 또한, 다공질체의 골격의 일부에, -O-Si-O-의 결합보다 강한 결합력을 갖는 -O-M-O-(M는 금속)의 결합을 도입함으로써, 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 규소의 알콕시드로는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 사용할 수 있고, 규소의 할로겐화물로는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Si(OR1)4
[화학식 4]
SiX4
상기 화학식에서, R1은 알킬기이고, X는 할로겐기이다.
구체적인 규소의 알콕시드 화합물로는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라n-프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라부톡시실란류 등의 4관능 알콕시드 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 규소의 할로겐화물로는 사염화규소 등을 사용할 수 있다.
알콕시실란으로는 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있는데, 구체적으로는 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란,β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필메틸트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란, γ-클로로프로필메틸디에톡시실란 등을 사용할 수 있다.
규소 이외의 금속 알콕시드로는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 사용할 수 있고, 규소 이외의 금속 할로겐화물로는 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 5]
M(OR1)x
[화학식 6]
MXX
상기 화학식에서 M은 금속이고, x는 1 이상의 정수이다.
상기 금속(M)으로는 티탄, 지르코늄, 주석, 게르마늄, 알루미늄, 이트륨, 철, 붕소, 납, 마그네슘, 아연, 바륨 등의 다가 금속이 바람직하다.
구체적으로는, 티탄계 알콕시드 화합물로는 테트라메톡시 티탄, 테트라에톡시 티탄, 테트라n-프로폭시 티탄, 테트라이소프로폭시 티탄, 테트라부톡시 티탄 등을 사용할 수 있다.
지르코늄계 알콕시드 화합물로는 테트라메톡시 지르코늄, 테트라에톡시 지르코늄, 테트라이소프로폭시 지르코늄, 테트라부톡시 지르코늄 등을 사용할 수 있다.
주석계 알콕시드 화합물로는 테트라메톡시 주석, 테트라에톡시 주석, 테트라이소프로폭시 주석, 테트라부톡시 주석 등을 사용할 수 있다.
게르마늄계 알콕시드 화합물로는 테트라메톡시 게르마늄, 테트라에톡시 게르마늄, 테트라이소프로폭시 게르마늄, 테트라부톡시 게르마늄 등을 사용할 수 있다.
알루미늄계 알콕시드 화합물로는 알루미늄 트리메톡시드, 알루미늄 트리에톡시드, 알루미늄 트리n-프로폭시드, 알루미늄 트리이소프로폭시드, 알루미늄 트리n-부톡시드, 모노메톡시 알루미늄 디에톡시드, 모노에톡시 알루미늄 디이소프로폭사이드, 모노이소프로폭시 알루미늄 디sec-부톡시드, 디메톡시 알루미늄 모노에톡시드, 디에톡시 알루미늄 모노이소프로폭시드 등을 사용할 수 있다.
이트륨계 알콕시드 화합물로는 트리메톡시 이트륨, 트리에톡시 이트륨, 트리이소프로폭시 이트륨, 트리부톡시 이트륨 등을 사용할 수 있다.
철계 알콕시드 화합물로는 트리메톡시 철, 트리에톡시 철, 트리이소프로폭시 철, 디메톡시메틸 철, 디에톡시이소프로필 철 등을 사용할 수 있다.
붕소계 알콕시드 화합물로는 트리메톡시 보론, 트리에톡시 보론, 트리이소프로폭시 보론, 디메톡시메틸 보론, 디에톡시이소프로필 보론, 디메톡시페닐 보론 등을 사용할 수 있다.
납계 알콕시드 화합물로는 디메톡시 납, 디에톡시 납, 디이소프로폭시 납 등을 사용할 수 있다.
마그네슘계 알콕시드 화합물로는 디메톡시 마그네슘, 디에톡시 마그네슘, 디이소프로폭시 마그네슘 등을 사용할 수 있다.
아연계 알콕시드 화합물로는 디메톡시 아연, 디에톡시 아연, 디이소프로폭시 아연 등을 사용할 수 있다.
바륨계 알콕시드 화합물로는 디메톡시 바륨, 디에톡시 바륨, 디이소프로폭시 바륨 등을 사용할 수 있다.
이들 금속 알콕시드 화합물은 단독으로도, 또한 혼합물으로도 사용될 수 있다.
금속 할로겐화물로는 사염화 티탄, 사염화 지르코늄, 염화 주석, 사염화 게르마늄, 염화 알루미늄, 염화 이트륨, 염화 철, 염화 붕소, 염화 납, 염화 마그네슘, 염화 아연, 염화 바륨 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 에어로겔의 제조방법에 대해 설명하면, 먼저 규소의 알콕시드 또는 할로겐화물을 알코올로 희석한다. 알코올로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등을 사용할 수 있다. 그리고, 이 혼합액에 알콕시실란을 첨가하고, 물을 더해 가수분해한다. 이때, 필요에 따라 촉매를 첨가할 수 있다.
촉매로는 염기성 촉매나 산성 촉매 등을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 염기성 촉매로는 암모니아, 피페리딘 등을 사용할 수 있고, 산성 촉매로는 염산, 황산, 초산, 구연산, 불화 암모늄 등을 사용할 수 있다. 또한, 규소 이외의 금속의 알콕시드 또는 할로겐화물은 가수분해 도중에 첨가되어 상기 화합물과 함께 겔화될 수 있다.
이들 화합물의 배합 비율은 선택되는 화합물의 종류, 혹은 생성되는 에어로겔의 물성치(예를 들면, 수분 흡수량이나 기계적 강도 등)의 요구 정도 등에 의해 다르지만, 대체로 규소의 알콕시드 또는 할로겐화물, 알콕시실란 및 규소 이외의 금속의 알콕시드 또는 할로겐화물의 총량에 대해 알콕시실란은 1 내지 20 mol%, 규소 이외의 금속의 알콕시드 또는 할로겐화물은 0.1 내지 10 mol% 정도가 바람직하다. 이들의 혼합물은 알코올에 의해 농도 10 내지 40 wt% 정도의 용액이 되도록 희석되는 것이 바람직하다. 또한, 물의 양은 가수분해에 필요한 이론량의 1 내지 5배가 바람직하고, 충분한 수량으로 가수분해를 실시한다.
가수분해에 의해 생성된 겔을 알코올 안에 담가 에이징한 후, 초임계 건조함으로써 에어로겔을 얻을 수 있다. 초임계 건조에 사용되는 유체로는 플루오로 클로로 탄소류, 탄산 가스, 메탄, 암모니아, 이산화유황, 산화 질소, 질소 가스, 물, 알코올류 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 단열재(300)에서 상기 에어로겔의 배합량은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 베이스 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 500 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 단열재(300)에 사용되는 첨가제로는 단열재료, 가공조제, 충격보강제, 안료, 충진제, 활제, 산화방지제, 자외선 방지제, 안정제 등으로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
가공조제로는 아크릴레이트, 메타아크릴레이트, 아크릴로나이트릴계 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 가공조제의 함량은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부인 것이 바람직하다.
충격보강제로는 아크릴계, 염소화 폴리에틸렌계 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 충격보강제의 함량은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부인 것이 바람직하다.
안료로는 이산화 티타늄 등을 사용할 수 있다. 이산화 티타늄은 흰색 안료 역할과 함께 창호의 내후성을 보완하는 역할도 한다. 안료의 함량은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부인 것이 바람직하다.
충진제로는 탄산칼슘 등을 사용할 수 있다. 탄산칼슘은 내충격성을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 충진제의 함량은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 10 내지 30 중량부인 것이 바람직하다.
활제로는 몬탄 왁스(montan wax), 지방산 에스테르, 트리글리세라이드 또는 이들의 부분 에스테르, 글리세린 에스테르, 폴리에틸렌 왁스, 파라핀 왁스, 금속비누계 윤활제, 아마이드계 윤활제 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 활제의 함량은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부인 것이 바람직하다.
산화방지제 및/또는 자외선방지제는 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀, 2,6-디-벤질-4-메틸페놀, 스테아릴 3-(3-5-디-tert-부틸-4'--히드록시페닐)프로피오네이트, 4,4'-티오비스-(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 4-노닐페놀, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 2,5-디-tert-부틸-히드로퀴논, 4,4',4"-(1-메틸-1-프로파닐-3-일리덴)-트리스-2-(1,1-디메틸에틸)-5-메틸페놀, 비스(2.4-디-tert-부틸페닐)펜타에라트리톨 디포스레이트, 테트라키스메틸렌 메탄, 트리스포스페이트 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 산화방지제 및/또는 자외선방지제의 함량은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부인 것이 바람직하다.
안정제로는 Ca/Zn계, Cd/Ba/Zn계, Cd/Ba계, Ba/Zn계, Na/Zn계, Sn계, Pb계, Cd계, Zn계, 징크 옥토에이트, 징크 카프릴레이트, 칼슘 아세틸 아세토네이트, THEIC(Tris-Hydroxy EthylIso-Cyanurate), 1,3-디케톤 화합물, 디하이드로-피리딘, 폴리올, 이소시아누레이트, 아미노산 유도체, 인산의 유기 에스테르, 에폭시 화합물, 퍼클로레이트 및 과산(superacid)의 염 등을 1종 이상 사용할 수 있다. 안정제의 함량은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부인 것이 바람직하다.
이뿐 아니라, 기타 무기충진제, 염료, 안료, 정전기방지제, 표면처리제, 발포제, 충격강화제 등을 같이 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 페로브스카이트(Perovskite) 구조를 갖는 특정 단열재료를 사용함으로써, 단열성을 극대화할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 단열재료는 하기 화학식 7 또는 8로 표시되는 것일 수 있다. 이러한 재료는 본 발명에 따른 단열재(300)에서 보조 단열재료로서 사용될 수 있다.
[화학식 7]
A1+r(B'1/3+xB''2/3+y)O3+z
[화학식 8]
A1+r(C'1/2+xC''1/2+y)O3+z
상기 화학식에서, A는 Ba, Sr, Ca, Be로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, B'는 Mg, Ca, Sr, Ba, Be로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, B''는 Ta, Nb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, C'는 Al, La, Nd, Gd, Er, Lu, Dy, Tb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, 그리고 C''는 Ta, Nb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, r, x , y, z는 각각 독립적으로 ―0.1＜r, x , y, z＜0.1이다.
본 발명의 단열재료는 바람직하게는 8×10-6/K보다 큰 열팽창계수를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 단열재료는 1350℃ 이상까지의 높은 상 안정성을 가질 수 있다. 이들 페로브스카이트의 열전도성은 3 W/m/K보다 작으므로, 단열재료로 사용하는데 특히 유리하다. 또한, 본 발명의 단열재료의 융점은 일반적으로 2000℃ 이상이며, 일부는 2500℃ 이상일 수 있다. 이들의 모든 성질은 상술한 재료를 단열재료로서 사용하는데 매우 적합하다는 것을 나타낸다.
상술한 단열재료 중에서 특히 바람직한 것은 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3이다. 또한, Sr(Al1/2Ta1/2)O3, Ca(Al1/2Nb1/2)O3, Sr(Sr1/3Ta2/3)O3, Sr(La1/2Ta1/2)O3 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 이들의 재료는 약 3000℃의 융점을 갖는다.
본 발명에 따른 단열재(300)에서 상기 화학식 7 또는 8로 표시되는 단열재료의 배합량은 예를 들어 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 30 중량부일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 CaH2O2, Na3O4P 및 NH3을 사용함으로써, 강력한 단열 작용을 부여할 수 있다. 또한, 백색 또는 엷은 색의 안료를 첨가함에 의해서도 반사율로 충분한 차열 성능과 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 첨가성분들이 용해하여 널리 퍼져 전체적으로 단열 작용을 하기 때문에 종래의 성능을 훨씬 더 개선할 수 있다. 이러한 재료는 본 발명에 따른 단열재(300)에서 보조 단열재료로서 사용될 수 있다.
본 발명에서 CaH2O2는 Na3O4P를 첨가함으로써 그 성분의 약 30 wt%가 용해되지만, NH3을 첨가함으로써 100 wt% 용해될 수 있다. CaH2O2에는 강력한 단열 효과가 있는데, 이것을 완전하게 용해할 수 있기 때문에, 조성물에 용이하게 혼합하는 것이 가능하다.
본 발명의 첨가성분들은 소재 자체의 단열 성능이 우수하기 때문에, 차열 기능을 차단했을 경우에도 단열 성능을 발휘할 수 있고, 예를 들면 진한 색으로 하거나 반사율을 내리거나 다른 소재로 덮어씌운 상태여도, 단열 성능을 발휘할 수 있다.
본 발명에서 CaH2O2를 얻기 위한 배합률은 Ca(OH)2 75 중량% 이하, CaO 23 중량% 이하, CO2 0.95% 이하, SiO2 0.15% 이하, Al2O3 0.10% 이하, Fe2O3 0.2% 이하, MgO 0.60% 이하로 조성된 CaH2O2이다.
CaH2O2는 농업에서는 토양의 개량에 사용되고, 공업에서는 방청제로서 사용되며, 그 외에 그라운드의 라인이나 식품 첨가 등에 폭넓게 사용되고 있다. 본 발명은 이들 본래의 용도 이외에 성질적으로 내화성과 내열성이 우수하고 소재 자체가 열을 흡수하기 어려운 것에 주목하였다. 그리고 시트 제조용 조성물에 응용하기 위하여 완전하게 용해시킨 상태로 만들 수 있었다. 그러나, 현재까지 CaH2O2를 단열재로서 응용한 예는 찾아볼 수 없었다.
CaH2O2가 단열재료로서 실용화되지 못한 이유로는, CaH2O2가 물에 소량 밖에 용해되지 않는 것, 입상이 되어 버려 조성물과의 조합에는 적합하지 않은 것, 녹지 않은 상태로 단열 효과를 발휘하기 위한 양이 다량으로 필요하게 되어 강도 등의 물성이 저하되는 것 등을 생각할 수 있다. 그러나, Na3O4P를 0.7 내지 2 중량% 정도, NH3을 0.9 중량% 이하로 첨가함으로써, CaH2O2는 완전하게 용해되고, 투명한 상태로 순도가 높은 수용액이 될 수 있다. Na3O4P의 배합량은 0.7 내지 2 중량%인 것이 안정적이며, 상기 범위를 벗어날 경우 효과가 없다. NH3은 0.9 중량%를 초과할 경우 조성물이 변질될 수 있으므로 상기 범위로 충분하다.
본 발명에 따른 단열재(300)에서 CaH2O2, Na3O4P 및 NH3의 첨가량 합계는 베이스 수지 100 중량부에 대하여 3 내지 30 중량부인 것이 바람직하다. 이러한 배합 범위 내에서 가장 안정된 단열 기능을 발휘할 수 있다. 상기 성분들의 첨가량이 너무 적을 경우 단열 성능의 개선을 기대할 수 없고, 반대로 너무 많은 경우에는 단열 성능의 개선 정도가 더 이상 좋아지지 않고 다른 물성의 저하를 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 단열재(300)에는 상기 범위 내의 배합이 바람직하다. 단열 성분이 용해되기 때문에 배합 자체는 용이하다.
또한, 본 발명에서는 단열 필러로서 LaB6 및/또는 SnO2와 Sb2O5를 사용함으로써, 내후성 및 단열성 등의 물성을 개선할 수 있다. 이러한 재료는 본 발명에 따른 단열재(300)에서 보조 단열재료로서 사용될 수 있다.
본 발명에서는 단열 필러로서 근적외선을 효율적으로 차폐하고 우수한 단열성을 부여할 수 있는 LaB6(육붕화란탄) 및 안티몬 첨가 산화주석(SnO2＋Sb2O5, 이하 ATO로 약기한다) 중에서 선택되는 1종을 이용하거나 2종을 병용할 수 있다.
태양광선의 단열에 있어서는, 약 780 내지 2100 nm의 근적외선을 선택적으로 효율적으로 차폐 또는 흡수함으로써 단열성에 기여할 수 있다. 또한, 320 nm 이하의 자외선 파장 영역을 차폐하는 것도 바람직하다.
LaB6 미립자의 스펙트럼을 살펴보면, 파장 1000 nm 부근에서 큰 흡수 피크를 갖기 때문에, 근적외선을 효율적으로 흡수하거나 차폐하여 태양광선의 열에너지를 효율적으로 차단할 수 있다. 또한, 파장 320 nm 이하의 자외선의 흡수성은 시트 제조용 조성물 중 LaB6 미립자의 첨가량을 조절함으로써 제어할 수 있다. 이와 같이, LaB6 미립자를 필러로 하는 본 발명의 단열 자재는 태양광선의 근적외선 영역을 효율적으로 흡수 또는 차폐하여 단열 특성을 부여할 수 있으며, 파장 320 nm 이하의 자외선 영역을 흡수하는 특징도 가질 수 있다.
자외선 영역의 흡수율에 대해 제어가 필요한 경우에는, 자외선 차폐용의 무기 재료, 유기 재료, 유기 무기복합재료, 예를 들면 산화세륨, 산화티탄, 산화 지르코늄, 산화아연, 벤조페논계 자외선 흡수제 등을 목적에 맞추어 첨가할 수 있다. 또한, 상기 무기 재료계 자외선 흡수제는 자외선을 흡수했을 때 표면에 전자와 홀이 발생하고, 이로 인해 수지 조성물을 열화시킬 가능성이 있기 때문에, 그 표면을 피막 처리하는 것이 바람직하다. 표면 피막 처리로는 각종 커플링제, 표면 개질제, 졸겔 실리케이트 등을 사용할 수 있다.
ATO 미립자의 스펙트럼을 살펴보면, 파장 800 nm 이상의 근적외선 영역에 흡수 피크를 갖기 때문에 높은 단열 효과를 얻을 수 있으며, 파장 320 nm 이하의 자외선 영역에 있어서도 차폐할 수 있다. 이 ATO에 대해서도, LaB6과 마찬기로, 자외선 영역의 흡수율을 제어하기 위해, 자외선 차폐용의 무기 재료, 유기 재료, 유기 무기 복합재료를 첨가할 수 있고, 무기 재료계 자외선 흡수제에 대해서는 수지의 열화 방지를 위해 표면 피막 처리를 할 수 있다. 이와 같이, ATO 미립자를 단열 필러로 하는 본 발명의 단열 자재는 근적외선 영역의 흡수 또는 차폐에 의해 높은 단열 효과를 가질 수 있고, 자외선 영역의 흡수도 겸비하고 있다.
단열 필러로서 LaB6 및 ATO를 병용하는 것도 가능하고, 두 필러를 함께 사용함으로써 더욱 유효한 단열 특성을 얻을 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, LaB6은 파장 1000 nm 부근에서 큰 흡수 피크를 갖고, ATO는 800 nm 이상의 파장영역에서 서서히 흡수가 증가하므로, 양쪽 모두의 미립자를 시트 제조용 조성물에 분산시킴으로써, 어느 한쪽만을 이용하는 경우에 비해 근적외선 영역의 흡수 또는 차폐효과가 한층 커져서, 더욱 높은 단열 특성을 얻을 수 있다.
LaB6 및/또는 ATO 미립자를 단열 필러로 하는 본 발명의 단열 자재는 무기 재료이기 때문에, 유기계 재료와 비교하여 높은 내후성을 얻을 수 있고, 통상 옥외에 노출되어 있는 창호용 단열 자재로서 특별히 우수하다.
단열 필러의 입자 지름(응집 입자도 포함)은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 10 nm 내지 10 ㎛일 수 있다. 단열 필러의 입자 지름을 제어하는 방법은 다양하고, 입자 지름을 작게 하는 경우에는 볼밀, 샌드밀, 초음파 처리, 충돌 분쇄, pH 제어 등의 방법을 사용할 수 있다. 특히, 입자 지름 200 nm 이하의 미립자를 분산시킬 경우에는, 각종의 커플링제, 분산제, 계면활성제를 사용하면 안정된 상태로 분산시킬 수 있고, 처리 후의 분산 입자도 안정적으로 유지할 수 있다.
단열 필러인 LaB6 및/또는 ATO 미립자를 수지 조성물에 혼합하는 경우, 필요에 따라 상기 방법으로 미립자의 입자 지름을 제어할 수 있다. 또한, LaB6 및 ATO의 미립자는 열적으로도 안정하기 때문에, 각종 수지의 융점 부근의 온도(100 내지 300℃ 전후)에서도 혼련할 수 있다.
LaB6 및/또는 ATO 미립자의 양은 혼련 및 성형시의 작업성 등을 고려하면, 일반적으로 베이스 수지 100 중량부에 50 중량부 이하인 것이 바람직하다. 단열 필러의 함유량은 창호의 규격 및 목적하는 단열 특성에 따라 변경될 수 있다.
LaB6은 단위 중량에서의 단열 효율이 높기 때문에, 면적 1 ㎡ 당의 함유량이 0.01 g 이상이면 유효한 단열 효과를 얻을 수 있다. 또한, 1 g/㎡에서는 약 90%의 태양광선의 열에너지를 흡수 또는 차폐할 수 있고, 여름철의 단열에는 충분한 효과를 얻을 수 있으며, 겨울철의 보온 효과를 고려할 경우 더 이상의 첨가는 바람직하지 않다. 따라서, LaB6의 함유량은 0.01 내지 1 g/㎡의 범위로 하는 것이 바람직하다.
ATO의 경우에는, 면적 1 ㎡ 당 약 3 g의 함유량으로, 30% 정도의 태양광선의 열에너지를 흡수 또는 차폐할 수 있다. 일반적으로는, 1 g/㎡ 미만에서는 단열 효과가 충분하지 않으며, 50 g/㎡를 넘으면 비용이 높아지고 가공이 곤란해지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, ATO의 함유량은 1 내지 50 g/㎡의 범위인 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1. 에어로겔의 제조
테트라에톡시실란 16.0 g과 γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 2.0 g을 에탄올 50.0 g에 첨가하고 잘 교반하였다. 여기에 물 9.0 g, 암모니아수(1.0 mol/l) 1.0 g, 불화 암모늄수(0.1 mol/l) 1.0 g으로 이루어진 수용액을 첨가하였다. 상기 혼합액이 적당히 가수분해했을 때, 티타늄 테트라 n-부톡시드 0.5 g을 첨가하고 교반한 후, 추가로 초음파에 의해 균일하게 분산시켰다. 그 다음에, 유리 샬레로 옮기고 온도 25℃로 정치하여 겔화시켰다. 생성된 알코겔을 꺼낸 후 에탄올 안에 담가 양생하였다. 여기서 양생과 동시에 알코겔 중의 수분을 확산시키기 위해서, 에탄올 중에 분자체를 투입하였다. 그리고, 알코겔 중의 수분이 0.2 wt% 이하가 된 후에, 알코겔을 탈수된 초산 이소펜틸 중에 담가, 알코겔 중의 알코올을 초산 이소펜틸로 치환하였다. 이렇게 처리한 알코겔을 임계점 건조기 안에 정치하고 장치를 밀폐시켰다. 이 안에 이산화탄소를 도입하여 가압 액화시키고, 초산 이소펜틸을 이산화탄소 중에 확산시켜 이산화탄소와 함께 임계점 건조기 외로 배출하였다. 초산 이소펜틸의 배출이 끝난 후, 임계점 건조기를 밀폐하고 가열함과 동시에 가압함으로써, 온도 및 압력을 이산화탄소의 임계점 이상으로 하였다. 그 후, 압력과 온도를 내려 상압과 상온으로 되돌리고 나서 에어로겔을 꺼냈다. 이와 같이 제작한 에어로겔의 내습성을 비교하기 위해서, 온도 40℃, 습도 80%의 환경에서 48시간 정치하고 수분의 흡습 양을 측정했는데, 규소만으로 이루어진 에어로겔의 1/3 이하였다. 또한, 에어로겔의 강도로서 압축 응력을 측정했는데, 25% 압축시의 왜응력은 규소만으로 이루어진 에어로겔의 약 4배였다.
2. 에어로겔 시트의 제조
PVC(중합도 1000) 100 중량부를 기준으로, 가공조제(메타크릴산 메틸 에스테르-부틸-2-프로펜산-에틸벤젠 중합체) 1 중량부, 충격보강제(염소화 폴리에틸렌) 8 중량부, 활제(1,2-벤젠디카르복시산 디알킬 에스터) 0.5 중량부, 무독 금속 비누계 화합물(징크 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트) 2 중량부, 유기안정제(트리스-히드록시에틸 이소시아누레이트) 0.2 중량부, 산화 및 자외선방지제(테트라키스메틸렌 메탄, 트리스포스페이트) 0.1 중량부, 무기금속계 무기안정제(금속옥사이드 또는 하이드록사이드계 무기물 100 중량부에 아연 10 중량부를 코팅한 안정제) 1 중량부, 보조안정제(디벤조일 메탄) 0.2 중량부, 그리고 상기에서 제조한 에어로겔 50 중량부를 혼합하여 단열재 제조에 사용되는 조성물을 제조하였다. 다음, 상기에서 제조한 조성물을 믹서에 투입하여 균일하게 혼련한 후, 캘린더링을 통해 두께 10 mm의 투명 단열재를 제조하였다.
[실시예 2]
에어로겔을 다음과 같이 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 단열재(300)를 제조하였다.
테트라메톡시실란 14.0 g과 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 3.0 g을 메탄올 55.0 g에 첨가하고 잘 교반하였다. 여기에, 물 8.0 g과 암모니아수(1.0 mol/l) 1.0 g을 혼합한 수용액을 첨가하였다. 이 혼합액이 적당히 가수분해했을 때, 알루미늄 트리sec-부톡시드 0.3 g을 첨가하고 교반한 후, 추가로 초음파에 의해 균일하게 분산시켰다. 그 다음에, 유리 샬레로 옮기고 온도 25℃로 정치하여 겔화시킨 후, 메탄올 안에 담가 양생하였다. 그 다음에, 임계점 건조기에 메탄올을 충전하고 알코겔을 정치한 후 임계점 건조기를 밀폐시켰다. 그리고, 임계점 건조기 중에 질소 가스를 봉입하고 약 70 kg/㎠로 가압한 후 장치를 1시간에 15℃의 비율로 280℃까지 승온하였다. 이때, 235℃까지는 압력밸브를 조절하여 압력을 80 kg/㎠로 유지하였다. 그리고, 장치의 온도가 235℃가 된 시점에서 압력밸브를 닫아 용기를 밀폐시킨 후, 메탄올이 임계 상태가 될 때까지 승온과 승압을 실시하였다. 임계 상태를 약 2시간 유지한 후, 임계 온도 이상으로 유지한 채로 서서히 감압하여 상압으로 돌아왔을 때 장치를 냉각하여 에어로겔을 꺼냈다. 이렇게 제작한 에어로겔을 온도 40℃, 습도 80%의 환경에서 48시간 정치하고 수분의 흡습 양을 측정했는데, 규소만으로 이루어진 에어로겔의 1/3 이하였다. 또한, 에어로겔의 강도로서 압축 응력을 측정했는데, 25% 압축시의 왜응력은 규소만으로 이루어진 에어로겔의 약 5배였다.
[실시예 3]
에어로겔을 다음과 같이 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 단열재(300)를 제조하였다.
테트라메톡시실란 12.5 g과 β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란 2.5 g을 메탄올 56.0 g에 첨가하고 잘 교반하였다. 여기에, 물 7.0 g과 암모니아수(1.0 mol/l) 1.0 g을 혼합한 수용액을 첨가하였다. 상기 혼합액이 적당히 가수분해했을 때, 지르코늄 테트라 n-부톡시드 0.5 g을 첨가하고 교반한 후, 추가로 초음파에 의해 균일하게 분산시켰다. 그 다음에, 유리 샬레로 옮기고 온도 25℃로 정치하여 겔화시켰다. 생성된 알코겔을 꺼낸 후, 실시예 1과 동일하게 초임계 건조를 실시하여 에어로겔을 얻었다. 이렇게 제작한 에어로겔을 온도 40℃, 습도 80%의 환경에서 48시간 정치하고 수분의 흡습 양을 측정했는데, 규소만으로 이루어진 에어로겔의 1/3 이하였다. 또한, 에어로겔의 강도로서 압축 응력을 측정했는데, 25% 압축시의 왜응력은 규소만으로 이루어진 에어로겔의 약 3배였다.
[실시예 4]
에어로겔을 다음과 같이 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 단열재(300)를 제조하였다.
사염화규소 17.8 g에 에탄올 16.3 g을 첨가하고 잘 교반한 후, 이 혼합액을 증류하여 테트라에톡시실란을 얻었다. 이 반응은 질소 분위기 하에서 실시하였다. 여기에 에탄올 32.5 g과 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 2.9 g을 첨가하고 추가로 교반한 후, 물 8.2 g과 초산을 혼합한 수용액을 첨가하여 적당히 가수분해시켰다. 다음에, 사염화 티탄 0.4 g에 에탄올 5.4 g을 첨가하고 잘 교반한 후, 이 혼합액 중에 암모니아를 통과시키고, 이를 증류하여 티타늄 테트라에톡시드를 얻었다. 이 반응은 질소 분위기 하에서 실시하였다. 이렇게 얻은 티타늄 테트라에톡시드를 상기 테트라에톡시실란을 적당히 가수분해한 액에 첨가하고 교반한 후, 초음파에 의해 균일하게 분산시켰다. 그 다음에, 유리 샬레로 옮기고 온도 25℃로 정치하여 겔화시켰다. 생성된 알코겔을 꺼낸 후, 실시예 1과 동일하게 초임계 건조를 실시하여 에어로겔을 얻었다. 이렇게 제작한 에어로겔을 온도 40℃, 습도 80%의 환경에서 48시간 정치하고 수분의 흡습 양을 측정했는데, 규소만으로 이루어진 에어로겔의 1/3 이하였다. 또한, 에어로겔의 강도로서 압축 응력을 측정했는데, 25% 압축시의 왜응력은 규소만으로 이루어진 에어로겔의 약 3배였다.
[실시예 5]
BaCO3, MgO 및 Ta2O5의 고체 반응에 의해 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3을 제조하였다. 이렇게 제조된 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3의 열팽창계수를 팽창계(dilatometer)를 이용하여 측정한 결과, 1000℃에서 10.4×10-6/K이었다.
실시예 1의 조성물에 PVC 100 중량부를 기준으로 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 10 중량부를 추가로 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 단열재(300)를 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 1의 조성물에 PVC 100 중량부를 기준으로 CaH2O2, Na3O4P 및 NH3을 합하여 25 중량부를 추가로 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 단열재(300)를 제조하였다.
단열 성능을 평가하기 위해, 100 W의 반사형 백열전구를 열원으로 하여 단열재(300)의 한쪽에 열을 가하고, 반대쪽 표면에 도달하는 온도를 시간 경과와 함께 비접촉 적외선 측정기로 측정하였다. 그 결과, 1분 경과 시에, CaH2O2, Na3O4P 및 NH3을 첨가한 시편의 온도는 43.2℃이었는데, CaH2O2, Na3O4P 및 NH3을 첨가하지 않은 시편의 온도는 63.0℃이었다. 2분 경과 시에는, CaH2O2, Na3O4P 및 NH3을 첨가한 시편의 온도는 51.2℃이었는데, CaH2O2, Na3O4P 및 NH3을 첨가하지 않은 시편의 온도는 80.0℃이었다.
[실시예 7]
LaB6 미립자(비표면적 30 ㎡/g) 20 중량%, 톨루엔 75 중량%, 분산제 5 중량%를 혼합하여 평균 분산 입자 지름 80 nm의 분산액을 얻었다. 이 분산액으로부터 진공 건조기를 이용하여 50℃에서 용제 성분을 제거하여 분산 처리된 LaB6 분말을 얻었다. 상기 평균 분산 입자 지름은 동적광 산란법을 이용한 측정 장치에 의해 측정한 평균치이었다.
실시예 1의 조성물에 PVC 100 중량부를 기준으로 LaB6 분말 0.1 중량부를 추가로 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 단열재(300)를 제조하였다. 시트 중 LaB6 미립자의 함유량은 0.13 g/㎡에 상당하였다.
제작한 단열재(300)에 대하여 투과율과 흡수율을 측정한 결과, 태양광선의 직접 입사광을 약 48% 차폐하여 높은 단열 효과를 갖는 것을 알 수 있었다. 반면에, LaB6 미립자를 첨가하지 않은 경우에서는, 태양광선의 직접 입사광을 약 8% 밖에 차폐하지 못하여 단열 효과가 낮은 것을 확인하였다.
[실시예 8]
ATO 미립자(비표면적 50 ㎡/g) 20 중량%, 톨루엔 75 중량%, 분산제 5 중량%를 혼합하여 평균 입경 75 nm의 분산액을 얻었다. 이 분산액으로부터 진공 건조기를 이용하여 50℃에서 용제 성분을 제거하여 분산 처리된 ATO 분말을 얻었다.
실시예 1의 조성물에 PVC 100 중량부를 기준으로 ATO 분말 5 중량부를 추가로 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 단열재(300)를 제조하였다. 시트 중 ATO 미립자의 함유량은 4.5 g/㎡에 상당하였다.
제작한 단열재(300)에 대하여 투과율과 흡수율을 측정한 결과, 태양광선의 직접 입사광을 약 35% 차폐하여 높은 단열 효과를 갖는 것을 알 수 있었다.
상기와 같이 단열재(300)의 측벽(310) 사이에 복수의 차단벽(320)을 구성하여 실내의 열기 또는 냉기가 외부로 방출되거나 혹은 실외 열기 또는 냉기가 내부로 유입되는 것을 차단하는 구조는, 내, 외측프레임(100,200)에 전달된 열기 또는 냉기가 단열재(300)의 복수의 차단벽(320)에 의해 실외 공간으로 방출되거나 혹은 실내 공간으로 유입되는 것이 차단되고, 실내 온도가 항상 동일하게 유지되어 에너지 소비율이 저하되며, 이에 따라 실내 온도 유지비용이 절감되고, 제품의 신뢰도가 향상되며, 내, 외측프레임(100,200)과 단열재(300)를 손쉽게 결합할 수 있고, 체결부재를 단열재(300) 중앙부로 손쉽게 관통시킬수 있으며, 단순 결합방식으로 현장 시공이 가능하고, 미숙련자도 내, 외측프레임(100,200) 사이에 단열재(300)를 손쉽게 끼워넣어 작업시간이 단축된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 단열 창호프레임을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100 : 내측프레임 101 : 끼움걸림부
102 : 진입안내홈 200 : 외측프레임
201 : 결합돌부 300 : 단열재
310 : 측벽 311 : 걸림돌부
312 : 슬라이딩 홈 313 : 가스켓
320 : 차단벽 321 : 공간부
W : 창호

Claims (6)

  1. 건물 내부에 위치되도록 설치되는 내측프레임(100)과;
    상기 내측프레임(100)에서 정해진 간격 이격되어 건물 외부로 노출되게 설치되는 외측프레임(200); 및
    상기 내, 외측프레임(100,200) 사이에 설치되어 상기 내, 외측프레임(100,200) 사이로 창호(W)가 끼워지도록 상기 내, 외측프레임(100,200) 사이의 간격을 이격시키고, 상기 외측프레임(200)에 전달되는 실외의 열기 혹은 냉기가 상기 내측프레임(100)으로 전달되는 것을 방지하는 단열재(300);
    로 구성되는 단열 창호프레임에 있어서,
    상기 내측프레임은 일 측면에 말단이 서로 마주보는 방향으로 굽어져 상기 단열재(300)의 측벽(310) 사이로 억지로 끼워지는 끼움걸림부(101)가 형성되고, 상기 끼움걸림부(101) 사이에 상기 끼움걸림부(101)와 반대되는 방향으로 함몰형성되어 나사 또는 볼트의 진입을 안내하는 진입안내홈(102)이 형성되며,
    상기 단열재(300)는 서로 마주보도록 대향되게 형성된 한 쌍의 측벽(310)이 형성되고, 상기 측벽(310) 말단에 상기 내측프레임(100)의 끼움걸림부(101)에 걸림 고정되는 걸림돌부(311)가 형성되며, 상기 측벽(310) 사이에 중앙부가 나사 또는 볼트의 통과 방향으로 정해진 각도로 굽어져 상기 측벽(310) 사이를 연결하는 복수의 차단벽(320)이 형성되며, 상기 측벽(310) 일 측면에 슬라이딩 홈(312)이 형성되어 있고, 상기 슬라이딩 홈(312)에 가스켓(313)이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 창호프레임.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외측프레임(200)은
    일 측면에 상기 단열재(300)의 측벽(310)에 억지로 끼워지는 결합돌부(201)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단열 창호프레임.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단열재(300)는,
    (1) 폴리(메틸메타크릴레이트)수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리(비닐클로라이드), 폴리(비닐리덴클로라이드), 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 디알릴프탈레이트 수지, 디에틸렌 글리콜 비스알릴 카보네이트 수지, 아세톤 셀룰로오스 수지, 폴리올레핀 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 투명 수지; 및
    (2) (a) 규소의 알콕시드 또는 할로겐화물, (b) 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 알콕시실란 및 (c) 규소 이외의 금속의 알콕시드 또는 할로겐화물을 가수분해하여 형성한 습윤 겔을 초임계 건조시켜 만든 에어로겔을 포함하는 것을 특징으로 단열 창호프레임.
    [화학식 1]
    Figure pat00014

    [화학식 2]
    Figure pat00015

    상기 화학식에서,
    Figure pat00016
    은 알킬기이고,
    Figure pat00017
    및
    Figure pat00018
    은 각각 독립적으로 알킬기, 에폭시기, 아미노기, 아크릴기, 비닐기, 메르캅토기 또는 페닐기이다.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단열재(300)는,
    하기 화학식 7 또는 8로 표시되는 단열재료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 창호프레임.
    [화학식 7]
    Figure pat00019

    [화학식 8]
    Figure pat00020

    상기 화학식에서, A는 Ba, Sr, Ca, Be로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, B'는 MG, Ca, Sr, Ba, Be로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, B''는 Ta, Nb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, C'는 Al, La, Nd, Gd, Er. Lu, Dy, Tb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이며, 그리고 C''는 Ta, Nb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고, r, x, y, z는 각각 독립적으로 -0.1 < r, x ,y, z < 0.1이다.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 단열재(300)는,
    Figure pat00021
    ,
    Figure pat00022
    및
    Figure pat00023
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 창호프레임.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 단열재(300)는,
    Figure pat00024
    ,
    Figure pat00025
    와
    Figure pat00026
    의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 창호프레임.
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